한국과학기술연구원 생체재료연구단 이관희‧정영도 박사팀이 고려대학교 강석호 교수 연구팀과 공동연구를 통해 단백질 차단막을 적용한 전자기기 기반의 바이오센서를 제작했습니다. 차단막의 표면 전하를 조절해 혈청에서 불필요한 신호를 억제하는 방법을 개발했는데요. 이 연구는 <Biosensors and Bioelectronics>에 게재됐습니다. 논문에 따르면 이 기술을 활용하면 바이오센서를 통해 혈청에서 전·후처리 없이 즉각적으로 질병 인자를 검출할 수 있다고 합니다.
생체정보 담겨있는 혈청, 질병진단 가능
채취한 혈액은 응고 현상을 일으킵니다. 응고된 혈액을 원심분리하면 암적색의 덩어리인 혈병과 담황색의 투명한 액체인 혈청으로 나뉩니다. 혈액에서 분리해 낸 혈청에는 많은 생체정보가 담겨 있습니다. 덕분에 다양한 질병을 진단 할 수 있는 정보를 얻을 수 있죠. 그러나 혈청은 염 농도가 높고 약 20,000 종류의 각기 다른 단백질들이 고농도로 함유돼 있습니다. 이 단백질들은 비특이적인 신호를 일으켜 진단의 정밀성을 떨어뜨립니다. 검출 신호의 오류도 빈번히 발생하죠.
그래서 현재 의료기관에서는 전문 인력이 혈청의 전처리(여과, 탈염, 희석) 또는 후처리(세척) 후에 진단 기기를 이용해 분석하고 있는 실정입니다. 스마트 기기를 활용한 헬스케어에 대한 관심이 높아지면서 혈청을 샘플로 하는 전자기반의 바이오센서들이 속속 개발되고 있긴 하지만, 검사 결과가 곧바로 확인되는 현장 진단 또는 자가진단용 기기로 발전하는데에는 어려움을 겪어왔습니다.
단백질 차단막으로 문제 해결
이 같은 문제점을 극복하기 위해 KIST 연구진은 혈액에서 분리한 혈청에서 전·후처리 없이 직접 질병인자를 검출해 질병을 진단할 수 있는 단백질 차단막을 개발하고 이를 바이오센서에 적용했습니다. 단백질 차단막은 전자 기반의 바이오센서뿐만 아니라 생화학적 바이오 분석법에서도 활용돼 불필요한 단백질 결합을 막는 방법입니다. 그러나 생화학적 분석법과는 달리 전자 기반의 바이오센서에는 차단막의 자체 표면 전하가 신호에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 이에 활용하기 힘든 방법이었습니다.
KIST 정영도·이관희 박사 연구팀은 차단막을 형성하는 단백질 원료가 본래 가진 정전기적 속성을 활용했습니다. 차단막의 표면 전하를 중성으로 조절한 건데요. 이를 통해 연구팀은 질병 진단의 정확성을 떨어뜨리는 정전기적 특성에 의한 혈청 단백질의 비특이적 결합과 전하의 불필요한 축적을 방지했습니다. 연구진은 개발한 단백질 차단막이 적용된 바이오센서를 통해 전립선암 질병 인자를 혈청에서 직접 검출하는데 성공했습니다.
KIST 정영도 박사는 "기존의 전자기기 기반의 바이오센서가 혈액에서 혈청을 분리하는 휴대용 기기와 결합을 통해 현장 진단 또는 자가진단 센서로 발전할 것으로 기대한다"며 "단백질 차단막을 도입하면 향후 스스로 정밀한 질병 진단이 가능한 스마트 헬스케어 기기가 개발되는데 활용될 수 있을 것"이라고 말했습니다. KIST 이관희 박사는 "이번 연구 성과는 국내 연구진이 개발한 전자공학, 재료공학과 화학 분야의 융합 원천 기술로 향후 의료기관과의 공동연구를 통해 상용화 기술로의 전환을 기획하고 있다"고 밝혔습니다.
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