광운대학교 심준섭 교수 연구팀(전자융합공학과)은 스마트폰에 탑재된 어플을 이용해 레이저로 바이오칩을 제어할 수 있는 시스템 개발에 성공하였다. 이 시스템을 통해 바이오칩을 사용하면 소량의 혈액이나 침, 콧물 등으로 가정에서 누구나 쉽게 개개인의 건강을 자가 진단할 수 있다. 

연구 결과는 미국 화학회에서 발행하는 Analytical Chemistry 저널의 표지 논문으로 선정되었다. 
(참고: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05387)

최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 가정에서 손쉽게 건강을 자가 진단하는 기술이 속속 개발되고 있다. 특히, 높은 정확도로 질병을 조기에 발견하기 위해서는 정밀 검사에서 많이 활용되는 효소면역검사(ELISA) 방식을 사용해야 하는데 소량의 혈액이나 침, 콧물로 검사하기 위해서는 다양한 시약을 공급해주고 반응시키는 바이오칩 기술이 무엇보다 중요하다. 하지만 일반 사용자들이 손쉽게 사용하기 위해서는 모든 시약 반응 과정을 정확하게 모니터링하고 제어할 수 있는 자동화된 바이오칩 시스템이 요구되어 왔다. 

심준섭 교수 연구팀은 빛의 굴절률이 다른 매체를 통과할 때 반사가 되는 원리를 이용해 바이오칩의 측정영역에 시약이 채워지는 상황을 광학적으로 측정하는 기술을 개발하였다. 광학 레이저를 바이오칩의 측정영역에 비추어 주면 공기가 측정영역에 있을 때는 공기와 실리콘 사이에 굴절률 차이가 커서 레이저가 반사된다. 하지만 시약이 측정영역에 채워져 있을 때는 시약과 실리콘의 굴절률 차이가 작아서 레이저가 투과된다. 

연구팀은 측정영역에서 반사되는 레이저의 강도를 스마트폰으로 측정하여 바이오칩의 측정영역에 시약이 채워지고 흘러나가는 과정을 관측하였다. 또한 측정영역이 공기로 채워져서 반사되는 레이저의 강도가 크면 스마트폰 촬영 이미지가 하얗게 포화되는 백화 현상을 이용해 색깔 변화만으로 시약의 이동을 제어하는 바이오칩 구동용 스마트폰 어플을 개발하였다. 개발된 소자는 심부전 진단을 위한 혈액 검사에 적용되었고, 7.81 pg/ml의 높은 민감도로 심부전 진단용 단백질(NT-proBNP)을 검출하였다. 

심준섭 교수는 “이번 연구를 바탕으로 버튼만 누르면 누구나 손쉽게 자신의 질환 상태를 높은 정확도로 확인할 수 있도록 향후 다양한 검사에 널리 활용될 수 있는 바이오칩 자동화 시스템으로 응용 분야를 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업, 치매극복연구개발사업, 한국연구재단 일반연구지원사업, 광운대학교 교내연구비 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 ACS(American Chemical Society)에서 출판하는 Analytical Chemistry 저널(JCR Q1 랭킹, Impact Factor: 6.785)의 표지 논문으로 게재되었다. 또한 개발된 광학 기반 바이오칩 제어 시스템에 대해 특허 출원도 완료되었다.

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