공항 마약탐지견 사라질 날 머지 않았다

[이뉴스투데이 여용준 기자] 반도체에 생체 감각기관을 모사해 초정밀 센싱이 가능한 기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다. 앞으로 공항에서 마약이나 폭탄을 탐지할 때도 훈련된 개 대신 이같은 반도체를 활용한 센서가 쓰일 것으로 예상된다. 

한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 유연규 국민대 화학과 교수팀과 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 

또 이 인공세포막 표면에 이온 채널 단백질을 결합해 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고 신호를 발생시키는 것을 확인했다. 이온 채널은 생체막을 관통하는 구멍을 형성해 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자를 말한다.

포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 개의 후각세포와 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 

만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 재난과 위험으로부터 보호할 수 있다.

KIST 연구진은 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발했다. 특히 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다.

또 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다.

세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다.

김태송 KIST 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다”라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행됐으며 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 최신호에 게재됐다.