국내 연구진이 ‘꿈의 물질’이라 불리는 그래핀을 대면적 패널(4인치 웨이퍼)로 구현, 다양한 질병 및 질환들을 진단할 수 있는 고감도 바이오센서 제작기술을 개발했다.
황교선 한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로시스템연구단 박사팀은 반도체 공정기술을 적용해 수십 마이크로미터(10만~100만 분의 1 미터)의 패턴을 정교하게 구현한 그래핀 바이오센서를 제작했다고 10일 밝혔다.
이 센서는 혈액 검진을 통해 피 한방울에 들어있는 특정 단백질의 양을 파악함으로써 질병 발현 유무를 알 수 있다. 그래핀 센서는 감도가 매우 우수해 혈액 내 극미량(피코그램(pg/mL), 1조분의 1그램)의 바이오마커(질병 표지 단백질)를 빠르고 정확하게 검출해 내어 다양한 질병의 체액 진단이 가능하다.
개발된 센서 기술의 상용화를 위해서는 민감도와 재현성 등의 센서 성능이 우수해야할 뿐만 아니라 대면적에서 센서를 구현해 제작 단가를 낮추는 제작법이 매우 중요하다. 이런 측면에서 이번 그래핀 바이오 센서 제작 기술은 대면적 구현 가능성을 확보한 상용화 후보 기술이라고 할 수 있다. 그래핀 바이오센서는 혈액 내 존재하는 극미량의 베타아밀로이드 단백질을 검출해 대표적 노화 질환인 알츠하이머 치매를 쉽고 빠르게 진단가능할 것으로 보인다.
유전자 변이 쥐와 정상 쥐의 혈액을 이용해 치매 혈액 진단 가능성을 확인했고, 현재 연구진은 정상인과 환자를 구분 할 수 있는 임상 시험 자료를 확보한 상태다.
이번 연구는 대표적인 융합연구의 형태로 이루어졌으며 KIST 김영수 박사 연구팀과 유전자 변이 쥐 관련 연구를 공동 수행하고, 장석태 중앙대학교 교수팀과 그래핀 센서 제작 기초 성능 평가 연구를 공동 수행했다. 올해 초 개발된 치매혈액 진단시스템을 기업에 기술 이전한 경험이 있는 황교선 박사팀은 치매 뿐만 아니라 암, 당뇨, 우울증 등 다양한 질환을 조기에 진단할 수 있는 가능성을 평가해 상용화에 이를 수 있도록 후속연구에 박차를 가하고 있다.
황 박사는 “이번 연구 결과로 혈액 검사라는 쉬운 방법을 통해 다양한 질병이 진단 가능한 고감도 센서의 상용화에 한발 더 접근했고, 대면적에 구현할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며 “다양한 질병의 적용 가능성을 확인하기 위해 국내외 임상 기관과 협력하여 임상 연구를 수행할 예정”이라고 설명했다.
이번 연구는 KIST 기관고유 미래원천기술개발사업과 개방형 연구사업(ORP)과 보건복지부가 시행하는 질환극복기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적인 우수 과학 저널인 ‘싸이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 8월 10일자 온라인 판에 게재됐다.
/권용민기자 minizzang@sedaily.com
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