조류인플루엔자 진단 키트 개발

- 근적외선 신호기반 AI 검출 기술개발 및 진단 플랫폼(키트) 개발

최근 전 세계적으로 큰 피해를 일으킨 조류인플루엔자(AI, Avian Influenza) 바이러스는 국내에서 매년 주기적으로 반복·발생하고 있으며, 갈수록 변종dl 되거나 그 규모가 커지고 있다. 지난해에는 2개 이상의 바이러스 유형이 동시 발생하는 등 대규모 피해 사례가 증가하고 있다. 

조류인플루엔자는 심각한 감염병으로 확산을 조기에 통제하기 위해서는 분변과 같은 현장 시료에서도 안정적으로 바이러스를 검출할 수 있는 고감도 신속진단기술이 매우 중요하다. 

최근 국내 연구진이 근적외선 파장을 흡수·발광하는 상향변환 나노입자를 이용해 조류인플루엔자 바이러스를 검출할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.  

근적외선 파장은 빛의 스펙트럼에서 가시광선보다 파장이 긴 영역으로 자외선과 가시광선보다 에너지가 낮고 파장이 길어 투과도가 높고, 배경(Back Ground) 신호가 낮아 신호 판별에 쉽다. 상향변환 나노입자는 근적외선을 흡수하여 상대적으로 높은 에너지의 빛을 방출하는 나노사이즈의 소재다.

▲조류인플루엔자 바이러스 진단키트

한국과학기술연구원(KIST,) 분자인식연구센터 이준석 박사팀은 건국대학교 수의학과 송창선 교수팀과의 공동연구를 통해 검출에 용이한 근적외선 파장을 흡수·발광하는 상향변환 나노입자를 개발하고, 임상시료 테스트를 통해 현장의 불투명한 시료 검사대상물에서도 안정적으로 조류인플루엔자 바이러스를 검출할 수 있는 진단 키트를 개발했다.  

연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 최신호에 논문명 <Rapid and background-free detection of avian influenza virus in opaque sample using NIR-to-NIR upconversion nanoparticle-based lateral flow immunoassay platform> (제1저자: 한국과학기술연구원 김재영 석사과정 학생연구원, 교신저자: 한국과학기술연구원 이준석 선임연구원)으로 게재됐다.

▲ AI 검출 신기술의 진단플랫폼 모식도

기존의 현장진단키트로 사용되고 있는 금 나노입자 기반의 진단키트는 사용이 편리하지만 맨눈으로 신호를 확인하기 때문에 감도가 낮고 불투명한 검체 내에서 구별이 어렵다는 한계가 있었다. 또한 가시광선 파장의 형광을 검출 신호로 사용하는 유기염료는 안정성이 떨어져 농가나 계류장과 같은 야외현장에서 사용하기에는 어렵다는 단점이 있었다. 

KIST 이준석 박사팀은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 검출 신호를 명확히 구별·인지할 수 있도록 상향변환을 통해 발광하는 무기나노입자로 근적외선 파장을 흡수하고 발광하도록 설계했다. 또한, 연구진은 칼슘이온을 추가로 첨가(Doping)하여 민감도를 높여 발광효율을 극대화 시켰다. 그리고 나노입자를 기반으로 하는 진단키트의 검출신호를 분석하기 위해 소형 리더기를 제작해 애플리케이션을 통해 간단히 휴대전화 화면에서 조류인플루엔자 바이러스 검출 신호를 확인하는 것이 가능토록 했다.

▲ KIST 분자인식연구센터 이준석 박사(선임연구원)가 KIST 김재영 연구원(제1저자)와 함께 새롭게 개발한 진단키트를 시연하고 있다

KIST 이준석 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술을 이용하여 신속성과 정확성, 경제성 및 사용편의성을 갖춘 보급형 소자를 개발하고, 이를 통해 조류인플루엔자의 신속한 현장 진단 및 확산 방지에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

[김들풀 기자  itnews@itnews.or.kr]