Technology Hot Issues (2010. 10 ) U- 헬스케어확산의도화선 바이오센서 (Bio Sensor) KT 종합기술원기술전략실기술전략담당 의료의패러다임이 치료 에서 예방및진단 으로바뀌면서 센서에바이오기술을접목시킨바이오센서가큰주목을 받고있으며, 특히선진국에서는바이오센서와 IT 융합기술을 의료분야에적용하기위한연구개발및투자가활발히 진행되고있다. 본보고서에서는향후 U- 헬스케어분야에서 폭넓은활용이예상되는바이오센서에대해살펴본다. 1 바이오센서를활용한휴대형또는개인용의료기기개발및보급이점차확대되면서, 이와연계한 U- 헬스케어서비스의본격적인시장형성이가능할것으로전망 2 바이오센서시장에서가장큰비중을차지하는혈당센서의무채혈혈당측정기술개발및제품상용화흐름에주목, U- 헬스케어기반서비스제공을위한사업준비필요 3 혈당뿐만아니라임질환, 간질환등다양한건강진단용바이오센서기술개발동향도예의주시하면서, U- 헬스케어서비스시장선점을위한원천기술확보및 BM 발굴필요 바이오센서개요 개념및특징 바이오센서란유전자, 암세포, 환경호르몬등특정물질의존재여부를확인하거나감지할수있는바이오소자를지칭 특정물질과선택적으로반응및결합할수있는생체감지물질 (bioreceptor) 과이를측정할수있는신호로전환하는신호변환기 (signal transducers) 로구성 생체감지물질에는효소, 항체, 세포, DNA 등이있으며, 신호변환방법에는전기화학, 형광, SPR, FET, 열센서등다양한물리화학적방법을사용 바이오센서를통해분석대상물질을보다간편하고신속정밀한측정이가능해의료, 환경분야등에서크게주목받고있는추세 < 그림 1> 바이오센서구성및동작원리 1 KT 종합기술원기술전략실
활용분야 최초바이오센서는 1962년 Clark 교수에의해개발된산소센서로서당산화효소를고정시켜산소의감소량으로부터포도당의양을측정하는데활용 이후다양한분야에서바이오센서활용에대한연구가진행되었으며, 현재의료, 제약, 환경, 식품, 군사분야등에서활용중 바이오센서활용및연구개발이가장활발한분야는의료부문으로임상진단ㆍ검사용의료기기수요가대부분을차지, 질병진단및신속한진료를가능하게하여향후 U-헬스케어시장성장의견인차역할수행예상 의료환경식품군사산업 < 표 1> 바이오센서활용분야 활용사례 혈당, 임신호르몬, 암세포, 콜레스테롤, 젖산, 요소등과같은생체물질을분석하는활용 환경호르몬, 폐수의 BOD, 중금속, 농약등과같은환경관련물질검출에활용 식품에포함되어있는잔류농약, 항생제, 병원균, 중금속과같은유해물질검출에사용 사린, 탄저균등과같이대량살상용무기로사용될수있는생물학적무기를감지하는데활용 생물발효공정, 화학공장, 정유공장, 제약회사등각공정에서나오는특정화학물질에대한분석에사용 의료용바이오센서시장및기술동향 ( 혈당센서, lab on a chip, DNA 칩, 단백질칩 ) 바이오센서시장동향 2009년바이오센서세계시장규모는약 67.2억불에서 2016년에는 144.2억불규모로연평균 16.4% 성장예상 바이오센서의응용분야별시장은재택진단과 POC 등진단분야가큰비중을차지하고있으며, 도입과응용건수도매년증가추세 바이오센서는현재 26개이상의애플리케이션에이용되고있으며, 그매출대부분은 POC(point of care, 현장진료기기 ) 시장이차지하고있고, 향후재택진단 (home diagnostics) 과인체면역 (biodefence) 시장부문이큰성장세를보이기시작할것으로예측 ( 출처 : Frost&Sullivan,2010) 현재의료용바이오센서는전체시장의 85% 를형성중이며, 점차소형또는휴대형가정용의료기기개발및보급확대등으로점진적인수요증가예상 의료용바이오센서에는혈당센서와 DNA칩, 단백질칩, 랩온어칩과같은바이오칩센서가있으며, 혈당센서가단일품목으로가장큰비중 ( 약 90%) 차지 2 KT 종합기술원기술전략실
