나노기술 및 정책 정보

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과학기술연구개발기구(QST) 양자생명과학영역 차세대양자센서그룹 등의 공동 연구그룹이 생명 현상과 세포 내 환경을 정밀 측정하는 초고감도 센서로 주목받는 ‘나노 양자 센서’를 발전시킨, 나노 크기의 실시간 pH 센서를 세계 최초로 실현함.　나노 크기의 다이아몬드(나노 다이아몬드)를 재료로 하는 나노 양자 센서는 미세한 대상을 정확하게 측정 할 수 있는 작은 고감도 센서로, 지난 몇 년간 세포 내에 있는 세포 소기관의 온도와 전기장, 자기장 등 다양한 정보를 측정하는 방법이 개발됐으며, pH 측정 방법에 대해서도 세계적으로 연구되어 왔지만 효과적인 방법은 발견되지 않았음. 연구진은 나노 다이아몬드 중에서 센서의 역할을 담당하는 ‘NV((Nitrogen-Vacancy) 센터’가 우수한 전기 센서라는 점에 착안, 표면의 전하(대전)가 외부의 pH에 따라 변화하는 화학 처리를 나노 다이아몬드에 적용함. 그 결과 나노 다이아몬드가 발하는 형광이 외부 pH에 따라 변화하는 것을 확인했으며, 이로써 현미경으로 살아있는 세포 내의 pH를 실시간으로 측정 가능한 나노 양자 센서를 세계 최초로 실현함. 개발된 나노 양자 센서는 pH 측정뿐만 아니라 온도, 자기장을 측정하는 기존의 양자 센서의 능력도 가지고 있으며, pH 센서 이외의 다양한 센서의 나노 사이즈화에도 응용할 수 있음. 향후 연구진은 세포를 노화시키는 자유 라디칼 세포의 에너지 생산에 관계하는 포도당과 ATP 등을 감지하는 나노 센서의 개발 및 pH 이외에도 다양한 정보를 동시에 측정하여 살아있는 세포를 자세히 분석할 예정임. 활동중인 세포 내부의 상세한 pH 분포의 실시간 측정이 가능하게 되면 생명의 많은 수수께끼를 해명할 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ 온라인 판에 게재됨.