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재황 노
5 years ago
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1 Introduction to Nano-Bio-Technology 나노바이오기술에관한소개 1/26 재료 ( 材料, Material) 유기재료 (Organic) 저분자재료고분자재료 무기재료 (Inorganic) 금속재료세라믹재료반도체재료 인공재료 (Artificial) 천연재료 (Natural) 생체적합재료 (Bio-Compatible) Bulk 석기시대 ( 구석기 - 신석기 ) 철기시대 ( 청동기 - 철기 ) 합성고분자시대 2/26 1

2 고분자 ( 高分子, Polymer) Natural Polymers Synthetic Polymers Cheap, Light, Tough Property Control via Molecular Structure 3/26 Technology ( 技術 ) vs. Science & Engineering NT Nanotech. BT Biotech. IT Information Tech. ET Energy Tech. GT Green Tech. CT Cultural Tech. 4/26 2

나노 (Nano, 사 ( 沙 ), 10-9 9 ) 수 접두어 기호 접두어 기호 10 1 데카 D 10-1 데시 d 10 2 헥토 h 10-2 센티 c 10 3 킬로 k 10-3 밀리 m 10 6 메가 M 10-6 마이크로 μ 10 9 기가 G 10-9 나노 n 10 12 테라 T 10-12 피코 p 10 15 페타 P 10-15 펨토 f 10 18 엑사

3 나노 (Nano, 사 ( 沙 ), ) 수 접두어 기호 접두어 기호 10 1 데카 D 10-1 데시 d 10 2 헥토 h 10-2 센티 c 10 3 킬로 k 10-3 밀리 m 10 6 메가 M 10-6 마이크로 μ 10 9 기가 G 10-9 나노 n 테라 T 피코 p 페타 P 펨토 f 엑사 E 아토 a 제타 Z 젭토 z 요타 Y 욕토 y 수 크기 (size, m) 면적 (area, m 2 ) 부피 (area, m 3 ) 시간 (time, sec) 찰나 ( 刹那 ) Nano Femto 진동 (frequency, Hz) Giga 기억 (memory, Byte) Tera 5/26 Nanotechnology ( 나노기술 ) # 정의 - 1~100 나노미터영역에서의물질제어에의한소재, 소자, 시스템특성에큰영향을미치는기술 - 원자, 분자를제어함으로써기존물질의특성개선및신물질창출 # 응용범위 - 나노재료 (Nano-materials) - 나노소자 (Nano-devices) - 나노시스템 (Nano-system) - 나노공정 (Nano-fabrication) # 특징 - 기존기술의한계극복 : 신물질, 신개념초고집적전자소자 - 높은경제성 : 크기, 소비에너지최소화하면서최고성능구현가능 - 뛰어난환경친화성 : 무공해에너지원 ( 연료전지, 태양전지등 ) 6/26 3

Size of Some Biomaterials m 작다 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 크다 10-4 mm μm nm 10-7 10-4 0.1 10-6 10-3 1.

4 Size of Some Biomaterials m 작다 크다 10-4 mm μm nm 원자 유기물 박테리아 머리카락 적혈구 바이러스 DNA 7/26 8/26 4

바이오산업 정의 분야 전망 생명체를이용하여산업적, 의학적으로유용한기술과소재를개발하는분야생물산업, 생명공학, 유전공학, 바이오텍 (BT) 이라고불리기도함 의약품, 생물제제, 생물공정, 식품, 환경, 에너지등 게놈프로젝트의영향으로 IT와더불어 21세기최대시장을형성할것으로예상됨 9/26 바이오산업의발전사 전통바이오 (1950 이전 ) 경험의존적

5 바이오산업 정의 분야 전망 생명체를이용하여산업적, 의학적으로유용한기술과소재를개발하는분야생물산업, 생명공학, 유전공학, 바이오텍 (BT) 이라고불리기도함 의약품, 생물제제, 생물공정, 식품, 환경, 에너지등 게놈프로젝트의영향으로 IT와더불어 21세기최대시장을형성할것으로예상됨 9/26 바이오산업의발전사 전통바이오 (1950 이전 ) 경험의존적 천연두백신페니실린식품 근대바이오 (1950 이후 ) DNA 구조 / 유전공학기술 B 형간염백신인슐린효소 게놈바이오 (2000 이후 ) 바이오기술의확산 신규생물제제유전자치료사이보그휴먼 아폴로프로젝트 인간게놈프로젝트 관련기술의발전 ( 로켓, 무선통신..) 신규산업창출 ( 상업위성, 통신산업..) 새로운우주관 관련기술의발전 ( 생물화학, 유전자치료..) 신규산업창출 ( 생물신소재, 유전자산업..) 새로운가치관 10/26 5

