채혈 고통 없이 체액으로 혈당측정 가능한 압전센서 개발

[한의신문=김대영 기자] 혈당측정을 위해 고통스럽고 불편한 채혈 없이 타액, 땀, 눈물 등 체액 속 낮은 농도의 혈당(글루코스)을 잡아내 혈당을 측정할 수 있는 센서기술이 개발됐다.

지난 4일 한국연구재단(이사장 노정혜)에 따르면 김진웅 교수(성균관대학교) 연구팀과 정운룡 교수(포항공과대학교) 연구팀이 체액으로 혈당을 측정할 수 있는 고감도·고선택성 글루코스 압전 센서를 개발했다고 밝혔다.

당뇨인구 증가에 따라 자가 혈당측정법에 대한 관심이 높아지는 가운데 알코올로 소독 후 채혈하는 침습적인 접근 대신 땀이나 눈물과 같은 체액에서 직접 혈당을 정밀하게 검출할 수 있는 연구가 지속됐지만 침이나 땀 같은 체액 속 글루코스 농도(50~200μM)는 혈액 속 글루코스 농도(5~20mM)에 비해 100배 이상 낮아 100배 이상의 감도를 갖는 센서기술의 개발이 요구된다.

이에 연구팀은 은 나노와이어가 코팅된 전도성 마이크로입자를 제조한 후 은 나노와이어에 다른 단당류가 아닌 글루코스와만 특이적으로 결합하는 보론산을 배열했다.

글루코스가 보론산과 결합하면 은 나노와이어들이 서로 연결되는 데 글루코스가 많을수록 은 나노와이어들의 연결도 많아져 순간적으로 전류가 증가하는 것을 압전기술을 이용해 정밀하게 검출했다.

기존 혈당 측정기는 효소를 통해 글루코스 분자의 산화를 유도하고, 글루코스 산화시 나타나는 전기화학적 변화에 따른 전류변화를 이용해 농도를 측정한다. 

측정가능한 농도범위는 2~20 mM 수준이다.

그러나 전도성 입자 기반 압전센서는 글루코스 분자와 결합할 수 있는 표면적이 증가해 0.56μM~56 mM의 넓은 범위의 글루코스 농도를 측정할 수 있다. 

결국 혈액(5~20 mM)과 체액(50~200 μM)의 글루코스 농도 범위를 모두 포함하기에 비침습적인 방법으로 체액에서 혈당측정이 가능해진다.

특히 0.6x0.6(㎠)의 크기 디바이스로 구현할 수 있고 100 마이크로리터 수준의 적은 체액으로도 글루코스 검출이 가능하다는 설명이다.

센서는 양산화할 수 있는 기성의 부품을 이용해 제작됐으며 은 나노와이어 표면에 어떤 물질을 배열하느냐에 따라 글루코스 이외 다른 호르몬이나 단백질 같은 생체분자의 농도측정에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

김진웅 교수는 "글루코스 센서는 넓은 측정범위에서 소량의 땀이나 눈물, 침으로도 글루코스 농도를 정확히 측정할 수 있으며, 콜로이드 입자기반의 2D 배열 기술을 적용했다는 점에서 큰 의미가 있다"며 "스마트워치 같은 소형 멀티 디바이스 안에 포함돼 바이오센서로서 기능할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’의 표지논문으로 선정돼 지난 8월 26일 공개됐다.