한국뇌연구원(KBRI·원장 이승복)은 추남선 박사(주 교신저자)와 구자욱 박사(공동 교신저자) 연구팀이 상처가 회복되는 복잡한 과정을 생체 내에서 실시간으로 관찰할 수 있는 '스마트 그래핀 바이오센서' 플랫폼을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노·바이오 분야 국제 권위 학술지인 '저널 오브 나노바이오테크놀로지' 최신호에 실렸다.
상처 치유는 염증 반응, 조직 재생, 흉터 형성 등이 순차적으로 진행되는 복잡한 면역 과정이다. 이 과정에서 세포 간 신호를 전달하는 면역 조절 물질인 '사이토카인'은 상처의 염증 상태와 회복 단계를 정확히 알려주는 핵심 지표다. 하지만 기존 분석법은 조직이나 혈액 샘플을 직접 채취해야 해 상처 부위에 추가적인 손상을 주었으며, 연속적인 실시간 모니터링이 불가능해 특정 시점의 결과만 볼 수 있는 한계가 있었다.
연구팀은 고분자 소재 표면에 레이저를 쏘아 전기 전도성이 우수한 다공성 그래핀 전극을 만드는 레이저 유도 그래핀(LIG) 기술을 최적화해 문제를 해결했다. 이렇게 제작된 전극을 부드럽고 생체적합성이 높은 실리콘 고무(PDMS) 기판과 결합해, 생체 조직의 반복적인 움직임과 굴곡진 피부 표면에서도 안정적으로 밀착되는 높은 유연성을 확보했다.
특히 센서 표면에 특이적 항체를 결합해 상처 치유 및 염증 반응의 핵심 지표인 3종의 사이토카인을 선택적으로 분리하고 정밀하게 검출하는 데 성공했다. 당뇨성 궤양 등 만성 상처 동물 모델에 해당 센서를 적용한 결과, 초기 염증 단계부터 조직 재생 단계에 이르는 면역 물질의 시간적 변화를 실시간으로 추적해냈다. 이는 기존의 표준 분석법인 효소결합면역흡착측정법(ELISA)과 유세포분석(FACS) 결과와 유사한 경향을 보였다.
이번에 개발된 스마트 그래핀 바이오센서는 만성 상처의 맞춤형 관리는 물론, 염증 반응이 주요 기전인 다양한 질환의 진단 및 치료 반응 추적에 폭넓게 활용될 수 있다. 향후 무선 데이터 전송 기술 및 모듈 간소화 연구를 통한 상용화가 이루어지면, 차세대 디지털 헬스케어의 핵심 플랫폼으로 발전할 것으로 기대된다.
추남선 박사는 “이번에 개발한 센서는 상처 부위를 직접 개봉하거나 조직을 채취하지 않고도 시간에 따라 변화하는 생체 내 면역 신호를 연속으로 모니터링할 수 있는 혁신적인 기술”이라며 “정부의 첨단바이오 및 정밀의료 육성 정책 방향에 맞춰, 만성 질환 맞춤형 케어 시스템 구현을 위한 후속 연구에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
