환자의 호흡으로 당뇨병을 진단한다

[글로벌이코노믹=강은희 기자] 미국 피츠버그대학 알렉산더 스타 교수 연구진이 환자의 호흡을 분석해서 당뇨병을 진단할 수 있는 분석기술 개발에 성공했다.

한국과학기술정보연구원에 따르면 일반적으로 당뇨병 진단은 혈중 글루코오스 농도, 혈당 수치를 측정하는 방식으로 이뤄진다. 소변을 검사해서 진단하는 경우도 있다. 하지만 소변검사는 1차적으로 간단하게 확인하기 위한 것이다. 소변검사에서 이상 소견이 발견되면 보다 정확한 검사를 위해 추가로 혈당 수치를 측정해서 확진한다.
당뇨 치료를 받는 환자에게 있어서 혈당 수치를 적절한 수준으로 유지하는 것은 합병증을 줄이기 위해 매우 중요하다. 혈당 수치는 여러 가지 요인에 의해 변할 수 있기 때문에 수시로 혈당 수치를 확인해야 한다.

바늘로 손가락 끝을 찔러 채취한 혈액을 검사지에 묻혀서 측정기로 혈당을 측정하는 휴대형 혈당측정 장치가 보편화돼 있지만, 자주 혈당을 측정해야 하는 환자의 입장에서 보면 측정할 때마다 바늘로 손끝을 찌르는 것은 매우 곤욕스러운 일이다. 비용 면에서도 부담이다. 측정할 때마다 새로운 검사지를 사용해야 하기 때문이다. 휴대형 혈당 측정기처럼 바늘로 피부를 찌르지 않아도 되는 ‘비침습적’ 혈당 측정방법이 개발된다면 당뇨 환자의 고통과 비용 부담을 줄여준다는 점에서 좋은 소식이 될 것이다.

스타 교수 연구진이 개발한 호흡분석 당뇨 측정기는 정상인에 비해 당뇨 환자의 호흡(날숨)에 ‘아세톤’이라는 성분의 농도가 높다는 사실에 근거해서 개발됐다. 연구진은 탄소 나노튜브에 이산화티탄을 결합해서 일종의 단일분자 반도체 소자를 만들었다.(그림 1) 이 반도체 소자는 환자의 호흡 속에 존재하는 수 ppm 수준의 아세톤 증기를 검출할 수 있다.

센서로 아세톤 증기를 검출하려면 자외선을 센서에 조사해서 활성화하면 된다. 이산화티탄은 광촉매 활성을 가지고 있는 반도체 물질이기 때문에 빛을 조사하면 이산화티탄에서 탄소 나노튜브로 광유발 전하이동이 일어난다. 이산화티탄 표면에 아세톤 증기가 흡착되면 전하이동 현상에 변화가 발생하고 이를 신호로 검출하는 원리에 의해 센서가 동작한다.

이론적 연구와 센서 시제품 제작을 통한 시현 실험을 통해 연구진은 센서로 환자 호흡에 포함된 아세톤 함량 분석으로 당뇨 진단이 가능하다는 것을 입증했다. 이 센서가 상용화된다면 당뇨 진단과 산업 현장의 작업장 위해물질 모니터링에도 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

미국 국립에너지기술연구소와 공동연구를 통해 개발한 새로운 진단기술은 당뇨 환자의 호흡 속에 포함되어 있는 특정 휘발성 성분을 센서로 분석하는 기술로 6월 10일자 미국화학회저널에 게재됐다.