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  • 우수한 바이오센서를 만드는 전도성 히드로겔등록일 : 2015/01/25
  • 텍사스 대학의 오스틴 캠퍼스(University of Texas at Austin)와 난징 대학(Nanjing University)의 연구진은 혈당, 요산, 콜레스테롤 등의 다양한 인간 대사산물을 검출할 수 있는 새롭고 플렉서블한 바이오센서를 개발했다. 이 장치는 나노구조로 된 전도성 폴리머 히드로겔(hydrogel)로 만들어지고, 매우 민감하고, 단지 한 방울의 혈액으로 대사산물을 검출할 수 있다.

    “대부분의 이전 바이오센서들은 한 가지 종류의 대사산물을 검출하는데 수많은 전극 재료들을 사용한다”고 Guihua Yu와 Lijia Pan은 말했다. “지금까지 어떤 단일 전극 재료도 한 종류 이상의 대사산물을 검출할 수 없다. 이와는 대조적으로, 전도성 고분자인 히드로겔 기반의 바이오센서들은 광범위한 대사산물을 검출할 수 있다. 우리의 연구는 단지 한 개의 전극 재료로 만들어진 칩 위에 간단하고 저렴한 센서 어레이를 제조할 수 있는 최초의 단계”고 그들은 언급했다. 

    히드로겔은 용해 없이 다량의 수분을 보유하고 생체 조직 구조와 유사한 구조를 가지는 3차원 폴리머 네트워크이다. 또한 그들은 처리하고 가공하기가 쉽다.

    이번 연구진에 의해서 만들어진 새로운 장치는 백금 나노입자로 개질된 전도성 폴리머 히드로겔 전극을 기반으로 한다. 이번 연구진은 바이오전극을 형성하기 위해서 유리상의 탄소 전극 위에 백금 나노입자, 특정 효소, 히드로겔 선구체를 증착시킴으로써 센서를 만들었다. “우리는 백금 나노입자가 효소 반응 속에서 생성된 과산화수소를 촉매로 하는 합성 바이오센서를 만들었다. 우리는 이 장치 속의 전류를 강화하기 위해서 우리의 디자인 속에 효소를 결합시켰다”고 Yu가 설명했다.

    히드로겔/백금 나노입자/효소 전극 시스템은 매우 잘 작동하고, 높은 민감도로 서로 다른 인간 대사물질을 검출할 수 있다. 예를 들어, 이것은 0.07–1 mM 범위의 요산, 0.3–9 mM 범위의 콜레스테롤, 0.2–5 mM 범위의 중성 지방을 검출할 수 있다. 이런 측정을 수행하는데 약 3초 정도 걸린다. 이런 대사 물질을 빠르고 쉽게 검출하는 것은 환자의 상태를 모니터링하고 임상 진단을 하는데 중요할 것이다.

    “우리는 포도당, 요산 콜레스테롤, 중성 지방을 매우 빠른 시간에 검출할 수 있다”고 Pan은 말했다. “이것은 당뇨병, 통풍, 심혈관 질환과 관련된다. 이 연구의 다음 단계는 우리의 장치로 검출할 수 있는 대사산물의 범위를 확장하는 것이다. 예를 들어, 당화 헤모글로빈(glycosylated haemoglobin)과 haemochrome 등을 들 수 있다”고 Pan은 덧붙였다. 

    이 연구에 참여하지 않는 스탠포드 대학(Stanford University)의 Zhenan Bao는 다음과 같이 말했다: 이 새로운 연구는 장치 합성 동안에 우수한 호환성을 가지게 하는 매우 영리한 방법이다. “이번 연구진이 달성한 성능은 실제로 인상적이고, 나는 이 방법이 실용적인 분야에 큰 잠재력을 가질 수 있을 것이라고 예상한다”고 Yu가 말했다. 

    이번 연구진은 저렴하고 대량으로 칩 위에 다중화 바이오센서를 제조하는데 폴리머 히드로겔을 사용했다. “우리는 이러한 바이오센서가 단지 한 방울의 혈액으로 일반적인 3~4 개의 대사산물을 매우 정밀하게 측정함으로써 환자의 상태를 정확하게 알 수 있게 한다고 생각한다”고 Yu가 덧붙였다.

    이번 연구진은 휴대폰과 같은 휴대용 단말기에 바이오센서를 무선으로 연결할 수 있는 방법을 찾고 있다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “A Nanostructured Conductive Hydrogels-Based Biosensor Platform for Human Metabolite Detection”이라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nl504217p).

    그림. 하이드로겔 기반의 센서.
  • 키워드 : 바이오센서, 전도성, 히드로겔
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