KRISS 연구팀이 개발한 초고감도 실시간 바이오센싱 장비 구조(왼쪽)와 장비 모습.

[국민환경방송]
한국표준과학연구원(KRISS)은 나노바이오센서팀과 반도체측정장비팀이 세계 최고 수준인 펨토 몰(1000조 분의 1 몰) 수준으로 측정이 가능한 '초고감도 실시간 바이오센싱' 장비를 개발했다고 3일 밝혔다.

몰(mol)은 물질의 입자 수, 질량, 부피 등과 같은 물질의 양을 나타내는 국제단위계(SI) 단위다.

연구팀이 개발한 장비는 복잡한 과정없이 쉽고 간단하게 실시간으로 혈액·체액 내 특정 물질을 측정할 수 있다. 이번 성과는 2016년도에 개발한 기술을 고도화한 것으로 기존 장비보다 450배 이상 측정 민감도를 갖는다.

급성심근경색은 관상동맥이 혈전으로 막혀 산소와 영양분 공급 부족으로 심장근육이 괴사하는 질환으로 신속한 응급조치를 위해서는 조기진단이 매우 중요하다.

급성심근경색증 발병 초기에 특이하게 발견되는 ‘트로포닌’이라는 물질을 빠르게 측정할 수 있어야 한다. 트로포닌은 혈액 내 농도가 피코 몰(1조 분의 1 몰) 이하의 극미량이므로 관찰이 어렵다.

트로포닌처럼 혈액·체액 내 특정 질환 여부나 상태를 나타내는 단백질·DNA 등 지표 물질을 ‘바이오마커’라고 한다. 주로 형광물질을 띠는 나노물질이나 효소를 반응시켜 측정 신호를 높여 관찰하는 방법이 사용되는데 신호의 발생과 증폭, 세척 등 분석과정이 복잡하고 분석시간이 길다.

연구팀이 개발한 장비는 별도의 신호증폭과정과 세척과정이 필요 없이 광학적으로 신호를 증폭시키는 기술로 분석과정이 복잡하고 시간이 긴 기존 방법의 한계를 극복했다.

빛을 특정한 각도로 실리콘 표면에 반사해 특정 물질의 변화과정을 민감하게 측정하는 방식으로 이를 위해 연구팀은 빛의 산란으로 생기는 방해 신호를 최소화할 수 있는 타원계측장치를 독립형으로 구축했다.

구축된 장치는 분석용액이나 주변 환경의 온도 차에 의한 굴절률 변화에 영향을 받지 않고 오직 항원-항체 반응에 의한 실리콘 센서칩 표면의 두께 변화만 측정하도록 설계돼 정밀한 측정이 가능하다.

연구팀은 이번 기술이 조기진단이 필요한 급성심근경색증, 치매, 각종 감염병 등에서 활용될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부가 주관하는 2020년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐다. 바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF: 10.257)에 11월에 게재돼 출간됐다.

KRISS 조현모 책임연구원은 "치매는 이상 증세가 발생했을 때 손쓸 수 없는 정도로 병이 진행된 경우가 많다"며 "극미량의 세밀한 농도변화까지 측정할 수 있는 이번 기술을 활용하면 혈액만으로도 치매의 조기진단이 가능해질 것"이라고 기대를 밝혔다.