은(銀)으로 덮은 종이 크로마토그래피 개발

카이스트 연구팀, 신약 개발용 약물 스크리닝 등에도 응용 가능해

▲크로마토그래피용 금속나노입자를 갖는 종이의 주사전자현미경 사진.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 종이에 금속나노입자를 증착시켜 값이 싸면서도 정교한 결과를 내는 크로마토그래피용 종이가 개발됐다. 은나노섬을 균일하게 제작해 크로마토그래피용 금속나노입자를 갖는 종이를 개발한 것이다. 크로마토그래피는 특정 용매를 이용해 혼합물을 분리하는 기술이다. 가장 전통적인 종이 크로마토그래피를 비롯해 박막, 가스 등 다양한 방법을 이용한 크로마토그래피가 존재한다.

카이스트(KAIST, 총장 강성모) 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 개발했다. 연구 결과는 광학분야의 국제 학술지 '빛: 과학과 응용(Light: Science and Applications)'지 1월 15일자 온라인 판에 실렸다.

종이 크로마토그래피는 종이를 용매에 살짝 담근 후 종이 내 혼합 물질의 성분과 종이의 인력 차이에 의해 물질이 나아가는 정도가 달라지는 것을 이용한 혼합물 분리 방법이다. 종이 크로마토그래피는 저렴하고 다수의 성분을 동시에 검출할 수 있어 광합성 산물과 다양한 생체 혼합물의 분리, 검출에 응용된다.

크로마토그래피 기술로 혼합물을 분리하고 나면 다음 단계로 물질의 성분을 파악하기 위해 물질에 빛을 조사한다. 분자는 각자 다른 성질을 갖고 있어 빛을 받은 후 분출하는 파장이 모두 다르다. 파장의 차이를 분석하면 혼합물에 어떤 분자가 포함됐는지 파악이 가능하다.

이 과정에서 문제가 발생한다. 현존하는 종이 크로마토그래피 기술은 가격이 저렴한 대신 혼합물 분리의 정교성이 떨어지고 혼합물 내 분자의 농도가 낮을 경우 빛을 조사해도 성분 검출이 잘 되지 않는 등의 한계가 있다. 분자를 검출하기 위해 형광 표지(label)를 붙여 빛을 조사하는 방법도 있는데 형광 표지로 인해 분자의 본래 특성이 변하게 되는 문제가 발생한다.

연구팀은 문제 해결을 위해 나노플라즈모닉스 특성을 갖는 은 나노섬을 종이 표면에 균일하게 증착했다. 나노플라즈모닉스 기술은 금속 나노구조 표면에 빛을 집광시키는 기술로 신경전달물질, 유전물질, 생체 물질 검출 등 다양하게 응용 가능하다.

은과 같은 금속은 빛을 조사했을 때 기존보다 강한 빛을 받아들이는 특성을 가진다. 연구팀은 종이의 특성을 유지하면서 기판 표면에서의 빛 집광도를 최고 수준으로 끌어올릴 수 있었다. 연구팀은 개발한 종이에 표면증강 라만 분광법(Surface-enhanced Raman spectroscopy)을 접목해 별도의 표지 없이 혼합물을 분리하고 피코몰(10-12M) 수준의 극 저농도 물질도 측정하는 데 성공했다.

정 교수는 "이번 결과를 바탕으로 앞으로 저비용 무표지 초고감도 생체 분자 혼합물의 분리 및 분석이 가능해질 것"이라며 "신약 개발용 약물 스크리닝, 환경 지표 검사, 생리학적 기능 연구 등에 크게 기여할 수 있다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr