윤대성 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 Bio-MEMS와 나노기계 시스템을 활용한 고감도 바이오센서 개발이다. 연구실은 미세가공 기술, 나노구조 설계, 전기·기계적 신호 해석을 결합하여 생체분자 상호작용을 정밀하게 읽어내는 플랫폼을 구축해 왔다. 특히 마이크로캔틸레버와 나노기계 공진기 기반 검출 기술은 단백질, 핵산, 병원성 물질과 같은 다양한 표적을 라벨 없이 실시간으로 분석할 수 있다는 점에서 연구실의 대표적인 연구 방향으로 볼 수 있다. 관련 논문과 학술활동을 보면 연구실은 나노기계 공진기의 원리, 표면응력 변화, 강성, 공진 특성 등 물리적 기반을 깊이 있게 다루면서 이를 생물학적·화학적 검출 문제에 응용해 왔다. Advanced Materials 및 Physics Reports 수준의 연구 성과는 센서가 단순한 측정 장치를 넘어, 분자 수준 현상을 해석하는 정량적 분석 도구로 발전하고 있음을 보여준다. 또한 전기적 읽기 방식, 압전 마이크로캔틸레버, 전기화학적 검출법 등을 결합함으로써 현장 적용성과 소형화를 동시에 추구하고 있다. 이 연구 주제의 의의는 차세대 진단기기와 현장형 의료 플랫폼으로의 확장 가능성에 있다. 고감도·고선택성 센서는 감염성 질환, 암 바이오마커, 대사성 질환, 환경 유해물질 검출 등 다양한 분야에 직접 연결될 수 있다. 연구실은 바이오시스템 수준의 통합 설계와 센서 소자의 실용화 가능성을 함께 고려하고 있어, 향후 정밀의료, 개인 맞춤형 진단, 휴대형 진단기기 개발에 중요한 기반을 제공할 것으로 기대된다.

연구실의 또 다른 대표 주제는 생체막, 적혈구막, 장내 상피세포막 등 실제 생체 구성요소를 활용한 생체모방형 바이오인터페이스 개발이다. 이는 단순히 인공 재료 위에 수용체를 부착하는 접근을 넘어, 세포막이 갖는 선택적 분자 인식 기능과 생체친화적 특성을 그대로 센서 표면에 구현하려는 연구 방향이다. 이러한 접근은 표적 분자와의 상호작용을 더욱 자연스럽고 선택적으로 유도하여, 기존 센서가 갖는 비특이적 결합 문제를 줄이고 검출 신뢰도를 높이는 데 강점을 가진다. 실제 특허와 발표 성과에서는 콜레라 독소 검출용 전기화학 바이오센서, 적혈구막 기반 포도당 센서, 세포막 코팅 나노입자를 이용한 피브리노겐 센서 등 다양한 응용이 확인된다. 장내 상피세포막의 GM1 풍부성을 활용한 콜레라 검출 특허는 병원체 독소가 인체 세포와 결합하는 기전을 센서 설계에 직접 반영한 좋은 사례다. 또한 세포막 기반 포도당 센싱 연구는 막단백질 수송체의 선택성을 활용함으로써 복잡한 생체 환경에서도 높은 분별력을 확보하려는 시도를 보여준다. 이러한 생체모방 센싱 연구는 감염병 조기진단, 대사질환 모니터링, 체외진단기기 개발에 큰 파급력을 가진다. 생체 구성요소를 활용한 센서는 실제 생리 환경과 유사한 조건에서 작동하므로 의료 현장 적용성이 높고, 보관·운송 안정성을 개선하면 현장진단(point-of-care) 플랫폼으로 발전할 가능성도 크다. 연구실은 나노소재, 전기화학, 세포막 공학을 융합하여 생체와 기계 사이의 정교한 인터페이스를 설계하는 데 강점을 보이고 있다.

