[대학저널 임지연 기자] 아주대학교 연구진이 인공 소변에서 선택적으로 요오드를 검출할 수 있는 IGZO 기반의 바이오센서 개발에 성공했다. 소형화와 뛰어난 휴대성으로 요오드의 현장진단 검사에서도 응용이 가능할 것으로 기대된다.
30일 아주대에 따르면 박성준(사진) 전자공학과 교수와 김주희 약학대학 교수 공동연구팀은 높은 선택성과 민감도를 기반으로 요오드를 검출할 수 있는 IGZO 기반의 바이오센서 개발에 성공했다.
기존의 소변에서 요오드 농도를 측정하는 방식은 소변 내 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 사용했으나, 이는 고가의 실험장비가 필요하며 준비부터 분석까지 많은 시간이 소요된다는 단점이 있었다.
이에 박 교수 연구팀은 뛰어난 내구성을 지녔으며, 대량생산에도 용이한 IGZO에 주목했다. IGZO는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)으로 구성된 비정질 반도체 물질이다. 용액공정을 통해 대면적, 대량생산이 쉬우며 우수한 전자이동도와 내구성을 지니고 있어 차세대 투명 디스플레이, 뉴로모픽 및 유해 바이오 물질 검출 센서 개발 등의 연구에 활용되고 있다.
연구팀은 요오드 이온에 의해 IGZO 금속산화물 채널로 구성된 바이오센서의 전류가 즉각적으로 변화하는 현상에 주목했다. 반도체와 전해질 계면에서 요오드의 산화 및 환원 반응에 의한 전류 변화를 분석해 인공 소변에서 요오드의 농도를 성공적으로 정량화한 것이다.
이를 바탕으로 세계보건기구(WHO)에서 제안한 학동기 아동 소변의 요오드 농도를 기준으로 실시간 및 연속적으로 요오드를 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
이번에 개발된 소자는 1마이크로미터(uM)의 요오드 농도까지 분석 가능한 민감도를 지니고 있다. 특히 최대 0.1초 이하의 반응 속도를 보여주고 있어 기존 검사 장비에 비해 빠르고, 0.5V 이하의 저전압 구동이 가능해 소형화 및 휴대성이 증가했다. 또한 지속적인 산화 및 환원 반응을 거치면서도 요오드에 대한 민감도를 유지할 수 있어 향후 현장진단 검사에서도 응용 가능하다.
박 교수는 “이번에 개발된 바이오센서는 요오드뿐만 아니라 다양한 생체 물질을 검출할 수 있는 핵심 센서 플랫폼 기술”이라며 “실시간 생체 모니터링 및 생체 물질 탐지 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다”며 “관련 연구가 지속된다면 각종 질병의 조기 진단, 위험 물질에 대한 안전성 확보와 다양한 환경물질에 대한 검출이 가능할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국전력공사 사외공모 기초연구, 한국연구재단 기초연구사업, 식품의약품안전처 민간식의약촉진지원사업의 지원으로 수행됐다.
관련 연구는 ‘요오드의 정량분석과 신속 검출을 위한 IGZO 기반 전해질 박막트랜지스터(Quantitative and Rapid Detection of Iodide ion via Electrolyte-Gated IGZO Thin-film Transistors)’라는 제목으로 국제 학술지인 센서스 앤 액츄에이터 비: 케미칼 11월 27일자 온라인판에 게재됐다.
연구에는 황철진 아주대 약학과 석박사과정생이 제1저자로, 곽태현 아주대 전자공학과 석사과정생과 김창현 가천대 전자공학과 교수가 공동 저자로 각각 참여했다.
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