| 초록 |
1. 분석자서문 다양한 마이크로 및 나노 크기 물질(분자, 세포 및 입자)의 검출과 정량 기술이 현대 생체의학 연구를 수행하는 데 있어서 중요한 요소이다. 따라서 미래 생체의학 연구는 저비용, 소형화, 고 시료 처리량, 고감도 및 고특이도를 갖는 차세대 생체감지 플랫폼 개발이 핵심이 될 것이다. 생체감지 원리 가운데, 자기장 센서와 자기 입자에 의해 작동하는 자기감지 기술이 고유의 장점으로 인하여 주목을 받고 있다. 자기 감지 플랫폼은 소형화가 가능한 자기저항성 센서, 복잡한 생체시료에 의한 간섭을 받지 않는 자기장 감지 메커니즘 그리고 자기 표지 기법을 사용하여 칩상에서 생화학 물질의 조작이 용이하며, 상업적으로 이용 가능한 자기장 감지 성분들을 사용할 수 있다는 점이 특징이다. 이 분석문에서는 자기저항성 센서에 기반한 자기 생체감지 플랫폼 기술의 최신 진보와 응용에 대해서 전반적으로 소개하고자 한다[1]. 2.목차 1. 개요 2. 자기 생체감지의 개요 및 이론 2.1. 기본 이론 2.2. 개요 2.3. 자기 감지 모델 3. 자성 정적 감지(Magnetic static sensing, MSS) 3.1. 자성 마이크로어레이 4. 자기 동적 감지(Magnetic dynamic sensing, MDS) 4.1. MIFD 4.2. MSPM 5. 분석자 결론 및 전망 지난 10년 동안 MR 센서에 기반한 자기 생체센서 기술들이 많은 주목을 받고 있는데, 자기 표지 기술과 자기장 센서의 조합이 다양한 생체의학 응용에 대한 잠재성을 지니며, 현대 의학에도 응용할 많은 가능성이 있기 때문이다. 이 분석문을 통해서 2가지 감지 기술(정적 및 동적 감지)에 기반한 MR 감지 플랫폼 기술들의 기본적인 이론, 기술적 진보 그리고 생체의학적 응용 분야에 대해서 전반적으로 알아보았다. MSS 포맷의 하나의 지류 기술로서 자기 마이크로어레이는 대략 20여 년 동안 연구되고 있는데, 주로 MR 센서로 다양한 유형의 자기 입자를 검출하는 연구에 초점이 맞춰져 있다. 현재까지 femto몰 농도 이하의 검출한계로 복잡한 시료에서 DNA를 검출하거나 atto몰 농도 이하의 검출한계로 단백질을 검출할 수 있는 것으로 증명되었다. 또한 자기 마이크로어레이 기술은 대략 수백 개의 표적물질을 동시에 검출할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 최근에는 자기 마이크로어레이 기술이 상업화 단계로 접어들었는데, 이런 점에서 향후 이 기술의 개발 방향은 기존 검출 가능한 바이오마커 라이브러리의 확장, 최적의 자기 표지물질 디자인, 분자 진단의 한계를 뛰어넘는 진보된 나노제조 기술로 훨씬 더 민감한 자기장 센서를 제작하는 것이다. MDS 포맷 중에 대표적인 기술이 자기 유세포 분석기인데, 비교적 최근에 개발된 검출기술로서 높은 정확도로 복잡한 시료 속에서 생물학적 세포를 카운팅할 수 있다. 또한 세포분석기 내에서 흐르고 있는 세포들을 자기영동 기법으로 센서 위치에 고효율로 모아서, 크기 및 형태에 근거하여 세포를 정량적으로 분석할 수 있다. 아울러, 자기 유세포 분석기가 점적 미세유체 기술과 접목되어 대용량의 세포 분석이 가능해졌다. 최근에는 자기 나노입자의 자기 인코딩 및 다중지표 분석 기술이 접목된 개념이 다양한 물질을 운송할 수 있는 점적 검사에 적용되고 있다. 한편, 대용량 beads 기반한 분자 검출법인 자기 부유 어레이 기술도 상당한 주목을 받고 있으며 생체의학적인 응용을 위해 지속적으로 연구개발 중에 있다. 하지만 현재까지는 개념 증명 연구 중심으로 진행이 되고 있기 때문에, 향후 자기 유세포 분석법의 연구 방향은 민감도와 정확도가 높으면서 동시에 대용량 시료 처리가 가능한 시스템 개발이 되어야 할 것이다. 점적 미세유체 시스템의 경우에, 효과적인 점적 작동을 위해 다중 기능성 모듈을 단일 시스템으로 통합하는 것이 미래 기술 개발의 방향이 될 것이다. 