나노입자ㆍ생체물질 간 상호작용 분석 원천기술 개발

남좌민 교수팀, 탄저균 등 생체물질 초고감도 실시간 모니터링 길 열어

남좌민 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 나노입자와 생체물질 간의 상호작용을 분석할 수 있는 기술을 개발했다.

미래창조과학부는 남좌민 서울대학교 자연과학대학 화학부 교수 연구팀이 생체 세포를 모방한 인공 세포막 상에서 자유롭게 움직이는 많은 수의 나노입자 간 상호작용을 단일 입자 수준에서 실시간으로 관찰해 초고감도로 정량 분석할 수 있는 새로운 원천기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

이번 연구는 미래부 글로벌프론티어사업의 일환으로 추진 중인 바이오나노헬스가드연구단 및 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 성과는 화학분야 세계 최고의 권위의 미국 화학회지 JACS에서 매 이슈 상위 5~10%인 스포트라이츠 논문으로 선정돼 5일 소개됐다(책임저자 남좌민 교수, 제1저자 서울대 화학부 이영광 박사, 공동저자 김선기오정욱 박사).

연구팀은 세포막 구조를 모방한 유동적인 인공 지질 이중층에 빛을 강하게 산란하는 나노입자를 붙여 2차원 상에서 나노입자들이 자유롭게 운동하고 상호작용하는 것을 간편한 암시야 현미경 장비로 실시간 관찰하면서 이를 암시야 현미경 색변화 정량 분석법을 개발해 분석했다.

기존에 흔히 쓰이는 단일 나노입자의 거동 및 상호작용을 실시간으로 관찰분석하는 방법은 아주 제한적이고 강한 전자빔 주사 등이 필요한 가운데 분석할 수 있는 입자 수가 한정돼 연구에 제한이 많았다.

또 수용액 상에 존재하는 입자의 3차원 운동으로 인해 많은 수의 입자를 모니터링하기가 사실상 거의 불가능했다.

이번 연구에서는 나노입자를 유동적인 2차원 평면인 지질 이중층에 도입하고 이를 암시야 현미경으로 관찰해 오랜 시간동안 여러 개의 입자를 동시에 추적분석할 수 있는 새로운 방법을 제시하고 넓은 영역의 지질 이중층 위에서 수백-수천 개의 나노입자들이 서로 상호작용해 산란되는 신호의 세기와 색이 변하는 것을 정량적으로 분석했다.

연구팀은 개발한 연구방법을 활용해 대표적인 생물학 무기인 탄저균 DNA를 수 펨토몰라(샘플 1㎕당 수 만개의 DNA) 이하의 낮은 농도까지 정량적으로 검지하고 단일 염기서열의 차이까지 완벽하게 구분했다.

연구결과는 DNA, RNA, 단백질, 화학 분자 등 다양한 분자 및 다양한 종류의 나노입자 간의 상호작용 연구 및 초고감도-다중-정량 검지에 응용될 수 있고 바이오칩 형태로 구현돼 바이러스, 박테리아, 톡신 등을 실시간으로 모니터링하는 연구에 활용될 예정이다.

연구팀은 “이번 연구는 나노입자 상호 작용 연구는 물론 생체물질의 상호작용을 연구하는데 있어서 새로운 지평을 여는 연구결과”라고 밝혔다.