바이오센서 산업동향
2019-10-15
org.kosen.entty.User@7151fd36
이동진(voinarim)
1. 개요
. 바이오센서는 중금속(heavy metals), 내분비계 장애물질(endocrine disrupting chemicals, EDCs), 바이러스(virus) 등 분석 대상물로부터 정보를 감지하고 그 값을 측정 가능한 출력 신호로 변환시켜주는 장치로 일반적으로 생물학적 수용체, 광학적/전기화학적/기계적 변환기(Transducer), 신호처리부 등 세 가지 요소로 구성된다 [1,2].
생물학적 수용체는 분석물질을 선택적으로 인식함과 동시에 변환기가 측정할 수 있는 신호를 발생시키는 역할을 하는 생체분자로 Antibody, Nucleic acid (Aptamer, DNAzyme, Aaptazyme), Bacteriophage, Peptide 등이 사용된다 [3].
광학적 변환기술에는 1) optical dye를 이용하여 생물학적 수용체와 분석물질의 반응 유무를 발색신호를 통해 검출하는 방법; 2) 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPRs) 현상을 이용하여 생화학반응에 따른 빛의 공명각 변화를 측정하는 방법; 3) 금속 나노구조 주변에서 급격히 증가하는 라만 산란(Raman scattering) 신호를 검출하는 방법(표면증강 라만산란, surface-enhanced Raman scattering, SERS) 등이 사용된다. 전기화학적 변환기술은 분석물질이 센서 감지부의 프로브 물질과 특이적으로 결합할 때 유도되는 센서의 전기화학적 특성변화를 검출하는 방법으로 샘플의 전처리 과정이 용이하고, 복잡한 샘플 내에서도 적응 양의 분석물질 검출이 가능하다는 장점이 있다 [4]. 전기화학 센서는 사용되는 변환기에 따라 임피던스(impedimetric), 전류(amperometric), 전압(voltammetric) 센서로 분류된다. 기계적 변환기술은 주로 AFM, STM에 사용되는 마이크로 캔틸레버를 이용하여 생화학적 반응유무에 따른 캔틸레버의 공명진동수 변화를 이용하여 분석물질을 검출하며, 저렴한 생산비용과 어레이 형태로 제작이 가능하여 대용량 분석 및 복수의 타겟을 검출할 수 있다는 장점이 있다 [1].
신호처리부는 신호의 정확도 및 민감도를 향상시키기 위해 노이즈 필터링 및 신호증폭 기술이 사용되며 최소평방회귀분석법(Partial Least Square Regression, PLSR), 주성분분석법(Pricipal Component Analysis, PCA), 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 등 패턴인식기법을 이용한다 [5].
본 내용에서는 최근 바이오센서 기술동향과 시장동향에 대해 소개하고, 향후 발전방향에 대해 논의하고자 한다.
. 바이오센서는 중금속(heavy metals), 내분비계 장애물질(endocrine disrupting chemicals, EDCs), 바이러스(virus) 등 분석 대상물로부터 정보를 감지하고 그 값을 측정 가능한 출력 신호로 변환시켜주는 장치로 일반적으로 생물학적 수용체, 광학적/전기화학적/기계적 변환기(Transducer), 신호처리부 등 세 가지 요소로 구성된다 [1,2].
생물학적 수용체는 분석물질을 선택적으로 인식함과 동시에 변환기가 측정할 수 있는 신호를 발생시키는 역할을 하는 생체분자로 Antibody, Nucleic acid (Aptamer, DNAzyme, Aaptazyme), Bacteriophage, Peptide 등이 사용된다 [3].
광학적 변환기술에는 1) optical dye를 이용하여 생물학적 수용체와 분석물질의 반응 유무를 발색신호를 통해 검출하는 방법; 2) 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPRs) 현상을 이용하여 생화학반응에 따른 빛의 공명각 변화를 측정하는 방법; 3) 금속 나노구조 주변에서 급격히 증가하는 라만 산란(Raman scattering) 신호를 검출하는 방법(표면증강 라만산란, surface-enhanced Raman scattering, SERS) 등이 사용된다. 전기화학적 변환기술은 분석물질이 센서 감지부의 프로브 물질과 특이적으로 결합할 때 유도되는 센서의 전기화학적 특성변화를 검출하는 방법으로 샘플의 전처리 과정이 용이하고, 복잡한 샘플 내에서도 적응 양의 분석물질 검출이 가능하다는 장점이 있다 [4]. 전기화학 센서는 사용되는 변환기에 따라 임피던스(impedimetric), 전류(amperometric), 전압(voltammetric) 센서로 분류된다. 기계적 변환기술은 주로 AFM, STM에 사용되는 마이크로 캔틸레버를 이용하여 생화학적 반응유무에 따른 캔틸레버의 공명진동수 변화를 이용하여 분석물질을 검출하며, 저렴한 생산비용과 어레이 형태로 제작이 가능하여 대용량 분석 및 복수의 타겟을 검출할 수 있다는 장점이 있다 [1].
신호처리부는 신호의 정확도 및 민감도를 향상시키기 위해 노이즈 필터링 및 신호증폭 기술이 사용되며 최소평방회귀분석법(Partial Least Square Regression, PLSR), 주성분분석법(Pricipal Component Analysis, PCA), 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 등 패턴인식기법을 이용한다 [5].
본 내용에서는 최근 바이오센서 기술동향과 시장동향에 대해 소개하고, 향후 발전방향에 대해 논의하고자 한다.