6 바이오산업전망과선진국동향 바이오산업산업세계세계시장시장전망 1997 년 억불 2000 년 억불 2010 년 1,540 억불억불 ( ( 현재세계반도체시장수준현재세계반도체시장수준 ) ) 선진국동향동향 ( 초기초기 ) 정부정부주도주도 ( 현재현재 ) 민관협력체계범정부적으로중장기발전발전계획계획수립기업의적극적극참여참여시작 한국한국 소규모투자투자,, 집중성 / 효율성떨어짐 11/26 Growth in Biotechnology Proteomics Increasing Commercial Values 신농약신농약 Commercialization 신약신약 진단키트진단키트 화학약품화학약품 R&D 진단용진단용 형질전환용형질전환용 단백질의단백질의생리학적생리학적기능의기능의상관성상관성 단백질단백질 - - 생분자간의생분자간의상호작용상호작용 Biosensor HTS system BioMEMS Lab chip Protein chip Expansion 유전자의유전자의생리학적생리학적기능의기능의상관성상관성 조직과조직과연관된연관된발현의발현의상관성상관성정도정도 Bioinformatics DNA chip Genome 초기초기염기서열염기서열자료자료 게놈게놈지도지도 Promoters, Promoters, operons, operons, regulons regulons Nanobiotechnology 12/26 6

7 Fusion of Technology (BT/IT/NT) 바이오의한계극복 : 안정성, 견고성, 재현성등 바이오장점의극대화 나노소자, 나노분석, 나노공정과바이오기술의접목으로획기적신산업창출 단일세포, 단분자분석 : 생명공학연구의혁명 식물과동물의다기능적인세포및조직을만들기위한나노기술의적용 생체모방을통한나노기술 IT 혁명 ( 예 : 생체분자소자및컴퓨터 ) 의료혁명 기존의 IT 기술과의접목 (Ubiquitous) 13/26 NanoBioTechnology ( 나노바이오기술 ) 생체분자개체를분자 ( 또는원자 ) 수준에서인위적으로조절하여생체분자구조및특성을연구하며이를산업적으로응용하는기술 1959년 : Prof. Feynman (Nobel prize Winner, Physics) "There's Plenty of Room at the Bottom 1981년 : The 1 st paper related to NT Protein design as a pathway to molecular manufacturing (Drexler, Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 78, No. 9, pp ) SPM (scanning Probe Microscopy) 의발전 : Tunneling Microscope (Binnig et al., Helv. Phys. Acta, 55, 726, 1982) : Force Microscope (Binnig et al., Phys. Rev. Lett. 56, 930, 1986) : Nobel prize to G. Binnig, H. Rohrer and E. Ruska 1990 s: Beginning of the study on the Biochemical process by Chemists 14/26 7

8 Research Fields in NanoBioTechnology 원천기반기술 생체물질 bottom-up 기술 SPM 이용기술 / 나노거동분석 BioMEMS/Nanolithography 분석응용기술 나노바이오센서 나노바이오칩 소재응용기술 약물전달시스템 (DDS) 나노소재단백질 복합기술 생물전자소자 생체모방 나노로봇치료 15/26 NanoBioTechnology Nano (10-9 ), 크기 기계적관점 Femto (10-15 ), 농도 분석적관점 Parallel & Sensitive Bioassay 16/26 8

System High-RI 물질의침전 No cross talking 효소반응의평형도달 Wide dynamic range {Wet processing

9 Biochip Technology (Fusion of BT, IT, & NT) 17/26 Protein Chip Platform Technology Polarized Light 1 ng/ml 의 IFN-r 가분석된예 - 왼쪽 : BSA 가고정화된것 - 오른쪽 : IFN-r 항체가고정화된것 Imaging System High-RI 물질의침전 No cross talking 효소반응의평형도달 Wide dynamic range {Wet processing (Biacore, Now acquired to GE Healthcare) The technology based on SPR for Bio-analysis 18/26 9

