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인천재능대학교(총장 이남식) 박성하 교수와 고려대학교 황광연 교수 공동연구팀이 탄소 나노입자 기반의 가용성 고체상 물질을 이용해 혈액 전처리 및 혼합 과정 없이 염증을 정량적으로 진단할 수 있는 현장검사(point-of-care test, POCT)용 바이오센서를 개발해 논문 ‘Development of carbon nanoparticles-based soluble solid-phase immune sensor for the quantitative diagnosis of inflammation’을 센서 분석화학 분야 최상위 국제 학술지인 〈Biosensors and Bioelectronics〉( Q1, IF: 12.545, 바이오센서 분야 상위 1%)에 발표했다.  연구는 박성하 교수와 황광연 교수가 공동 교신저자, 김설희 고려대 연구교수와 구미영 연구원(삼성바이오에피스)이 공동 제1 저자로 게재했으며 한국연구재단 중견연구, 바이오의료기술개발사업, 창의도전연구 등의 과제지원을 받아 수행했다.

현장검사는 중앙화된 별도의 검사실에서 검사를 진행하지 않고 환자가 있는 장소에서 바로 진단을 수행하는 것을 의미한다. 현장검사는 증상이 의심될 때 환자 곁에서 질병의 유무를 바로 진단할 수 있어 기존의 검사 시스템과 달리 현장에서 수분 이내 검사가 가능하고, 장소에 제약받지 않는다는 큰 장점을 가지고 있다.

최근 의료제도 또한 의료인에서 환자 중심으로 변해가면서 현장 검사형 체외진단 의료기기에 대한 수요가 높아지고 있어, 관련 의료기기에 탑재될 수 있는 다양한 바이오센서 개발이 요구되고 있으며 이러한 현장 검사형 체외진단 의료기기는 환자의 질병을 바로 진단해야 하므로 신속하고 정확하게 측정돼야 한다. 또한 현장에서 사용되는 만큼 사용성이 편리해야 하고, 소형화돼야 한다. 그러나 최근까지 개발된 현장 검사형 체외진단 의료기기는 탑재되는 진단 바이오센서의 기술적 한계로 인해, 검체 희석과 혼합 등 전처리 과정을 요구하고 있어 제약이 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 개선하기 위해, 검체 희석과 혼합 전처리 과정 없이 쉽고 간단하게 측정할 수 있는 염증 모니터링용 바이오센서를 개발했다. 염증 검출 항체(C-reactive protein, CRP)가 접합된 탄소 나노입자 기반의 센싱 소재와 유리항체(Free antibody)를 이용해 간섭 물질 작용(Interference effect)과 후크효과(Hook effect)를 방지함으로써 측정 정확도를 높였다. 종래 기술들이 전처리 과정으로 측정 정확도를 높였다면, 이 기술은 전처리 과정이 필요 없는 것이 특징이다. 또한 높은 용해도와 함께 단반응으로 측정할 수 있는 고체 형태의 바이오센서로 구현했기 때문에, 종래 시약 혼합 과정 없이 검체만 첨가해 바로 측정할 수 있다.

이번 연구로 개발된 바이오센서를 체외진단 의료기기에 적용하면 검체 희석과 진단 시약 혼합을 위한 장치들이 필요 없으므로, 더욱 소형화된 체외진단 의료기기 개발이 가능할 것으로 기대된다. 실제로 연구팀은 진단 의료기기 기업과 협업해 이번 연구로 개발된 바이오센서를 현장 검사용 체외진단 의료기기에 탑재해 성능을 검증한 결과 우수한 정확도, 민감도 및 재현성을 보여줬다.

박성하 교수는 “이번 연구로 개발된 진단용 바이오센서는 성능뿐만 아니라, 높은 확장성과 상용화가 장점인 만큼 다양한 면역화학 진단 항목 개발과 초소형 체외진단 의료기기 개발에 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다. 또한 황광연 교수는 “위음성 결과를 초래할 수 있는 후크 효과를 완화하기 위해 추가 샘플 희석 절차가 필요한 것으로 알려져 있는데 이번 연구로 그러한 절차 없이 후크 효과를 방지할 수 있다는 점을 보여줄 수 있다는 점에서 연구의 큰 의미가 있다”고 말했다.

* 출처 : 한국대학신문(www.news.unn.net)