바이오인

 출처 : 한국과학기술정보연구원(KiSTi)

나노바이오센서
맞춤형 스마트 헬스케어를 중심으로 시장 성장 예상

저자 : 산업정보분석실 유선희

나노 바이오 센서의 개요

바이오 센싱(Biosensing)은 오래전부터 과학자에서 일반인에이르기까지 마음을 사로잡는 매우 뜨거운 주제 중 하나로, 의료의패러다임이 “치료”에서 “예방 및 진단”으로 바뀌면서 분석 대상 물질을 보다 간편하고 신속·정밀하게 측정할 수 있어 의료 및 환경 분야 등에서 크게 주목되고 있다.

 이를 위한 바이오센서는 생물학적 상호 작용을 이용하여 물질을추정하고, 변환 및 전자 기계적 해석을 통해 상호 작용을 판독 가능한 형태로 평가하도록 특별히 설계된 감지 장치 또는 측정 시스템이라 할 수 있다. 즉, 유전자, 암세포, 환경호르몬 등 특정 물질의 존재 여부를 파악하거나 감지할 수 있는 바이오 소자를 지칭하는 것으로, 일반적으로 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 생체 수용체(Bioreceptor), 신호 변환기(Signal Transducer) 및 검출기(Detector)로 구성된다.

 바이오센서의 주요 기능 또는 목적은 생물학적으로 특정한 물질을 감지하는 것으로, 이러한 물질은 주로 항체, 항원, 효소, 단백질,면역 분자, DNA 등이다. 즉, 생물학적으로 민감한 다른 물질을 사용하여 특정 생물학적 물질을 감지하는 것으로, 다양한 물질을 사용한다. 예를 들어, 항체는 항원을 사용하여 감지하며, 그 반대도 마찬가지이고, 단백질은 상응하는 선택성 기재(Substrate) 등을 사용하여 스크리닝 된다. 이것이 첫 번째 구성 요소이다.

두 번째 구성 요소는 신호 변환기(Signal Transducer) 시스템으로, 이 장치의 주요 기능은 생체 분석기와 해당 생체 수용체의 상호 작용을 전기 형태로 변환하는 것이다.

그 이름에서 ‘Trans’는 ‘변화’를 의미하고 ‘Ducer’는 ‘에너지’를 의미한다. 따라서 변환기는 기본적으로 한 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 것을 말하며,첫 번째 형태는 본질적으로 생체 분석기와 생체 수용체 사이의 특정상호 작용에 의해 생성되기 때문에 본질적으로 생화학적인 반면에두 번째 형태는 일반적으로 전기적이다. 즉, 생화학 반응을 전기 신호로 변환시키는 역할을 수행하는 것이다. 이러한 신호변환 방법에는 전기화학, 형광, SPR, FET, 열센서 등 다양한 물리화학적 방법이 있다.

세 번째 구성 요소는 검출기 시스템인데, 이는 변환기로부터 전기신호를 받아 적절히 증폭하여 해당 응답을 올바르게 읽을 수 있게  하는 것이다. 

나노바이오센서의 경우 매우 필수적인 요구 조건은 ‘생물 수용체  와의 반응을 훨씬 더 실현 가능하고 효율적으로 만들기 위해 생물  수용체를 고정시킬 수 있는가’이다. 고정화는 생물학적 감지의 전반  적인 프로세스를 보다 저렴하게 만들고 이 기술을 기반으로 한 시스  템의 성능은 온도, pH, 오염 물질에 의한 간섭 및 기타 물리 화학적  변화에 의해 영향을 받는다. 

 나노바이오센서는 이러한 바이오센서에 감지 성능을 획기적으로  개선시켜주는 나노재료 및 나노 기술이 적용된 것을 말한다. 나노입  자, 나노튜브, 나노막대 및 나노와이어에 이르기까지 다양한 나노물  질을 사용함으로써 훨씬 빠른 탐지와 재현성을 얻을 수 있다. 특히,  포인트오브케어(Point-of-care)  5) 진단과 유비쿼터스 헬스케어와  같은 새로운 의료 분야의 문이 열리면서 더욱 중요성이 강조되고 있  으며, 특히, 만성쇠약병(Chronic Debilitating Diseases)의 조기  진단, 병원체의 초민감 감지 및 생체 적합 통합 의료기기를 사용하  는 환자에 대한 장기적 모니터링이 가능하여 의료분야의 혁신을 가  져올 것으로 기대되고 있다. 

 나노기술을 바이오 분야에 접목하면 기존의 샘플 채취 및 분석  등의 한계를 극복하여 실시간 진단이 가능한 고기능 바이오센서가  가능해진다. 나노바이오센서는 의료 분야뿐만 아니라 환경, 시설 유지, 에너지 관리, 공업 공정 등 다양한 응용 분야를 가지고 있다.

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