스마트폰 분석·혈청 검증으로 높은 정확도 확인
가천대학교(총장 이길여)는 단일원자 구리 기반 나노자임을 활용해 아세틸콜린과 에피네프린을 동시에 분석할 수 있는 종이 기반 미세유체 바이오센서를 개발했다고 12일 밝혔다.
이 연구는 김문일 바이오나노학과 교수 연구팀이 수행했으며, 단일원자 나노자임 설계와 합성부터 센서 제작, 성능 검증까지 전 과정을 주도했다.
아세틸콜린과 에피네프린은 신경세포 간 신호 전달에 관여하는 대표적 신경전달물질로, 신경계 질환 연구와 건강 상태 평가의 주요 지표로 활용된다. 하지만 기존 분석에 사용되는 단백질 효소는 안정성이 낮고 작동 조건이 제한적이며 생산 비용이 높다는 한계가 있었다.
이에 연구팀은 효소 기능을 모사하는 나노물질 '나노자임(nanozyme)'을 적용해 대체 기술을 구현했다. 구리 원자를 단일 원자 수준으로 분산시킨 단일원자 나노자임을 설계해 활성 부위를 극대화했으며, 질소·산소를 포함한 탄소 나노입자(carbon dots)를 활용해 상온에서 합성하는 공정도 확보했다.
이 나노자임은 두 가지 효소 활성을 동시에 구현하면서 자연 효소 대비 수십 배에서 수백 배 높은 반응 효율을 나타냈고, 다양한 온도와 산성·염기성 조건에서도 안정적으로 작동하는 특성을 보였다.
연구팀은 이를 종이 기반 미세유체 센서에 적용해 휴대형 진단 플랫폼을 제작했다. 센서의 색 변화를 스마트폰으로 촬영·분석해 농도를 정량화하는 방식으로, 인간 혈청 시료를 활용한 검증 실험에서도 높은 정확도와 재현성을 확인했다.
이 연구는 김 교수 연구실에서 석·박사 학위를 취득한 뒤 현재 가천대 연구교수로 재직 중인 틴 비엣 당 박사가 주도했다.
김문일 교수는 “간단한 합성 방식으로 높은 촉매 효율과 이중 효소 기능을 동시에 구현했다”며 “향후 다양한 생체물질 분석용 바이오센서 기술로 확장해 나갈 계획”이라고 말했다.
연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 'Chemical Engineering Journal(Impact Factor 13.2)'에 온라인 게재됐다.
성남=김동성 기자 estar@etnews.com
