혈액·땀 등 바꿔가며 감염병 실시간 진단…고감도·정확성·신속성 `3박자` 갖춰

생명연, 그래핀 기반 나노바이오 센서 개발
임상샘플 한계 개선...감염병 병원체 검출 가능
감염체를 검출할 수 있는 나노 바이오센서가 개발됐다. 앞으로 다양한 감염병 현장 검사에서 이용 가능한 바이오 센서 플랫폼으로 쓰일 전망이다.

한국생명공학연구원은 권오석 박사 연구팀이 고감도·실시간 박테리아 검출이 가능한 '그래핀 기반 나노 바이오센서'를 개발했다고 4일 밝혔다.

의료 패러다임이 치료에서 예방·진단으로 변화하면서 분석대상 물질을 보다 간편하고 신속·정밀하게 측정할 수 있는 바이오센서 연구가 활발하다. 바이오센서는 효소, 항체, 항원, DNA 등 다양한 생물학적 수용체를 이용해 분자 수준에서 물질을 검출하고, 이를 해석 가능한 신호로 바꿔주는 장치다.

센서로 쓰이는 다양한 소재 중 그래핀은 다른 소재에 비해 전기적, 물리적, 광학적 측면이 우수하다. 하지만 기존 그래핀 기반 바이오센서의 경우 수용체와 그래핀을 연결하는 화합물의 물리적 적층 방식의 한계로 노이즈 신호와 실제 진단 환경에서 안정성이 떨어져 감염병 진단 활용에 한계가 있다.

이를 위해 혈액, 땀, 소변 등 임상 샘플에서 발생하는 노이즈 신호를 줄이거나 수용체의 수용량을 늘리기 위한 다양한 연구가 시도되고 있으나, 한계를 극복하지 못해 상용화에 어려움이 있다.

연구팀은 그래핀 소재 간 결합도와 전자 이동도를 높이고, 수용체 수용량을 늘려 더 민감하고 더 많은 양의 박테리아를 실시간 모니터링 할 수 있는 나노바이오 센서를 개발했다. 이 센서는 올리고페닐렌에틸렌(OPE)을 그래핀과 결합시켜 단일층 구조로 제작해 간섭에 따른 성능 저하를 막을 수 있다.

특히 OPE 화합물 구조를 변경하면 센서 표면 특성을 바꿀 수 있어 다양한 임상 샘플에도 적용할 수 있다, 연구팀은 혈액 샘플을 이용해 실시간으로 대장균 검출에 서옹했고, 센서 수용체만 바꿔주면 다른 박테리아 등 다양한 감염병 병원체 검출도 가능해 감염 현장에서 활용할 수 있을 것이라고 설명했다.

권오석 생명연 박사는 "새롭게 개발한 OPE 화합물은 길이 조절이 가능하고, 합성 단계가 짧아 양산화 가능성이 높아 바이오 멤스에 적합하다"며 "다양한 그래핀 기반 나노바이오 센서에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 화학분야 국제 학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(10월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr