[新블루오션 바이오융합-하]바이오센서


의료·식품·환경·군사 등 용도는 '무궁무진'

인간에게 코와 혀가 있다면 기계나 기구에는 센서가 있다. 최근에는 이러한 센서(IT)를 바이오(BT)에 접목시킨 바이오센서가 각광받고 있다.

바이오센서는 측정대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 이용, 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 시스템이다. 생체감지물질로는 효소, 항체, 호르몬 수용체 등을, 신호변환 방법으로는 전기화학적 방법, 형광, 전계효과 트랜지스터, 수정진동자 마이크로밸런스 및 열 센서 등 다양한 물리화학적 방법들이 사용된다.

이 같은 바이오센서의 장점은 다른 분석방법과 달리 측정하고자 하는 시료와 반응해 신속정확하게 물질을 분석한다는 것. 이에 바이오센서는 식품의 부패여부를 비롯해 마약 및 독성물질을 확인하고, 공장배출가스를 감시하는 등 식품, 의료, 군사, 환경 분야를 아우르며 향후 각종 센서시장을 대체할 전망이다.

현재 전 세계는 다양한 용도를 갖춘 바이오 센서시장을 겨냥해 센서의 소형화, 다중센서 개발 등 경쟁력 확보에 나서고 있다.

◆의료용 바이오센서가 대부분

바이오센서는 환경 분야에서 폐수의 BOD, CN, 페놀, 중금속, 농약, 인 및 질소화합물 측정하는 데 이용할 수 있고, 식품 분야에서는 잔류농약, 항생제, 병원균, 독성 화학물질 관련 식품 안정성 분석에 응용할 수 있다. 또한 군사 분야에서는 9.11 이후 탄저균 감지용 바이오센서를 개발하는 등 생물화학적 무기 감지에도 적용할 수 있다.

그러나 아직까지 바이오센서의 90%는 임상적 응용분야로 혈당측정을 비롯해 젖산, 콜레스테롤, 요소 등 다양한 생체물질을 분석 진단하는 용도로 시판중이거나 개발되고 있다.

한국전자산업진흥회가 작년 발간한 '바이오센서 산업동향' 보고서에 따르면 바이오센서의 세계시장은 2006년 약 27억 달러 규모에서 2007년 29억 달러, 2008년 32억 달러, 2009년 35억 달러, 2010년 39억 달러로 증가할 것으로 예상되고 있다.

국내에서도 바이오센서 중 90% 이상이 의료용 바이오센서로 혈당측정용이 대부분을 차지하고 있으며, 아직까지 환경, 연구 등 다른 분야의 바이오센서에 대한 관심은 낮은 편이다. 한국과학기술정보연구원이 2002년을 기준으로 내다본 국내 바이오센서 시장 규모는 2005년 약 300억, 2007년 약 500억, 2010년 약 700억 원에 달한다.

국내에서 혈당 바이오센서 시장은 약 400억 원에 이르며, 당뇨환자 수가 매년 늘어남에 따라 시장 규모도 지속 확대될 것으로 예측되고 있다. 그러나 혈당바이오센서 시장도 아직 다국적 기업이 대부분을 점유하고 있다. KMH의 2006년 시장분석에 따르면 국내 개인형 혈당바이오센서 점유율은 Roche, J&J같은 다국적 기업이 65%를 차지하고 있는 실정이다.

국내에서 혈당 바이오센서를 직접 제작·판매하는 곳은 KMH, 인포피아, 아이센스, 에스디, 올메디쿠스 등이 있다. KMH는 피를 뽑지 않고 혈당을 자동 측정할 수 있는 손목시계형 무채혈 연속 혈당측정기 '글루콜'을 국내 최초 개발, 지난 7월 식약청으로부터 최종 품목승인을 받았다.

이 기기는 피부와 접촉하는 부위에 패치 센서가 부착돼 있어 전기삼투압 방식으로 채혈 없이 손목 실핏줄에 흐르는 혈액 속 혈장의 글루코스 측정이 가능하고, 20분 간격으로 혈당지수를 알려준다.

KMH는 2006년 채혈방식 혈당측정기인 글루첵파인, 글루첵 슬림을 선보였고, 글루첵 플러스와 함께 무채혈 혈당측정기 ‘글루콜’과 맥박측정기 '펄스 온' 등 5종의 제품을 내놓을 예정이다.

KMH 중앙연구소 프로젝트팀 윤인준 팀장은 "손목시계형 맥박(혈압)센서 등 출시도 임박해 1천억 원 규모의 국내 시장은 물론 10조원 규모의 세계 당뇨 관련 시장에 성공적으로 진입할 것"이라며 "맥박(혈압)센서의 경우 U-헬스케어 시대에 맞춰 각 지자체와 병원들에게 대량공급이 가능할 것"이라고 말했다.

