KAIST는 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 가천대학교 바이오나노학과 김문일 교수팀, POSTECH 화학공학과의 한정우 교수팀과 공동 연구해 이같은 성과를 냈다고 7일 밝혔다.

나노자임은 단백질로 이뤄진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질을 말한다. 기존의 효소의 단점으로 꼽히는 안정성, 생산성, 가격적 측면에서 매우 뛰어나기 때문에 기존의 효소가 사용되던 질병 진단 시스템에 그대로 활용될 수 있다.

특히 과산화효소 모방 나노자임의 경우 아세틸콜린, 글루코오스를 포함한 과산화수소를 배출하는 다양한 물질들의 산화효소와 함께 사용될 경우 타깃 물질을 시각적으로 검출할 수 있다는 장점을 가지고 있지만 대부분 산성에서만 활성을 나타내고 아세틸콜린, 글루코오스 등이 최적 활성하는 중성 활성은 거의 없다는 문제가 있었다.

공동연구팀은 기존 나노자임들과 달리 중성에서 활성을 지니며 큰 기공을 가져 산화효소를 적재할 수 있는 원소로 코발트가 최적이라는 것을 범밀도함수이론 예측을 통해 알아내고 코발트를 도핑한 메조 다공성 구조의 산화 세륨을 개발했다.

이를 이용해 만든 종이센서는 글루코오스, 아세틸콜린, 콜린, 갈락토오스, 콜레스테롤, 과산화수소를 동시에 20분 만에 빠르게 검출할 수 있으며 기존 하나씩 검출하던 센서들의 검출한계보다도 더 좋은 성능을 보였다. 60℃의 고온과 60일이 넘는 시간 동안 안정적으로 작동했다.

연구 관계자는 "이번에 담지한 산화효소뿐만 아니라 산화과정에서 과산화수소를 발생시키는 모든 물질들에 대한 종이센서 개발이 가능하고, 기존 효소가 적용됐던 분야들에 나노자임이 대체될 수 있을뿐만 아니라 효소가 사용될 수 없었던 종이센서에도 나노자임이 적용될 수 있음을 보여줌으로써 나노자임의 무궁무진한 확장성을 보여주는 사례가 될 수 있다"고 말했다.

이 교수는 "나노자임은 분야 자체가 시작된 지 오래되지 않았지만, 기존 효소를 대체해 쓰일 수 있다는 잠재성 때문에 폭발적으로 관심이 증가하고 있다"라며 "앞으로 종이 센서뿐만 아니라 각종 진단 및 암 치료에 나노자임을 도입해 진단 및 치료 분야에 큰 도약을 이뤄낼 가능성이 있다"고 말했다.