인제대 홍용근 교수.(사진=인제대 제공)

인제대학교는 물리치료학과 홍용근 교수 연구팀이 한 방울의 혈액으로 극미량의 암모니아를 신속하게 검출할 수 있는 혁신적인 바이오센서를 개발했다고 4일 밝혔다.

이 기술은 간 질환 및 대사 장애 환자의 건강 상태를 가정에서도 실시간으로 모니터링할 수 있게 해준다. 연구 결과는 국제 학술지 ACS Applied Materials & Interfaces 최근호에 게재됐다.

이번 연구는 기존의 실험실 기반 검출 기술보다 훨씬 간단하고 빠르며 정확하다. 단 한 방울의 혈액으로 1분 이내에 결과를 확인할 수 있어 혈액 시료를 냉장 보관하거나 실험실로 운반할 필요가 없다. 기존 방법은 몇 시간씩 걸리고 종종 부정확한 결과로 재검출이 필요했다.

암모니아는 우리 몸의 소화와 단백질 대사 과정에서 생성되는 유해 물질로 보통 간에서 중화돼 소변으로 배출된다. 그러나 간 질환이나 대사성 질환이 있는 환자의 경우 혈액 내 암모니아 수치가 위험한 수준으로 급격히 상승할 수 있다. 특히 대사성 질환이 있는 신생아는 암모니아 수치가 높아지면 몇 시간 내에 심각한 뇌 손상을 일으킬 수 있다. 따라서 혈액 내 암모니아 농도를 신속하게 모니터링하는 것은 매우 중요하다.

홍 교수 연구팀이 개발한 휴대용 비색 진단 바이오센서는 암모니아를 특이적으로 검출할 수 있는 기술로, 기존 방법이 필요로 하는 혈액량의 1% 미만인 한 방울의 혈액으로도 작동한다. 이 기술은 템포-산화 셀룰로스 나노결정(TCNC)과 금나노입자(AuNP)을 조합한 다기능성 물질(TCNC@AuNPs)을 사용해 혈액 내 암모니아를 검출하는 방식이다. 암모니아 농도에 따라 색깔이 변하는 이중 탐지 메커니즘을 이용해 사용자가 육안으로 쉽게 결과를 확인할 수 있다.

또한 연구팀은 미량의 암모니아 농도(0.05~256 μM)에서도 우수한 성능을 발휘하는 전자코(e-nose) 장치도 개발했다. 이 장치는 실생활에서 환자가 스스로 혈액 내 암모니아 수치를 빠르고 정확하게 확인할 수 있는 비침습적 방법이다.

이번 연구의 제1 저자인 라제시 박사는 "이번에 개발한 기술은 환자가 필요시 자신의 건강 상태를 쉽게 모니터링할 수 있는 도구로, 간단하면서도 효과적인 진단 솔루션을 제공한다"고 밝혔다. 홍 교수는 "이 기술이 질병 초기에 환자의 상태를 신속하고 정확하게 모니터링하는 데 큰 도움이 될 것"이라며 "퇴행성 질환의 조기 진단 분야에서도 중요한 역할을 할 것"이라고 기대감을 나타냈다.

연구팀은 앞으로도 다양한 질병 특이적 바이오마커를 검출할 수 있는 센서를 개발해 조기 진단 기술의 새로운 이정표를 세울 계획이다.