한국재료연구원 제공
정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS) 연구팀이 코로나 바이러스를 포함한 급성 호흡기 감염병 바이러스나 박테리아를 30분만에 잡아낼 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.
재료연구원 나노바이오융합연구실 박성규·정호상 박사 연구팀은 삼성서울병원 의공학연구센터 이민영·우아영 박사 연구팀과 함께 3차원 광증폭 어레이 센서와 등온 PCR기술을 융합시켜 급성 호흡기 감염병을 일으키는 유전자를 30분 이내에 진단할 수 있는 현장형 유전자 PCR기술을 세계최초로 개발했다.
현재 사용 중인 코로나19(COVID-19) 바이러스 진단기술은 시료 채취 후 확진까지 약 4시간 이상이 소요돼 감염자의 조기격리가 어렵다는 단점이 있다. 사실상 현장 분석이 불가능한 것이다.
연구팀은 이 같은 문제점을 해결하기 위해 기존 시료만 증폭시키는 것에서 시료와 신호를 동시에 증폭시켰다. 분자의 광신호를 수백 배 이상 증폭시킬 수 있는 3차원 금 나노기판 상에 등온 PCR기술을 융합시켜 섭씨 37도의 항온 유지만으로 30분 이내에 호흡기 감염 병원체의 유전자를 검출해냈다. 이 기술은 여러 종류의 유전자를 한꺼번에 검출할 수도 있다는 장점도 있다.
연구팀은 하나의 칩만으로 4종의 박테리아와 4종의 바이러스, 총 8종의 유전자를 동시에 분석할 수 있는 3차원 어레이 센서도 함께 개발했다. 분석 가능한 유전자는 폐렴구균, 인플루엔자균, 클라미디아 폐렴균, 마이코플라즈마 폐렴균 등 박테리아 4종과 코로나바이러스229E, OC42, NL63, 사람 메타뉴모바이러스 감염증 등 바이러스 4종 등이다.
연구팀이 개발한 '급성 호흡기 감염병 현장 다중진단기술'은 감염자의 비인두 스왑으로 채취한 임상 샘플에 대해서도 유효성이 확인됐다. 앞으로 코로나19 바이러스(COVID-19) 감염자에 대한 대규모 임상시험을 통해 의료기기의 신뢰성과 정확성을 확보해 식약처의 인·허가를 진행할 예정이다.
'3차원 광증폭 나노소재 기술'은 이미 한국과 미국, 중국에 특허 등록이 된 상태이며, '현장형 신속 유전자 검출기술'은 삼성서울병원과 공동으로 국내 특허를 출원했다.
연구팀은 내년이면 인허가 절차를 거쳐 제품 출시가 가능할 것이라고 전망하고 있다. 연구책임자인 박성규 책임연구원은 "10여종 이상의 호흡기 감염 병원체의 초고감도 유전자 진단이 가능한 핵심 나노소재를 개발해, 현장에서 30분 이내에 이를 판별할 수 있는 의료기기를 개발할 수 있게 됐다"며 "삼성서울병원과 국내 진단기기 업체와의 활발한 융합연구를 통해 현장형 분자진단기기의 조기 상용화를 자신한다"라고 말했다.
이번 연구는 한국재료연구원 주요사업과 과학기술정보통신부 선도연구센터(센터명: 나노플라즈모닉 체외진단 연구센터)사업과 산업통상자원부 산업기술 알키미스트 프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구성과는 분석화학 분야 최고 저널인 바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF:10.257)지에 게재됐다.