혈청 속 항체도 검출…나노바이오센서 플랫폼 나왔다 [헬스LAB]

[파이낸셜뉴스] 다양한 항체 검출에 활용할 수 있는 나노바이오센서 플랫폼이 개발됐다. 검출이 어려웠던 혈청 속 항체도 검출이 가능하다.

12일 국가독성과학연구소(KIT)에 따르면 KIT 환경안전성연구센터 이재혁 책임연구원은 아주대학교 연구진과 공동으로 이온 농도가 높은 환경에서도 다양한 항체 검출에 활용할 수 있는 나노바이오센서 플랫폼을 개발했다.

기존 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 높은 민감도를 갖지만 주로 이온 농도가 낮은 용액에서 검출 성능을 확인해 왔으며, 혈액이나 혈청처럼 이온 농도가 높은 환경에서는 생체분자의 전기적 신호가 약해져 검출이 어려웠다. 이는 실제 생체시료에 바이오센서를 적용하는 데 기술적 한계로 작용해 왔다.

연구진은 이러한 한계를 개선하기 위해 단일벽 탄소나노튜브와 금 전극이 맞닿는 부분에 형성되는 '쇼트키 접합(Schottky junction)'의 전기적 특성 변화에 주목했다. 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 탄소 원자가 한 겹의 원통형 구조로 배열된 나노소재로, 우수한 전기적 특성을 지녀 전자소자와 바이오센서 등에 활용되며, 쇼트키 접합은 금속과 반도체가 맞닿는 부분에 형성되는 접합으로 전기적 특성 변화를 이용해 생체분자를 감지하는 데 활용할 수 있는 구조다.

연구진은 단일벽 탄소나노튜브와 금 전극을 이용해 센서를 제작하고, 플랫폼의 검출 성능을 확인하기 위해 에이즈 바이러스(HIV-1)에 대한 항체를 검출 대상으로 활용했다. 그 결과, 혈청처럼 이온 농도가 높은 환경에서도 항체가 센서에 결합할 때 발생하는 전기적 신호를 확인했다.

또 항체 농도에 따라 전기적 신호가 달라지는 것을 확인해 정량적 검출 가능성도 제시했다. 이는 기존 바이오센서의 생체환경 적용 한계를 개선하고, 실제 생체시료에 적용할 수 있는 검출 기술로 발전할 가능성을 보여준다.

이번 연구는 HIV-1 항체 검출을 통해 기술의 작동 가능성을 확인한 것으로, 센서 표면에 결합하는 인식 물질을 변경하면 다양한 항원·항체 및 생체분자 검출에 활용할 수 있는 플랫폼 기술이라는 점에서 의미가 있다. 특히 실제 생체환경에 가까운 혈청 조건에서도 검출이 가능해 향후 실용화 가능성을 높였다는 데 의의가 있다.

이재혁 책임연구원은 "이번 연구는 실제 생체환경에서 기존 바이오센서의 기술적 한계를 개선할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다"며 "향후 3차원 세포 및 오가노이드와 결합해 약물과 환경유해물질의 영향을 정밀하게 분석하는 독성평가 기술로 발전시켜 나가겠다"고 말했다.

이번 연구는 국가독성과학연구소 기본사업과 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 바이오센서 분야 국제학술지 'Biosensors and Bioelectronics'에 9월 4일 온라인 게재됐다.

[email protected] 연지안 기자