초고감도 바이오센터를 이해하기 위한 삽화. 사진=경기대학교
경기대학교가 하영근 화학과 교수팀이 알츠하이머를 조기에 진단할 수 있는 초고감도 바이오센터를 한국표준과학연구원(KRISS) 유은하 박사팀과 공동으로 개발했다.
이번 연구의 핵심은 ‘디바이 길이 한계’라는 트랜지스터 바이오센서의 오랜 난제를 극복한 것이다.
혈액 속에는 수많은 이온이 떠다니는데, 이 이온들이 센서 표면에 촘촘한 방해막을 형성해 질병 신호 분자가 바로 앞에 있어도 센서가 이를 감지하지 못하는 현상이다.
연구팀은 고가의 장비나 복잡한 화학 처리 없이, 반도체 표면에 나노미터(머리카락 굵기의 10만분의 1) 크기의 미세한 홈을 새기는 방법으로 이 문제를 해결했다. 홈의 오목한 모서리 부분에서 차단됐던 질병 신호가 자연스럽게 집중·증폭되는 원리를 이론과 실험 양쪽으로 입증한 것이다.
연구팀이 개발한 센서는 실제 생체 환경과 유사한 조건에서 알츠하이머의 핵심 바이오마커인 타우(Tau) 단백질을 1fM(펨토몰) 수준까지 검출하는 데 성공했다. 이는 실제 환자에게서 관찰되는 농도보다도 훨씬 낮은 수치로, 발병 전 극초기 단계에서도 이상 신호를 포착할 수 있음을 의미한다.
하영근 교수는 “이번 연구는 재료를 변경하거나 복잡한 화학 처리를 추가하지 않고, 구조 설계만으로 바이오센서의 물리적 한계를 극복할 수 있음을 보여준 사례”라며 “알츠하이머병을 포함한 다양한 질병의 조기 진단에 적용 가능한 초고감도 바이오센서 플랫폼으로 확장될 것”이라고 말했다.
이어 “향후 간단한 혈액검사만으로 퇴행성 뇌질환을 신속하게 진단하는 핵심 의료 기술로 발전할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 권위의 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF:19, JCR 상위 5%)에 게재됐다.
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