나노튜브를 이용한 초고감도 화학센서 개발 관리자 2012.06.01

화학 센서는 하나의 물질 또는 한 종류의 화학물질에 대해서, 특히 아주 희박한 농도에서도 
뛰어난 감도를 가진다. 반면, 생체 코는 이보다 더욱 다양한 영역에서 화학 센서에 비해 엄
청나게 뛰어난 감지 능력을 가지는데, 센서가 감지하지 못하는 정도의 아주 미세한 차이도 
구별해 낼 수 있다. 그러나 아무리 잘 훈련된 코라 할지라도 수술실과 같이 특수한 상황에 
맞춰진 장소에서 잘 작동하지 않을 수 있고, 감지 신호를 전달할 때는 감지 정보 보고에 있
어 애매모호한 상황이 발생한다. 최근 개발된 DNA 기반 화학 센서는 초고감도 기능과 식별
력을 모두 갖추고 있으며, 전자 코의 현실화에 중요한 교두보를 제공할 것으로 기대된다. 

미국물리학협회(American Institute of Physics, AIP)에서 발간하는 응용물리과학 학술지
인 AIP 어드벤스즈(AIP Advances)에 게재된 논문에서 최근 DNA 가닥을 붙인 특별한 탄소
나노튜브를 개발하였는데, 심지어 동일한 화학물질로 구성된 매우 유사한 분자들의 차이까
지 식별할 수 있다고 보고하였다. “우리는 센서를 발전시켜 전자 코 시스템을 만들려고 노
력 중이다. 거울상(mirror image) 같이 같은 화학물질로 구성되었지만 분자의 결합 구조가 
반대인 광학적 이성질체(isomer), 분자들을 구별하는 시스템에 센서를 이용하였다.”라고 
펜실베니아 대학교 물리학자이자 논문의 공동 저자인 A.T. 찰리 존슨(A.T. Charlie 
Johnson)은 말했다. 

시스템은 탄소나노튜브에 DNA 가닥을 붙여서 만들었는데, DNA 가닥은 아주 훌륭한 전기 
전도체의 역할을 수행한다. 본 센서에는 특정 화학물질에 반응하도록 DNA 가닥을 미세 조
정하였는데, 극히 낮은 농도일지라도 목표 물질이 DNA 가닥과 접촉하면, 나노튜브에서 측
정이 가능한 전기 신호를 생산하게 된다. 센서는 탄소 원자 하나만 다른, 매우 유사한 분자
들까지도 분별할 수 있다. 비록 이러한 효과를 처음으로 발견한 것은 아니지만, 지금까지 제
작된 모든 전기 화학 감지기가 구별하지 못했던 미세한 수준의 차이를 구별해 내는데 성공
하였다는 점에서 본 연구는 의미를 가진다. “시스템 개발에 있어 관심 점은 감지 신호에서 
나타나는 신호 차이의 크기이다.”라고 존슨은 말했다. 

연구진은 현재 실제 전자 코와 유사한 시스템 개발을 계획하고 있으며, 후각 수용기와 동일
한 기능을 발휘할 수 있도록 개별적인 DNA 기반 센서를 다수 장착한 시스템을 개발하는 것
이다. 본 연구의 최종 목표는 광범위한 영역의 응용 분야에서 다용도로 사용할 수 있는 고감
도 센서를 개발하는 것이다. 예를 들어, 화학 물질 중 디메틸설폰(dimethylsulfone)은 피부 
암에서 검출되는 휘발성 물질로, 인간의 코는 본 물질을 감지할 수 없지만, 연구진이 개발
한 센서는 10억 분의 25 정도의 극히 낮은 농도도 감지해 낼 수 있다. 이러한 물질을 조기에 
감지할 수 있다는 것은 피부암을 예방하고 치료하는데 도움이 될 것이다. 연구는 미육군연
구부(Army Research Office)와 미국 국가과학재단(NSF) 산하 나노/바이오 인터페이스 센
터(Nano/Bio Interface Center)의 지원으로 수행되었다. 

1. 출처: ScienceDaily (May 2, 2012) 
2. 원문정보: Journal Reference: S. M. Khamis, R. A. Jones, A. T. C. Johnson, G. 
Preti, J. Kwak, A. Gelperin. DNA-decorated carbon nanotube-based FETs as 
ultrasensitive chemical sensors: Discrimination of homologues, structural isomers, 
and optical isomers. AIP Advances, 2012; 2 (2): 022110 DOI: 10.1063/1.4705394 

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