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생체감지를 위한 용량형 마이크로시스템

전문가 제언: ○ 일상적인 건강관리와 질병을 빠르고 간편하게 진단하는 데 필요한 바이오센서를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오센서의 원리는 생체감지물질(조직, 세포 수용체, 효소, 항체, 핵산 등)과 분석대상물의 결합에 의해 발생하는 물리화학적 변화(전기전도도, 열, 빛, 질량 등)를 측정 가능한 정량적인 전기신호로 변환하는 것이다.

○ 용량형 바이오센서는 분석대상물질과 생체감지물질의 상호작용에 따른 전극 간의 유전율의 변화나 거리의 변화를 용량의 변화로 측정한다. 용량형 바이오센서에는 손가락을 깍지 낀 모양의 교호전극(interdigitated electrodes)을 사용하는 것, 전극과 용액 간의 계면(electrode-solution interface)을 이용하는 것, 유연한 멤브레인을 커패시터의 전극으로 사용하는 것 등이 있다. 본고에서는 저렴하고 간단하면서도 우수한 특성을 나타내는 용량형 바이오센서의 동작원리, 연구개발 현황 및 전망에 대해 기술한다.

○ 국내의 용량형 바이오센서 관련 연구개발 사례로는 ‘실시간 박테리아 감지를 위한 정전용량방식의 MEMS 바이오센서’(2008년 연세대 김용준 교수), ‘나노기술을 이용한 트랜지스터 기반 바이오센서’(2009년 KAIST 최양규 교수), ‘DNA 혼성화 검출을 위한 임피던스 기반 CMOS 어레이 센서’(2010년 KAIST 조규형 교수), ‘화학기계적 변환기를 위한 다기능 나노복합물 멤브레인’(2010년 서울대 김용협 교수) 등이 있다.

○ 현재 바이오센서 시장의 대부분은 의료용이며 외국 기업이 차지하고 있으나 환경감시용, 군사용, 식품검사용 등 잠재적인 응용분야가 넓고 기술적으로도 해결해야 할 과제가 많다. 바이오센서는 생물, 화학, 전기전자, 재료, 나노기술 등 다양한 기술의 집약체이다. 근래 국내의 각 대학에서 나노입자, 나노와이어, 나노튜브, 그래핀 등을 이용한 바이오센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 세계적 수준의 반도체 미세 공정기술을 토대로 학제 간의 심도 있는 융합 연구를 통해 세계 시장을 선도할 수 있기를 기대한다.

저자: V. Tsouti, C. Boutopoulos, I. Zergioti, S. Chatzandroulis
자료유형: 학술정보