전자파 센서로 코로나19 변이 바이러스 잡아낸다

KIST, 테라헤르츠 메타물질 센서 개발
신속한 검진에 이동형 센서도 가능

테라헤르츠파 코로나19 진단 기술 모사도. 출처=한국과학기술연구원.

[아시아경제 김봉수 기자] 전자기파를 이용해 간편하고 빠르게 코로나19 바이러스를 변종까지 정확하게 찾아낼 수 있는 진단 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 서민아·송현석 박사 연구팀이 고감도 비표지식(Label-free·바이러스 성질을 바꾸지 않는 판별법) 테라헤르츠 메타물질 센서를 통해 코로나19 단백질 단위체를 판별하는 진단 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 생체 시료의 미세한 고유 정보를 해석할 수 있는 테라헤르츠(THz)파를 이용했다. 테라헤르츠파는 방사선 전자파의 일종으로 1초에 1000억번 진동한다. 물체를 관통하는 특성을 지녀 기존에도 병리 조직 진단은 물론 우편물 등에 숨겨진 폭발물이나 마약을 찾아내는 데 활용할되고 있다. 생체 분자의 고유 진동에 민감하게 반응해 생체 시료의 미세한 차이점까지 구분해 낼 수 있다. 문제는 신호를 어떻게 증폭해 내느냐와 극저온에서만 가능하다는 한계가 있었다.

연구팀은 전자기파의 특정 대역에서 신호를 증폭시키는 메타물질을 활용해 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 만들었다. 특히 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 뒤 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 이후 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위해 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석했다.

연구팀은 "수 분 이내로 단위체의 검출, 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성과 양을 추론할 수 있었다"며 "아미노산 단위의 변화를 감지해 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는 데 활용할 수 있었다"고 설명했다.

이같은 연구 결과는 코로나19 검진을 보다 신속하고 간편하게 끝낼 수 감염 조기 진단 및 확산 차단에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 전망된다. 기존의 유전자증폭(PCR) 검사는 정확성이 높지만 진단 시간이 4시간 넘게 걸린다. 신속항원검사도 20분이 소요되지만 정확도가 떨어져 25% 안팎의 위양성율을 보인다.

이번 연구는 국제학술지 '바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스'(Biosensors and Bioelectronics) 최신 호에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr