| 초록 |
연구개요 본 연구의 목표는 살아있는 신경세포가 세포간 신호교신(cell-to-cell signaling)을 위해 방출하는 개별 신경펩타이드(neuropeptide) 분자를 실시간 탐지 및 식별하는 탄소 나노튜브 기반의 단분자 탐침(probe)을 개발하는 것임. 연구 목표대비 연구결과 1. 정확한 직경, 길이, 입구를 가진 나노채널 기반의 단분자 탐침 개발 (100% 달성) 탄소나노튜브 이온채널의 구멍막힘(pore-blockage) 현상으로 단분자를 탐지 및 식별하기 위하여 탄소나노튜브의 직경, 길이, 입구모양을 조절하였음. - 센티미터 길이의 단일벽 탄소나노튜브를 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)으로 합성함. - 라만분광법으로 탄소나노튜브의 직경을 0.1 A(10<sup>-11</sup> m) 수준의 정확도로 측정함으로써 정확한 직경과 길이를 가진 나노채널을 제작함. - 단일 신경세포의 신경펩타이드 측정에 적합하도록 나노채널 멤브레인-유리관 (glass capillary) 결합체를 제작함. 2. 신경펩타이드 표준시료로 분자종류별 구멍막힘 현상의 DB 구축 (100% 달성) 단분자 탐지/식별 가능성을 확인하기 위해 신경펩타이드 표준시료를 이용, 분자 종류별 구멍막힘 현상의 데이터베이스(DB)를 구축함. - 신경펩타이드 탐지에 적합한 전기장 세기, 탄소나노튜브 길이/직경 조건을 탐색함. - 인공바닷물에 녹인 신경펩타이드 표준시료(acetic peptide, egg laying hormone)를 탄소나노튜브 단분자탐침으로 분석하였음. - 신경펩타이드 종류에 따른 구멍막힘의 크기와 이동도(mobility) 데이터베이스를 확보하였으며, 이를 통해 단분자 식별이 가능함을 확인하였음. 3. 군소(Aplysia kurodai) 신경세포로부터 신경펩타이드 탐지/식별 (100% 달성) 생화학적 정보가 잘 알려진 군소의 신경세포를 모델로 하여 탄소나노튜브 단분자 탐침의 성능을 검증함. - 마이크로우물(microwell) 구조에 군소의 복부신경구(abdominal ganglia)에 위치한 bag cell neuron을 배양하였음. - 전기적/화학적 자극을 받은 신경세포가 배출한 신경펩타이드를 탄소나노튜브 기반의 단분자 탐침으로 실시간 분석하였음. - 신경펩타이드 표준시료로 구축한 데이터베이스를 활용, 살아있는 세포가 방출한 펩타이드를 탐지 및 식별하였음. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) [과학/기술적 측면] - 단분자 반응기: 나노튜브 내부의 화학반응을 단분자 수준에서 연구 - DNA/단백질 서열분석: 매우 안정적인 물질인 탄소나노튜브를 이용하여 기존 DNA 분석기술의 한계를 극복, 향후 펩타이드와 단백질의 서열분석에도 적용 - 단분자 질량분석: 구멍막힘 지속시간과 분자의 길이, 즉 분자량과의 관계를 측정하여 단분자 질량분석 기술의 개발이 가능 [경제/산업적 측면] - 단분자 분석기의 세계최초 개발을 통해 국내기술의 세계시장 주도에 기여 - DNA 염기서열 분석에 적용하여 고가의 게놈 해독기를 단분자 탐침으로 대체 - 단백질 이온채널 기반의 나노포어 게놈해독 기술을 단백질보다 훨씬 안정적인 나노튜브/그래핀 기반의 해독 기술로 대체 - 본 과제 참여인력이 국내 기업의 기술경쟁력 확보와 국가 경제 활성화에 기여 - 질병의 조기진단, 해수의 담수화, 수질/대기정화 등 막대한 경제적 파급효과 (출처 : 요약문 2p) |
