계명대학교 의과대학 의용공학과 허윤석 교수팀은 혈액 내에 존재하는 바이오마커(biomarker)인 글루코스(Glucose)와 당화혈색소 (HbA1C)를 동시에 측정할 수 있는 무표지 (label–free) 방식의 전기화학 기반 면역 바이오센서 (Immuno Biosensor)를 성공적으로 개발했다.
이 연구결과는 바이오센서 (Biosensor) 분야 세계적 권위지인 “Biosensors and Bioelectronics” (I.F.: 12.545, 관련 분야 상위 2.87% 이내) 에 “Label-free electrochemical detection of glucose and glycated hemoglobin (HbA1c)” 이란 논문 제목으로 온라인판에 우선 게재됐고 2023년 2월호에 최종 출간될 예정이다.
글루코스(포도당)는 인체에서 에너지 생산을 위한 주요 대사 기질 중 하나로, 혈당을 모니터링하면 다양한 만성 건강 상태(당뇨병, 고혈압, 지방간)를 이해하는데 도움이 된다.
그러나 혈당 농도는 단기간에도 식단과 신체 활동에 따라 자주 변동하게 되는데, 당화혈색소(HbA1c)를 혈당과 함께 측정 가능하게 함으로써 장·단기적인 혈당 상태를 제공해 혈당만을 측정시 발생하는 단점을 보완할 수 있을 뿐만 아니라 급성 및 만성 증상과 같은 혈당 상태에 대해 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다.
허 교수팀은 하나의 센서 베이스에 글루코스 농도를 측정하는 반응전극과, 당화혈색소 농도를 측정하는 반응전극을 구비해, 한 스트립센서 내에서 한 방울의 혈액 시료 샘플을 도포해 글루코스 농도 및 당화혈색소 농도를 전기화학적으로 동시 측정할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
개발된 바이오센서의 효과적인 검증을 위해 사람 혈액 샘플을 이용해 혈당과 당화혈색소를 측정한 후 각각의 값을 한 축으로 하는 2차원 차트를 제시해 측정 대상의 건강 상태를 정상 상태, 고도 상태, 위험 상태의 세 그룹으로 성공적으로 분류했다.
특히, 무표지 방식으로 당화혈색소를 측정하기 위해 스크린 인쇄 전극(Screen printed electode, SPE)의 탄소 전극(carbon electrode)에 금나노입자 (Gold Nano Flower, GNF)를 형성해 신호의 민감도(sensitivity)를 향상시켜 당화혈색소 농도별 검량곡선을 확보했다.
현재 허교수팀은 이러한 연구결과를 바탕으로 건강상태를 손쉽게 확인할 수 있는 POCT(point-of-care test; 현장검사) 장비를 개발할 수 있는 원천기술 확보를 위해 연구를 진행 중에 있다.
본 연구는 허윤석 교수가 교신 저자, 허 교수의 지도학생인 타파 무케시 (계명대 대학원 의학과 의용공학전공 박사과정)가 제 1 저자로 논문을 게재했으며 과학기술정보통신부 기초연구실 (Basic Research Lab, BRL) 지원사업, 한국연구재단 기본연구, 보건복지부 연구중심병원 R&D 육성사업 (연세대 세브란스병원과 공동연구) 과제지원을 받아 수행한 연구 결과이다.