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배포일자 : 2012. 12. 05(수) 배포번호 : 2012 - 85호
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IT+BT 융합 연구 결실

ETRI, 식품 독소·질병 조기진단 위한 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템 개발

- 다종 검사체를 반도체칩 하나로 진단 및 검출

- 음식물·혈액 한방울로 집에서도 초간편·초고속 진단 가능

- 혈구·혈장 분리 가능한 ‘혈액 전처리 칩’도 함께 개발

한번에 다양한 식품 독소나 질병을 조기에 검진할 수 있는 초간편, 초고속의 분석기기의 핵심기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

ETRI(한국전자통신연구원, 원장 김흥남)는 세계 최초로 다종의 식품 독소나 암 진단을 위한 마커(marker)를 반도체칩 하나로 검출할 수 있는 ‘다중 검사 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템’을 개발했다고 5일 밝혔다.

이번에 개발한 기술은 거대전하 나노입자를 이용한 무전하/저분자의 검출용 시그널 증폭기술과 반도체 CMOS 기술을 이용한 것으로, 그동안 바이오 칩의 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되었던 신뢰성을 개선하기 위한 노력이 돋보인 기술이다. 이 기술은 반도체의 고집적 기술을 활용하여 100개의 나노센서로부터 측정된 값들을 통계적으로 처리함으로써 재현성과 수율(transport number)을 현저히 높이고, 이를 통해 진단의 정확도를 향상시켰다.

뿐만 아니라 ETRI 연구팀은 현장진단용 초고속 혈액 전처리칩도 함께 개발했다. 이 칩을 이용할 경우 일반인 누구나가 의료진의 도움 없이 30초 이내에 전자동으로 혈액 한 두 방울에서 혈구와 혈장을 분리할 수 있으며, 이를 통해 간편하고 신속하게 혈액 진단검사를 할 수 있게 됐다. 일반적으로 혈액을 이용한 진단검사를 하려면 혈구와 혈장을 분리하는 기술이 요구된다.

이번 연구성과로 식품 독소 및 암 질병 조기 진단이 한층 간편하고 쉬워질 전망이다. 식품 독소 분석은 주로 시료 준비에 장시간이 소요되고 고가장비와 숙련된 전문가에 의해서만 이루어져 왔다. 하지만 앞으로는 일반인들도 쉽게 휴대형 바이오 칩을 통해 식품 독소를 감지할 수 있어, 검역소뿐 아니라 요식업소, 급식소 및 일반 가정에서도 식품안전성의 현장 검사기로 활용이 가능할 것으로 보인다.

현장진단용 의료기기 시장에서도 상당한 파급력이 예상된다. 이번 기술 개발로 로슈(Roche), 지멘스(Simens), 애보트(Abbott) 등 글로벌 기업들이 장악하고 있는 현장진단용 의료기기 시장에서 국산기술을 이용한 국내기업들의 제품 출시가 봇물을 이루고 시장 점유율을 높일 것으로 예상된다.

이번 ETRI의 성과는, 반도체기술, 나노바이오기술, 바이오멤스기술 등을 융합함으로서 반도체칩 하나로 복잡한 진단검사를 정확하게 수행할 수 있다는 점에서 식품위생서비스, 의료서비스는 물론 반도체 시장에도 새로운 성장동력을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

ETRI는 이번 기술과 관련하여 20여 건의 국내외 특허를 출원 완료했으며, 바이오센서 분야 최고 권위지인 『바이오센서즈 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)』의 2012년 3월호에 게재되어 연구결과의 우수성을 대내외에 과시했다.

또 ETRI는 이번 기술의 조기 상용화를 위해 바이오센서, 의료진단기기 업체 등에 기술이전을 추진 중에 있다. ETRI는 산업체로의 기술이전이 완료될 경우 2년 이내에 관련 시장에 제품이 출시될 수 있을 것으로 내다보고 있다.

성건용 ETRI 바이오센서연구팀장은 “이번에 개발된 기술은 어느 현장에서도 다양한 검사체를 반도체 칩으로 쉽고 빠르게 검사할 수 있는 적정기술(appropriate technology)”이라면서 “국내 산업체로의 기술이전 및 상용화 지원을 통해 스마트 헬스케어 시대를 앞당길 수 있을 것이다”고 기대감을 내비쳤다.

한편, 이번 성과는 지식경제부 산업원천기술사업인 ‘바이오 CMOS 전계형 소자 연구 개발“과 교육과학기술부 글로벌프런티어사업인 ’스마트 바이오 센서 시스템 연구‘를 통해 개발됐다.<보도자료 본문 끝>

<참고자료1>

『ETRI 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템』 개요

1

기술 필요성

□ 노령화 사회 및 삶의 질 향상에 따라 건강관리 서비스에 대한 요구가 확산되어 현장진단기기 시장규모의 급속한 증가 예상

□ 한 번에 다양한 질병을 조기에 스크리닝할 수 있는 초간편/초고속 분석기기의 필요성 증대

□ 검역소, 요식업소, 급식소 및 일반 가정의 식품안전성 현장 검사기 요구 증대

[그림 1] 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템 개요도

2

기술 수준

□ 바이오트랜지스터 셀 10~1,000개 이상을 하나의 칩에 집적한 새로운 형태의 분석 장치로 바이오분자를 병렬적이고 고속 측정 가능

□ 세계에 전무한 나노채널 FET센서 어레이칩

□ CMOS 제작공정을 이용한 탑다운(top-down) 방식으로 실리콘 나노채널 형성

- 나노채널 표면에서 일어나는 항원-항체 결합을 전기적으로 감지하는 센서 및 리더기 제작기술

□ 거대전하 나노입자를 이용한 무전하/저분자 검출용 시그널 증폭기술(세계최초)

□ 광 어드레서블(addressable) 코팅막을 이용한 다종 바이오 리셉터 선택적 접합 기술(핵심원천기술)

[그림 2] 바이오센서 칩 및 자동 검출 시스템 기술 구성도

<참고자료2>

『ETRI 바이오 센서 칩 및 자동 검출 시스템』 주요 사진

[그림 3] 미세유체 제어부와 함께 패키징된 바이오 CMOS 어레이센서 칩

[그림 4] 현장진단용 초고속 혈액 전처리칩

[그림 5] 소형 자동화 검출 시스템(바이오센서 칩 확대 모습)

[그림 6] 소형 자동화 검출 시스템