김현노 학생(지도교수 이관희), 체액 내에 존재하는 여러가지 신경전달물질을 동시에 현장에서 측정하여, 정신질환을 초기에 잡아낼 수 있는 센서 개발

왼쪽부터 KU-KIST 융합대학원 김현노 박사과정, 이관희 교수

 

정신질환은 현대인의 과도한 스트레스와 평균수명 증가로 인한 노인성 질환 환자의 급증으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 최근, 많이 알려진 도파민 뿐만 아니라 이와 비슷한 구조를 가지는 신경전달물질이 정신질환 발병에 직/간접적인 원인이 되고 있다는 연구가 활발히 보고되고 있다. 따라서, 신경전달물질의 불균형 정도를 추적/관찰할 수 있는 모니터링 시스템이 요구되고 있다. 

본 연구에서는 신경전달물질들을 구분하고 정량화하기 위해, 전도성 Metal-organic framework (MOF)를 활용하여 신경전달물질들이 가지는 다양한 크기, 전하세기, 결합친화도의 차이를 이용해 비슷한 구조를 가지는 신경전달물질로부터 각 신경전달물질의 독특한 전기적 신호를 유도하여, 각 물질을 성공적으로 구분해내었다. 또한, 측정을 방해하는 물질이 있는 체액과 유사한 환경에서도 신경전달물질의 구별이 성공적으로 가능하다는 결과를 얻었다. 

이번 연구는 KU-KIST 융합대학원의 김현노 박사과정 학생이 이관희 교수의 지도하에 실험을 진행하였으며, 그 결과는 화학공학 권위지인 Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 16.744, JCR 분야 상위 2.448%) 최신호에 게재되었다.

* (논문명) Modular conductive MOF-gated field-effect biosensor for sensitive discrimination on the small molecular scale 

* (논문게재지) Chemical Engineering Journal 456 (2023) 141079 (Impact factor: 16.744, 상위 2.448%) 


그림 1. (좌) MOF가 도입된 반도체 기반 바이오센서의 구조 (우) 바이오센서를 활용하여 신경전달물질을 전기적 신호 패턴을 통해 구분한 결과.