100% 정확한 바이러스 감염 진단 6시간→20분으로 단축

광주과학기술원

김민곤 광주과학기술원(GIST) 교수 연구팀이 감염된 시약 샘플을 키트에 떨어뜨려 인플루엔자 신속항원진단 키트를 테스트하고 있다. GIST 제공

국내 연구진이 바이러스 초기 감염 여부를 단 20분이면 정확히 확인할 수 있는 인플루엔자 신속 항원진단 기술을 개발했다. 시중에 판매되는 인플루엔자 신속항원진단키트 대비 항원검출 감도를을 최소 100배 향상시켰다. 바이러스 감염 여부를 빠르고 정확하게 진단해 호흡기바이러스 등 전파력이 높은 바이러스의 확산에 효과적으로 대처할 것으로 기대된다.

광주과학기술원(GIST)은 김민곤 화학과 교수가 형광 발광체의 거리를 조절해 형광 신호를 향상시킬 수 있는 최적의 금속증강형광현상을 발견하고 이를 측방유동면역분석법에 적용해 인플루엔자 바이러스의 높은 정확성과 특이성을 확보하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

측방유동면역분석법은 모세관 현상을 통해 분석샘플을 진단기 내에 흐르게 해 항원-항체 면역반응을 통해 샘플을 검출하는 방법이다. 주로 신속항원진단센서에 사용된다.

현재 표준방법으로 사용되는 분자진단 검사는 정확성이 높지만 분석 결과가 나오기까지 평균 6시간이 소요돼 빠르게 전파되는 바이러스에 효과적으로 대처하는 데 한계가 있다. 항원진단 기술은 누구나 쉽게 사용 가능하고 20분 이내로 결과를 확인할 수 있지만 정확도가 떨어진다는 단점이 있다. 이 때문에 저농도의 바이러스 감염 여부를 빠르게 확인할 수 있으면서 정확성을 갖는 항원진단 기술 개발이 필요했다.
    
연구팀은 금나노막대와 형광 발광체의 거리를 조절해 형광 신호를 획기적으로 향상시킬 수 있는 최적의 금속증강형광 현상 조건을 찾았다. 이를 항원진단 기술에 적용해 인플루엔자 바이러스의 검출 정확성을 높였다.

연구팀은 금나노막대를 중심으로 다공성 실리카를 껍질로 사용한 '코어-쉘 구조체'를 기반으로 형광입자를 합성했다. 다공성 구조의 쉘은 다량의 형광 발광체를 넣을 수 있어 형광 발광체와 금나노막대간의 거리 조절을 용이하게 했다. 
   
그 결과 특정한 거리에서 다량의 형광물질과 금나노막대간의 플라즈모닉 커플링 현상이 발생했고 획기적으로 향상된 형광 신호를 얻는 데 성공했다. 금나노막대와 형광 발광체 간 거리에 따른 형광 신호의 향상정도는 이론적인 계산 값과 비슷한 움직임을 보이는 것으로 확인됐다.
   
연구팀은 이어 최적의 금속증강형광 입자를 인플루엔자 바이러스를 검출하는 측방유동면역분석 기반의 신속항원진단기술에 적용했다. 합성한 형광입자에 인플루엔자 바이러스 항원에 특이적으로 반응하는 항체를 고정해 사용했다. 

이를 통해 시중에 판매되고 있는 인플루엔자 바이러스 진단제품 대비 100배 이상 감도를 향상시켰다. 시료 주입 후 20분 내 바이러스 항원을 고감도로 검출하는 데 성공했다. 

연구팀이 개발한 신속항원진단 기술은 분자진단검사를 통해 확인된 다수의 양성 환자 샘플에 적용했을 때 100%의 높은 검출력을 확인했다.

김민곤 교수는 “기존 바이러스 진단 방법의 문제점을 해결한 신속항원진단 기술은 분자진단 기술과 비슷한 100%의 바이러스 검출 정확성이 확인됐다”며 “향후 다양한 바이러스를 검출하는 센서 개발에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 나노’에 지난달 18일 온라인 게재됐다.

금속증강형광 현상을 일으키는 입자 합성 및 인플루엔자 바이러스 항원진단 기술에의 적용 모식도: A. 금나노막대(GNR) 코어-다공성 실리카(mSiO2) 쉘 기반의 금속증강형광 입자 합성과정 B. 합성한 입자를 이용한 인플루엔자 바이러스 항원진단기술. GIST 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]