[대학저널 이원지 기자] 최석호 경희대학교(총장 조인원) 응용물리학과 교수팀이 세계 최초 그래핀/실리콘 나노선 배열 DNA센서를 개발했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 ‘도전연구사업’의 일환으로 진행됐으며 세계적 학술지 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 8월 18일자 온라인판에 게재(논문명: Precise and selective sensing of DNA-DNA hybridization by graphene/Si-nanowires diode-type biosensors)됐다.
DNA센서는 용액 중 DNA를 전기신호로 검출하는 소자일 뿐 아니라 같은 원리로 세포 등 다양한 생화학 물질의 센서로도 응용이 가능해 산업과 의료시설에서 핵심소자로 쓰이고 있다. 현재까지의 나노선 DNA센서는 단일 나노선을 사용한 센서로서 감도가 nA 단위로 매우 낮았으며, 유전체나 유기물이 나노선 상부의 일정부분을 덮어버림으로써 DNA분자들과 접촉하는 표면적을 감소시켜 효율을 떨어뜨리는 단점이 있었다. 이러한 단점을 보완하고자 그래핀을 실리콘 나노선의 접촉전극으로 사용한 DNA센서를 개발했다.
최 교수팀은 수직배열된 실리콘 나노선의 직경, 밀도, 결정방향, 배열 등을 정밀제어하고 대면적 그래핀을 상부전극으로 사용하여 쇼트키 다이오드를 제작했다. 이를 DNA센서에 적용한 결과 그 반응도가 특정 DNA에 대하여 120%의 저항 변화를 보이며 초고감도임을 증명했다. 이는 기존에 보고된 금속/실리콘 나노선 구조 DNA센서보다 월등히 높은 반응도이며 특정 염기 서열을 갖고 있는 DNA를 선택적으로 검출할 수 있는 장점이 있다.
최 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 DNA 센서는 그래핀/실리콘 나노선 복합나노구조가 고효율의 다양한 소자들의 기본구조가 될 수 있음을 입증했으며 DNA센서 이외에도 생화학센서, 광전자 소자 등에도 응용될 수 있을 것으로 보인다. 특히 나노선 DNA검출기는 소형제작이 가능해 암 진단을 비롯한 휴대용 DNA 검출기로도 활용될 수 있다”고 밝혔다.
한편 이번 연구를 통해 개발되는 DNA센서는 실용화까지 5~10년이 소요된다.
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