▲ 지질자원연 김재환 박사가 국내산 점토광물을 이용한 효소 고정화 실험을 진행하고 있다.

국내 연구진이 천연 점토광물인 벤토나이트를 활용해 통풍과 신장질환 진단에 활용할 수 있는 고성능 바이오센서를 개발했다. 국내 광물자원의 활용 범위를 바이오·헬스케어 분야까지 확장한 융합 연구 성과로 평가된다.

한국지질자원연구원(KIGAM, 원장 권이균)은 포항지질자원실증연구센터 김재환 박사 연구팀이 캐나다 캘거리대학교 김기경 교수 연구팀과 공동으로 국내 동남권산 천연 벤토나이트를 기반으로 한 차세대 전기화학 바이오센서를 개발했다고 16일 밝혔다.

요산은 통풍과 신장질환 진단을 위한 대표적인 생체지표다. 그러나 기존 전기화학 센서 소재로 활용되는 벤토나이트는 전기전도도가 낮아 센서 성능 향상에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 벤토나이트와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)를 결합한 나노복합체를 제작했다. 이후 에어브러시 스프레이 공정을 통해 전극 표면에 균일하게 증착하고, 요산분해효소(Uricase)를 고정화해 고성능 바이오센서를 구현했다.

개발된 센서는 통풍 및 신장질환 진단에 필요한 요산 농도 범위인 10~2,000μM를 광범위하게 검출할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 인공 혈청 환경에서도 높은 정확도를 유지해 실제 진단 환경 적용 가능성을 확인했다.

특히 바이오센서 상용화의 주요 과제로 꼽히는 생체오염(Biofouling) 문제를 크게 개선했다. 연구 결과 센서 신호 감소율은 기존 27.6%에서 10.0% 수준으로 낮아졌으며, 60일 이상 안정적인 성능을 유지하는 것으로 확인됐다.

이번 성과는 향후 병원뿐 아니라 현장에서 즉시 진단이 가능한 POC(Point-of-Care) 의료기기 개발에도 활용될 것으로 기대된다.

김재환 박사는 "국내산 천연 광물의 과학적 가치를 첨단 의료기술 분야로 확장한 융합연구 성과"라며 "지질자원 기반 소재의 고부가가치화를 통해 바이오·헬스케어와 차세대 진단기기 등 신산업 분야를 선도해 나가겠다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 바이오센서 분야 국제학술지 'Biosensors and Bioelectronics(IF 10.5)'에 게재됐으며, 해당 학술지는 JCR 기준 상위 2.7%에 해당하는 세계적 권위의 학술지로 평가받고 있다.