고려대 신소재공학부 김영근 교수팀 공동연구
진단 속도 빠르면서도 정확도 높아
[정보통신신문=박남수기자] 한양대학교 ERICA 생명나노공학과 이주헌 교수팀이 고려대학교 신소재공학부 김영근 교수팀과의 공동연구로 코로나 바이러스 감염증(코로나19) PCR검사를 10분 이내로 끝낼 수 있는 고감도 나노분자 진단 기술을 개발했다고 한양대가 31일 밝혔다.
현재 널리 쓰이고 있는 코로나19 표준 검사법인 ‘실시간 유전자 증폭(Real- Time PCR)’방식은 코로나19 유전물질의 양을 증폭시키면서 감염 유무를 진단하는 기술로, 정확도는 높지만 진단 시간이 평균 4~6시간으로 길다. 이는 환자의 신속한 치료와 격리 등의 조치가 필요한 상황에서는 치명적인 단점이다.
공동 연구팀이 개발한 ‘엔슬램(nSLAM)’ 진단 기술은 산화철 핵과 금 표면으로 이루어진 9~10nm(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 크기의 입자를 이용해 코로나 바이러스 유전자를 복제(증폭)한다. 산화철 핵으로 인해 자성을 지니는 나노입자의 표면에 코로나 유전물질이 포집되면, 혈당 측정기와 유사한 방식으로 전압을 가해 전류 신호를 확인하는 방식으로 코로나 진단이 가능하다.
다른 나노소재기반 기술과 달리 엔슬램 진단 기술은 짧은 DNA 염기서열인 프라이머(primer)들이 나노입자 표면 전체에 고정되어 유전자 증폭 과정의 주요 임무를 수행한다. 프라이머로 인해 코로나 유전물질은 나노입자 포면에 집약되며 보다 효율적으로 유전자를 증폭시킬 수 있어, 진단 시간을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 산화철 핵으로 인해 유전물질의 전기신호를 매우 정확히 측정할 수 있다.
공동연구팀은 증폭되는 신호를 이용해 극미량의 코로나바이러스 유전물질을 검출하는 데 성공했다. 또한 기존의 검출 기술보다 수 천배 이상의 높은 고민감도 성능을 토대로 검출을 위한 최소 유전자 증폭 시간을 기존의 수 시간에서 최소 7분 이내로 획기적으로 단축시켜, 1 fM (10-15 M, 바이러스 감염자의 체내 바이러스 농도 수준) 농도의 유전물질까지 검출할 수 있었다. 이는 상용화 코로나바이러스 분자진단 기술들의 검출 성능을 월등히 뛰어넘는 수치이다.
공동 연구팀의 진단 기술은 다른 분자진단에도 응용할 수 있어 미래에 등장할 다양한 전염성 바이러스를 비롯한 다양한 질병의 신속하고 정확한 진단이 가능한 플랫폼 기술이 될 것으로 기대된다.
이주헌 교수는 “연구팀이 개발한 기술을 임상검체에 적용하기 위한 실험도 계획하고 있다.”고 밝혔다.
한양대 소정욱 연구원(석사과정), 고려대 박범철 연구원(박사후 과정), 고려대 박현수 연구원(석사과정)을 중심으로 진행된 본 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업, 우수신진연구자 지원사업, 기초연구실 지원사업의 지원으로 수행되었다.
해당 연구내용은 분석화학분야 세계 저명학술지 「ACS Sensors」에 28일 (미국현지 시간 27일)에 온라인 게재됐으며 (논문명 : Multifunctional Nanoparticle Platform for Surface Accumulative Nucleic Acid Amplification and Rapid Electrochemical Detection: An Application to Pathogenic Coronavirus), 그 우수성을 기반으로 국내 특허 1건 및 해외 특허 3건을 출원하였다.
