나노약제가 개발될 때, 놀랍게도 더 작은 것이 항상 최선은 아니다. UCLA 공학과 응용과학 연구원들은 심장마비, 암, 다른 건강 위험들의 증상을 표시하는 단백질을 감지하기 위해 건강 관리인들이 사용하는 나노와이어 기반 바이오센서의 작은 크기는 다른 진단 소자들보다 더 민감하게 만들지 못한다는 것을 발견했다. 

이 발견은 바이오센서가 소자를 만드는 나노와이어의 직경 감소에 의해 단순히 더 민감하게 만들 수 있다는 수 년간의 일반적인 지식에 반한다. 이 가정은 작은 물질과 소자들이 질병을 감지하고 진단하며 치료하는데 사용되는 나노의약 연구에서 수 백 번의 고가 연구 개발 노력들이 소요되었다. 

이 연구는 소자의 민감성을 개선하기 위한 새로운 바이오센서 디자인의 방향과 사용하는 의사나 환자들에게 더 실용적으로 만드는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 

이는 왜 나노와이어 바이오센싱 연구들이 지금까지 문제들을 가지고 있었는지를 이해할 수 있게 해 준다. 장점은 이 와이어들이 나노크기라는 사실이 아니라 어떻게 와이어 모양이 단백질 감지를 방해하는 이온들의 특성을 제거하는가이다. 이 연구는 최근 국립 과학 아카데미 학술지에 게재되었다. 

나노와이어 바이오센서는 기본적으로 하나의 적혈구의 너비보다 더 작은 직경을 가진 전자 트랜지스터이다. 나노와이어들이 혈액이나 다른 신체 유체 샘플에 노출될 때, 특별하게 하전된 단백질들은 나노와이어 트랜지스터를 통해 흐르는 전류의 속도를 변화시킨다. 이 전류를 감시함으로써 연구원들은 심장 건강, 당뇨병과 수많은 다른 의료 조건들을 표시할 수 있는 샘플 내 단백질 농도를 시험할 수 있다. 

이 기술의 실용적인 이용에 대한 문제는 하전된 단백질과 함께 많은 생리적인 유체들이 나트륨, 칼륨, 염소와 같은 큰 농도의 전하된 이온들을 포함하고 있다는 것이다. 이 이온들은 단백질을 센서들이 감지하지 못하도록 단백질을 둘러싸고 단백질 전하를 막는다. 

많은 연구원들은 이 문제를 피할 수 있지만, 환자들에게 시험하는 의사들이나 가정에서 자신의 건강을 관리하는 환자들은 기술자의 도움없이 이 문제를 해결할 수 없다. 이는 이 기술의 이용을 방해하는 한계로 여겨지고 있다. 

UCLA 연구는 몇 가지 방법들에서 나노와이어 효율의 이해를 향상시킨다. 먼저, 이 결과는 나노와이어의 작은 크기가 평면 물질을 능가하는 사실에 대하여 본질적으로 신뢰할 수 없다는 것을 증명했다. 

두 번째, 성능 개선은 이온 스크리닝에서 이온들이 단백질에 접근하기 어렵게 하기 때문에 단백질이 붙는 나노와이어와 기저 사이 모서리와 같은 조밀한 공간들에서 줄어드는 결과라는 것을 보였다. 이 모서리 효과는 바이오센싱 구조들이 나노크기에 관계없이 대부분의 바이오센싱 구조들에서 존재하지만 이 효과는 나노크기에서 매우 중요하게 된다. 

또한, 연구원들은 일반적으로 오목한 표면을 가진 소자들이 볼록한 표면을 가진 소자들보다 더 효과적으로 작동한다는 것을 보였다. 

고가 나노와이어의 도움없이 민감한 바이오센서들을 만들고 기술자의 필요없이 이온 스크리닝을 제거하는 방법을 알아내는 것은 현재 모든 연구원들의 바람이라고 이 연구의 주저자인 UCLA 공학 대학원생인 카베 슈라드가 말했다. 

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』