호흡만으로 과민성 대장 증후군을 진단했다

고려대 정성용 교수팀, 새 진단 센서 개발
호흡 속 수소가스를 4초만에 측정해내

고려대 첨단소재부품개발연구소 정성용 교수팀이 개발한 새로운 진단센서를 설명하고 있는 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemicsry A)'의 속표지. 고려대 제공

[파이낸셜뉴스] 고려대 첨단소재부품개발연구소 정성용 교수팀이 피검사가 아닌 쉼호흡만으로 질병을 진단할 수 있는 새로운 센서를 개발했다. 연구진은 이 센서로 사람이 내쉬는 숨 안의 가스를 측정해 과민성 대장 증후군(IBS)을 4초 이내에 측정해냈다. 이 센서는 팔라듐 촉매가 첨가된 다공성의 산화주석을 이용한 것으로 과민성 대장 증후군을 앓는 사람에게서 나오는 수소 가스를 고감도로 검출해낸다.

정성용 연구교수는 "이번 연구는 대표적인 질병과 연관된 생체지표 가스를 초소형화가 용이한 산화물 반도체형 가스센서로 고감도 및 고선택적으로 검출했다는 측면에서 의미가 있으며, 추후 질병 자가 진단용 호기 센서 개발에 새로운 돌파구가 될 것"이라고 말했다.

사람이 내쉬는 호흡에는 질병이 진행되는 과정마다 특징적으로 나타나는 생물학적 지표가 되는 가스가 있다. 대표적으로 수소, 아세톤, 황화수소, 톨루엔 등이다.

이 가스를 정확히 측정하면 아픔을 동반하는 혈액이나 조직 채취 방법을 사용하지 않고도 질병을 진단할 수 있다.

고려대 첨단소재부품개발연구소 정성용 교수팀이 개발한 팔라듐 촉매가 첨가된 산화주석 센서가 호흡속에 있는 수소가스에 반응하고 있다. 고려대 제공

그러나, 생체지표 가스인 수소는 사람의 호흡에서 그 농도가 매우 낮아 정확한 분석을 위해서는 센서의 민감도를 높이는 것이 중요하다. 또한, 사람의 호흡에는 많은 수분이 포함돼 있으며, 수백종 이상의 가스들이 동시에 존재해 정확도를 높이는데 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 연구진은 분무열분해법을 통해 넒은 표면적과 다공성 구조를 갖는 팔라듐 촉매가 첨가된 산화주석 구조체로 센서를 만들었다.

이 센서로 과민성 대장 증후군(IBS)에서 나타나는 수소가스를 고감도와 고선택성으로 검출해내 조기진단해냈다. 이 센서는 호흡속에 포함된 극미량의 수소가스를 4초 이내로 초고속 검출이 가능할 뿐만 아니라 호흡에 포함돼 있는 고농도의 수분에 대해서도 우수한 안정성을 가지고 있었다.

즉, 주변 환경의 변화와 방해에 관계없이 호흡 속 생체지표 가스를 정확하게 판단해낸 것이다.

특히, 이 센서는 20ppm 수소에 대해 감도가 6.9 수준으로 우수했으며, 호흡 속 다른 생체지표 가스 대비 약 5.2배 이상의 높은 선택도가 관찰돼 높은 정확도로 수소를 검출 해냈다.

연구진은 이번에 개발한 센서를 재료과학 분야 세계적 권위의 국제학술지 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemicsry A)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자