"당뇨환자들에게 희소식" 1년간 쓰는 '혈당센서' 나온다

화학硏·세명대 연구진, 3000회 사용 혈당측정센서 기술 개발

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 한 번 쓰고 버리는 게 아닌 1년 동안 지속적으로 쓸 수 있는 혈당 센서기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

현재 시판되는 혈당 측정 센서는 대부분 일회용이며, 일회용이 아니더라도 2주일 이상 가는 센서가 드물다. 그러나 향후 웨어러블기기에 적용하기 위해서는 지속적으로 쓸 수 있는 혈당 센서가 필요하다. 이에 전 세계적으로 오래 쓸 수 있는 혈당 센서기술이 개발되고 있지만 기술의 복잡성과 난이도 때문에 연구가 기초 단계에 머물러 있다.

한국화학연구원 이정오 박사팀과 세명대 장아랑 교수팀은 하루 3회 측정 시 약 1년 동안 지속적으로 쓸 수 있는 새로운 혈당 센서기술을 개발했다.

일반적으로 혈당 센서는 체액(혈액·땀 등의 분비물)과 센서 속 효소가 반응해 나오는 부산물 중 하나인 ‘과산화수소’를 검출하는 방식으로 작동한다. 체액 속에 있는 ‘글루코스’가 센서의 효소와 만나 과산화수소를 배출하면 센서 안의 전극과 과산화수소가 전기화학적으로 산화 환원 반응을 일으키는 과정에서 과산화수소의 양을 감지하는 원리다. 이때 일어나는 전기화학 반응에는 촉매가 필수적인데 촉매가 직접 체액에 닿기에 체액으로 인한 손상이 일어나 센서의 지속성이 떨어졌던 것이다.

연구팀은 촉매가 직접 체액에 닿지 않도록 촉매 위에 얇은 그래핀 단원자 층을 덮어 촉매의 수명을 획기적으로 늘렸다. 그래핀으로 덮인 촉매는 여러 번 사용해도 체액에 노출되지 않아 성능이 그대로 유지된다.

기존 촉매는 플라스틱 기판 위에 그래핀 전극을 깔고 그 위에 촉매 나노 입자가 초콜릿칩처럼 박힌 형태였다. 연구팀은 이것을 뒤집어서 플라스틱 기판 위에 촉매가 바로 오고 그 위를 그래핀 전극이 이불처럼 덮은 형태로 만들었다.

원래 촉매가 바로 체액과 닿아야 전기화학적 반응이 일어나는데 그사이를 그래핀으로 막았는데도 반응이 일어난다는 것을 연구팀이 확인했다. 실험 결과, 3000번 사용해도 성능이 안정적으로 유지됐다.

기존 기술은 사용 횟수가 거듭될수록 전류값이 급격히 올라가며, 이는 센서로서의 기능이 떨어진다는 것을 의미한다. 이번에 개발된 기술은 3000번을 사용해도 안정적인 전류값을 보이며 센서 성능을 유지했다. [한국화학연구원 제공]

이 같은 결과는 그래핀의 특징 때문에 가능한 것으로 확인됐다. 그래핀은 빛과 양자 외에는 투과할 수 없어 체액이 촉매에 직접 닿는 것을 막아주면서도 고유의 전기적 특성 때문에 촉매가 전기화학적 반응을 일으킬 수 있도록 도와준다.

이정오 박사는 “이 기술과 적절한 체액 추출기술의 결합을 통해 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 웨어러블 혈당 센서의 개발이 가능하다”면서 “촉매의 안정성이 중요한 다양한 전기화학 반응에도 확장될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 나노 분야 국제 학술지 ‘ACS 나노’ 6월호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com