'꿈의 신소재'로 코로나19 감염 여부 실시간 확인

그래핀 기반 초고감도 바이오센서 개발…환자 검체 처리 과정 없이 바이러스 검출

COVID-19 FET 바이오센서를 이용한 코로나19 바이러스 검출실험 모습/사진=한국기초과학지원연구원

국내 연구진이 의료 현장에서 실시간으로 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 감염 여부를 확인 할 수 있는 바이오센서를 개발했다. 이는 환자의 가래, 타액 등 검체에 대한 별도의 전처리 과정 없이 바이오센서에 그대로 주입하는 형태로 감염 여부를 즉시 확인할 수 있다는 이점이 있다.

한국기초과학지원연구원(KBSI) 서기완, 박창균, 김승일 박사는 그래핀 기반 전계효과트랜지스터(Field-Effect Transistor·FET) 바이오센서를 제작, 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)를 검출하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

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

연구진에 따르면 센서 소재로 전기적 특성이 우수한 그래핀을 사용하고, 전계효과트랜지스터(FET) 구동원리가 적용돼 매우 낮은 바이러스 농도에도 전기적 신호변화를 일으킬 수 있는 고감도의 민감성을 확보했다. 전계효과트랜지스터는 반도체 평면에 수직한 전기장을 걸어 전류의 흐름을 조절하는 방식으로 다양한 효과를 일으키는 전자소자를 말한다.

또 환자의 검체에 대한 별도 전처리 과정 없이도 바로 바이러스를 검출할 수 있어 의심환자의 감염 여부를 즉시 판별할 수 있다. 아울러 낮은 농도의 바이러스에도 고감도로 반응해 정확도가 높다는 평가다.

환자에서 채취한 검체를 바이오센서(중앙, COVID-19 FET 센서)에 떨어뜨려 코로나19 바이러스 감염여부를 전기적인 신호로 확인할 수 있다/사진=한국기초과학지원연구원

현재 코로나19 감염여부 판별하기 위해 사용하는 유전자증폭검사(RT-PCR)는 3시간 이상이 소요되지만, 이 바이오센서를 활용하면 즉각적인 감염 여부 판별이 가능하다.

이번 연구를 수행한 세 명의 연구자들은 현재 신종바이러스융합연구단에서 신종 바이러스 진단기술 개발연구에 참여하고 있으며 한국화학연구원, 안전성평가연구소, 전북대학교병원과의 공동연구를 통해 이번 연구결과를 도출했다.

김승일 박사는 “이번 연구결과는 현재로서는 실험실 수준의 연구성과로서 상용화에 이르기 위해서는 향후 후속연구가 더 필요하다”고 말했다. 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 것이란 설명이다.