광 신호 증폭 소재 제작기술의 유전자 검출 원리와 신속 분자진단 기술 모식도.[재료연구소 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 코로나19 사태로 인해 분자진단 시장의 급격한 성장과 함께 신속한 확진자 구분과 동선파악을 위한 신속 분자진단 기술 개발이 요구되고 있다.

재료연구소 정호상 박사 연구팀은 삼성서울병원 이민영 박사 연구팀과 함께 광 신호 증폭 효과로 소량의 병원체 유전자도 검출 가능한 광센서 소재를 개발하는데 성공했다.

이번에 개발된 기술은 광 신호 증폭 소재 제작 기술이다. 연구팀은 다공성 종이필터 상에 플라즈모닉 현상을 통해 라만 신호를 증폭할 수 있는 은 나노선을 네트워크 구조로 형성시켰다. 이 기술을 이용하면 호흡기 병원체 유전자의 존재 유무를 30분 이내에 검출할 수 있다.

기존 유전자 검출에 사용되는 PCR 검사법은 타겟 유전자의 수를 늘려주는 방식을 사용한다. 검출 유전자 수를 늘리기 위해서는 50~90℃의 온도구배를 반복적으로 가해주는 과정이 필요하다. 일반적으로 PCR법은 검출에 2~3시간 정도의 시간이 소요되고, 초기 검체 내에 유전자 농도가 낮을수록 검출 시간이 증가하고 신뢰도가 낮아지는 단점이 있다.

이 기술은 유전자 검출에 필요한 증폭 시간을 줄인다. 증폭된 유전자 수는 적지만 소재의 광 신호 증폭 현상을 이용해 검출 민감도의 향상을 이뤄냈다. 연구팀은 병원체 유전자를 종이기반 은 나노선 광센서 상에 용적해 라만산란신호를 측정함으로써 신속 진단에 성공했다.

연구팀이 사용한 은 나노선은 30나노미터의 지름과 수 마이크로미터의 길이를 가진다. 다공성 종이필터 상에 나노크기의 기공을 가진 은 나노선 네트워크를 형성시키면 은 나노선 끼리 맞닿은 곳에서 분자의 라만신호가 수억 배 이상 증폭된다. PCR을 진행한 샘플을 20분 이내에 종이기반 광센서 상에 용적해 이를 휴대용 라만 분광기를 통해 검출함으로써 진단하는 방식이다.

호흡기 감염병과 관련된 바이러스 및 박테리아 유전자의 경우, 정량보다는 환자가 위치한 현장에서 신속하게 인체 감염 유무를 확인하는 게 필요하다. 연구팀은 이를 위해 개발된 종이기반 은 나노선 광센서 소재를 현장검사에 활용 가능하도록 래피드 키트(Rapid Kit) 형태로 제작했다.

이번에 개발된 유전자 검출용 광센서 소재기술은 호흡기 감염 바이러스 및 박테리아의 신속 확진에 활용할 수 있어, 현장현시 검사용으로 개발해 공항과 항만, 공공장소와 다중이용시설 등에서 긴급 감염 진단에 활용이 가능하다.

정호상 박사는 “재료연구소는 다양한 소재를 바탕으로 분자진단, 면역진단과 관련된 의료용 바이오센서 소재기술 개발과 함께 항균/항바이러스 소재, 방역 소재기술 등의 기술 개발에 집중하고 있다”며 “코로나19로 인해 국민들의 생활에 닥친 어려움을 하루빨리 극복할 수 있도록 최선을 다해 노력하겠다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘센서스 & 액츄에이터 비: 케미칼’ 8월 28일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com