▲ 바이오센서의 구성(a) 및 Transistor-based 바이오센서 모식도(b).

◇ 기술의 분류

바이오센서용 소재는 생물학적 수용체를 구성하는 소재와 변환기를 구성하는 소재로 나누어 분류할 수 있다.

▲ 바이오센서용 나노소재.

■ 환경변화

◇ 나노기술의 바이오센서 적용

나노기술(nanotechnology)이 발달하면서 바이오센서에 나노기술을 접목한 새로운 형태의 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 나노기술의 바이오센서 적용은 다양한 측면에서 이루어지고 있다. 대표적인 예로 금속나노입자, di-pen nanolithography, 나노와이어를 이용한 Field Effect Transistor(FET) 센서, 나노갭(nanogap) 센서, 나노채널(nanochannel), 나노포어(nanopore) 등을 들 수 있다. 일례로 제3세대 DNA 서열 분석 기술은 나노채널/나노포어를 이용한 기술이며, 적은 양의 DNA를 이용하여 더 민감하게 측정할 수 있다.

◇ 바이오센서의 소형화 및 point-of-care 시스템

바이오센서 소형화의 경우 micro-electro-mechanical systems(MEMS), lab-on-a-chip 등의 기술을 이용하여 바이오센서 장치를 휴대하기 편리하게 만들고자 하는 노력을 진행하고 있다. 바이오센서는 의료 분야에서 가장 중요한 시장 중의 하나이다. 의료계에서는 매우 정확한 실시간 현장현시검사(point-of-care)의 중요성이 강조되고 있어 바이오센서 장치의 소형화가 가속화될 전망이다. 글루코스 바이오센서는 point-of-care 장치 중 가장 대표적인 것으로 2009년 전체 바이오센서 시장의 47.9%를 차지하고 있다. Sensors E-Newsleters, 2010
앞으로는 글루코스 이외의 다양한 타겟의 효율적 검출이 가능한 point-of-care 바이오센서 장치의 개발이 시급해질 것으로 예상된다.

◇ 새로운 생물학적 수용체의 개발

바이오센서의 기능을 하드웨어와 소프트웨어로 분류하자면, 생물학적 수용체(bioreceptor)는 소프트웨어에 해당한다. Library screening 기법을 이용하여 in vitro in vitro : 시험관에서 진행되는 상태에서 타겟에 강한 결합을 할 수 있는 압타머(aptamer) 및 펩타이드(peptide) 등의 새로운 생물학적 수용체를 개발하는 기술이 발전하고 있다. 형광측정 방법과 화학적 수용체를 이용한 비례 센서(ratiometric sensor) 또한 개발되고 있다. 수용체를 고분자에 결합한 형태의 물질 또는 자기조립 나노구조체(self-assembled nanostructure)를 이용한 나노구조 등 생물학적 수용체 측면에서 다양성이 증가하고 있다. 이는 기존 물질의 단점을 보완하는 동시에, 더욱 민감하며 현장에서 손쉽게 사용이 가능한 바이오센서를 개발하고자 하는 노력의 일환이다.

■ 기술의 중요성

◇ 단일 플랫폼으로 다중 검출이 가능한 시스템

바이오센서 시장의 경쟁 심화에 따라 단일 플랫폼으로 다중 타겟 물질의 검출이 가능한 고성능 바이오센서를 개발하고자 하는 노력이 확대되고 있다. 또한 소형 마이크로칩(microchip)으로 다중검출을 하는 기술 개발 움직임이 가속화되고 있다. 일례로 당뇨병과 콜레스테롤 테스트를 동시에 할 수 있는 마이크로칩 바이오센서를 들 수 있다. 이를 위해서는 변환기 소재는 물론 새로운 형태의 다양한 생물학적 수용체를 개발하고자 하는 노력이 수반되어야 한다.

◇ 바이오센서 시장가능성의 확대

현재 바이오센서의 주요 시장은 임상 분석·의료·환경 감시이며, 해당 시장의 성장 가능성은 타 분야에 비하여 높다. 바이오센서의 응용 범위는 점차 확대되고 있으며, 산업화 가능성이 유망한 새로운 개념이 속속 등장하고 있다. 일례로 cell-on-chip 바이오센서는 cell-to-cell 상호작용을 측정하여 질병의 진단이나 치료에 이용하는 기술이다. 새로운 약물개발과 휴먼 게놈 지도(human genome map)를 이용한 개인의 유전정보 확인, 개인형 의약품(personalized medicine) 개발에도 바이오센서 기술은 적용되고 있다. 또한 두 가지 이상의 바이오센서 기술을 접목하여 새로운 가치사슬을 만들어 내는 컨버전스 신사업 개발도 미래의 유망한 분야 중 하나이다.

■ 기술분야별 동향

◇ 생물학적 수용체 소재

○ 항체 및 효소(antibody and enzyme)

항체 및 효소는 가장 널리 사용되는 생물학적 수용체 소재 중 하나이다. 항체는 단백질의 일종으로 타겟 물질에 대한 결합력 및 선택성이 매우 높은 특성을 지닌다. 항체는 원래 생명체 내에서 외부 유해물질인 항원(antigen)에 대응하기 위하여 생성되는 물질이지만, 필요에 따라 원하는 타겟 물질에 결합하는 항체를 새로 제조할 수 있다.

항체의 선택성은 lock-and-key(자물쇠와 열쇠) 모델로 설명될 수 있다. lock(자물쇠)에 해당하는 항체의 CDR Complementarity determining regions, 상보성 결정영역
의 구조를 조절하여 특정 선택성을 갖는 항체 조성(antibody engineering)이 가능하다. 일반적으로 항체의 Fc region을 표면에 고정(immobilization)하여 특정 타겟 물질의 인식이 가능한 바이오센서를 제작한다.

효소는 대부분 단백질계 물질이며, 타겟 물질에 결합할 뿐만 아니라 촉매반응을 통하여 타겟 물질에 대한 화학반응을 일으킨다. 화학반응이 완결되어 변형된 타겟 물질은 효소의 활성 영역(active site)에서 해리되며, 이후 새로운 타겟 물질이 결합하게 된다. 이러한 일련의 반복적인 과정을 통하여 소량의 효소로도 높은 감도를 달성할 수 있게 된다. 가장 대표적인 바이오센서 중 하나인 글루코스 센서는 글루코스 산화효소(glucose oxidase)를 사용한다.

○ 단백질(protein)

단백질을 생물학적 수용체로 이용하면 protein chip 또는 protein microarray를 개발할 수 있다. 단백질 수용체는 주로 고속의 순도 분석(high-throughput assay)과 특정 단백질의 상호작용 양상 및 활성 등을 측정하기 위하여 사용된다. 단백질은 현미경의 슬라이드(microscope slide), 분리막(membrane), 비드(bead), 시약검사용 다공평판(microtiter plate) 등의 고체 표면(solid surface)에 고정되며, 일반적으로 타겟 물질과 결합할 때 발생하는 형광 등을 측정하여 검출하게 된다.

○ 펩타이드 및 펩타이드 나노구조체(peptide and peptide nanostructure)

펩타이드는 단백질의 일부분으로 상대적으로 작은 크기의 고분자 물질이다. 단백질이 수백 개 이상의 아미노산으로 이루어져 있는 것에 비하여, 펩타이드는 50개 이하의 아미노산으로 이루어져 있다. 단백질에서 타겟 결합력이 가장 좋은 항원 결정(epitope) 부위를 선택하여 사용하는 것이 일반적이다. 단백질은 일반적으로 박테리아 등의 세포에서 분리, 정제하여 사용하기에 대량생산에 많은 비용이 들게 된다. 반면 상대적으로 작은 크기를 가지는 펩타이드는 화학합성이 용이하다는 장점을 가지고 있다.

파지 디스플레이 라이브러리(Phage display library) 등의 peptide library screening 기법을 이용하면 항체처럼 다양한 타겟과 결합이 가능한 신규 펩타이드를 개발할 수 있다. 펩타이드 나노구조체는 다수의 펩타이드가 자기조립(self-assembly)되어 형성되는 구조로 다가성(multivalency) 및 펩타이드 구조 안정화의 특성을 가진다. 새롭게 연구개발이 활발히 진행되고 있는 분야로 나노기술과 단백질/펩타이드 기술을 접목한 분야를 들 수 있다.

