국내 연구진, 나노입자 생체물질 간 상호작용 분석

유동적 지질 이중층에 붙은 나노입자 모식도 및 결합 반응 이미지. (좌) 탄저균 DNA 결합 전 (우) 탄저균 DNA 결합 후, 자료=미래창조과학부 제공

국내 연구진이 나노입자와 생체물질 간 상호작용을 분석할 수 있는 원천기술을 개발했다.

미래창조과학부는 남좌민 서울대학교 화학부 교수팀이 국내생체 세포를 모방한 인공 세포막 상에서 움직이는 나노입자 간 상호작용을 단일 입자 수준에서 실시간으로 관찰해 초고감도로 정량 분석할 수 있는 원천기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

기존에 흔히 쓰이는 단일 나노입자의 거동 및 상호작용을 실시간으로 관찰·분석하는 방법은 제한적이었으며 강한 전자빔 주사 등이 필요하고 분석할 수 있는 입자 수가 한정됐었다. 또 수용액 상에 존재하는 입자의 3차원 운동으로 인해 많은 수의 입자를 모니터링하기가 사실상 거의 불가능했다.

하지만 연구진은 나노입자를 유동적인 2차원 평면인 지질 이중층에 도입, 이를 암시야 현미경(dark-field microscope)으로 관찰해 오랜 시간동안 여러 개의 입자를 동시에 추적·분석할 수 있는 새로운 방법을 제시했다.

이를 통해 연구팀은 넓은 영역의 지질 이중층 위에서 수천 개의 나노입자들이 상호작용해 산란되는 신호의 세기와 색이 변하는 것을 정량적으로 분석해냈다.

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 구분해 냈다.

연구진은 DNA, RNA, 단백질, 화학 분자 등 분자 및 다양한 종류의 나노입자 간 상호작용 연구 및 초고감도-다중-정량 검지에 응용할 수 있다고 설명했다.

특히 바이오칩 형태로 구현되어 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 연구의의를 밝혔다.

연구 결과는 화학분야에서 권위있는 미국 화학회지 JACS(Journal of the American Chemical Society)에 스포트라이트(Spotlights) 논문으로 선정돼 3월 5일 소개됐다.

김은경 기자 cr21@