혈당센서는이미많은제품이상용화가되었고기술개발이많이진전된상황인데반해바이오칩센서는기술개발및상용화속도가좀더딘편 최근들어바이오칩센서기반의암이나백혈병, 신종플루등각종질병을진단할수있는기술들이속속들이발표, 기술상용화가본격화 혈당센서기술동향 포도당만을선택적으로식별해반응하는포도당산화효소를이용해혈당농도를진단하는센서로당뇨병환자를위한혈당측정기등에활용 세계적으로당노병환자는꾸준한증가추세 (2025년약 3.8억명예상 ) 에있어혈당센서의시장은계속적으로확대될것으로예상 채혈기반의휴대형혈당측정기는오래전에제품상용화가되었지만고가의비용과측정방식번거로움으로 U-헬스케어와연계확산은저조 최근에는채혈부담과측정방식의번거로움해결이가능한최소침습또는무채혈혈당측정기술에대한연구개발과제품상용화가한창진행중으로 U-헬스케어와연계방안모색필요 < 표 2> 혈당센서외기술개발현황 주요기술개발현황ㆍ [ 메드트로닉 ] 피부에주입하여인슐린공급과혈당모니터링이가능한튜브형혈당측정기인 미니메드패러다임 이라는제품을개발판매중ㆍ [ 에코세라퓨틱스 ] 경피부착형혈당측정기인 Symphony tgcm 를개발 (2008), 병원임상실험등을거쳐현재미국 FDA 승인준비중 한독약품은에코社와한마케팅 / 영업라이선스계약체결 (2009.6) ㆍ [MIT연구소 ] 라만분광법을이용한초음파무채혈혈당측정기개발 (2010.8) ㆍ [ 인포피아 ] 채혈통증과혈액량채취를최소화할수있는반응속도 3초혈당측정기 Evolution 을세계최초로개발, 미국 FDA 승인획득 (2008.3) 2010년지식경제부주관스마트케어시범서비스사업자로선정, SKT 컨소시엄 ( 삼성전자, 인포피아, 인성정보, 경기고양시, 충북 ) 에편입ㆍ [ 아이소텍 ] 통증체감, 지혈필요가없는레이저채혈측정기를개발 (2008.3) ㆍ [ 에스디 ] 혈당측정기 SD Check Gold 가유럽 CE Mark 획득 (2008.4) 랩온어칩 (lab on a chip) 기술동향 초미세회로의반도체기술과나노기술, 생명공학기술등의집적으로손톱만한크기의칩에서실험실에서할수있는연구를가능하게만든장치 극소량의시료나샘플만으로도실험연구과정을신속하게진행할수있어의학, 생명공학, 환경등다양한분야에서차세대진단ㆍ분석장치로개발, 연구중 최근에는간편하고빠르게암진단이가능한휴대형랩온어칩기술이개발, 점차상용화됨에따라 U-헬스케어와의연계가능성모색필요 3 KT 종합기술원기술전략실
< 표 3> 랩온어칩외기술개발현황 주요기술개발현황ㆍ [Agilent] DNA와단백질분석이가능한 2100 Bioanalyzer 제품개발ㆍ [ 애리조나대 ] 신종플루등호흡기질환진단용랩온어칩기술개발 (2010.7) ㆍ [ 나노엔텍 ] 혈액으로전립선질환각종질병진단을 5분내끝낼수있는랩온어칩기반의 FRENDTM 라는휴대형혈액진단기기용개발 (2007.11) ㆍ [ETRI] 혈액이나침으로암진단할수있는바이오센서칩개발 (2010.3) ㆍ [KAIST/ 고려대 ] 미세유체기술이용한유방암진단랩온어칩기술개발 (2010.7) DNA칩기술동향 