국산 천연광물로 통풍·신장질환 진단…차세대 바이오센서 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국지질자원연구원(KIGAM)은 포항지질자원실증연구센터 김재환 박사와 캐나다 캘거리대학교 김기경 교수 연구팀이 공동으로 국내 동남권산 천연 점토광물 벤토나이트를 활용한 차세대 전기화학 바이오센서 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

전 세계적인 고령화와 만성질환 증가로 현장진단(POC) 기술 수요가 빠르게 늘고 있다. 특히 통풍, 신장질환, 대사증후군의 핵심 바이오마커인 요산 농도를 조기에 정확히 측정하는 것이 진단과 치료 효과를 높이는 방법이다.

그러나 효소법 등 기존 실험실 기반 분석법은 높은 정확도에도 고가의 장비와 전문인력, 분석 시간이 필요해 현장 적용에 한계가 있다. 유력한 대안인 전기화학 바이오센서는 상용화에 어려움이 남아 있다.

연구팀은 전도성이 낮아 바이오센서 활용에 한계가 있던 벤토나이트에 주목했다. 벤토나이트는 넓은 비표면적과 다공성 층상 구조, 우수한 생체적합성, 단백질 흡착 억제 특성을 갖춰 바이오센서 소재로서의 잠재력이 높다.

이에 전기전도성과 넓은 비표면적을 지닌 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 벤토나이트를 결합한 나노복합체를 설계해 두 소재의 장점을 서로 보완하게 만들었다.

이 나노복합체를 자체 설계한 에어브러시 스프레이 공정으로 전극 표면에 균일하게 붙이고, 요산분해효소를 전극 표면에 고정화해 최종 바이오센서를 완성했다.

개발된 센서는 통풍·신장질환 진단에 필요한 요산 농도 범위(10~2000μM)를 광범위하게 검출하며 인공 혈청 환경에서도 높은 정확도를 유지했다.

특히 생체오염에 따른 신호 감소율을 기존 대비 27.6%에서 10.0%로 크게 낮추고, 60일 이상 안정적인 성능을 확인했다.

김 박사는 "국내산 천연 광물의 과학적 가치를 첨단 의료기술 분야로 확장한 융합연구 성과"라며 "지질자원 기반 소재의 고부가가치화를 통해 바이오·헬스케어, 차세대 진단기기 등 신산업 분야를 선도해 나가겠다"고 말했다.

이번 연구는 바이오센서 분야 국제 학술지 '바이오센서스 앤 바이오일랙트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr