일본산업뉴스요약

기술로 미래를 개척한다③ :산업기술종합연구소의 도전
타액으로 바로 스트레스를 측정하는 기술 실현
긴장 스트레스 센서

▶ 와키타 신이치(脇田 愼一) : 상업기술종합연구소∙오사카대학 첨단 포토닉스 바이오센싱 오픈 이노베이션 라보라토리 부(副)라보장

히로시마(広島) 출생. 학생 시절 전공한 분리분석과학과 국립연구소 시절의 이온 전극 연구를 기반으로, 신규 분석 디바이스 연구 개발을 추진하고 있다. 여명기부터 디바이스 제작에 착수, 많은 연구 실패 경험을 토대로 공동 연구 기관이 조기에 최전선에서 활약할 수 있도록 하는 것이 꿈이다. 현재 바이오 IoT용 센서 개발을 위한 공동연구 기업을 모집하고 있다.

-- 스트레스를 가시화 --
세계보건기구(WHO)에 따르면, 우울증은 2030년에 세계에서 가장 많은 사람이 앓는 질병이 될 것으로 예상되고 있다. 산업기술종합연구소는 2001년 휴먼 스트레스 시그널 연구센터를 설립해 기존의 심박 변동 분석을 대체할 스트레스 측정 디바이스에 대한 연구를 선구적으로 추진해왔다.

인간이 스트레스를 느끼는 것은 감성이지만, 뇌과학적인 스트레스 학설로서 체계화되어 있어 뇌 안의 스트레스 전달물질을 측정할 경우, 스트레스를 가시화할 수 있다. 뇌 안의 물질 및 혈액 호르몬의 시료를 주사 스트레스 없이 채취하는 것은 어렵다. 이를 해결하기 위해 우리 연구소는 비침습 시료로써 혈액에서 유래한 타액에 주목했다.

스트레스 반응 단계에는 ①자율신경계 ②내분비계 ③면역계 등이 있다. 타액 내의 스트레스 관련 물질로는 ②에서는 코르티솔(Cortisol), ③에서는 분비형 면역 그로브린(Globulin)이 판정 후보이다. 그러나 자율신경계 스트레스를 조기에 탐지해내는 것이 바람직하지만, 자율신경계의 스트레스 관련 물질인 아드레날린은 타액에서는 검출되지 않는다.

이를 위해 기존에는 타액 아밀라제를 측정했지만, 연구소는 그 대신 타액 초산(Acetic acide) 이온에 착안했다. 타액 초산 이온은 긴장 시 혈관 내에 형성되는 혈관 이완 인자인 일산화질소 대사물질이다.

-- 개발과 실증 --
우리 산업기술종합연구소는 인공 이온채널의 재료 설계, 고보류성 액막 용매 설계, 생체 적합성 재료 이용을 통해 FET를 이용한 타액 초산 이온 측정용 센서를 개발했다. 타액을 한 방울 떨어뜨리는 것만으로 10초 안에 바로 농도 측정이 가능하다.

고베(神戶)대학 해사과학부(海事科學部)의 대형 조선 시뮬레이터를 이용한 정신적 긴장 조성 실험에서 실험 참가자의 약 300검체의 타액을 측정. 긴장 상황과 초산 이온 농도가 연관되어 있다는 것을 밝혀냈다. 또한, 요네자와(米沢)영양대학과 줄넘기 전후의 타액을 측정하는 운동 스트레스 실험을 시행. 수 십 검체 측정을 통해 운동 스트레스로 인해 안정된 상태보다 초산 이온 농도가 증가한 것을 알 수 있었다.

-- 바이오 IoT --
유연성이 있는 FET바이오센서를 목표로, 야마가타(山形)대학 공학부와 유기 FET를 이용한 바이오센서 설계 연구를 시행. 또한 오사카대학에 설치한 Open Innovation Laboratory에서는 오사카대학 산업과학연구소와 저소음형 유기 FET 시스템 설계 연구를 추진하고 있다.

이러한 바이오 IoT 기술을 통해 우울증 발생 전의 미병(未病) 스크리닝이 실현되어 2030년에 우울증이 질병 세계 1위가 되지 않기를 염원한다.

 -- 끝 --