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연구성과

실용화와 연계될 수 있는 대형 원천기술의 개발
연구성과 주요연구성과

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나노갭 임피던스 센서를 이용한 감염성 병원체 실시간 고감도 검출 기술 개발
작성일 21/09/29 (14:52)조회수 1129

  • 나노갭 임피던스 센서를 이용한 감염성 병원체 실시간 고감도 검출 기술 개발

  • 바이오나노헬스가드연구단(신용범)

성과개요

연구기관/연구책임자 바이오나노헬스가드연구단 / 신용범
과제명 H-GUARD 시스템용 바이오 컨텐츠 확보 및 조기 검출/진단 실용화 기술 개발
성과개요 병원체 진단용으로 상용화된 유전자증폭장비의 경우 형광검출장비 소형화의 한계로 현장진단에 어려움이 있고, 형광 표지물질들의 파장중첩에 의해 하나의 시료에서 여러 성분을 동시에 검출하는 데 한계가 있음. 이에 별도의 표지 없이 전하를 띠는 핵산이 증폭되면서 나타나는 전기적 신호 변화를 나노갭 전극을 기반으로 하는 임피던스 센서를 이용하여 검출하는 기술임
본 연구 성과는 국외 학술지 “Biosensors and Bioelectronics”, 2021년 5월호에 게재 되었음 (IF: 10.257).

▲ 나노갭 임피던스 센서를 이용한 핵산 검출 기술

성과내용

주요내용

  • - 본 연구에서는 병원체의 표적 DNA를 등온 핵산증폭방법 중 하나인 재조합 중합효소 증폭(RPA) 방법을 이용하여 병원체의 표적 DNA 증폭을 실시간으로 모니터링 하는 나노갭 임피던스 센서를 개발하였음
  • - 나노갭 전극은 전극의 분극현상을 감소시켜 전기적 신호손실을 효과적으로 줄여 시료의 미세한 변화를 검출 할수 있음. 따라서 생물학적 시료에 존재하는 많은 이온들에 의한 전기분극 현상을 감소시켜 고감도 신호 분석이 가능함
  • - 본 연구를 기반으로 병원성 대장균 O157:H7를 타겟으로 하였을 때 5분안에 단일 세포까지 검출가능 하였음
병원성 대장균O157:H7 검출 성능

▲ 병원성 대장균O157:H7 검출 성능

혁신성

기존 지식/기술 대비 성과의 차별성 :
  • - 나노갭 전극을 이용하여 전극분극을 효과적으로 감소시킴으로써 표적 DNA 단일 사본의 핵산증폭을 5분 만에 판독, 신속하게 병원체를 검출할 수 있음

우수성

세계최고 수준의 성과와 비교 :
  • - 현재 임피던스 나노갭 전극을 기반으로 한 실시간 고감도 핵산 검출 기술은 세계최초 기술이며 기존의 상용화된 실시간 유전자 증폭 검출 기술의 민감도와 비교하더라도 동등이상의 성능을 확보하였음

주요 기능/사양

주요기능/사양 내용세계 최고 수준현재 개발 수준
나노갭 임피던스센서 ◆ 분석방법 : 임피던스
◆ 민감도 : 1 cell
◆ 분석 시간 : 5 min
◆ 전기적 신호 변화를 측정함으로써 저가의 모듈 제작 및 소형화 구현가능

기대효과 및 향후계획

학술적/기술적 기대효과 본 연구를 통해 나노갭 전극을 이용하여 전압강하에 따른 전기적 손실을 효과적으로 줄일수 있음을 확인하였음. 향후 전기적 신호를 이용한 바이오 센서 기술의 많은 한계점들을 해결해 나갈 수 있을 것으로 기대함
경제적 기대효과 기존의 분자진단 시장에서 주로 사용된 형광 프로브를 보다 효율적인 전기적 신호 검출로 대체함으로써 새로운 분자진단 시장을 개척 할 것으로 기대됨
기타 기대효과 시료 내의 다양한 병원체를 동시에 모니터링 가능한 공간 분할형 나노갭 센서칩 기반 시스템을 제작하여 적용함으로써 현장진단 (POCT)에서 보다 간편하고 신속하게 병원체를 탐지할 수 있는 새로운 기회를 제공할 것으로 기대함
향후 계획 측정 감도 향상을 위한 센서 시스템 조건의 최적화와 현장진단에 적용 가능한 소형화 검출 시스템 모듈 개발에 대한 연구를 진행할 예정임

성과근거자료

주요연구실적

  • SCI 국외 학술지 게재 : Biosensors and Bioelectronics 179, 113042, 2021

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