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생명연, 스마트폰 기반 코로나19 변종 신속 현장 진단기술 개발
스마트폰 앱 이용해 현장에서 1시간 만에 PCR 수준으로 코로나19 감염 여부 진단 가능
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입력 2022.07.21 17:26
수정 2022.07.21 17:27
국내 연구진이 현장에서 신속 정확한 코로나19 감염 여부를 진단할 수 있는 기술 개발에 성공했다.
구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 바이오나노연구센터 강태준 박사 연구팀이 표적 유전자만 신속 정확하게 검출해, 현장에서 스마트폰 앱을 통해 코로나19 감염 여부를 손쉽게 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다고 지난 20일 밝혔다.
이는 향후 신변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
현재 감염병 진단에는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄 반응) 검사가 표준으로 활용되고 있지만 많은 시간과 장비, 전문 인력 등이 필요하여 현장 진단기술로 활용하기에는 한계가 있다. 신속성과 편리성을 갖춘 항원·항체 반응 진단 기법이 현장에서 널리 이용되고 있지만, 정확성이 높지 않은 단점이 있다.
이에 따라 감염병 이슈의 대두와 함께 바이러스 농도를 빠르게 정량 분석할 수 있는 현장 진단기술(POCT, point-of-care testing)로서의 바이오센서에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히 별도의 온도 조절 장치가 있어야 하는 PCR 기술의 보완책으로 등온 핵산 증폭 기술(INAAT, Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)이 주목받고 있으며, 차세대 분자 진단 기술로 유전자 가위 기반의 다양한 진단기술들이 속속 개발되고 있다.
연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification, 고리 매개 등온 증폭법)와 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술을 결합해 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 신속 정확하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
개발한 센서를 기반으로 3D 프린팅 기술을 활용한 소형 디바이스를 제작하여, 현장에서 1시간 이내에 신속하고 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있도록 했다. 특히 함께 개발한 머신러닝 기반의 스마트폰 앱을 통해 채취된 검체의 비색 반응을 분석함으로써 바이러스의 농도를 빠르고 쉽게 정량화해 분석할 수 있게 했다. 이는 미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기의 경증 환자도 진단할 수 있다.
개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈다.
▲그림 2. 3D 프린팅 기술을 통한 디바이스 제작 및 스마트폰 앱 개발
(a) 3D 프린팅 기술로 소형 현장 진단 기기를 제작
(b) 다양한 머신러닝 분류기를 테스트하여 가장 효율이 좋은 분류기를 확보
(c) 스마트폰 앱을 통해 편리하게 코로나바이러스의 유무 및 바이러스 농도를 확인할 수 있음
연구책임자인 강태준 박사는 “바이오센서 기술과 유전자 가위 기술 그리고 AI 기술이 융합해 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도, 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발한 것에 의미가 있다”라며 “향후 제품화를 통해 다양한 신변종 감염병 진단에 활용할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 ACS nano(IF 18.027) 2022년 6월 23일자 온라인판에 게재됐다.(논문명 : Smartphone-Based SARS-CoV-2 and Variants Detection System using Colorimetric DNAzyme Reaction Triggered by Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) with Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) / 교신저자 : 생명연 강태준 박사 / 제1저자 : 생명연 송자연 박사, 광주과학기술원 차백동 박사)
한편 해당 연구는 과기정통부 신변종감염병대응플랫폼 핵심기술사업, (재)바이오나노헬스가드연구단 바이오나노헬스가드연구사업, 나노종합기술원 나노메디컬디바이스개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.
이는 향후 신변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
현재 감염병 진단에는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄 반응) 검사가 표준으로 활용되고 있지만 많은 시간과 장비, 전문 인력 등이 필요하여 현장 진단기술로 활용하기에는 한계가 있다. 신속성과 편리성을 갖춘 항원·항체 반응 진단 기법이 현장에서 널리 이용되고 있지만, 정확성이 높지 않은 단점이 있다.
이에 따라 감염병 이슈의 대두와 함께 바이러스 농도를 빠르게 정량 분석할 수 있는 현장 진단기술(POCT, point-of-care testing)로서의 바이오센서에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히 별도의 온도 조절 장치가 있어야 하는 PCR 기술의 보완책으로 등온 핵산 증폭 기술(INAAT, Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)이 주목받고 있으며, 차세대 분자 진단 기술로 유전자 가위 기반의 다양한 진단기술들이 속속 개발되고 있다.
연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification, 고리 매개 등온 증폭법)와 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술을 결합해 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 신속 정확하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
개발한 센서를 기반으로 3D 프린팅 기술을 활용한 소형 디바이스를 제작하여, 현장에서 1시간 이내에 신속하고 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있도록 했다. 특히 함께 개발한 머신러닝 기반의 스마트폰 앱을 통해 채취된 검체의 비색 반응을 분석함으로써 바이러스의 농도를 빠르고 쉽게 정량화해 분석할 수 있게 했다. 이는 미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기의 경증 환자도 진단할 수 있다.
개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈다.
▲그림 2. 3D 프린팅 기술을 통한 디바이스 제작 및 스마트폰 앱 개발
(a) 3D 프린팅 기술로 소형 현장 진단 기기를 제작
(b) 다양한 머신러닝 분류기를 테스트하여 가장 효율이 좋은 분류기를 확보
(c) 스마트폰 앱을 통해 편리하게 코로나바이러스의 유무 및 바이러스 농도를 확인할 수 있음
연구책임자인 강태준 박사는 “바이오센서 기술과 유전자 가위 기술 그리고 AI 기술이 융합해 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도, 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발한 것에 의미가 있다”라며 “향후 제품화를 통해 다양한 신변종 감염병 진단에 활용할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 ACS nano(IF 18.027) 2022년 6월 23일자 온라인판에 게재됐다.(논문명 : Smartphone-Based SARS-CoV-2 and Variants Detection System using Colorimetric DNAzyme Reaction Triggered by Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) with Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) / 교신저자 : 생명연 강태준 박사 / 제1저자 : 생명연 송자연 박사, 광주과학기술원 차백동 박사)
한편 해당 연구는 과기정통부 신변종감염병대응플랫폼 핵심기술사업, (재)바이오나노헬스가드연구단 바이오나노헬스가드연구사업, 나노종합기술원 나노메디컬디바이스개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.
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생명연, 스마트폰 기반 코로나19 변종 신속 현장 진단기술 개발
스마트폰 앱 이용해 현장에서 1시간 만에 PCR 수준으로 코로나19 감염 여부 진단 가능
- 권혁진 기자 hjkwon@yakup.com
- 입력 2022.07.21 17:26 수정 2022.07.21 17:27
국내 연구진이 현장에서 신속 정확한 코로나19 감염 여부를 진단할 수 있는 기술 개발에 성공했다.
구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 바이오나노연구센터 강태준 박사 연구팀이 표적 유전자만 신속 정확하게 검출해, 현장에서 스마트폰 앱을 통해 코로나19 감염 여부를 손쉽게 진단할 수 있는 바이오센서를 개발했다고 지난 20일 밝혔다.
이는 향후 신변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
현재 감염병 진단에는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄 반응) 검사가 표준으로 활용되고 있지만 많은 시간과 장비, 전문 인력 등이 필요하여 현장 진단기술로 활용하기에는 한계가 있다. 신속성과 편리성을 갖춘 항원·항체 반응 진단 기법이 현장에서 널리 이용되고 있지만, 정확성이 높지 않은 단점이 있다.
이에 따라 감염병 이슈의 대두와 함께 바이러스 농도를 빠르게 정량 분석할 수 있는 현장 진단기술(POCT, point-of-care testing)로서의 바이오센서에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히 별도의 온도 조절 장치가 있어야 하는 PCR 기술의 보완책으로 등온 핵산 증폭 기술(INAAT, Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)이 주목받고 있으며, 차세대 분자 진단 기술로 유전자 가위 기반의 다양한 진단기술들이 속속 개발되고 있다.
연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification, 고리 매개 등온 증폭법)와 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술을 결합해 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 신속 정확하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
개발한 센서를 기반으로 3D 프린팅 기술을 활용한 소형 디바이스를 제작하여, 현장에서 1시간 이내에 신속하고 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있도록 했다. 특히 함께 개발한 머신러닝 기반의 스마트폰 앱을 통해 채취된 검체의 비색 반응을 분석함으로써 바이러스의 농도를 빠르고 쉽게 정량화해 분석할 수 있게 했다. 이는 미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기의 경증 환자도 진단할 수 있다.
개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈다.
