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커피링 효과로 감염병 신속진단 기술 개발




커피링 효과로 감염병을 간단히 진단할 수 있는 기술을 개발한 카이스트 정현정(사진 맨 오른쪽)교수와 연구진. 


커피가 마르면 독특한 원형 무늬가 생긴다. 국내 연구진이 이른바 커피링 현상을 이용해 감염성 병원균을 현장에서 육안으로 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술을 개발했다.


한국과학기술원(카이스트) 생명과학과 정현정 교수팀은 “'커피링 등온 유전자 검출법(i-CoRi)' 개발에 성공했다”고 16일 밝혔다. 연구 결과는 바이오센서 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’에 6일 온라인으로 게재됐다.


◇육안으로 관찰 가능


‘커피링 효과’란 사물 표면에 떨어진 커피 방울이 증발하면서 특징적인 링 모양이 생기는 효과다. 1997년 미국 제임스 프랭크 연구소 로버트 디건 박사는 국제 학술지 ‘네이처’에 커피링의 비밀을 밝힌 논문을 발표했다. 커피 방울 가장자리에서 물이 다른 곳보다 더 빨리 증발하면 가운데에서 계속 물이 밀려와서 빈자리를 채운다. 그러면 가장자리에 커피 입자가 계속 쌓인다. 결국 물이 다 마르면 원 모양으로 커피 입자가 남는다.


연구진이 개발한 ‘커피링 등온 유전자 검출법’은 병원균 감염의 빠른 판별을 위해 시료를 표면에 떨어뜨려 커피링 패턴을 유도한다. 육안으로 이를 관찰함으로써 병원균의 내성 종류를 선택적으로 정확하게 검출이 가능할 뿐 아니라 스마트폰 등을 이용한 모바일 진단이 가능한 기술이다.


커피링 등온 유전자 검출법의 모식도 및 항생제 내성 병원균 분석 결과./카이스트

                                            커피링 등온 유전자 검출법의 모식도 및 항생제 내성 병원균 분석 결과./카이스트


용액을 기판 표면에 떨어트리면 미세입자들이 물방울 가장자리로 이동하면서 특징적인 링 패턴을 만든다. 하지만 바이러스의 유전자 물질이 있으면 이 미세입자들과 서로 뭉쳐진다. 이제는 미세입자가 용액 방울의 가장자리로 이동하지 못해 커피링 패턴이 만들어지지 않는다. 이를 통해 연구진은 병원균을 감별할 수 있었다.


연구진은 젭토 몰(1 젭토 몰 농도는 용액 10 cc에 분자 6개가 존재하는 농도) 농도 이하의 범위에서도 병원균 표적 물질을 육안으로 검출하거나 스마트폰 등 모바일 장치를 통해 기록과 판독이 모두 가능한 기술을 개발했다.


◇30분 내 유전자 검출 가능


연구진에서 개발한 기술은 신속하고 높은 선택성과 민감도를 지니고 있어 유전자상 2개 염기의 차이를 구별하며 별도의 분석 장비 없이 30분 이내에 항생제 내성 유전자 검출과 함께 혈청 등 복잡한 시료에서도 검출이 가능한 게 특징이다. 또한 이 기술은 RT-PCR 등 기존 분자진단 기술처럼 고가의 정밀한 장비가 필요한 문제점을 해소할 수 있다.


정현정 교수는 “연구진이 개발한 ‘커피링 등온 유전자 검출법’은 진료소나 클리닉 등에서 병상 분석을 위해서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다”면서 "현재 코로나바이러스감염증을 진단하는 데 적용하기 위한 연구를 진행 중이다ˮ고 밝혔다.