"국산 천연광물로 통풍·신장질환 진단" 바이오센서 개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내산 천연광물로 통풍이나 신장질환을 진단할 수 있는 센서기술이 개발됐다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 포항지질자원실증연구센터 김재환 박사가 캐나다 캘거리대학교 김기경 교수팀과 공동으로 한국 천연 점토광물 벤토나이트를 활용한 차세대 전기화학 바이오센서 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 전도성이 낮아 바이오센서 활용에 한계가 있던 벤토나이트를 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 결합해 나노복합체를 제작하고 에어브러시 스프레이 공정으로 전극에 균일하게 증착한 뒤 요산분해효소(Uricase)를 고정화했다.

연구팀은 "벤토나이트 탄소나노튜브 나노복합체를 자체 설계한 에어브러시(Air-brush) 스프레이 공정으로 전극 표면에 균일하게 증착시켜 전극 간 재현성을 크게 높였다"며 "이어 요산산화를 촉매하는 요산분해효소를 전극표면에 고정화해 최종 바이오센서를 완성했다"고 설명했다.

이 센서는 효소반응으로 생성되는 전기화학 신호를 검출하는 방식으로 별도의 전처리없이 혈액·소변시료에서 요산 농도를 직접 측정할 수 있다.

검증에서 개발된 센서는 통풍·신장질환 진단에 필요한 요산 농도 범위(10~2000μM)를 광범위하게 검출가능했고 인공 혈청 환경에서도 높은 정확도를 유지했다.
 
특히 생체오염에 따른 신호 감소율을 기존 대비 27.6%에서 10.0%로 크게 낮추고 60일 이상 안정적인 성능도 확인됐다.

연구팀이 주목한 벤토나이트는 몬모릴로나이트(Montmorillonite)를 주 구성광물로 하는 천연 층상 점토광물로 국내 동남권에서 안정적으로 채취할 수 있다.

벤토나이트는 넓은 비표면적과 다공성 층상 구조, 우수한 생체적합성, 단백질 흡착 억제 특성등을 갖추고 있어 바이오센서 소재로 잠재력이 높다. 하지만 전기전도성이 낮다는 단점이 있어 단독으로는 전기화학 센서에 적용키 어려웠다.

이번에 연구팀은 높은 전기전도성과 넓은 비표면적을 지닌 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 벤토나이트를 결합한 나노복합체(Bentonite-MWCNT Nanocomposite)를 설계해 두 소재의 장점을 상호 보완하는 전략으로 기존 문제를 극복했다.

연구 결과는 바이오센서분야 국제 학술지 'Biosensors and Bioelectronics'에 최근 게재됐다.

김재환 박사는 "국내산 천연광물의 과학적 가치를 첨단 의료기술 분야로 확장한 융합연구 성과"라며 "지속적인 지질자원 기반 소재의 고부가가치화를 통해 바이오·헬스케어, 차세대 진단기기 등 신산업 분야를 선도해 나가겠다"고 말했다.


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