▲ (a) 단백질 (b) 펩타이드 (c) 펩타이드 나노구조체(펩타이드 및 펩타이드 나노구조체 모식도).

4개의 염기로 구성된 핵산(DNA, RNA)은 핵산염기 사이의 상보적인 수소결합을 통하여 선택적인 분자인식을 할 수 있다. 일반적으로 약 20개 정도의 염기가 연결된 oligonucleotide(ODN)는 휴먼게놈(human genome)에 존재하는 수없이 많은 염기서열 중 하나를 선택적으로 구별할 수 있게 된다. 핵산염기 사이의 염기쌍(base pairing) 원리는 매우 간단하기 때문에 손쉽게 타겟 유전자의 인식이 가능한 ODN의 설계가 가능하다. 압타머 기술은 항체나 peptide library처럼 library screening(SELEX 등)을 통하여 원하는 타겟에 결합할 수 있는 DNA 또는 RNA 구조를 설계하는 기술로, 최근 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

○ 탄수화물(carbohydrate)

탄수화물은 매우 다양한 구조를 가질 수 있으며, 특히 고분자성 탄수화물인 polysaccharide는 서열 및 구조적 다양성이 매우 크다. 생체 내에서 진행되는 분자인식(molecular recognition)도 탄수화물을 통하여 일어나는 경우가 많다. 이에 탄수화물에 바탕을 둔 생물학적 수용체를 개발하려는 노력이 진행되고 있다.

○ 기타 생물학적 수용체 소재

상기의 생물학적 수용체 소재 외에도 다양한 형태의 구조와 물성을 가지는 생물학적 수용체 소재가 개발되고 있다. 이러한 소재로는 생체고분자(biopolymer), 생체모방소재(biomimetic materials), 삽입화합물(inclusion compound) 등이 있다. 이러한 소재들은 바이오센서의 생물학적 수용체 용도로 개발된 경우도 있지만, 많은 경우 다른 용도로 개발된 후 바이오센서에 적용되고 있다. 생물학적 수용체가 가져야 하는 가장 중요한 특성은 분자인식(molecular recognition) 능력이다. 분자인식 능력을 가지는 소재의 개발에서 가장 중요한 요소는 인간의 상상력이다. 기존의 고정관념을 깨뜨리는 획기적인 생물학적 수용체 개발은 바이오센서 분야의 발전에 없어서는 안 될 필수요소 중에 하나이다.

◇ 변환기 소재

○ 카본나노튜브 및 그래핀(allotropes of carbon)

카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 그리고 풀러린(fullerene) 등은 동소체(allotrope)이다. 이들은 sp2로 혼성된 오비탈 구조를 가지며 conjugated p-system으로 인하여 전기적 전도성을 띤다. CNT는 우수한 기계적, 전기적, 그리고 전기화학적 성능을 지니고 있다. 또한 높은 종횡비(aspect ratio) 때문에 큰 surface-to-volume ratio를 가지는 장점도 있다.

생물학적 수용체를 CNT와 결합하는 방법으로는 CNT 표면에 작용기를 만든 후 생물학적 수용체와 공유결합을 통하여 결합하는 방법, 생물학적 수용체와 CNT 사이에 비공유결합을 유도하여 결합하는 방법이 있다. 이 때 비공유결합으로 소수성 상호작용(hydrophobic interaction), p-p 상호작용 등을 이용한다.

그래핀은 고속의 전자이동(high electron transportation), 고온 전도성(high thermal conductivity), 뛰어난 기계적 유연성(excellent mechanical flexibility), 우수한 생체 적합성(good biocompatibility)을 가지고 있다. 또한 그래핀은 CNT나 금속나노입자가 가지는 변환기로서의 몇 가지 단점들을 보완할 수 있다. 그래핀 위에 효소(glucose oxidase, cholesterol oxidase, cytochrome 등), DNA, 항체 등을 고정하여 바이오센서로 이용하고자 하는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 그래핀은 flexible display 등 첨단 소자를 개발하는데 쓰이는 주요 소재로, 바이오센서 기술과 접목된다면 매우 유망한 복합소재로 개발될 수 있다.

