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

 바이오센서는 생물학적 감지 요소와 변환기를 통합하여 단백질, 핵산 및 작은 분자와 같은 특정 분석물을 감지하고 정량 하는 분석 장치입니다. 이는 질병 진단에 응용될 수도 있고, 바이러스 검출과 감염된 환자를 모니터링 및 관리를 하는 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.
 바이오센서 개발에 중요한 요소로 바이오마커, 리셉터, 신호 분석 장치 등이 있습니다. 먼저 바이오마커는 인체 타액 등에서 발견되는 생물학적 물질로, 검출이 가능한 질병 특이적인 마커를 통해 정량적인 정확한 예측으로 조기 진단하면 환자들의 치료에 적절한 도움을 줄 수 있습니다. 본 논문에서는 여러 유형의 암과 골다공증, 류마티스 관절염, 대장질환 등에 대한 잠재적인 바이오마커인 카뎁신B (Cathepsin B, cysteine protease)를 마커로 선정하여 이를 검출할 수 있는 센서를 개발하였습니다. 다음으로 리셉터는 바이오마커와 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 말하는데, 저희 연구실에선 기존에 많이 사용되고 있는 항체의 단점을 극복하면서 동시에 비슷한 성능을 가질 수 있는 펩타이드를 활용하여 센서 개발에 집중하고 있습니다. 이번 연구에서 펩타이드 개발을 위해 사용된 파지 디스플레이는 다양한 표적 분자에 대한 높은 친화도와 특이성을 가진 잠재적인 펩타이드 후보 물질을 식별하여 치료약물 개발 및 바이오센싱 분야에서 유망한 기술입니다. 이 기술의 흥미로운 특징 중 하나는 짧은 시간에 파지 표면에서 다양한 펩타이드 라이브러리를 얻을 수 있다는 것이고, 여기서 얻은 친화성 펩타이드는 항체보다 상대적으로 분자량이 작기 때문에 비용 효율적으로 대량 생산이 가능합니다. 또한 성능향상을 위해 유전공학 기술로 바이러스 등의 표면에 발현시킬 수 있고, 바이오센서 응용을 위해 다양한 물질 표면에 고정될 수 있습니다. 마지막으로 바이오마커와 리셉터간의 결합을 신호로 나타낼 수 있는 기술로 전기화학 측정법을 이용하였습니다. 전기화학 기반 바이오센서는 높은 민감도, 선택성, 휴대성이라는 장점과 의약품, 바이러스, 단백질 등과 같은 다양한 표적 분자에 활용될 수 있어 여러 분석 기술들 사이에서 주목을 받고 있습니다. 최근에서는 이 전기화학 기술에 전기전도도가 높고 생체 적합성과 넓은 표면적을 가진 나노물질을 활용하여 센서의 성능을 고도화하는 연구들이 활발히 진행되고 있습니다.

 제가 연구하고 있는 바이오센서 분야는 최근 COVID-19 팬데믹으로 많은 주목을 받고 있습니다. 현재 연구 동향으로 (1) 바이오센서의 감도와 선택성을 향상시키기 위해 광학, 전기 화학, 음향 센서 등과 같은 첨단 센싱 기술 개발, (2) 더욱 민감하고 선택성이 높은 센서 기술 개발을 위한 나노기술과 바이오센서의 융합, (3) 시간과 비용을 줄일 수 있는 다중 검출이 가능한 멀티플렉싱 기술, (4) 진료 현장에서 원격 및 리소스 제한 설정이 포함된 진단 검사를 할 수 있는 Poin-of-care testing(POCT), (5) 혈당 수치, 심박수, 혈압과 같은 생리적인 매개변수를 실시간으로 지속적인 모니터링이 가능한 웨어러블 바이오센서 기술 개발 등이 있습니다.
 전반적으로 이 분야의 연구는 질병진단, 모니터링, 관리에 큰 이바지를 할 수 있는 잠재력을 가지고 성장하고 있는 유망한 분야라 말할 수 있습니다. 기술 발전을 위한 지속적인 연구는 높은 민감성과 선택성을 가지고 저렴한 센서를 개발해 임상적으로 사람들에게 도움이 될 수 있을 것이라 생각합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

 본 연구는 제가 소속된 중앙대학교 식품생명공학과 박종필교수님의 식품-바이오센서&테라노시스(Food-Biosensor&Theranosis) 연구실에서 진행되었습니다. 저희 연구실은 의학, 진단 및 기타 생명공학 분야에 응용하기 위한 생체모방 펩타이드를 발굴 및 디자인 그리고 이를 적용하는 실험을 하며, 새롭고 유용한 생체모방체 및 생체접합체를 만들기 위해 분자설계, 화학적/생물학적 합성, 물리적 특성화, 의료 및 생명공학에 적용하기 위한 새로운 프로브의 in vitro와 in vivo 테스트 등을 진행합니다. 주요 연구 분야는 Nanobiosensor 개발, M13 Phage기반의 생명공학 기술, 재료 과학, 분자 각인 폴리머(Molecularly imprinted polymer, MIP), Theranostics입니다. 저희 연구실에 소속된 학생 및 연구원들이 다양한 연구를 심도 있게 수행하고 있어 앞으로 더 훌륭한 결과물들이 배출될 것이라 생각합니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

