1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

물질과의 상호작용을 거친 전자기파에서 관찰되는 에너지의 변화는 물질의 고유진동수와 밀접한 관련이 있어 화학 및 바이오 시료의 비표지식(label-free) 검출에 활용이 가능합니다. 저주파수 대역에 해당하는 테라헤르츠파는 물질 자체의 준동, 수소결합, 분자간력 등의 정보가 포함되기에 DNA, 아미노산과 같은 생체시료들의 고유 정보 및 차이를 해석할 수 있습니다. 또한, 광자의 에너지가 낮아 측정 시료의 변이가 없는 정확하고 안전한 차세대 의료 진단 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구에서는, 광손실이 적은 투과 형태의 테라헤르츠 분광법과 민감도를 수십 배 이상 증폭할 수 있는 메타물질 소자를 적용하여, 코로나바이러스(SARS-CoV-2, COVID-19) 핵심 단위체를 검출하였습니다.

SARS-CoV-2의 스파이크 단백질이 인간의 ACE2 수용체에 결합하여 체내로 침투하는 점을 고려하여 핵심 단위체를 선정하고, 이를 유사한 아미노산 배열을 갖는 베타코로나바이러스 속(genus) 중 하나인 SARS-CoV의 핵심 단위체와 구별하는 시도를 하였습니다. 각각의 단위체들은 광학적 상숫값 뿐만 아니라 전하량, 극성, 소수성 지표에서 차이를 보이기에 시료를 메타물질 표면에 균일하게 분산하는 부분이 중요합니다. 메타물질의 활성영역에 대한 표면처리와 건조방식을 최적화하여 우수한 재현성을 갖는 테라헤르츠 광신호를 확보하였고, 이를 기반으로 아미노산 단위의 변화를 면밀하게 관찰하여 핵심 단위체 간의 판별을 하였습니다.

현재 SARS-CoV-2의 변종과 무증상자의 출현으로 감염자의 수가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 일반적으로 사용되고 있는 ‘항원-항체’ 반응 기반의 진단법은 신속하지만, 유사한 구조를 갖는 단백질들을 구별하기 어렵다는 한계가 있습니다. 이러한 상황에서 아미노산 단위의 변화를 감지할 수 있는 테라헤르츠파 분석 기술은 유사한 구조와 배열을 갖는 변이바이러스들을 정확하게 특정하는데 적용할 수 있어 고민감도의 생체 시료 진단 시스템이 될 것으로 기대합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 한국과학기술연구원 (KIST) 센서시스템연구센터의 송현석 박사님과 서민아 박사님 지도 하에 진행되었습니다. 송현석 박사님 연구실에서는 Nanobiotechnology를 기반으로 하여, 시각, 후각, 호르몬 등 다양한 수용체, 질병 검출을 위한 관련 바이오마커와 세포들을 다루고 센서 플랫폼에 응용하는 바이오센서 개발 연구를 진행하고 있습니다. 나노베지클, 나노디스크 등 관련 생체재료와 화학적 표면처리 기법들을 다루며 생명공학, 화학, 광학, 나노소자 등 여러 분야의 융합연구를 수행하고 있기에, 다른 연구실과의 공동연구 및 교류가 활발하게 이루어지고 있습니다. 연구실 구성원들 모두 맡은 바에 책임감을 가지고 연구 하고 있고, 자유롭고 도란도란한 분위기 속에서 함께 성장해 나가고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

연구 결과를 얻기 위해서는 수많은 실패 속에서도 좌절하지 않는 굳은 마음가짐, 끊임없이 공부하려는 자세가 필요하다는 것을 깨닫게 되었습니다. 실패를 극복하고 원하는 목표에 달성했을 때 정말 큰 보람을 느끼며, 그 보람 덕에 연구를 계속 해 나갈 수 있는 원동력이 생기는 것 같습니다. 또한, 연구는 혼자 하는 것이 아닌 다른 연구자들과 함께 하는 과정 이기 때문에 서로 소통하고 교류하는 방법을 배워야 한다고 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

아직 학위 과정 중인 학생이고 부족한 점이 많다고 생각하기 때문에 무언가를 조언하기가 조심스럽지만, 수시로 찾아오는 좌절감과 한계점을 극복해 나갈 수 있는 방법을 찾는 것이 무엇보다도 중요한 것 같습니다. 저는 운동을 통해 부정적인 생각과 이런저런 스트레스를 해소하곤 하는데, 본인에게 맞는 기분 전환 방법을 찾는 것이 꼭 필요하지 않을까 싶습니다. 또한, 융합연구에서는 관련한 여러 연구분야에 대한 경험과 배우려는 열린 자세가 중요하기 때문에, 각 분야 연구자들과의 소통, 그리고 기존 연구를 바탕으로 참신한 아이디어를 생각해내려는 노력이 필요하다고 생각합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

앞으로의 박사학위 과정 동안 다양한 바이오/나노 물질, 그리고 이와 접목할 수 있는 고분자 소재들을 다뤄보고 새로운 표면처리 기법을 접목시켜, 정확성 높은 고민감도 진단 센서를 개발하는 연구를 진행할 계획입니다. 관련 분야에 대해 더 깊이 있는 연구를 하기 위해 끊임없이 배우고 노력하여, 해당 분야의 발전을 이끌어가는 연구자로 성장하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

연구 내/외적으로 본보기가 되어 주시는 훌륭하신 지도 박사님들 덕에 많이 배울 수 있었고, 한걸음씩 성장해 나갈 수 있었던 것 같습니다. 하고싶은 연구를 자유롭게 할 수 있도록 아낌없는 지도와 격려를 해주시는 송현석 박사님과, 공동연구를 진행한 서민아 박사님, 이수현 박사님께 깊은 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 연구실에서 함께 생활하며 가장 의지하고 있는 곽지성 선배님, 그리고 좋은 연구자로 성장할 수 있도록 여러 도움을 주고 계신 주변 선배님들께도 감사의 말씀드립니다.