코로나19 바이러스 '바이오센서 로 1분만에 진단'…
기초과학지원연구원, 그래핀 센서 코로나 바이러스와 결합시 전류 세기 변화 감지
국내 연구진이 첨단소재인 그래핀을 이용한 바이오센서로 1분만에 코로나 바이러스 감염증을 진단하는 기술을 개발
환자의 코에서 채취한 검체를 그래핀과 항체가 있는 센서에 시험하는 과정.
검체 속 바이러스가 항체와 결합하면서 전류가 미세하게 달라지고 이를 그래핀이 포착한다./ACS Nano
박창균·김승일 한국기초과학지원연구원 박사 연구팀은 코로나 바이러스 검출을 위한 전계효과트랜지스터(FET) 기반의 바이오센서를 개발했다고 최근 ACS 나노 논문을 통해 밝혔다. 평평한 판 모양으로 생긴 이 센서는 바닥에 코팅된 그래핀 층과, 그 위에 코로나 바이러스의 스파이크 단백질과 결합할 수 있는 구조를 가진 특정 항체로 이뤄졌다.
이 센서는 항체에 코로나 바이러스가 결합하면 FET에 흐르는 전류의 세기가 달라지는 원리를 이용했다. 전류의 변화가 미세하지만, 전기가 잘 통하는 그래핀을 사용해 센서가 미세한 변화도 감지할 수 있도록 했다.
연구팀이 면봉으로 코에서 채취한 검체를 대상으로 한 실험에서는, 이 센서에 코로나 바이러스가 결합되자 1분도 안 돼 그래프상 전류의 세기가 변하는 모습을 보였다. 1분 만에 코로나 감염 여부를 알 수 있는 셈이다.
연구팀은 "(이번에 개발한) 그래핀 기반의 센서는 간단하고 신속한 검사를 가능케 한다"고 했다. 또 "신종 코로나 바이러스와 메르스(중동호흡기증후군) 바이러스를 구별할 수도 있다"며 "(이 센서가) 코로나 바이러스를 매우 민감하게 검출할 수 있음을 보여준다"고 했다.
다만 연구팀은 "보다 정확한 탐지를 위해서는 새로운 FET 센서 재료 개발이 필요하다"고 했다. 매우 미세한 전류 변화를 정확히 감지해야 하는 만큼 상용화를 위한 과제들이 남아있다는 것이다.
신기술 국내 연구팀 개발
기초과학지원연 김승일 박창균 박사팀
전기 잘통하는 그래핀 위에 항체 결합
코로나 바이러스 결합하면 전류 변화
바이러스 신호와 잡음 구분이 과제
벌집 모양의 그래핀 위에 바이러스에 결합하는 항체(파란색)을 붙인 새로운 코로나 진단기기.
항체에 코로나 바이러스의 돌기가 결합하면 그래핀에 흐르는 전류가 달라져 바로 감염 여부를 알 수 있다./ACS Nano
국내 연구진이 코로나 바이러스 감염 여부를 1분도 안돼 진단하는 바이오 센서 기술을 개발했다. 기존의 유전자 검사는 물론, 항체 검사법보다 훨씬 간편해 상용화되면 코로나 감염 환자를 조기 진단할 수 있을 것으로 기대된다.
한국기초과학지원연구원의 박창균, 김승일 박사 연구진은 미국 화학회(ACS)가 발간하는 국제학술지 ‘ACS 나노’지에 “면봉으로 코에서 채취한 검체에 코로나 바이러스가 있는지 1분 안에 알아내는 기술을 개발했다”고 21일 밝혔다.
현재 코로나 진단은 면봉으로 코에서 채취한 검체에서 바이러스 유전자가 있는지 알아보는 유전자 검사 방식을 쓴다. 이 경우 검체에 극미량 있는 유전자를 증폭하는 과정이 필요해 진단까지 최소 3시간이 걸린다.
최근 새로 개발된 혈액 검사법은 코로나 바이러스의 단백질(항원)을 키트에 붙여놓고 혈액에 이에 대항하는 면역물질인 항체가 있는지 알아보는 방식이다. 코로나 바이러스에 감염되고 몸에 항체에 형성됐는지 알아보는 것이다. 혈액 검사법은 증상이 없는 감염자도 가려낼 수 있지만 피를 뽑아야 하고 아직 신뢰성을 인정받지 못해 널리 이용되지 못하고 있다.
연구진은 기존 진단 방식의 단점을 바이러스 항체로 해결했다. 먼저 센서 바닥에 전기가 잘 통하는 그래핀을 깔았다. 그래핀은 탄소 원자가 6각형 벌집 모양으로 연결된 평평한 판(板) 형태 물질로 전기가 구리보다 100배 더 잘 통한다. 그 위에 코로나 바이러스의 돌기(스파이크) 단백질에 결합하는 항체를 붙였다. 이 항체에 환자의 검체에 있는 바이러스가 결합하면 전류가 미세하게 달라지는데 그래핀은 워낙 전기가 잘 통해 이런 변화도 감지할 수 있다.
연구진은 코로나 감염 환자와 건강한 사람의 코에서 채취한 검체를 새 센서로 검사했다. 아무런 준비 과정 없이도 바이오 센서는 환자와 건강한 사람을 정확하게 구분했다고 연구진은 밝혔다.
하지만 상용화까지는 해결해야 할 과제가 많다. 연구진은 “아직 유전자 진단키트가 민감도에서 이번 바이오 센서보다 2~4배 나은 상황”이라며 “새로운 재료를 쓰면 바이러스 결합 신호와 주변 잡음을 더 잘 구분할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번에 개발한 센서에는 중국에서 개발한 코로나 바이러스 항체를 썼다. 전문가들은 코로나 바이러스와 더 잘 결합하는 항체를 개발하면 진단 정확도가 향상될 것이라고 기대했다.