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코로나19 감염 여부 실시간 확인 바이오센서 개발 twitter   facebook  
이름 : 언론홍보 | 작성일 : 2020.04.22 18:41 | 조회수 : 2307
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로나19 감염 여부 실시간 확인 바이오센서 개발


그래핀 기반 초고감도 바이오센서로 환자 검체 처리 과정 없이 바이러스 검출


환자에서 채취한 검체를 바이오센서(COVID-19 FET sensor)에 떨어뜨려
    코로나19 바이러스 감염여부를 전기적인 신호로 확인할 수 있다.

▲ 환자에서 채취한 검체를 바이오센서(COVID-19 FET sensor)에 떨어뜨려 코로나19 바이러스 감염여부를 전기적인 신호로 확인할 수 있다.



 의료 현장에서 실시간으로 코로나19 바이러스 감염여부를 확인 할 수 있는 바이오 센서 기술이 개발됐다. 특히 환자의 검체(가래, 타액 등)에 대한 별도의 전처리 과정 없이 바이오센서에 그대로 주입하는 것으로 감염여부를 즉시 확인할 수 있다는 연구성과를 도출하였다.


 과학기술정보통신부 산하 국가과학기술연구회(NST)가 주관하는 CEVI(신종 바이러스) 융합연구단(단장 김범태)에서 융합연구를 수행하고 있는 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI) 소속 파견연구팀이 실시간으로 코로나19 바이러스를 검출하는 바이오센서(COVID-19 FET sensor)를 개발했다.


 KBSI 분석과학연구본부 바이오융합연구부 소속 서기완, 박창균, 김승일 박사는 그래핀(Graphene) 기반 전계효과트랜지스터(FET: Field-Effect Transistor) 바이오센서를 제작하여 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)를 검출하는데 성공했다.


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


(왼쪽) 이번에 개발된 바이오센서의 메르스 바이러스와 코로나19 바이러스 검출
    비교 실험결과로서 코로나19(SARS-CoV-2)에 특이적으로 반응하여 전기적
    신호변화를 일으킴을 확인할 수 있다. (오른쪽) 환자 검체에서 코로나19
    바이러스를 검출한 실험결과로서 정상인의 샘플(#1)을 컨트롤(대조군) 신호로
    사용하고, 환자의 검체(#2)를 50초 전후로 주입시키면 즉각적으로 전기적인
    신호변화가 나타나는 것을 볼 수 있다.

▲ (왼쪽) 이번에 개발된 바이오센서의 메르스 바이러스와 코로나19 바이러스 검출 비교 실험결과로서 코로나19(SARS-CoV-2)에 특이적으로 반응하여 전기적 신호변화를 일으킴을 확인할 수 있다. (오른쪽) 환자 검체에서 코로나19 바이러스를 검출한 실험결과로서 정상인의 샘플(#1)을 컨트롤(대조군) 신호로 사용하고, 환자의 검체(#2)를 50초 전후로 주입시키면 즉각적으로 전기적인 신호변화가 나타나는 것을 볼 수 있다.

 

 센서의 소재로서 우수한 전기적 특성을 지닌 그래핀을 사용하고 전계효과트랜지스터(FET) 구동원리가 적용되어 매우 낮은 바이러스 농도에도 전기적 신호변화를 일으킬 수 있는 고감도의 민감성을 확보했다. 또한, 환자의 검체에 대한 별도 전처리 과정 없이도 바로 바이러스를 검출할 수 있어 의심환자의 감염 여부를 즉시 판별할 수 있을 것으로 기대된다.


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


 또한, 코로나19의 감염여부 판별을 위해 사용하는 유전자증폭검사(RT-PCR)는 3시간 이상이 소요되지만, 개발된 바이오센서를 활용하면 즉각적인 감염여부 판별이 가능하다.


 본 연구결과는 세계적인 나노분야 학술지인 ACS Nano誌’ 온라인판 [논문명: Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor, IF=13.903, 서기완(제1저자 / KBSI 전문사업연구원 및 CEVI 융합연구단), 박창균(공동교신저자 / KBSI 선임연구원 및 CEVI 융합연구단), 김승일(공동교신저자 / KBSI 책임연구원 및 CEVI 융합연구단 바이러스 진단 팀장)]에 지난 4월 15일 게재되었으며, 미국과학진흥협회(AAAS)의 연구성과 홍보 플랫폼인 EurekAlert!(https://www.eurekalert.org)을 통해 최근 공개되었다.


 본 연구를 수행한 연구자들은 현재 CEVI 융합연구단(신종바이러스융합연구단)에서 신종 바이러스 진단기술 개발연구에 참여하고 있으며, 한국화학연구원, 안전성평가연구소, 전북대학교병원과의 공동연구를 통해 이번 연구결과를 도출했다.


 이번 연구결과는 현재로서는 실험실 수준의 연구성과로서 상용화에 이르기 위해서는 향후 후속연구가 더 필요하다. 후속 연구를 통해 현장에서 사용가능한 휴대용 검출센서가 개발되면 의심환자의 코로나19 감염여부를 보다 빠르게 진단할 수 있고, 더 나아가 대면적의 검출센서 제작을 통한 대규모 집단감염에서의 감염자 판별에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.


 KBSI 바이오융합연구부 김승일 박사는 “본 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.  <끝>

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