급성심근경색증·치매도 신속히 진단···초고감도 바이오센서 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 조기진단이 필요한 급성심근경색증, 치매, 각종 감염병 등에 활용 가능한 분석장비를 개발했다.

한국표준과학연구원은 나노바이오센서팀과 반도체측정장비팀이 펨토 몰(1000조 분의 1 몰) 수준으로 실시간 측정이 가능한 장비를 개발했다고 3일 밝혔다.

한국표준과학연구원 연구팀이 개발한 초고감도 실시간 바이오센싱 장비.(자료=한국표준과학연구원)

연구팀은 지난 2016년 개발한 기술을 고도화해 기존 장비보다 450배 이상 측정 민감도를 높였다. 개발한 장비는 복잡한 과정 없이 쉽고 간단하게 실시간 혈액·체액 내 특정 물질을 측정한다.

장비가 활용될 수 있는 급성심근경색은 관상동맥이 혈전으로 막혀 산소와 영양분 공급 부족으로 심장근육이 괴사하는 질환이다. 골든타임 2시간 이내 신속한 응급조치를 하려면 조기진단이 중요하다. 증상 발병 초기에 발견되는 ‘트로포닌’이라는 물질을 빠르게 측정해야 하는데 혈액 내 농도가 피코 몰(1조 분의 1 몰) 이하의 극미량으로 존재해 관찰하기 어려웠다.

트로포닌처럼 혈액·체액 내 특정 질환 여부나 상태를 나타내는 단백질·DNA 등 지표 물질인 ‘바이오마커’를 활용해 형광물질을 띠는 나노물질이나 효소를 반응시켜 측정 신호를 높여 관찰했는데 신호 발생, 증폭, 세척 등 분석과정이 복잡하고 분석시간이 길게 소요됐다.

연구팀은 장비에 별도의 신호증폭과정과 세척과정이 필요 없이 광학적으로 신호를 증폭시킨 기술을 적용했다. 빛을 특정한 각도로 실리콘 표면에 반사해 특정 물질의 변화 과정을 민감하게 측정하도록 했다.

빛의 산란으로 생기는 방해 신호를 최소화하기 위해 타원계측장치는 독립형으로 구축했다. 장치는 분석용액이나 주변 환경의 온도 차에 의한 굴절률 변화에 영향을 받지 않고, 오직 항원·항체 반응에 의한 실리콘 센서칩 표면의 두께 변화만 측정하도록 설계해 정밀 측정이 가능하게 했다.

기술은 치매 조기진단에도 활용할 수 있다. 현재 대부분의 치매 진단은 뇌 영상 촬영이나 뇌척수액을 분석해 이뤄진다. 검사비용이 비싸고, 시료 채취가 어려워 조기에 발견하기 힘들다. 혈액 내 존재하는 치매 원인 물질인 베타아밀로이드와 타우단백질에 대해 펨토 몰 수준의 세밀한 농도변화를 측정하면 조기진단도 가능하다.

조현민 책임연구원은 “치매는 이상 증세가 발생했을 때 손 쓸 수 없는 정도로 병이 진행된 경우가 많다”며 “극미량의 세밀한 농도변화까지 측정할 수 있는 이번 기술을 활용해 혈액만으로도 치매의 조기진단이 가능해질 것”이라고 했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)’에 출간됐다.