KIST "5분 안에 PCR 검사 결과 확인 기술 개발"

광열 나노소재 안정성 높여 PCR 검사 속도 개선...다양한 변이 동시 진단 가능

PCR 검사 결과를 5분 안에 얻을 수 있게 된다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광열 나노소재를 활용, PCR 검사를 지금의 10분의 1인 5분 안에 수행하면서도 기존 방식과 동등한 진단 성능을 가진 초고속 PCR 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

PCR은 DNA 양을 증폭해 표적 핵산을 검출하는 분자 진단 기술로, 1984년 개발 이후 생명과학 분야에 엄청난 발전을 가져왔다. 최근 코로나19 진단에도 활용되면서 대중에도 널리 알려졌다. 

하지만 PCR은 온도를 60-95℃ 사이에서 반복적으로 순환시켜야 해 검사에 최소 1-2시간은 소요된다. 현장에서 바로 진단 결과를 알 수 없는 이유다. 

폴리머 입자 내 광열 효과를 이용한 PCR 온도순환 모식도 (자료=KIST)

안전증강융합연구단 김상경 단장⦁정승원 박사 연구팀은 빛을 받으면 열을 내는 광열 나노소재를 활용했다. 광열 나노소재는 빛을 쬐는 즉시 빠르게 높은 열을 내지만 안정성이 낮아 성능 유지가 어렵다. 소재의 불안정성을 극복하기 위해 광열 나노소재를 물리적으로 붙잡을 수 있는 고분자 복합체를 제작하고, 이를 PCR 구동장치에 적용해 열판이 없는 소형 PCR 구동장치를 개발했다. 

또 마이크로입자 여러 개를 한 번에 진단하는 다중진단 기술을 구현해 한번의 PCR로 여러 종류의 코로나 변이 바이러스를 구분할 수 있게 했다. PCR은 감염병 외 다양한 질병에 적용 가능한 보편적 분자진단 기술이라 활용도가 높을 것으로 연구진은 기대했다. 

김상경 단장은 "추가 연구를 통해 이번에 개발한 초고속 PCR 기술을 올해 내 소형화해 장소에 구애받지 않고 활용가능한 장치로 개발할 계획"이라며 "정확한 진단이라는 PCR의 강점을 그대로 유지하면서 편의성, 현장성, 신속성을 높여 1차 동네의원이나 약국, 더 나아가 집에서 활용할 수 있는 정밀 진단기기가 될 것"이라고 말했다. 

이 연구는 국가과학기술연구회 지원을 받아 실용화형 융합연구단 사업으로 수행됐으며, 나노 소재 분야 학술지 'ACS 나노(ACS Nano)' 온라인 최신호에 게재됐다.