Biosensor (usually for Blood-Sugar Monitoring) Biosensor = Bioreceptor + Transducer NT + Biosensor - 안정성, 선택성, 민감성등기능강화 - 단분자분석 Nano-size Biosensor - 최소침습 (minimally invasive) Cygnus GlucoWatch

glucose meter within a sampling device (built-in vacuum) 이러한기술은마이크로바이오센서기술로서나노바이오센서로발전하고있음 ( 무통, 재택, 실시간진단의실현 ) 19/26 Application of NanoBio Sensor/Chip 재택진료 (BT/IT/NT 의융합 ) H/W Solution Home(B2C)

10 Biosensor (usually for Blood-Sugar Monitoring) Biosensor = Bioreceptor + Transducer NT + Biosensor - 안정성, 선택성, 민감성등기능강화 - 단분자분석 Nano-size Biosensor - 최소침습 (minimally invasive) Cygnus GlucoWatch automatic glucose measurements every 20 minutes, final FDA approval Biosensor Device - DNA/ 단백질칩 - Lab-on-a-chip (BioMEMS) - NanoRobot Medisense Sof-Tact integrated meter design combines the blood glucose meter within a sampling device (built-in vacuum) 이러한기술은마이크로바이오센서기술로서나노바이오센서로발전하고있음 ( 무통, 재택, 실시간진단의실현 ) 19/26 Application of NanoBio Sensor/Chip 재택진료 (BT/IT/NT 의융합 ) H/W Solution Home(B2C) Contents Tele-healthcare Service Provider Physician/ Pharmacist Hardware Office(B2B) Internet Internet 맞춤의약 질병조기진단 유전정보 Pharmacogenomics DNA 칩 질병진단 유전분석 Getting right drug for right patient 생물정보학 20/26 10

11 Nanoparticles in Gene Therapy Ligand DNA 40nm 21/26 Self-Assembled Monolayer:The 1 st Example of Nano & Bio 22/26 11

Drug Delivery System (DDS) Capsule coated by polymer Drug + Polymer

년약물전달시장은 410 억불로전망 미국 NNI : 다음 10 년에는의약품시장 3 천 8

12 Drug Delivery System (DDS) Capsule coated by polymer Drug + Polymer Carrier-matrix 미국 Nextar 사 : 독소루비신을함유한리포좀을생산하여 1999 년에 2 천만달러의매출 미국의 2007 년약물전달시장은 410 억불로전망 미국 NNI : 다음 10 년에는의약품시장 3 천 8 백억달러의절반정도에영향을미치는근본적인변화가있을것으로예견 DDS 연구동향 : 지능형약물전달시스템 23/26 Tissue Engineering ( 조직공학 ) 혈관이폐색되어정상적인혈액흐름에방해 인간의혈관내에혈전등이물질이발생하여혈액의흐름을방해하는경우가발생풍선확장성형술등으로치료가가능한경우가있으나재협착의우려와혈관의폐색진행이심한경우이러한시술도불가능함 부분적으로혈관이협착또는폐색된부분을치료용유전자를이용하여혈액의흐름을우회시키는새로운혈관을생성시킴 24/26 12

13 Bioelectronic Devices ( 생물전자소자 ) 색채인식나노바이오전자소자 나노생물분자메모리소자 패턴인식나노바이오전자소자 나노생물분자논리회로 25/26 Biomimic ( 生體模倣 ) 뇌 메모리, 마이크로프로세서 귀 오디오센서 눈 광학센서 신경계 초미세배선 26/26 13

100120_2008년도국내바이오산업통계_보고서_최종본_edKIET(수정)_흑백.hwp

100120_2008년도국내바이오산업통계_보고서_최종본_edKIET(수정)_흑백.hwp 2008 년도 국내바이오산업통계 2009. 12. 작성기관 : 지식경제부기술표준원 수행기관 : 산업연구원 조사기관 : 한국바이오협회 Ⅰ. 조사개요 - 1 - 1) 2006 년기준통계부터 국내생물산업실태조사 에서 국내바이오산업실태조사 로명칭변경 - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - [ 그림 1] 생명공학기술분류체계구조도 연구개발