- 생화학 연구실
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지도 교수 : 최석정 교수
생화학연구실에서는 생물체 분자들의 분자 인식(molecular recognition)을 이용하여, 약물 전달용 운반체, 바이오센서, 바이오칩, 새로운 진단 방법 등을 연구하고 있습니다. 분자 인식이라는 것은 단백질, 핵산, 탄수화물, 지질, 그리고 기타 유기 분자들이 서로 선택적이고 특이적인 방식으로 결합하는 것을 의미합니다.
분자 인식의 가장 대표적인 예로는 항체와 항원 사이의 결합, 그리고 서로 상보적인 염기서열을 갖는 핵산 분자 사이의 결합을 들 수 있습니다.
이미 진행되었거나 현재 진행 중인 연구 분야는 다음과 같습니다.
- 항체를 대신할 수 있는 분자 인식 도구의 하나인 펩타이드 문고(peptide library) 기술을 이용하여 암세포, 병원성 박테리아, 질병 관련 단백질, cyclodextrin 고분자 등에 결합할 수 있는 펩타이드들을 개발하였습니다. 이 펩타이드들은 항암제 전달, 박테리아 검출, 효소 활성 억제, 단백질 고정 등에 응용됩니다.
항체에 결합하는 펩타이드 선별 과정
- 리포솜, 나노입자, 금속 표면 등에 펩타이드, 항체, 유기 분자 등의 리간드를 고정하는 표면 화학(surface chemistry) 방법들을 개발하였습니다. 또한 이렇게 리간드가 고정된 물질들은 치료물질의 전달체로 사용되거나 질병을 진단하는 바이오센서로 사용됩니다.
지질을 이용하여 QCM 센서칩 표면에 항체를 고정하는 방법
- Quartz crystal microbalance(QCM) 바이오센서를 연구하여 (주)아모라이프사이언스와 함께 QCM 바이오센서 시스템을 개발하였습니다. 이 QCM 바이오센서는 센서 칩 표면에 물질이 결합하면 수정 박막의 진동이 변하는 현상을 이용하여 최저 1 나노그램까지 측정할 수 있으며, 병원균, 질병 마커 단백질, 환경오염 물질 등을 검사하는 데 사용할 수 있습니다.
QCM 바이오센서 시스템
- 랩온어칩(Lab-on-a-chip)은 손가락 크기의 작은 칩에서 일련의 분석과정을 수행할 수 있는 장치입니다. 생화학연구실에서는 액체를 흘려보내지 않고 자성 입자를 이동시켜 분석하는 정지 액체상(Stationary liquid phase) 랩온어칩을 개발하여 식중독균, 충치균, 질병 마커 단백질, 해양 독소 등을 검사하는데 응용하는 연구를 진행했습니다. 특히 우리 연구실에서는 이 랩온어칩을 이용하여 단 한 개의 식중독균을 검출하는 데 성공했습니다.
정지 액체상 랩온어칩과 분석장치
- 기체 발생 반응을 이용하여 눈으로 관측할 수 있는 volumetric biochip을 개발하였습니다. 이전에 개발된 volumetric biochip들은 기체 부피 측정을 위해 별도의 잉크 마커를 사용하여 불편하고 실용화가 어려웠지만, 우리 연구실에서는 마커를 사용하지 않는 간편한 markerless volumetric biochip을 개발하였습니다. 이 biochip에서 피펫만을 이용하여 10개 이하의 식중독균을 검출할 수 있었습니다.
Markerless volumetric biochip
- DNA나 RNA를 이용하여 COVID-19을 비롯한 질병을 진단하는 혁신적인 방법들을 연구하고 있습니다. 여기에는 병원균이나 질병 마커 단백질 등에 결합하는 DNA aptamer, 작은 DNA 분자들을 원하는 구조로 조립하는 DNA engineering, 효소 활성을 갖는 DNA 분자인 DNAzyme, 유전자 편집에 사용되는 CRISPR-Cas, 등온에서 핵산을 증폭하는 등온증폭 방법 등 다양한 기술들이 사용됩니다.
DNA 조립에 의한 COVID-19 진단 방법