이승현 교수. 심혈관 바이오마커 건출 위한 3D 활성기판 개발

이승현 한양대 ERICA 에너지바이오학과 교수 연구팀이 나노종합기술원 및 인천대 연구팀과 공동으로 유전영동을 기반으로 한 고감도 표면 증강 라만 산란(SERS) 활성 기판 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

기존 SERS 기술은 극미량 분자 검출이 가능한 분석 기법이지만 핫스팟의 균일한 생성이 어려워 신뢰도와 재현성이 떨어진다는 한계가 있었다. 이 때문에 넓은 면적에서 핫스팟을 균일하게 형성하는 것은 SERS 기판 제작의 핵심 난제로 꼽혀 왔다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 다공성 니켈 폼을 800°C 고온에서 열처리, 미세한 돌출 구조를 형성하고 그 표면에 금을 증착해 균일하게 배열된 금 나노입자 구조체를 구현했다. 이러한 3차원 구조는 라만 레이저 초점 부피 내에 더 많은 핫스팟을 포함, SERS 신호를 크게 향상시켰다.

그 결과 SERS 기판은 심근경색의 핵심 바이오마커인 ‘심장 트로포닌 I(cTnI)’을 검출하는 경쟁 면역분석에 적용됐고 pg/mL–1µg/mL 범위에서 안정적인 검출이 가능한 것으로 확인됐다.

검출 한계(LOD)는 5.8 pg/mL로 저비용 구조체 기반 SERS 기판 중 매우 우수한 성능을 보였는데 이는 혈액처럼 복잡한 생체 시료에서도 해당 플랫폼이 민감하고 정확한 바이오마커 진단 도구로 활용될 잠재력을 보여준 지표다.

이승현 교수는 “니켈 폼의 열처리를 통해 3차원 나노구조를 형성한 점이 이번 연구의 가장 큰 혁신”이라며 “5.8 pg/mL 수준의 검출 한계를 달성했을 뿐 아니라 플라즈마 세척을 활용한 기판의 재사용 가능성까지 확인한 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 개인기초 신진후속·중견연계 연구과제와 경기도청 GRRC 과제의 하나로 수행됐으며, 영국 왕립화학회(RSC) 학술지 ‘Nanoscale Advances’에 올해 3월13일 표지논문으로 선정되는 성과를 거뒀다.