암세포 검지 센서 장치를 위한 단일층 그래핀의 바이오 기능화

Abstract

과거부터 지금까지 nano technology와 bio technology 각각의 분야에 대한 다양하고 폭넓은 연구가 진행되어 왔다. nano technology에서는 carbon nanotube[1], Graphene[2], nanoparticle[3]등 다양한 나노 소재가 연구되고 있다. 또한 이러한 다양한 나노 소재에 대한 연구와 더불어 각각의 소재들이 가진 뛰어난 특성들을 이용한 소자들이 많이 개발되고 또한 더 다양한 application에 대한 연구가 진행되고 있다. 또 Biotechnology 역시 의학, 에너지, 농업뿐만 아니라 인간의 DNA서열 분석, 복제 등 다양한 분야에서 눈부신 발전을 이루고 있다. 최근 이 두 가지 기술의 발전과 더불어 기술과 기술 간의 융합을 통하여 기존의 툴로는 접근하지 못했던 분야에 대한 탐구가 가능해졌다. 최근 다른 분야보다도 nano technology분야와 bio technology분야, 이 두 가지 분야의 융합이 많은 주목을 받고 있다. 이 두 가지 분야가 융합되어 의료 진단[4], 신약 screening[5], 전자소자[6], bio-sensing[7], medicine delivery[8], 환경오염 물질 측정 등 다양한 산업 분야에 응용되어 연구 개발되고 있다. 많은 nano materials 중 graphene은 2차원적 평면인 구조적 특성과 우수한 전기적, 물리적, 광학적 특성을 보이며 biosensor의 material로서 각광받고 있다[9]. Graphene은 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수가 처음 만들어낸 graphene은 2010년 노벨물리학상을 수상하며 학계의 많은 관심을 받았다. Graphene은 빛의 98%를 통과시키는 투명한 특성을 지녔으며 강도가 매우 뛰어나고 전기전도도 역시 뛰어나다. 또한 graphene은 무산란전도 특성[10]을 가져 불순물에 매우 민감하여 초고감도 센서의 소재[11]로서 각광받고 있다. Biosensor는 특정한 항원의 검출, 빠른 검지, 빠른 결과도출이 가능해야 하고 검사의 결과가 정확해야 한다. 이러한 biosensor의 기본적인 특성을 충족시키기 위해서는 구조적으로 불순물에 민감해야 하고 전기전도도가 뛰어나는 등의 특성을 가져야 한다. 그런 특성을 가지는 나노 소재들 중에서는 민감도가 가장 뛰어난 graphene이 적합하다. 현재 graphene의 구조적, 전기적, 물리적 특성을 biosensor에 접목시켜 DNA검출[12], DNA sequencing 소자[13], 혈중 glucose 농도검사용 소자[14], cancer cell 검지소자[15] 등의 sensor에 대한 연구가 활발히 진행 중이다[16]. 본 논문에서는 이러한 graphene을 이용한 biosensor 제작에 필요한 사전 surface reforming과 cancer cell의 Antibody-Antigen반응에 따른 결과를 I-V curve로 분석하는 연구를 진행하였다. Graphene은 특정한 cell에 대한 선택성이 없기 때문에 선택성을 부여하기 위해서 surface reforming이 되어야 한다. 또한 graphene 자체는 소수성의 물질이기 때문에 각종 cell과 친화되기 위해서 surface reforming이 우선시 되어야 한다. 본 논문에서는 carbon의 benzene구조에서 만들 수 있는 다양한 Linker들에 대해 알아보고 그 중 연구에 가장 적합한 특성을 가진 비공유 결합 방법을 채택하여 I-V curve의 변화를 확인하였다. 또한 이런 반응을 surface reforming 후 분석 장비를 이용하여 Linker의 유무를 판별하는 연구를 진행하였다. 또한 선택적 검출을 위해 surface reforming되어 bio-functionalization된 graphene에 antibody를 부착시켜 biosensor를 제작하였다. 그 후 부착시킨 Antibody를 cancer cell과 반응시켜 antibody-antigen 반응을 유도하여 I-V curve 반응을 분석하여 검지여부를 판별하는 연구를 진행하였다.