현재 의료 분야에 쓰이는 바이오센서 기술은 한 센서가 한 가지 종류의 단백질만을 검출할 수 있다. 검출하고자 하는 단백질 역시 사전에 구명이 필요해 아직까지 의료 진단 분야 등에서 활용도에 제한이 있다는 평가다.
미국 펜실베니아 대학 연구진은 최근 그래핀을 활용해 이 같은 한계를 극복하고 동시에 세 가지 방식으로 작용하는 새로운 종류의 바이오 센서를 개발했다.
연구진은 단백질이 세 가지 다른 종류의 신호를 촉발하기 때문에 이 센서를 활용해 보다 정확하고 섬세한 정보를 생성해 낼 수 있을 것으로 기대한다.
동일한 칩 상에 다수의 물리적 감지모드를 독자적인 방식으로 통합해 단백질 농도 감지 범위를 수천배 향상시킬 수 있다는 말이다.
감지 범위의 확대는 특정 암의 초기 진단에 특히 유용하게 활용할 수 있다. 암 진단은 혈액의 바이오마커 농도가 환자에 따라 많은 차이를 보이기 때문이다. 또 동일한 칩 상에서 동일한 바이오마커를 사용해 다수의 검출을 수행할 수 있는 기능으로 의료 진단 실험에서 다양한 오류를 감소시킬 수 있다고 연구진은 밝혔다.
이 센서는 그래핀층으로 코팅된 질화규소에 기반을 두고 구성돼 있다. 그래핀 표면에 단백질이 결합하기 용이해 기기에 단백질이 결합하도록 인위적으로 기능화하는 수고를 덜 수 있다. 또 그래핀의 얇은 두께와 독특한 전기적 성질로 기계적, 전기적 그리고 광학적 모드를 상호간섭 없이 동시에 활용할 수 있도록 한다.
기계적 모드에서는 그래핀에 단백질이 결합함에 따른 총 중량 변화를, 전기 모드에서는 전자가 그래핀이 어떻게 통과할 수 있는지 보여준다. 그래핀에 무엇인가 결합하게 되면 중량 변화에 따른 공명과 운반자 수 변화로 인한 전도성 등을 확인할 수 있다는 의미다. 광학모드에서는 가시광선을 이용해 센서를 비추고 반사를 측정한다. 단백질이 결합하면 발생하는 굴절률 변화로 단백질 유무를 확인할 수 있다.
연구진은 이 같이 다양한 범위에서 단백질을 규명하는 센서가 만능 바이오센서로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 의료 진단기기에 주요 분야를 차지할 것이라는 평가다.
박정은기자 jepark@etnews.com
