국내 연구진, 신호 전달력 높은 바이오센서 개발

미세량 생체분자 효울적으로 검출

국내 연구진이 잡음 환경 속에서 효율적으로 작동하는 고감도 반도체 바이오센서를 개발했다. 이번 연구 결과는 향후 나노기술이나 화학, 자동차 등 과학분야 전반에서 요구되는 바이오센서 기술로 사용되는 것뿐만 아니라 암이나 바이러스 질환의 진단, 예방 등에도 응용돼 쓰일 것으로 보인다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 국민대 최성진 교수, 김동명 교수, 김대환 교수와 카이스트 최양규 교수, 예일대 이지은 연구원으로 구성된 연구팀이 고감도 반도체 바이오센서를 개발했다고 6일 밝혔다.

바이오센서로 미세한 양의 생체 분자를 검출하기 위해서는 잡음이 있는 일반적인 환경 속에서도 작은 신호 변화를 효과적으로 검출해야 한다. 기존 다양한 구조의 반도체 소자로 이루어진 바이오센서가 개발됐지만, 모두 잡음 환경 속에서 고감도의 성능을 구현하는 데 한계가 있었다.

실리콘 나노선-트랜지스터 결합 바이오센서의 구성도와 전자현미경 사진

연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 하나의 실리콘 나노선과 트랜지스터를 결합해 잡음 환경 속에서 미세량의 생체분자를 검출하는데 성공했다.

연구진이 개발한 바이오센서에서 나노선과 결합된 트랜지스터는 전류 변화를 약 25만배 증폭시킬 수 있어 잡음 대비 높은 신호 전달력을 달성할 수 있기 때문에 고감도의 바이오센서를 구현할 수 있다. 또한 별도의 바이오 신호 증폭을 위한 복잡한 회로도 필요하지 않다.

이번 연구결과를 통해 개발된 실리콘 나노선-트랜지스터 결합 바이오센서는 표준 반도체 설계 및 공정 기술을 기반으로 소자를 제작하기 때문에 실용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대된다.

또한 잡음비 대비 높은 신호를 쉽게 얻을 수 있어 미세량의 생체 분자를 효율적으로 검출할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 여러 종류의 반도체 센서에도 원리 적용이 가능하기에 그 활용도가 무궁무진 할 것으로 예상된다.

이번 연구에 참여한 최성진 교수는 “개발된 표준 반도체 설계 및 공정 기술을 바탕으로 한 실리콘 나노선-트랜지스터 결합 바이오센서는 잡음 환경 속에서도 높은 신호 전달력으로 인해 미세량의 생체분자를 효율적으로 검출할 수 있다"며 "이 원리는 향후 다양한 반도체 센서에 적용이 가능하기에 때문에 이번 연구 성과가 갖는 의미는 더욱 크다”고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과물은 생물, 물리, 화학 등을 다루는 권위 있는 과학 및 기술 학술지인 사이언티픽리포트(Scientific Reports) 온라인판 7월 21일 자에 게재됐다.