세척 후 여러 번 사용할 수 있는 저비용 액체 생검 센서 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 일회용 센서와 고가 장비에 의존해 왔던 기존 액체 생검의 비용 부담을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

UNIST 전기전자공학과 김명수 교수 연구팀은 KAIST 신우정 교수팀, 연세대학교 강주훈 교수팀과 공동으로 이황화몰리브덴(MoS₂)과 고주파(RF)를 활용한 재사용 가능한 고감도 액체 생검 센서를 개발했다고 12일 밝혔다.




(좌측부터) 김명수 교수, 신우정 교수( 메이저릴게임사이트 KAIST), 이승찬 연구원, 최은호 연구원(KAIST). 제공 유니스트.


액체 생검은 조직을 직접 채취하지 않고 혈액이나 체액 속에 존재하는 DNA 조각을 분석해 암 여부를 진단하는 기술이다. 다만 기존 방식은 센서가 대부분 일회용이거나 제작 공정이 복잡해 검사 비용이 높다는 한계가 있었다.
릴게임사이트 연구팀이 개발한 센서는 이황화몰리브덴 잉크를 기판 위에 도포한 뒤 회전 공정을 거쳐 용매를 제거하는 방식으로 제작된다. 공정이 단순해 제작 비용이 낮고, 사용 후에는 특수 세척 용액으로 씻어내기만 하면 최대 5회까지 재사용할 수 있다.
진단 과정은 센서 표면에 환자의 체액을 떨어뜨린 뒤 고주파(RF)를 조사해 신호 변화를 측 백경게임랜드 정하는 방식이다. 표적 DNA가 센서에 결합하면 유전율과 저항이 변하고, 이로 인해 고주파 신호의 공진 주파수가 이동한다. 연구팀은 이 변화를 분석해 DNA 존재 여부를 판별한다.
특히 이 센서는 기존 유전자 분석 기술로는 검출이 어려웠던 '단일 가닥 DNA(ssDNA)'만을 선택적으로 감지할 수 있다. 단일 가닥 DNA는 말기 암 환자나 릴게임바다이야기 림프절 전이가 발생한 환자의 체액에서 고농도로 발견되는 바이오마커다. 일반적으로 DNA는 두 개의 단일 가닥이 결합한 이중 나선 구조로 존재한다.
실험 결과, 연구진은 암 진단 지표로 활용되는 'AluSx1' 유전자 DNA 조각을 154.67nM(나노몰)이라는 매우 낮은 농도까지 정확하게 검출하는 데 성공했다.

바다이야기룰 센서 재사용이 가능한 이유는 세척 용액의 구성에 있다. 세척액에는 상보 염기가 포함돼 있어, 센서 표면에 붙어 있던 단일 가닥 DNA가 세척 과정에서 상보 염기와 결합해 이중 나선 구조를 형성한다. 이렇게 형성된 이중 나선 DNA는 별도의 처리 없이도 센서 표면에서 자연스럽게 떨어져 나간다.




재사용 할 수 있는 액체 생검 센서의 구조와 작동 및 재생 과정. 제공 유니스트.


이번 연구는 김명수 교수와 신우정 교수가 교신저자로 참여했으며, UNIST 이승찬 연구원과 KAIST 최은호 연구원이 제1저자로 연구를 주도했다.
공동 연구팀은 "암 전이와 밀접한 단일 가닥 DNA를 저비용으로 검출할 수 있게 돼, 향후 실제 임상에서 암전이 조기 진단과 예후 모니터링 비용을 획기적으로 낮출 수 있을 것"이라며 "병원을 넘어 가정에서도 손쉽게 암 예후를 관리할 수 있는 자가 진단 기기와 스마트 헬스케어 시스템으로 발전시켜 나갈 계획"이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구(신진연구) 국가아젠다 기초연구, 기초연구실지원사업, BRIDGE융합연구개발사업, 정보통신기획평가원(IITP) 지역지능화혁신인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 센서 분야 국제학술지인 'Sensors and Actuators B: Chemical'에 지난 1월 22일 온라인으로 게재됐다.