5분만에 코로나19 검사하는 PCR 기술 국내 개발

정기훈 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 연구팀..나노 플라즈모닉 활용

정기훈 KAIST 바이오및뇌공학과 교수(오른쪽)와 강병훈 박사과정생 연구팀은 나노 플라즈모닉 실시간 PCR 기술을 개발했다. KAIST 제공

5분 만에 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 바이러스 유전자를 검출하는 실시간 유전자증폭(PCR) 기술이 개발됐다.

정기훈 KAIST 바이오및뇌공학과 교수 연구팀은 빛을 흡수해 열을 발생시키는 나노 플라즈모닉 구조를 통해 빠르면서도 정확하게 유전자를 정량 검출하는 실시간 PCR 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

바이러스 감염병 확산 방지를 위해서는 빠르면서도 정확히 바이러스를 검출하는 기술이 필요하다. 이중 역전사(RT)-PCR은 가장 표준화된 코로나19 진단법으로 정확도가 높다. 그러나 바이러스 검출을 위해 유전자 양을 늘리려 온도를 올렸다 내리는 과정이 오래 걸리고 대형장비를 갖춘 실험실에 검체를 운송한 뒤 진단해야 해 실시간 대응이 어려웠다.

연구팀이 개발한 나노 플라즈모닉 PCR의 개요. 나노 플라즈모닉 구조를 통해 빠르게 온도를 올렸다 내린다. KAIST 제공

연구팀은 백색 발광다이오드(LED) 빛을 흡수해 열을 발생시키는 나노 플라즈모닉 기판을 PCR 증폭에 썼다. 나노 플라즈모닉은 빛의 파장보다 작은 크기의 금속 나노구조로 빛과 잘 반응한다. 열을 빠르게 냈다 다시 빠르게 식힐 수 있다. 연구팀이 개발한 PCR은 검체 한 방울을 기판에 결합된 진공 미세유체칩에 넣으면 액체가 3분 내로 칩에 주입된다. 이후 플라즈모닉 기판이 일으키는 열을 통해 바이러스 유전자를 증폭하는 PCR 과정이 수행된다.

연구팀이 개발한 기술은 코로나19 바이러스를 만드는 DNA로 검증한 결과 95도와 60도 온도를 40차례 오가는 PCR 과정을 5분 내로 수행해 바이러스를 91% 효율로 정량 검출하는 것으로 나타났다. 연구팀은 기존 실시간 PCR 시스템의 소요시간인 1시간보다도 빠르고 증폭 효율이 높아 현장에서 빠른 진단이 필요할 때 적합할 것으로 봤다.

코로나19 플라스미드 DNA로 검증한 결과 다른 실시간 PCR보다 빠른 속도를 보이는 것으로 나타났다. KAIST 제공

정 교수는 “실질적으로 현장에 사용 가능한 초고속 분자진단법”이라며 “현장에 분자진단을 위한 차세대 유전자 증폭 플랫폼을 제공해 바이러스 확산 방지에 기여할 것으로 예상한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회 나노’에 지난달 19일 실렸다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]