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IT+BT 융합 연구 결실
식품 독소·질병 조기진단 위한 바이오센서 칩 및 자동검출 시스템 개발

- 다종 검사체를 반도체칩 하나로 진단 및 검출
- 음식물·혈액 한방울로 집에서도 초간편·초고속 진단 가능
- 혈구·혈장 분리 가능한 ‘혈액 전처리 칩’도 함께 개발

혈액 한방울로 30초만에 암을 진단할 수 있다면? 미래에서나 가능할 것 같은 기술이 실제로 개발되었습니다.

한번에 다양한 식품 독소나 질병을 조기에 검진할 수 있는 초간편, 초고속의 분석기기의 핵심기술이 국내연구진에 의해 개발됐는데요, ETRI(한국전자통신연구원, 원장 김흥남)는 세계 최초로 다종의 식품 독소나 암 진단을 위한 마커(marker)를 반도체칩 하나로 검출할 수 있는 ‘다중 검사 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템’을 개발했다고 5일 밝혔습니다.

[그림1]바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템 개요도


이번에 개발한 기술은 거대전하(물체가 띠고 있는 정전기의 양) 나노입자를 이용무전하/저분자의 검출용 시그널 증폭기술반도체 CMOS(상보형금속산화반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)로 소비 전력이 매우 적다는 이점을 가지며 휴대용 계산기, 전자시계, 소형 컴퓨터 등에 널리 활용) 기술을 이용한 것으로, 그동안 바이오 칩의 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되었던 신뢰성을 개선하기 위한 노력이 돋보인 기술입니다.

무엇보다 반도체의 고집적 기술을 활용하여 100개의 나노센서로부터 측정된 값들을 통계적으로 처리함으로써 재현성과 수율(transport number-전해질 용액에 전류를 통하면 음 이온은 양극으로, 양 이온은 음극을 향해서 이동하여 양 이온으로 전기를 운반하는 데 이 때의 양쪽 이온이 전기를 운반하는 분담 비율)을 현저히 높이고, 이를 통해 진단의 정확도를 향상시켰습니다.

[그림2] 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템 기술 구성도

뿐만 아니라 ETRI 연구팀은 현장진단용 초고속 혈액 전처리칩도 함께 개발했다고 밝혔는데요, 이 칩을 이용하면 일반인 누구나 의료진의 도움 없이 30초 이내에 전자동으로 혈액 한 두 방울에서 혈구와 혈장을 분리할 수 있고, 이를 통해 간편하고 신속하게 혈액 진단검사를 할 수 있게 됩니다.

참고로, 일반적으로 혈액을 이용한 진단검사를 하려면 혈구와 혈장을 분리하는 기술이 요구된다고 하네요.

이번 연구성과로 식품 독소 및 암 질병 조기 진단이 한층 간편하고 쉬워질 전망입니다. 식품 독소 분석은 주로 시료 준비에 장시간이 소요되고 고가장비와 숙련된 전문가에 의해서만 이루어져 왔지만 앞으로는 일반인들도 쉽게 휴대형 바이오 칩을 통해 식품 독소를 감지할 수 있어, 검역소뿐 아니라 요식업소, 급식소 및 일반 가정에서도 식품안전성의 현장 검사기로 활용이 가능할 것으로 보입니다.

[그림3] 현장진단용 초고속 혈액 전처리칩

또한 이번 개발은 현장진단용 의료기기 시장에서도 상당한 파급력을 가질 것으로 보입니다. 이번 기술 개발로 로슈(Roche), 지멘스(Simens), 애보트(Abbott) 등 글로벌 기업들이 장악하고 있는 현장진단용 의료기기 시장에서 국산기술을 이용한 국내기업들의 제품 출시가 봇물을 이루고 시장 점유율을 높일 것으로 예상됩니다.

[그림4] 소형 자동화 검출 시스템(바이오센서 칩 확대 모습)

이번 ETRI의 성과는, 반도체기술, 나노바이오기술, 바이오멤스기술 등을 융합함으로서 반도체칩 하나로 복잡한 진단검사를 정확하게 수행할 수 있다는 점에서 식품위생서비스, 의료서비스는 물론 반도체 시장에도 새로운 성장동력을 제공할 수 있을 것입니다.

ETRI는 이번 기술의 조기 상용화를 위해 바이오센서, 의료진단기기 업체 등에 기술이전을 추진 중에 있는데요, 산업체로의 기술이전이 완료될 경우 2년 이내에 관련 시장에 제품이 출시될 수 있을 것으로 내다보고 있으니 실생활에서 접하게 될 날도 머지 않을 것으로 보입니다.

[그림5] 소형 자동화 검출 시스템


 출처 : 한국전자통신연구원 보도자료

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