▲그림 2. 3D 프린팅 기술을 통한 디바이스 제작 및 스마트폰 앱 개발
(a) 3D 프린팅 기술로 소형 현장 진단 기기를 제작
(b) 다양한 머신러닝 분류기를 테스트하여 가장 효율이 좋은 분류기를 확보
(c) 스마트폰 앱을 통해 편리하게 코로나바이러스의 유무 및 바이러스 농도를 확인할 수 있음
연구책임자인 강태준 박사는 “바이오센서 기술과 유전자 가위 기술 그리고 AI 기술이 융합해 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도, 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발한 것에 의미가 있다”라며 “향후 제품화를 통해 다양한 신변종 감염병 진단에 활용할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 ACS nano(IF 18.027) 2022년 6월 23일자 온라인판에 게재됐다.(논문명 : Smartphone-Based SARS-CoV-2 and Variants Detection System using Colorimetric DNAzyme Reaction Triggered by Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) with Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) / 교신저자 : 생명연 강태준 박사 / 제1저자 : 생명연 송자연 박사, 광주과학기술원 차백동 박사)
한편 해당 연구는 과기정통부 신변종감염병대응플랫폼 핵심기술사업, (재)바이오나노헬스가드연구단 바이오나노헬스가드연구사업, 나노종합기술원 나노메디컬디바이스개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.
이는 향후 신변종 감염병 진단 등 다양한 바이러스 진단 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
현재 감염병 진단에는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄 반응) 검사가 표준으로 활용되고 있지만 많은 시간과 장비, 전문 인력 등이 필요하여 현장 진단기술로 활용하기에는 한계가 있다. 신속성과 편리성을 갖춘 항원·항체 반응 진단 기법이 현장에서 널리 이용되고 있지만, 정확성이 높지 않은 단점이 있다.
이에 따라 감염병 이슈의 대두와 함께 바이러스 농도를 빠르게 정량 분석할 수 있는 현장 진단기술(POCT, point-of-care testing)로서의 바이오센서에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히 별도의 온도 조절 장치가 있어야 하는 PCR 기술의 보완책으로 등온 핵산 증폭 기술(INAAT, Isothermal Nucleic Acid Amplification Technology)이 주목받고 있으며, 차세대 분자 진단 기술로 유전자 가위 기반의 다양한 진단기술들이 속속 개발되고 있다.
연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 LAMP(Loop-mediated isothermal amplification, 고리 매개 등온 증폭법)와 크리스퍼(CRISPR, Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 유전자 가위 기술을 결합해 별도의 유전자 추출이나 증폭 없이도 표적 유전자를 신속 정확하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다.
개발한 센서를 기반으로 3D 프린팅 기술을 활용한 소형 디바이스를 제작하여, 현장에서 1시간 이내에 신속하고 정확하게 감염 여부를 확인할 수 있도록 했다. 특히 함께 개발한 머신러닝 기반의 스마트폰 앱을 통해 채취된 검체의 비색 반응을 분석함으로써 바이러스의 농도를 빠르고 쉽게 정량화해 분석할 수 있게 했다. 이는 미량의 바이러스도 검출할 수 있어 무증상 환자나 초기의 경증 환자도 진단할 수 있다.
개발된 센서는 실제 코로나19 감염자를 대상으로 한 테스트에서 100%의 민감도와 특이도를 나타냈다.
▲그림 2. 3D 프린팅 기술을 통한 디바이스 제작 및 스마트폰 앱 개발
(a) 3D 프린팅 기술로 소형 현장 진단 기기를 제작
(b) 다양한 머신러닝 분류기를 테스트하여 가장 효율이 좋은 분류기를 확보
(c) 스마트폰 앱을 통해 편리하게 코로나바이러스의 유무 및 바이러스 농도를 확인할 수 있음
연구책임자인 강태준 박사는 “바이오센서 기술과 유전자 가위 기술 그리고 AI 기술이 융합해 코로나 바이러스를 현장에서 신속하면서도, 민감하게 검출할 수 있는 휴대용 진단 기기를 개발한 것에 의미가 있다”라며 “향후 제품화를 통해 다양한 신변종 감염병 진단에 활용할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 바이오센서 분야의 세계적인 저널인 ACS nano(IF 18.027) 2022년 6월 23일자 온라인판에 게재됐다.(논문명 : Smartphone-Based SARS-CoV-2 and Variants Detection System using Colorimetric DNAzyme Reaction Triggered by Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) with Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) / 교신저자 : 생명연 강태준 박사 / 제1저자 : 생명연 송자연 박사, 광주과학기술원 차백동 박사)
한편 해당 연구는 과기정통부 신변종감염병대응플랫폼 핵심기술사업, (재)바이오나노헬스가드연구단 바이오나노헬스가드연구사업, 나노종합기술원 나노메디컬디바이스개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.
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