김동환 교수 연구팀,  ‘수직 구조 DNA 나노패턴’ 개발… ACS Nano 2025 표지 논문 선정

- 고밀도 다중 수용체 표면 구현 및 선택적 분자 인식 기술 확보

- 고감도 바이오센서·광진단 플랫폼 등 차세대 정밀 분석 기술로 응용 기대

▲(왼쪽부터) 권현준 석사과정생, 김동환 교수, 신지훈 연구교수

화학공학부 김동환 교수 연구팀(연구교수 신지훈, 석사과정생 권현준)이 Johannes Kepler University Linz(Dr. Oh Yoojin, Prof. Peter Hinterdorfer)와의 국제 공동연구를 통해 수직 구조 DNA 나노패턴 배열 기술을 개발하였다.

이번 연구는 DNA 타일 기반 나노구조의 자가조립(self-assembly) 특성을 활용하여, 거대 면적에서 균일하고 고밀도의 다중 수용체(receptor) 표면을 구현한 것이 핵심 성과다. 특히 연구팀은 저온 열처리를 포함한 단계적 성장 공정(stepwise growth)을 도입함으로써, 수직 DNA 구조의 배열 밀도와 간격을 정밀하게 조절하고, 최대 98% 이상의 표면 피복률을 실현하였다.

▲고밀도 다중 수용체의 대면적화를 위한 수직 구조 DNA 나노배열의 단계적 성장 공정 개략도

또한, 수직으로 잘 배열된 구조 위에 특정 분자만 선택적으로 인식하고 신호를 발산하는 압타머(특정 분자를 잘 붙잡는 작은 인공 DNA 분자)를  고정해, 원하는 분자의 선택적 검출과 형광 신호 발현을 실험적으로 입증하였다.

이를 통해 개발된 플랫폼은 고감도 바이오센서, 표면 플라즈몬 공명(SPR), 원자현미경(AFM) 기반 단분자 측정 등 다양한 정량 분석 기술에 적용 가능한 고정밀 다중 수용체 표면 기술로서의 가능성을 제시하였다. 균일하게 배열된 구조는 기존 무작위 배열 방식에 비해 높은 신호 검출 능력과 우수한 재현성을 확보한 것이 특징이다.

이번 연구는 DNA 나노기술 기반의 대면적 기능성 표면 제조 기술의 실용화 가능성을 실질적으로 입증한 결과로, 향후 정밀 약물전달, 차세대 광진단 플랫폼, 고성능 나노센서 등 다양한 분야로의 응용이 기대된다.

본 연구는 한국연구재단(NRF), 정보통신기획평가원(IITP), 산업통상자원부, 오스트리아 과학재단(FWF)의 지원을 받아 수행되었으며, 세계적인 나노과학 학술지 ACS Nano (IF 15.8) 2025년 표지논문(Front Cover Article)으로 선정되는 성과를 거두었다.

※ 논문명: Vertical DNA Nanostructure Arrays: Facilitating Functionalization on Macro-Scale Surfaces

※ 저널: ACS Nano

※ DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c03100