테라헤르츠파 증폭 메타물질로 수분 내에 다양한 바이러스 검출

2020년 말에는 코로나 델타변이 바이러스가 전 세계에 유행했고, 지난해 말부터는 코로나 오미크론변이 바이러스가 발생해 전 세계에 엄청난 숫자의 확진자가 발생하고 있다. 새로운 변이가 나타날 때마다 해당 바이러스를 검출하기 위한 검사시약이 필요해 조기 대응이 쉽지 않았다.

이 같은 상황에서 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터, 고려대 KU-KIST 융합대학원 공동연구팀은 바이러스가 인체에 침투했을 때 감염에 핵심적인 역할을 하는 단백질을 판별할 수 있는 테라헤르츠 메타물질 센서를 개발했다고 22일 밝혔다. 전자기파 중 특정 주파수에서 투과율이나 반사율을 증폭시키는 물질이다. 이번 연구결과는 분석화학 및 전자공학분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다.

현재 코로나19 바이러스를 검출할 때는 PCR검사와 신속항원검사법을 사용한다. PCR검사는 정확성은 높지만 검사결과가 나오기까지 최소한 4시간 이상이 걸리고 신속항원검사는 검출시간은 15~20분에 불과하지만 정확도가 낮다.

코로나19 바이러스는 베타(β) 코로나바이러스속 중 하나로 82% 이상이 유사한 아미노산 배열을 갖고 있어 검출이 쉽지 않다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단백질 단위체 같은 생체시료들의 미세한 고유정보와 차이점까지 구분해 낼 수 있다. 이 같은 장점에도 불구하고 신호증폭 기술이 없고 극미량 시료로는 검출이 쉽지 않다는 한계가 있다.

이에 연구팀은 테라헤르츠파 특정 신호를 증폭시키는 메타물질을 만들어 미량의 시료만으로도 민감하게 측정할 수 있는 생체분자 진단플랫폼 개발에 성공했다. 이에 미량의 시료만으로도 수 분 이내에 정확하게 바이러스를 검출해 낼 수 있게 됐다.

서민아 KIST 박사는 “이번에 개발한 투과형 테라헤르츠 시스템의 소형화에 성공한다면 이동식, 현장 검사에 투입돼 특정 감염병에 대한 즉각적 대처가 가능할 것”이라며 “앞으로 나타날 수 있는 감염병과 그 변이들을 추적·분석할 때도 도움이 될 것으로 예상된다”고 말했다.