[뉴스비전e 박준상 기자] 최근 들어 바이오센서의 감지기능을 대폭 개선시킨 '나노 바이오센서(Nano Biosensor)'에 전세계 의료계의 관심이 증폭되고 있다. 

나노입자, 나노튜브 막대 및 와이어에 이르기까지 다양한 나노물질을 사용해 훨씬 빠르고 정밀하게 탐지 분석을 할 수 있기 때문이다.

특히, 의료 패러다임이 '치료'에서 '예방 및 진단'으로 바뀌면서 조기진단, 초민감 감지 등 환자모니터링이 가능한 나노바이오센서가 혁신을 불러올 것이라는 기대가 높아지고 있다. 

나노바이오센서가 IT, NT 기술과 BT기술을 융합한 U-헬스케어의 핵심 기반으로 주목받기 시작하면서, 글로벌 기업들이 시장 선점을 위해 앞다퉈 기술개발 및 제품상용화에 나서고 있다. [편집자 주]

[①산업 각분야 적용...고속성장 전망에 연구 경쟁] 

암, 플루, 바이러스 등을 혈액에서 쉽게 찾을 수 있다는 점에서 나노바이오센서에 가장 먼저 주목한 곳은 의료계다. 

적은 비용과 상대적으로 짧은 시간으로 질병의 원인 및 상황 등을 찾을 수 있어 당뇨병, 암, 플루 등의 조기 발견 및 치료에 적용될 전망이다.  

이에 대한 연구에 독일 프라운호퍼 등 세계 유수의 연구소가 적극 나서고 있다.  

◆의료·식품 등 다양한 분야에 적용..."관련 산업 연평균 9% 고성장"

시장조사기관 데이타브릿지마켓은 지난달 보고서를 통해 2016년 약 18조원(160억 달러)에 머물렀던 전세계 바이오센서 시장규모가 올해부터 2024년까지 연평균 9.10%씩 고성장할 것이라고 예상했다. 

바이오센서가 의료뿐 아니라 식품까지 다방면에 걸쳐 적용될 것으로 전망되기 때문이다. 

이에 대한 연구 형태도 국가에 따라 다양하다. 

플루가 자주 발병하는 싱가포르 및 홍콩 등 동남아시아권은 플루에 이 기술을 적용하는 연구가 집중적으로 진행된다. 

2016년 3월 홍콩기술대학(Hong Kong Polytechnic University)의 응용 물리학과 산하 생물학과 인터 벤션 공학과는 신종 플루에 대한 급속한 검출을 위해 새로운 나노 바이오 센서를 공동 개발했다. 연구진은 바이러스 탐지를 위한 발광 에너지 전달(LRET)이라는 광학적 방법을 사용했다. 

이를 통해 기존보다 10배 이상 시간을 단축한 1~2시간으로 플루 검출 단계를 간소화할 수 있다고 연구진은 설명했다. 

한국의 연구소와 대학은 나노바이오센서 기술을 암진단 및 전이 그리고 치료에 집중하는 양상이다. 

대표적인 연구개발성과 중 하나로, 올해 천진우 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단장 연구팀이 개발한 나노입자 조영제를 꼽을 수 있다. 

이 기술은 나노입자 또는 나노바이오센서를 혈액 속에 넣고 암세포의 단백질과 반응하도록 해 병이 있는 부위만 찾아내는 원리이다.

주사기로 혈액을 채취해 그 안에 암세포와 관련된 물질이 있는 지를 찾는 기존 방식에 비해 정확도는 10배 이상 높아졌고, 2~3일씩 걸리던 암세포를 구분 시간도 2~3시간 이내로 대폭 줄였다는 설명이다.  

◆ 유비쿼터스 헬스케어·통합 의료로 적용 분야 확대 

바이오센서는 생물학적 상호 작용을 이용해 물질을 추정하고, 변환 및 전자 기계적 해석을 통해 상호 작용을 판독 가능한 형태로 평가하도록 특별히 설계된 감지 장치 또는 측정 시스템이라 할 수 있다.

즉, 유전자, 암세포, 환경호르몬 등 특정 물질의 존재 여부를 파악하거나 감지할 수 있는 바이오 소자를 지칭하는 것으로, 일반적으로 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 생체 수용체(Bioreceptor), 신호 변환기(Signal Transducer) 및 검출기(Detector)로 구성된다.

바이오센서의 주요 기능 또는 목적은 생물학적으로 특정한 물질을 감지하는 것으로, 이런 물질은 주로 항체, 항원, 효소, 단백질,면역 분자, DNA 등이다.

즉, 생물학적으로 민감한 다른 물질을 사용해 특정 생물학적 물질을 감지하는 것이다.

바이오센서의 경우에는 두 가지 기준, 즉 분석 대상 물질의 유형과 사용된 신호 전달 메커니즘을 기준으로 센서를 분류한다.

예를 들어, 바이오센서를 통해 항원이나 효소를 스크리닝하는 경우, 분석 대상 물질의 성질에 따라 항원 바이오센서 또는 효소 바이오 센서로 구분된다.

마찬가지로, 감지 메커니즘과 관련해 주요 유형은 전기 화학, 열량계, 광학 및 음향 등으로 나눠진다.

반면에 나노바이오센서의 유형은 매우 다양하다. 나노바이오센서가 기존 센서기술에 나노 물질을 이용해 성능을 향상시킨 것이기 때문이다.

나노바이오센서는 나노물질과 나노전자 소자를 결합시켜 만든 새로운 개념의 센서로 나노 기술, MEMS 기술, 구조체 기술 및 제어기술 등이 포함하고 있다.