최종결과보고서 주의 주의내용기재 글 고딕체 나노센서기술을이용한고위험병원체탐지기술개발 발간등록번호 학술연구용역과제 최종결과보고서 나노센서기술을이용한고위험병원체 탐지기술개발 주관연구기관 한국과학기술연구원 질병관리본부 질병관리본부

주의내용 주 의 이보고서는질병관리본부에서시행한학술연구용역과제의최종결과보고서 입니다 이보고서내용을발표할때에는반드시질병관리본부에서시행한학술연 구용역과제의연구결과임을밝혀야합니다 국가과학기술기밀유지에필요한내용은대외적으로발표또는공개하여서는 아니됩니다

학술연구용역과제최종결과보고서 과제번호 색인어 과제명 주관연구기관 국문 영문 나노센서 마이크로 풀루이딕 병원체 고 감도어세이 나노센서기술을이용한고위험병원체탐지기술개발 기관명소재지대표 한국과학기술연구원서울문길주 성명소속및부서전공 주관연구 책임자 이관희생체재료연구단의공학 연락처 이메일 발주부서 부서명 병원체방어연구과 담당자 연구비 천원 연구기간 총참여연구원 명 책임연구원 명 연구원 명 연구보조원 명보조원 명 보안등급분류보안 일반 공개가능여부가 부 수행년도 년도학술연구용역과제에의하여수행중인학술연구용역과제의최종 결과보고서를붙임과같이제출합니다 붙임 최종결과보고서제본발주부서에서요구한부수 붙임 엑셀파일참조 매장의 에 파일 결과평가의견반영대비표모두포함 파일의경우개인정보전화번호 메일주소등 삭제후 전환 편집순서 겉표지에 발간등록번호붙임 반드시기재 주관연구책임자 주관연구기관장 년 월 일 이관희 인또는서명 문길주 직인 질병관리본부장귀하

목 차 연구개발결과요약문 한글 영문 학술연구용역과제연구결과제장최종연구개발목표 목표 연구배경 가 탄저 나 야토 다 페스트 연구필요성 연구목적 기대효과 목표달성도및관련분야에대한기여도 연구목표의달성도 기여도 제장국내외기술개발현황 국내외기술개발현황 나노기술기반중금속 유전자 단백질에대한초고감도검출연구 가 국내기술개발현황 나 국외기술개발현황 연구결과가국내외기술개발에서차지하는위치 제장최종연구개발내용및방법 연구내용 - 4 -

연구방법 이론적연구방법 가 면역효소측정법 나 단백질나노구조체 다 양자점 라 자성입자 마 바 마이크로유체기반의질병유발인자검출용분리 분석칩개발 실험적연구방법 가 페리틴의표면에양자점 결합 단백질나노구조체 의제조 결합체와 반응 결합체와 반응 질병유발인자검출용마이크로유체칩제작 제장최종연구개발결과 고위험성병원체검출 병원체특이항체검증 가 탄저균 나 야토균 병원체검출 가 안에서검출실험 야토균 나 나노구조체 을통한검출 탄저균 야토균 페스트균 - 5 -

와 결합체반응 가 와 결합체이미지 와 결합체 이미지 와 결합체형광이미지 야토균농도별반응형광사진 결합체와 결합체의병원체검출 마이크로유체채널설계및자성입자분리및병원체검출 질병유발인자분리 분석칩을이용한농도에따른야토균검출결과 제장연구결과고찰및결론 연구결과고찰 고위험성병원체검출 가 탄저균 나 야토균 다 페스트균 병원체특이항체가결합된 와 결합체 반응 결합체와 결합체의병원체검출 마이크로유체채널설계및자성입자분리및병원체검출 질병유발인자분리분석칩을이용한농도에따른야토균검출 결론 제장연구성과및활용계획 제장연구개발과정에서수집한해외과학기술정보 제장기타중요변경사항 제장연구비사용내역 - 6 -

연구비사용내역 연구분담표 제장참고문헌 제장첨부서류 - 7 -

최종결과보고서요약문 과제명 색인어 나노센서기술을이용한고위험병원체탐지기술개발 나노센서 마이크로풀루이딕 병원체 고감도어세이 주관연구기관질병관리본부주관연구책임자이관희 연구기간 - 8 -

Summary - 9 -

학술연구용역과제연구결과 제 1 장최종연구개발목표 - 10 -

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포스텍박준원교수팀은덴드론처리기법을확립하여단일분자힘분광학연구에응용함으로써, 단일분자간상호작용력측정및초극미량인수 copy 수준의생분자 (DNA, RNA, 단백질등 ) 의검출에성공적으로응용하였다.( 그림 1) 그림 1. 고려대김지환교수연구실은금나노입자 - 박막형태의플라스몬공명구조를이 용하여단일유기분자의라만산란스펙트럼검출하였다.( 그림 2) 그림 2. - 14 -

화학연서영덕박사팀은나노아령 / 껍질구조를이용하여 SERS 분광분석하였 다.( 그림 3) 그림 3. 포스텍이종봉교수팀은단일분자 FRET 방법을통하여 MutS 와오류염기쌍의 상호작용을나노미터수준에서실시간으로관측하였다. ( 그림 4) 그림 4. - 15 -

고려대이재승교수팀은금나노입자플라즈몬나노프로브로거대클러스터를 만드는기술을개발하였다. ( 그림 5) 그림 5. 카이스트최인성교수팀은포자형성기술을개발하여검지프로브의안정도 극대화와초미량검지의가능성을제시하였다. ( 그림 6) 그림 6. - 16 -

( 그림 7) 그림 7. Harvard 대학 O. Sahin 교수팀은독특한형태의캔틸레버 (cantilever) 를이용하여세포내에극미량 (1 am) 존재하는 mirna를검출하였으며, Jilin 대학의 W. Zhang 그룹은 AFM을이용하여 RNA-coat 단백질간의작용력을측정하였다. ( 그림 8) - 17 -

Rochester 대학의 L. Novotny 그룹, AMOLF 연구소의 N. V. Hulst 그룹, 그 리고 V. Sandoghdar 그룹은금나노플라스몬안테나를이용하여단일 분자를고도의공간분해능으로측정하였다. ( 그림 9,10) 그림 9. 단분자수준검출을위한금나노입자의플라즈몬장치개요 [15] 그림 10. 단일금나노입자를이용한단분자측정 [16] (3) Avian influenza virus H5N1의검출과다른바이러스의확인을위해신속하 고단순한 gold nanoparticle-based genomic nicroarray를사용하여주요 influenza A virus의 subtype 검출을동시에가능하게하였다. ( 그림 11) - 18 -

그림 11. 그림 12. - 19 -

Northwestern 대학 C. Mirkin 교수팀은은나노디스크의라만신호를관찰하 여저농도의 DNA 를검출하였다. ( 그림 13) 그림 13. - 20 -

그림 14. - 21 -

그림 15. - 22 -

그림 16..(amino acid) 범위에항체결합단백질이융합되어 4-fold symmetry point 부근에 4개의항체결합단백질 (protein G) 이위치하게된다. 항체결합단백질을페리틴에도입함으로써융합단백질을제조하고이를이용하여항체의구조를손상시키지않고도강력하게페리틴에결합하게함으로써질병진단및치료제개발등에활용할수있다. ( 그림 17) - 23 -

그림 17. 다. 양자점 (Quantum dot) 그림 18. - 24 -

그림 19. 4) 5) 6) - 25 -

그림 20. 자성입자와 Ferritin 기반질병유발인자의면역복합체와미세유체 체널에서의분석및분리과정 - 26 -

명명 서열 5 à 3 서열번호 정방향프라이머 1 CATATGACGACCGCGTCCACCTCG 1 역방향프라이머 2 ACTGCCACCTCCAGTACCGCCTCCGCTTTCATTATCACTGTC 2 정방향프라이머 1 CATATGACGACCGCGTCCACCTCG 1 역방향프라이머 3 GGATCCTCCACCGCTTCCACCGCCTGTTCCACCGCCACTGCCACCTCCAGTACC 3 정방향프라이머 4 GGATCCACTTACAAATTAATCCTT 4 역방향프라이머 5 CTCGAGATTAGTGATGGTGATGGTGATGTTCAGTTACCGTAAAGGT 5 segment 사이클수 온도 시간 1 30 95 4 min, 30 sec 2 30 55 30 sec 3 30 72 40 sec 4 1 72 7 min 5 1 4-27 -

μ μ - 28 -

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그림 23. 야토균에대한항체의특이성 그림 24. - 31 -

그림 25. - 32 -

그림 26. - 33 -

그림 28. 그림 29. - 34 -

그림 30. - 35 -

그림 31. 각 3 종병원체에대한샌드위치타겟팅을통한경향성확인 - 36 -

그림 32. a. Ferroelectric Yoke에의한자기장발생영역에서의시간에따른자성입자분리정도. b. 실제야토균을적용한분석결과 그림 33. 채널안에서자기장을통한자석비드포집에이에결합한야토사균을형광으로 측정한이미지의예 - 37 -

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과제명 과제책임자 성명 소속 전공 가 연구논문번호논문제목저자명저널명집권 페이지 나 학술발표 국내 국외 여부 번호발표제목발표형태발표자학회명연월일발표지국내 국제 다 지적재산권 번호출원 등록 특허명출원 등록 인출원 등록 국출원 등록 번호 분류 라 정책활용 마 타연구 차기연구에활용 바 언론홍보및대국민교육 - 41 -

사 기타 과제명 과제책임자 나노센서기술을이용한고위험병원체탐지기술개발 이관희 한국과학기술원 의공학 가 연구논문 번호논문제목저자명저널명집권 페이지 국내 국외여부 박성욱 김지은 투 고 주재범 준 비 국외 이관희 최종훈 중 나 학술발표 번호발표제목발표형태발표자학회명연월일발표지국내 국제 한국바이 포스터김지은 오칩학회 국내 다 지적재산권 - 42 -

번호출원 등록 출 준 중 라 정책활용 특허명출원 등록 인출원 등록 국출원 등록 번호 분류 고위험성병원균 정밀검출을위원한형광나노프이관희 주재비대한민국출원준비중로브제작및미범 최종훈 세유체채널에서 의분리기술 마 타연구 차기연구에활용 바 언론홍보및대국민교육 사 기타 - 43 -

없음 연구보조원감소 : 서주원 - 44 -

단위 원 비목구분 금액 구성비 비고 인 건 비 소 계 책 임 연 구 원 총 명 연 구 원 총 명 연 구 보 조 원 총 명 보 조 원 총 명 경 비 소 계 여 비 유 인 물 비 전 산 처 리 비 시약및연구용재료비 회 의 비 임 차 료 교 통 통 신 비 감 가 상 각 비 위 탁 정 산 수 수 료 일 반 관 리 비 이 윤 계 구분소속직위성명성별분담내용 인건비 지급여부 참여율 책임연구원 한국과학기선임연 술연구원 구원 이관희남바이오마커정량분석 나노입자최적화 연구원 한양대학교조교수최종훈 남 나노센서기능화 나노입자기능화 형광센서최적화 타깃면역염색분 석기술개발 연구보조원 한국과학기연구원황민태 남 마이크로유체시스템 광 - 45 -

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없음 - 49 -