국내산 벤토나이트로 통풍·신장질환 잡는다…KIGAM, 차세대 바이오센서 개발[과학을읽다]

천연 점토광물-탄소나노튜브 결합해 요산 고감도 검출
60일 이상 성능 유지…현장진단 의료기기 상용화 기대

국내 연구진이 천연 점토광물인 벤토나이트를 활용해 통풍과 신장질환 진단에 활용할 수 있는 차세대 바이오센서를 개발했다. 광물자원으로 인식되던 벤토나이트를 첨단 의료기기 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시한 성과다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 김재환 포항지질자원실증연구센터 박사 연구팀이 김기경 캐나다 캘거리대학교 교수 연구팀과 공동으로 국내 동남권산 천연 점토광물 벤토나이트를 활용한 전기화학 바이오센서를 개발했다고 16일 밝혔다.

벤토나이트-다중벽 탄소나노튜브 바이오센서 제작 과정 모식도. 연구진 제공

요산은 통풍과 신장질환 진단에 활용되는 대표적인 생체지표다. 혈액 내 요산 농도가 비정상적으로 높아지면 통풍이나 신장 기능 이상을 의심할 수 있다. 따라서 요산을 빠르고 정확하게 측정하는 기술은 현장진단(POC) 의료기기 개발의 핵심 요소로 꼽힌다.

연구팀은 전도성이 낮아 바이오센서 소재로 활용하기 어려웠던 벤토나이트에 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)를 결합해 나노복합체를 제작했다. 이후 에어브러시 스프레이 공정을 이용해 전극 표면에 균일하게 증착하고 요산분해효소(Uricase)를 고정화해 센서를 구현했다.

천연 광물로 만든 바이오센서, 정확도·내구성 높여

개발된 센서는 통풍 및 신장질환 진단에 필요한 요산 농도 범위인 10~2000마이크로몰(μM)을 광범위하게 검출할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 인공 혈청 환경에서도 높은 정확도를 유지해 실제 의료 환경 적용 가능성을 확인했다.

특히 바이오센서 상용화 과정의 주요 걸림돌로 꼽히는 생체오염 저항성도 크게 향상됐다. 연구 결과 신호 감소율은 기존 27.6%에서 10.0%로 낮아졌으며, 60일 이상 안정적인 성능을 유지하는 것으로 확인됐다.

김재환 박사가 국내산 점토광물을 이용한 효소 고정화 실험을 하고 있다. KIGAM 제공

연구진은 이번 기술이 향후 통풍과 신장질환은 물론 다양한 질환 진단용 현장진단 의료기기 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김재환 박사는 "국내산 천연 광물의 과학적 가치를 첨단 의료기술 분야로 확장한 융합연구 성과"라며 "지질자원 기반 소재의 고부가가치화를 통해 바이오·헬스케어와 차세대 진단기기 분야를 선도해 나가겠다"고 말했다.

이번 연구 결과는 바이오센서 분야 국제학술지 Biosensors and Bioelectronics에 게재됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr