오진우·한동욱 부산대 교수팀
과일 신선도, 유해물질 검출, 질병 진단에 적용 기대
과일 신선도를 현장에서 바로 판별할 수 있는 휴대용 전자코가 개발됐다.
부산대(총장 차정인)는 오진우 나노에너지공학과 교수와 한동욱 광메카트로닉스공학과 교수(이하 오 교수팀)가 비접촉식 신선도 측정 '휴대용 나노-바이오 전자코(냄새 감지 소자)시스템'을 개발했다고 24일 밝혔다.
'전자코'는 동물 후각 기관을 모방해 휘발성유기화합물(VOC) 냄새를 구별할 수 있는 감지 소자를 말한다. 오 교수팀은 유전공학 기술로 바이오 물질 DNA를 조작하면 동일한 플랫폼에 원하는 화학 특성을 체계적으로 탑재할 수 있다(변인 통제)는 점에 착안했다. 기존 유·무기 소재 기반 수용체 대신에 친환경 바이오 물질(M13 박테리오파지)을 이용, 감지부 반응성을 체계적으로 분석할 수 있는 효과적인 전자코를 개발했다.
외가닥 DNA 바이러스 중 하나인 M13 박테리오파지는 폭 6.6nm(나노미터, 10억분의 1), 길이 880nm인 바이오 물질이다. 2700여개의 표면 단백질이 외가닥 DNA를 나선형으로 감고 있는 구조다. 각각의 표면 단백질 양 끝단에 DNA 조작으로 원하는 아미노산을 배치하면 특유의 반응성을 보유한 수용체로 이용할 수 있다. M13 파지는 각 유전 타입에 따라 다른 반응성을 나타내지만 크기에는 차이가 없어 동일한 자기조립 조건(변인통제 가능)을 적용할 수 있다.
M13 박테리오파지가 외부 물질(VOCs)에 노출될 경우 흡착 친화도에 비례해 센서에 색 변화가 나타나고 전자코는 이를 정량적으로 분석해 신선도를 도출한다.
오 교수팀은 DFT(밀도 범함수 이론) 시뮬레이션으로 적절한 아미노산을 선정하고 실험으로 측정한 반응성이 시뮬레이션 예측 반응성과 유사함을 증명했다.
개발한 유전자 조작 M13 파지 기반 나노-바이오 전자코는 과일 신선도뿐 아니라 유해물질 검출, 냄새에 기반한 호흡기 질병 진단, 포도주나 커피 품질 측정 등 다양한 분야에 적용·활용할 수 있다.
오진우 교수는 “차세대 나노-바이오 전자코 주요 소재로 주목받고 있는 M13 박테리오파지 반응성과 분류 특성 사이의 상관관계를 최초로 분리해 규명했고 현장에 바로 적용할 수 있는 시스템으로 구현해 나노-바이오 소재 실용 기틀을 마련했다”고 말했다.
이번 연구는 농림수산부와 농림식품기술기획평가원 지원 과제, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 기초연구실지원사업을 통해 수행됐다. 연구 성과는 '바이오센서 바이오일렉트로닉스' 5월 16일자 온라인판에 실렸다.
부산=임동식기자 dslim@etnews.com
