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스위스 로잔공과대학(Ecole Polytechnique FEdErale de Lausanne)의 연구진은 합성 생물학(synthetic biology)을 적용한 새로운 나노튜브 바이오센서를 개발했다. 이 바이오센서는 혈액과 소변 등과 같은 복잡한 생체 유체 속에서 향상된 감지 능력을 가졌다. 바이오센서는 공기, 물, 혈액에서 생물학적 분자를 검출하는 장치이다. 그들은 약물 개발, 의학 진단, 생물학 연구 등에 널리 사용된다. 당뇨병과 같은 질병을 조기에 진단할 수 있는 장치의 필요성이 점점 더 증가하고 있고, 이로 인해서 효율적이고 휴대 가능한 바이오센서 개발이 가속화되고 있다. 현재 개발되고 있는 가장 유망한 광학 바이오센서 중의 일부는 단일벽 탄소 나노튜브를 사용하여서 만들어진다. 탄소 나노튜브의 근적외선 방출은 생물학적 물질의 광학 투명도 범위 내에 존재한다. 이것은 물, 혈액, 피부와 같은 조직이 방출된 빛을 흡수하지 않아서 체내 삽입형으로 이상적이라는 것을 의미한다. 따라서 이러한 센서는 피부 아래에 놓일 수 있고 표면을 관통하는 전기 접촉 없어도 광학 신호를 감지할 수 있다. 생체 유체 속의 염분은 체내 삽입형 장치를 디자인하는데 큰 문제점으로 존재한다. 체내에서 자연적으로 발생하는 염 농도의 변동은 단일 가닥 DNA로 감싸진 단일벽 탄소 나노튜브를 기반으로 하는 광 센서의 감도 및 선택도에 영향을 끼친다. 이번 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위해서 합성 생물학을 사용하는 안정적인 광학적 나노튜브 센서를 개발했다. 합성 생물학을 사용함으로써 광학 바이오센서에 향상된 안정성을 부여하고 소변 또는 인체 내부의 복잡한 액체을 더 잘 감지할 수 있게 한다. 몸에서 발생하는 염 농도의 변화를 견딜 수 있는 합성 DNA로 나노튜브를 감쌈으로써 안정적인 신호를 전달할 수 있었다. 이번 연구진은 특정 염이 바이오센서의 광학적 방출에 어떤 영향을 끼치는지를 조사했다. 그 결과로 기존에 사용되는 DNA 센서보다 보다 넓은 범위의 염 농도에서 더 큰 안정성을 가진다는 것을 확인할 수 있었다. 이 연구는 나노튜브 광학 분야에 진정한 합성 생물학적 적용한 최초의 사례이다. 그래서 지속적인 모니터링을 위한 더 유망한 차세대 광학 바이오센서를 개발하는데 큰 역할을 할 것이다. 이 연구결과는 저널 The Journal of Physical Chemistry Letters에 ldquo;Xeno Nucleic Acid Nanosensors for Enhanced Stability Against Ion-Induced Perturbations rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01879). |