▲ (a) CNT 바이오센서-CNT 변환기에 단백질 생물학적 수용체가 고정화된 것을 형상화한 모식도 (b) 그래핀 바이오센서-그래핀 변환기에 DNA 생물학적 수용체가 고정화된 것을 형상화한 모식도(CNT/그래핀 바이오센서 모식도).

○ 금나노입자(gold nanoparticle)

금속나노입자(metal nanoparticle) 중 가장 주목할 만한 것 중 하나는 금나노입자(gold nanoparticle)이다. 나노입자의 표면에 생물학적 수용체가 고정화 되며, 타겟 결합 후 발생되는 광학적․전기화학적 신호변화를 이용하여 감지를 하게 된다. 금나노입자의 경우 표면 전자의 특이적 성질에 의하여 발생되는 surface plasmon resonance(SPR) 현상에 의하여 매우 민감한 바이오센싱을 가능하게 한다. 금의 경우 티올기(thiol group(sulfhydryl))와 매우 안정적인 공유결합을 할 수 있다. 일반적으로 생물학적 수용체의 원하는 위치에 티올기를 넣는 것은 어렵지 않으며 생물학적 수용체를 금나노입자의 표면에 고정하는 일 또한 매우 쉽게 할 수 있다.

이러한 용이성 때문에 금나노입자를 이용한 바이오센서 개발은 최근 급격한 발전을 이루었으며, 상업화도 활발히 진행되고 있다. 금이 가진 또 하나의 큰 장점은 생체독성이 매우 작다는 것이다. 또한 최근 들어 SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy) 기술에 의하여 타겟 물질의 매우 민감한 감지가 가능하게 되었다.

○ 전도성 고분자(conducting polymer)

전도성 고분자는 몇 안 되는 유기소재로 이루어진 변환기 소재 중 하나이다. 생물학적 수용체 소재도 거의 대부분 유기소재이기 때문에, 화학반응에 의하여 생물학적 수용체를 전도성 고분자 소재와 결합할 수 있는 방법의 종류가 매우 다양하며 또한 상대적으로 용이하다. 전도성 고분자는 delocalized p-system을 가지고 있어 긴 고분자 사슬을 통하여 전자의 이동이 가능하다. 이는 반복적으로 단일결합과 다중결합(이중결합 그리고 삼중결합)이 존재하기 때문이다.

○ 반도체 나노소재(semiconductor nanomaterials)

반도체 나노소재 중 양자점은 카드뮴셀 레나이드(CdSe), 징크 셀레나이드(ZnSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 등의 원소로 구성되어 있는 반도체성 나노입자이다. 양자점의 크기에 따라 형광의 여기 excitation : 원자 내의 전자가 보다 높은 에너지 준위로 들뜨는 상태
(excitation, 勵起) 및 방사 파장(emission wavelength)의 용이한 조절이 가능하다는 것이 양자점의 큰 장점 중 하나이다. 또한 일반적인 유기계 형광물질과 비교하여 매우 강한 형광을 나타내며 광퇴색(photobleaching)에 매우 강하고 넓은 흡수파장 영역 대역을 가지는 것도 양자점의 주요 장점이다. 양자점은 주로 광학적 방법을 사용하여 타겟 물질을 검출하게 된다. 양자점 이외에도 반도체성 나노선(nanowire), 나노튜브(nanotube) 등을 이용하여 바이오센서를 제조하려는 노력이 지속되고 있다.

○ 기타 변환기 소재(other transducer materials)

상기의 소재 외에도 다양한 변환기 소재가 존재한다. AFM(atomic force microscope, 원자간력현미경)을 이용한 dip-pen lithography 기술은 마이크로어레이 기술과 AFM 기술, 분자인식 기능을 결합한 것이다. 이외에도 나노포어(nanopore), 나노채널(nanochannel), 나노갭(nanogap) 등 다양한 변환기 시스템이 개발되었다.

