[파이낸셜데일리 이정수 기자]   KAIST는 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 빛의 파장보다 작은 나노 플라즈모닉 구조를 이용해 빠른 열 순환과 실시간 정량분석이 가능한 '초고속 실시간 중합효소연쇄반응(PCR) 기술'을 개발했다고 7일 밝혔다.
 
가장 표준화된 코로나19 진단법인 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)은 높은 민감도와 정확도를 갖췄지만 검출시간이 길고 고가의 대형장비가 있는 장소로 검체를 운송한 후 진단하는 등 실시간 현장 대응에 한계가 있다.

이번에 정 교수팀이 개발한 실시간 나노 플라즈모닉 PCR은 백색 발광다이오드(LED)의 높은 광 흡수율을 갖는 나노 플라즈모닉 기판에 진공 설계된 미세 유체칩을 결합해 소량의 검체를 신속하게 증폭하고 정량적으로 분석, 바이러스를 단시간 내에 정확히 검출하는 기술이다.

공공장소 등 환자 발생 장소에서 병원성 바이러스의 확산 및 해외유입을 차단하는데 유용하다.

나노 플라즈모닉 기판은 유리 나노기둥 위의 금 나노섬 구조로 가시광선 전 영역에서 높은 광 흡수율을 갖고 있어 백색 LED의 빛을 열에너지로 바꿔 빠르게 열을 발생시키고 내보낼 수 있다.

특히 연구팀은 진공 설계된 미세 유체칩을 결합시켜 광열 발생장치의 수직적인 온도 구배로 인한 증폭효율 저하문제를 해결했다.

샘플 한 방울을 칩에 넣으면 진공이 액체를 마이크로 챔버로 잡아당겨 자동으로 3분 이내에 주입시키고 PCR 과정서 발생하는 미세기포는 공기 투과성 벽을 통해 제거돼 PCR 효율을 높이는 구조라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 'SARS-CoV-2' 플라스미드 DNA를 사용해 해당 기술을 검증했고 이 과정서 40싸이클(95도-60도)을 5분 이내에 수행해 타겟 바이러스를 91%의 증폭 효율과 함께 정량적으로 검출하는데 성공했다.

이는 기존 실시간 PCR 기술의 긴 소요 시간(약 1시간)에 비해 매우 빠르고 높은 증폭 효율이다.

정기훈 교수는 "실용적으로 현장에서 사용 가능한 초고속 분자진단법을 개발했다"며 "이 실시간 나노 플라즈모닉 PCR 기술은 현장에서 분자진단을 위한 차세대 유전자 증폭 플랫폼을 제공, 바이러스 확산 방지에 기여할 수 있을 것으로 예상한다"고 말했다.

KAIST 바이오및뇌공학과 강병훈 박사과정이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '에이씨에스 나노 (ACS Nano)'에 지난달 19일자로 게재됐다. 논문명:Ultrafast and Real-time Nanoplasmonic On-Chip Polymerase Chain Reaction for Rapid and Quantitative Molecular Diagnostics)