국내 연구진이 인공 소변에서 선택적으로 요오드를 검출할 수 있는 이그조(IGZO) 기반의 바이오센서 개발에 성공했다.
IGZO는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)으로 구성된 비정질 반도체 물질이다.
30일 아주대 박성준 전자공학과 교수와 김주희 약학대학 교수 공동연구팀에 따르면 높은 선택성과 민감도를 기반으로 요오드를 검출할 수 있는 IGZO 기반의 바이오센서 개발에 성공했다.
이 연구는 ‘요오드의 정량분석과 신속 검출을 위한 IGZO 기반 전해질 박막트랜지스터’라는 제목으로 국제 학술지인 '센서스 앤 액츄에이터 비:케미칼' 11월 27일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 아주대 약학과 석박사과정 황철진 학생이 제1저자로, 전자공학과 석사과정 곽태현 학생과 가천대학교 전자공학과 김창현 교수가 공동 저자로 참여했다.
요오드는 내분비계의 필수적인 생물학적 음이온이다. 하지만 전 세계 인구의 약 29%는 체내 요오드 농도와 관련된 문제를 호소하고 있다.
임산부에게 요오드가 부족하면 갑상선 기능 저하증으로 이어진다. 이는 태아 신경 인지능력 발달에 부정적 영향을 미친다. 요오드를 과다 섭취하면 자가면역 갑상선염과 같은 갑상선 기능 장애를 유발한다. 따라서 산모와 태아의 건강을 위해 적절한 체내 요오드 농도 유지가 필수다.
이전까지 소변에서 요오드 농도를 측정하는 방식은 소변 내의 다른 이온 및 특정 물질들의 간섭과 요오드 자체의 농도가 낮아 어려움이 많았다. 이로 인해 플라스마 질량 분석법(ICP-MS), 해상도 질량 분석법(HR-MS) 등의 방법을 사용했지만, 고가 실험장비가 필요했다. 이 과정에서 준비부터 분석까지 많은 시간이 소요됐다.
박성준 교수 연구팀은 뛰어난 내구성을 지녔으며 대량 생산에도 용이한 IGZO에 주목했다. 대면적 및 대량 생산이 쉽다. 우수한 전자이동도와 내구성도 지닌다. 차세대 투명 디스플레이와 뉴로모픽 및 유해 바이오 물질 검출 센서 개발 등의 연구에 활용되고 있다.
연구팀은 반도체와 전해질 계면에서 요오드 산화 및 환원 반응에 의한 전류 변화를 분석해 인공 소변에서 요오드의 농도를 성공적으로 정량했다. 이를 바탕으로 세계보건기구(WHO)에서 제안한 학동기 아동 소변의 요오드 농도를 기준으로 실시간 및 연속적으로 요오드를 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
박 교수는 “이번에 개발된 바이오센서는 요오드 뿐만 아니라 다양한 생체 물질을 검출할 수 있는 핵심 센서 플랫폼 기술”이라며 “실시간 생체 모니터링 및 생체 물질 탐지 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다”고 말했다.
