바이오센서, 전염병 확산 방지-질병 진단 동시에

빛을 이용해 극소량의 단백질을 빠르고 정확하게 검출하는 바이오센서 기술이 개발됐다.

코로나바이러스 같은 전염병 확산을 막는 중요한 수단인 단백질 검출 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

UNIST(총장 박종래) 전기전자공학과 이종원 교수와 한국기계연구원(원장 류석현) 나노리소그래피 연구센터 정주연 박사 공동연구팀은 단백질 검출 민감도를 획기적으로 높인 새로운 바이오센서를 개발했다.
빛에 매우 민감하게 반응하는 메타물질 흡수체를 사용해 복잡한 생물학적 구조에서도 단백질 농도를 정확하게 측정할 수 있다.

새로운 센서는 기존의 복잡하고 비싼 방식과 달리 바이오 마커를 부착하지 않고도 단백질을 빠르고 정확하게 검출했다.
효소를 이용해 색 변화를 보는 기존의 효소면역측정법(ELISA)보다 시간과 비용을 크게 절약할 수 있다.

연구팀은 단백질 검출 민감도를 높이기 위해 중적외선 빛에 매우 민감하게 반응하도록 만든 메타물질 흡수체를 사용했다.
메타물질은 대량 생산이 쉬워 코로나 백신과 같은 전염병 예방뿐만 아니라 다양한 질병 진단에도 유용할 것으로 전망된다.

단일 압타머(Aptamer)를 사용해 트롬빈(Thrombin)의 검출 한계(267.4 pM)에서도 극소량의 단백질을 정확하게 찾아냈다.
압타머는 특정 단백질과 상호작용하는 물질로, 항체를 대체할 유망한 후보로 주목받고 있다.
트롬빈은 혈액을 응고시키는 단백질이다.

트롬빈 결합 압타머를 활용한 면역 분석은 임상 환경에서 최소한의 시간으로 바이오 물질을 검출할 잠재력을 보였다.
이는 기존의 비용이 많이 드는 질병 진단 과정을 대체해 효율적이고 경제적인 새로운 진단 도구로서의 가능성을 확인한 것이다.

이종원 교수는 “강한 결합 효과를 이용한 표면 강화 적외선 흡수 분광법으로 극소량의 단백질을 검출할 수 있다”며 “의료 진단과 치료 과정에서 저렴하고 신속한 검출이 가능하므로 보다 쉽게 건강을 관리할 수 있을 것”이라고 말했다.

정주연 박사는 “나노 임프린트 리소그래피 기술을 활용해 제작한 적외선 메타물질 흡수체 기반의 바이오 센서로 질병을 조기에 발견해 전염병 확산을 막는 데 크게 기여할 것”이라고 전했다.

연구 결과는 세계적 학술지인 Biosensors and Bioelectronics에 5월 27일 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국기계연구원, 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다.