적혈구에서 막 추출해 '초민감 센서' 개발
적혈구에서 막 추출해 '초민감 센서' 개발
  • 강지희
  • 승인 2019.05.14 20:20
  • 조회수 2053
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출처: Fotolia
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많은 검지기들은 물리 또는 화학 센서를 통해 개발되고 있습니다. 그런데 생물 효소 반응이나 면역에 있어 항원-항체 반응과 같이 특이성이 매우 높은 반응을 이용한 검지기가 개발됐는데요. 그 중 여러 장치가 상용화됐습니다. 이를 '바이오 센서'라고 부릅니다. 

 

체온, 혈압, 맥박, 심전도 같은 생체 정보를 측정하는 센서들은 이미 상용화됐습니다. 마이크로파를 이용한 혈당 측정 센서도 있으며 전기 삼투압을 이용해 피를 뽑지 않고도 혈당을 측정할 수 있는 측정기도 나왔죠. 운동복처럼 입거나 팔이나 복부에 착용해 생체 정보를 측정하는 센서도 있다고 합니다.

 

최근에는 효소, 항체, 항원, 호르몬 수용체 등을 이용한 '바이오 센서'가 유망 산업으로 관심을 모으고 있습니다. 인체의 신체작용을 모방하는 계측 시스템을 이용하는 센서도 개발 중인데요. 질병과 관련있는 유전자, 암세포, 단백질, 혈당, 식중독균, 환경호르몬 등을 효과적으로 측정하기 위한 센서를 개발하려면 안정성, 선택성, 생체 적합성도 높아야 합니다. 

 

고려대학교 전자ㆍ기계융합공학과 박진성 교수 연구팀은 적혈구막을 이용하여 혈장 내 섬유소원을 초민감도로 검출하는 전기화학센서를 개발했다고 합니다. <Sensors and Actuators B: Chemical>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 적혈구와 섬유소원의 관계를 활용해 센서를 개발했습니다.

 

전기화학 임피던스 분광법

 

연구팀은 전기화학 임피던스 분광법을 이용하여 센서를 개발했습니다. 전기화학 임피던스 분광법은 교류파를 이용하여 주파수에 따른 진폭과 위상의 변화를 측정한 후 임피던스를 계산하는 기술을 말하는데요. 교류파의 주파수에 따른 진폭과 위상의 변화는 기판계면에서 여러 현상들을 임피던스 분광법을 이용하여 확인할 수 있기 때문에 나노 단위의 민감한 변화를 확인할 수 있어 바이오센서에서 많이 활용됩니다. 

섬유소가 엮은 적혈구들. 출처: Fotolia
섬유소가 엮은 적혈구들. 출처: Fotolia

연구팀은 적혈구에 섬유소원의 수용기가 존재한다는 점과 적혈구막이 금속 표면에 얇게 코팅된다는 점을 착안하여 섬유소원을 검출했다고 합니다. 섬유소원(피브리노겐, Fibrinogen)은 혈장 속에 있는 단백질로 혈액 응고 과정에 핵심적인 역할을 합니다. 상처가 생겨 세포들이 손상되면 섬유소원은 혈소판이랑 결합합니다. 혈소판과 결합하면 섬유소원은 섬유소(피브린)로 변하죠.

 

섬유소는 그물이나 망사처럼 상처를 덮고 적혈구를 포함한 혈구들을 서로 엮어서 손상된 혈관을 봉합합니다. 동시에 혈소판을 잡아 더 이상의 혈액 손실을 막아줍니다. 섬유소원은 우리 몸에 반드시 필요한 존재지만 수가 너무 많으면 심혈관계 질환에 걸리고 너무 적으면 혈우병에 걸린다고 합니다.

적혈구막 코팅 전극을 이용한 섬유소원(fibrinogen)의 전기화학적 검출 기법의 모식도. 출처: 고려대학교 세종캠퍼스
적혈구막 코팅 전극을 이용한 섬유소원(fibrinogen)의 전기화학적 검출 기법의 모식도. 출처: 고려대학교 세종캠퍼스

기존 센서는 섬유소원 검출영역이 매우 한정적이라는 단점이 있는데요. 연구팀이 개발한 센서는 적혈구막에 있는 섬유소원 수용기 덕분에 혈장 내 섬유소원의 과잉과 결핍에 해당하는 영역을 동시에 확인할 수 있었다고 합니다. 적혈구에서 추출한 적혈구 막을 빠르고 간편하게 전기화학센서 전극에 코팅하여 기존 센서의 검출 영역보다 수만 배 넓은 검출 범위(0.0001–5 mg/m)를 가지는 동시에 매우 높은 민감도(49 ng/mL)를 가진다고 합니다.

 

또한 적혈구막이 코팅된 상태로 2주 동안 안정화된 검출 능력을 보여줘 센서 상용화 측면에서도 높은 가능성을 보여줬다고 합니다.

 

앞으로의 전망

박진성 교수와 박주형 연구원. 출처: 고려대학교 세종캠퍼스
박진성 교수와 박주형 연구원. 출처: 고려대학교 세종캠퍼스

실험을 진행한 박주형 박사과정 연구원은 "다양한 세포막을 코팅하여 실제 생활에 도움이 되는 간편하고 새로운 전기화학센서를 개발하고 싶다"는 포부를 밝혔습니다.  

 

##참고자료##

 


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