코로나19 바이오센서 개발…감염 여부 즉시 확인

[아이뉴스24 최상국 기자] 코로나19 바이러스 감염여부를 현장에서 실시간으로 확인할 수 있는 바이오센서 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

바이오센서는 특정 생물체를 전기적 신호로 검출할 수 있는 기술이다. 환자의 검체에 대한 별도의 전처리 과정 없이 바이오센서에 그대로 주입하는 것으로 감염여부를 즉시 확인할 수 있어 코로나19 현장진단에 기여할 것으로 기대된다.

22일 한국기초과학지원연구원(KBSI) 분석과학연구본부 서기완, 박창균, 김승일 박사팀은 그래핀 기반 전계효과트랜지스터(FET) 바이오센서를 제작해 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)를 검출하는데 성공했다고 발표했다.

이번에 개발된 바이오센서는 바이러스에 대한 항원-항체 반응을 이용한 것이다. 센서의 그래핀 위에 코로나 19 바이러스에 특이적으로 결합하는 항체가 고정돼 있어, 코로나19 환자로부터 채취한 검체가 주입되면 바이러스가 항체에 결합한다. 이 결합 반응을 인식한 센서는 즉각적으로 전기적 신호변화를 일으켜 바이러스의 유무를 알린다.

연구팀은 우수한 전기적 특성을 지닌 그래핀을 센서의 소재로 사용하고, 전계효과트랜지스터(FET) 구동원리를 적용해 매우 낮은 바이러스 농도에도 전기적 신호변화를 일으킬 수 있는 고감도의 민감성을 확보했다고 밝혔다. 또한 실시간 유전자증폭검사(RT-PCR)는 3시간 이상이 소요되지만, 개발된 바이오센서를 활용하면 환자의 검체에 대한 별도 전처리 과정 없이도 바로 바이러스를 검출할 수 있어 의심환자의 감염 여부를 즉시 판별할 수 있을 것으로 기대했다.

KBSI 서기완 박사는 "기존에 연구되던 화학적 원리의 항원-항체 검사방법은 비교적 고농도의 바이러스가 필요했던 것에 비해, 이번에 개발된 바이오센서는 낮은 농도의 바이러스에도 고감도로 반응한다”고 설명했다.

연구팀은 현재 국가과학기술연구회 신종바이러스 융합연구단(CEVI)에서 바이러스 진단기술 개발연구에 참여하고 있다. 한국화학연구원, 안전성평가연구소, 전북대학교병원이 이 연구에 함께 참여했다.

연구팀은 "이번 연구결과는 현재로서는 실험실 수준의 연구성과로서 상용화에 이르기 위해서는 현장에서 사용가능한 휴대용 검출센서 개발이 필요하다"고 덧붙였다.

KBSI 바이오융합연구부 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.

이번 연구결과는 나노분야 국제 학술지인 'ACS 나노' 온라인판에 4월15일 게재됐다.

◇논문명: Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor.

◇저자 : 서기완(제1저자 / KBSI 전문사업연구원 및 CEVI 융합연구단), 박창균(공동교신저자 / KBSI 선임연구원 및 CEVI 융합연구단), 김승일(공동교신저자 / KBSI 책임연구원 및 CEVI 융합연구단 바이러스 진단 팀장)