최정우

본 발명은 기존 실리콘 기반 메모리 장치의 한계를 극복하기 위해 개발되었습니다. 산화환원능을 갖는 융합 단백질(아주린 및 미오글로빈 결합)을 기판에 직접 고정화하여 이중상 바이오메모리 장치를 구현합니다. 이 장치는 단일 분자 수준에서 9가지 경우의 정보를 효율적으로 저장할 수 있어 데이터 밀도를 획기적으로 증가시킵니다. 단순성, 효율성, 그리고 생체 적합성을 특징으로 하며, 미래의 단일 분자 기반 정보 저장 시스템 개발을 위한 강력한 대안을 제시합니다.

본 발명은 암 진단 및 맞춤형 치료의 한계를 해결합니다. 암환자의 혈액에서 자성 나노입자를 이용해 암세포를 분리하고, 자기적-전기화학적 신호 분석으로 암세포의 표현형을 정밀하게 동정하는 방법을 제공합니다. 이 기술은 추가 염색 없이 간단하고 신뢰도 높은 암세포 분석을 가능하게 합니다. 또한, 분리된 암세포에 대한 항암제 스크리닝을 통해 특정 암에 유효한 최적의 항암제를 판정하여 개인 맞춤형 치료에 기여합니다. 이는 암 환자의 조기 진단 및 효과적인 치료 전략 수립에 필수적인 기술입니다.

기존 세포배양 기술은 신경 세포 돌기 성장 방향 제어에 한계가 있었습니다. 본 기술은 자성 나노입자 표면에 그래핀이 고정된 복합 나노구조체를 활용하여 이 문제를 해결합니다. 자기장을 인가하여 세포배양칩에 나노구조체를 쉽고 빠르게 패턴화하며, 신경 세포 돌기의 성장 방향을 정밀하게 유도합니다. 이 방법은 세포 독성이 없어 주변 조직에 손상을 주지 않고 세포 성장을 제어할 수 있습니다. 재생의학 및 뇌 공학 분야에서 신경 네트워크 구축과 손상된 신경 치료 연구에 혁신적인 기여를 할 것으로 기대됩니다.

본 발명은 파킨슨병 등 뇌신경계 질환 치료제 개발의 한계점을 극복합니다. 기존 약물 스크리닝은 시간과 비용이 많이 들고 복잡한 뇌 신경망 모사에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 3D 바이오프린팅과 자성 나노입자를 활용하여 뇌 기저핵의 복잡한 신경회로(수평/수직)를 정교하게 모사한 칩을 제공합니다. 이 뇌기저핵 모사 칩을 통해 도파민 의존성 뇌신경계 질환 치료 후보 물질의 효능을 경제적이고 신속하게 평가할 수 있습니다. 이는 신약 개발 과정을 혁신하고 동물실험의 대안을 제시하는 효과적인 솔루션입니다.

기존 단백질 검출법의 높은 비용, 긴 시간, 낮은 안정성 문제를 해결하기 위해 금속 나노입자-핵산-펩타이드 복합체를 활용한 혁신적인 센서가 개발되었습니다. 본 센서는 특정 단백질 분해 효소에 의해 펩타이드가 분해될 때 강한 형광을 특이적으로 발광하여, 단백질 분해 효소를 신속하고 정확하게 측정합니다. 이 기술은 세포 기반의 비파괴·실시간 측정, 체액 기반의 현장 질병 진단 키트, 약물 스크리닝 및 세포·조직 영상화 등 다양한 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다. 특히 암, 관절염, 신경질환 등 주요 질병의 조기 진단 및 치료제 개발에 기여할 수 있는 차세대 플랫폼입니다.

세포 내 신호 전달 연구는 뇌 질환의 근본 원리 규명에 필수적이지만, 기존 전극은 세포에 유해하다는 한계가 있습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 생체 친화적인 '셀레트론(Celletron)'을 개발하였습니다. 단백질, DNA, MoS2로 구성된 셀레트론은 세포에 무해하게 침투하여 내부 전하상태를 정밀하게 제어하고 전기화학 신호를 측정할 수 있습니다. 이는 MoS2의 축전 효과를 활용한 것으로, 알츠하이머, 파킨슨병과 같은 뇌 질환의 메커니즘 연구에 중요한 기술적 토대를 제공합니다. 나아가 세포 기반의 고성능 메모리 소자 및 다양한 바이오 전자소자 개발에 응용 가능하여, 미래 신경 과학 및 의료 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.