이제는 우리 삶에 완전히 녹아들은 "바이오센서"를 아라보자!

바이오센서가 무엇일까?

바이오 센서는 생물학적인 요소들, 예컨대 효소, 항체, DNA, 영양소,
기타 화학적 분자들을 감지하는 생명과 관련된 모든 장치들을 말합니다.

이러한 센서들은 의료나 환경모니터링, 식품에대한 안전이나
생명과학 연구 등 다양한 분야에 활용되고 있죠.

바이오 센서의 기본 원리

바이오 센서는 일반적으로 세 가지 주요 요소로 구성되고있습니다.
1. 생체 인식 요소 : 예를들어 포도당이나 단백질, 병원체와같은
특정 분자들을 감지하는 지표들을 이야기합니다.
2. 변환기 : 이러한 지표들이 감지한 신호를 전기적, 광학적, 기계적,
열적, 화학적 신호 등등으로 변환시켜주는 요소입니다.
3. 신호 처리 시스템 : 이런 신호들을 추출하고 통계적, 수학적 기법을통해
데이터를 처리하고 사용자에게 알아듣기 쉬운 상태로 해석해주는 요소입니다.

바이오 센서의 종류

최근 코로나19와 같이 전세계적으로 이슈가 되는 질병들을 우선적으로 센싱하는 다양한 장치들이 등장하고 있습니다.
1. 분자진단센서 : 주로 낮은 농도의 바이러스나, 박테리아, 유전자 변이 등을 감지하기 위한 센서이고
이들의 유전자를 증폭시키는 PCR 기술이나 LAMP 기술등을 통해 적은 농도의 생체분자를 쉽게 검출해내는 기술입니다.

2. 면역진단센서 : 바이러스나 박테리아, 기타 생물학적 병원체 표면에 붙어있는 항원지표를 항체를 이용해 검출하는 기술입니다.
일반적으로 항체가 붙어있는 substrate에 항원이 섞여있는 용액을 흘려보내주며 검출합니다.
여기서 항체는 구조가 변형되면 색을내거나 빛을내는 물질과 함께 결합되어있어 항원이 들러붙으면 검출되었음을 알려줍니다.

3. 미생물진단센서 : 말 그대로 미생물을 진단해내는 센서이며, 주로 광학적인 요소로 미생물이 실시간으로 자라는 정도를 관측합니다.
단순히 미생물이 자라는 정도를 관측하는것 뿐만아니라 특정 농도의 항생제를 투여했을 때
미생물이 자라는 속도와 군락의 크기정도를 판단합니다. 광학적인 요소로 관측하고, 신호처리 소프트웨어와 인공지능 기술이 접목되기도합니다.

4. 혈당센서 : 최근 다이어트나 혈당관리등에 있어서 활용도가 높은 센서입니다. 침습적인 방법으로 바늘로 환자의 혈액을 채취하고
이 혈액을 센서안으로 흘려주면, 센서내 장착된 당분해효소가 이 당을 분해합니다.
당을 분해할때 나오는 전기적 신호를 검출하고 혈당정도를 파악합니다.
최근에는 팔에 전극침이 달린 패치를 붙여 24시간 이상 연속으로 혈당을 측정하는 연속혈당측정센서도 등장하면서
혈당다이어트를 하는 환자가 아닌 일반인들에게도 인기가 있습니다.

5. 생체전기센서 : 이제는 고유명사가 되어버린 '인바디'가 가장 쉬운 예시입니다. 각종 전해질이 녹아있는 우리몸속에서 흘러나오는
생체전기신호들을 손과 발에 위치한 전극들을 통해 받아들이고 분석하여 체성분 분석을 해주는 장치들입니다.
스마트워치나 스마트링, 스마트폰 등등 각종 소형 웨어러블장비에도 탑재되고있는 상용화가 많이 진행된 바이오센서입니다.

이런식으로 상용화되고 상업적으로 상품화되어 팔리고있는 바이오 센서들 외에도
학술적인 목적으로 다양한 연구실들에서 진행하고 있는 바이오센서들도 존재합니다.
제가 했던 연구로 예를들면, 양성암세포와 악성암세포, 악성이 되기직전의 중간단계의 암세포를
전기적 신호를 통해 구별해내는 센서와 같은것들이 있죠.
상업적으로는 가치가 높지는 않지만, 학술적으로는 흥미로운 주제입니다.

바이오센서의 미래 전망

앞으로는 점점 더 작고 정밀하면서도 실시간으로 모니터링 가능한 바이오센서가 등장하게 될것입니다.
특히 요즘 가장핫한 인공지능과 사물인터넷과 결합하면 더더욱 우리생활 사이사이 깊게 침투할 수 있을것입니다.