KRISS, 고감도 바이오 센서 개발...치매, 급성심근경색 진단 활용 기대

국내 연구진이 융합 연구를 수행해 고감도 실시간 바이오 센싱 장비를 개발했다.

한국표준과학연구원(KRISSㆍ원장 박현민)은 나노바이오센서팀과 반도체측정장비팀이 펨토 몰 (1000조 분의 1 몰) 수준으로 실시간 측정이 가능한 센싱 장비를 개발했다고 3일 밝혔다.

몰(mol)은 물질량의 국제단위계(SI) 단위로 특정 계의 물질량은 명시된 구성요소의 수를 나타내는 척도다.

연구팀이 개발한 장비는 복잡한 과정없이 실시간으로 혈액ㆍ체액 내 특정 물질을 측정할 수 있다. KRISS는 이번 연구가 2016년에 개발한 기술을 고도화한 것으로 기존 장비보다 450배 이상 측정 민감도를 갖는다.

급성심근경색은 관상 동맥이 혈전으로 막혀 산소와 영양분 공급 부족에 따라 심장 근육이 괴사하는 질환이다. 이에 조기 진단을 위해 질환 초기에 발견할 수 있는 ‘트로포닌’ 물질을 빠르게 측정해야 한다.

하지만 트로포닌은 혈액 내 농도가 피코 몰(1조 분의 1 몰) 이하 극미량으로 관찰이 어렵다.

트로포닌을 비롯해 혈액ㆍ체액 내 특정 질환 여부 확인이 가능한 지표 물질을 '바이오마커'라고 한다. 바이오마커 측정의 경우 주로 형광 물질을 띠는 나노물질이나 효소를 반응시킨 뒤 측정 신호를 높여 관찰한다. 하지만 신호 발생, 증폭, 세척 등 분석 과정이 복잡하고 오랜 시간이 필요하다.

이에 연구팀은 별도 신호 증폭 과정과 세척 과정없이 광학적으로 신호를 증폭시키는 기술을 개발했다. 이 기술은 빛을 특정 각도로 실리콘 표면에 반사해 특정 물질의 변화 과정을 민감하게 측정한다.

연구팀은 빛의 산란에 따라 나타나는 방해 신호를 최소화할 수 있도록 타원계측장치를 독립형으로 구축했다. 장치 설계 시 분석 용액이나 주변 환경의 온도 차이 등 영향을 받지 않도록 했으며, 항원-항체 반응에 따른 실리콘 센서칩 표면의 두께 변화만 측정하도록 해 정밀 측정이 가능하도록 했다.

연구팀은 이번 기술을 치매 조기진단에도 활용할 수 있을 것으로 예상했다. 혈액 내 존재하는 치매 원인 물질인 베타아밀로이드와 타우단백질을 대상으로 펨토 몰 수준의 농도 변화를 측정해 조기 진단할 수 있다는 설명이다. 현재 대부분의 치매 진단은 뇌 영상 촬영과 뇌척수액 분석 등으로 이뤄진다. 하지만 검사 비용이 비싸고 시료 채취가 어려워 조기 발견이 어렵다.

조현모 KRISS 책임연구원은 "극미량의 농도변화까지 측정 가능한 이번 기술로 혈액만을 이용해 치매를 조기 진단할 수 있을 것이다"라고 기대했다.

[관련 기사]세계 1위 병원 메이요 클리닉, 의료 AI 선두도 노린다

[관련 기사]포브스가 조망한 차세대 AI 기술 3가지