전도성 폴리머 나노와이어 기반 바이오센서의 제조 및 특성평가

Abstract

제1장 서 론

현대인들의 식생활 및 생활 습관의 서구화 등의 변화로 인해 우리 나라에서도 동맥경화에 의한 심장 질환이 사망원인의 상위를 차지하고 있다. 심장은 대부분이 근육으로 이루어져 있고 이러한 심장근육에 산소와 영양을 공급하는 혈관을 관상동맥이라고 하는데 이 관상동맥에 동맥경화증이 진행되면서 생기는 여러 가지 질병을 심장 혈관계 질환이라고 한다. 이 질환은 병의 정도나 증상이 나타나는 양상에 따라 협심증과 심근경색증으로 나눌 수 있다. 이 중 심근경색증은 관상동맥이 완전히 막힘으로써 심장근육이 손상을 입는 상태를 말한다. 심장 근육은 끊임없이 수축과 이완을 반복하는 근육이므로 다량의 산소와 영양분을 공급받지 못하면 심장 수축력이 급격히 저하되어 심근이 괴사하게 된다. 심근경색은 발생 초기에 심한 부정맥으로 사망할 확률이 높기 때문에 신속한 진단 및 치료가 매우 중요하다. 심근경색으로 인해 심근이 손상되게 되면 세포 내의 효소와 단백질이 세포 외로 확산되어 혈액으로 흘러들게 되는데, 이런 단백질이나 효소들을 cardiac biomarker 즉, 심장 생물학적 표지자라 부른다. 이러한 cardiac biomarker를 검출할 수 있다면 신속한 치료를 필요로 하는 심근경색 환자에게 매우 유용할 것이다. 따라서 이 cardiac biomarker를 검출하기 위한 바이오센서 연구가 주목을 받고 있다. 바이오센서란 측정 대상물로부터 정보를 감지하고 측정하여 그 값을 관찰자가 읽을 수 있는 유용한 신호로 변환하는 물질이나 장치를 의미하며, 효소, 항원, 생화학물질, 단백질 등과 같은 생물학적 요소와 분석대상이 되는 물질과의 반응에서 나타나는 전기화학적 변화, 형광 또는 색의 변화 등을 인식 가능한 신호로 변환시켜주는 장치와 결합하여 구성된다. 특정 분자가 정해진 수용기 분자에 결합하면 신호가 발생하는 것에 착안하여 이 신호를 어떤 물질의 존재를 증명한다거나 그것을 제어하는 데 이용할 수 있다. 즉, 바이오센서 기술은 반도체, 전자공학, 화학공학, 분자생물학, 유전공학, 재료공학 등 과학 전반에 걸친 기술의 집약체인 미래형 융합기술이라고 할 수 있다. 이러한 바이오센서는 혈당, 젖산 및 콜레스테롤 등을 측정하거나 특정 biomarker를 분석하여 암을 진단하는 등 의료용 진단분야에서 응용성이 가장 크다. 그러나 이외에도 폐수의 BOD, cyanide, 페놀 중금속 등을 모니터링하는 환경분야, 생물화학적 무기를 감지하기 위한 군사분야, 식품의 잔류농약이나 병원균, 기타 독성화학물질들을 검출하는 식품 안정성 분석 분야 등 여러 분야에서 폭넓게 이용될 수 있기 때문에 개발 필요성이 크게 증대되고 있다[1],[2]. 특히 최근에는 바이오센서의 기능을 향상시키기 위해 나노기술을 적용한 나노바이오센서의 개발이 활발하다. 나노입자, 나노와이어, 나노튜브 등과 같은 나노 구조체들은 보통 검출하고자 하는 물질의 크기가 일반적으로 비슷하다는 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하면 매우 적은 양의 시료만 있어도 정밀한 분석이 가능한 고감도, 초소형, 고집적 센서를 제작할 수 있다는 점 때문에 나노기술을 이용한 바이오센서 기술이 크게 각광을 받고 있다. 특히 나노와이어는 소자구현에 용이할 뿐만 아니라 array기술을 이용하여 동시에 다양한 물질들을 검출할 수 있으므로 바이오 및 화학물질을 초고감도로 직접적으로 감지할 수 있는 전기적 센서로서 그 활용가치가 매우 높다. 특히, 생체적합성이 높은 유기물 나노와이어를 바이오센서에 적용시키기 위한 연구가 활발한데 이 중 가장 적합한 물성을 가지는 재료는 전도성 고분자이다. 전도성 고분자란 고분자의 본래 특성인 가볍고 가공이 용이하다는 장점을 지니는 동시에 전기를 통하는 물질을 말한다. 이 특성 때문에 광범위한 산업적 응용성을 지니는 전도성 고분자는 금속산화물이나 CNT(carbon nanotube)와 같은 무기물과는 달리특정 생체물질을 고정시키기 위해 표면을 개질하기가 용이하고 합성과정 상에서 전기적 특성을 조절할 수 있으며, 생체적합성이 높다는 장점을 가지고 있기 때문에 바이오센서에 응용시키는 데 적합하다. 따라서 본 연구에서는 전기방사법을 이용하여 전도성 고분자의 일종인 Polypyrrole(Ppy) 나노와이어를 생성하고 이를 바이오센서로 적용시키기 위해 표면개질을 통한 생체물질 고정 및 Cardiac biomarker 중 하나인 Myoglobin을 검출하는 실험을 진행하였다.