바이오인

최근 나노 과학과 나노 기술이 발달하면서 나노 재료를 바이오 분석과 질병 진단 분야에 응용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 나노 재료 중에서 금 나노 입자는 특이한 물리적, 화학적 특성을 갖고 있어 관심을 받고 있다. DNA로 처리된 금 나노 입자는 뭉침 현상이 발생하기 때문에 DNA 측정에 응용하고 있다. 금 나노 입자를 이용한 colorimetric 측정은 다양한 분자의 측정을 위해 관심을 받고 있다. 일반적으로 금 나노 입자를 이용한 colorimetric 측정은 여러 장점을 갖고 있다. 1) 원하는 민감도와 선택도는 발광 물질을 이용한 기술과 유사하다. 2) 저렴한 비용으로 분석이 가능하다. 3) 빠른 반응으로 바로 결과를 알 수 있다. 4) 분석 방법이 쉽다. 5) 발광 측정과 비교 했을 때 실시간 측정이 더 쉽다.

DNA의 새로운 타입 (기능화된 DNA) 은 나노 재료의 조립과 분해, non-nucleic acid의 colorimetric 측정에 많이 이용되고 있다. 기능화된 DNA는 유전 정보, 단백질과 유사한 특성, 촉매적 DNA 분자, aptamers, aptazymes를 의미한다. Aptamer는 리간드의 체계적인 진화와 같은 바이오 방법을 통해서 준비된다. 이러한 인식 원소는 분석 장치를 위해 큰 장점을 갖는다. 나노 재료의 준비를 위해 이러한 인식 원소를 사용하는 것은 바이오 분석과 질병 진단과 같은 응용 분야에 사용되기 위한 요건을 갖출 수 있다. 따라서 aptamer-금 나노 입자는colorimetric sensing 장치에서 상당한 관심을 받고 있다.

금 나노 입자를 기본으로 하는 colorimetric 분석은 거의 대부분 두 가지로 분류된다. 1) cross-linking system 2) non-cross-linking system. 두 가지 시스템 모두 큰 목표물부터 작은 것까지 측정이 가능하다. 기능성 DNA가 접합된 금 나노 입자를 위해서 리간드 결합 사이트를 포함하는 non-base-pairing 영역은 조립/분해와 목표물 결합에 의한 신호가 일어나도록 하는 중요한 역할을 한다. Aptamer의 중요한 역할은 그들의 목표물로 결합하게 만드는 것으로 잘 알려져 있다.

이것은 목표물의 인식을 위해서 중요하고 바이오센서와 나노조립 응용을 위해서 시작점이 된다. 그러나 나노 입자의 표면에 있는 바이오 분자와 금 나노 입자간의 상호 작용은 현재까지 제대로 보고가 되지 않았다. 현재까지 어떻게 aptamer가 나노 입자 표면에서 행동하는 지와 어떻게 aptamer 처리된 금 나노 입자가 행동하는지에 대해서 거의 알려지지 않았다. Colorimetric 시스템의 뭉침 현상에 대한 이해는 바이오 분자 결합된 금 나노 입자 반응의 기본 원리를 위해서 중요하다.

단백질은 자연에 어디에서든 존재하고 삶에 있어서 필수 요소이다. 다양한 단백질 중에서 IgE의 측정은 인간의 건강 보호를 위해서 매우 중요하다. 이러한 이유로 중국의 연구팀은 금 나노 입자를 이용하여 새로운 방식의 colorimetric IgE 측정을 보고하였다. 본 연구에서, 금 나노 입자의 뭉침 현상을 설명하기 위해 자세한 sticky-end pairing 조립을 하였다. 가시광 영역의 색 변화는 간단하고 일반화의 가능성이 있어 hairpin aptamer에 의한 조립은 분석 화학과 colorimetric 분석에 나노 입자를 응용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다.

이와같이 금 나노 입자는 입자간 거리에 따라 광학 특성이 크게 달라지기 때문에 coloimetric 재료로서 중요하다. 연구팀은 새로운 메커니즘인 hairpin sticky-end paring-induced 금 나노 입자를 이용하였고, 이것은 금 나노 입자의 뭉치는 특이한 특성을 이용하는 것이다 [그림 1]. Oligonucleotide로 처리된 금 나노 입자는 끈끈한 끝부분 때문에 쉽게 뭉침 현상이 일어 난다. Hairpin aptamer로 처리된 금 나노 입자를 이용한 연구는 특정 면역 글로불린 항체 (IgE)를 분석하는데 응용하였고, 이 방식은 colorimetric 분석 방법의 새로운 방법을 열었다고 할 수 있다. 이들의 연구결과는 저널 Analytical Chemistry에 4월 15일자로 인터넷을 통해 발표되었다.