 교수님과 학생들이 중앙대로 옮긴 후 현재의 실험실이 갖춰지기 까지 힘들거나 불편한 일이 많았고, 투고한 논문이 수차례 거절당하여 자존감이 낮아진 적도 있었습니다. 하지만 이 상황들 덕분에 새로운 환경에 어떻게 대비하고 극복하는지, 공동연구를 어떻게 해야 하는지, 논문을 어떻게 구성하는지, 나 자신이 연구에 임하고 있는 태도가 어떤 지 다시 되돌아보는 등 많은 것을 배울 수 있었습니다. 이런 다양한 경험들이 쌓이고 쌓여 조금씩 성장하고 있음을 느낄 때 자부심이 생기고 노력한 것에 대한 결과물을 볼 때 보람을 느꼈는데, 이 모든 것이 꾸준한 실험실 생활을 할 수 있는 원동력이었다고 생각합니다. 그리고 학부부터 대학원 과정까지 연구실에 있는 동안 펩타이드 기반의 바이오센서 연구 및 개발을 위해 펩타이드 공학, 나노 물질 합성, 유전공학, 분석화학 등 다양한 실험을 경험할 수 있었던 점에 저희 연구실과 교수님께 감사드립니다.

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

 코로나 팬데믹으로 인해 바이오센서 분야가 이전보다 더욱 주목을 받고 있는 시기라 생각됩니다. 현재 시중에 유통되고 있는 바이오센서 기술을 뛰어넘을 수 있는 더 나은 센서 개발을 위해 이 분야의 많은 연구진들이 끊임없는 연구를 진행하고 있는데, 관심이 있는 학생이라면 센서관련 연구를 진행하고 있는 대학원에 진학하여 학부생 때보다 심화된 공부와 실험을 해보는 것이 미래(취업, 연구 등)를 위해 도움이 될 것이라 생각됩니다.
 기초적인 생물, 화학적 지식이 바탕이 되어야 이 분야의 학문적 지식을 습득하기 어렵지 않고, 특히 논문 공부 및 집필, 학회 활동, 외국인 연구원과의 소통을 위해 영어 실력을 쌓아 놓는 것이 중요하다고 생각됩니다. 현재 제가 절실하게 느끼는 부분이 영어 실력의 부족함 인데 본인 전공지식과 함께 영어 공부도 소홀히 하지 않고 같이 병행하면 좋을 것 같습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

  이번 연구에서는 대장질환관련 질병 진단할 수 있는 펩타이드 기반 센서를 개발하였는데, 바이러스 감염 진단과 관련한 연구도 다양하게 진행 중입니다. 그리고 다른 연구실이 보유한 기술과 저희 연구실의 기술을 융합하여 이전보다 성능이 뛰어난 센서를 개발하기 위해서도 활발히 연구하고 있습니다.
 당장에 주어진 일들을 먼저 잘 마무리하고 박사과정을 졸업한 후 박사후 연구원으로 바이오센서 개발과 관련된 실험실 또는 기관에서 새로운 연구를 해보며 더 많은 경험을 쌓아볼 계획입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

  본 연구를 진행하며 지도교수님이신 박종필 교수님의 지도와 조언이 연구방향을 잡고 실험결과들에 대한 고민에 많은 도움이 되었고, ‘초심을 잃지 말자’는 교수님의 말씀으로 느슨해진 마음을 다시 다잡고 좋은 결과를 낼 수 있었기에 이 자리를 빌려 감사 인사를 드립니다. 그리고 학부 및 석사과정때까지 옆에서 실험, 연구실 생활에 관해 여러 이야기와 조언을 주시고 의지가 된 류명이 박사님께도 감사드리고, 공동연구를 통해 센서의 성능 향상에 도움을 주신 인하대학교 허윤석 교수님과 박범준 박사과정 학생에게도 감사드립니다. 또한 같이 실험하며 연구적으로 많이 배울 수 있었던 재환선배, 옆에서 아낌없이 도와주는 채환선배, 없어서는 안 될 우리 연구실 멤버들에게 감사드립니다. 같은 연구 공간에서 서로에게 힘이 되어주려 하고, 연구도 열심히 하는 우리 멤버들 정말 멋지고 자랑스럽습니다.
 마지막으로 제가 공부할 수 있게 지원해주시고, 힘들 때 응원과 지지를 해주는 우리 가족들에게도 감사하다고 전하고 싶습니다.