새로운 나노자임 합성 성공…질병 진단·암 치료 등에 응용 기대

KAIST 생명화학공학과 이진우 교수(왼쪽)와 이준상 박사과정. KAIST 제공

그림 1. DFT 계산을 통해 예측된 코발트를 도핑한 메조다공성 산화세륨이 5개의 산화효소를 적재하여 과산화수소를 포함한 6개 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이센서로까지의 적용되었음을 보여주는 그림. KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 생명화학공학과 이진우 교수팀이 가천대 김문일 교수팀·포항공대(POSTECH) 한정우 교수팀 등과 함께 새 나노자임(Nanozyme) 합성을 통해 6개 표적 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

나노자임은 단백질로 이뤄진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질이다. 인체 속 다양한 화학 반응에 촉매로 작용하는 효소 가운데 특히 과산화효소는 과산화수소를 배출하는 아세틸콜린, 글루코스를 포함한 다양한 물질을 시각적으로 검출할 수 있다.

하지만 산성에서만 활성화하는 과산화효소 모방 나노자임의 경우 중간에 수소 이온 농도 지수(pH)를 조절하기 위해 용액을 변경해줘야 하거나, 최적 지점이 아닌 곳에서 반응이 일어나면 미세한 표적 물질을 검출하기 어려워 바이오 센서로 적용하기에는 무리였다.

연구팀은 산화 세륨 위에 코발트 원소를 도핑하는 방식으로 중성에서도 과산화효소 최적 활성을 지니는 나노자임을 새로 만들었다.

그림 2. 나노자임이 적재한 산화효소에 따라 특정 표적 물질만을 검출한다는 것을 보여주는 그림. KAIST 제공

연구팀은 해당 나노자임을 기반으로 중요한 질병 진단물질인 글루코스, 아세틸콜린, 콜린, 갈락토스, 콜레스테롤의 산화효소를 담아 6개 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다.

20분 만에 6개 물질을 검출할 수 있는 이 종이 센서는 영상 60도의 고온에서도 안정적이고, 60일이 넘는 시간 동안 안정적으로 작동했다.

이진우 교수는 "나노자임은 분야 자체가 시작된 지 오래되지 않았지만, 기존 효소를 대체해 쓸 수 있다는 잠재성 때문에 관심이 급증하고 있다"며 "앞으로 종이 센서뿐만 아니라 각종 진단, 암 치료에 나노자임을 도입하면 진단·치료 분야에서 큰 도약을 이뤄낼 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 2월호에 실렸다.

송현수 기자 songh@busan.com