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모듈형 센서는 연구용 새로운 진단 장비의 개발을 크게 가속화할 수 있는 잠재력

나노기술: 모듈형 디자인을 갖춘 유연한 바이오센서

바이오센서는 의학 연구 및 진단에서 중요한 역할을 한다. 그러나 현재는 일반적으로 각 애플리케이션에 맞게 특별히 개발해야 한다. LMU 화학자 필립 틴네펠트(Philip Tinnefeld)가 이끄는 팀은 이제 다양한 표적 분자 및 농도 범위에 쉽게 적응할 수 있는 센서를 구축하기 위한 일반적인 모듈식 전략을 개발했다. 연구원들이 보고한 바와 같이, 그들의 새로운 모듈형 센서는 연구용 새로운 진단 장비의 개발을 크게 가속화할 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 

▲ 항체 변형 붕소 도핑 다이아몬드를 사용한 인플루엔자 바이러스의 바이오센싱 (출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Biosensor#/media/File:Biosensing_of_influenza_virus_using_an_antibody-modified_boron-doped_diamond.svg)

센서는 분자 "경첩"을 통해 연결된 두 개의 팔로 구성된 *DNA Origami(종이접기)-지지대를 사용한다. 각 팔에는 형광 염료가 표시되어 있으며, 그 사이의 거리는 소위 형광 공명 에너지 전달(FRET)을 사용해 기록된다. 닫힐 때 두 개의 암은 평행하며, 구조가 열리면 최대 90°까지 접힌다. 이번 연구의 마지막 저자인 Viktorija Glembockyte는 “이러한 주요 구조 변화의 결과로 형광 신호도 크게 변경된다”고 설명했다. "이를 통해 작은 형태 변화만 보여주는 시스템보다 신호를 훨씬 더 명확하고 정확하게 측정할 수 있다.”
*DNA 종이접기 기술: DNA의 자가조립 특성을 활용해 종이접기하듯 만들어 원하는 형상의 구조체를 나노스케일 정밀도로 설계하고 제작할 수 있는 기술

협력 효과

종이접기 지지대에는 핵산, 항체 또는 단백질과 같은 다양한 생체분자 표적을 위한 도킹 사이트가 장착될 수 있다. 센서가 열려 있는지 닫혀 있는지는 종이접기 지지대에 있는 각 표적 분자의 결합에 따라 달라진다. 추가 결합 부위를 사용하거나 DNA 가닥을 안정화함으로써 센서를 구체적으로 조정하고 최적화할 수 있다.

▲ 조합 DNA 라이브러리 스크리닝에 사용되는 바이오센서

Tinnefeld는 “종이접기를 사용하면 표적 분자와 센서 사이의 여러 분자 상호 작용을 동시에 쿼리할 수 있도록 설계하기가 상대적으로 쉽다”며 “이러한 다중 결합은 생체 분자 상호 작용 자체, 즉 표적 분자가 결합 부위에 도킹하는 강도를 방해하지 않고 센서의 감도를 구체적으로 제어할 수 있는 흥미로운 협력 효과로 이어진다. 이러한 유연성은 우리 시스템의 큰 장점이다”고 설명했다.

앞으로 연구원들은 예를 들어 생체 의학 응용 분야를 위해 센서를 더욱 최적화하기를 원한다. 가능한 응용 분야 중 하나는 다양한 매개 변수를 모니터링하고 특정 조건에서 활성 성분을 방출하는 센서가 될 수 있다고 Tinnefeld는 말했다.
(Nature Nanotechnology, 2024; doi: 10.1038/s41565-024-01804-0)
출처: Ludwig-Maximilians-Universität München

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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