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서울대 자연과학대학, 초고감도-고신뢰도 유전자검지 및 세포이미징용 라만 나노프로브 개발

세계적인 화학분야 권위誌 ACS Central Science에 First Reactions 선정
기사입력 2018.01.24 10:11
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서울대남좌민교수.jpg▲ 서울대 자연과학대학 남좌민 교수 | 서울대
 
[비즈트리뷴] 서울대 자연과학대학 남좌민 교수팀은 초고감도-고신뢰도 유전자검지 및 세포이미징용 라만 나노프로브 개발에 성공했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 탈합금화 반응을 이용해 강한 라만 신호를 낼 수 있는 2 나노미터 (1 나노미터 = 10억분의 1 미터) 수준의 간극이 금/은 합금 나노입자 내부에 형성된 라만 나노프로브를 정밀한 구조적 정확도를 가지고 고수율료 합성하는 방법을 세계 최초로 개발했다.

또한, 해당 라만 나노프로브로부터 나오는 강력하고 재현성이 높은 라만 (Raman) 산란 신호를 이용해 표적 유전자를 초고감도 검지를 할 수 있으며, 표적 종양 세포 실시간-고감도 이미징에 유용하게 활용이 가능하다.

금속 나노입자 내부에 1-2 나노미터 수준의 간극(나노갭)이 형성되면 강한 플라즈모닉 커플링 현상에 의해 나노갭 영역에서 전자기장이 크게 증폭된다. 이로 인해 미세한 세기의 라만 산란 신호가 강하게 증폭되기 때문에 광학 신호 기반의 다양한 응용에 있어 활용도가 아주 높다. 하지만, 미세한 구조 조절과 고수율 합성, 그리고 라만 신호의 재현성, 안정성 및 정량성 등에서의 문제가 여전히 해결되지 않아 세계적으로 실제 상용화로 연결되지는 못하고 있다.

기존에는 플라즈모닉 내부 나노갭 입자를 합성하기 위해서 핵산, 고분자 등의 중간층을 필요로 하였기 때문에 합성 방법이 복잡하고 시간과 비용이 많이 필요할 뿐만 아니라 대량 양산에도 한계점이 있어 실질적인 응용에 제한적이었다. 또한, 합성된 나노입자의 구조적인 균일성 및 합성 결과의 재현성도 낮았기 때문에, 이를 해결하기 위한 새로운 합성 방법이 요구되었다.

남좌민 교수팀은 금/은 합금 구조체에서 선택적으로 은 원자를 제거하는 탈합금화 반응을 통해, 중간층이 없더라도 적은 비용으로 간편하고 빠르게 금속입자 내부 나노갭을 정밀하게 다수의 입자들에 대해 고수율(95% 이상의 수율)로 합성하는데 성공하였다.

정밀하게 조절된 고수율의 나노갭 구조로 인하여 라만 산란 신호를 크게 증폭 시킬 수 있었고 정량적으로 라만 산란 신호를 얻을 수 있었다. 또한, 해당 나노입자의 우수한 구조적인 균일성 및 안정성으로 인해 반복적이고 연속적인 레이저 노출 환경에서도 장시간에 걸쳐 안정적이고 재현성이 우수한 광학 신호를 검출하였다.

이번 연구는, 미세한 신호도 크게 증폭시켜서 초고감도 분석에 용이한 특성에도 불구하고 신호의 재현성, 안정성, 정량성 측면에서의 한계로 인해 상용화 된 적 없는 라만 산란 신호 기반의 실제적 응용에 해결책을 열어주었다.
또한, 라만 산란 신호를 크게 증폭시키고 안정적이고 정량성 있게 라만 산란 신호를 재현하는 나노입자를 적은 비용으로 간편하고 빠르게 고수율/대량 합성하는 방법을 제시함으로써, 초고감도 분석용 나노프로브의 상용화에 방향을 제시했다는 점에서 이번 연구의 의미가 크다.

본 연구는“Dealloyed Intra-Nanogap Particles with Highly Robust, Quantifiable Surface-Enhanced Raman Scattering Signals for Biosensing and Bioimaging Applications (강하고 정량적인 표면증강라만산란 신호를 재현하는 탈합금화 된 내부갭 입자를 이용한 바이오센싱 및 바이오이미징)”라는 제명으로 미국화학회(American Chemical Society)에서 세계 최정상급의 다학제간 연구성과를 다루기 위해 만든 화학분야 세계적 권위지인‘ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)’誌 온라인 판에 주목해야 할 논문(First Reactions)’으로 지난 18일 선정 됐다.

[김상진 기자 newtoy@biztribune.co.kr]
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