화학적 수용체 소재들 중에는 생물학적 수용체의 기능과 변환기의 기능을 동시에 가지고 있는 것들도 있다. 즉, 타겟 물질에 선택적으로 결합하는 능력을 가지며, 결합 후 분자구조 및 전자구조 변화를 통하여 색깔과 형광특성 등이 변하게 되어 바이오센싱을 가능하게 한다. 유사한 개념으로 작동하는 단백질 물질도 있다. GFP(Split green fluorescent protein)의 경우 각각의 GFP 단편에 결합되어 있는 물질들이 상호 작용하면 GFP의 접힘(folding)이 완성되어 강한 형광이 나타나게 된다.

■ 기술개발 주요이슈

◇ 획기적인 생물학적 수용체 나노소재의 개발

현재 바이오센서 분야의 발전을 가로막고 있는 큰 걸림돌은 변환기 소재가 아닌 생물학적 소재이다. 변환기 소재 기술은 이미 상당히 발전한 상태인데 비하여, 생물학적 소재 분야의 발전은 아직 부족하다. 현재 개발된 생물학적 소재는 타겟 다양성이 낮고, 소재의 안정도·선택성·결합력·생산비용 등의 측면에서 개선되어야 할 점이 매우 많다.

또한 생물학적 소재 발전의 주요 제약 요인 중 하나는 바이오센서 분야의 융합적 성격이다. 생물학 전공자는 소재에 대하여 잘 알지 못하며, 소재 전공자는 생물학에 대하여 잘 알지 못한다. 이들 사이의 소통을 장려하는 정책과 더불어 두 분야에 모두 정통한 인재를 키워내려는 노력이 필요하다.

◇ 고효율 저변형 고정화 기술 개발

생물학적 수용체를 변환기 소재에 고정하는 기술은 공유결합적 방법과 비공유결합적 방법이 있다. 두 기술이 모두 갖추어야 할 전제조건은 생물학적 수용체 및 변화기 소재의 변형을 최소화하는 형태로 고정화가 이루어져야 한다는 것이다. 분자수준에서 고정화 반응을 조절할 수 있는 기술을 확립하려는 노력이 필요하다.

◇ 초고감도 검출 바이오센서 개발

고령화 사회 및 point-of-care 시스템에 대한 인식 증가, 웰빙(well-being) 및 맞춤형 의약품(personalized medicine)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 것들이 가능하기 위해서는 원하는 타겟 물질이 극히 소량이더라도 신뢰성 있게 검출할 수 있는 방법이 필요하다.

바이오센서, 임상 분석·의료·환경 감시 시장 유망
금나노입자·CNT·그래핀·전도성 고분자 소재 적용 활발

■ 해외 동향

◇ 미국

○ 연구개발 현황

미국의 바이오센서 연구는 소재 및 소자 분야 모두에서 활발하게 진행되고 있다. 미국은 생명공학 분야뿐 아니라 바이오센서의 생물학적 수용체 소재의 경우에도 세계 최고의 경쟁력을 가지고 있다. 생물학적 수용체 중 항체의 경우 최근 바이오센서뿐만 아니라 biologics라는 질병치료제로 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 항체 대량 생산에 대한 기반 기술이 확보되어 있으면, 이를 바이오센서에 적용하는 것도 매우 용이할 것이다. DNA chip, microarray 등이 처음 개발된 곳도 미국이다. 최근 각광받고 있는 next generation sequencing 기술은 DNA chip 기술이 한층 더 발전된 형태의 기술이다. 단백질 어레이 기술, peptide library screening 기술 등에서도 미국은 앞선 기술력을 보유하고 있다.

○ 선도 기관

▲ 바이오센서용 나노소재 - 미국의 선도 기관.

