혈액 속 질병 원인 물질 실시간 감지한다

[아이뉴스24 최상국 기자] 혈액 속의 질병원인물질을 실시간으로 감지할 수 있는 피부침습형 바이오센서가 개발됐다.

연세대학교 신소재공학과 최헌진 교수 연구팀은 혈액 채취 과정없이 피부에 붙이기만 하면 센서 소자가 피부 속으로 침습해 콜레라 독소, 중금속 이온 등 혈액 내 질병 원인 물질을 실시간으로 진단하는 바이오센서를 개발했다고 18일 발표했다.

기존의 바이오센서는 대부분 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET) 타입의 필름형 센서로 피부에 부착해 땀이나 눈물, 소변 등을 이용해 체내 정보를 감지한다. 하지만 질병을 유발하는 거의 대부분의 물질들(단백질이나 중금속 이온 등)은 혈액 안에만 머무르기 때문에 체외에서 감지하기 어렵다. 혈액을 채취해 분석하는 방법도 있지만, 복잡한 시료 전처리와 값비싼 대형 장치로 인해 실시간/조기 진단하기에 한계가 있다.

연구팀은 새로운 개념의 소자 구조와 처리 회로, 질병 원인물질 감지 인공항체를 융합해 기존의 바이오센서 구조와 완전히 다른 피부 부착형 모니터링 센서 시스템 및 기술을 개발했다. 이 센서를 피부에 붙이면 미세 전극이 모세혈관이 있는 진피층까지 도달해 센서 내 다양한 항체들이 질병을 일으키는 단백질이나 중금속 이온을 효율적으로 선별한다.

연구팀은 피부 침습을 위해 높이가 600마이크로미터 이상인 3차원 침습형 구조물을 만들고 반도체 제조에 쓰이는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 공정을 도입하여 소자를 완성하였으며 피부과와 생명공학 연구진과 공동연구를 통해 소자의 생체 적합성을 검증하였다.

또한 기존 바이오 센서에서 사용된 FET 타입의 회로와는 달리 혈액 및 혈액 내 존재하는 모든 물질을 포함하는 임피던스 회로 시스템을 구성해 직접적으로 회로 내 변화를 감지할 수 있게 함으로써 기존 센서에서는 구현하지 못했던 혈액 내 실시간 감지가 가능해졌으며, 다양한 분야로의 기술 응용이 가능한 플랫폼을 제시하였다.

최헌진 교수는 “기존 바이오센서로는 어려웠던 ‘혈액 직접 감지’를 위해 신소재공학, 전기전자공학, 생명공학 등 다양한 분야의 융합 기술을 응용해 새로운 시스템을 개발한 것”이라며, “우리 몸에서 암, 알츠하이머, 콜레라, 중금속 중독 등 다양한 질병을 환자 스스로 실시간 진단하는 센서로 발전되길 기대한다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업과 연세대학교의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 에 3월 12일 게재되었다.

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