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(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 동물의 단백질을 촉매로 써서 호흡으로 질병을 진단하는 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.
질병 진단 센서 원리 [KAIST 제공 = 연합뉴스]
질병 진단 센서 원리 [KAIST 제공 = 연합뉴스]
최근 혈액을 채취하지 않고도 사람의 날숨에 포함된 질병 관련 바이오마커 가스를 통해 질병을 진단하는 기술이 주목받고 있다.
천식·폐암·1형 당뇨병 등 환자의 호기가스에서 높게 나타나는 수소, 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소, 일산화질소 등의 농도 변화를 체크해 건강 이상 여부를 판단할 수 있다.
음주측정기처럼 테들라 백에 포집된 날숨 가스를 소형 센서 장치로 주입한 뒤 분석하기 때문에 쉽고 간단하게 질병을 실시간으로 진단할 수 있다.
하지만 바이오마커 가스의 농도가 수 ppb(10억분의 1을 나타내는 단위)에서 수 ppm(100만분의 1) 수준에 달하는 등 미미하고, 수백가지 종류의 방해하는 가스들 속에서 선택적으로 분석하기가 쉽지 않았다.
감지 특성을 높이기 위해 백금과 팔라듐 등 촉매가 사용되고 있지만 ppb 단위 농도 측정에는 한계가 있었다.
연구팀은 동물의 조직에 있는 나노미터(㎚ 10억분의 1ｍ) 크기의 단백질을 이용해 효율이 높은 촉매를 합성하는 데 성공했다.
속이 비어있는 단백질 껍질이 다른 이종입자를 합성하는 이종촉매 형태로, 2나노미터 이하로 다양한 형태의 입자를 합성할 수 있다.
연구팀이 개발한 여러 이종촉매들 [KAIST 제공 = 연합뉴스]
연구팀이 개발한 여러 이종촉매들 [KAIST 제공 = 연합뉴스]
예컨대 백금이 기준 촉매일 때 백금팔라듐, 백금니켈, 백금루테늄, 백금이트륨 등 다양한 이종 합금촉매로 확장 가능하다.
이종촉매 입자를 금속산화물 나노섬유와 결합해 나노섬유 센서를 개발한 결과 활성이 뛰어난 것으로 알려진 백금이나 팔라듐 촉매보다도 3∼4배 이상 감지 특성이 높은 것으로 나타났다. 특히 아세톤이나 황화수소 가스의 경우 1ppm에서 감도가 100배 수준으로 향상됐다.
연구팀이 개발한 복합센서 배치 시스템을 헬스케어기기에 적용하면 날숨 속 가스 정보를 지문처럼 패턴화해 건강상태를 계속 모니터링할 수 있다.
김 교수는 "앞으로 다양한 촉매군을 확보해 수많은 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발할 수 있다"며 "관련 기술을 중소기업에 이전했으며, 자가진단기기를 상용화할 계획"이라고 말했다.
김상준·최선진 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어카운트 오브 케미컬 리서치'(Accounts of Chemical Research) 7월호 표지 논문으로 선정됐다.
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