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IBS, 나노기술로 코로나 '17분만에' 정확히 진단

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현장진단용 나노PCR 기술 개발…정확도 99%

고속 유전자 증폭 및 검출 기술, 국제학술지 게재

실제 현장서 상용화 위한 후속 연구 필요

뉴시스

[대전=뉴시스] 나노PCR 기술을 이용한 코로나 바이러스 진단 과정.

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[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 신속하면서도 정확도가 높은 코로나19 진단기술이 나왔다.

기초과학연구원(IBS)은 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 교수), 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수) 연구팀이 하버드 의과대학 이학호 교수팀과 공동으로 나노물질을 이용해 코로나19 바이러스를 17분 내에 정확히 검출할 수 있는 현장진단(Point-of-care·POC) 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

현재 사용되는 코로나19 표준검사방법인 '역전사 유전자 증폭방법(RT PCR)'은 정확도는 높지만 바이러스 검출에만 수시간 이상이 소요된다.

고가의 대형장비를 갖춘 병원이나 연구소 등으로 검체를 운송, 진단해야 하기 때문에 과정이 복잡하고 비용도 많이 들면서 실시간 현장 대응이 어렵다는 문제도 있다.

연구진은 기존 진단법의 한계를 극복키 위해 플라스모닉물질과 자성물질을 결합한 '마그네토 플라스모닉 나노입자(Magneto Plasmonic Nano particle·MPN)'를 개발했다.

플라스모닉은 금속 나노입자 표면에 특정파장의 빛이 조사되면 흡수 또는 산란돼 금속 유도전자의 강한 진동을 일으키고 열에너지로 방출하는 현상이다.

이어 연구진은 개발한 MPN를 PCR에 적용해 고속 유전자증폭과 검출이 가능한 현장진단형(POC) 코로나19 진단 장비인 '나노(nano)PCR'을 제작했다.

자석과 금속의 복합체인 MPN은 특정 파장의 빛에 감응해 빛을 열에너지로 바꾸는 플라스모닉 효과를 띄고 동시에 샘플분리를 가능케 하는 자기력을 가지고 있다.

이 때문에 유전물질의 증폭과 검출을 동시에 해내면서 소량의 유전물질로도 정확한 검출이 가능하다.

연구진은 "환자서 추출된 바이러스의 RNA는 나노PCR을 통해 역전사 및 유전자증폭, 검출과정을 거쳐 최종 감염여부를 진단하게 된다"며 "빠른 유전자증폭 및 검출을 위해 MPN을 사용했고 자기장에 의해 MPN이 스스로 분리돼 증폭된 유전물질의 형광신호가 검출되는 방식이다"고 설명했다.

이번에 개발한 나노PCR은 작고 가벼워(15x15x18.5㎝, 3㎏) 현장에서 손쉽게 사용할 수 있다.

진단의 신속성과 정확성을 모두 확보한 연구팀은 한 번에 여러 시료를 탑재할 수 있는 '페리스휠 (Ferris wheel) 시스템'을 적용해 분석 처리량을 향상시켰다. 페리스휠 시스템 여러 샘플에 순차적으로 레이저 빛을 가열할 수 있어 처리량을 늘릴 수 있다.
뉴시스

[대전=뉴시스] 환자 시험을 통한 나노PCR의 코로나19 진단성능 및 표준기술과의 비교. 현재 표준적으로 쓰이는 RT-PCR과 매우 유사한 정확도를 갖고 있음이 확인됐다.

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특히 연구진은 나노PCR을 활용, 실제 코로나19를 진단하는 환자검체시험을 진행해 환자 1명 샘플분석을 약 17분 만에 마쳤으며 150명의 감염여부를 정확히 판정해 냈다. 이를 통해 RT PCR 수준의 정확도(99%)를 확인했다.

아직 이번 연구는 실험실 수준의 연구 성과로 진단기기 상용화 및 실제 현장 배치를 위해서는 후속 개발연구가 필요하다.

연구결과는 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering, IF 17.149)'에 3일 오후 7시(한국시간) 게재됐다. 논문제목은 Fast detection of SARS-CoV-2 RNA via the integration of plasmonic thermocycling and fluorescence detection in a portable device.

천진우 단장은 "PCR 구동 방법을 개량하고 소형화해 코로나19를 현장에서 손쉽고 신속하게 진단하는 PCR 기술을 개발했다"며 "코로나19 뿐 아니라 향후 다양한 바이러스 전염성 질병진단에 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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