지난 100년 동안 화석연료 사용이 급증함에 따라 자연적인 방법으로는 이산화탄소 발생량을 충분히 소비할 수 없게 되었고 이렇게 소비되지 못한 이산화탄소는 대기 중에 계속 쌓여 이상기후의 원인이 되는 지구온난화, 해양 산성화 및 해양 부영양화 등의 환경문제를 일으켰습니다. 이와 같은 환경문제들로 인해 지구는 해양 생태계의 교란, 해수면 상승으로 인한 육상 침수 기상이변, 바다 사막화와 양식 사업의 몰락 등의 많은 인명 및 경제적 피해를 겪고 있습니다.
이러한 환경변화에 대한 혁신적인 기술은 아직 뚜렷한 산업적 응용이 이루어지지 못하고 있는 실정이나 다행히 최근 기후 변화 협약 같은 국제적인 회의체제가 결성되어 교토 의정서와 같이 범지구적으로 통용되는 환경 제재안을 발효시키는 등 국제적인 관심이 환경에 집중되고 탄소 거래권과 같이 경제적인 부문과도 연계됨에 따라 우리나라를 비롯한 선진국에서도 혁신적인 환경 기술이 경제적 이익에 부합되는 분야로 각광받게 되었고 이로 인해 기존의 국가 연구소뿐만 아니라 사설 기업들 또한 오염 저감 및 정화기술에 많은 노력을 하게 되었습니다.
기후에 직접적인 영향을 미치는 온실가스는 크게 이산화탄소, 메탄, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황 6가지로 나눌 수가 있는데 이 중 이산화탄소는 지구 온난화 지수는 낮지만 규제 가능한 가스로서 전체 온실가스 배출량 중 80% 이상을 차지하고 있기 때문에 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되고 있습니다. 이산화탄소 및 메탄은 해양 생태계 및 대기 환경에 치명적인 역할을 하는 잠재 오염원이며, 국내 해양 생태계 보전을 위해서는 이러한 환경 위해요소를 시급히 정화 및 감소시킬 방안을 강구해야 하는데 그 방법 중의 하나로 생물학적 전환 공정을 생각할 수 있습니다. 미세조류를 이용한 생물학적 전환 공정은 별도의 에너지 없이 태양에너지만으로 유기오염물질을 분해 할 수 있으며 부산물로 얻어지는 Biomass는 유용 에너지 및 자원으로 활용이 가능하다는 장점이 있습니다.
현재 차세대 진단 기술의 추세는 치료(therapy)와 진단(diagnostics)가 융합되어 질병의 진단/치료 효율을 획기적으로 개선하는 시스템으로, 질병의 조기진단 및 질병유발인자의 정확한 추적을 가능하게 하는 분자영상기술과 의약품에 나노 기술을 접목시켜 치료 효율을 강화시키는 표적치료기술이 발전이 요구되고 있습니다. 그러나 현 진단 기술의 대부분은 고가의 표지물질을 사용하기 때문에 경제성이 떨어져 산업적으로 성공하기 위해서는 비표지 물질을 사용하여 분자영상기술 구현과 표적치료기술 이용이 시급합니다. 즉 지금까지는 질병의 치료 또는 진단 중 한 가지 목적을 위해서만 사용되어 왔지만, 고부가가치의 진단/치료용 시스템을 개발하기 위해서는 다양한 분야의 원천기술이 융합되어야 하며 이러한 원천기술이 상업화 될 경우 경제 및 사회에 미치는 파급효과가 매우 클 것으로 예측되고 있습니다.
또한, 최근에는 무기 나노입자와 리포좀과 같은 유기 물질을 이용하여 in-vivo에서 질병을 검지하고 동시에 pH나 열, 빛에 의해 리포좀을 분해시켜 약물을 전달하는 융합 시스템이 연구되고 있습니다. 또한 CNT와 고분자 물질을 사용하여 검출 신호를 높인 연구사례도 보고되고 있습니다. 이처럼, 유기물질과 무기물질 프로브를 사용한 바이오 칩 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구팀의 경우, 보유하고 있는 유기물질인 폴리디아세틸렌과 CNT, 금 나노입자와의 융합을 통해 다양한 질병 모델에 적용하여 초고감도 나노 바이오센서 개발을 추진하고 있습니다. 더불어 in-vivo에서 암과 병원균 세포와 같은 실제 세포를 저 농도의 초고감도로 검진 및 검출이 가능하게 하며, 동시에 분자영상기술 구현으로 생체내의 질환의 시각화, 효율적인 약물전달과 치료를 위해서는 분자적 다양성을 기반으로 여러 특성을 하나의 시스템에 집적시킬 수 있는 지능형 다기능성 센서 시스템, 질병의 조기 진단을 위한 저 농도의 초고감도 센서 시스템 개발을 구축하고자 합니다.
저희 나노생명공학 연구실에서는 질병의 조기진단 및 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 나노 생명 공학 분야 기술들을 여러 가지 측면에서 접근하여 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구진은 금 나노입자와 폴리디아세틸렌 고분자를 사용함으로써 비표지 물질로 분자영상기술 구현을 가능하게 하여 실용화가 가능한 차세대 나노 바이오센서 시스템을 구축하고. 보유하고 있는 초고감도 검출이 가능한 LSPR용 암시야 현미경 시스템과 표면 개질 기술, 다양한 리셉터의 활용 기술, 신호 증폭을 통한 이미지 성능 개선 등을 통하여 다양한 질병 모델에 적용할 수 있는 시스템의 개발을 적극적으로 추진하고 있습니다.
