나노기술 및 정책 정보

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● 중국 칭화대학교의 푸왕양 교수 연구팀이 나노물질인 그래핀을 기반으로 한 전계효과 바이오센서를 개발

● 전계효과를 이용한 2D 소재(그래핀 등) 생화학 센서는 전통적인 검사 기술보다 정밀도가 훨씬 높으며, 체내에 극소량밖에 존재하지 않지만 생리/병리적으로 연관성이 높은 바이오마커를 정확하게 검출할 수 있어 질병 조기진단에 도움이 될 것으로 전망

● 하지만, 이와 같은 생화학 센서는 생리식염수 속에 들어있는 타겟 생체분자에 대한 검출 정밀도가 여전히 이론적 기대치보다 매우 낮으며, 원인은 센서 표면에 코팅된 수용체 분자가 디바이 차폐(Debye sheath)에 의해 신호가 차단되었기 때문임.

● 이에 연구팀은 생리식염수 속에서도 비교적 긴 거리의 측정이 가능한 고주파 신호의 특성을 이용하여 초고주파 대역(UHF, 약 2GHz)에서 작동하는 반사식 그래핀 바이오센서(Gr-FET)를 개발

● 해당 반사식 그래핀 바이오센서는 디바이 차폐의 영향을 받지 않고 고농도 염액에서도 직접적인 생화학 센싱이 가능

● 특히, UHF 반사 측정법을 결합하여 전계효과 기반 타겟 생체분자/세포 검출 정밀도를 대폭 향상시켰으며, 해당 연구는 생리식염수 속 바이오물질 검출을 위한 독특한 솔루션으로 평가받고 있음.

※ 용어설명

- 그래핀(graphene): 탄소 원자를 안정적으로 펼친 구조로, 두께는 0.2nm(나노미터)인 단층으로 구성되어 매우 얇지만, 전기전도도는 높은 신소재

- 디바이 차폐(Debye sheath): 플라즈마 내에 다른 전기장이 가해지면 자체적으로 하전 입자들을 재배치하여 전기장을 없애려는 성질

- 전계효과(field effect): 외부 전기장에 의해 물질의 전기전도성이 변하는 현상

※ Advanced Materials 게재(2022.01.06), “Dielectric-Modulated Biosensing with Ultrahigh-Frequency-Operated Graphene Field-Effect Transistors”