TECH BRIEF 02 - 바이오센서(Biosensor)와 식품
민복기 노바렉스 상무
ㅣ 빠르고 정확, 많은 양의 검사가 가능한 차세대 신기술
바이오센서의 역사를 살펴보면 믿기지 않을 정도로 장구하다. 바이오센서라는 용어를 처음 사용한 Karl Cammann은 1960년대에 이미 효소 전극을 활용하여 바이오센서를 개발하였다. 그래서 그는 ‘바이오센서의 아버지’라는 별명까지 얻었다고 한다.
이렇게 개발된 바이오센서는 전기·화학적 변환기와 공간적으로 접촉되는 생물학적 성분으로 구성된 독립형 집적소자라고 정의할 수 있다. 즉 전·화학적 구성과 생물학적 성분의 만남인 것이다.
일반적으로 바이오센서는 어떤 생물학적 성분이 그의 타겟이 되는 물질과 반응시켜 그 반응정도에 따라 일어나는 변화를 변환기를 통해 측정하는 것이다.
이런 바이오센서는 빠르고 정확하며, 경제적으로 동시에 많은 양의 검사를 할 수 있다는 장점이 있기 때문에 다양한 분야에 활용되어 차세대 신기술로 성장하였다.
그래서 식품분야에서도 식품의 원재료, 가공과정, 최종단계의 품질관리를 위해 이 바이오센서를 활용하는 연구가 시작되었다.
당분, 알콜, 아미노산, 유기산, 감미료 등 식품의 주성분을 분석하는 연구도 있었으나, 주로 식품의 오염과 관련된 연구가 많이 이루어져 미생물이나 독성물질을 확인하는 방법으로 연구가 진행되었다.
바이오센서는 농작물 재배에 많이 사용되는 농약과 가축에게 사용되는 항생제의 오염 등을 확인하는 방법으로도 사용되었다.
초기단계의 바이오센서는 주로 탐지자(Probe)로 효소와 변환기로 전극(전위차, 전류측정, 전도율)을 활용하는 방법을 사용하여 아미노산, 요소, 아질산염, 페니실린, 콜레스테롤, 알콜, 아스파탐(인공감미료), 유기산, 핵산 등을 확인하는 기술이 개발되고 사용되었다.
이후 변환기로 전극을 사용하는 방법은 지속적인 연구개발로 광학법(흡광도, 굴절도, 발광, 반사율, 표면 플라즈몬 공명), 열변환기 등이 개발되었다.
그리고 생물학적 탐지자로 항체와 리셉터(Receptor), 핵산, 앱타머(Aptamer), 펩타이드, 세포, 미셀(Micell) 등이 도입되어 이들과 친화력을 갖는 물질들을 확인하는 기술이 개발되었다.
이렇게 합쳐진 방법은 기존 방법인 방사능면역측정법, 효소결합면역법, 형광면역분석법, 발광면역분석법 등과 비교하여 자동화가 가능하고 재현성이 높으며, 분석속도도 빠르고 실시간분석까지 가능한 장점이 있다.
이를 토대로 식품의 성분뿐 아니라 오염에 대한 연구도 수행되어 인간에게 치명적인 질병을 유발하는 미생물, 독소, 농약 등의 확인에도 사용되었다. 가축에게도 사용되어 잔류하는 의약품 등의 확인도 가능하게 되었다.
현재 바이오센서는 더욱 진화하여 현장에서 직접 분석이 가능한 휴대형 형태로도 개발되고 있다.
이렇게 개발되는 바이오센서는 원재료뿐 아니라 식품의 제조과정, 최종 완제품까지 실시간으로 정확하고 재현성 있는 분석이 가능하게 하여 소비자에게 보다 안전하고 신선한 식품을 제공하는 밑거름이 되고 있다.
2010년도를 기준으로 보면 식품분야 논문이 전체 바이오센서 실적의 4%에 지나지 않았지만, 2014년 1월 현재 ‘Pubmed’01 를 활용하여 확인하면 바이오센서 논문이 약 34,000여 편이 발표되었고 식품분야는 2,000여 편이 발표되어 약 5.9% 정도를 차지하는 것으로 나타났다. 식품분야의 연구가 지속적으로 늘어나고 있는 것이다.
(01 미국 국립생물공학센터(National Center for Biotechnology Information ; NCBI)가 운영하는 문헌정보 데이터베이스로 생명공학 정보를 제공하고 있다.)
우리나라 연구개발 투자추이
(2009~2012)
