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IBS 나노의학연구단-하버드 의대, 코로나19 실시간 진단 ‘획기적 단축’...17분내 확인·정확도 99%

기사승인 2020.12.04  13:48:13

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나노물질을 이용해 코로나 바이러스를 17분 내에 정확히 검출하는 현장진단(Point-of-care, POC) 기술을 개발한 기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 등 국내외 연구는 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering, IF 17.149)에 12월 3일 게재됐다./ⓒIBS

[ATN뉴스=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 천진우 단장 연구팀이 하버드 의과대학 이학호 교수 연구팀과 공동으로 나노물질을 이용해 코로나 바이러스를 17분 내에 정확히 검출하는 현장진단(Point-of-care, POC) 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

현재 사용되는 코로나19 표준검사방법은 역전사 유전자 증폭방법(RT PCR)이다.

역전사 유전자 증폭방법(RT PCR)은 RNA 유전자를 DNA로 변경한 후 DNA를 증폭해 양을 측정하는 검사이며 이 방법은 정확도는 높지만 바이러스 검출에만 수 시간 이상이 소요된다.

또 고가의 대형장비를 갖춘 병원, 연구소 등으로 검체를 운송하고 진단해야하기 때문에 과정이 복잡하고 비용도 많이 들며 특히, 실시간 현장 대응이 어렵다는 큰 문제이다.

이번 연구진은 기존 진단법의 한계를 극복하기 위해 플라스모닉물질과 자성물질을 결합한 ‘마그네토 플라스모닉 나노입자(Magneto Plasmonic Nano particle, MPN)’를 개발했다.

또 이를 PCR에 적용해 고속 유전자증폭과 검출이 가능한 현장진단형(POC) 코로나19 진단 장비인 나노 PCR (nanoPCR)을 개발했다.

플라스모닉물질은 금속 나노입자 표면에 표면에 특정파장의 빛이 조사되면 흡수 또는 산란되어 금속의 유도전자의 강한 진동을 일으키고 열에너지로 방출하는 현상(플라스모닉 효과)을 보이는 물질이다.

또 마그네토 플라스모닉 나노입자는 특정 파장의 빛에 감응하여 빛을 열에너지로 바꾸는 ‘플라스모닉 효과’를 띔과 동시에 샘플 분리를 가능하게 하는 자기력을 가지고 있다.

이 때문에 유전물질의 증폭과 검출을 동시에 해내면서 소량의 유전물질로도 정확한 검출을 할 수 있어 나노기술로 신속성과 정확성을 확보할 수 있다.

이어 한 번에 여러 시료를 탑재할 수 있는 ‘페리스휠 (Ferris wheel) 시스템’을 적용해 분석 처리량을 향상시켰다.

페리스휠(Ferris wheel) 시스템은 관람차(Ferris Wheel)처럼 회전하면서 여러 샘플을 순차적으로 레이저 빛에 가열하는 시스템이다.

이후 nanoPCR로 실제 코로나19를 진단하는 환자검체시험을 진행했고 그 결과로 환자 1명 샘플분석을 약 17분 만에 마쳤으며 150명의 감염여부(75명 양성, 75명 음성 샘플)를 정확히 판정했다.

이 연구결과에 의하면 RT PCR 수준의 정확도(99%)를 갖추면서도 진단시간은 획기적으로 단축시킨 것으로 작고 가벼워(15x15x18.5cm, 3kg) 현장에서 손쉽게 사용할 수 있다.

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

이 연구는 국제학술지 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering, IF 17.149)에 12월 3일 게재됐다.

에이티엔뉴스 이기종 기자 dair0411@gmail.com

<저작권자 © 에이티엔뉴스 무단전재 및 재배포금지>
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