윤대성 연구실은 센서 기술을 질병 진단에만 머무르지 않고, 퇴행성 뇌질환 치료제 탐색을 위한 약물 스크리닝 플랫폼으로 확장하고 있다. 특히 아밀로이드 베타, 알파시뉴클레인, 타우와 같은 단백질 응집체를 모사하거나 공학적으로 제어하여 병리 기전을 재현하고, 이를 기반으로 후보 약물의 효능을 빠르게 평가하는 시스템 개발이 활발하다. 이는 알츠하이머병, 파킨슨병, 타우병증, 헌팅턴병 등 난치성 신경질환의 치료제 개발을 가속화하려는 연구 방향과 맞닿아 있다. 특허와 과제 정보를 보면 금 나노입자와 결합한 알파시뉴클레인 복합체, 아밀로이드 베타 올리고머-금 나노입자 복합체, 과인산화 타우 기반 고속 스크리닝 시스템 등 병리 단백질의 구조와 응집 특성을 공학적으로 활용하는 전략이 두드러진다. 이는 단백질 응집을 단순히 관찰하는 수준을 넘어, 약물 반응성을 정량화할 수 있는 플랫폼으로 설계한다는 의미를 가진다. 또한 발표 이력에서는 아밀로이드 섬유의 표면전위 분석, 응집 억제 효과 평가, 마이크로웨이브 기반 응집체 합성 등 기초 분석과 응용 플랫폼 개발이 유기적으로 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 이 연구는 신약 개발에서 가장 큰 병목 중 하나인 초기 효능 평가를 빠르고 재현성 있게 수행할 수 있다는 점에서 매우 중요하다. 특히 난치성 뇌질환은 동물모델이나 세포모델만으로 병리 특성을 완전히 반영하기 어렵기 때문에, 공학적 바이오모사 플랫폼의 가치가 크다. 연구실의 접근은 바이오센서, 나노입자, 단백질 공학, 약물평가 기술을 융합하여 신경퇴행성 질환 연구의 실험 효율을 높이고, 장기적으로는 정밀 신약개발과 맞춤형 치료 전략 수립에 기여할 수 있다.

연구실은 센서 및 진단기술뿐 아니라 기능성 바이오소재와 유무기 복합 나노구조체 연구에도 참여하고 있다. 최근 성과로 나타난 DNApatite 연구는 단일가닥 DNA와 칼슘 이온을 이용해 새로운 형태의 유연한 아파타이트 구조체를 구현한 사례로, 생체적합성과 기계적 특성을 동시에 향상시키는 방향을 보여준다. 이는 기존의 취성이 큰 하이드록시아파타이트의 한계를 극복하면서, 생체조직과 유사한 물성을 갖는 차세대 재료 개발로 이어질 수 있다. 이 연구 주제는 재료공학적 배경과 의공학적 응용이 긴밀하게 연결되어 있다는 점이 특징이다. 연구실 책임자의 학문적 기반이 재료공학과 전자세라믹스에 있으며, 경력 전반에 걸쳐 바이오소재와 나노바이오센서 연구가 이어져 왔다는 점도 이를 뒷받침한다. DNA, 무기질 결정, 나노로드 구조, 표면 특성 제어 등은 모두 생체재료의 기계적 안정성, 생체친화성, 기능 통합성을 향상시키는 핵심 요소이며, 이러한 설계 철학은 센서 소자와 바이오플랫폼 개발에도 직접 연결된다. 기능성 생체재료 연구는 향후 조직공학, 골재생, 임플란트 표면 개질, 바이오전자 인터페이스 등 다양한 응용 가능성을 가진다. 특히 기계적 탄성, 생체활성, 나노구조 정밀 제어가 가능한 재료는 의료기기와 조직공학 스캐폴드 분야에서 높은 잠재력을 갖는다. 연구실은 나노구조 설계와 생물학적 기능 부여를 동시에 고려하는 융합적 접근을 통해, 의공학적 소재 혁신과 차세대 바이오디바이스 개발을 함께 추구하고 있다.