스마트 헬스케어에 사용될 바이오 나노센서기술
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | BT 작성일 : 2018.02.21 15:00:48 조회 : 1660 키워드 : 4차산업혁명,스마트헬스케어,바이오나노센서,랩온어칩,맞춤형헬스케어
(요약/배경)
최근 인간수명 100세 시대가 도래하면서, 인간의 질병진단과 개인건강관리에 대한 관심이 증대함에 따라, 건강한 먹거리와 함께 스마트 헬스케어를 위한 다양한 제품이 개발되어 시장에 출시되고 있다. 특히, 나노바이오센서를 이용한 개인건강 모니터링을 비롯한 질병진단 및 사후 관리 제품들은 나노기술과 바이오기술을 접목한 첨단융복합기술로서 기존의 바이오센서의 성능을 향상시키고, 종래에는 불가능한 수준의 검출한계를 뛰어넘는 등, 괄목한 성장을 이뤄내고 있다. 나노바이오센서의 소개와 기술연구동향을 알아보고, 새로운 시장창출을 위한 산업계의 동향을 살펴봄으로써, 향후 국내 나노바이오센서 분야의 발전을 도모하기 위하여 필요한 전략을 알아보자.
(바이오 나노센서란?) 바이오센서는 특정 분자(Analyte)의 감지를 위하여 효소, 항체, 항원, 수용체, DNA 등 여러 종류의 생물분자(Bio Receptor)를 이용하여 분자 수준에서 물질을 검출하고, 물리화학적 신호변환기(Signal Transducer)를 통하여 상호작용을 인식하는 장치임. 바이오 나노센서란 나노입자, 나노패턴, 나노와이어, 나노갭, 나노채널과 같은 나노기술을 이용하여 바이오센서의 성능을 개선하거나, 분자수준에서 물질을 검출하는 센서임. 분석 물질에 대해 신속하고 정확한 검출이 가능하여 의료 분야의 질병진단의 감지한계의 축소가 가능하며, 따라서 측정의 단순, 신속, 민감성이 중요함. 선택성, 측정 범위, 재현성, 반응시간, 수명 등이 나노바이오센서의 성능을 판단하는 지표로 사용됨. 바이오센서는 의료, 산업공정, 환경 모니터링, 군사 등 분야에서 활용됨.
그림1 . 바이오 나노센서 시제품 및 바이오센서 신체착용형태
(국내외 연구개발 기술동향)
미국의 Genetech/Northwestern Univ. 등에서 생물학적 수용체 중 항체의 경우, 최근 나노바이오센서뿐만 아니라, 질병치료제로 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있음. DNA칩, microarray 기술이 처음 개발된 곳도 미국이며, 최근 각광받고 있는 next generation sequencing (NGS) 기술을 포함하여 단백질 어레이 기술, 펩타이드 라이브러리 스크리닝 기술 등에서도 앞선 기술력을 보유함. EU는 Freiburg Institute for Advanced Studies/Imperial College London 등에서, 나노바이오 기술에 대한 지원을 확대해 나가고 있으며, 전기적인 DNA칩 관련 EU 프로젝트도 가동 중이며, 기존의 단백질계 생물학적 수용체를 대신할 수 있는 펩타이드계 생물학적 수용체에 관한 연구비 지원이 곳곳에서 이루어지고 있음. 나노바이오센서를 이용한 자동화기기가 가지고 있는 고효율 검색 (high throughput screening, HTS) 능력을 약물 발견(drug discovery)에 이용하여 빠른 시간 내에 많은 양의 샘플을 분석하고 유력한 후보물질을 찾는 시간과 노력을 줄이고 있음. 세계적인 추세에 맞추어 EU에서도 질병 마커의 빠른 검출, 다중 센싱, 질병 조기진단 등이 가능한 나노바이오센서 플랫폼 기술에 대한 개발이 활발함. 국내는 한국전자통신연구원/연세대학교 등에서 나노구조 및 나노입자를 이용한 바이오칩, 랩온어칩, 나노바이오센서, 맞춤의약 등 미래형원천기술과 중개형 융합기술 개발을 진행함. 이는 POCT, 분자진단, 먹거리안전, 맞춤형 헬스케어 등에 응용됨. 마크로젠/셀트리온 등의 기업체는 산업화가 가능한 기술레벨의 랩온어칩, 바이오칩을 응용하는 체외진단, POCT, 웨어러블 헬스케어 분야에 집중함. 향후 주요 미래기술은 저가의 유전자 기반 질병진단 칩 개발이 될 것으로 예측되며, 이를 위하여 나노 기술과의 접목으로 고감도 바이오센서 개발에 집중하고 있음.
(향후 국내 시장 및 파급효과)
국내 나노바이오센서 시장규모는 2012년 1,922억원에서 연평균 36.5% 성장하여, 2015년 5,220억원으로 확대될 것으로 예측되며, 세부시장으로 DNA칩, 랩온어칩, 단백질칩 순으로 시장규모가 큼. 나노바이오센서는 질병예측 및 진단, 신약개발, 뇌 연구, 유전체 연구분야에서 차세대 전자소자개발에까지 새로운 부가가치를 지닌 국가 기반산업의 창출 및 산업구조 재편에 큰 영향을 끼치고 있음.
Tip
향후, 바이오센서 시장은 세계 및 국내 시장 모두 혈액 내 글로코스 양을 측정하는 분야에 대부분의 역량이 집중되어 있으며, Microarray 기술(DNA chip, protein chip 등)을 이용한 질병진단기술을 이용한 미량 분석 및 다중 분석 기술 등 다양한 분야에서 바이오칩 시장이 성장하고 있음. 국내 나노바이오센서의 단기 아이템으로는 질병진단용 칩이 대부분이며, 기술개발이 진행되면서 관련 제품 개발 또한 활발히 진행될 것으로 예측됨.
<참고자료>☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
www.bioin.or.kr/fileDown.do?seq=31756
<전문용어>
바이오 나노센서, 랩온어칩, 맞춤형 헬스케어