그래핀 기반 초고감도 바이오센서, 단백질 질병 진단 향상

단백질 구조 탐사용 초고감도 바이오센서는 알츠하이머병, 만성소모성질환, 광우병 등 단백질 잘못 접힘 관련 질환을 포함해 인간과 동물 모두에 걸친 다양한 질병 진단 깊이를 크게 개선할 수 있다. 이런 바이오센서는 신약 화합물 개발 기술 개선에도 이어질 수 있다.

탄소 원자 단일 층으로 된 물질 그래핀은 10년 전 발견됐다. 놀라운 특성 범위로 연구자들을 매료시켜 질병 감지용 더 나은 센서 제작 등 많은 새 응용에 쓰이고 있다. 그래핀을 이용한 바이오센서 개선 시도가 상당했지만, 놀라운 단일 원자 두께 때문에 문제가 있다. 빛을 비췄을 때 빛과 효율적으로 상호작용하지 않는다. 빛 흡수와 국소 전기장 변환은 질병 진단 시 소량 분자 검출에 필수적이다. 유사 그래핀 나노구조 활용 선행 연구는 10% 미만 빛 흡수율만 입증했다.

연구자들은 그래핀을 금 나노 금속 리본과 결합했다. 끈적한 테이프와 '템플릿 스트리핑(template stripping)'이란 나노제조 기술을 사용해 그래핀용 초평탄 베이스층 표면을 만들었다. 빛 에너지를 사용해 그래핀 내 전자들에 일렁이는 움직임, 플라즈몬(plasmon)을 생성했다. 이는 전자 바다를 퍼져나가는 잔물결이나 파도 같다. 비슷하게 이 파도들이 강도를 높여 국소 전기장의 거대한 해일 같은 파도를 이룬다.

단일 원자층 그래핀 소자 위에 빛을 비추면 근 94%라는 전례 없는 효율로 빛 흡수가 일어나 전기장 해일 속으로 들어간다. 단백질 분자들을 그래핀과 금속 리본 사이에 삽입하면 단일 단백질 분자 층을 볼 수 있을 만큼 충분한 에너지가 활용된다.