대구경북첨단의료산업진흥재단(이사장 이영호)은 최종률 첨단의료기기개발지원센터 박사가 문귀영 연세대 전기전자공학과 연구팀과 공동으로 기존 바이오센서보다 10배 이상 감도가 정화한 바이오센서 설계기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 향후 트정 조건에서 가장 높은 감도를 지닌 진단기기개발도 가능할 전망이다.

Photo Image
재단이 모델링한 DNA 혼성화 검출 메타물질 광 바이오센서 그림. 특정 메타플라즈모닉을 입힌 바이오센서, 진단하고자 하는 검체와 결합되도록 설계된 단일가닥 DNA(ssDNA)를 고정한 모습, 검체의 DNA가 결합되어 이중가닥 DNA(dsDNA)가 된 모습.

바이오센서는 소량의 혈액과 체액 등 검체로 각종 질병을 조기진단하는 기술이다. 현재 포도당을 모니터링하는 혈당측정기와 질병 진단키트 등에 주로 사용한다.

재단은 자연에서 발견되지 않은 특성을 갖도록 설계된 메타물질을 이용해 메타물질 플라즈모닉 구조를 가진 바이오센서를 제작하면 DNA 혼성화 측정 결과가 훨씬 정밀해지는 것을 발견했다. 기존 체외진단기기보다 10배 이상 검출 민감도를 보인다면 의료현장의 바이러스 검사 및 가정에서의 심근경색 등 심뇌혈관질환 자가진단에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

이번 바이오센서 설계 기술은 기존 물질로부터 획득할 수 없는 음굴절률을 갖는 메타물질을 이용해 DNA 등 미세한 생체 분자 측정이 가능한 광 기반 바이오센서를 머신러닝 알고리즘들을 조합해 효율적으로 디자인하는 기술이다.

시뮬레이션 결과를 바탕으로 선택된 사양의 메타물질로 구성된 광 바이오센서 반사율을 정확하게 분석할 수 있는 알고리즘을 구축했다. 가장 높은 감도의 바이오센서 후보 중 주어진 반사율 커브 조건에 해당하는 바이오센서 사양을 k-평균 군집화(k-mean clustering)를 통해 찾는 기술이다.

이번 연구결과는 효율적인 고감도 바이오센서 설계 핵심기술로 활용가능하다. 바이오센서 기반 질병진단, 치료물질 탐색, 높은 효율의 광 신호 감지장치 개발 등 첨단의료기술 연구개발에 활용할 수 있을 전망이다.

Photo Image
최종률 대구경북첨단의료산업진흥재단 첨단의료기기개발지원센터 박사


최종률 박사는 “심뇌혈관질환 위험도 고감도 바이오센서로 감지할 수 있다면 가정에서 소량의 검체로 진단할 수 있게 될 것”이라면서 “고감도 바이오센서는 IoT 기술과 연계한 자가 원격 진료 등에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀은 향후 바이오센서와 광 기반 의료기술 개발, 실용화를 위해 선도적 공동연구개발을 수행할 계획이다.


대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com