November 14,2019

DNA 분석 도울 미세구멍막 생산기술 개발

울산과학기술원, 생산성·재현성 높인 멤브레인 제작

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머리카락 굵기 10만 분의 1 수준인 미세 구멍(나노포어)으로 DNA 같은 생체 분자를 분석하는 기술이 크게 발전할 전망이다.

울산과학기술원(UNIST)은 이창영 에너지 및 화학공학부 교수팀이 생산성과 재현성을 높인 멤브레인(membrane)을 만드는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

멤브레인은 나노포어가 가득한 얇은 막으로 각종 분자를 이 막에 전기와 함께 통과시키면 해당 분자의 특성을 확인할 수 있다.

분자가 통과하면서 구멍 크기가 줄어드는 ‘막힘 현상’이 나타나 전기신호가 달라지는데, 이를 분석하면 분자 크기와 종류를 알 수 있는 것이다.

기존에도 나노포어 기반 탐지 기술은 있었지만, 멤브레인을 만드는 시간이 오래 걸려 생산성이 낮았고 각 멤브레인에 똑같은 나노포어를 구현하기가 어려워 재현성도 떨어졌다.

이 교수팀은 원기둥 모양 구조를 지닌 탄소나노튜브를 이용해 이런 문제를 해결했다.

탄소나노튜브를 센티미터 수준으로 길게 만든 다음 여러 개 탄소나노튜브를 열경화성 플라스틱인 에폭시(epoxy) 위에 가로 방향으로 가지런히 올려서 굳히고 세로로 얇게 잘라낸 것이다.

이렇게 하면 동일한 나노포어를 가진 탄소나노튜브 멤브레인을 수백 개씩 만들 수 있고, 유리관 끝에 부착한 다음 분석할 용액에 담가 전압을 가하면 간단하게 시료를 분석할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 또 이렇게 만들어진 멤브레인에 반복적인 전기적 자극을 주면 탐지 효율이 높아진다고 밝혔다.

전기 충격이 구멍 입구를 덮고 있는 오염물질을 제거해 분자가 통과할 길을 만들어 주기 때문이다.

연구팀은 “기존 막힘 현상을 이용한 연구는 탐지 효율이 10%에 그쳤지만, 이번에 제시한 탐지법에서는 33% 정도로 효율이 3배 이상 높아졌다”고 밝혔다.

연구팀은 “나노포어 기반 탐지 기술이 차세대 인간 유전체 해독기 개발에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF) 기초과학연구사업과 미래창조과학부 나노·소재원천기술개발사업 지원으로 이뤄졌으며 재료 분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 7월 4일 자에 실렸다.

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