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인공망막 품질 평가하는 센서 개발

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2018년 09월 19일 13:44 프린트하기

빛을 흡수하여 명암을 구분하는 광수용체(로돕신)을 포함한 나노 소포체가 테라헤르츠 센서 위에 입혀진 모습(왼쪽). 광수용체의 11-시스 분자 구조가 외부의 빛 자극에 의해 모두 트랜스 형태로 분자식이 바뀌는 과정(오른쪽 위). 분자 구조의 변화시 특정 파장의 테라헤르츠파 신호가 민감하게 반응한다는 그래프(오른쪽 아래) -KIST
빛을 흡수하여 명암을 구분하는 광수용체(로돕신)을 포함한 나노 소포체가 테라헤르츠 센서 위에 입혀진 모습(왼쪽). 광수용체의 11-시스 분자 구조가 외부의 빛 자극에 의해 모두 트랜스 형태로 분자식이 바뀌는 과정(오른쪽 위). 분자 구조의 변화시 특정 파장의 테라헤르츠파 신호가 민감하게 반응한다는 그래프(오른쪽 아래) -KIST

손상된 망막을 대체하기 위한 ‘인공망막’이 연구되는 가운데, 인공망막의 중요한 기반기술인 인공 광수용체의 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 고감도 센서가 개발됐다. 연구팀은 인공망막을 개발할 때는 물론, 생체 내 신호 단백질의 활동 등 기초 생명과학을 효율적으로 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.


이동규 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터 연구원과 서민아 책임연구원팀은 박태현 서울대 교수팀과 공동으로 빛의 존재 여부는 물론 색까지 감지할 수 있는 생체소재인 광수용체를 연구했다. 광수용체는 빛을 인지했을 때 구조가 변하는 단백질을 함유하고 있는데, 서 책임연구원팀은 이 때의 단백질 변화를 관찰할 수 있는 센서를 만들었다.


연구팀은 ‘메타물질’을 사용해 이 센서를 완성했다. 메타물질은 특정 주파수를 지니는 파장, 즉 소리나 빛 등이 물질을 통과하거나 반사하는 비율이 변화하는 물질이다. 연구팀은 주파수가 테라헤르츠(1초에 1조 번 진동하는 주파수)에 해당하는 빛을 광수용체 단백질에 쪼였다. 테라헤르츠 빛은 생체 분자에 깊이 침투할 수 있으면서도 에너지가 낮아 안전하고 유용한 빛이다. 


연구 결과, 이 빛을 받은 단백질은 구조가 변했으며, 그 과정에서 빛의 반사율에 변화가 일어났다. 연구팀은 이 변화율을 정량적으로 측정해 거꾸로 단백질의 변화를 알아내는 데 성공했다. 또 이를 통해 자체적으로 만든 광수용체가 인간의 광수용체와 비교할 만한 민감한 빛 흡수 능력을 갖고 있다는 사실을 확인했다.


연구팀은 이 센서가 광수용체 외에도 다양한 저분자 물질을 검출하거나 측정할 때에도 이용할 수 있을 것으로 내다봤다. 특정 주파수의 테라헤르츠파 신호를 골라 측정하는 방법으로 바이러스나 생화학 저분자 물질 등을 ppm 수준(1mL 안에 나노그램(ng, 10억 분의 1g을 섞은 극히 적은 농도)에서도 검출할 수 있었다.


서 책임연구원은 “인체 내 신호전달체계에 관여하는 자극은 대부분 세포 막 단백질의 구조 변화에 의해 시작된다”며 “이 연구는 광수용체뿐만 아니라 다양한 인체 세포의 기능 조절에 적용이 가능할 것”이라고 말했다.


이 연구는 센서 분야 국제학술지 ‘센서와 액추에이터 B:케미컬’ 11월 10일자에 게재될 예정이다.

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