최근 조류인플루엔자(AI, Avian Influenza) 바이러스는 고전염성 호흡기 질병의 주요 원인으로, 국내에서도 매년 주기적으로 발생해 경제적 손실은 물론 국민 건강에 큰 위협이 되고 있다. 최근에는 2개 이상의 바이러스 유형이 동시에 발생하는 등 대규모 피해 사례가 증가하고 있어 조기 진단과 방역체계 구축이 시급하다. 이런 가운데 국내 연구진이 이동식 측정이 가능한 새로운 AI 바이러스 검출 방법을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 생체재료연구단 이관희 박사팀은 건국대학교 수의학과 송창선 교수팀과 공동 연구를 통해 이동식 측정이 가능한 전기 신호 기반의 반도체 바이오센서를 제작하고, 현장에서 안정적으로 AI 바이러스를 검출할 수 있는 진단 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.
기존 현장 진단 키트로 사용하고 있는 금 나노입자 기반의 래피트 키트는 육안으로 신호를 확인해 사용이 편리하지만, 감도가 낮고 검사용 대상에서 바이러스를 구별하기 어렵다는 단점이 있었다. 또 감도가 낮아 농가나 계류장과 같은 야외에서 AI 바이러스를 조기 검진하는 데 한계가 있었다.
KIST 이관희 박사팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 검출 신호를 뚜렷하게 구별하고 인지할 수 있는 전기 신호 방식의 박막 반도체 바이오센서를 제조하고, 현장에서도 측정이 가능하도록 이동식 패키징에도 성공했다.
이렇게 개발한 바이오센서가 이동형이라는 강점을 활용하여 건국대학교 수의과대학 BSL(Bio Safety Level)-3 시설로 측정 시스템을 운반해 측정한 결과, 기존 검출 키트에 비해 고위험군 AI 바이러스를 1,000배 이상 고감도로 검출할 수 있다는 사실을 확인했으며, 뉴캐슬 바이러스처럼 AI의 오진을 일으키는 유사 바이러스와도 구별이 가능하다는 것도 입증했다.
KIST 이관희 박사는 “이번 연구를 통해 고병원성 AI 바이러스를 현장 시료에 영향을 받지 않고 안정적이고 고감도로 검출할 수 있는 플랫폼을 개발했다”라며 “이동식 전기신호 바이오센서 기술을 이용하여 신속성과 정확성, 경제성, 사용 편의성을 갖춘 보급형 이동식 센서를 상용화한다면 AI의 신속한 현장 진단 및 방역체계 구축에 기여할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 바이오의료기기개발사업과 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘ACS Nano’(IF: 13.709, JCR 분야 상위 4.035%) 최신호에 게재되었다.
* (논문명) Fully-Packaged Portable Thin Film Biosensor for the Direct Detection of Highly Pathogenic Viruses from On-Site Samples
- (제1저자) 최재원 연구원 (KIST 석사 연구원), 전민홍 박사(KIST 박사후 연구원, 현 BISTEP 선임연구원)
- (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원