나노탐침 이용 단백질 패터닝 기법 개발(12.25)

부경대 장재원 교수…단백질칩 기판 제조단가 절감 기여

▲ 부경대 장재원 교수. ⓒ 2013 

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미세탐침을 이용해 안정적인 유기물 패턴을 따라 변성되기 쉬운 단백질을 용이하게 패터닝하는 기법이 개발됐다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 부경대 물리학과 장재원 교수가 나노탐침을 이용해 유리기판 위에 미리 만들어 간접적인 방식으로 패터닝하는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 향후 질병진단이나 생화학물질 검출 등에 쓰이는 단백질칩 기판의 제조 공정단가를 절감하는데 기여할 수 있을 것으로 보인다.

유리 기판에 단백질을 직접 패터닝하는 기존 방식은 시간이 경과하면서 수분증발로 인한 단백질 변성으로 바이오칩의 유효기간이 1~2주에 불과했다. 또 패터닝을 위한 마이크로어레이 장비 등이 필요해 제작과정이 복잡하다는 것 역시 극복해야 할 과제였다.

연구팀은 나노탐침을 이용해 단백질과 결합할 수 있는 '알데하이드-실레인'을 유리기판 위에 원하는 패턴으로 미리 만들어 두었다가 이 기판을 단백질 용액에 노출시키는 간접적인 방식으로 유리기판 위에 단백질을 패터닝하는 기술을 개발했다.

이미 만들어져 있는 알데하이드-실레인 패턴을 따라 필요할 때마다 단백질을 부착시키면 바로 단백질 패턴을 만드는 경우에 비해 단백질이 변성 등에 노출되는 시간이 줄어 기판을 오래 보존할 수 있어 사용자의 편의성이 높아진 것이다.

연구팀은 알데하이드-실레인이 패턴된 유리기판을 1년간 보관한 후에도 이 패턴을 따라 세포막결합 단백질인 피브로넥틴이 결합해 단백질 패터닝이 가능하다는 사실을 실제 확인했다.

이에 따라 하루 보관한 기판에 비해 오래 보관해도 단백질 부착능력이 약 80% 가까이 유지되어 보다 손쉬운 단백질칩 제조공정이 가능할 것으로 기대된다.

장 교수는 "세포 표면단백질과 결합하는 단백질을 패터닝하면 이 패턴을 따라 같은 원리로 단일세포를 패터닝 할 수 있어 세포의 분화연구나 신호전달연구 등에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래부와 연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 미국 나노잉크(NanoInk)사 연구진과의 공동연구로 수행됐으며, 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'지에 게재됐다.

◆용어 설명

▲나노패터닝=유기물, 무기물 재료 물질을 기판에 나노미터 수준의 점, 선 모양등의 다양한 패턴으로 만드는 기법.

▲단백질칩=특정 성질의 단백질 물질이 기판에 배열된 형태의 소자로 특정 단백질에 기인한 특정 생체 반응의 검출이 가능한 소자.

▲마이크로어레이=단백질이 포함된 용액을 주사기 바늘 같은 노즐을 통해 기판 표면에 패턴하는 방법.

▲알데하이드-실레인(Aldehyde-silane)=유리기판과 잘 결합하는 실레인과 단백질과 잘 결합하는 알데하이드를 가져 마치 연결자(linker)처럼 유리기판과 표지단백질을 서로 연결시킬 수 있다. 또 단백질과 달리 안정적이고 변성에 강해 단백질 패턴을 위한 밑그림 패턴을 그리는 데 사용할 수 있는 유기물.

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