CEVI융합연구단 기초지원연 연구팀, 그래핀 기반 바이오센서 개발
검체 사전처리 없이 항원-항체 반응 이용, 민감도 높아

환자에서 채취한 검체를 바이오센서(중앙, COVID-19 FET 센서)에 떨어뜨려 코로나19 바이러스 감염여부를 전기적인 신호로 확인할 수 있다.<사진= 한국기초과학지원연구원>
환자에서 채취한 검체를 바이오센서(중앙, COVID-19 FET 센서)에 떨어뜨려 코로나19 바이러스 감염여부를 전기적인 신호로 확인할 수 있다.<사진= 한국기초과학지원연구원>
환자의 검체(가래, 타액 등)를 별도 전처리 과정없이 바이오센서에 그대로 주입하면 감염여부를 즉시 확인할 수 있는 바이오센서 기술이 나왔다.

신종바이러스(CEVI)융합연구단(단장 김범태)에서 융합연구를 수행하고 있는 한국기초과학지원연구원(원장 신형식) 소속 연구팀이 코로나19 바이러스를 실시간 검출하는 바이오센서(COVID19 FET 센서)를 개발했다.

기초지원연 분석과학연구본부 바이오융합연구부 소속의 서기완, 박창균, 김승일 박사 연구팀은 그래핀 기반 전계효과트랜지스터(FET) 바이오센서를 제작하고 코로나19 바이러스 검출에 성공했다. FET는 나노물질을 쌓아 올릴 수 있는 기판(지지체)위에 전류가 흐를 수 있는 전도성 물질에 소스, 드레인, 게이트 세 개의 전극으로 구성된다.

연구팀이 개발한 바이오센서는 바이러스에 대한 항원-항체 반응을 이용한 것이다. 센서의 그래핀 위에 코로나19 바이러스에 특이적으로 결합하는 항체가 고정돼 있어 배양된 바이러스나 코로나19 환자로부터 채취한 검체가 주입되면 바이러스가 항체가 결합한다. 결합 반응을 인식한 센서는 즉각 전기적 신호변화를 일으켜 바이러스 유무를 알린다.

그래핀을 사용한 센서는 전계효과트랜지스터(FET) 구동원리가 적용돼 매우 낮은 바이러스 농도에도 신호변화를 일으킬 수 있는 고감도의 민감성을 확보했다. 또 코로나19 감염판별에 사용되는 유전자증폭검사(RT-PCR) 없이 즉각 감염여부 판별이 가능하다. 이에 따라 환자의 검체를 별도 전처리 없이 바로 바이러스를 검출할 있어 의심환자의 감염 여부를 즉시 판별할 수 있을 것으로 기대된다.

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

이번 결과는 실험실 수준으로 연구팀은 후속연구를 진행할 예정이다. 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 연구는 CEVI 융합연구단에 참여하고 있는 한국화학연구원, 안전성평가연구소, 전북대학교병원과의 공동연구를 통해 결과를 도출했다. 결과는 나노분야 학술지인 ACS Nano지 온라인판에 지난 15일 게재됐다. 미국과학진흥협회(AAAS)의 연구성과 홍보 플랫폼인 EurekAlert!을 통해 최근 공개됐다.

(좌)이번에 개발된 바이오센서의 메르스 바이러스와 코로나19 바이러스 검출 비교 실험결과. 코로나19에 특이적으로 반응하며 전기적 신호변화를 일으킨다. (우)환자 검체에서 코로나19 바이러스를 검출한 실험결과로 정상인의 샘플(#1)을 컨트롤(대조군) 신호로 사용하고, 환자의 검체(#2)를 50초 전후로 주입시키면 즉각적으로 전기적인 신호변화가 나타나는 것을 볼 수 있다.<사진= 한국기초과학지원연구원>
(좌)이번에 개발된 바이오센서의 메르스 바이러스와 코로나19 바이러스 검출 비교 실험결과. 코로나19에 특이적으로 반응하며 전기적 신호변화를 일으킨다. (우)환자 검체에서 코로나19 바이러스를 검출한 실험결과로 정상인의 샘플(#1)을 컨트롤(대조군) 신호로 사용하고, 환자의 검체(#2)를 50초 전후로 주입시키면 즉각적으로 전기적인 신호변화가 나타나는 것을 볼 수 있다.<사진= 한국기초과학지원연구원>
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