나노기술 및 정책 정보

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● 한국표준과학연구원(KRISS) 소재융합측정연구소 유은아 책임연구원, 미국 Virginia Tech 공동 연구팀은 초고감도로 도파민을 정확하고 정량적으로 검출할 수 있는 디지털 표면증강라만분광(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS) 센싱 플랫폼을 개발하였으며, 이는 세계 최초로 제시한 새로운 형태의 나노구조기반 디지털 센싱 플랫폼으로 알려짐.

● 도파민은 다양한 뇌 활동 및 생리학적 상황과 관련된 중요한 신경전달물질이며, 대사활동 및 면역체계를 조절하는 면역조절과도 관련된 물질이기 때문에 도파민의 수치 변화는 다양한 뇌 신경 관련 질환을 진단하는 데 중요

● 뇌 신경 질환을 진단하기 위한 도파민의 수치 변화를 측정하려면 1pM(피코몰, 1조분의 1M) 수준까지 정확하게 검출할 수 있는 센서가 필요하며, 대표적으로 개발된 기술 중 하나인 전기화학센서는 고감도로 신속하게 검출할 수 있지만, 측정원리 상 전위가 비슷한 물질들은 구분이 어렵기에 정확성이 떨어진다는 단점을 보유

● 연구팀은 3차원 나노구조 층과 검출대상인 도파민을 선택적으로 인식할 수 있는 분자로 개질된 금 나노입자를 이용해, 도파민이 붙게 되면 강한 SERS 신호를 낼 수 있는 핫스팟(Hotspot) 구조를 제작

● 나노구조 금 표면 위에 도파민이 붙은 곳을 인식하는 금 나노입자로 인해 핫스팟에서 발생한 강한 SERS 신호가 나오는 곳을 ‘on’으로, 없는 곳을 ‘off’로 구분하는 디지털 신호 분석을 수행했으며, 이를 통해 정확한 검출이 어려웠던 1pM까지 초고감도·선택성·정량성을 확보하며 도파민을 검출하는 데 성공

● 연구팀은 해당 기술이 실제 사람의 뇌척수액 등의 임상 시료에 바로 적용할 수 있어 응용성이 크고 향후 알츠하이머, 코로나19 바이러스 등과 같은 질병 및 감염병 관련 물질을 극저농도에서 고신뢰도로 정량 검출하는 기술을 개발할 예정

※ 용어설명

- 표면증강라만분광(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS): 금이나 은 같은 플라즈모닉 금속 표면 위에 붙은 분자들의 증폭된 라만 산란효과를 이용해서 분자 검출 혹은 특성을 분석할 수 있는 기술

- 핫스팟(Hotspot): 금이나 은 같은 플라즈모닉 금속이 서로 매우 가깝게 있을 때(수 나노미터 이내) 생기는 매우 강한 전자기장 영역으로, Hotspot 안에 분자가 있을 때 매우 강한 SERS 신호를 얻을 수 있음.

※ Nanoscale 게재(2021.09.07.), “A digital SERS sensing platform using 3D nanolaminate plasmonic crystals coupled with Au nanoparticles for accurate quantitative detection of dopamine”

※ 산업통상자원부(정밀의료기술초융합상용화지원플랫폼) 지원