한국생명공학연구원, 그래핀 기반 바이오센서 개발 신변종 호흡기 바이러스 현장 동시진단 개략도.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 다양한 종류의 신변종 바이러스를 PCR없이 타액(침)으로 간단히 수십초만에 신속 진단할 수 있는 센서기술을 개발했다.

한국생명공학연구원은 국가영장류센터 홍정주 박사와 성균관대학교 권오석 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 송현석 박사 공동 연구팀이 다종의 호흡기 바이러스를 현장에서 신속하게 검출할 수 있는 플랫폼 개발에 성공했다고 18일 밝혔다.

2002년 발생한 중증급성호흡기증후군(SARS, 사스), 2012년 발생한 중동호흡기증후군(MERS, 메르스) 그리고 2019년 발생한 코로나바이러스감염증-19(코로나19)와 같이 21세기에 들어 크게 유행한 감염병은 호흡기 바이러스로 인한 신종 감염병이 주를 이루고 있다.

신종 호흡기 감염병이 발생하면 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 진단기기가 필수적이지만 기존의 진단기기는 민감도와 특이도가 낮아 생활 속 현장 진단에서의 활용에는 제한이 있었다.

코로나 대유행을 겪으며 현장 진단 기기가 비약적인 발전을 거듭했지만, 여전히 정확한 진단을 위해서는 PCR과 같은 별도의 검사가 필요한 실정이다.

연구팀은 그래핀(graphene) 소재를 활용해 수십 초 만에 다수의 호흡기 바이러스를 고감도로 동시에 선별할 수 있는 현장 진단 플랫폼을 개발했다.

지금까지 개발된 그래핀 기반의 바이오센서는 적층 방식의 한계로 인해 외부인자를 받아들이는 수용체를 그래핀 소재와 결합하면 노이즈 신호, 극한 환경에서의 안정성 저하 등의 문제가 발생해 현장 진단에서 활용하기에는 제한이 있었다.

연구팀은 미세한 자극에도 패턴을 나타내는 다채널 트랜지스터를 기반으로 여러 종의 호흡기 바이러스를 선택적으로 검출할 수 있는 수용체와 함께 수용체의 신호를 간섭없이 그래핀에 전달할 수 있는 인터페이싱 화합물을 개발했다.

또한 그래핀에도 소재 특성의 변화 없이 표면을 박막 코팅하는 패시베이션 층을 형성하여 바이러스 수용체와 인터페이싱 화합물 그리고 그래핀 소재 간 적층 구조의 안정성을 확보하고 외부 환경에서도 성능 저하 없이 안정적인 신호전달이 가능한 센서를 제작했다.

신변종 호흡기 바이러스 현장 신속진단 센서와 그래핀 트랜지스터 표면 이미지.[한국생명공학연구원 제공]

연구팀이 개발한 센서는 타액에 별도의 전처리 없이 진단할 수 있어 편의성도 확보했으며, 델타 및 오미크론에 감염된 영장류 모델을 통해 유효성을 검증하며 현장에서의 활용 가능성을 높였다.

홍정주 한국생명공학연구원 박사는 “영장류를 통해 유효성을 확인한 현장 신속진단 플랫폼을 개발한 만큼 앞으로 다가올 신종 호흡기 감염병 유행의 대비에도 도움이 될 것”이라며 “앞으로도 감염의 경로를 정확하게 확인할 수 있는 영장류 감염모델이 다양한 병원체 진단 기기 개발에 유용하게 활용되기를 기대한다”고 밝혔다.

권오석 성균관대 교수는 “이번에 개발한 플랫폼은 다종의 호흡기 바이러스를 동시에 빠르게 고감도로 모니터링할 수 있는 것으로 고위험군 전염병의 사전 확산 방지가 가능, 넥스트 팬데믹 상황에서 유연한 대응이 가능할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 3월 1일 게재됐다.