날숨에는 폐암 등 일부 질병에 대한 화학적 단서가 포함돼 있다. 이런 화합물을 감지하는 방법을 찾아내면, 의사가 조기 진단을 내리고 환자의 예후를 개선하는 데 큰 도움이 된다. 연구팀은 사람의 날숨 속 화학물질인 이소프렌 수치의 감소가 폐암의 존재를 나타낼 수 있다는 사실을 알아냈다. 연구 결과, 폐암에 걸리면 날숨의 이소프렌 수치가 60ppb 이상에서 40ppb 미만으로 뚝 떨어지는 것으로 나타났다. 하지만 이런 작은 변화를 감지하려면 10억분의 1(1 PPB: ㎍/L) 수준의 이소프렌 수치를 감지할 수 있는 매우 감도가 높은 센서가 필요하다. 또한 센서가 이소프렌을 다른 휘발성 화학물질과 구별하고, 호흡의 자연 습도를 견뎌낼 수 있어야 한다.
연구팀은 호흡에서 자연적으로 발생하는 수준에서 이소프렌을 감지할 수 있도록 특정 센서(산화 인듐 기반 센서)를 개선해 일련의 ‘인듐 산화물 기반 나노플레이크(Nanoflake) 센서’를 개발해냈다. 실험 결과 백금(Pt), 인듐(In), 니켈(Ni)이 들어 있는 특정 유형(Pt@InNiOx)이 가장 우수한 성능을 보였다.
연구팀의 리우 핑웨이 박사(화학생물공학)는 “초고감도 나노 크기의 센서를 개발한 뒤, 폐암 환자 13명에 대해 테스트했다. 그 결과 이들 환자의 호흡 화학에서 나타나는 중요한 변화를 구별하는 데 성공했다”고 말했다. 개발된 ‘초고감도 나노 센서’는 2ppb의 낮은 이소프렌 수치도 감지할 수 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 이 감지 기술이 폐 조직을 떼내 검사하는 생검이 아닌, 비침습적 폐암 검진에 획기적인 발전을 가져올 수 있을 것으로 내다봤다.
이 연구 결과(Ultrasensitive In2O3‑Based Nanoflakes for Lung Cancer Diagnosis and the Sensing Mechanism Investigated by Operando Spectroscopy)는 국제학술지 ≪미국화학학회 센서(ACS Sencers)≫에 실렸다.