가톨릭대 연구진, '황 도핑 탄소점' 활용해 생체 내 구리이온 감지기술 개발 … 싸고 빠르게 파킨슨병 등 정밀 감지

가톨릭대학교는 바이오메디컬화학공학과 나건·강민호 교수 연구팀이 한양대 신소재공학과 정현도 교수와 함께 '황 도핑 탄소점'을 활용해 생체 내 구리 이온 농도를 효과적으로 감지하는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

체내에 축적된 구리 이온은 농도에 따라 윌슨병, 멘케스 증후군, 파킨슨병 등 다양한 질환을 유발할 수 있어 이를 정밀하게 감지하는 것이 중요하다. 기존의 구리 이온 감지 방식은 전처리 과정이 복잡하고, 측정 소요 시간과 비용이 많이 든다. 다른 물질에 의한 간섭 문제가 발생하는 것도 한계로 지적된다.

공동 연구팀은 구리 이온을 특이적으로 인식하고 높은 감도를 가진 나노소재 '황 도핑 탄소점(S_HICA)'을 개발했다. 탄소점은 나노 크기의 탄소 기반 물질로, 형광 특성이 우수하고 생체적합성이 높아 바이오 분야에서의 잠재적 활용성이 매우 높다. 연구팀이 개발한 황 도핑 탄소점은 형광 세기의 변화에 따라 구리 이온 농도 측정이 가능하다. 마이크로웨이브 합성법을 통해 쉽게 제조할 수 있고, 넓은 pH(산성도) 범위(1~11)와 광범위한 온도(20~80℃) 내에서도 신뢰성 높은 결과를 제공한다.

연구 결과 황 도핑 탄소점은 형광 효율이 높고 구리 이온과의 반응 시간이 짧아 세포, 혈액, 동물 모델 등 다양한 생체 환경에서 실시간 구리 이온 측정이 가능했다. 연구팀은 초저온투과전자현미경 등을 활용해 탄소점이 구리 이온과 결합해 복합체를 형성하면서 탄소점의 형광 세기가 감소하는 정적 소광 현상이 나타난다는 것도 규명했다.

나 교수는 "기존의 고가 장비와 복잡한 전처리 과정을 대체할 수 있는 간편하고 빠른 진단 수단을 제시했다"며 "구리 이온 감지 기술의 상용화와 다양한 응용 분야에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 마이크로와 나노 분야의 국제 학술지인 '스몰(Small)'에 게재됐다. 가톨릭대 나건·강민호 교수, 한양대 정현도 교수가 공동 교신저자, 가톨릭대 생명공학과 진민영 박사과정생이 제1저자로 각각 참여했다.