▲다종 유전자 진단 어레이 센서 및 신속 등온 PCR기술 소개 (사진=한국재료연구원 제공)

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS) 나노바이오융합연구실 박성규/정호상 박사 연구팀이 삼성서울병원 의공학연구센터 이민영/우아영 박사 연구팀과 함께 3차원 광증폭 어레이 센서와 등온 PCR기술을 융합시켜 급성 호흡기 감염병을 일으키는 8종의 유전자(박테리아 4종, 바이러스 4종)를 30분 이내에 진단할 수 있는 현장형 유전자 PCR기술을 세계최초로 개발했다고 5일 밝혔다.

현재 사용 중인 코로나19(COVID-19) 바이러스 진단기술은 현장 분석이 불가능해 시료 채취 후 확진까지 약 4시간 이상이 소요되어 감염자의 조기격리가 어렵다는 단점이 있다.

연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 세계최초로 분자의 광신호를 수백 배 이상 증폭시킬 수 있는 3차원 금 나노기판 상에 등온 PCR기술을 융합시켜 섭씨 37도의 항온 유지만으로 30분 이내에 호흡기 감염 병원체의
유전자를 검출하는 데 성공했다.

뿐만 아니라, 연구팀은 하나의 칩만으로 4종의 박테리아와 4종의 바이러스, 총 8종의 유전자를 동시에 분석할 수 있는 3차원 어레이 센서도 함께 개발했다.

연구팀이 개발한 ‘급성 호흡기 감염병 현장 다중진단기술’은 감염자의 비인두 스왑(Nasopharynx Swab, 비인두용 면봉)으로 채취한 임상 샘플에 대해서도 유효성이 확인됐다.

향후 코로나19 바이러스(COVID-19) 감염자에 대한 대규모 임상시험을 통해 의료기기의 신뢰성을 확인하고 식약처의 인·허가를 진행할 예정이다.

한국재료연구원의 ‘3차원 광증폭 나노소재 기술’은 이미 한국과 미국 및 중국에 특허 등록이 된 상태이며, ‘현장형 신속 유전자 검출기술’은 삼성서울병원과 공동으로 국내 특허를 출원했다.

연구책임자인 한국재료연구원 박성규 책임연구원은 “10여종 이상의 호흡기 감염 병원체의 초고감도 유전자 진단이 가능한 핵심 나노소재를 개발해, 현장에서 30분 이내에 이를 판별할 수 있는 의료기기를 개발할 수 있게 됐다.”며 “삼성서울병원 및 국내 진단기기 업체와의 활발한 융합연구를 통해 현장형 분자진단기기의 조기 상용화를 자신한다”라고 말했다.

한국재료연구원 이정환 원장은 “한국재료연구원은 현재 확보 중인 3차원 고감도 나노바이오 원천소재를 통한 호흡기 감염병 현장진단 기술 및 초고감도 마약 검출 센서 기술 등의 조속한 상용화를 위해 지속적인 지원을 아끼지 않고 있다”며 “연구성과가 국민 삶의 질 향상과 안전한 사회 구현으로 이어질 수 있도록 계속해서 최선을 다하겠다”라고 말했다.

본 연구는 한국재료연구원 주요사업과 과학기술정보통신부 선도연구센터(센터명: 나노플라즈모닉 체외진단 연구센터)사업 및 산업통상자원부 산업기술 알키미스트프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐다.

또한 이번 연구성과는 분석화학 분야 최고 저널인 바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF:10.257)誌에 게재됐다.

 

메디컬투데이 이대현 ([email protected])

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