동물 단백질 이용해 호흡으로 질병 진단한다

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)