국내산 벤토나이트로 통풍 진단 바이오센서 개발…"감도 양호"

한국지질자원연구원-캘거리대학교 공동…"스마트 헬스케어 연계 연구 추진"

통풍이나 신장질환 진단에 쓰이는 요산을 정밀하게 측정할 수 있는 센서가 개발됐다. 이 센서 재료로는 국내산 광물 벤토나이트가 활용됐다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 김재환 포항지질자원실증연구센터 책임연구원이 김기경 캐나다 캘거리대학교 교수 연구팀과 공동으로 국내 동남권산 천연 점토광물 벤토나이트를 활용한 차세대 전기화학 바이오센서 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

한국지질자원연구원이 시료로 보관 중인 벤토나이트.(사진=한국지질자원연구원)

벤토나이트는 점토광물로, 누수 방지용 차수재나 흡습제, 고양이 배변용 모래 등으로 많이 활용된다.

연구팀은 벤토나이트를 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)와 결합시키는 방법으로 나노복합체를 제작하고, 이를 에어브러시 스프레이 공정으로 전극에 균일하게 증착한 뒤 요산분해효소(Uricase)를 전극 표면에 고정화했다. 또 이 복합체에 코팅막을 입혀 센서화했다.

이렇게 개발한 센서는 요산 농도 검출 범위가 10~2,000μM)로 광범위하고, 인공 혈청 환경에서도 높은 정확도를 유지했다. 특히 생체오염에 따른 신호 감소율을 기존 대비 27.6%에서 10.0%로 크게 낮추고, 60일 이상 안정적인 성능을 확인했다.

연구성과는 바이오센서 분야 국제 학술지 '바이오센서스및 바이오일렉트로닉스'(IF 10.5, JCR 상위 2.7%)에 게재됐다.

김재환 책임연구원은 "감도가 5.3μM로, 이는 검출 수준이 상당히 양호한 편을 의미한다"고 설명했다.

김 책임은 또 "그간 바이오센서 분야에서 활용이 제한적이었던 국내산 천연 광물 벤토나이트가 고성능 전기화학 센서의 핵심 기능성 소재로 쓰일 수 있음을 처음으로 체계적으로 입증한 성과"라며 "향후 포도당, 콜레스테롤, 크레아티닌 등 다양한 질병 바이오마커로 검출 대상을 확장하고, 웨어러블 기기·스마트 헬스케어 플랫폼과의 연계를 통해 실용화 연구를 이어갈 계획"이라고 말했다.

벤토나이트-다중벽 탄소나노튜브 바이오센서 제작 과정 모식도.(그림=한국지질자원연구원)