생명정보공학과 이규도 교수 공동연구팀,

나노주름 기반 차세대 염색체 분석 플랫폼 개발

  

▲ (왼쪽부터) 고려대학교 생명정보공학과 노석범, 정다연 대학원생, 이규도 교수

□ 고려대학교 생명정보공학과 이규도 교수 연구팀이 연세대학교 의공학부 연구팀, 미국 일리노이대학교 어바나-샴페인(UIUC) 연구팀과 공동으로, 방향성 나노주름이 형성된 PDMS 기판을 이용해 중기 염색체를 더 넓고 균일하게 펼치는 플랫폼을 개발했다. 고려대학교 노석범·정다연 대학원생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 나노과학 분야 국제학술지 ACS Nano에 2026년 7월 9일 온라인 게재됐다.

□ 핵형분석(karyotyping), 형광 제자리 혼성화(FISH) 등 염색체 기반 분석에서는 세포에서 추출한 염색체를 기판 위에 겹치지 않도록 펼치는 과정이 핵심이다. 그러나 기존 유리·운모 등 평탄 기판에서는 액적 충돌과 건조 조건, 작업자의 숙련도에 따라 염색체가 좁은 영역에 뭉치거나 서로 겹치고, 자매 염색분체가 충분히 분리되지 않는 문제가 발생해 영상 분할과 후속 분석의 정확도를 제한해 왔다.

□ 연구팀은 PDMS를 일축으로 늘린 상태에서 산소 플라즈마를 처리한 뒤 변형을 해제해 깊이 약 10-20 nm, 주기 약 300-500 nm의 정렬된 나노주름을 제작했다. 이 표면은 주름 방향에 따른 이방성 젖음과 스플래싱 보조 유동을 유도해 고정액 액적의 운동량을 주름 방향으로 더 오래 유지하고, 액적 내부 염색체를 넓고 방향성 있게 재분배했다. 고속 촬영과 COMSOL 유동·입자 추적 해석도 이러한 수송 메커니즘을 뒷받침했다.

□ 고해상도 원자힘현미경(AFM) 분석에서는 나노주름 위에 흡착된 염색체 표면에서 기판 주기와 일치하는 약 300–500 nm 간격의 미세한 높이 변화가 반복적으로 관찰됐다. 특히 큰 나노주름에서는 염색체가 주름과 수직에 가까워질수록 표면 굴곡이 증가해, 주름의 크기와 염색체–주름 간 상대적 방향이 염색체의 나노스케일 형태 반응을 조절하는 것으로 나타났다.

□ 이번 연구는 나노구조 표면이 단순한 지지체를 넘어 액적 유동과 생체고분자의 흡착 형태를 능동적으로 조절하는 인터페이스로 작동할 수 있음을 보여준다. 개발된 플랫폼은 염색체 표본의 분산성과 염색분체 분리를 개선해 핵형분석, 형광 기반 염색체 분석, 고해상도 표면 분석 및 자동 영상처리를 위한 시료 전처리 기술로 활용될 수 있다.

□ 이번 연구는 한국연구재단, 교육부, 보건복지부, 과학기술정보통신부 및 강원 ANCHOR 프로그램 등의 지원을 받아 수행됐다.

※ 논문명: Nanowrinkled Interface-Coupled Metaphase Chromosome Spreading and Nanoscale Conformability

※ 학술지: ACS Nano (IF: 17.3)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1021/acsnano.6c06876

▲ 방향성 나노주름 PDMS 위에서의 염색체 펼침과 나노스케일 순응성 개념도