이택 교수(화학공학과) 연구실 학부 연구생,

신속한 MXene/truncated aptamer 이중층의 지카 바이러스 바이오센싱 플랫폼 개발

- 절단된 앱타머를 이용한 MXene 기반의 전기화학 바이오센서 개발 -

- 개발한 플랫폼으로 10분 이내 인간 혈청 환경에서 고감도 검출 성능 입증 -

- 광운대 학부연구생 주도로 작성한 논문이 Chemistry, Analytical 분야 Q1, 국제 저명 학술지 Microchemical journal게재 -

모교 이택 교수 연구팀(화학공학과) 주민영 학사과정 (학부연구생)이 지카 바이러스의 외피 단백질을 신속하게 검출할 수 있는 전기화학적 바이오센싱 플랫폼을 개발하여 이를 기반으로 포스트 코로나 시대의 전염병들에 준비할 수 있는 효과적인 진단 플랫폼 구축 가능성을 제시했다.

(좌측부터) 주민영 학사과정생, 이택 교수

2019년 12월 중국 우한에서 발생하였던 Coronavirus disease 2019(이하 Covid-19) 팬데믹의 유행은 전염병의 심각성을 다시금 상기시키는 계기가 되었다. 팬데믹 이후에도 다양한 전염병들이 지속적으로 인류의 건강을 위협하고 있으며, 특히 지구온난화로 인해 국지적으로 발생하던 감염병들이 점차 확산되는 추세이다.

최근에는 유럽과 아시아에서도 열대 및 온대 지방에서 주로 유행하던 바이러스 감염 사례가 보고되고 있으며, 전염 숙주의 다양성과 유전자 돌연변이에 따른 새로운 대응책 마련이 필요하다. 모기 매개의 플라비 바이러스 일종인 지카 바이러스는 높은 전염성을 보이며, 최근에는 심각한 신경학적 합병증 유발로 사망에 이를 수 있는 심각성까지 보고되어 공중보건 측면에서 주목할 필요가 있다.

전통적인 전염병 진단 방법으로는 정량적 실시간 중합효소 연쇄 반응(qRT-PCR), 효소 결합면역 흡착 검사(ELISA), 플라그 감소 중화 테스트(PRNT) 등이 활용되지만, 이러한 방식은 전문 장비와 숙련된 인력이 필요하다는 한계가 있다. 바이오센서는 전염병 진단을 보다 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다. 감지막 표면을 활용해 생물학적 이벤트를 신호로 변환하는 바이오센서는 의료, 식품, 환경 등 다양한 분야에 적용 가능성이 크며 특히 휴대성과 비용 효율성이 높아 임상 환경에서 활용 가치가 높다.

지카 바이러스 감지를 위한 고속 전기화학적 바이오센서의 개략도

이에 이택 교수 연구팀은 지카 바이러스의 감염 여부를 현장에서 신속하게 검출할 수 있는 전기화학 기반의 바이오센서를 개발했다. 전기화학 신호 증폭을 통한 검출 민감도 향상의 전략으로 MXene 나노 입자를 전극의 표면에 기능화 하여 전도성을 향상시켰다. 이후, 앱타머가 갖는 경제적 이점을 극대화하고 최소한의 서열로 검출 특이성을 확보하기 위해 표적과의 결합에 관여되지 않는 서열들을 절단한 앱타머를 적용하였다.

더불어, 표적 검출에 정형파 전위와 낮은 누설 전류를 인가하는 alternating current electrothermal flow(ACEF) 기술을 사용함으로써 생체 물질에 대한 영향이 최소화된 10 분 이내의 신속한 검출을 달성했다. 본 연구에서 제작된 바이오센서의 검출한계는 완충액과 유사 임상 환경 조건에서 각각 6.26 pM과3.82 pM로 민감한 검출에 따른 임상 적용 가능성을 입증하였다. 또한, 플라비 계열 단백질 및 혈액 내의 비표적 단백질을 대상으로 우수한 선택성과blind test에서 최대 5.51%의 낮은 검출 오차율로 신뢰성 있는 높은 재현성의 검출 결과를 입증하였다. 개발한 바이오센서 플랫폼은 표면 단백질 검출에 기반한 바이러스 진단에 전기화학적 통찰력을 제공하며, 이를 통해 다양한 바이러스 검출을 위한 신속한 진단 시스템 구축에 잠재적인 수단으로 작용될 것으로 기대된다.

본 연구는 한국연구재단(2021R1C1C11005583)의 지원과 산업통상자원부(RS-2024-00507931) 및 국가과학기술 연구회(CRC22021-200)의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 분석화학 분야에 저명한 국제 학술지인 Microchemical journal (Chemistry, Analytical 분야Q1)에 ‘Construction of the rapid electrochemical Zika virus biosensing platform with MXene/truncated aptamer double-layer’ 라는 제목으로 게재되었다.

(DOI: https://doi.org/10.1016/j.microc.2025.112970)

출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)