한양대 이동윤 생명공학과 교수팀은 최영빈(서울대학교), 전희재(강원대학교) 교수 연구팀과 함께 당뇨 질환의 새로운 진단 방법을 개발했다고 한양대가 4일 밝혔다. 이는 세륨 나노입자를 기반으로 한 나노자임을 활용하여 눈물 내 포도당과의 비색 변화를 통해 혈당을 주기적으로 관리하는 비침습적인 치료 방법이다.

본 연구에서는 산화세륨 나노입자(CNP)와 포도당 산화효소(GOx)로 코팅된 감지 용지를 포함하는 흡인 디스크형 스트립 바이오센서를 개발했다. 이 스트립 바이오센서는 하안검결막(IPC)에 접촉하여 눈에 자극을 주지 않으면서 눈물을 수집할 수 있어 개인의 혈당 수준을 쉽고 빠르게 자가 모니터링 가능하며, 일회용 형식으로 간단하게 사용할 수 있다.

스트립 바이오센서는 0 ~ 2.5 mM의 포도당 농도 범위 내에서 독특한 색상 변화를 생성하며, 고출력 광원이나 복잡한 전자 부품 없이도 즉각적으로 식별할 수 있다. 추가로 최적화된 영상 시스템과 처리 알고리즘을 통해 측정의 정확도를 극대화하여 자가 진단에 대한 적용 가능성과 신뢰성을 높인다.

본 연구팀은 고혈당이 유도된 토끼를 대상으로 한 실험에서, 흡인 디스크형 스트립 바이오센서를 이용하여 고혈당 토끼 눈의 하안검결막(IPC)에 접촉하여 눈 자극 없이 눈물을 채취할 수 있음을 확인했고, 센서의 성능과 정량적 효능을 성공적으로 검증했다.

이 연구는 세륨 산화 나노입자의 이점과 이미지 처리 알고리즘 및 사용자 친화적인 바이오센서 디자인을 결합하여 눈물 포도당 모니터링에 대한 포괄적인 접근 방식을 제시한다. 이러한 결과는 완전 자동화 및 안전한 눈물 포도당 모니터링 시스템의 잠재력을 강조하고 주기적인 당뇨 관리를 가능하게 한다는 것에 의의가 있다.

이번 연구는 생체재료분야 및 의공학 분야 세계적 학술지 「Biomaterials Research (IF:15.863)」에 지난 2023년 12월 18일에 게재됐다.

해당 논문 「Chromophoric cerium oxide nanoparticle-loaded sucking disk-type strip sensor for optical measurement of glucose in tear fluid」는 한양대 생명공학과 박시진 박사, 서울대 남동연 박사, 강원대 전희재 교수, 서울대 한재훈 박사가 제1저자로 참여하고, 이동윤 교수와 최영빈 교수가 교신저자로 참여했다.