나노기술 및 정책 정보

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● 오승수 교수, 손창윤 교수(포항공대) 및 서울대, 한국뇌연구원 공동 연구팀은 '인공 이온 채널'을 새롭게 개발해 특정 이온만을 선택적으로 투과하는 나노 두께의 이온 선택 투과막 구현에 성공

● 연구팀은 원하는 이온만 투과시킬 수 있는 세포막을 인공적으로 모사해 다양한 양이온 및 음이온 중에서 1가 칼륨 양이온을 선택적으로 통과시키는 막을 새롭게 개발하고, 이를 신경 신호 전달을 모방한 하이드로젤 이오닉 트랜지스터와 융합해 복잡한 생체 혼합물 속에서도 원하는 이온 신호를 실시간 분리

● 연구팀은 세포막에 존재하는 다양한 이온 채널에 주목했으며, 이온을 인식할 수 있는 작은 단위체가 지질막 내에서 정렬되면 이온 채널로서 작용할 수 있다는 원리에 착안하여 칼륨이온을 특이적으로 인식할 수 있는 DNA G-사중 나선 구조체를 서열 특이적 표면 개질해 지질막 내에서 효과적으로 배향되도록 유도

● 그 결과, 수 나노미터(nm) 두께의 얇은 막을 통해 물 분자, 음이온 및 다원자 양이온의 투과가 완벽하게 차단됐고 비슷한 크기의 1가 양이온들 중에서 칼륨이온이 선택적으로 막을 통과했으며, 특히 리튬이온 대비 칼륨이온 크기가 약 2배 더 큼에도 불구하고 투과막의 칼륨 선택성을 통해 500% 큰 증폭 이온 신호를 검출해 내는 데 성공

● 해당 기술을 이용하면, 지질막 내부에 삽입된 이온 인식 단위체의 교체만을 통해 경제적 가치가 높은 다른 이온이나 과학적으로 중요한 신경전달물질 등 다양한 분자를 선택적으로 통과시키는 인공 채널도 제작할 수 있어 추후 세포 신호 체계나 뇌과학 연구, 약물 개발뿐 아니라 리튬이온 추출에도 활용 가능할 것으로 기대

Advanced Materials (2023.07.11.), G-quadruplex-filtered selective ion-to-ion current amplification for non-invasive ion monitoring in real time