PCR 설비 없어도 스마트폰으로 1시간 내 코로나19 진단

생명연 개발 바이오센서, 현장에서 빠른 시간에 코로나19 진단 가능

중합효소연쇄반응(PCR) 검사 설비 없이 현장에서 1시간 안에 코로나19 감염 여부를 스마트폰으로 확인할 수 있는 진단 기술이 나왔다.

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 바이오나노연구센터 강태준 박사 연구팀이 표적 유전자만 신속 정확하게 검출, 현장에서 스마트폰 앱을 통해 코로나19 감염 여부를 손쉽게 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다고 20일 밝혔다.

향후 신변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있으리라 기대된다.

코로나19 현장진단 바이오센서 (자료=생명연)

신속 정확한 진단은 감염 확산을 막는 중요한 방법 중 하나다. 이를 위해 현장에서 바로 감염 여부를 진단하는 현장 진단 기술에 대한 관심이 높다. 현재 감염병 진단에 주로 쓰이는 중합효소연쇄반응(PCR) 검사는 많은 시간과 장비, 인력이 필요해 현장 진단 기술로 활용하기엔 한계가 있다.

생명연 연구진은 '등온 핵산 증폭 기술'의 일종인 고리 매개 등온 증폭법(LAMP)과 유전자 가위 기술을 결합, 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 빠르고 정확하게 검출하는 바이오센서를 개발했다.

LAMP는 별도의 온도 조절 장치가 필요한 PCR 기술의 문제를 보완한다. 약 1시간의 반응 시간 안에 표적 핵산 증폭 비율을 최대 109배 높일 수 있다. 또 표적 유전자를 찾아 염기서열을 제거하는 유전자 가위의 특성을 활용, 진단하려는 유전자의 검출 및 진단에 적용했다.

연구진은 이 센서를 기반으로 3D 프린팅을 활용한 소형 디바이스를 제작, 현장에서 1시간 안에 신속 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있게 했다.

또 함께 개발한 머신러닝 기반 스마트폰 앱으로 채취된 검체의  색깔 농도나 색조를 분석, 바이러스 농도를 쉽고 빠르게 정량화해 분석할 수 있게 했다.

생명연 바이오나노센터 강태준 박사 (자료=생명연)

미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기 경증 환자도 진단 가능하다. 개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈다고 연구진은 밝혔다.

강태준 박사는 "바이오센서와 유전자 가위, AI 기술이 융합해 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발했다"라며 "향후 제품화를 통해 다양한 신변종 감염병 진단에 활용할 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과기정통부 신변종감염병대응플랫폼 핵심기술사업, 바이오나노헬스가드연구단 바이오나노헬스가드연구사업, 나노종합기술원 나노메디컬디바이스개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐으며, 학술지 'ACS nano'에 게재됐다.