Development of early diagnosis device is very important research area for detection of early stage diseases such as cancer, diabetes, heart ischemia. Imaging (visualizing) and detecting certain tumor cell or chemical species can be categorized as early diagnosis method. Early stage detection can increase the surviv-al rate of patients, statically, 5-years survival rate of lung cancer patient can be increased from 3.5% to 85% through early stage diagnosis. However, previous diagnosis methods and devices have limitations to adapt for inside of human body and daily test, due to the expensive-cost, inconvenience of access, bulky-structure. Various lithographic techniques and organic/inorganic hybrid materials can provide flexibility/stretchability, selective chemical sensing and imaging carrier for advanced early diagnosis device fabrication. In this Ph.D thesis, we developed 3 kinds of platforms for imaging and detecting. Using SSL (Secondary Sputtering Lithog-raphy) and transfer printing method, we successfully fabricate anisotropic inorganic/organic nanoparticles for imaging agent carrier and ultra-thin stretchable heart monitoring pH sensor for prevent and figure out the mechanism and behavior of heart ischemia. By hybridizing organic/inorganic materials with thiol-conjugation reaction on MoS2 (Molybdenum Disulfides), we obtain the selective and sensitive VOCs (Volatile Organic Compounds) gas sensor. These advanced imaging and detecting device will be used for visualization and therapy of cancer tumor and to increase the sensitivity of early diagnosis device.
질병을 초기에 찾아내어 환자에게 질병의 초기 단계에 적절한 치료를 가능케 해주는 초기진단 장비들은 환자의 생존 확률을 높여줄 뿐만 아니라, 우리 인체의 이상신호를 모니터링 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 실제로 각종 암을 비롯해 심근경색, 당뇨, 신장이상과 같은 다양한 질병들은 우리 몸에서 내보내는 이상신호들 (pH, VOCs)을 관측함으로써 진단이 가능하다는 점에서 질병진단의 영역에서 센서를 통한 모니터링의 중요성이 계속해서 대두되고 있다. 이런 요구들에 비해서 기존의 진단 방법의 경우, 장비들의 대부분이 병원에서만 사용이 가능한 고가 장비들이라는 점에서 실제적인 초기진단으로 이용되기에 적합하지 않다는 평가를 받고 있다. 더욱이 우리 몸에 부착할 수 있는 유연특성이 없다는 점과 측정을 위해서 병원을 직접 방문해야 한다는 점은 질병을 초기단계에서 검출하기 위해서 사용하는 장비로써의 한계를 드러내왔다. 실제로 이상징후를 느끼는 경우에만 환자가 병원을 직접 방문하고 조직검사, CT, MRI촬영과 같은 여러 단계의 검사를 거쳐 진단을 받는 과정은 이미 초기진단 시기를 놓치게 되는 문제를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 암세포를 효과적으로 이미징하기 위하여 좀 더 높은 효율을 보여주는 비등방성 나노입자의 제작을 진행하였으며, 3차원 탑다운 리소그래피 기술을 이용해 인체의 조직들을 자유롭게 넘나들 수 있는 300나노미터 크기의 탑다운 나노입자의 제작을 진행하였다. 이 과정에서 나노물질의 유/무기 혼성 구조들은 이미징 특성을 2.4배 증가시키는 결과를 보임으로서 차후에 높은 해상도를 갖춘 암세포 이미징용 센싱플랫폼으로 사용가능하다는 결과를 보여주었다. 이와 더불어 꼬여있는 사형구조를 패턴화하고 이러한 구조적 특성으로 인해서 발생되는 고효율의 유연소자를 이용해 심장질환예방용 센서 및 모니터링 장비를 개발하였다. 본 기술은 200%정도의 변형에도 견딜 수 있는 30채널의 수소이온센서를 제작하고 사람과 토끼 심장에 부착하여 실제로 심장질환이 일어났을 때 발생되는 수소이온의 농도를 검출하는 연구를 진행한 것으로 in-vitro 는 물론 in-vivo 실험에서도 매우 민감하고 정확한 센싱 효율을 보여주었다. 마지막으로 환자의 날숨에 들어 있는 폐암인자를 찾아내서 환자의 폐암 여부를 쉽게 체크 할 수 있는 케미레지스터 센서를 2차원 나노구조체인 몰리브데넘 다이설파이드를 이용하여 제작하였고, 몰리브덴 다이설파이드의 표면성질을 개선하여 기존의 케미레지스터 센서의 성능에 비해서 민감성뿐만 아니라 선택성도 갖춘 센서의 제작연구를 진행하였다. 이러한 고성능의 초기진단용 센서 및 이미징 나노입자의 제작 연구는 초기진단 및 환자의 모니터링을 통한 헬스케어 연구 영역으로 적용될 가능성이 매우 높을 것이라고 예측된다.
