금, 센서로 만들었더니..피 한방울로 '전립선암' 잡아냈다

기초과학연구원, 다공성 금 나노 전극으로 '바이오센서' 개발

다공성 금 나노전극 기반 바이오센서 실물. / 사진=어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)

국내 연구진이 금 나노 전극으로 바이오센서를 개발해 전립선암 진단에 성공했다. 혈액 한 방울을 바이오센서에 떨어뜨려 진단한 결과다. 이 기술은 앞으로 암뿐만 아니라 기타 질병 진단에 활용될 전망이다.

조윤경 기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 박사 연구팀은 지난 17일 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 이같은 연구 논문을 게재했다. 연구 혁신성을 인정 받아 표지 논문(Frontispiece)으로 장식됐다.

소변·혈액 생체시료에는 건강 상태를 알려주는 생체 표지, 즉 바이오마커가 포함돼 있다. 이를 분석하면 질병 여부를 파악할 수 있다. 정확한 진단을 하려면 질병 바이오마커를 분리·정제해야 하는데 이는 고도의 연구시설에서만 가능하고 많은 시간과 비용도 소요된다.

이런 한계를 극복하기 위해 개발된 소형 진단키트도 신속성·경제성에선 효율적이지만 암을 직접 진단하기엔 기술적 한계가 있었다. 암이나 감염성 질환을 진단하려면 극소량을 탐지할 수 있는 민감도가 뒤따라야 하기 때문이다.

이에 연구팀은 민감도와 정확도가 높은 바이오센서 제작을 위해 다공성(물질 표면에 작은 구멍이 많은 성질) 금 나노 전극을 개발했다. 이를 활용해 엑소좀(세포가 분비하는 세포 간의 신호전달 물질)과 같은 바이오마커를 분리 정제하는 복잡한 단계를 거치지 않고 현장에서 전립선암을 1시간 내 진단했다.

이번에 개발한 다공성 금 나노전극은 금, 염화나트륨 용액, 미셀로 만들어졌다. 미셀은 민들레씨 같은 구형태로 머리는 물과 친하고 꼬리는 기름과 친한 막대 모양의 계면활성제가 모여 있는 집합체다. 연구팀은 미셀이 있는 염화나트륨 용액에 평평한 금 표면을 넣어 전기를 가해 바이오센서를 코팅했다.

특히 전기 펄스에 의한 전기화학적 산화환원 반응을 통해 평평한 금 전극 표면에서 금을 에칭(부식)하고, 재흡착시켜 세밀한 나노구조를 만들었다. 이 과정에서 나노미터 크기의 구멍을 형성하는 반응을 유도했고, 결국 암까지 진단하는 민감도 높은 센서를 구현했다.

조윤경 박사는 "이번 기술은 현장 진단기기의 미래 기술 개발에 핵심 발판을 제공할 것"이라며 "앞으로 다공성 금 나노 구조의 잠재력을 활용해 혈액·타액 샘플을 분석하는 진단 칩 개발 등으로 연구를 확대할 예정"이라고 밝혔다.

나노구조 및 나노다공성 금 표면을 생성하는 메커니즘. / 사진제공=기초과학연구원(IBS)

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김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr

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