"3분 내 현장 진단"…KAIST, 38배 향상된 고감도 바이오센서 개발

보도기사

KAIST 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀

KAIST 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 서울대 한정우 교수, 가천대 김문일 교수팀과 공동으로 과산화효소 반응만을 선택적으로 수행하면서도 높은 반응 효율을 유지하는 새로운 단일원자 촉매를 개발했습니다.

혈액, 소변, 타액 등 체액 속 건강 지표 물질인 바이오마커를 병원 밖에서도 3분 만에 색 변화를 통해 육안으로 판별이 가능해 현장진단 기술로 주목받고 있습니다.

진단 기술의 핵심인 효소는 진단 물질과 반응해 색을 변화시키는 역할을 하지만 자연 효소는 고가이고 쉽게 불안정해져 실제 진단 환경에서는 사용이 어렵고, 이를 대신해 효소 모방 촉매가 개발됐지만 반응 선택도가 낮아 정확한 진단에 한계가 있었습니다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 촉매 중심 금속인 '루테늄(Ru)'에 화학적 성질을 조절하는 '염소 리간드(Cl)'를 정밀하게 배치한 3차원 구조의 단일원자 촉매를 설계했습니다.

이를 통해 진단에 필요한 과산화효소 반응만을 선택적으로 유도함으로써, 기존 효소 모방촉매보다 반응 선택성이 38배 이상 향상됐고 반응 민감도와 속도 모두 크게 증가했습니다.

특히 생체 환경 조건에 가까운 pH 6.0 조건에서도 높은 안정성을 보여, 실제 의료 현장에서의 활용 가능성도 입증했습니다.

연구팀은 이 촉매를 종이 센서에 적용해, 포도당·젖산·콜레스테롤·콜린 등 4가지 바이오마커를 동시에 진단할 수 있는 통합 센서 시스템도 개발했습니다.

복잡한 장비나 pH 조절 없이 3분 이내에 눈으로 결과를 확인할 수 있어 현장진단 등 의료 접근성을 획기적으로 높일 것으로 기대됩니다.

이번 성과는 촉매 구조만 제어해 진단 정확도를 높일 수 있다는 점에서 의미가 크며, 관련 논문은 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 2025년 7월 6일자로 게재됐습니다.

TJB 대전방송 (사진 KAIST)

김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr