생명연, 진단 현장서도 고감도 유지하는 바이오센서 개발

생명연 연구진이 진단 현장에서도 고감도 유지하는 바이오센서를 개발하는 모습.

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 권오석 감염병연구센터 박사팀이 진단 현장에서도 고감도를 유지하며 실시간 박테리아 검출이 가능한 그래핀 기반 나노 바이오센서 개발에 성공했다고 3일 밝혔다.

향후 다양한 감염병 현장 검사에서 이용 가능한 바이오센서 플랫폼으로 활용될 전망이다.

바이오센서란 효소, 항체, 항원, 수용체, DNA 등 다양한 생물학적 수용체를 이용해 분자 수준에서 물질을 검출하고, 이를 해석 가능한 신호로 바꿔주는 장치다. 그래핀은 다른 소재에 비해 전기, 물리, 광학적 측면에서 우수하다.

다만 기존 그래핀 기반 바이오센서는 수용체와 그래핀을 연결하는 인터페이싱 화합물의 물리적 적층 방식 한계로 노이즈 신호, 실제 진단환경에서의 안정성 저하 등 문제를 보인다. 감염병 진단 활용에는 제한이 있었다.

노이즈 신호를 감소시키거나 수용체 수용량을 늘리는 등 다양한 연구 시도가 있지만, 여전히 한계 극복이 어려워 상용화 사례가 없다.

연구팀은 그래핀 소재와의 결합도와 전자 이동도를 높이고, 수용체 수용량도 향상시켜 더 민감하고 더 많은 양의 박테리아를 실시간 모니터링 가능한 나노 바이오센서를 개발했다.

왼쪽부터 김경호 박사과정생(제1저자), 권오석 박사(교신저자).

개발 센서는 세계 최초로 합성에 성공한 올리고페닐렌에틸렌(OPE)을 그래핀과 결합해 단일층 구조로 제작, 간섭 성능 저하를 방지했다. OPE 화합물 구조를 변경하면 센서 표면 특성을 바꿀 수 있어 다양한 임상 샘플에 적용할 수 있다.

연구팀은 개발 센서로 혈액 샘플 내 대장균을 실시간 검출하는 데 성공했다. 센서 수용체만 바꿔주면 다른 박테리아를 비롯한 다양한 감염병 병원체 검출도 가능해 현장 활용 기술로서 적용 가능성을 높였다.

권오석 박사는 “그래핀과 단층 구조로 결합하여 안정성을 대폭 향상시켜 극한의 환경에서도 내구성을 확보한 나노 바이오센서를 개발했다”며 “새롭게 개발한 OPE 화합물은 길이 조절이 가능하고 합성 단계가 짧아 양산화 가능성이 높고, Bio-MEMS에 적합해 다양한 그래핀 기반 나노바이오 센서에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

김영준기자 kyj85@etnews.com