[원미숙의 참견] IoT의 핵심기술, 바이오센서

동의대 신소재공학부 초빙교수

최근 에너지 및 자원 절약, 공해 방지, 생산부문의 고효율화와 정밀화, 주택·사무실 각종 기기의 고성능화, 교통 통제 및 재해방지 시스템의 효율화 등 인간의 안전하고 편리한 삶의 실현을 위하여 사물인터넷(IoT)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 사물인터넷이란 생활 속 주변 사물에 모든 정보를 검출하는 장치인 센서를 탑재하여 인터넷을 통해 사물과 사물 또는 사물과 사람이 상호 통신하는 구조로, 사물에 대한 정보를 수집하는 데 사용되는 센서 기술은 대단히 중요한 몫을 차지한다.

센서는 어떤 대상에 대한 정보 및 에너지를 물리적, 화학적, 생물학적 수단을 사용하여 검출하는 장치를 말한다. 눈(시각), 귀(청각), 혀(미각), 코(후각), 피부(촉각) 등은 인간의 오감을 나타내는 센서에 해당한다. 제품화된 센서와 비교해 보면 눈은 광센서, 귀는 음향센서의 기능을 가지며 혀는 화학센서와 정보처리용 컴퓨터와 유사한 역할을 한다. 인간으로 하여금 보고 듣고 느낄 수 있게 하는 눈, 귀, 혀, 코, 피부 등의 감각기관이 중요하듯 센서는 환경측정장비, 의료측정기기, 계측기기 등의 핵심 부품으로 사용되고 있으며, IoT 실현을 위한 필수 기술이기도 하다.

이 중 바이오 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있는 바이오센서는 1962년 L. C. 클라크가 효소 전극(enzyme electrode)을 이용하여 최초의 글루코즈 센서를 개발한 이래 발전을 거듭해 왔으며, 인간의 삶의 질 향상에 크게 기여할 것이라는 기대감으로 미래 유망 산업 가운데 하나로 각광받고 있다.

바이오센서는 분석물과 감응물질의 화학적, 생화학적 반응을 통하여 분석물을 선택적으로 인지하고 특정물질을 현장에서 실시간으로 분석하는 기술로 유기물, 무기물, 중금속이온 또는 유전자, 단백질, 대상화합물 등 생체물질의 정성과 정량에 사용된다. 유전자나 단백질 및 효소 등의 상호작용을 원리로 하는 바이오센서의 연구개발 및 상용화는 주로 임상적 수요가 큰 혈당센서에 집중되어 왔으나 나노기술(NT), 바이오기술(BT) 및 정보기술(IT)의 발전과 함께 생체물질의 검출뿐만 아니라 의료용 진단센서, 환경, 식품, 군사 및 연구용 등으로 응용분야가 확대되고 있다.

유전자 및 질병검사 등을 통해 질병의 예방, 예후 관리, 재택 및 원격 진료 시스템을 구축하여 초고감도, 실시간으로 환자의 건강 상태를 모니터링하고 진단·처방하는 유비쿼터스 의료 시스템에도 바이오센서는 핵심적인 역할을 한다. 또한, 신체에 착용하거나 부착해 생체 정보를 모니터링하고 건강을 관리하는 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 높아짐에 따라 인체에 부착해 눈물, 땀 등 생체 용액을 분석하여 건강지표와 관련된 화학적인 정보를 얻을 수 있는 웨어러블 센싱 플랫폼 기술도 한국과학기술연구원(KIST)의 연구진에 의하여 개발된 바 있다.

민감도, 선택성, 다양성 및 동시 다발적인 진단이 가능한 바이오센서는 편리하고 품격 있는 삶을 가능케 하는 IoT 의 핵심 기술 중 인간의 건강과 가장 밀접한 기술이다. 따라서 소형화, 피드백, 지속적인 모니터링 등의 기술적 진보가 관련 제품 개발에 대한 경쟁력을 좌우할 것이다. 이에 더하여 바이오센서의 제품화에는 관련 물질을 효과적으로 검출하기 위한 센서 소재 및 칩 제조 기술의 개발이 병행되어야 하기 때문에 생명과학·화학뿐만 아니라 반도체 공정기술 및 전자·정보 기술 등과의 효율적인 융합으로 차별화된 원천기술 확보가 가능하다. 고부가가치 산업 경쟁력 제고를 위해 바이오센서 연구개발 및 상용화에 대한 전폭적인 지원과 마케팅에 대한 치밀한 기획이 필요한 이유이다.