- 생산과정에서 독성물질 황화수소 제거 및 극복 기술 개발 - 국내 화학기업들의 탄소중립 실현에 큰 도움 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 청정에너지연구센터 하정명 박사 연구팀이 바이오가스에 포함된 메탄가스로 에틸렌을 생산하면서 독성 물질인 황화수소는 제거하는 공정 기술 및 촉매를 개발했다고 밝혔다. 음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등으로 미생물을 이용해 생산하는 바이오가스는 다량의 메탄가스를 포함하고 있어 발전, 난방, 도시가스 혼합 등의 저가 에너지 용도로 사용되고 있다. 그런데, 메탄가스는 화학 반응을 통해 산업의 기초 원료인 에틸렌으로 전환하면 더 큰 부가가치를 창출할 수 있다. 이러한 에틸렌 생산 방식은 석유를 사용하지 않아 온실가스를 줄일 수 있다. 연구진은 먼저 촉매를 사용하여 바이오가스로부터 에틸렌을 생산하는 공정 기술을 지난해 개발했다. 바이오가스에는 유용하게 사용할 수 있는 메탄가스 외에도 황화수소가 다량 포함되어 있는데, 황화수소는 정제 과정에서 제거가 어려운 불순물이며 에틸렌 생산과정에서도 촉매 반응을 방해하는 독성 물질이다. 개발된 기술은 생산과정에서 황화수소를 산화시켜 제거함으로써 에틸렌이 원활하게 생산되도록 했다. 연구진은 뒤이어 바이오가스뿐만 아니라 메탄에서 에틸렌을 생산하는 공정에서 황화수소에 대한 저항력이 높고, 반응 활성이 향상된 촉매 또한 개발했다. 해당 촉매는 황화수소에 대한 저항력이 높아 바이오가스 내 황화수소 제거공정이 필요 없으며, 반응 활성이 향상되어 운전온도를 800oC에서 700oC로 100oC낮춰 운전에 필요한 에너지를 줄일 수 있게 되었다. 이러한 반응을 통해 황화수소가 포함된 바이오가스에서도 에틸렌을 직접 생산할 수 있게 되었다. KIST 하정명 박사는 “국내에서는 이미 바이오가스가 대량으로 생산되고 있는데, 바이오가스를 단순히 난방용으로 사용하기보다 화학산업의 원료로 사용한다면 바이오가스 생산 업체는 더 큰 시장을 갖게 되고, 탄소중립을 위해 분투하고 있는 국내 화학 기업들에게는 온실가스 배출 없는 새로운 원료를 제공할 수 있을 것”이라며, “본 기술은 바이오가스뿐만 아니라 플라스틱 등 다양한 폐기물로부터 얻어지는 메탄가스 또한 활용할 수 있어서 관련 기업들의 관심이 집중될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단 C1가스리파너리사업 및 기후변화대응기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야의 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF 19.503, JCR 분야 상위 0.926%) `21년 10월 호와 에너지 분야의 국제학술지 ‘International Journal of Energy Research’ (IF 5.164, JCR 분야 상위 1.471%) `21년 12월 호에 게재되었다. * (저널명) International Journal of Energy Research (논문명) Upgrading of sulfur-containing biogas into high quality fuel via oxidative coupling of methane - (제 1저자) 한국과학기술연구원 구상서 학생연구원 - (교신저자) 고려대학교 최정규 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 하정명 책임연구원 * (저널명) Applied Catalysis B: Environmental (논문명) Hybrid catalysts containing Ba, Ti, Mn, Na, and W for the low-temperature oxidative coupling of methane - (제 1저자) 한국과학기술연구원 Lien Thi Do 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 하정명 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 음식물 쓰레기, 하수 슬러지로부터 플라스틱, 화학소재 생산 [그림 2] 저온 에틸렌 생산 촉매

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)

- PCR 감도로 30분 내에 변이 코로나바이러스도 검출 가능한 시스템 개발 - 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 안전한 합성 바이러스 활용 델타 변이에 이어 전염성이 매우 강한 오미크론 변이가 등장하는 등 코로나바이러스 변이와 확산세가 꺾이지 않고 있다. 이처럼 수많은 변종이 발생하는 코로나바이러스의 경우 확산을 막기 위해서는 변이 바이러스를 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 진단 플랫폼 개발이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 이관희 박사, 김호준 박사팀은 변이에 상관없이 코로나바이러스를 현장에서 30분 내에 PCR 수준의 감도로 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 유전자 기반의 PCR 진단은 최소 수 시간이 필요하며, 수검자는 결과가 나올 때까지 격리해야 한다. 또한 PCR 검사는 특정 유전자 서열이 존재해야만 진단이 가능하기 때문에 다른 유전자 서열을 갖는 변이종의 경우 진단능력이 감소할 수밖에 없다. 최근 널리 활용중인 간이 검사키트의 경우에도 특정 단백질 구조에 반응하는 항체를 키트에 넣어 반응하는 방법으로 바이러스를 확인하기 때문에 변이 바이러스 진단에는 한계를 보이고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 우리 몸에 존재하는 코로나바이러스의 감염 수용체인 ACE2에 주목했다. 변이 바이러스일지라도 인체에 침투하기 위해서 ACE2와 결합하기 때문에, ACE2를 적용한 고감도 바이오센서로 바이러스의 범용적 검출이 가능할 것이라 생각했다. 이를 위해 ACE2 수용체와 결합된 전기신호 기반의 현장형 반도체 바이오센서 플랫폼을 제작하고, 코로나바이러스의 물리적 특성을 모사한 바이러스를 합성하여 바이오센서 플랫폼을 최적화 하였다. 이렇게 개발된 바이오센서 플랫폼으로 진단한 결과, 실제 코로나바이러스 및 합성된 다양한 변이 바이러스를 현재 이루어지고 있는 PCR 검사수준 (165 copies/mL, 30분 내)의 감도로 현장에서 실시간으로 검출하는데 성공하였다. 이관희 박사는 “ACE2 수용체와 고감도 반도체 바이오센서를 결합하는 기술로 현장에서 변이 바이러스를 검출할 수 있는 진단 시스템의 개발을 가능하게 했다. 빠른 시일 내에 센서 표준화와 규격화를 거쳐 상용화할 예정이며, 이는 감염 예방 시스템 및 사회적 안전망 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 김호준 박사는 “본 연구를 통해 개발한 합성 바이러스의 경우 감염력이 없기 때문에 BSL레벨이 낮은 곳에서도 취급이 가능하고 다른 바이러스 진단 플랫폼 연구에도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 합성 바이러스를 활용한 고감도 정밀 검출 플랫폼 최적화 등에 대한 연구를 지속할 예정이다.”고 말했다. 본 성과는 KIST 기본연구사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노분야 권위지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.062%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) SARS-CoV-2 Variant Screening Using a Virus-Receptor-Based Electrical Biosensor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성욱 박사후연구원 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김호준 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이관희 책임연구원 그림 설명 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 1] 코로나바이러스의 감염 통로 수용체인 ACE2를 활용한 초고감도 반도체 바이오센서 플랫폼 개발을 통해 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">PCR 수준의 감도로 코로나바이러스 검출 성공 <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(실제 코로나바이러스 샘플 활용) <span style="color: rgb(85, 85, 85); font-size: 14pt; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;"=""> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">[그림 2] 초고감도 반도체 기반의 바이오센서 플랫폼의 검출 모식도 및 코로나19 변이 바이러스 검출 결과 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(85, 85, 85); font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt;" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 13px;="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;"="">(Wild 및 Delta plus, Kappa 변이의 합성 바이러스)