◇ 유럽

○ 연구개발 현황

EU는 바이오센서 테크놀로지에 대한 지원을 확대해 나가고 있다. 일례로 기존의 단백질계 생물학적 수용체를 대신할 수 있는 펩타이드계 생물학적 수용체에 연구비 지원이 덴마크 등지에서 이루어지고 있다. Electrical DNA chip 관련 EU 프로젝트도 가동 중이다. 바이오칩 테크놀로지를 약물 발견(drug discovery)에 활용하려는 움직임도 활발히 진행되고 있다. 이는 바이오센서 장치가 가지고 있는 고효율 검색(high throughput screening) 능력을 이용하여 빠른 시간 내에 많은 양의 샘플을 분석하는 것이다. 따라서 유력한 후보물질(lead compound)를 찾는데 필요한 시간과 노력을 줄일 수 있다. 세계적인 추세에 맞추어 EU에서도 질병 마크(disease marker)의 빠른 검출, 다중 센싱(multiplex sensing), 질명의 초기 진단 등이 가능한 바이오센서 플랫폼 테크놀로지에 대한 개발이 활발하다.

○ 선도 기관

▲ 바이오센서용 나노소재 - 유럽의 선도 기관.

◇ 일본

○ 연구개발 현황

일본은 바이오센서 개발에 필요한 소재와 소자 부문에서 모두 강점을 지니고 있으며, 생명공학 또한 매우 발달되어 있다. 바이오센서를 위한 반도체 공정 기술이 발달되어 있으며, 환경 모니터링, DNA chip 및 protein chip 등의 바이오센서 기술도 매우 발달되어 있다. 과학기술기본계획의 일환으로 추진되는 나노기술개발에 의하여 바이오센서용 나노소재 기술도 발전하고 있다. 일본에서 나노전자영역․재료영역․나노바이오․생체재료영역․나노기술재료 영역 등을 포함하는 나노기술 및 재료 분야는 과학기술기본계획 상의 4대 중점 분야 중 하나이다. 이에 발맞추어 나노바이오센서 영역도 매우 빠르게 발전하고 있다.

○ 선도 기관

▲ 바이오센서용 나노소재 - 일본의 선도 기관.

◇ 국내 동향

○ 연구개발 현황

바이오센서에 대한 수요가 가장 큰 분야는 의료 부문이다. 국내에서도 대부분의 바이오센서 연구개발은 의료 진단을 목적으로 진행되고 있다. 휴대가 간편하고 고감도 검출이 가능한 바이오센서 장치 개발에 연구의 초점이 맞추어져 있다. 진단 및 연구용 바이오칩 및 어레이 기술 분야는 현재 시장은 크지 않지만 급격하게 발전하고 있는 분야이다. 이러한 기술은 고부가가치를 창출한다는 측면에서 지속적인 연구개발이 필요하다.

바이오센서는 바이오센서 소자와 바이오센서를 구성하는 소재 부문으로 나눌 수 있다. 국내 바이오센서 소자 기술은 높은 수준에 도달했으나, 소재 부문은 아직 선진국에 뒤쳐져 있다. 또한 소재 부문에 대한 관심 및 정부의 지원도 미미한 실정이다. 원천소재가 개발될 경우 그 부가가치가 막대하다는 것을 고려한다면, 앞으로 바이오센서를 구성하는 소재에 대한 많은 투자가 필요할 것이다. 소재에 대한 기술은 지적재산권 측면에서도 원천성이 뛰어난 기술이다.

○ 선도 기관

▲ 바이오센서용 나노 - 국내의 선도 기관 .

■ 기술경쟁력분석

▲ 바이오센서용 나노소재 - 기술격차 및 기술수준 .

美·日, 소재·소자 기술 선도, EU 지원 확대
韓, 소재 연구 부족…투자확대 및 융합인재 양성 必

■ 산업 및 시장 동향

◇ 산업동향

바이오센서 기술은 의료진단(medical diagnostics), 연구용(microarray, sequencing 등), 생물방어(biodefence), 환경감시, 보안산업, 장치공업(process industry) 산업에의 활용 등 다양한 분야에서 이용이 가능한 매우 광범위한 성격의 기술이다. 최근 바이오센서 산업은 소형화(miniaturization) 및 비침습적(non-invasive) 방법의 개발에 많은 관심을 보여 왔다. 현재 바이오센서 시장의 절반은 글루코스 진단 기술에 집중되어 있다. 미래의 시장에서는 타겟 물질에 대한 다양화가 필요할 것이다.

▲ 바이오센서 - 국내외 산업동향 .

