더 빠르고 정확해진 코로나 진단… “1초만에 OK”
     
  작성자 : 서비스매너연구소 (jhahn0317@hanmail.net)  
  작성일 : 2021/05/21 08:18  
  조회수 : 11  
     
  분자진단 기법 활용 휴대용 장치, 침으로 30분 안에 정확하게 검사
항원항체 방식 활용한 측정기, 반도체 소자 이용해 1초만에 검출
국내에서도 1분內 코로나 진단
내년 휴대용 검출기 상용화 목표


신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 유행이 1년을 넘어가면서 바이오센서 등 다양한 진단 기법이 나오고 있다. 세인트루이스 워싱턴대 제공


전 세계가 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)과 1년 넘게 사투를 벌이면서 코로나19 바이러스를 잡아내는 진단 기술도 함께 진화하고 있다. 특허청에 따르면 지난해 2월 이후 이달 초까지 국내에서 출원한 코로나19 진단 기술 특허는 189건으로 집계됐다. 이는 2002년 창궐한 사스(SARS·중증급성호흡기증후군) 진단 기술이 20건, 2013년 메르스(MERS·중동호흡기증후군)가 33건 출원된 것과 비교해 훨씬 많다. 빠르면 수십 분 이내에 바이러스를 정확하게 잡아내면서도 사용이 간편하고 비용은 저렴한 다양한 기술이 속속 등장하고 있다.


○30분 내에 실험실 수준의 정확한 검사


현재 코로나19 바이러스 검사에서 정확성을 인정받고 있는 분자진단 기법에서도 속도와 정확성을 개선하고 휴대성을 높인 방식이 나오고 있다. 미국 어배너섐페인 일리노이대 연구진은 침에서 간편하게 검체를 채집해 30분 만에 정확하게 바이러스를 검출하는 휴대용 장치 ‘스폿(SPOT)’을 개발하고 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 18일자에 공개했다.


연구진은 ‘역전사 고리매개등온증폭법(RT-LAMP)’을 쉽고 간편하게 쓸 수 있는 이동형 검출기로 개선했다. RT-LAMP는 국내 표준 검사법인 ‘실시간 역전사 중합효소연쇄반응법(qRT-PCR)’과 마찬가지로 핵산을 증폭해 바이러스를 찾아낸다. qRT-PCR가 중합효소를 이용해 핵산을 증폭하고 이 과정에서 온도를 95도, 55도, 72도 등으로 계속 바꿔주지만 RT-LAMP는 60∼65도의 일정한 온도에서 핵산을 증폭한다는 점이 다르다.


검사에만 4∼6시간이 걸리는 qRT-PCR와 달리 등온증폭법은 30분 안에 바이러스 조각을 확인할 수 있다. 하지만 60도 부근에서 핵산 증폭 효율이 떨어지고 전문 장비를 갖춰야 분석이 가능하다는 단점이 있었다. 연구진은 95도의 고온에서 코로나19 바이러스의 특정 조각에 결합해 이 조각만 증폭할 수 있는 특수 제한효소를 이용해 증폭 효율이 떨어지는 문제를 보완했다. 또 검출기에 들어가는 대부분의 부품을 3차원(3D) 프린팅으로 인쇄해 작고 손쉽게 조립할 수 있게 만들었다. 바이러스 감염 초기 일주일간은 침에서 바이러스 활성이 높다는 사실을 이용해 콧속에서 면봉으로 검체를 채집하는 대신 간편하게 침으로 대신했다.



연구진이 침 샘플 104개를 이용해 스폿의 성능을 조사한 결과 코로나19 양성 샘플 30개에서 28개를, 음성 샘플 74개에서는 73개를 정확히 식별했다. 연구진은 인플루엔자 등 다른 바이러스가 코로나19 바이러스와 섞여 있어도 스폿이 코로나19 바이러스만 정확히 찾아냈다고 설명했다. 정규열 포스텍 화학공학과 교수는 “증폭 효율이 떨어지는 등온증폭법의 한계를 제한효소를 이용해 검출 정확도로 극복한 게 특징”이라며 “기초 연구를 토대로 프로토타입까지 완성했다는 점에서 의미가 있다”고 평가했다.


○반도체 소자 이용해 1초 만에 신속 검출도


미국 플로리다대가 반도체 소자를 이용해 개발한 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 바이러스 검출기. 연구진은 1초 만에 검출할 수 있다고 설명한다. 플로리다대 제공
빠른 진단이 가능한 항원항체 방식에서도 속도를 크게 개선한 연구가 나오고 있다. 반도체 소자를 이용한 바이오센서로 1초 만에 코로나19 바이러스를 검출하는 측정기도 나왔다. 현재 시판 중인 항원과 항체를 이용한 자가검사키트는 15∼20분 뒤 검사 결과를 알 수 있어 이 기술이 상용화될 경우 진단 속도는 획기적으로 빨라질 것으로 보인다.

미국 플로리다대 연구진은 반도체 소자인 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET·모스펫)를 이용해 바이오센서를 개발했다고 미국물리학회가 발행하는 ‘진공과학&기술 B 저널’ 18일자에 발표했다.


이 측정기는 시판되는 혈당측정기와 비슷하게 생겼다. 연구진은 모스펫을 인쇄한 기판과 그 위에 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질(S 유전자)과 결합할 수 있는 항체를 얹어 바이오센서를 만들었다. 연구진은 항체에 코로나19 바이러스가 결합하면 전류가 흐를 수 있게 만들고, 이 전류를 모스펫으로 증폭시켜 바이러스 존재 여부를 확인했다. 바이오센서를 일회용 측정지(strip)로 제작해 리더에 넣고 간편하게 확인하는 방식도 장점이다.

국내에서도 항원항체 방식의 신개념 진단 센서가 개발되고 있다. 한국기초과학지원연구원은 지난해 전기가 잘 통하는 차세대 물질인 그래핀을 이용해 1분 만에 코로나19 바이러스를 진단하는 바이오센서를 개발했다. 서기완 기초지원연구원 전문사업연구원은 “내년 7월을 목표로 휴대용 검출기 형태로 만들기 위해 소형화 연구를 진행하고 있다”고 말했다.