국민대 연구팀 신개념 반도체 바이오 센서 칩 개발 성공

 국민대학교는 전자공학부 김동명, 김대환, 최성진 교수 공동 연구팀(반도체 소자 및 집적회로 연구실: SiLK)이 1차원 구조의 실리콘 나노선을 이용한 신개념 반도체 바이오센서 칩 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

 반도체를 이용한 바이오센서에 관한 연구 결과들이 이미 많이 보고됐다. 하지만 이번 국민대 SiLK팀의 연구 결과는 센서의 민감도 향상, 잡음 제거 및 출력 안정성 등을 모두 확보했다는 점에서 기존 반도체 바이오센서의 기술적 난제를 극복하고 상용화에 한발 더 가까이 다가섰다는 평가를 받고 있다. 또 원천기술과 실용성을 동시에 확보했다점에 의미가 있다.

 기존의 반도체 바이오센서는 미량의 생체분자나 질병 표시자를 안정적으로 검출하는데 큰 어려움이 있었다. 또 상용화에 어려운 복잡하고 값 비싼 미세 반도체 공정 기술이 요구돼 실용성이 떨어졌다. 이에 SiLK 연구팀은 반도체 칩 제작 기술을 그대로 사용하고 컴퓨터 칩에 사용하는 회로를 반도체 바이오센서와 같이 집적함으로써 기존의 바이오센서보다 미세량의 생체분자를 고해상도로 검출할 수 있는 반도체 바이오센서 칩 개발에 성공했다.

 아이디어의 핵심은 신호를 증폭시켜주면서 잡음을 제거하는 회로의 동작 원리를 그대로 바이오센서에 적용하고 이를 기존 회로와 집적함으로써 검출하고자 하는 생체분자의 양을 고해상도 디지털 신호로 변화시키는 작업이다.

 개발된 반도체 바이오센서에 사용된 제작 기술은 현재 사용되는 표준 반도체 설계 및 공정기술을 그대로 사용하기때문에 추가 비용 투자가 필요 없이 쉽게 제작이 가능하다. 또 반도체 바이오센서로부터의 디지털화 된 신호를 블루투스 통신을 통해 스마트폰에서 식별할 수 있는 애플리케이션의 개발과 시연을 완료해 어디서나 간편하게 진단이 가능한 휴대용 자가 진단과 원격 의료서비스, 국가 재난 상황에서의 신속한 질병 확산 제어 등이 가능할 것으로 예상된다.

 나아가 개발된 반도체 바이오센서 칩을 이용해 산성, 알칼리성의 정도를 측정하는 휴대용 저가 pH 검출도 시연해 해당 기술을 통해 유속의 흐름 측정 및 수질 오염 관리, 식품안정성 확인에도 응용이 가능할 것으로 전망된다.

 해당기술은 한국의 앞선 반도체 제작 기술과 접목돼 새로운 신성장동력을 창출할 것으로 기대되며, 향후 수 년 안에 상용화가 가능한 기술이라고 연구팀은 밝혔다. 현재 관련 기술로 10여건의 특허 출원이 완료 혹은 진행 중이며, 연구 결과는 오는 9∼11일 미국 워싱턴 DC에서 열리는 반도체 최대 규모 최고 권위의 학회인 IEDM(international electron device meeting)에서 하이라이트 논문(논문명 A Novel SiNW/CMOS Hybrid Biosensor for High Sensitivity/Low Noise)으로 선정돼 발표될 예정이다. 

최현태 기자 [e-mail]