코로나19 감염 여부 실시간 확인 바이오센서 개발

의료 현장에서 실시간으로 코로나19 바이러스 감염 여부를 확인할 수 있는 바이오센서 기술이 개발됐다. 특히 환자의 검체(가래, 타액 등)에 대한 별도의 전처리 과정 없이 바이오센서에 그대로 주입하는 것으로 감염 여부를 즉시 확인할 수 있게 됐다.

과학기술정보통신부 산하 국가과학기술연구회가 주관하는 CEVI(신종 바이러스) 융합연구단(단장 김범태)에서 융합연구를 수행하고 있는 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소속 파견연구팀이 실시간으로 코로나19 바이러스를 검출하는 바이오센서(COVID-19 FET sensor)를 개발했다.

KBSI 분석과학연구본부 바이오융합연구부 소속 서기완·박창균·김승일 박사는 그래핀(Graphene) 기반 전계효과트랜지스터(FET·Field-Effect Transistor) 바이오센서를 제작, 코로나19 바이러스를 검출하는데 성공했다.

이번에 개발된 바이오센서는 바이러스에 대한 항원-항체 반응을 이용한 것이다. 즉 센서의 그래핀 위에 코로나19 바이러스에 특이적으로 결합하는 항체가 고정돼 있어, 배양된 바이러스나 코로나19 환자로부터 채취한 검체가 주입되면 바이러스가 항체에 결합한다. 이 결합 반응을 인식한 센서는 즉각적으로 전기적 신호변화를 일으켜 바이러스의 유무를 알린다.

센서의 소재로서 우수한 전기적 특성을 지닌 그래핀을 사용하고 전계효과트랜지스터(FET) 구동원리가 적용돼 매우 낮은 바이러스 농도에도 전기적 신호변화를 일으킬 수 있는 고감도의 민감성을 확보하는 한편 환자의 검체에 대한 별도 전처리 과정 없이도 바로 바이러스를 검출할 수 있어 의심환자의 감염 여부를 즉시 판별할 수 있을 것으로 기대된다.

이와 관련 서기완 박사는 “기존에 연구되던 화학적 원리의 항원-항체 검사방법의 한계로써 비교적 고농도의 바이러스가 필요했던 것에 비해, 이번에 개발된 바이오센서는 낮은 농도의 바이러스에도 고감도로 반응한다”고 설명했다.

이와 함께 코로나19 감염 여부 판별을 위해 사용하는 유전자증폭검사(RT-PCR)는 3시간 이상이 소요되지만, 개발된 바이오센서를 활용하면 즉각적인 감염 여부 판별이 가능하다.

이번 연구결과는 세계적인 나노분야 학술지인 ‘ACS Nano’ 온라인판에 지난 15일 게재됐으며, 미국과학진흥협회(AAAS)의 연구성과 홍보 플랫폼인 EurekAlert!(https://www.eurekalert.org)을 통해 최근 공개됐다.

이번 연구를 수행한 연구자들은 현재 CEVI 융합연구단에서 신종 바이러스 진단기술 개발연구에 참여하고 있으며, 한국화학연구원·안전성평가연구소·전북대학교병원과의 공동연구를 통해 이번 연구결과를 도출했다.

이번 연구결과는 현재로서는 실험실 수준의 연구성과로, 상용화에 이르기 위해서는 향후 후속연구가 더 필요하다. 향후 연구팀은 후속 연구를 통해 현장에서 사용가능한 휴대용 검출센서가 개발되면 의심환자의 코로나19 감염 여부를 보다 빠르게 진단할 수 있고, 더 나아가 대면적의 검출센서 제작을 통한 대규모 집단감염에서의 감염자 판별에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

김승일 박사는 “이번 연구는 바이러스 진단을 위한 바이오센서의 가능성을 보여준 사례”라며 “현장진단을 위한 플랫폼 개선 연구를 통해 코로나19뿐 아니라 향후 발생할 수 있는 바이러스를 검출할 수 있는 진보된 상용화 플랫폼을 개발해 나갈 예정”이라고 밝혔다.