서울대학교 (총장 이장무) 화학부 남좌민 교수팀과 한국화학연구원 (원장 오헌승) 화학소재연구단의 서영덕 박사팀은 공동연구를 통해 기존 나노입자 합성 및 라만 검지법에 새로운 방향을 제시하고 체외진단을 위한 분자진단프로브, 단일세포의 선택적 나노이미징, 초고감도 나노바이오 광센서, 유전자 염기서열 분석 등에 광범위하게 사용 가능한 단일분자 검출감도 나노라만 신기술을 개발했다.

이 기술은 앞으로 임상연구를 거칠 경우 신종플루, 간염, AIDS 같은 전염성 질병의 확진기간을 몇 시간 이내로 단축시키고 이를 더 정확히 검출하는 데에 활용 가능하며, 우리 몸 내부에서 일어나는 병리학적 현상을 아주 정확히 컬러 동영상처럼 들여다볼 수 있게 하는 분자화학적 나노이미징에도 사용될 수 있다.

이번에 한국화학연구원과 서울대학교에서 공동으로 개발한 기술은 단일분자검출을 위한 나노간극조절 나노라만아령 (Nanogap-engineerable Raman-active nanodumbbells for single-molecule detection)이라는 제명으로 영국에서 발행되는 화학소재분야 세계 최고 잡지인 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)誌(IF=23.13) 14일 (한국시간) 온라인판에 속보로 게재됐다.

온라인판 속보 논문은 학술적 중요도와 시급성을 고려해 매달 3-4편씩만 선별적으로 채택된 논문에 한해 논문책자발간에 앞서 온라인상에 속보로 우선 공개되는 Nature Materials誌의 주요 논문이다.

기존의 단분자 검지법은 조절이 불가능한 나노구조를 기반으로 했기 때문에 재현성과 정량성이 현저히 떨어져서 실용화에 큰 문제가 있었으나 단일 DNA 검지를 통해 합성된 나노아령구조를 기반으로 한 본 연구를 통해 그러한 문제점들이 해결 될 수 있는 길이 열렸다.

또 이 검지능은 현재 널리 사용되고 있는 가장 강력한 DNA 검지법인 중합효소연쇄반응(PCR)과 비슷하거나 더 뛰어난 수준으로 질병을 빠르고 간편하고 정확하게 스크리닝 및 진단할 수 있는 새로운 지평이 열릴 수 있는 연구결과라고 할 수 있겠다.

분자 한 개에서 라만신호를 얻어내는 기술은 지난 10여년이 넘게 학계의 큰 논란거리이자 난제였다.

1930년도에 노벨물리학상을 인도의 한 과학자에 안겨준 이 라만 검지기술이 실용적으로 크게 쓸모가 없었던 가장 큰 이유도 이러한 문제점에서 기인하고 있다고 할 수 있다.

기존의 방식은 마치 공기알들을 바닥에 던져서 그 중 두 개의 공기알이 우연히 서로 맞닿게 놓이는 방식의 확률게임적 방식이었고 이로 인해 결과의 재현성과 정량성이 크게 떨어지고 결과 해석의 신뢰성에 대해 논란의 여지가 컸다.

이번 연구에서는 먼저 두 개의 금 나노입자를 단 한 개의 DNA 이중나선구조로 단단히 연결함으로서 라만 신호를 내는 분자를 단 한개만 금나노입자 사이 정중앙에 위치시키고 금 나노입자 사이의 나노간극을 금 나노입자에 은 껍질을 나노미터 스케일로 미세하게 입힘으로써 점차 좁혀가며 형성된 나노간극사이에서 라만신호가 증폭될 수 있는 최적의 조건을 찾아내는 새로운 방식을 설계해 이를 합성 한 후 한국화학연구원에서 개발한 분자나노경의 일종인 나노라만경으로 검출함으로써 증명했다.

화학연 관계자는 "이번 연구를 통해 재현성 있고도 정량적으로 분자 한 개에서 나오는 나노라만신호를 검출 할 수 있는 기술을 개발함으로써 앞으로 라만과 나노분야의 커다란 문제를 해결할 수 있는 길을 열었다"며 "이러한 획기적인 검출감도를 이용해 체외진단, 체내 이미징, 나노광센서 등에 응용할 수 있는 기틀을 마련했다"고 말했다. /강현준기자