“17분 내 코로나19 현장진단”…나노물질 활용 초고속 PCR 개발

IBS 천진우 단장 "진단장비 작고 가벼워 휴대 용이…5분만에 유전자 증폭…정확도 높아"

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 현장에서 단 17분 안에 정확하게 진단할 수 있는 초고속 ‘나노PCR'(nanoPCR) 장비가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단(단장 천진우 연세대 교수)은 3일 천 단장과 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수)팀이 하버드의대 이학호 교수팀과 함께 나노자성물질을 이용해 코로나19 바이러스를 17분 안에 정확히 검출하는 현장진단(POC) 기술을 개발했다고 밝혔다.

현재 국내에서는 코로나19 확진 검사에 정확도가 높은 실시간 ‘역전사 유전자 증폭'(RT-PCR) 방식을 활용하고 있다. 그러나 현 RT-PCR 방식은 검체 채취에서 바이러스 검출까지 4시간 이상이 걸려 신속 대응이 어렵고, 고가의 대형 장비를 갖춘 병원이나 연구소 등으로 바이러스 검체를 운송해 진단해야 하기에 시간과 비용이 많이 든다.

연구진은 이런 한계를 극복하기 위해 플라스모닉 금속 물질과 자성을 띠는 물질을 결합해 30~40㎚(나노미터 :10억분의 1m) 크기의 ‘마그네토 플라스모닉 나노입자'(MPN)를 개발했다.

MPN은 빛 에너지를 빠르게 열에너지로 바꿔주는 나노입자다. 나노 PCR 기계에 바이러스 검체 샘플과 MPN 등을 섞은 용액을 넣고 빛을 가하면 가열되면서 유전물질 증폭과정이 시작된다.

처음 6분가량 샘플에 빛을 가하면 온도는 42℃까지 올라간다. 이 과정에서 RNA가 DNA로 변화하는 역전사 반응(RT)이 일어난다. 이후 초고속으로 60℃∼90℃ 사이 온도를 올렸다 내리는 작업을 진행해 유전자를 증폭시킨다. 기존 RT-PCR에서는 이 과정에 2시간 이상이 걸리지만 나노 PCR에서는 5분 이내에 가능하다.

천 단장은 “MPN 혼합 용액이 녹아있는 튜브가 플라스모닉 효과에 의해 균일하게 데워진다”며 “일반 PCR은 온도가 올라갔다 내려가는 사이클 1회에 2∼3분이 걸려 유전자 증폭에 총 2시간가량 걸리지만 나노 PCR에서는 사이클 40회를 진행하는 데 5분가량 걸린다”고 말했다.

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