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MARC
자료명/저자사항
자성나노입자를 이용한 조사선량 평가용 Bio-Dosimetry 기술 / 미래창조과학부 인기도
발행사항
[과천] : 미래창조과학부, 2013
청구기호
전자형태로만 열람 가능함
자료실
전자자료
형태사항
xiii, 50장 : 삽화, 표 ; 30 cm
제어번호
MONO1201414520
주기사항
단면인쇄임
방사선 기술 개발사업(방사선 기기 핵심기술)
주관연구기관: 한국원자력연구원
주관연구책임자: 박덕근
원문

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표제지

제출문

보고서 요약서

요약문

SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제의 개요 14

제2장 국내외 기술개발 현황 16

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 21

제1절 PHR 자기바이오센서 제작 및 특성평가 21

1. PHR 바이오 센서 소자의 구조 21

2. PHR 자기바이오센서 제작 23

가. PHR 자기센서 제작방법 23

나. 자기저항 소자의 특성 측정 25

다. 방사선 조사에 의한 자기센서의 특성변화 조사 27

제2절 나노비드의 특성 측정 28

제3절 자기센서 기반의 바이오칩 구동기술 30

1. PHR 자기센서의 측정장치 구성 30

2. PHR 자기센서 구동회로 설계 및 제작 31

제4절 마크 바이오분자 고정화 기술 개발 35

1. 자기센서 표면처리 기술 35

2. 자기조립 단분자막을 이용한 Au 표면에 단일가닥 DNA 고정 35

3. 자기센서 위에 단백질(항원-항체)의 고정 37

제5절 자기센서 기반의 바이오도시메터를 이용한 바이오분자의 방사선 조사효과 측정 39

1. 링크물질의 방사선 조사효과 측정 39

2. 자기센서에 의한 방사선 조사에의한 DNA손상 탐지 40

3. 형광분석법에 의한 방사선 조사 측정 41

4. 기타 방사선에의한 영향 42

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 48

제5장 연구개발결과의 활용계획 49

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보여도 50

제7장 연구시설장비 현황 51

제8장 참고문헌 52

가. 게재논문 목록 57

나. 학술발표회 논문 목록 60

붙임 3. 수정·보완요구사항 반영 내역 63

표 2-1. 개발된 바이오 칩 센서 성능 비교 20

그림 1-1. 자성나노입자를 이용한 바이오 도시메터의 측정원리 및 시스템 구성 15

그림 2-1. 캔티레바에 의한 단분자 측정 18

그림 2-2. 자기적 방법에 의한 바이오 칩 센서 개략도 20

그림 3-1. 자기저항 센서의 원리: 자성층과 반자성층 사이의 교환상호작용에 의하여 자기저항 현상 발생. 21

그림 3-2. 자기소자에서 자기교환력 공간 분포. 22

그림 3-3. PHR용 자성 다층박막 구조와 완성된 소자형태 22

그림 3-4. PHR 바이오 센서 자기박막 구조 (좌)spin-valve 구조, (우)bilayer 구조. 23

그림 3-5. PHR 바이오센서 제작과정 (lift-off). 23

그림 3-6. PHR 바이오 센서 패터닝 마스크 도면. 24

그림 3-7. 센서 전극(Ta/Au) SEM 이미지 및 I-V 측정. 25

그림 3-8. PHR 바이오센서 (ring type) 및 외부자기장에 의한 신호변화. 25

그림 3-9(a). 자기저항 소자의 상대적인 크기와 PCB 기판위에 고정한 모습 및 자기특성 26

그림 3-9(b). 동일한 모양의 다른 PHR 자기센서 소자에대한 측정결과 27

그림 3-10. 자기저항 센서의 전이곡선 특성 28

그림 3-11. 자기센서의 조사후 모습과 조사전후의 센서 특성 변화. 28

그림 3-12. 나노비드의 자기특성 29

그림 3-13. PHR 자기센서로 측정한 나노비드의 농도에 따른 신호변화 29

그림 3-14. 십자형 자기센서위에 나노비드를 떨어뜨린 모양과 전자현미경으로 확대한 사진. 30

그림 3-15. 자기센서 바이오칩 측정을 위한 장치 구성도 31

그림 3-16. 자기센서 바이오칩의 구동 전자회로 32

그림 3-17. 자기센서의 PCB 기판 구성을 위한 회로배치도 33

그림 3-18. 자기센서 바이오칩 구동회로 사진 34

그림 3-19. 금 표면에 SAM을 형성시키는 공정 37

그림 3-20. 자기센서위에 단일자기센서위에 단일가닥 DNA를 고정하고 결합(hybridization) DNA 에 자성나노입자를 붙인 모양 37

그림 3-21. 자기센서위에 항체/항원/항체/자성나노입자를 부착한 모습(좌) 및 QCM에 의한 부착확인 결과(우) 38

그림 3-22. 자성나노입자의 형광현미경 사진(좌), 자기센서위에 부착된 모습(우) 39

그림 3-23. 링크물질인 SysProtein G의 조사저항성 측정결과 39

그림 3-24. CV 로 측정한 조사량에 따른 단백질의 변성정도 41

그림 3-25. 0.05 Gy 감마선을 조사한 바이오도시메터에서의 자기신호변화 41

그림 3-26. 비조사한 DNA 와 1Gy 감마선 조사 DNA의 형광스캐너 결과 42

그림 3-27. 전자기파에의한 바이오분자 손상실험을 위한 발진장치의 회로도 46

그림 3-28. 전자기파 측정 장치 및 차폐망의 모양 46

그림 3-29. 전자기파 조사에 의한 센서의 신호변화 47

초록보기 더보기

I. 제목

자성나노입자를 이용한 조사선량 평가용 bio-dosimetry 기술개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

