과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 나노바이오융합연구실 박성규 박사 연구팀이 3차원 금(Au) 나노선 적층 기술을 활용해 급성심근경색증을 2시간 이내에 진단할 수 있는 3차원 나노바이오센서 칩을 개발하는데 성공했다.

 연구팀은 지름 40나노미터(㎚) 및 길이 10마이크로미터(㎛)인 은 나노선을 적층해 3차원 고감도 바이오센서 칩을 제조한 바 있다. 이번 연구에서는 생체 적합성을 높이고자 기존의 은 나노선을 금 나노선으로 치환했다. 이를 통해 금 나노입자를 3차원 나노선 구조상에 진공 증착함으로써 플라즈몬 공명현상을 극대화할 수 있는 광기능성 나노 구조를 개발할 수 있었다. 뿐만 아니라 연구팀은 하나의 칩을 이용해 수십 개의 바이오마커를 동시 분석할 수 있는 3차원 마이크로 어레이 칩(Array Chip)도 함께 개발했다.

 연구팀이 개발한 ‘급성심근경색 신속 진단용 고감도 나노바이오센서 칩 기술’은 기존의 심근경색 진단 방법의 하나인 효소면역분석법과 비교해 소량의 혈액(5㎕) 내에 존재하는 극미량(검출민감도 2.02pg/㎖)의 심근경색 바이오마커(cTnI)를 약 30배가량 높은 민감도로 검출하는 것이 가능하다. 이는 어레이 칩 상에 수십 개의 작은 우물구조를 형성시켜 한 번의 검출로 수십 개의 진단이 가능한 바이오 칩을 개발한 것이다. 급성심근경색은 물론 난치성 암과 치매 등의 조기진단도 가능한 플랫폼 기술에 해당한다.

 연구책임자인 나노바이오융합연구실 박성규 실장(책임연구원)은 “이번 연구를 통해 급성심근경색과 패혈증 등 치료의 시급성을 요하는 질병의 신속 진단이 가능해져, 이를 통해 기존의 사망률(패혈증: 1주일 내 사망률 20%, 심근경색: 30일 이내 사망률 9.6%)과 의료비용을 획기적으로 감소시키는 게 가능하다.”며, “향후 국내 체외진단기기업체의 기술 경쟁력 제고는 물론 세계시장 진출에 보탬이 될 것으로 기대된다.”고 말했다.

 이번 연구결과는 세계적 출판사인 독일 와일리(Wiley)의 어드밴스트 나노바이오메드 리서치(Advanced NanoBioMed Research)誌 창간호 표지논문(제목: Small-Volume Plasmonic Microwell Array with 3D Hierarchical Nanomaterials for Plasmon-Enhanced Fluorescence Immunoassay)에 선정됐으며, 3차원 플라즈모닉 나노선 적층 기술은 한국과 미국의 특허 등록을 완료했다. 한편 연구팀은 3차원 바이오센서 칩을 통한 초고감도 패혈증 조기진단 센서를 개발해 2020년 국가연구개발 우수성과에 선정된 바 있다.