반도체로 만든 '인공 코'..폭발물·마약탐지견 대신한다

KIST·국민대 연구팀, 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작

인공세포막 재료가 코팅된 수만개의 홀 어레이를 포함하는 실리콘 칩/사진=KIST

포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 이를테면 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 폭발물·마약탐지견 없이 아주 정밀하고 손쉽게 검사할 수 있다. 국내연구진이 이 같은 일을 가능케 할 신기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템연구단 김태송 단장 연구팀, 국민대학교 화학과 유연규 교수팀으로 이뤄진 공동연구팀이 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

지금까지 인공세포막 연구는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(Giant Unilamellar Vesicle, GUV)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것은 아니었다.

고체에 고정된 막의 경우 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하다.

KIST 연구진은 이런 한계를 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물을 제작했다. 이는 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 안정성이 뛰어났다.

또 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌(뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질) 수용 채널을 다량 결합했다.

이렇게 제작한 인공세포막은 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행했다. 연구진은 “이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용할 수 있다”고 설명했다.

김 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용해 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다”고 말했다.

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류준영 기자 joon@

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