테라헤르츠 메타물질을 이용한 SARS-CoV-2 단위체 검출 및 아미노산 단위 분석.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광신호를 활용해 신변종 바이러스 감염여부를 5분내 신속하게 검출할 수 있는 신개념 진단기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술이 상용화되면 신변종 감염병 전파를 조기에 차단해 의료현장의 부담을 덜 수 있게될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 서민아 박사 연구팀이 테라헤르츠 메타물질 센서를 이용해 바이러스가 인체에 침투 시 감염에 핵심적인 역할을 수행하는 단백질 단위체를 판별하는 진단 마커 검출 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

현재 코로나 검사에는 PCR검사와 신속항원검사가 활용되고 있다. PCR검사는 정확성이 높으나 4시간 이상의 긴 검사시간이 소요되고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다는 한계가 있다.

연구팀이 주목한 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 매우 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 및 차이점까지 해석이 가능한 특성을 가진다. 하지만 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 바이오 시료와의 낮은 상호작용 확률, 신호 증폭 기술의 부재 등의 측정 환경적 어려움으로 인하여 미량의 생체 내 시료를 직접 검출하기에 많은 어려움이 있었다.

연구진은 이 같은 단점을 극복하기 위해 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용, 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발했다. 먼저 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후, 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위해 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석함으로써 약 5분 이내로 단위체의 검출 및 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성 및 양을 추론할 수 있었다. 또한 아미노산 단위의 변화를 감지해 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는데도 활용할 수 있었다는 것이 연구진의 설명이다.

서민아 KIST 박사.[KIST 제공]

서민아 박사는 “코로나19를 비롯해 향후 발생할 수 있는 신종전염병과 그 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용이 가능할 플랫폼 기술로 고도화할 계획”이라고 말했다.

이번 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지 ‘바이오센서 & 바이오일렉트릭스’ 최신호에 게재됐다.