◇ 시장규모 및 전망

현재 바이오센서 시장은 세계 및 국내 시장 모두 혈액 내 글로코스 양을 측정하는 분야에 대부분의 역량이 집중되어 있다. Microarray 기술(DNA chip, protein chip 등)을 이용한 질병진단, lab-on-a-chip(LOC) 기술을 이용한 미량 분석 및 다중 분석 기술 등 다양한 분야에서 바이오칩 시장이 성장하고 있으며, 이들이 미래 시장을 주도할 것으로 예상된다.

▲ 바이오칩 기술의 국내외 미래 시장 규모(자료 : 지식경제부, 바이오칩 산업 및 표준화 동향, 2009).

■ 미래의 연구방향 및 제언

◇ 미래의 연구방향

○ 생물학적 수용체 소재

항체
• 항체 디자인 기술 및 in vitro evolution 기술 발전
• 항체 대량 생산 기술 발전

펩타이드 및 펩타이드 나노구조체
• 펩타이드 구조 안정화를 통한 선택성 증가에 대한 연구
• 자기조립 현상에 대한 근본적 이해를 바탕으로 한 연구개발

압타머
• Selection technology 발전
• 타겟 다양화 및 고정화 기술 개발
• Aptamer repertoire 다양화 방안 모색

생체고분자
• 분자인식이 가능한 고분자 개발 기술 발전
• 고정화 기술 개발

생체모방 소재
• 새로운 아이디어 개발
• 기초원천연구(Fundamental)에서 응용연구(application)까지 모두 중요함

○ 변환기 소재

CNT 및 그래핀
• 합성 기술 및 활용기술 개발
• 생물학적 수용체와 covalent, noncovalent interfacing 기술 개발

금속나노입자
• 금속나노입자 physico-chemical property tuning 기술 개발

캔틸레버
• 소재 특성 제어 및 소자로의 완성도 높임
• Individually addressable high throughput technology로의 발전

반도체 나노소재 및 양자점
• 현재의 발전된 기술을 바탕으로 기술 도약을 위한 전략 마련

전도성 고분자
• 합성 기술 및 특성 제어 기술 개발
• 검출 및 소자화 기술 개발
• 생물학적 수용체 고정 기술 개발

◇ 제언

○ 진정한 원천소재에 대한 연구 프로그램 필요

기존의 정부 연구개발 사업은 완성품인 소자에 관한 사업들이 대부분이었다. 또한 원천소재라 표방한 프로그램도 기존의 소재를 최적화 시키는 데 많은 부분 주력하여 왔다. 바이오센서 연구개발의 성격을 구분한다면, 각각의 모듈(module)을 이루는 소재에 대한 연구와 이들이 모여 구성된 장치/소자에 대한 연구개발의 두 가지로 나누어 생각할 수 있다. 현재는 후자의 연구개발에 많은 부분 연구역량이 집중되어 있다. 이러한 불균형을 해소하기 위한 정책적, 제도적 지원 방안의 마련이 시급하며, 특히 소재의 경우 고부가가치를 가진다는 점에서 집중 육성이 더욱 필요하다. 바이오센서 소재의 경우 생물학적 수용체 소재와 변환기 소재의 두 가지로 분류할 수 있다. 이들 소재에 대한 균형 있는 투자가 필요하다.

○ 융합적 소양을 가진 연구자 양성 필요

바이오센서 연구개발은 생명공학·화학·물리학·재료공학·기계공학·전자공학·의료공학 및 의학 등 많은 학문 분야가 필요하다. 학문 및 기술의 융합과 통섭이 중요시되고 있는 것이 현대 과학기술의 추세이다. 또한 과학기술과 인문학의 융합 또한 중요시 되고 있다. 바이오센서는 이러한 융합 및 통섭이 가장 필요하며 중요시 되는 분야 중 하나이다. 따라서 각각의 기술을 보유한 연구자 및 기관간 효과적인 의사소통을 해야 하며, 서로에 대한 관심 그리고 배려가 필요하다. 또한 미래에 본 분야를 이끌어 갈 융합적 소양을 가진 인재 양성에도 힘을 기울여야 한다.