극미량 단백질만으로 2시간 내에 패혈증이나 조류인플루엔자(AI)를 진단할 수 있는 고감도 진단센서 칩이 개발됐다. 재료연구소 표면기술연구본부 박성규 박사 연구팀은 미국 하버드 의대 매사추세츠 종합병원(MGH), 영국 임페리얼공대, 독일 뮌헨공대와 함께 패혈증이나 조류인플루엔자를 현장에서 2시간 내에 ppb 이하의 초고감도로 검출할 수 있는 3차원(3D) 바이오센서 칩을 개발했다고 16일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼스> 표지논문으로 게재됐다.

3차원 바이오센서 칩 제조기술은 한국과 미국, 중국에 특허를 출원한 상태다. 재료연 연구진은 고감도 바이오센서 칩의 핵심인 금속 나노입자를 진공에서 직접 합성할 수 있는 원천기술을 개발했다. 고분자 나노소재와 금속의 표면에너지 차이를 극대화해 고분자 나노구조상에서 귀금속 나노입자를 구형으로 형성하는 데 성공한 것이다. 이를 바탕으로 만들어진 고감도 바이오센서 칩은 3D 고밀도 금속 나노 구조체의 플라즈몬 공명 현상을 이용해 ppb 이하 극미량의 단백질 바이오마커를 검출할 수 있다.

진공증착 공정을 통해 형성된 금속 나노입자는 표면에 계면활성제와 같은 화학물질을 포함하고 있지 않기 때문에 면역분석법을 통한 형광 분석을 수행할 때 형광 신호의 세기와 민감도 등을 향상시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.

이와 관련해 임형순 MGH 교수 연구진은 혈액에서 패혈증 관련 단백질 바이오마커만을 선택적으로 결합시키는 형광 기반 면역분석법을 개발했다. 임페리얼공대와 뮌헨공대 연구진은 고감도 바이오센서 칩의 성능을 이론적으로 뒷받침했다.

박 연구원은 "패혈증은 전세계적으로 매년 3000만 명 이상 발병하고 발병 후 일주일 이내에 사망하는 치사율이 20%인 매우 위험한 질병"이라며 "2시간 내에 패혈증을 확진할 수 있는 초고감도 쾌속 진단기기 개발이 치사율을 낮추는 가장 효과적인 방법이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 임 교수는 "이번에 개발된 바이오센서 칩은 대면적 제조공정 구현과 재현성 확보 등 상용화에 필요한 두 조건을 모두 만족하기 때문에 향후 실용화 연구에 몰두할 계획"이라고 밝혔다.