▲ 표준연 주관으로 개발 중인 실리콘 기반 질병진단 센서 및 장비. ㈜디엠에스는 실리콘 센서칩 대량생산기술을, 나노종합기술원은 미세유로와 밸브시스템을 개발중이다..

국내 연구진이 빠른 진단속도와 정확도, 경제성을 갖춘 실시간 질병 진단 센서 개발에 성공했다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 권동일)은 6일 조현모 나노측정센터 박사팀이 세계 최고 수준의 박막두께 측정기술을 활용, 실시간으로 바로 타깃 분석이 가능하고 기존 장비보다 10배 이상 정확한 고감도 질병진단 기술을 개발했다고 밝혔다. 향후 급성 심근경색 및 급성 감염병 진단에 실시간 대응이 가능해 질 것으로 보인다.

면역질환 진단의 대표적 방법인 효소면역진단법은 인체의 혈액 등에 포함된 질병진단 표지자를 직접 측정하기에는 측정감도가 낮아 감도를 높이기 위해 5단계를 거친다. 각 단계마다 시료세척이 필요하고 2차 항체, 나노입자, 효소, 발광물질 등을 차례로 반응시키는 과정을 거치기 때문에 최대 2시간 이상의 시간과 많은 비용이 든다.

최근 진단 시간을 15분 정도로 줄인 제품들이 개발되고 있으나 실시간 측정의 한계와 증폭과정에서의 고비용 소요는 여전하다.

표준연 연구팀이 개발한 ‘실리콘 기반 진단센서’는 여러 단계의 증폭과정 없이 3개의 주요 심근경색 질병진단 표지자의 측정이 실시간으로 가능하다. 또한 신호를 증폭시키기 위하여 사용되는 2차 항체가 필요하지 않고 대신 스마트항체를 센서에 이용하여 환자의 장시간 연속진단이 가능하다.

이번 기술은 편광 된 빛이 실리콘 표면에서 거의 반사되지 않는 특정한 입사각도에서 타원계측 기술을 이용, 기존 표면플라즈몬 센서의 금박막을 사용하지 않고도 신호 증폭이 가능한 원리를 이용하였다.

특히 기존 바이오센서인 표면플라즈몬 장치의 굴절률 오차를 제거함으로써 10배 이상의 고감도 측정이 가능하여 심근경색 진단 기준농도 보다 백분의 일 이하인 밀리리터당 피코그램(pg/mL) 수준까지 항원-항체 접합특성을 측정할 수 있다.

또한 표면플라즈몬 장치의 비싼 금박막보다 안정된 광특성을 가지면서도 경제적인 실리콘 기판을 사용, 기존 장비보다 가격을 훨씬 낮췄기 때문에 질병진단 장치의 실용화에 크게 기여할 것으로 예상된다.

이번 기술에 활용된 실리콘 기반 원천특허를 한국, 미국, 중국에 등록하였으며 추가 특허를 국내등록하고 해외 3개국에 출원중이다.

조현모 박사는 “이번 기술은 그동안 질병진단을 위해 필요했던 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 신측정기반 기술로 향후 급성 심근경색 및 급성 감염병 등의 진단장치 개발에 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 산업통상자원부 사업 및 표준연 히든챔피언 육성사업의 지원을 받았으며 이번 연구결과는 바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF=7.476)에 8월 18일 전자출간 되었다.