NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 34, No. 1, 2016 … 33
연 구 실 소 개
연구단 소개
나노바이오 기술은 새로운 하이테크 산업에서 여러가지 형태로 응용할 수 있는 가능성이 상당히 높다. 한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로 시스템연구단(http://biomicro.kist.re.kr)은 KIST 본 원(서울 홍릉 소재)에 있는 7개 연구소 및 연구 본 부 중 뇌과학연구소에 소속된 4개 연구단(신경과 학연구단, 뇌의약연구단, 기능커넥토믹스연구단) 중 하나로 microelectromechanical systems(MEMS), nanoelectromechanical systems(NEMS), Bio-MEMS 기반 진단 및 치료 시스템을 위한 핵심 기술(core technology)을 개발하고 차세대 뇌신경과학/의공학 마이크로시스템에 응용하여 나노바이오 기술의 융 합을 통해 뇌신경과학/의공학 마이크로소자 분야에 서 세계적 선도 연구 센터로 발전하는 것을 공동의 미션으로 삼는다.
연구단 목표
마이크로/나노기술 기반 센서는 대단히 낮은 농
도의 생체분자를 민감하게 검출할 수 있는데 뇌신경 신호와 같은 생체 활성을 모니터링하거나 의미있는 바이오마커를 검출할 수 있는 바이오센서는 뇌과학/
의공학 분야에서 활용 용도가 확대되면서 그 중요성 이 점점 더 부각되고 있다. 또한, 아직 이해가 부족 한 뇌의 기능들을 발견해내기 위해 뇌활성을 모니터 링하는 것이 결정적이다. 많은 수의 생물학자와 의 사들은 많은 양의 데이터를 정량적으로 분석하고 분 자, 세포, 조직 스케일에서 질병과 관련된 새로운 메 커니즘이나 바이오마커를 찾기 위해 다양한 공학적 툴(engineering tool)에 상당히 의존하고 있다. 마이크 로/나노엔지니어링 기술들은 샘플 준비, 분석체 검 출, 우리 몸의 다양한 생물학적 프로세스를 담아내 기 위한 툴 개발을 가능하게 해주고 있다. 뇌신경과 학 분야에서 이러한 공학적 툴들은 기존의 방법으로 는 한계가 있었던 생물학적 연구를 가능케 하는 대 단히 큰 잠재력을 갖고 있다고 말할 수 있다. 바이오 마이크로시스템연구단은 KIST 뇌과학연구소 내 다 학제적인 공동 연구를 통해 생물학적 마이크로/나노 분석 시스템을 개발하는데 있어서 선도하는 것을 목 표로 한다.
한국과학기술연구원 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템연구단
(Center for BioMicrosystems in Brain Science Institute, KIST)
최낙원
한국과학기술연구원 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템연구단 [email protected]
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주요 연구 분야
연구단에서 초점을 맞추고 있는 연구 분야는 심 뇌 자극(deep brain stimulation), 신경 신호 측정, 신경 전극 등 신경공학, 의공학적 생체 신호 모니터링을 위한 나노바이오센서, 미세유체 칩 등을 이용한 세 포 배양 시스템, 캡슐 내시경 기반 바이오로봇, 그리 고 생체모사 마이크로팹(microfabrication) 기술이다.
보다 구체적으로, MEMS 기술이 뇌의 기능을 연구 할 수 있는 새로운 소형화 툴을 제공함으로써 뇌과 학 관련 새로운 다학제적 연구 분야를 열고 있다. 현 재 1) 전기적, 화학적, 광학적 자극과 같은 다양한 형 식의 자극과 함께 전기적 측정을 위한 다기능 신경 프로브, 2) 질병의 조기 진단뿐만 아니라 신경영양성 인자의 모니터링을 위한 다양한 마이크로/나노기술 기반 센서, 3) 뇌조직의 중요한 구조 및 기능을 담을 수 있는 3D 세포 배양 플랫폼을 개발 중이다.
연구단 역사 및 개괄적 연구 현황
바이오마이크로시스템연구단의 역사를 간단하 게 소개하면 2000년 21세기 프론티어사업의 일환으 로 현재 연구단의 전신 격인 마이크로시스템연구센 터가 탄생하여 MEMS 기술을 이용한 다양한 마이크 로소자 개발을 본격적으로 시작한 이래 새로운 연구 테마의 발굴을 통해 크게 2번의 연구단 차원에서 변 신을 시도하였다. 21세기 프론티어사업을 수행했던 후반기인 2007년에 첫 번 째로 연구단 이름을 나노 바이오연구센터로 바꾸고 기존에 축적한 마이크로 소자 개발 기술과 노하우를 나노바이오 분야에 적용 하려 하였다. 그 뒤 2010년 대대적인 조직 개편을 통 해 KIST 내 목적 지향적이면서 다학제적인 연구소 (institute)들이 설립되기 시작하면서 2011년 공식적으 로 바이오마이크로시스템연구단이라는 이름으로 뇌 과학연구소 내에 소속되어 지금까지 이어지고 있다.
KIST 뇌과학연구소는 국가과학자인 신희섭 박사 (현재 한국기초과학연구원(IBS) 소속)를 초대 소장으 로 하여 설립되었고 조직 개편 당시, 연구단 내 구성 원들이 여러 번 논의를 거쳐 뇌과학연구소에 참여하
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는 것을 결정하였는데 연구단 구성원의 전공 학문만 을 놓고 보자면 화학공학(최낙원), 기계공학(윤의성, 강지윤, 양성욱, 곽노균, 김홍남), 전기전자공학(조일 주, 이수현, 황교선, 이병철), 재료공학(김태송), 화학 (김상경)으로 사실 그 때 연구단 차원에서는 연구 개 발 응용 분야를 뇌과학/신경과학과의 새로운 접목을 꾀한 대단히 도전적인 시도였다. 뇌과학연구소 참여 초기(1~2년)에는 상이한 전공자들 간의 소통에 애로 사항들도 종종 있었으나 설립 3년 째에 접어들면서부 터 본격적인 시너지 효과가 보이기 시작하여 현재 연 구단 구성원들의 절반 이상은 연구소 내외 여러 뇌신 경과학자들과의 융합 연구를 수행 또는 기획 중이다.
5년 전 연구단의 도전적인 결정에 따른 성장통은 분 명 있었으나 한층 더 발전, 진화해가고 있다는 자체
평가를 내리고 있다. 또한, 뇌신경과학 분야에 여러 글로벌 중대형 연구 그룹들도 기존의 기술, 테크닉의 한계를 뛰어넘는 새로운 공학적 툴(engineering tool) 개발을 주도할 수 있는 부서가 함께 한다는 점을 부 러워할 정도이다.
KIST에서 수행 중인 과제들은 크게 3가지로 나뉠 수 있다. KIST 미션 및 발전 방향에 부합하는 기관고 유과제와 우리나라의 사회 현안 해결을 중장기적으 로 모색하고26개 정부출연연구소와 함께 국가과학기 술 발전 방향의 프레임워크를 정하기 위해 설립된 국 가과학기술연구회에서 리드하고 있는 정부출연연구 소 융합연구사업(예: 융합클러스터, 융합연구단), 그 리고 미래창조과학부, 산업통상자원부, 보건복지부, 환경부 등과 같은 정부 부처에서 수탁 받아 수행하는
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과제들이다. 이 중 연구단 차원에서 최근 수행하고 있는 기관고유사업으로는 뇌신경질환의 진단을 위 한 엑소좀(exosome)이라 불리는 지름 약 100 nm의 세 포외소포체(extracellular vesicle)의 분리, 농축 및 세포 외 소포체 내 miRNA, 단백질 검출과 분석용 마이크 로소자 개발(미래원천연구사업), 뇌신경질환의 메커 니즘, 치료에 응용될 수 있도록 뇌신경신호 자극 및 측정이 가능 다기능 MEMS 신경 프로브 개발(뇌과학 플래그십사업), 알츠하이머 병 진단을 위한 아밀로이 드 베타 및 아밀로이드 베타 응집체의 검출용 캔틸레 버(cantilever)와 같은 기계적 바이오센서 개발(Open Research Program; ORP) 등이 있다. 특히, ORP 사업
의 경우 알츠하이머 병 환자 150명의 혈액으로부터 90% 이상의 민감도와 선택성을 갖는 진단 결과를 얻 어 현재 기술 이전 및 사업화를 진행 중이다.
연구단 구성원
바이오마이크로시스템연구단은 책임연구원 4명, 선임연구원 5명, 연구원 4명(미국 학위 훈련 1명 포 함), Post-doctoral Fellow 9명, 박사 과정 학생(학연 생, 연수생, UST 학생 포함) 9명, 석사 과정 학생(학 연생, 연수생, UST 학생 포함) 10명, 그리고 사무 행 정원 1명으로 구성되어 있다.
