해피레포트 - [테마특강]나노바이오 융합측정 제어

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[테마특강]나노바이오 융합측정 제어

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최근 과학기술 분야 뿐 아니라 예술, 음식, 등 사회 문화 전반에 걸쳐 퓨젼 혹은 융합에 관한 관심이 매우 높다. 이 배경을 살펴보면 새로운 것을 추구하는 인간 고유의 호기심에 기인한 면도 있지만, 이미 거의 모든 것이 국제화되어 격렬한 국제 경쟁환경에서 살아남기 위한 나름대로의 전략으로도 풀이된다. 과학기술 분야를 살펴보면, 그 동안 우리는 이미 외국 선진국이 벌려놓은 큰 틀 속에서 어쩔 수 없이 늘 선진기술을 따라간다는 인식 아래에서 연구를 수행해 왔다고 볼 수 있다. 이 경우 관련 기술 분야을 구축하고 전문 인력을 육성하여 선진기술을 도입 육성하는 단계까지는 효과적이다. 하지만 최종 단계에서는 지적소유권이라는 기술 장벽을 넘지 못하거나 돌아가는 과정에서 국가의 자산으로 충분히 활용되지 못하는 경우를 피하기 어렵다. 각 전문 분야간의 융합기술 연구가 과학기술 분야에서도 주요한 전략개념이 되어버린 배경에는 이제는 우리도 선진기술을 단순히 따라가서 그 연구 영역에서 후발주자로서 여러 가지로 불리한 경쟁을 하는 방식을 지양하고자하는데 있는 것으로 보인다. 즉, 다양한 융합기술 개발을 통해 우리 나름대로의 새로운 연구영역을 개척해 원천기술을 도출하고자 하는 국가적으로도 적절한 전략 개념이 생겨 나고 있기 때문이라고 생각한다. ◇NT와 BT 융합의 필요성 최근 급속히 발전된 프로테오믹스나 지노믹스 등 바이오 분야의 새로운 연구 영역을 살펴보면 새로운 측정기술의 개발 및 활용에 기초를 두고 있다고 할 수 있다. 생체 내에는 수천종의 서로 다른 단백질이 존재하고 이들과 상호작용 할 수 있는 단백질이나 리간드의 수가 각각 수 개∼수 십 개에 달한다. 현재 단백질 분석은 수백만개의 세포를 시료로 해 많은 복잡한 단계들을 거쳐서 분석되기 때문에 시료의 손실 및 미확인 단백질 발생, 미량 단백질 분석불가, 분석 가능한 단백질수 제한, 멤브레인(membrane) 단백질 분석의 어려움, 각종 자동화에도 불구하고 여전한 복잡한 공정으로 인한 분석속도 감소 등의 한계점들을 가지고 있다. 효율적으로 단백질의 상호작용에 관한 정보를 얻기 위해서는 새로운 나오 바이오 기술을 이용한 초정밀, 초고속, 초복합계 분석, 실시간 분석, 공간분해능 분석 등의 특성을 가진 단일세포·생체분자 분석시스템의 개발이 필요하다. 나노분야의 경우 최근의 급격한 표면분석기술, 나노분석기술의 발전 등에 힘입어 우리나라도 소자와 물질 측정 및 제어에 대한 기술 수준이 상당한 경지에 올라있다. 또 활용하고 있는 여러 공정에 대한 기본적인 이해도 거의 완성되어 있다고 할 수 있다. 이에 비하면 바이오 분야는 여러 생명 현상에 대한 이해 정도가 나노 분야에 비해 상대적으로 매우 빈약하고 여러 간접적인 실험 결과와 불확실한 가설에 기반을 둔 경우가 많다. 따라서 새로운 나노바이오 측정기술을 통해 여러 복잡한 생명 현상에 대해 그 기본 단위인 단일 세포 차원에서 분자수준의 직접적인 측정이 가능해진다면 바이오 분야에서의 측정기술의 파급효과가 나노분야에서 보다 더 높다고 할 수 있다. ◇무엇을 개발할 것인가 우리는 여러 과학기술 분야 중 유난히 나노 과학기술 분야에 연구 개발 역량이 집중돼 있다는 것은 부인할 수 없다. 세계적인 경쟁력이 있는 반도체 산업 덕분에 그 기반이 되는 나노 과학기술에 대한 집중적인 투자와 발전이 있어 온 것이 사실이다. 나노 분야의 국내 측정제어 기술은 탐침, 레이저, X-선, 전자빔, 이온빔, 등을 이용해 이미 100㎚(1나노=10억분의1)이하의 단일 소자 제작에 요구되는 원자 수준이다. 이렇게 축적된 단일 소자에 대한 원자수준의 나노 측정제어 기술을 바이오 분야에 활용, 단일 세포에 대한 분자 수준의 측정제어 기술을 개발해 단일 세포를 기반으로 한 새로운 바이오 연구 기술영역을 개척한데는 데 큰 의미가 있다. 바이오 기술 연구개발의 주요 관심사는 유용한 생명현상에 대한 인과관계를 분자수준에서 신속히 파악하여 지적소유권을 선점하고 그로부터 배타적으로 신약을 개발하는 것인데, 신약개발의 성공은 수조원대의 부가가치를 가져오기 때문에 이 분야에서의 연구개발 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 이러한 신약개발의 경쟁력은 이미 존재하는 생명현상을 누가 먼저 더 빠르고 정확하게 관찰, 해석하느냐에 달려있기 때문에 연구자가 사용하는 측정장비의 성능이 매우 중요한 역할을 하며 이는 이미 유전체학의 연구 분야에서 입증된 바 있다. ◇세부기술로의 접근 단일 세포 나노바이오 측정제어 기술 분야에는 첫째, 펨토(1펨토=1000조분의 1)초 레이저를 이용한 단일 세포 선별, 위치/각도제어 및 나노바이오 가공 등의 바이오 광기술을 이용한 단일 세포 제어 기술이 있다. 둘째, 단일세포 내부의 화학결합 분포 실시간 측정 레이저 분광기술, 세포 내부의 단백질과 유기생체 분자의 C

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