카이스트(KAIST)는 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 동물의 단백질을 촉매로 활용해 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.

해당 센서는 사람의 날숨에 포함된 다양한 질병과 관련된 바이오마커 가스들에 대한 패턴(배출 농도) 인식을 통해 질병을 조기 모니터링 할 수 있는 기술로, '호흡 지문 센서 기술'이라고 한다.

'호흡 지문 센서 기술'은 수분을 비롯해 수소, 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소, 일산화질소 등을 포함하는 호기 가스 성분의 농도변화를 체크해 천식, 폐암, 1형 당뇨병, 구취 등 특정 질병 환자를 선별한다.

호흡을 이용한 질병 진단은 마치 쉽고 간편하게 질병을 진단할 수 있고, 질병 대사가 일어나는 시점에 검출하기 때문에 조기 진단이 가능하다는 장점이 있다.

연구팀은 이미 호흡으로 질병을 진단하는 센서를 전에도 개발했는데, 이번 기술은 더욱 정확하고 높은 감도를 가져 다양한 단일 금속입자뿐만 아니라 어떠한 조합의 이종입자도 2 nm 크기로 합성할 수 있다고 한다.

매우 경미한 수준으로 발생하는 특정 질병의 바이오마커 가스를 선택적으로 분석하는데 기존의 백금, 팔라듐 등 특정 촉매를 결합한 센서는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 동물의 조직 내에 있는 나노크기의 단백질을 희생층으로 이용해 속이 비어있는 단백질 껍질 안에 석출된 이종촉매(Heterogeneous catalyst) 입자를 합성하는데 성공했다. 그리고 이를 이용해 특정 생체지표 기체에만 선택적으로 반응하는 감지소재를 개발했다.

또한 16종의 다른 선택성을 갖는 센서를 어레이화하는데 성공해 날숨 속 가스 정보를 지문처럼 패턴화해 개인의 건강 변화를 지속적으로 모니터링 하는 헬스케어 기기에 적용할 수 있게 됐다.

김일두 교수는 "기존에 센서에 사용된 적이 없는 2 nm 크기의 이종촉매를 단백질을 이용하여 적용함으로써, 질병과 연관된 생체지표 가스에 고감도 및 고 선택성으로 반응하는 센서소재 라이브러리를 구현할 수 있다"며 "호흡으로 질병을 진단하는 센서는 자가 진단 기기의 시작으로 의료비 지출 상승을 막고 지속적 건강관리에 큰 도움이 될 것이다"고 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부 웨어러블 플랫폼소재 기술센터 과제와 바이오의료기술개발사업 과제의 지원으로 이루어졌으며, 이번 기술과 관련된 특허들은 지난 3월과 6월 각각 벤처기업과 중소기업에 기술이전 됐다.