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동물 단백질 이용해 호흡으로 질병 진단한다

KAIST 김일두 교수팀 '감도 높은 날숨 진단센서' 개발

(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.

김일두 교수
김일두 교수

김상준·최선진 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어카운트 오브 케미컬 리서치'(Accounts of Chemical Research) 7월호 표지 논문으로 선정됐다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2017/07/18 09:30 송고

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