이러한 환경변화에 대한 혁신적인 기술은 아직 뚜렷한 산업적 응용이 이루어지지 못하고 있는 실정이나 다행히 최근 기후 변화 협약 같은 국제적인 회의체제가 결성되어 교토 의정서와 같이 범지구적으로 통용되는 환경 제재안을 발효시키는 등 국제적인 관심이 환경에 집중되고 탄소 거래권과 같이 경제적인 부문과도 연계됨에 따라 우리나라를 비롯한 선진국에서도 혁신적인 환경 기술이 경제적 이익에 부합되는 분야로 각광받게 되었고 이로 인해 기존의 국가 연구소뿐만 아니라 사설 기업들 또한 오염 저감 및 정화기술에 많은 노력을 하게 되었습니다.
기후에 직접적인 영향을 미치는 온실가스는 크게 이산화탄소, 메탄, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황 6가지로 나눌 수가 있는데 이 중 이산화탄소는 지구 온난화 지수는 낮지만 규제 가능한 가스로서 전체 온실가스 배출량 중 80% 이상을 차지하고 있기 때문에 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되고 있습니다. 이산화탄소 및 메탄은 해양 생태계 및 대기 환경에 치명적인 역할을 하는 잠재 오염원이며, 국내 해양 생태계 보전을 위해서는 이러한 환경 위해요소를 시급히 정화 및 감소시킬 방안을 강구해야 하는데 그 방법 중의 하나로 생물학적 전환 공정을 생각할 수 있습니다. 미세조류를 이용한 생물학적 전환 공정은 별도의 에너지 없이 태양에너지만으로 유기오염물질을 분해 할 수 있으며 부산물로 얻어지는 Biomass는 유용 에너지 및 자원으로 활용이 가능하다는 장점이 있습니다.
현재 차세대 진단 기술의 추세는 치료(therapy)와 진단(diagnostics)가 융합되어 질병의 진단/치료 효율을 획기적으로 개선하는 시스템으로, 질병의 조기진단 및 질병유발인자의 정확한 추적을 가능하게 하는 분자영상기술과 의약품에 나노 기술을 접목시켜 치료 효율을 강화시키는 표적치료기술이 발전이 요구되고 있습니다. 그러나 현 진단 기술의 대부분은 고가의 표지물질을 사용하기 때문에 경제성이 떨어져 산업적으로 성공하기 위해서는 비표지 물질을 사용하여 분자영상기술 구현과 표적치료기술 이용이 시급합니다. 즉 지금까지는 질병의 치료 또는 진단 중 한 가지 목적을 위해서만 사용되어 왔지만, 고부가가치의 진단/치료용 시스템을 개발하기 위해서는 다양한 분야의 원천기술이 융합되어야 하며 이러한 원천기술이 상업화 될 경우 경제 및 사회에 미치는 파급효과가 매우 클 것으로 예측되고 있습니다.
또한, 최근에는 무기 나노입자와 리포좀과 같은 유기 물질을 이용하여 in-vivo에서 질병을 검지하고 동시에 pH나 열, 빛에 의해 리포좀을 분해시켜 약물을 전달하는 융합 시스템이 연구되고 있습니다. 또한 CNT와 고분자 물질을 사용하여 검출 신호를 높인 연구사례도 보고되고 있습니다. 이처럼, 유기물질과 무기물질 프로브를 사용한 바이오 칩 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구팀의 경우, 보유하고 있는 유기물질인 폴리디아세틸렌과 CNT, 금 나노입자와의 융합을 통해 다양한 질병 모델에 적용하여 초고감도 나노 바이오센서 개발을 추진하고 있습니다. 더불어 in-vivo에서 암과 병원균 세포와 같은 실제 세포를 저 농도의 초고감도로 검진 및 검출이 가능하게 하며, 동시에 분자영상기술 구현으로 생체내의 질환의 시각화, 효율적인 약물전달과 치료를 위해서는 분자적 다양성을 기반으로 여러 특성을 하나의 시스템에 집적시킬 수 있는 지능형 다기능성 센서 시스템, 질병의 조기 진단을 위한 저 농도의 초고감도 센서 시스템 개발을 구축하고자 합니다.
저희 나노생명공학 연구실에서는 질병의 조기진단 및 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 나노 생명 공학 분야 기술들을 여러 가지 측면에서 접근하여 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구진은 금 나노입자와 폴리디아세틸렌 고분자를 사용함으로써 비표지 물질로 분자영상기술 구현을 가능하게 하여 실용화가 가능한 차세대 나노 바이오센서 시스템을 구축하고. 보유하고 있는 초고감도 검출이 가능한 LSPR용 암시야 현미경 시스템과 표면 개질 기술, 다양한 리셉터의 활용 기술, 신호 증폭을 통한 이미지 성능 개선 등을 통하여 다양한 질병 모델에 적용할 수 있는 시스템의 개발을 적극적으로 추진하고 있습니다.
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심상준 simsj@korea.ac.kr