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동물 단백질 이용해 호흡으로 질병 진단한다

임태우 기자 eight@sbs.co.kr

작성 2017.07.18 10:04 수정 2017.07.18 10:15 조회 재생수151
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기사 대표 이미지:동물 단백질 이용해 호흡으로 질병 진단한다
▲ 질병 진단 센서 원리

카이스트 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 동물의 단백질을 촉매로 써서 호흡으로 질병을 진단하는 센서를 개발했다고 밝혔습니다.

혈액을 채취하지 않고도 사람의 날숨에 포함된 질병 관련 가스를 통해 질병을 진단하는 게 이 기술의 핵심입니다.

천식·폐암·1형 당뇨병 등 환자의 날숨에는 수소, 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소, 일산화질소가 높게 나타납니다.

이런 가스들의 농도 변화를 확인해 건강 이상 여부를 판단할 수 있다는 겁니다.

음주측정기처럼 테들라 백에 포집된 날숨 가스를 소형 센서 장치로 주입한 뒤 분석하기 때문에 쉽고 간단합니다.

하지만, 질병과 관련한 가스의 농도 단위가 ppb 수준에 달하는 등 미미하고, 수백 가지 종류의 방해하는 가스들 속에서 선택적으로 분석하기가 쉽지 않았습니다.

감지 특성을 높이기 위해 백금과 팔라듐 등 촉매가 사용되고 있지만, ppb 단위 농도 측정에는 한계가 있었습니다.

연구팀은 동물의 조직에 있는 나노미터 크기의 단백질을 이용해 효율이 높은 촉매를 합성하는 데 성공했습니다.

속이 비어 있는 단백질 껍질이 다른 이종입자를 합성하는 이종촉매 형태로, 2나노미터 이하로 다양한 형태의 입자를 합성할 수 있습니다.

예컨대 백금이 기준 촉매일 때 백금팔라듐, 백금니켈, 백금루테늄, 백금이트륨 등 다양한 이종 합금촉매로 확장 가능합니다.

이종촉매 입자를 금속산화물 나노섬유와 결합해 나노섬유 센서를 개발한 결과 활성이 뛰어난 것으로 알려진 백금이나 팔라듐 촉매보다도 3∼4배 이상 감지 특성이 높은 것으로 나타났습니다.

특히 아세톤이나 황화수소 가스는 1ppm에서 감도가 100배 수준으로 향상됐습니다.

연구팀이 개발한 복합센서 배치 시스템을 헬스케어기기에 적용하면 날숨 속 가스 정보를 지문처럼 패턴화해 건강상태를 계속 모니터링할 수 있습니다.

김 교수는 "앞으로 다양한 촉매군을 확보해 수많은 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발할 수 있다"며 "관련 기술을 중소기업에 이전했으며, 자가진단기기를 상용화할 계획"이라고 말했습니다.

김상준, 최선진 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어카운트 오브 케미컬 리서치' 7월호 표지 논문으로 선정됐습니다.

(사진=KAIST 제공/연합뉴스)