과학 포털 iKAOS

[2021 ETRI Technology Report(ENG) ⑨] Automated biomarker detection system keeps the public healthy

현대 사회는 고령화가 가속화되면서 삶의 질 향상에 대한 욕구가 그 어느 때보다 높습니다. 이에 따라 건강 관리의 패러다임 또한 질병이 발생한 후 치료하는 방식에서 벗어나, 사전에 예방하고 상시 관리하는 방향으로 급격히 변화하고 있습니다. 특히 혈액 속에는 암이나 심근경색 같은 중증 질환과 밀접하게 연관된 유전자와 단백질 등의 바이오마커가 존재합니다. 사람이 질병에 걸리면 이러한 지표들의 수치가 변화하기 때문에, 이를 조기에 발견하고 정밀하게 모니터링하는 기술은 현대인의 건강을 지키는 핵심적인 요소가 되었습니다. 새로운 자동 분석 기술은 기존 방식의 한계를 극복하고 소량의 혈액만으로도 정확한 결과를 도출할 수 있는 혁신적인 대안을 제시합니다. 장비의 소형화가 가능해지면 대형 병원뿐만 아니라 보건소나 요양시설 등 일상적인 공간에서도 이 기술을 폭넓게 활용할 수 있습니다. 이는 의료 서비스에 대한 접근성을 획기적으로 높여줌으로써 질병의 조기 발견과 효율적인 관리를 가능하게 합니다. 결과적으로 검진의 편의성을 증대시켜 일반 국민들이 일상 속에서 자신의 건강 상태를 더 쉽게 파악할 수 있도록 돕는 역할을 할 것입니다. 현재 연구진은 실제 환자의 혈액 샘플을 활용한 임상 시험을 통해 기술의 성능을 검증하고 있으며, 향후 기기 최적화 과정을 거쳐 본격적인 상용화를 준비하고 있습니다. 암이나 심근경색과 같은 치명적인 질환을 경제적이고 신속한 방법으로 진단하는 기술은 인류의 오랜 숙원이기도 합니다. 이러한 헬스케어 기술이 대중화된다면 누구나 차별 없이 고품질의 진료 혜택을 누릴 수 있는 기반이 마련될 것입니다. 이는 결국 건강 100세 시대를 실현하고 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 데 중추적인 공헌을 할 것으로 전망됩니다.

[KRISS 인터뷰 뒷이야기] 나노바이오센서팀 조현모, 김동형 박사

최근 급성 심근경색 등을 정밀하게 진단하기 위해 센서의 측정 민감도를 혁신적으로 높이는 기술이 개발되었습니다. 기존에는 외부의 온도 변화나 용액의 조건에 따라 센서의 신호가 불안정해지는 노이즈 문제가 발생하곤 했습니다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 프리즘 설계를 최적화하여 외부 요인을 효과적으로 차단했습니다. 그 결과 측정 민감도가 기존보다 무려 450배나 향상되었으며, 펨토몰 수준의 아주 미세한 농도까지도 정확하게 감지할 수 있는 고감도 측정 환경을 구현하는 데 성공했습니다. 초고감도 바이오센서의 핵심 비결은 실리콘 기판의 활용에 있습니다. 실리콘은 높은 굴절률을 가진 반면 바이오박막은 상대적으로 낮은 굴절률을 보입니다. 이러한 극명한 대비는 빛이 반사될 때 박막의 변화를 극도로 예리하게 포착할 수 있도록 돕습니다. 또한 실리콘은 주변에서 구하기 쉽고 특성이 매우 안정적이어서, 센서의 성능을 극대화하고 신뢰성을 확보하기 위한 최적의 재료로 선택되었습니다. 이는 기존의 박막 측정 기술을 한 단계 진보시킨 중요한 성과입니다. 하지만 바이오센서 연구에는 물리적인 박막 측정과는 다른 고유한 어려움이 존재합니다. 반도체 공정에 쓰이는 실리콘 산화막은 수십 년간 변하지 않을 정도로 균질하고 안정적이지만, 바이오시료는 매우 민감하여 당일 제작해 당일 측정해야 하는 시간적 제약이 큽니다. 매일 아침 항체를 준비하고 센서를 제작해야 하기에 연구 과정에서 많은 에너지가 소요됩니다. 또한, 고가의 바이오시료를 아주 소량만 사용해야 하므로 경제적인 장벽을 극복하는 것 역시 상용화를 위해 해결해야 할 과제입니다. 연구 단계의 우수한 성과가 실제 상용화 장비로 이어지기 위해서는 기술 개발 그 이상의 노력이 필요합니다. 연구팀은 뛰어난 측정 성능을 유지하면서도 장비의 안정성과 재현성을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히 표준연구원의 특성을 살려 장비를 구성하는 각 요소를 표준화함으로써 측정의 신뢰성을 극대화하고자 합니다. 이러한 과정을 통해 상용화 단계에서도 연구소 수준의 초고감도 성능이 변함없이 유지될 수 있도록 하여, 누구나 믿고 사용할 수 있는 진단 장비를 개발하는 데 집중하고 있습니다. 이러한 초고감도 바이오센서 기술이 완성되면 질병 진단의 패러다임이 바뀔 것으로 기대됩니다. 현재 추진 중인 혈액 기반의 치매 진단은 물론, 기존의 기술로는 검출하기 어려웠던 미세한 질병 인자들까지도 조기에 발견할 수 있는 길이 열리게 됩니다. 단순한 심혈관 질환 진단을 넘어 다양한 난치성 질환을 조기에 포착함으로써 인류의 건강 증진에 기여하는 것이 이 기술의 궁극적인 지향점입니다. 앞으로 이 기술이 가져올 의료 현장의 변화와 새로운 진단 영역의 확장이 매우 기대되는 시점입니다.

심근경색

[2021 ETRI Technology Report(ENG) ⑨] Automated biomarker detection system keeps the public healthy

한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트

[KRISS 인터뷰 뒷이야기] 나노바이오센서팀 조현모, 김동형 박사

한국표준과학연구원KRISS 연구자 인터뷰