KIMS 해외단신 129호 (2012.06.22)

일본 동북대 등, 바이오분자의 분포변화를 실시간으로 보여주는 ‘바이오LSI’개발

    일본 마이나비뉴스 2012년 6월 21일자 기사에서는 일본 동북대학과 공동연구팀이 바이오분자의 분포변화를 실시간으로 보여주는 ‘바이오LSI’를 개발했다고 밝혔다.

    다음은 관련기사에서 발췌, 번역한 내용이다.

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   일본 동북대학은 6월 19일 일본항공전자공업, 톱판테크니컬디자인센터 등과의 공동연구를 통해 바이오분자의 분포가 변화하는 모습을 응답전류의 변화로부터 실시간으로 이미지화 할 수 있는 센서시스템 ‘바이오 LSI’를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

   이번 성과는 동북대 마이크로시스템융합연구개발센터 및 원자분자재료과학고등연구기구의 연구팀에 의한 것이다. 연구는 과학기술진흥기구(JST)의 첨단융합영역이노베이션창출거점형성 프로그램의 하나인 마이크로시스템 융합연구개발거점에서 실시되었다. 또한 연구의 자세한 내용은 6월13일 영국 왕립화학회에서 발행하는 학회지 ‘Lab on a Chip' 전자판에 게재되었다.

   바이오분자의 거동을 실시간으로 이미지화하는 기술은 살아있는 세포간의 커뮤니케이션 해명 및 병의 진단 등 기초연구와 실용기술의 모든 분야에서 요구되고 있는 기술이다. 특히 생식치료, 신경과학, 약제스크리닝 등의 관점에서 세포 생활의 지표가 되는 호흡량평가 및 세포-세포간의 커뮤니케이션에 이용되는 신경전달물질을 정량적으로 포착하는 기술이 요구되고 있다.

   바이오분자의 이미지화에는 일반적으로 형광표식법이 이용되고 있지만 형광물질로 목표로 하는 바이오분자를 표시할 필요가 있어 표시가 방해가 되어 본래의 바이오분자 상태를 관찰할 수 없다는 문제가 있었다. 이번 연구에서 이용한 ‘안페로메트리법’은 전기화학계측법의 하나로 전극을 이용해 용액 중의 화학물질을 산화/환원할 때의 전류변화로부터 화학물질의 농도를 알 수 있는 방법이다. 일반적으로 바이오분자의 이미지화에 사용되는 형광측정법과 다르게 표시형광물질이 필요하지 않아 본래 바이오분자의 거동을 관찰할 수 있다는 이점이 있지만 이 기술도 단점이 없는 것은 아니다. ‘안페로메트리법’은 통상 하나의 전극을 이용해 실행하기 때문에 특정한 부분의 분자 농도를 측정하는 것은 가능하지만 그 분포를 이미지화하는 것은 불가능하다.

   지금까지 안페로메트리법으로 분자분포를 이미지화하기 위한 방법으로 두가지 방법이 검토고 있었다. 하나는 전극을 조사(走査)해 이미지화하는 방법이며 다른 하나는 다수의 전극이 배열되어 있는 칩을 제작하는 방법이다. 전극을 조사(走査)하는 방법은 ‘주사형전기화학현미경(SECM)’으로 불리며 매우 작은 전극을 이용함으로써 고해상도로 세포에서 방출되는 물질을 이미지화하는 것에 성공했지만 주사 시간이 걸려 실시간 측정이 어려웠다. 한편 다수의 전극을 배열하는 방법은 종래의 마이크로시스템기술(MEMS기술)로는 집적화에 한계가 있어 100개가 넘는 전극을 1장의 침에 제작하는 것이 어려웠다.

   이번에 개발된 바이오 LSI에서는 안페로메트리용 전극제작에 LSI의 제조기술을 사용함으로써 다수의 전극을 배열하는 방법의 문제점을 해결했다. 10.5mm 칩 위에 고감도전극을 400개 집적할 수 있게 되어 바이오분자의 고감도 2차원 이미지화에 성공했다.

   더욱이 비디오카메라와 같은 신호처리법을 LSI로 실행함으로써 1/8스케일 이하로 동영상화할 수 있게 되었다. 그 결과 효소의 움직임에 의해 생성된 바이오분자가 커지는 모습을 200ms 간격으로 촬영하는데 성공했다고 한다.
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