동물의 세포 모사한 초감각 센서 칩 제작 가능성 열렸다

최태우 / 기사승인 : 2019-08-20 10:36:04
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KIST 김태송 박사팀, 인공세포막 융합된 실리콘(Chip) 제작 기술 개발
인공세포막 재료가 코팅된 수만개의 홀 어레이를 포함하는 실리콘 칩 [사진=KIST]

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 동물의 감각을 모사한 인공세포막이 융합된 반도체(Chip) 개발 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.


그간 실험환경에서 한정된 범위 안에서 구현됐던 인공세포(Giant Unilamellar Vesicle, GUV)가 아닌, 실제 실리콘 위에 제작할 수 있는 기술로 초미세 센싱 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


20일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면, 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀이 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다.


연구팀은 해당 인공세포막 표면에 이온 채널 단백질을 결합, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고 신호를 발생시키는 것을 확인했다. 이온 채널은 생체막을 통과하는 구멍을 오가면서 감각을 인식하는 전기신호를 발생시키는 단백질 분자를 뜻한다.


그간 연구돼 왔던 인공세포막 기술은 시계보다 정확히 이뤄지는 생명체의 생명현상을 밝히거나 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 신약 개발 부문 등에서 주목받아왔다.


허나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공세포(GUV)를 이용한 것이다.


고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 기술이 발표되고는 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과해 초민감·감각 센싱 플랫폼으로 응용하기에는 어려움이 있었다.


KIST 연구진은 실리콘 기판에 수만 개의 미세구멍을 만들고 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 개발했다. 연구진은 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났음을 확인했다고 밝혔다.


특히 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌 수용 채널을 다량 결합, 검증한 결과 결합된 채널이 정상적으로 작동하고 세포의 기능도 정상적으로 수행했음을 확인했다고 덧붙였다.


(왼쪽부터) KIST 김태송 박사(교신저자), KIST 한원배 박사(제1저자, 현 고려대학교 연구교수)

KIST 김태송 박사는 “해당 연구를 통해 개발된 기술은 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 부문은 물론, 반도체 칩 위에 고정된 3D 인공세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용해 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 소감을 밝혔다.


해당 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행됐다. 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재됐다.


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