최선진 교수, 실시간으로 건강상태 체크하는 휴대형 음이온 센서 개발

IoT 기술과 결합해 스마트폰으로 체내 음이온 농도 확인 가능해

최선진 교수
한양대 최선진 신소재공학부 교수팀이 합성 인슐린 생산의 효율을 높이고 질병 진단에 활용할 수 있는 ‘휴대형 음이온 센서’를 개발했다고, 한양대가 14일 밝혔다. 해당 기술이 상용화된다면 체내 다양한 음이온의 농도를 체크해 우리 몸의 건강상태를 스마트폰으로 실시간 확인할 수 있게 된다.

음이온은 박테리아 세포의 성장과정을 제어하는 신진대사 스위치 (metabolic switch)이며, 우리 몸의 유전자 정보를 전달하는 물질도 음이온 성분으로 구성돼 있다. 따라서 체내 음이온 농도를 감지함으로써 특정 질병의 유무를 진단할 수 있으며, 나아가 음이온 농도 조절을 통해 박테리아 성장을 제어함으로써 인슐린 등의 합성 단백질 생산효율을 극대화시킬 수도 있다.

이런 이유로 최근 음이온의 성분과 농도를 정량적으로 분석하고자 음이온과 화학적으로 상호작용 할 수 있는 ‘리셉터(receptor)’ 분자를 합성, 음이온 감지특성을 평가하는 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

이와 함께 눈에 보이지 않는 음이온-리셉터 간의 화학적 상호작용을 눈으로 볼 수 있는 전기신호로 바꿔주는 음이온 센서의 개발도 함께 진행되고 있는데, 특히 휴대가 가능하면서 실시간으로 음이온을 감지하는 센서 플랫폼의 개발이 기술적 난제로 꼽혔다.

이에 최 교수팀은 전기전도도가 높은 탄소나노튜브 표면에 리셉터를 부착시킴으로써 문제점을 해결했다. 최 교수팀이 개발한 음이온 센서 플랫폼은 음이온의 성분과 농도에 따라서 실시간으로 매우 정확한 전기적 신호를 발생시켰다. 해당 플랫폼은 엄지손가락 한마디 크기(2cm)로 휴대가 간편하며, IoT 기술을 활용해 스마트폰으로도 음이온 감지신호를 실시간으로 측정할 수 있도록 설계됐다.

최 교수는 “특정 음이온과 선택적으로 화학결합을 이루는 다양한 리셉터를 활용하면 여러 음이온 성분을 전기적인 신호로 해석이 가능하다”며 “전기적인 음이온 감지 신호는 2마이크로 리터의 매우 적은 양의 샘플로 실시간 측정이 가능하다는 점에서 극소량의 바이오마커(biomarker) 성분을 분석해 질병을 진단하는 센서로 활용이 가능하다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 티모시 스와거(Swager) 화학과 교수팀과 함께 진행됐으며, 그 결과는 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 2월 게재 및 표지논문으로 선정됐다.