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전도성 폴리머를 이용한 새로운 전....

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한국 연구진은 전도성 폴리머를 이용해서 새로운 전자-혀 센서를 개발하는데 성공했다.

전자-코(e-nose)는 포유류의 후각 시스템을 모방한 전자 장치이다. 더 우수한 전자-코를 개발하기 위해서, 과학자들은 더 우수하고, 더 저렴하며, 더 작은 센서 장치를 만드는 연구를 진행하고 있다. 잘 알려지지 않는 개념 중의 하나로 전자-혀(electronic tongue)라는 것이 있는데, 이것은 센서로 용해성 물질을 인식하는 것이다.

기존의 전자 혀는 폴리머, 인공 멤브레인, 반도체 등과 같은 인공 재료의 어레이를 사용해서 신호를 감지하고 패턴 인식으로 분석했는데, 이것은 식품 및 음료 산업에 적용되었다. 현재의 기술적인 진보에도 불구하고, 전자-혀 방법은 식품 및 음료 제품과 같은 복잡한 혼합물의 분석과 관련해서 인간 혀의 생물학적 특성을 모방할 수 없었다고 이 연구를 이끌었던 서울대학교의 박 태현 교수가 말했다.

이번 연구진은 나노전자 혀로서 쓴 맛을 인식할 수 있는 수용기를 개발했다. 이 연구결과는 저널 Nano Letter에 게재되었고, 연구진은 인간의 미각 시스템의 선택적 검출을 모방하기 위해서 인간의 미각 수용기를 이용했다.

이번 연구진이 개발한 나노전자 혀의 감지 물질로서 인간의 미각 수용기를 이용했고, 센서 플랫폼으로서 전도성 폴리머 나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 이용했다. 특히, 이번 연구팀은 인간의 쓴 맛 수용기인 단백질 hTAS2R38로 카르복시기 폴리피롤 나노튜브(carboxylated polypyrrole nanotube)를 기능화시켰다. 연구진은 이 장치가 1 펨토몰(femtomole)의 검출 한계와 높은 선택성으로 쓴 미각 자극 물질을 검출할 수 있다는 것을 증명했다.

이전 연구에서, 연구진은 인간의 후각 수용기를 사용해서 생체전자-코를 개발했다. 후각 수용기와 미각 수용기는 동일한 구조를 가지고 있기 때문에, 연구진은 인간의 후각 수용 단백질을 사용하는 것과 동일한 방법으로 나노생체전자 혀를 개발할 수 있었다. 이 연구결과를 토대로 해서 인간 혀와 같은 성질을 가진 높은 민감성 및 선택성을 가진 나노생체 전자 혀를 만들 수 있었다. 이 장치는 품질 제어 및 미각 자극 물질 검출이 필요한 식품 또는 음료 시장에 적용될 수 있을 것이다.

쓴맛의 경우에, 나노생체 전자 혀는 커피, 초콜릿 음료, 약물, 한약 등의 쓴맛을 정량적으로 감지하는데 사용될 수 있을 것이다. 이 나노생체전자 혀는 시간이 많이 소모되고 노동 집약적인 기존의 분석 및 품질 평가를 위한 세포 기반의 분석 방법의 대안이 될 수 있을 것이고, 미각 자극 물질 검출, 인간 미각 시스템에 대한 기본적인 연구에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

혀는 쓴맛, 단맛, 짠맛, 신맛, 감칠맛(umami taste)과 같은 5 개의 맛을 수용할 수 있는 구조로 되어 있다. 인간 혀와 더 유사하기 위해서, 센서는 모든 종류의 미각 수용기를 포함하는 다중 어레이 형태가 되어야 할 것이라고 이번 연구진은 말했다. 이 분야에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Human Taste Receptor-Functionalized Field Effect Transistor as a Human-Like Nanobioelectronic Tongue” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nl3038147).

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