살아있는 심장 신호 측정 양자의료 시대 온다
살아있는 심장 신호 측정 양자의료 시대 온다
양자 기술은 인공지능(AI), 첨단바이오와 함께 차세대 먹거리로 꼽힌다.
미시세계에서 작동하는 양자역학 특성을 이용해 슈퍼컴퓨터보다 빠른 연산 시스템이나 뚫리지 않는 암호와 같은 혁신적인 기술을 개발할 수 있기 때문이다.
앞으로 양자 기술이 의료 분야에도 진출할 것으로 보인다.
중국 연구진이 양자 센서를 이용해 살아있는 동물의 심장에서 나오는 신호를 측정하는 데 성공했다.
양자 기술을 실제 의료 환경에 접목한 드문 사례다.
중국과학기술대와 저장대, 허페이 종합과학센터의 공동 연구진은 양자 센서를 사용해 살아있는 동물의 심장에서 나오는 신호를 측정하는 데
성공했다고 지난 7일(현지 시각) 논문 사전 공개사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 발표했다.
연구 결과는 미국물리학회의 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 어플라이드(Physical review applied)’에 곧 게재될 예정이다.
자기심장검사(Magneto Cardiogram, MCG)는 심장의 미세 전류로 발생하는 자기장의 변화를 감지하는 방식으로
약물이나 방사선을 이용하지 않고도 질환을 진단할 수 있다.
하지만 MCG를 위해서는 대형 특수 장비가 필요하고, 분석을 위해서는 극저온 환경이 필요하다는 한계가 있었다.
연구진은 냉장고에 붙이는 자석보다 수백만 배 약한 심장의 자기 신호를 측정하기 위해 ‘다이아몬드 양자 센서’를 사용했다.
양자 센서는 양자역학 원리를 이용해 고전 센서로는 측정이 불가능한 값들을 측정하거나 측정 정밀도를 높일 수 있는 센서이다.
이번에 사용한 다이아몬드 양자 센서는 다이아몬드를 구성하는 탄소 일부가 질소로 대체된 ‘질소-빈자리 결함’을 가지고 있다.
이 결함은 양자역학 원리로 작동하는 아주 작은 막대 자석과 같다. 단일 세포나 분자, 유기체 단위에서 발생하는 약한 자기장을 감지해 반응한다.
양자 센서 연구자인 심정현 한국표준과학연구원(KRISS) 양자자기이미징팀 책임연구원은 “다이아몬드 양자 센서는 다른 양자
센서와는 달리 상온에서 사용할 수 있어 최근에 많이 연구되고 있는 분야”라며 “양자 센서뿐 아니라 양자 컴퓨터로도 사용할 수 있어 확장 가능성이 높다”고 설명했다.
중국 연구진은 살아있는 쥐에 100㎛(마이크로미터, 1㎛는 1백만분의 1m) 두께의 다이아몬드 양자 센서를 장착해 수술 없이 실온에서 심장의 자기장을 감지할 수 있었다.
연구진은 “센서의 정밀도는 다소 부족했지만, 일단 실험을 통해 다이아몬드 양자 센서를 이식하지 않고도 사용할 수 있다는 것을 확인했다”며
“감도를 높이면 내시경과 같은 기존 의료기기에 부착해 사용할 수 있을 것”이라고 설명했다.
이번 연구 결과는 의료 환경에서 양자 기술을 사용할 수 있는 가능성을 확인했다는 평가를 받는다.
심정현 책임연구원은 “다이아몬드 양자 센서를 생체에 적용해 최초로 살아있는 동물의 심장 신호를 측정한 사례로, 수술 없이
사용할 수 있다는 점에서 더 의미가 있다”며 “심장처럼 전류를 일으키는 신체 기관이나 과정을 감지하는 데에도 적용할 수 있다”고 설명했다.
그러면서 “국내에서도 초전도체나 원자를 기반으로 한 양자 센서로 생체 신호를 측정하는 연구를 진행하고 있다”고 덧붙였다.
