재료연구소, 패혈증·조류독감 신속진단 3차원 칩 개발 성공
등록 2019.09.16 09:53:43
미국·영국·독일 공동연구팀의 연구 주도
2시간 내 확진 가능…국내 업체와 휴대용 개발 중
【창원=뉴시스】경남 창원 재료연구소 표면기술연구본부 박성규 박사 연구팀 주도의 국제 공동 연구팀이 패혈증·조류독감 등 감염 여부를 현장에서 신속하게 확진할 수 있는 '초고감도 3차원 바이오센서 칩' 개발에 성공했다. 사진은 대면적 바이오센서 칩 및 바이오센서 성능평가 결과.2019.09.16.(사진=재료연구소 제공) [email protected]
국제 공동 연구팀은 재료연구소, 미국 하버드 의과대학 메사추세츠종합병원(MGH), 영국 임페리얼공대, 독일 뮌헨공대 등으로 구성됐다.
이번에 개발된 '초고감도 바이오센서 칩'은 3차원 고밀도 금속 나노 구조체의 플라즈몬 공명 현상을 이용한 것으로, 초고감도(ppb 이하, ppb는 10억분의 1로 극미량 성분의 농도를 나타냄)로 극미량의 단백질 바이오마커 검출이 가능하다.
이에 따라 패혈증이나 조류독감을 현장에서 약 2시간 이내에 감염 여부를 확인할 수 있다고 재료연구소는 강조했다.
이번 연구 개발을 주도한 박성규 박사 연구팀은 연구 과정에서 세계 최초로 금속 나노입자를 진공에서 직접 합성 가능한 원천기술을 개발했다.
박 박사 팀은 고분자 나노소재와 금속의 표면에너지 차이를 극대화시켜 고분자 나노구조 상에서 귀금속 나노입자를 구형으로 형성하는 데 성공했다.
또 메사추세츠종합병원 임형순 교수 연구팀은 혈액에서 패혈증 관련 단백질 바이오마커만을 선택적으로 결합해 형광 이미지 구현을 통해 분석 가능한 형광 기반 면역분석법을 개발했다.
독일 및 영국 연구팀은 3차원 금속 나노구조의 광학 전산모사를 통해 플라즈몬 공명 현상을 해석하여, 초고감도 3차원 바이오센서 칩의 성능을 이론적으로 뒷받침했다.
진공증착 공정을 통해 형성된 금속 나노입자는 표면에 계면활성제와 같은 화학물질을 포함하고 있지 않기 때문에, 면역분석법을 통한 형광 분석 시 형광신호의 세기와 민감도 등을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
연구책임자인 재료연구소 박성규 박사는 "패혈증은 매년 전 세계에서 3000만명 이상이 발병하고, 발병 후 일주일 이내 사망하는 치사율이 20%인 매우 위험한 질병"이라며, "2시간 이내에 패혈증을 확진할 수 있는 초고감도 쾌속 진단기기의 개발이 치사율을 낮추는 가장 효과적인 방법이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 출연연 기본사업, 산업통상자원부의 '나노금형기반 맞춤형 융합제품 상용화지원센터 구축 사업'을 통해 진행됐으며, 연구 결과는 나노소재 분야 세계적 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF: 15.651) 표지논문으로 게재됐다.
또 3차원 바이오센서 칩 제조 기술은 한국과 미국, 중국에 특허를 출원한 상태다.
현재 재료연구소 연구팀은 MGH와 공동으로 10여종의 패혈증 바이오마커에 대해 초고감도 다중분석기술을 통해 진단 정확도의 향상 기술을 개발하고 있으며, 국내 광학기기 제조업체와 휴대형 질병진단기기 또한 개발 중에 있다.
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