김남영 교수(전자공학과), 바이오센서 통한 코로나19 진단 가능 기술 개발

- 잠복기 환자와 무증상자 수준의 DNA 농도까지 분석 가능할 정도로 정확도 높아 -

바이오센서를 이용해 3초 이내 PCR(중합효소연쇄반응) 검사 수준으로 정확하게 코로나19를 진단할 수 있는 2가지 방식의 신기술이 김남영 교수(전자공학과) 연구진에 의하여 개발됐다.

첫 번째 방식의 신기술은 아주대학교 김주희 약학대학 교수, 박성준 아주대 전자공학과 교수, 김은성 광운대 연구원과 공동으로 개발한 DNA 바이오센서이다. PCR 검사 원리인 코로나 바이러스의 특정 염기서열을 이용한 유전자 검출 방식으로, 코로나 바이러스의 DNA와 결합하는 ‘탐침DNA’를 사용한다. 전자 증폭 과정 없이 50nM(나노미터)의 DNA까지 분석 가능한 민감도가 가장 큰 특징이다. 따라서 잠복기 환자와 무증상자 수준의 DNA 농도까지 분석 가능할 정도로 신뢰도와 정확도가 높다.

관련 연구 논문은 센서 분석화학 분야 최상위 국제 학술지인 ‘바이오센서스 앤 바이오 일렉트로닉스(Ultra-fast and recyclable DNA biosensor for point-of-care detection of SARS-CoV-2 (COVID-19), Biosensors and Bioelectronics, Q1, IF: 10.257, Biosensor 분야 1%)에 게재되었다. 나인제약(사)는 ‘SARS-Cov-2의 현장 진단을 위한 재활용 가능한 신속 DNA 바이오센서 기술’을 라이선스인 하였으며, 향후 사업화를 위한 연구를 추진하고 있다.

코로나 바이러스의 DNA와 결합하는 ‘탐침DNA’를 사용한 칩 개발도

두 번째 방식의 신기술은 광운대학교 김남영 교수 연구진 단독으로 개발한 신기술로 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스(SARS-CoV-2) 스파이크(S1) 단백질을 선택적으로 신속하게 검출하기 위한 GrO 유리 이중 상호소화 용량성(DIDC) 바이오센싱 플랫폼에 GrO/EDC-NHS/항 SARS-CoV-2 항체(Abs) 층별 인터페이스 자가 조립 화학 방법을 사용한 기술이다.

연구의 결과는 GrO가 Abs 이모빌라이제이션에 대해 바람직한 조작된 표면을 제공했다는 것을 확인하며, 넓은 검출 범위(1.0mg/ml - 1.0fg/ml), 반응 시간 3초 이내의 검출 하한(1fg/ml), 양호한 선형성(18.56nF/g) 및 1.0fg/ml의 높은 민감도를 달성하였다.

현 개발된 바이오센서 칩으로 가장 빠른 실시간 측정이 가능하며, 가장 높은 민감도를 달성하였다. 연구실의 측정결과를 중심으로 실제적인 상용화를 추진하게 되면 4시간에서 6시간까지 걸리는 PCR 검사를 대신 몇 초안에 코로나바이러스 검사가 가능할 전망이다.

GrO/EDC-NHS/항 SARS-CoV-2 항체(Abs) 층별 인터페이스 자가 조립 화학 방법

관련 연구 논문은 센터 분야의 상위 국제 학술지인 ACS Sensors (Ultrasensitive and Reusable Graphene Oxide-Modi？ed Double- Interdigitated Capacitive (DIDC) Sensing Chip for Detecting SARS- CoV？2, ACS Sensors, Q1, IF: 7.33 분야 3%)에 게재 되었다. 향후 지속적인 연구를 통해 제약회사와의 공동 연구를 모색하고 있는 상황이다.