다이아몬드를 사용하여 미량의 병원체 등을 검출하는 기법에 기대가 높아지고 있다고 닛케이산교신문이 보도했다.

바이러스 감염증 초기에는 검출 대상인 바이러스 량이 적어 잘못된 판정을 하게 되는 경우도 있다. 양자과학기술연구개발기구 등은 특수한 장치가 없어도 바이러스를 고감도로 검출하는 방법을 개발했다. 2050년에는 바이러스 및 암 진단, 그리고 기초연구에서 다이아몬드의 활용이 일반적이 될 가능성이 있다고 한다.

빛을 내는 물질을 사용해서 대상물을 관찰하는 기술은 의료현장 및 연구에서 널리 사용되고 있다. 환자로부터 채취한 조직을 이용해 질병을 진단하거나, 바이러스가 있는지 현미경이나 PCR법으로 조사하거나, 소수의 세포와 분자를 검출하거나 하는 등 용도는 다양하다.

하지만 세포가 발하는 빛과 불순물의 빛 등이 방해가 되어 잘못된 양성 판정이 나오는 예도 있었다. 방해가 되는 배경색을 없애거나, 빛을 확실하게 구분할 수 있으면 감도가 향상된다. 양자과학기술연구개발기구의 연구팀은 나노(나노는 10억분의 1)미터 사이즈의 다이아몬드를 사용하여 이 문제에 대한 해결법을 개발했다.

다이아몬드는 탄소로 되어 있는데 질소가 불순물로 섞여있는 것도 있다. 다이아몬드 내부의 탄소원자가 질소원자(N)와 원자가 존재하지 않은 빈 공간(V)의 짝으로 치환된 ‘NV센터’라는 구조를 가지는 경우 녹색빛을 비추면 빨갛게 빛난다.

연구팀은 인공다이아몬드를 이용해 100 나노미터당 40~50의 NV센터를 가진 나노다이아몬드를 인공적으로 만들었다. NV센터는 각각 전자(電子)를 가지고 있다. 전자가 회전하는 방향은 보통 제각각이지만, 레이저 빛을 쏘면 일정해진다. 방향이 일정해지면 강한 빛을, 제각각이면 약한 빛을 내는 NV센터의 성질을 이용했다.

주기가 긴 레이저광선을 나노다이아몬드에 비추면 약한 빛을, 주기가 짧은 레이저광선을 비추면 방향이 일정해져 강한 빛을 발했다. 그리고 긴 주기의 레이저와 짧은 주기의 레이저를 번갈아 비추면 점멸시킬 수 있다.

방해가 되는 배경색은 레이저 광선의 주기에 관계없이 같은 강도로 빛난다. 하지만 레이저의 강도로 빛의 강약은 바꿀 수 있다. 긴 주기의 레이저 광선의 강도를 짧은 주기보다 약하게 하여 긴 주기일 때는 약하게 빛나도록 하였다.

이 결과 배경색은 나노다이아몬드와 반대되는 타이밍에 점멸하여 구별하기 더 쉬워졌다. 종래의 수법과 비교하여 배경색의 강도와 비교해 관찰 대상물의 빛의 강도는 100배 이상 높았다. 형광 나노다이아몬드를 세포와 선충에 넣어 빛나는지 시험한 결과 나노다이아몬드만을 영상으로 확인할 수 있었다.

바이러스 등에 나노다이아몬드를 부착하는 장치를 개발할 수 있다면 아주 적은 미량도 고감도로 검출할 수 있게 된다. 나아가 암과 치매의 진행 정도에 따라 체내에서 늘어나는 물질을 측정할 수 있게 되면 이러한 질병의 조기 진단에 도움이 된다.

연구팀은 이제까지 나노다이아몬드를 사용한 형광검출법을 개발해 왔는데 마이크로파를 내는 복잡한 고액의 장치가 필요했다. 이번에 사용한 레이저장치는 수십만 원 정도다. 나노 사이즈의 인공 다이아몬드도 저렴해서 “형광 나노다이아몬드로 가공하는 비용을 합쳐도 일반적인 형광시약보다 싸게 만들 수 있다”고 양자과학기술연구개발기구의 이가라시 류지(五十嵐龍治) 그룹리더는 말한다.