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김문일 교수 연구팀, 코발트 도핑 다공성 산화세륨 나노자임 및 종이 바이오센서 기술 개발

수정일
2022.02.21
작성자
홍보실
조회수
388
등록일
2022.02.21

기존 바이오마커 진단기술 한계 극복, 생체물질 진단용 바이오센서 활용도 높여

김문일 교수바이오나노학과 김문일 교수

 본교 바이오나노학과 김문일 교수 연구팀이 KAIST 이진우 교수, POSTECH 한정우 교수 연구팀과 공동 연구로 중성 pH에서 높은 과산화효소 모방 활성을 가지는 코발트 도핑 다공성 산화세륨 나노자임 (nanozyme)을 개발하고, 이를 이용해 다양한 바이오마커를 동시 진단할 수 있는 종이 바이오센서 기술을 개발했다. 


 바이오나노학과 박사과정 Phuong Thy Nguyen 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구결과는 독일 WILEY 사에서 발간하는 국제학술지인 Advanced Functional Materials (IF: 18.808)에 지난 14일 온라인 게재됐다. (논문명: Rational development of Co-doped mesoporous ceria with high peroxidase-mimicking activity at neutral pH for paper-based colorimetric detection of multiple biomarkers)


 단백질 과산화효소의 제한된 효소 활성, 낮은 안정성 및 높은 생산/정제 가격 문제를 해결할 수 있는 과산화효소 모방 나노자임들이 최근 활발히 보고되고 있으나 그 활성이 대부분 산성 pH에서 존재하여 중성 pH에서 측정되어야 하는 바이오마커 진단에 한계가 존재했다. 


 연구진은 이를 해결하기 위해 범밀도함수이론을 통한 자유에너지 계산을 통해 목표 나노자임을 디자인한 후, 화학적 합성을 통해 중성 pH에서 높은 과산화효소 활성을 나타내며 산화효소 포집에 유리한 코발트 도핑 다공성 산화세륨 나노자임을 개발했다. 


 또한 연구진은 개발된 코발트 도핑 다공성 산화세륨 나노자임의 기공에 포도당 산화효소 등 다양한 종류의 산화효소를 추가적으로 포집 후, 종이에 고정화하여 다양한 바이오마커를 비색적으로 매우 간편히 동시에 현장에서 검출할 수 있는 종이 바이오센서를 개발했다. 동전 크기로 소형화된 종이 바이오센서의 비색 신호는 스마트폰의 어플을 이용하여 간편히 정량 분석됨을 확인했다. 


 김문일 교수는 “이번 연구에서 개발된 신규 나노자임인 코발트 도핑 다공성 산화세륨 나노자임은 중성 pH에서도 높은 과산화효소 활성을 보이기 때문에, 생체물질 진단용 바이오센서를 위해 폭넓게 응용될 수 있다”고 설명했다. 


 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 대학중점연구소사업의 일환으로 수행됐다. 연구팀은 앞으로 보다 향상된 효소로서의 성능을 보이는 신규 나노자임을 개발하고 이를 다양한 생물공학 분야에 응용할 계획이다.