IBS, 피 한 방울로 암 진단 가능한 바이오센서 개발

생체시료 전처리 없이 현장진단기기로 직접 분석

암·감염병 등 다양한 질병 조기 발견 가능…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 나노구조 및 나노다공성 금 표면을 생성하는 메커니즘. 미셀(micelle)을 형성하는 계면활성제와 염화나트륨 용액 속에서 금전극에 전기 펄스를 가하면 염화물이 표면에 흡착되고 금이 에칭돼 제거되지만 미셀에 의해 금전극의 표면에 다시 흡착돼 다공성 금 나노구조를 성장시킨다.  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)는 첨단연성물질연구단 조윤경 그룹리더(UNIST 바이오메디컬 공학과 교수) 연구진이 혈액·소변을 이용해 암과 같은 질병을 현장에서 바로 진단할 수 있는 다공성 금 나노전극 기반 바이오센서를 개발했다고 18일 밝혔다.

연구진은 또 개발한 바이오센서로 전립선암 진단에 성공, 병원체나 기타 질병진단 분야에서의 활용이 기대된다.
 
현장진단기기는 간단하고 빠르게 진단할 수 있고 비용도 낮아 효율적이지만 암이나 감염성 질환을 진단에는 아직 한계가 있다.

암이나 감염성 질환 관련 바이오마커는 혈액 등 생체시료에 매우 소량만 존재해 극도로 민감한 탐지 기술이 필수적이다. 민감도를 높이기 위해선 전극의 표면적을 늘리면 되지만 이는 오염도(바이오파울링) 역시 증가시키는 문제가 있다.
 
이번에 IBS 연구진은 민감도와 정확도가 높은 바이오센서 제작을 위해 다공성 금 나노 전극을 개발하고 이를 활용해 엑소좀(exosome)과 같은 바이오마커를 분리·정제하는 복잡한 단계를 거치지 않고도 생체시료로 현장에서 전립선 암 진단을 가능케 했다.
 
다공성 금 나노전극은 미셀이 있는 염화나트륨 용액에 평평한 금 표면을 넣고 반복적인 전기를 가해 구현했다. 미셀은 민들레씨 같은 구형태로 머리는 물과 친하고 꼬리는 기름과 친한 막대 모양의 계면활성제가 모여있는 집합체를 말한다.

연구진은 "전기펄스에 의한 전기화학적 산화환원 반응을 통해 평평한 금전극 표면에 금을 에칭(부식)하고, 재흡착시켜 나노구조를 성장시키고 나노미터 크기의 구멍을 형성하는 반응을 유도했다"며 "이 과정에서 미셀은 에칭돼 떨어져 나온 금입자가 용액 속으로 확산되는 것을 막고 다시 금전극 표면에 흡착되도록 하는 중요한 역할을 했다"고 설명했다.
 
이런 방법으로 넓은 표면적을 만들어내 센서의 민감도를 높이는 한편 나노미터 크기의 구멍을 형성해 샘플의 오염을 방지토록 했다.
 
연구진은 이를 이용해 소변과 혈장에서 암세포 유래 엑소좀에 붙어있는 단백질을 검출하며 전립선암 환자 그룹과 건강한 기증자 그룹을 구별해 냈다. 
 
연구 결과는 세계적인 권위지인 어드밴스드 머티리얼즈 온라인판에 지난 17일 게재됐고 표지 논문으로 선정됐다.

조윤경 그룹리더는 "이번 기술은 현장진단기기의 미래기술 개발에 핵심역할을 할 것"이라며 "다공성 금나노 구조의 잠재력을 활용해 혈액·타액 샘플을 분석하는 진단 칩 개발 등으로 연구를 확대할 예정이다"고 말했다.


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