왼쪽부터 광주과학기술원(GIST) 기계로봇공학과 석박사통합과정 이예성 학생, 즈바노브 알렉산더 연구교수, 양성 교수. GIST 제공
국내 연구진이 병원 대형 장비 없이도 소량의 혈액만으로 고정밀 혈액검사가 가능한 차세대 바이오센서를 개발했다. 혈액 지표 분석 정확도가 기존 임상 장비 대비 95%에 달했다. 향후 심혈관 질환 조기진단과 개인 맞춤 건강관리의 새로운 도구가 될 것으로 기대된다.
광주과학기술원(GIST)은 양성 기계로봇공학과 교수 연구팀이 '미세유체 전기화학 임피던스 센서(MEIS)'를 활용해 적혈구의 형태와 전기적 특성을 동시에 분석하고 주요 혈액학적 지표를 산출하는 플랫폼을 구현했다고 3일 밝혔다.
MEIS는 미세유체 채널에 전극을 배치해 흐르는 혈액의 전기화학적 임피던스를 실시간 측정하는 장치다. 세포를 손상시키지 않고 세포막·세포질의 특성과 형태 변화를 정밀하게 포착할 수 있다. 임피던스는 전류가 흐를 때 얼마나 방해받는지를 나타내는 값이다.
연구팀은 적혈구가 등장액·저장액·고장액 등 다양한 삼투 조건에서 부풀거나 수축하는 과정을 광학 현미경과 홀로토모그래피 현미경으로 관찰했다. 이어 전극이 부착된 미세유체 채널을 통해 다중 주파수로 분석했다. 분석된 데이터를 바탕으로 혈장과 적혈구 내부의 유전 특성, 헤모글로빈 주변 수화 구조까지 반영한 새로운 해석 모델을 구축했다.
새로운 해석 모델은 임상 혈액검사에서 활용되는 6가지 핵심 지표인 적혈구 수, 헤모글로빈 농도, 헤마토크릿, 평균 적혈구 용적, 평균 적혈구 헤모글로빈, 평균 적혈구 헤모글로빈 농도를 산출하는 데 성공했다. 병원 임상 장비 결과와 95% 이상 일치했다. 혈장 점도와 적혈구 내부 유체의 점도까지 평가해 기존 '쿨터 계수기 방식'보다 정밀한 건강 상태 분석이 가능함을 입증했다.
연구를 이끈 양성 교수는 “혈액 속 수분 변화를 반영한 정량 분석법을 구현해 실시간 혈액검사와 현장 진단 기기 개발의 출발점이 될 것”이라며 “개인 맞춤형 건강관리와 조기질환 진단에 폭넓게 활용될 수 있다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 '어낼리티컬 케미스트리' 온라인판 표지논문으로 지난달 26일 게재됐다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1021/acs.analchem.5c01251
출처 동아사이언스