지난 1999년부터 혈당측정 바이오센서 개발을 시작한 인포피아는 2002년부터 15초용 제품을 출시, 판매하기 시작했다. 그 후 9초, 5초를 거쳐 작년에 세계 최초로 3초용 혈당측정 바이오센서를 출시했다. 이 제품은 0.3㎕의 혈액만으로도 측정이 가능한 점도 특징.

인포피아는 현재 콜레스테롤측정센서와 간질환진단센서, 심장질환진단센서 등 새로운 질병을 진단할 수 있는 바이오센서를 개발하고 있으며, 콜레스테롤은 올해, 간질환 및 심장질환은 연말이나 내년초 각각 출시할 예정이다.

인포피아 경영지원팀 이성호 팀장은 "인포피아의 바이오센서에는 엔자임(효소)이라는 바이오물질이 함유돼 있어 혈액 속에 있는 혈당이나 콜레스테롤, 간 수치 등을 측정할 때 발생하는 방해종들을 제거하는 역할을 하고 있다"고 설명했다.

인포피아는 향후 휴대용 바이오센서와 병원용 장비와의 측정편차를 계속 줄여가는 데 초점을 둘 계획이다.

이성호 팀장은 "현재까지 바이오센서는 주로 휴대용 제품을 만드는 데 사용돼 왔으며, 병원용 장비와 측정편차가 10% 이하이면 사용이 가능했다"며 "그 편차를 줄이고, 바이오센서 측정의 정확도를 최대한 높이는 연구와 무채혈 방식의 센서 개발에 매진할 계획"이라고 덧붙였다.

아이센스는 2000년 창업한 이후 전기 화학기술을 바탕으로 혈당측정기와 가스·전해질 분석기, 면역센서를 비롯해 각종 센서를 개발하고 있다. 작년엔 3초·0.3㎕ 혈당측정 스트립을 개발하고 연간 10억 원 규모의 스트립 생산능력의 원주 공장을 증설했다. 전 세계 40여 개국에 제품을 판매중이며, OEM비즈니스까지 합하면 60개국에 판매하는 셈이다.

이로써 회사 전체 매출 중 수출이 70%에 달한다는 설명이다. 이 중 혈액분석기는 올 3분기 국내시장에, 전해질 분석기는 내년 상반기 해외시장에 출시할 예정이며, 5년 내 심근경색, 암진단센서를 개발 완료하겠다는 계획이다.

아이센스 이강세 기획실장은 "올 4분기 혈당 측정시 마다 별도의 코딩을 할 필요가 없는 노코딩 기술이 적용된 신제품을 출시하고, 4분기 전해질 분석기를 국내시장에 출시한 이후 내년부터 본격적으로 해외시장에 진출할 예정"이라고 말했다.

이 밖에도 KIST 연구원들이 설립한 한국바이오시스템에서 물 속 오염처리 결과를 확인하기 위한 바이오센서 기술을 응용, BOD 계측기, 독극물 감지장치 등을 개발해 국내 뿐 아니라 일본, 중국, 싱가포르 등에 수출하고 있다.

KAIST의 전도성 탄소나노튜브를 이용한 바이오센서, 포항공대의 산화아연계 나노막대를 이용한 바이오센서, 바이오디지트의 현장진단이 가능한 의료용 바이오센서 시스템, 삼성전자의 회전하는 프리즘 디스크와 마이크로 스캐닝미러를 채용한 휴대용 바이오칩 스캐너 등이 있다.

◆원천기술 및 기반기술 확보 우선돼야

바이오센서는 전 세계적으로 기술개발 시기가 거의 비슷해 우리나라가 기존 반도체 제조기술을 활용해 원천 핵심기술을 확보할 가능성은 다른 기술 분야에 비해 높은 편이다.

선진국대비 낮은 인력비용도 성장가능성을 밝게 볼 수 있는 근거다. IT 뿐 아니라 NT, BT 등 타 분야와의 새 기술을 접목하고 아이디어 및 콘텐츠 연구를 집중 개발함으로써 원천기술을 확보가 가능한 것도 기회요인이다.

그러나 국내의 경우 아직까지 사회적 인식이나 지원이 미흡해 많은 제품이 수입되고 있는 게 현실. 따라서 선진국대비 원천기술에 관련된 특허를 많이 확보하지 못했을 뿐더러 기반기술이 취약하다.

이에 분야별 전문가를 확보하고 원자재 및 시약원료의 대외의존도를 낮추는 동시에 정부의 연구보조 및 관련 법규 및 제도 마련도 시급한 과제로 손꼽히고 있다.

