광운대는 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 저가형 암 진단용 바이오마커 검출 센서 플랫폼 기술을 개발하는데 성공했다고 13일 밝혔다.이 기술은 폴리이미드 필름 위에 CO2 레이저 조사를 통해 만들어지는 그래핀 소재 전극에 양이온성 폴리알리아민을 코팅해 면역글로불린 G(Immunoglobulin G)와 특이적으로 결합하는 항체의 수를 월등히 높임으로써 검출범위 및 검출감도 등의 성능이 탁월하다.  

세계 암연구기금(World Cancer Research Fund)은 암 예방 및 조기 진단은 21세기 개인의 건강 관리에 있어서 가장 중요한 과제 중에 하나가 될 것이라고 밝혔다. 전 세계적으로, 폐암, 대장암, 자궁경부암, 방광암, 난소암, 간암, 전립선암, 유방암 등의 환자의 수는 매년 증가하고 있다. 암을 조기 진단하는 것은 삶의 질을 높이고, 스마트하게 건강을 관리하는 데 있어서 매우 중요하다. 

정상인의 혈청에 존재하는 면역글로불린 G(IgG)은 이러한 질병을 발견하는 데 중요한 역할을 한다. 면역글로불린 G의 농도가 불균형할 경우, 류마티스 관절염을 유발하고 간, 대사, 폐, 유방 등의 기능에 영향을 줄 수 있으며 외부로부터의 감염을 예방하지 못하는 원인이 될 수 있다. 따라서 미량의 혈청에서 면역글로불린 G(IgG)를 쉽고 정확하게 검출하는 것은 암의 조기 진단 및 생물의학 연구 발전에 크게 기여할 수 있다. 

현재, 의료 센터 및 병원에서는 색도 분석, 형광 분석, 전기화학 발광, 전기화학 분석 등과 같은 다양한 암 진단 기법이 사용되고 있으며 이러한 방법 중 전기화학 기술은 단순성, 단시간 검출, 생산비용을 낮추거나 소형의 진단시스템을 구현 할 수 있는 장점이 있다. 또 소량의 바이오마커 시료를 필요로 하기 때문에 널리 사용되고 있으며, 바이오마커 검출을 위한 효소, 항체 등의 고정화 기술 또한 센서의 성능 향상에 있어서 중요한 역할을 한다. 

이번 연구에서 사용된 폴리알리아민은 양이온성 고분자 전해질로 전극 상에 효소 및 항체와 같은 단백질 고정화에 필요한 아민그룹을 풍부하게 만들어줄 뿐만 아니라, 정전기적 흡착을 통한 안정성 및 전극의 전하전달속도를 크게 높인다. 박재영 교수 연구팀은 이러한 특징을 활용해 폴리알리아민을 LAG 전극에 증착한 뒤, 백금나노입자를 증착하고 항체를 고정시켜 면역글로불린 검출 센서플랫폼을 개발하는데 성공했다. 또한 다양한 분석장비 및 방법을 활용해 물질적, 구조적, 전기화학적 성능을 상세하게 측정 및 분석했다. 제작된 면역센서 플랫폼을 이용해 0.012 ~ 352 ng/mL 농도 범위의 면역글로불린 G를 검출했다. 검출한계는 6pg/mL로 계산됐다. 또한, 전립선 특이항원, 도파민, 아스코르브산, 글루타르산, 트롬빈 등의 방해요소에도 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 시연한 면역글로불린 G 검출 항체가 아닌 다른 종류의 다양한 효소 또는 항체를 고정화 해서 폭넓게 사용할 수 있기 때문에 활용성이 매우 높은 기술로 평가되고 있다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발사업 (2017M3A9F1031270) 지원사업으로 수행됐다. 연구 결과는 세계 최고의 재료 연구 전문 저널인 'WILEY' 출판의 'Advanced Functional Materials (IF: 15.621)' 2020년 4월 6일자 저널 커버 이미지로 선정됐다.

장혜승 다른기사 보기