전자전기공학과 이정수 교수팀 심근경색’ 찾는 그물센서 개발
2015-11-10
‘심근경색’ 찾는 그물센서 개발
흔히 심장마비로 알려진 ‘심근경색’은 2시간 이내 치료하지 않으면 심장세포가 썩기 시작해 사망에 이르는, 특히 신속한 진단과 치료가 필요한 응급질환이다. 우리나라 3대 사망원인 중 하나이자, 돌연사의 큰 원인으로도 손꼽힌다.
전자전기공학과 이정수 교수, 미래IT융합연구원 김기현 박사팀은 NASA 연구팀과 함께 3차원 나노 그물망 구조를 이용해 심근경색 여부를 진단하는 단백질 트로포닌 Ⅰ(Troponin Ⅰ)을 검출할 수 있는 진단센서를 개발, 전기화학 분야 권위지인 바이오센서스 & 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)지를 통해 발표했다.
기존 검출방법 대비 20배나 향상시킨 이 센서는 벌집모양 구조를 가지고 있어 기존의 나노선 구조를 이용하는 센서에 비해 신호변환능력*1이 우수하고, 넓은 표면적을 가지고 있어 센서의 검출한계를 극대화시켰다는 점은 물론 심근경색만을 정확하게 검출해내는 정밀함에서 학계와 산업계의 주목을 모으고 있다.
심근경색을 일으켜 심장근육의 괴사가 일어나면, 근육 속에 들어 있는 트로포닌 Ⅰ 단백질이 혈액 속으로 흘러나오며, 이 단백질을 검출해 심근경색 진단을 하게 된다. 또, 심근경색을 일으킨 직후에는 극미량만이 나오고, 응급 치료가 필요한 질병인 만큼 극미량의 트로포닌 Ⅰ 검출이 가능한 진단기술이 중요했다.
연구팀은 지난 해 발표되며 학계의 비상한 관심을 모았던 Y자가 반복되는 벌집모양의 3차원의 그물망구조를 FET(전계효과트랜지스터) 바이오센서에 응용, 트로포닌 Ⅰ 검출 실험을 실시했다. 그 결과, 10분 만에 5 pg/mL 농도의 트로포닌 Ⅰ을 검출하는데 성공했으며, 이는 심근경색만을 정확하게 검출해내는 특이성(specificity)를 가지면서 기존 진단법의 20배 이상 정밀도를 향상시킨 결과라고 연구팀은 밝혔다.
연구를 주도한 POSTECH 이정수 교수는 “이 기술은 질병 진단은 물론 유해물질 검출 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다”며 “앞으로 국방, 의료, 환경 감시 등의 분야에도 이용할 수 있는 고감도 센서 제품을 개발하는데 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이 연구에서 가장 눈에 띄는 점은 우리나라가 갖춘 우수한 반도체 제작 설비를 활용할 수 있어 제작 단가가 낮고 대량생산이 가능해 바로 상용화에 나설 수 있다는 점이다.
또, 연구팀은 이 연구를 바탕으로 ㈜아이엠헬스케어와 조류독감, 말라리아 진단센서 공동개발을 진행하고 있다. ㈜아이엠헬스케어 측은 이 기술을 바탕으로 질병진단시장에서 상용화를 맡아 전세계 시장 대상의 마케팅을 진행하는 한편 그 응용분야도 넓혀나갈 방침이다.
한편, 이번 연구성과는 국방과학연구소 연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
1. 신호변환능력(transduction)
생체물질 및 화학물질의 특정 정보(농도 등)를 정량화가 가능한 전기적 신호로 변환해 주는 능력
