메조다공성 산화세륨이 5개의 산화효소를 적재해 과산화수소를 포함한 6개 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이센서로까지의 적용되었음을 보여주는 모식도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 약 20분내에 6가지 질병물질을 동시에 검출할 수 있는 종이로 만든 센서가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 가천대학교 바이오나노학과 김문일 교수팀, 포스텍 화학공학과 한정우 교수팀과 함께 새로운 무기 소재인 나노자임을 합성, 이를 이용해 6개의 표적 물질을 동시에 검출 가능한 종이 센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

나노자임(Nanozyme)이란 단백질로 이루어진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질을 말한다. 기존 효소의 단점으로 꼽히는 안정성, 생산성 그리고 가격적 측면에서 매우 뛰어나며, 기존의 효소가 사용되던 질병 진단 시스템에 그대로 활용될 수 있다.

연구진은 중성에서의 활성을 유도할 코발트 원소를 도핑하면서 산화효소를 적재할 수 있게 17나노미터(nm)의 큰 기공을 지니는 메조 다공성 구조의 산화세륨 합성에 성공했다. 메조 다공성 나노물질들이 2~3nm 기공을 지니는 것과 달리, 연구팀은 열처리 과정에서의 변화를 통해 큰 기공을 지니도록 합성할 수 있었고, 이 기공에 산화효소들을 적재할 수 있다는 것을 확인했다.

연구진은 나노자임에 중요한 질병 진단물질인 글루코오스, 아세틸콜린, 콜린, 갈락토오스, 콜레스테롤의 산화효소를 담아, 과산화수소를 포함한 6개 물질을 동시에 검출이 가능한 종이 센서를 개발했다. 이 종이 센서는 20분 만에 6개 물질을 빠르게 검출할 수 있으며, 기존 하나씩만을 검출할 수 있는 센서들의 검출한계보다 더 좋은 성능을 보였다. 또한 산화효소를 메조 다공성 산화세륨에 적재해 60℃의 고온에서도 안정적이고, 60일이 넘는 시간 동안 안정적으로 작동함을 확인했다.

이진우 KAIST 생명화학공학과 교수.[KAIST 제공]

이진우 교수는 “나노자임은 분야 자체가 시작된 지 오래되지 않았지만, 기존 효소를 대체해 쓰일 수 있다는 잠재성 때문에 폭발적으로 관심이 증가하고 있다”라며 “앞으로 종이 센서 뿐만 아니라 각종 진단 및 암 치료에 나노자임을 도입해 진단 및 치료 분야에 큰 도약을 이뤄낼 가능성이 있다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 2월 19권 2호에 출판됐다.