| 초록 |
연구의 목적 및 내용 본 연구주제가 추구하는 기본적인 연구 목적은 단백질의 상호작용 및 동적 특성에 기인하는 다양한 질병의 진단과 치료에 유효한 3D 초고분해능의 광학 측정 장치를 개발하는 것이다. 세포내 암세포 관련 단백질에 대한 정확하고 다양한 정보를 수집하는 장치 개발에 목적이 있으며 이러한 정보를 통해 세포내 단백질 분포나 이동에 관련된 3D mapping을 완성하고자 한다. 나노구조에 의하여 여기되는 표면파의 특성을 분자영상과 검출에 응용함으로 세포 세포내/외 단백질의 동적 특성 및 상호작용을 연구하고 이를 통하여 다양한 생체분자의 특성 및 성질을 이해하기 위한 PSALM + EOT-AIM 시스템이 동시에 접목된 측정플랫폼을 개발하는게 그 목적이다. 연구 내용으로, 1차 년도에는 나노 기술의 최적화 계산 및 제작 기술을 개선하여 최적화된 나노 구조를 찾아내고, 초고해상도 영상이 가능한 영상 시스템을 제작하고자 한다. 2차년도에는 시스템 차원에서 융합된 3D 초고해상도 시스템을 개발하고 시스템의 성능을 테스트 하여 나노구조와 접목하며, 마지막으로 3차 년도에는 융합된 현미경 기술을 이용해 세포내 단백질 반응을 초고해상도로 측정하고 바이러스, 특이 성질의 박테리아 움직임까지 관찰 하고자 한다. 연구결과 최적화된 나노구조를 찾기 위해 FEM 방식과 FDTD 툴을 활용하여 나노구조를 광학적으로 분석하여 주기 1 μm, 크기 100 nm, 두께 30 nm의 사각형 형태의 나노 구개구조에서 표면파가 가장 강하게 국소화 나타나는 것을 확인하였다. 계산을 바탕으로 최적화된 형태의 나노구조를 전자빔 리소그래피를 이용하여 제작하였다. 제작된 샘플의 효과에 있어서 안정성을 위해 최적화된 설계를 계속적으로 진행하였다. 최종적으로 이렇게 제작된 칩을 바탕으로 고해상도 이미징 측정장치를 제작하였다. 제작된 나노 구조를 활용하여 이미징 측정장비에 적용 시켰는데, 이는 빛의 투과도를 높여 표면에서만 관찰 가능하게 하였던 것을 약 300 nm 정도의 투과 깊이로 타겟 물질을 측정 가능하도록 투과 깊이를 증가시킬 수 있었다. 전반사 현미경을 회절 제한 한계까지 측정이 가능하도록 개선하기 위해 표면 플라즈몬 공명현상을 이용한 이러한 PSALM 시스템과 투과 깊이를 높일 수 있는 EOT-AIM 시스템을 함께 도입하여 제작하였다. 제작된 시스템의 안정화를 위해서 다양한 세포를 제작된 나노 구조 칩 위에 배양한 후 금속 표면에서 세포의 안정화 및 고정화를 위한 실험을 실행하였고 최종적으로 세포의 활동 및 세포에서의 분자 활동 영상화를 하고자 하였다. 또한 나노 구조 위에 고정된 세포를 관찰하기 위해 전자현미경 이미지를 통해 그 결과를 확인하였다. 세포 외벽에서만 PSALM을 통해 관찰 할 수 있었던 것을 특정한 타겟 물질에 형광을 표지함으로써 타겟물질의 이동을 세포핵 부분까지 이미징하여 단백질의 이동 시간과 이동 위치를 분석할 수 있었다. PSALM 영상을 통해 세포막 부분에서의 이미지를 고해상도로 얻을 수 있었다. 나노 구조 사이를 이동하는 단백질의 이동속도와 이동 경로를 측정할 수 있었으며 세포 배양 및 측정하고자 하는 단백질을 발현시켜 항원 항체 반응을 통해 특이적 성질을 가진 단백질을 선택적으로 측정하였다. 연구결과의 활용계획 본 연구는 일반적인 방법으로 분석하기 어려운 세포 내 단백질의 반응, 역할 및 단백질과 단백질 사이에서 일어나는 다양하고 의미 있는 반응을 분석함으로서 기초 의학의 연구 및 세포 내 단백질의 변이 등에서 비롯된 질병의 진단, 분석, 나아가 치료 방법이나 약제의 연구에 응용될 수 있다. 단백질의 역할, 반응 또는 단백질과 단백질 사이의 반응, 역할을 관찰하고 분석하는 광학적 분석 기기를 통해 단백질의 변이 등에 의한 난치병의 원인을 분석할 수 있고 이렇게 분석된 원인을 이용해 치료 방법 또는 약물을 개발하고 개발된 치료 방법 또는 약물을 사업화하고 제품화하여 새로운 경제적 가치를 창출할 수 있다. 인력양성 측면에서는, 본 연구를 진행하는데 있어서 전기전자공학, 광학뿐만 아니라 생물학, 의학, 화학공학 등 여러 학문에서의 접근이 필요하며, 이는 국가적으로 양성 및 지원하고 있는 다학제간 융합 교육에 크게 기여할 것으로 생각된다. 플라즈몬 기반 초고해상도 광학 현미경 시스템 및 고해상도 전기 신호 측정 시스템의 경우, 기존의 고해상도 차세대 현미경 기술과 특허 등에서 충돌하지 않는 새로운 제품으로 제품화 진행 또한 가능하다. (출처 : 요약문 4p) |
