변종도 정확하게 판별..테라헤르츠파로 코로나19 진단

[이데일리 강민구 기자] 코로나19는 점염성이 높고, 변이종이 계속 출연하면서 의료진과 방역 당국의 대응을 어렵게 하고 있다. 그런 가운데 국내 연구진이 감염병을 조기에 진단해 의료현장의 부담을 줄일 수 있는 가능성을 제시했다.

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

한국과학기술연구원의 송현석 박사(왼쪽)과 서민아 박사(오른쪽).(사진=한국과학기술연구원)

일반적으로 코로나19 진단에는 PCR검사와 신속항원검사가 쓰이고 있다. PCR검사는 정확성이 높지만 4시간 이상 검사시간이 필요하고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다.

연구팀이 주목한 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 수 있다. DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 와 차이점을 해석할 수 있다.

그러나 테라헤르츠파는 바이오 시료와 상호작용 확률이 낮고, 신호 증폭 기술이 없어 몸속에 미량 있는 시료를 직접 검출하기 어려웠다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용해 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발했다.

테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 테라헤르츠 신호 변화를 관찰하기 위해 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석해 수 분 이내로 시료 특성과 수량을 추론했다. 아미노산 단위의 변화를 감지해 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정할 수 있게 했다.

서민아 박사는 “향후 발생할 전염병과 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용 가능할 것으로 전망 한다”고 밝혔다.

연구 결과는 분석화학 분야 국제 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 최신호에 게재됐다.