나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)공업대학 공학원, 게이오(慶應)대학 대학원 이공학연구과, 오사카(大阪)대학 대학원 이학연구과의 공동 연구그룹이 다이아몬드를 센서로 사용하여 5nm 두께의 지질 이중층(세포막)을 구성하는 인지질의 움직임을 측정하는 데 성공함.

마취제 등 약물에 대한 세포의 반응은 그 70% 이상이 세포막이라 불리는 세포를 둘러싸고 있는 외측~5nm의 미소 영역에서 시작되고 있기 때문에 현재 통계적으로 판단되고 있는 세포의 약물 반응의 원리 규명을 위해서는 이 미소 영역을 고정밀이면서, ‘그대로 분석’하는 세포 진단 기술의 개발이 필수적임.

연구진은 ‘다이아몬드 NV(nitrogen-vacancy) 센터’를 이용한 ‘나노 NMR(Nuclear Magnetic Resonance)’라는 기술에 주목함. 다이아몬드 중에 질소와 결함에 의해 구성되는 NV 센터는 세포 내부의 온도를 1℃ 이하로 측정하는 등 생명 현상을 정밀 계측하는 나노 양자 센서로 주목 받고 있음.

본 센서 프로그램의 가장 큰 특징은 크기(1nm)에 있으며, 관찰 대상에 대해 10nm 이하의 거리에서 고감도 양자 측정이 가능함. 관측 대상 근방에서의 계측에서부터 센서 표면의 매우 가까운 부근에 한정된 미소 영역(~6nm3)에서의 물질의 자성(핵 스핀)을 계측할 수 있음. 연구진은 지질 이중층 안을 출입하는 인지질의 핵 스핀을 측정하기 위해 얇은 막의 형태로 한 센서 위에 지질 이중층을 형성하는 기술을 확립하고 센서 표면에서 10nm 이하의 검출 범위에서 양자 측정을 실시한 결과, 지질 이중층 안의 인지질 분자의 움직임을 나타내는 확산 계수를 측정하는 데 성공함.

개발된 나노 NMR 기술은 기존의 생체 계측처럼 형광 분자로 인공적으로 수식한 인지질 분자가 아니라, 고감도이면서‘그대로’인 세포막 중 인지질 분자의 움직임을 측정할 수 있기 때문에, 인지질 분포와 움직임을 제어하는 ​​메커니즘을 규명하고, 인지질 의 이동과 질병의 관계를 조사하기 위한 세포 진단 기술로 이어질 것으로 기대됨.

본 연구는 Advanced Quantum Technologies(Label-free phase change detection of lipid bilayers using nanoscale diamond magnetometry)에 게재됨.