내쉬는 숨 속에 포함된 화학물질을 이용해 폐암을 진단할 수 있는 초고감도 나노 센서가 개발됐다. 연구팀은 이 나노센서가 숨 속의 화학물질을 ppb(parts per billion·10억분의 1=㎍/L) 수준까지 감지할 수 있다며 소규모 테스트에서 폐암 환자의 숨을 구별해내는 데 성공했다고 말했다.

중국 저장대 칭웨 왕 교수팀은 7일 미국 화학회(ACS) 학술지 ACS 센서(ACS Sensors)에서 인듐(Ⅲ) 산화물(In₂O₃) 기반의 나노 플레이크 센서(nanoflake sensor)가 날숨 속 이소프렌(isoprene)을 이용, 폐암을 감지할 수 있다는 사실을 확인했다고 밝혔다.

사람들이 내쉬는 숨 속에는 수증기와 이산화탄소는 물론 폐암 같은 질병을 포함해 몸 안에서 일어나는 다양한 생리적 현상에 대한 단서가 될 수 있는 화학물질이 다수 포함돼 있다. 과학자들은 이런 물질을 이용해 질병을 진단하는 방법을 개발하기 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 연구팀은 특히 날숨 속에 미량 들어 있는 휘발성 화학물질 이소프렌은 폐암이 있을 경우 그 양이 감소하는 것으로 알려져 있다고 말했다.

그러나 이런 작은 변화를 감지하려면 센서의 민감도가 ppb(parts per billion·10억분의 1=㎍/L) 수준까지 감지할 수 있을 만큼 높고 이소프렌을 다른 휘발성 화학물질과 구별하고 습도에도 강해야 한다고 지적했다.

연구팀은 이 연구에서 기존 가스 센서 개발에 사용돼온 인듐(Ⅲ) 산화물(In₂O₃) 기반의 나노미터 플레이크와 백금(Pt), 니켈(Ni)을 이용해 초고감도 나노 플레이크 센서(Pt@InNiOx)를 만들고, 이소프렌을 2ppb까지 검출하는 데 성공했다. 이어 이 센서를 휴대용 검사 장치로 제작해 폐암 환자 13명으로부터 채취한 날숨과 건강한 실험 참가자들의 날숨에 적용한 결과, 폐암 환자의 날숨 속 이소프렌 수치는 40ppb 미만인 반면 건강한 사람들은 60ppb 이상인 것으로 나타났다.

연구팀은 이소프렌 검출 최저치 2ppb는 기존 센서 성능을 훨씬 능가하는 것일 뿐 아니라 이 센서는 날숨 속에서 흔히 발견되는 다른 휘발성 화학물질보다 이소프렌에 더 잘 반응했고 9번의 검출 실험에서 일관되게 작동했다고 말했다. 이어 이 연구 결과는 나노 플레이크 센서가 폐암 환자의 호흡 속 화학물질의 미세한 변화를 감지해낼 수 있음을 보여준다며 이 기술은 비침습적 폐암 검진에 획기적인 발전을 가져와 환자의 예후를 개선하고 생명을 구할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 덧붙였다.

◆ 출처 : ACS Sensors, Qingyue Wang et al., 'Ultrasensitive In2O3‑Based Nanoflakes for Lung Cancer Diagnosis and the Sensing Mechanism Investigated by Operando Spectroscopy', http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.4c01298