반도체소자안에 DNA를일정간격으로고밀도로배열해놓은칩으로질병진단이나유전자질환에대한연구를수행하는데이용 대장암이나위암, 자궁경부암진단이가능한 DNA칩이개발되었으며, 최근일부는제품상용화에돌입, U-헬스케어와의연계가능성모색필요 < 표 4> DNA 칩외기술개발현황 주요기술개발현황ㆍ [Affymetrix] 생물체유전자정보판독을위한 DNA칩세계최초개발 (1994) ㆍ [Nanogen] DNA의전하성질을이용한 DNA칩인 NanoChip 400 개발ㆍ [ 바이오메드랩 ] 자궁경부암원인균인 HPV 진단용 DNA칩개발 (2008) ㆍ [ 바이오코아 ] 인체백혈구항원 (HLA) 유전자형진단칩을최초개발 (2007), 인유두종바이러스및암과관련한 22개핵심바이러스유전형진단가능ㆍ [ 디지탈지노믹스 ] 급성백혈병조기감별및진단용 DNA칩시제품개발 단백질칩기술동향 효소나항원, 항체와같은단백질을고체표면에미세하게배열해특정단백질과반응할수있도록만든칩으로질병진단, 신약개발연구등에이용 의학적활용가치는높으나현재칩제조과정이복잡하고장시간보관이어려워임상의료용으로는쓰이기에는현재기술적으로미성숙단계 하지만단백질칩이상용화될경우새로운분석및진단방법을제공해줄수있는획기적기술로전망, U-헬스케어관점에서기술개발흐름에주목필요 < 표 5> 단백질칩외기술개발현황 주요기술개발현황ㆍ [Cellix] 다양한질병에적용가능한일회용 microfluidic biochip 개발ㆍ [ 하버드대 ] 세계최초단백질마이크로어레이기술발표 (2000) ㆍ [ 예일대 ] 4,300 Yeast Proteome Chip 개발하여시판 (2003) ㆍ [ 케이피엠테크 ] 나노기술응용한휴대형진단기기인 나노콘시스템 을개발 (2008.9), 당뇨병과각종암, 조류독감등질병을 1시간내진단가능ㆍ [ 한국기술산업 ] 빛간섭이용한비표지형단백질칩개발, 미국 / 일본특허출원 4 KT 종합기술원기술전략실
바이오센서에기반한 U- 헬스케어미래 U- 헬스케어시장이본격화되면 치료 에서 예방및진단 으로의료소비형태변화 신체건강의이상유무를별도측정없이실시간파악하고관리해주는 PHR * 과같은개인건강정보관리시스템의보급확산 * PHR(Personal Health Records): 생체정보, 가족력, 예방접종, 운동프로그램등 개인의다양한건강정보를수집해통합분석및관리하는시스템 바이오센서를통해정밀한의료서비스가가능해원격의료및재택진료 서비스보편화 의료분야서비스가소비자중심으로 Power 이동가속화 바이오센서기반의개인용의료기기보급확대와함께이를활용한차별화된의료서비스개발경쟁으로이에대한소비자의선택폭확대 개인에맞춤화된온라인상의개인트레이너및개인주치의서비스등장 본격적인 U-헬스케어시장개화시 IT 관련사업자의시장기회확대 정밀한바이오센서의료기보급확대와함께 IT기술이융합한상호모니터링가능한양방향통신기반이구축시본격적인 U-헬스케어시장개화예상 범국가차원의각의료기관의의료정보시스템과소비자개개인의건강정보관리시스템의방대한통합 DB 구축및플랫폼사업기회모색필요 의료기기와소비자가갖고있는모바일단말기를연결하여언제어디서나 내손안의병원 기능구현이가능한솔루션기술확보및개발필요 < 그림 2> 바이오센서에기반한 U-헬스케어서비스 본보고서에대한문의나요청사항이있으시면아래로연락주시기바랍니다. KT 종합기술원기술전략실기술전략담당 (cto-office@kt.com, 02-526-5734) 5 KT 종합기술원기술전략실