- 본 연구의 목적은 자기센서와 자성나노입자를 결합하여 분해능 〈1 mGy, 선형도 1mGy-100Gy의 자기바코드/바이오칩 센서 방식의 bio-dosimeter 개발하는 것임

- 현재 방사선에 의한 생체영향을 직접적으로 측정 할 수 있는 방법은 없으며, 기존의 방법은 방사선에 조사된 생물체의 혈액을 분석하여 간접적으로 방사선에 의한 생물체의 손상을 추정하고 있다. 반면 본 연구는 자기센서에 DNA 나 항원/항체 등 바이오 수용체를 부착하고 이 바이오수용체에 자성나노입자를 결합시켜 바이오칩을 제작한 후 이 바이오칩을 이용하여 방사선에의한 생체효과를 직접 탐지하는 것이다. 따라서 이 방법을 이용하면 방사선에 의한 생체효과를 직접 조사할 수 있다

III. 연구개발의 내용 및 범위

- 자성나노입자를 이용한 자기바코드/바이오칩 센서방식의 bio-dosimeter는 자기비드와 흡착되는 탐침바이오 분자를 만들고 이와 선별적으로 결합특성을 가지는 피탐침 바이오 분자를 이용하는 방식이다. 바이오분자가 방사선에 의하여 손상을 받으면 선별적으로 이 탐침자와 결합하는 정도가 변화하며, 바이오 분자에 부착된 자기 입자 비드의 양을 고감도 자기센서로 측정함으로서 조사된 방사선의 정도를 알아내는 것이다. 여기서 바이오분자로서는 효소, 단백질, 세포, 호르몬, 생체막, 티슈등이 사용된다.

- 방사선조사에 의하여 바이오 분자가 손상을 받아 탐침-피탐침 바이오 분자의 결합정도가 변화하면, 바이오 분자에 흡착된 자성나노입자에 의한 자기장의 세기가 변화한다. 이 자기장의 세기는 조사된 방사선의 정도에 비례 하므로 이를 bio-dosimeter로 사용할 수 있다.

- 본 연구과제의 범위는 바이오분자를 부착하는 자기센서 개발, 자성나노입자의 자기특성 평가를 통한 자성나노입자 선정, 전자모사를 통한 조사환경 결정 및 조사선량평가, 자기센서에 DNA 나 항원/항체와 같은 바이오분자를 부착하는 기술, 바이오분자에 자성나노입자를 부착하는 바이오-바코드 기술, 자기센서를 이용하여 방사선에 의한 바이오분자의 손상을 측정하는 측정기술 및 이를 위한 실험장치 설계 및 구동 전자회로개발, 미세신호를 측정하기 위한 노이즈 저감화 기술 개발, 그리고 자기센서의 전기신호를 컴퓨터로 기록하기 위한 컴퓨터와의 인터페이스 기술과 같은 저가저항 바이오센서 구동기술 등을 포함한다.

IV. 연구개발결과

- 십자형 및 링형의 PHR 자기센서를 제작하여 그 특성을 평가한 결과 링센서의 경우 출력전압이 높아 측정이 용이 하였으나, 자성나노입자를 중심에 위치시키기가 힘들었다.

- 크기가 다른 자성나노입자의 자기이력곡선을 측정하여 최적의 자성나노입자를 선정 하였다.

- 자기센서에 DNA 나 항원/항체와 같은 바이오분자를 부착하는 기술을 개발하고, 바이오분자에 자성나노입자를 부착하여 바이오칩을 제작하는 바이오-바코드 기술을 개발 하여 방사선 조사에 의한 바이오분자의 손상정도를 전기신호로 측정 하였다.

- 바이오칩 측정 시스템 구성하여 바이오칩이 헬름홀쯔 코일 속에 위치하게 하고, 방사선 조사에 의한 바이오분자의 손상을 PHR 자기센서의 전기신호 변화로 측정 할 수 있게, 컴퓨터로 제어되는 바이오칩 측정 시스템을 개발 하였다.

- 방사선 조사량에 의한 바이오분자의 손상을 측정한 결과, 10 mGy의 조사량에서도 DNA 분자기 손상 되는 것을 확인 하였다.

V. 연구개발결과의 활용 및 전망

- 고성능 전자기센서를 이용한 방사선에의한 생체손상의 응용분야는 크게 의료(X-선 조사, 방사선 치료), 식품, 군사 및 연구용으로 활용

- 방사선 조사에 의하여 장기보존되는 식품의 안전성을 정량적으로 평가 가능

- 군사용으로서 응용하면 방사선의 위협이나 생물학적 무기를 수초에서 수분정도의 빠른 시간에 감지

- 단순하고 안정적이며, 고감도, 고성능을 갖는 바이오센서 칩 기술 확보

- 생체 정보 신호 처리 시스템 관련기술로 응용 시 질병진단 기기, 세포 분리 연구, 신약 후보 물질의 screening 등 관련 기술 간 파급 효과 기대

- PDA 등과 같은 개인용 모바일장치에 부착 가능한 건강진단 sensor set에 h활용

- 기타 각종 질병에 대응할 수 있는 chip based immunoassay system의 핵심부품

- 본 기술은 나노, 바이오, IT, 방사선 기술이 융합된 독창적인 기술로서 타분야의 기술에 파급효과가 크며, 관련기술은 대부분 세계 최초일 가능성이 높아 기술표준을 선도하고 원천기술로서 지재권확보에 유리.

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