나노바이오융합


나노웰 어레이 [Nanowell Array] 기술 적용하여 민감도와 특이도 100배 이상 향상
개개의 분자 반응제어 가능한 나노사이즈 공간(250 nm 나노웰)의 나열(array)

나노웰 : 바이오 분자 고정 및 반응 제어 (특이성) 

어레이 : 신호 증폭 (감도) 

일률적 갯수 : 센싱신호의 정량화 (정확도/정밀도)

•각 나노웰 (250 nm)의 체적은 atto리터 (10-18 liter) 

•나노웰 어레이 전극 (9 x 106개의 나노웰)의 총 양은 

   1 pico liter (10-12 liter)

극미량의  액체생검(혈액, 소변, 땀 등)으로 고선택성, 고특이성, 초고감도의 소형 나노바이오센서 개발 (전기화학: 신속


H.Y.Lee et.al. Japanese Patents 3972096 (2008); 4324707 (2009); 4497903 (2009)

H.Y.Lee et.al JACS (2005), Langmuir (2005), Lab on a chip (2006), Appl.Phys.Lett. (2006), Advanced Materials (2008)–The Highlight, Small (2008)


나노웰 어레이 센서의 장점
나노웰 어레이 전극(NWA) 센서

높은 신호대잡음비

• 분자수준에 가까운 크기를 갖는 구조

• 배경(또는 기저)잡음이 눈에 띄게 줄어드는 효과

• 통계적 의존성을 위해 신호를 증폭시킬수 있음 (예:1x107배)

• 소량의 샘플이 필요함(> 1 pL )

• 최소 pg 수준 이상의(> 1pg/ml) 민감도가 확보 가능함

기존의 마크로 또는 마이크로 전극센서
낮은 신호대잡음비

• 거대분자와 분자 사이의 크기차이가 큼

• 배경(또는 기저)잡음이 큼

• 충분한 양의 샘플이 필요함


반응제어를 통한 높은 민감도를 얻을 수 있음(1 fM)
극미량의(> I picoliter) 분석대상에 대한 정량검사가 가능함

나노웰어레이(NWA)는 기존의 평면 전극과 비교할 때, 분자간의 잠재적인 응집을 줄이고 생체 분자을 공간적으로 잘 배열시킬 수 있으므로 센서 감도가 향상됩니다.


기존의 전기화학적 진단법에서는, 마이크로 미터 (또는 미크론) 크기의 전극이 사용되었습니다. 그러나 분자의 크기가 전극의 크기보다 훨씬 작으므로 분자끼리의 응집이 쉽게 일어나고 이로 인해 주변 소음이 커지고 센서의 신호대잡음비가 낮아지는 결과를 초래합니다. 나노웰 전극을 이용하면 이 신호대잡음비를 향상시킬 수 있기 때문에, 측정결과의 통계적 신뢰도 향상을 위해 센서 신호를 증폭하게 됩니다.


나노 웰 어레이 (NWA) 구조는 소량의 샘플을 필요로 하는 (또는 샘플자체가 소량밖에 없을 때) 나노구조에서의 화학반응을 제어함으로써 '고감도’ 진단결과를 확보할 수 있습니다. 이와 같은 전기화학적 나노웰전극 구조의 장점을 기반으로 휴대용 및 디지털화 된 나노 생체 장치의 새로운 시대를 열어갑니다.


고감도, 높은 검출한계 및 비표지 진단을 목표로

나노웰어레이(NWA)와 전기화학의 결합을 통해 바이오센서 수준 특히, 감도, 검출한계(LOD), 다중 표적화 및 비표지 진단이 가능하게 됩니다.


50nm 직경밖에 되지 않지만, 나노웰어레이(NWA) 구조는 이론적으로 각 나노웰당 atto-liter (1000경 분의 1리터) 수준으로 존재하거나 혹은 센서 당 약 8fL (femto-liter, 1000조 분의 1리터)의 수준으로 존재하는 측정대상의 총 부피를 인식 할 수 있습니다. 때문에, 기하학적으로 각각의 나노웰에 하나에서 수 개의 생체 분자만 고정화되도록 설계하는 것이 핵심기술이라고 할 수 있습니다.


신속진단용 나노크기 플랫폼 개발/생산공정

바이오메디컬 나노기술을 사용하기 위해서는 생체 적합성이 우수하고 및 상업적으로 이용하기 편리한 나노공정을 사용해야 합니다. 이를 위해 마라나노텍코리아 연구진은 다양한 나노리소그래피(nanolithitho) 공정을 사용하였습니다. 이와 같은 나노리소그래피에는 전자 빔 리소그래피, 집속 이온 빔, 소프트 나노 리소그래피 (soft nanolitho) 및 나노 임프린트 리소그래피 (nanoimprint litho) 방법들이 있습니다.

전기화학적 나노메디컬 디바이스용 나노웰어레이

나노웰 센서의 대량생산화

1. 유리기판 크기: 300 mm × 300 mm

2. 전극의 개수: 8

3. 작동면적: 0.7 mm x 0.7 mm

4. 작업전극 : 금

    상대전극 : 백금

    기준전극 : Ag/AgCl

5. 전자빔 증착법 (electron beam deposition)

반도체 기술을 통해 정밀하게 제어된 나노웰 구조를 얻을 수 있습니다. 또한, 고감도 및 재현성이 우수한 비표지의 전기화학적 나노-바이오 센서를 소형화 할 수 있기 때문에, 나노 리소그래피 공정을 이용한 나노웰 센서를 대량 생산할 수 있게 되었습니다. 이를 위해, 나노웰 안에 수 개의 생체 분자만 고정될 수 있도록 분자의 생화학적 반응을 정밀하게 제어하는 것이 노하우라고 할 수 있습니다.


또한, 나노웰어레이(NWA)의 상업적 제조를 위해 첨단 반도체 나노공정설비를 사용하고 있습니다. 이상의 분자고정화 및 생산공정 기술을 통해 연구결과가 상용화 되는 데에 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.