나노기술 및 정책 정보

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  하버드대학 연구진들이 나노와이어로 부터 세포 내부의 고감도 탐측에 사용이 가능할 정도로 소형인 V자 모양의 새로운 트랜지스터를 제조했다. 최근 사이언스 저널에 게재된 이 새로운 장치는, 바이러스보다도 작으며, 현재 세포측정에 사용되고 있는 기존 탐침의 크기(폭)에 비해 약 100분의 1정도에 불과하다.

  삽입 시에 세포를 손상시켜 측정 데이터의 정확도나 신뢰도를 감소시킬수 있는 세포 정도 크기의 기존 탐침에 비교해 볼 때, 이 같은 소형 탐침 개발은 주목할 만한 진전이다.
  “우리는 이들 나노 전계효과 트랜지스터 (nanoFETs)를 사용하여 지난 수십년 동안의 세포내 연구와는 완전히 다른 새로운 접근방법을 시도하였으며, 이는 또한 반도체 소자를 이용한 세포 내부의 최초 측정이다. nanoFETs는 전자공학이 급속히 발전했던 1960년대 이래로 세포내 연구를 위한 최초의 새로운 전기적 측정 수단이다.”라고 연구책임자인 하버드대 화학과 Charles M.Lieber 교수가 말했다.

  Lieber 교수 연구팀은 nanoFETs를 세포 내의 이온 플럭스 (ion flux)나 전기신호 측정에 사용이 가능하다고 말한다. 이 소자에 수용체나 리간드를 장착하여 세포 내부에 있는 개별 생화학물질의 존재를 탐지할수도 있다. 인체 세포는 약 10 마이크론 크기의 신경세포에서 50 마이크론 크기의 심장세포로 이루어진다. 기존 탐침은 직경이 5 마이크론인데 비해, nanoFETs은 전체 크기가 50 nm 이하이며 나노와이어 탐침 자체의 직경은 15 nm이다.

  크기가 작다는 점 외에도 , nanoFETs를 세포에 쉽게 삽입할 수 있게 하는 두 가지 특징이 있다. 첫째 세포막을 구성하는 소재인 인지질 이중막으로 구조체를 코팅함으로써, 바이러스와 박테리아를 완전히 에워싸는 공정과 유사한 막융합(membrane fusion)을 통해 이 장치가 쉽게 세포 내로 끌려들어 가게 된다. “세포 자체의 기계작용에 의해 세포막과 근본적으로 융합되기 때문에, nanoFETs를 세포에 밀어넣을 필요가 없다. 이는 또한 nanoFETs의 삽입이 기존의 전기적탐침만큼 세포손상을 일으키지 않는다는 뜻이다.

  우리는 인지가 가능할정도의 세포 손상 없이 nanoFETs를 세포에 여러 번 삽입하고 제거할 수 있다는 사실을 알았다. 심지어 소자가 세포에 들어가고 나오는 과정에서도 연속적으로 측정이 가능하다.”라고 Lieber 교수는 말한다. 둘째로, 본 논문은 120도로 고정된 연결부인 삼각형 입체중심(stereocenters)을 단단한 선형 구조의 나노와이어에 도입한Lieber교수의 기존 연구결과를 기반으로 하고 있다. 많은 복잡한 유기 분자에서 발견되는 화학적 허브 (chemical hubs)와 유사한 이들 입체중심은 구부러진 구조들(kinks)을 1차원 나노구조체에 도입하여 보다 복잡한 형태로 변환시킨다.

  Lieber 교수 연구팀은 나노와이어에 적절한 시스(cis) 위치에 2개의 120도 각을 도입함으로써, V형 팁에 센서가 있는 두 갈래진 nanoFET에 합치되는 한 개의 V형 60도 각이 생성된다는 것을 발견했다. 그 다음 두개의 팔이 나노 트랜지스터에 전류를 생성하기 위해 와이어에 연결된다.

발표논문:

  Bozhi Tian, Tzahi Cohen-Karn, Quan Qing, Xiaojie Duan, Ping Xie, Charles M. Lieber, “Three-Dimensional, Flexible Nanoscale Field-Effect Transistors as Localized Bioprobes”, Science (13 August 2010), Vol. 329. no. 5993, pp. 830-834 | DOI: 10.1126/ science.1192033