KAIST-서울대-가천의대, 급성질환 3분 내 육안 진단법 개발

국내 연구진이 3분 내 급성 또는 만성 질환을 현장에서 바로 진단하는 기술을 개발했다. KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 서울대 한정우 교수, 가천대 김문일 교수 연구팀과 과산화효소 반응만을 선택적으로 수행하면서도 높은 반응 효율을 유지하는 새로운 단일원자 촉매를 개발했다고 29일 밝혔다. 이 진단 플랫폼은 혈액, 소변, 타액 등 인체 유래 체액을 이용해 병원 밖에서도 3분 내 판독할 수 있다. 이진우 교수는 "효소를 이용해 질병 진단 물질인 바이오마커 색 변화를 통해 질병을 시각적으로 알아낼수 있다"며 "며 "자연효소는 가격이 비싸고, 유통 및 보관에 어려움이 많다"고 말했다. 연구팀은 촉매 반응 선택성을 원자 수준에서 제어하기 위해, 촉매 중심 금속인 '루테늄(Ru)'에 화학적 성질을 조절하는'염소(Cl) 리간드'를 3차원 방향으로 결합하는 '독창적 구조 설계 전략'을 활용해 정확한 진단 신호만을 검출하는데 성공했다. KAIST 박선혜 생명화학공학과 연구생(박사과정, 공동제1저자)은 "실험결과 이 촉매는 기존 효소 모방 촉매 대비 반응 선택성(센서 판별력)이 38배 이상 향상됐다"며 "과산화수소 농도에 따른 반응 민감도와 속도 또한 눈에 띄게 증가했다"고 말했다. 박선혜 연구생은 "특히 생체 체액 조건에 가까운 환경(pH 6.0)에서도 반응 선택성과 활성을 안정적으로 유지했다"고 부연설명했다. 연구팀은 이에 산화효소를 담아 종이 센서에 적용해 '포도당, 젖산(락테이트), 콜레스테롤, 콜린' 등 4종의 바이오마커를 동시에 검출할 수 있는 진단 시스템을 구현했다. KAIST 이진우 교수는 “이번 연구는 단일원자 촉매의 반응 선택성을 원자 구조 설계를 통해 제어함으로써, 효소 수준의 선택성과 반응성을 동시에 구현한 사례"라고 밝혔다. 이 교수는 또 “이러한 구조–기능 관계 기반의 촉매 설계 전략은 향후 다양한 금속 기반 촉매 개발에도 적용할 수 있으며, 선택성 제어가 중요한 다양한 반응 영역으로 확장될 수 있다”고 덧붙였다. KAIST 생명화학공학과 박선혜 및 최대은 연구생(이상 박사과정)이 공동 제1저자로 연구에 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'(7월 6일)에 게재됐다.