바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 눈물 중 요산 농도를 검출해 통풍을 진단하는 검사지를 개발했다. 이번 연구는 지난해 12월 14일 나노분야 학술지 <에이씨에스 나노(ACS Nano)> 온라인판에 게재되었다.

진단과 치료가 모두 어려운 통풍

통풍은 체내 요산 농도가 높아지면, 관절에 요산염 결정이 침착되어 통증을 유발하는 질병이다. 지금까지 통풍을 진단하는 방법은 다소 번거로웠다. 우선 혈액 검사를 통해 요산 농도를 확인하고, 통풍이 의심되면 추가로 관절액을 뽑아서 뾰족한 결정을 관찰하게 된다. 또한, 통풍을 확진 받으면 약을 꾸준히 먹으면서 지속적으로 차도가 있는지 관찰해야 한다. 그때마다 매번 피와 관절액을 뽑아야 해 진단 과정은 물론이고, 치료 과정 자체도 환자들에게 고통스러운 과정이었다.

검안용 의료 제품 셔머 검사지 사용해

이번 연구에서 사용한 셔머 검사지(Schirmer Strip)는 일반 종이에 눈물과 반응하는 색소를 넣어 눈 건강을 확인하는 단순한 의료 제품이다. 이미 병원에서는 오래전부터 상용화가 이루어졌다. 연구팀은 검안용 종이에 나노 기술을 적용한다면 눈물을 빠르게 분석할 수 있지 않을까 하는 간단한 아이디어에서 본 연구를 시작했다.

혈액 검사 대체한 눈물 속 요산 농도

연구팀은 수십 개의 눈물 성분 중 요산에 집중했다. 기존 검사는 혈액 속 요산 농도로 이루어졌기 때문에, 이를 눈물 속 요산 농도로 대체해도 되는지 확인이 필요했다. 연구팀은 여기에 요산 농도를 달리한 인공눈물과 파팔라도 메디컬 센터 환자 16명의 눈물을 사용했다. 인공눈물은 셔머 검사지가 요산의 농도 변화를 잡아내는지 확인하기 위해 사용됐고, 실제 눈물은 혈액과 눈물 속 요산 농도에 충분한 상관관계가 존재하는지 확인하기 위해 사용됐다.

라만 분광법으로 요산 농도 측정해 

이번 연구는 기존에 사용되던 검안용 종이에 크게 2가지 기술을 접목했다. 먼저 연구팀은 표면증강 라만 분광법*을 도입해 별도의 표지 없이도 눈물 속 요산 농도를 측정할 수 있도록 했다. 같은 파장의 빛을 비춰도 어떤 종류의 분자인지는 물론 어떤 화학적 구조를 갖고 있는지에 따라 산란광의 파장은 달라진다. 연구팀은 다양한 파장의 빛을 실험에 사용했다. 그 중 633nm의 빛을 비추면 요산의 농도가 높을수록 645nm~705nm 사이의 범위에서 파장이 더 긴 빛이 반사되는 것을 확인했다.

열 증착법으로 입힌 금 나노 섬유 막

표면증강 라만 분광법을 사용하기 위해서는 반드시 빛을 모아주는 과정이 선행되어야 한다. 연구팀은 열 증착법으로 검안용 종이에 금 나노 섬유 막을 입혀 이를 해결했다. 열 증착법은 해당 물질을 높은 온도에서 증발시킴과 동시에, 위에 종이를 받쳐 얇고 균일한 막을 입히는 기술이다. 금 나노 섬유 입자는 나노플라즈노믹스** 특성에 의해 빛을 모으게 된다. 증착하는 금의 두께와 증착 속도를 다르게 하며 금 나노 섬유의 집광도가 최대가 되는 시점도 알아냈는데, 두께는 8nm, 속도는 0.05nm/s가 최적의 조건인 것으로 드러났다. 금의 증착 여부가 눈물의 흡수에 영향을 미치지 않는다는 사실도 실험을 통해 확인했다.

이번 연구는 단순히 통풍을 진단하는 것을 넘어서서 통풍 치료제의 임상 시험을 빠르게 진행하는데 큰 도움이 될 전망이다. 정 교수는 “이번 연구는 요산에 집중해 통풍 진단지를 개발했지만, 눈물 속 다른 생체분자에 초점을 둔다면 기타 질병들도 진단할 수 있을 전망이다”라고 밝혔다.