인포피아 이성호 팀장은 "바이오센서의 원료 자체가 모두 수입품으로 매출 원가의 대부분을 차지하고 있다"며 "국내 시장이 커지려면 미국, 서유럽처럼 보험혜택이 제공돼야 할 것"이라고 말했다.

보다 정확한 측정, 편리한 사용을 원하는 소비자 수요에 맞춰가는 것도 과제다. 실제 현장진단 서비스 수요가 증가하고 있어 다양한 바이오센서가 이동통신 단말기나 휴대단말기 형태로 등장할 것으로 예측되고 있으며, 업계에서는 측정이 간편하고 측정감도가 향상된 부분에서 더 많은 연구가 이뤄지고 있다.

아이센스 이강세 기획실장은 "오차범위를 줄여 바이오센서의 측정정확도를 높이는 것과 채혈시 통증을 최대한 줄이고 휴대성을 강화하는 등 사용자 편리성을 높이는 것이 바이오센서의 공통적 발전방향"이라고 설명했다.

특히 바이오센서 기술은 그 자체로도 중요하지만, 이 기술을 사용할 연구대상으로서 생물학적 정보가 융합돼야 시너지를 발휘할 수 있다. 선진국들은 많은 양의 생물학적 정보를 축적하고 있어 바이오산업 연구에 빠른 성장을 보이고 있다.

지금까지 바이오센서나 바이오칩 기술이 주로 마이크로어레이 제작기술에 초점이 있었다면, 향후엔 MEMS, 로보틱스, CAD, 데이터마이닝, 프린팅 기술 등 주변 기술간 활발한 상호교류가 요구되는 것은 이러한 이유에서다.

◇김기준 KMH 대표

바이오메디컬 기업 KMH는 국내 최초의 무채혈 혈당측정기를 앞세워 혈당 측정기 시장의 선두기업으로 도약할 계획이다. KMH는 7년간 120억 원을 투자한 끝에야 2006년 '글루콜'을 개발하고 최근 한국식품의약품안전청(KFDA)으로부터 임상 승인을 받았다.

지난 달 22일 서울 여의도에서 만난 김기준 대표는 개발 및 허가 지연으로 속도 많이 탔지만 그만큼 얻은 것도 많다고 강조했다.

"처음부터 막강한 임무에 도전하면서 사업이 지연돼 신뢰없는 사람이 돼 버렸습니다. 하지만 처음부터 막강한 임무에 도전하면서 기반기술을 많이 확보했어요. 이제 글루콜을 중심으로 새롭게 도약할 겁니다."

글루콜은 전기 역삼투압 방식을 적용해 피를 뽑지 않고도 손목 피부의 체액에서 혈당수치를 측정할 수 있어 피를 뽑아야 하는 기존 혈당측정기의 번거로움과 고통을 해소할 수 있는 게 특징이다.

김기준 대표는 글루콜의 구체적 상용화 계획과 관련, 글로벌메디컬 회사와 전략적 제휴를 통해 제품을 출시하고, 글루콜 센서 제조 및 라이센싱 계약을 통해 수익구조 확보에 나설 계획이다.

KMH는 무채혈 혈당측정기 외에도 채혈혈당 측정기도 출시하고 있으나, 두 분야간 시장은 다르다는 게 김 대표의 설명이다.

"무채혈 혈당측정기는 디바이스를 사면 센서를 무조건 쓰는 사람이 사가게 돼 있습니다. 주 타깃이 연속적 데이터를 얻어야 하는 환자들이기에 더 소모성이 큰 편이지요."

김 대표는 의료기기 업체 메디슨에서 나와 바이오(BT) 분야의 전망을 밝게 보고 기업을 차린 만큼 의료사업을 초기 성장축으로 핵심역량 연구개발로서 바이오사업을 성장시키겠다는 포부를 밝혔다.

"사업을 시작하면서 장비 개발보다 장기적으로 바이오쪽으로 진출해야겠다고 생각했어요. 바이오 핵심역량을 갖고 중단기적으로 반도체 업체나 대학, 연구소 등과 협업하는 형태로 사업을 진행할 계획입니다."

향후에는 항원 항체간 특이성 반응으로 시료 농도를 측정하는 면역분석센서, 하나의 칩 위에서 특정 DNA, 단백질을 검출하기 위한 모든 정제 과정을 하나의 칩 위에서 수행하는 랩온어 칩 등으로 사업영역을 확대할 계획이다.

1974년 기기용 전선 및 전원공급용 코드 전문 생산업체로 창립한 KMH(구 화진케이디케이)는 2006년 7월 병의원 MRO사업과 바이오진단기기 사업을 영위하는 코리아메디컬홀딩스를 흡수합병하며 바이오 메디컬 사업에 진출했다.

임혜정기자 heather@inews24.com







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