자기 부유 어레이 기술의 경우에, 현재는 주로 대용량 코드를 입증하는 단계에 있지만, 미래에는 효과적이면서 민감한 신호 해독을 위해 자기 코드를 유체적으로 조절하는 기술개발뿐만 아니라 자기 인코딩과 리포터 신호를 분리하기 위한 기술개발이 되어야 할 것이다. 한편, 현재까지 MSPM 기술에 대한 연구는 그다지 많지 않으며, 그중에서 대표적인 연구가 자기적으로 표지된 DNA 어레이를 MR 센서 프로브 스캐닝으로 검출한 것이다. 주목할 만한 것은, 신호 획득에 대한 높이 변수의 영향을 피하기 위해 내부적인 자기 보정 물질을 사용하였는데, 미래 연구의 방향은 센서 프로브와 자기 표지 사이의 최소한의 분리 거리를 유지시키는 기술개발이 되어야 할 것이다. 현재까지 자기 감지 플랫폼을 활용한 생체의학적 응용 연구는 주로 해외 선진국 선도 연구그룹 중심으로 진행되고 있으며, 국내에서는 극히 일부의 연구자들이 개념 증명 수준의 연구를 진행하고 있다. 자기 감지 플랫폼 기술의 응용 잠재성이 매우 크기 때문에 산업체, 연구소 및 대학의 개별 연구, 나아가 정부의 적극적인 연구비 투자를 통한 협력체 구성으로 다가올 4차 산업혁명 시대에 대비할 필요가 있다. 더욱 중요한 것은, 생체의학적으로 검증된 자가 감지 플랫폼 기술이 개발되기 위해서는 기존에 임상검사실에서 사용되고 있는 검증된 분석 방법과의 임상 비교검증 연구가 반드시 필요할 것이며, 이를 통해 기존 임상 검사장비보다 민감도, 특이도, 정확도 및 정밀성이 우수한 시스템 개발이 되어야 할 것이다. References 1. G. Lin, D. Makarov and O. G. Schmidt, Lab. Chip, 2017, 17, 1884-1912. 2. V. Perumal and U. Hashim, J. Appl. Biomed., 2014, 12, 1 ndash;15. 3. F. Vollmer and L. Yang, Nanophotonics, 2012, 1, 267 ndash;291. 4. Y. Cui, Q. Wei, H. Park and C. M. Lieber, Science, 2001, 293, 1289 ndash;1292. 5. G. Reiss, H. Brueckl, A. Huetten, J. Schotter, M. Brzeska, M. Panhorst, D. Sudfeld, A. Becker, P. B. Kamp, A. Puehler, K. Wojczykowski and P. Jutzi, J. Mater. Res., 2011, 20, 3294 ndash;3302. 6. D. Issadore, Y. I. Park, H. Shao, C. Min, K. Lee, M. Liong, R. Weissleder and H. Lee, Lab Chip, 2014, 14, 2385 ndash;2397. 7. V. C. Martins, F. A. Cardoso, J. Germano, S. Cardoso, L. Sousa, M. Piedade, P. P. Freitas and L. P. Fonseca, Biosens. Bioelectron., 2009, 24, 2690 ndash;2695. 8. R. S. Gaster, D. A. Hall and S. X. Wang, Lab Chip, 2011, 11, 950 ndash;956. 9. J. Schotter, P. B. Kamp, A. Becker, A. PUhler, G. Reiss and H. BrUckl, Biosens. Bioelectron., 2004, 19, 1149 ndash;1156. 10. S. P. Mulvaney, C. L. Cole, M. D. Kniller, M. Malito, C. R. Tamanaha, J. C. Rife, M. W. Stanton and L. J. Whitman, Biosens. Bioelectron., 2007, 23, 191 ndash;200. ※ 이 자료의 분석은 서울의과학연구소의 이상후님께서 수고해주셨습니다. |
