전 세계적으로 바이오·헬스케어 시장은 크게 확대되고 있다. 또한 팬데믹 대비 및 대응을 위해 비침습적 질병 감지 플랫폼 개발이 필요하다. 본 연구에는 SARS-CoV-2, MMP-9, 아질산염 이온 및 pH의 무표지 검출을 위한 전기화학 및 비색 바이오센서를 연구하였다. 첫 번째로 표지나 촉매 없이 단백질을 정량화할 수 있는 전기면역흡착 분석법(El-ISA)을 이용하여 코로나 바이러스 중 뉴클레오캡시드 단백질을 검출하였다. 우선 96웰-플레이트 바닥에 뉴클레오캡시드 단백질 항체를 2 ㎍/mL 코팅한 후 단백질 농도는 10 ng/mL부터 0 ng/mL 로 결합하였다. 샌드위치 분석을 위해 단백질 항체를 20 ng/mL 로 반응시킨 후 항체-항원-항체 반응 후의 남은 항체를 시스템으로 실시간으로 측정하였다. 항원 농도에 따라 어드미턴스가 변화하는 것을 평가하였으며 혈청이 스파이크 단백질과 함유된 용액을 이용하여 민감도와 선택성 또한 확인하였다. 검출 한계는 0.1 ng/mL 이며 검출 범위는 10 ng/mL 다. El-ISA 전략은 형광 면역 분석 데이터로 교차 검증되었다.
두 번째로는 형광 또는 눈으로 확인할 수 있는 비색 센서를 개발하여 기질금속단백질분해효소 (MMP-9), 아질산염 및 pH를 농도별로 감지하였다. 첫 번째로, 기질금속단백질효소는 염증반응에 관여하는 효소로서, 창상 등의 상처 심각도를 나타내는데 사용된다. 기질금속단백질분해 효소 감지를 위한 바이오센서는 하이드로젤 기반으로 개발되었으며 펩타이드와 반응 시 특정 서열이 끊어지며 형광이 발생하는 원리를 이용하였다. 검출 한계는 160 ng/mL이고 검출 범위는 0~5 ㎍/mL 다. 일산화 질소는 인체 내에서 생성되는 신호전달 물질 중 하나로 생리과정을 담당할 뿐만 아니라 염증 과정에서 생성이 증가하여 급성 및 만성 염증에도 중요한 마커로 알려져 있다. 본 연구에서는 하이드로젤을 이용하여 아질산염을 감지할 수 있는 센서를 개발하였다. 첫 번째로 유리섬유에 제조하여 밴드에 부착할 수 있도록 제작하였으며 두 번째로는 순수한 하이드로젤 시트에 제조하여 드레싱 밴드 등에 부착하였다. 아질산염 센서는 N-1-나프틸에틸렌디아민이염산염과 설파닐아마이드를 유리섬유 및 하이드로젤 시트에 각각 고정하여 두 시약사이의 결합을 통해 아조 다이로 변하는 것을 관찰하였다. 건강한 강아지 소변에 아질산 나트륨 시약을 농도별로 넣고 센서 위에 떨어뜨려 색 변화를 관찰하고 이미지 프로그램을 사용하여 RGB를 추출하였다. 검출 한계는 50 μM이고 검출 범위는 10 mM 이다. pH는 상처 및 염증이 회복하면서 염기성에서 산성으로 이동한다. 본 연구에서는 상처 치유 정도를 판단하기 위해 pH를 감지할 수 있는 하이드로젤 센서를 제조하였다. 범용 지시약은 하이드로젤에 고정되며 1~12 단계의 pH를 감지할 수 있다. pH 단계 중 산성보다 염기성 표준용액에서 색 변화가 크게 나타났다. 스냅샷과 이미지제이 프로그램을 사용하여 비색센서 반응 전과 후의 RGB 차이를 계산하는 데 사용됩니다. 염기성표준용액에서 색 변화가 크게 나타나기 때문에 pH 센서가 상처 치유 진단에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 세 가지의 비색 센서는 의료용 패치에 부착할 수 있는 장점이 있기 때문에 차후 다중 감지 센서 플랫폼으로 확장 가능할 것으로 예상한다.