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코로나19부터 암까지: 새로운 가정용 검사로 놀라운 정확도로 질병 탐지
최근 리뷰 : 15.07.2025
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목이 아프고 코가 막히셨나요? 간편한 가정용 검사법 덕분에 코로나19와 같은 심각한 질병인지, 아니면 봄철 알레르기인지 쉽게 알 수 있게 되었습니다. 하지만 빠르고 편리함에도 불구하고, 이러한 검사는 병원에서 사용하는 검사보다 민감도가 떨어집니다. 즉, 감염된 사람이라도 결과가 음성으로 나올 수 있습니다.
해결책은 COVID-19와 같은 바이러스에 대해 100배 더 민감하게 반응하는 가정용 신속 검사를 가능하게 하는 새롭고 저렴한 바이오센싱 기술이 될 수 있습니다. 또한 전립선암이나 패혈증과 같은 다른 위험한 질환에 대한 신속 검사 기능도 확대될 수 있습니다.
캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 과학자들은 "커피 링 효과"라고 불리는 자연 증발 과정과 플라스모닉스, 인공지능을 결합해 단 몇 분 만에 질병 바이오마커를 정확하게 감지하는 검사를 개발했습니다.
UC 버클리에서 미세전자기계 시스템 및 나노공학 박사 학위를 취득한 카미아르 베루지는 "이 간단하면서도 강력한 기술은 기존 진단 방법에 비해 훨씬 짧은 시간 안에 매우 정확한 결과를 제공합니다."라고 말했습니다.
"저희 연구는 특히 자원이 부족한 지역에서 더욱 접근하기 쉽고 저렴한 진단 솔루션을 개발할 수 있는 길을 열어줍니다."
해당 기술에 대한 설명은 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.
커피 링 효과와 나노입자
커피나 와인 얼룩을 자세히 보면 가장자리가 중앙보다 더 어둡다는 것을 알 수 있습니다. 이는 커피 링 효과라는 물리적 현상 때문입니다. 액체 한 방울이 증발하면 전류가 발생하여 부유 입자를 가장자리 쪽으로 밀어냅니다. 커피나 와인처럼 입자에 색소가 있는 경우, 얼룩 가장자리 주변에 더 어두운 링이 형성됩니다.
2020년, 베루즈는 COVID-19를 검출하는 바이오센서를 개발하던 중 실험 용액의 물방울이 마르면서 고리 모양의 흔적을 남긴다는 것을 발견했습니다. 그는 커피 고리 효과를 이용하여 COVID-19 바이러스 입자를 농축시켜 검출을 더 쉽게 할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
베흐루즈는 "우리는 이 효과를 사용하면 원래 계획했던 것보다 훨씬 더 나은 것을 만들 수 있다는 걸 깨달았습니다."라고 말했습니다.
테스트는 어떻게 진행되나요?
신속 테스트 기술은 플라스모닉 나노입자라는 작은 입자를 사용하는데, 이 입자는 빛과 특별한 방식으로 상호 작용합니다.
- 사용자는 질병과 관련된 단백질이 포함된 액체 한 방울(입이나 코에서 채취한 면봉 등)을 막에 바릅니다.
- 물방울이 마르면 커피 링 부위에 질병 바이오마커가 집중됩니다.
- 그런 다음 사용자는 질병 바이오마커에 "붙는" 플라스모닉 나노입자가 들어 있는 두 번째 방울을 추가합니다.
바이오마커가 존재하는 경우, 나노입자는 빛이 세포막과 상호작용하는 방식을 변화시키는 특정 패턴을 형성합니다. 이러한 변화는 육안이나 AI 기반 스마트폰 앱으로 확인할 수 있습니다.
이 기술은 12분 이내에 결과를 제공하며, 유사한 가정용 검사보다 COVID-19에 대한 민감도가 100배 더 높습니다.
기타 질병에 대한 적용
"이 기술로 검출할 수 있는 핵심 단백질 중 하나는 패혈증의 바이오마커입니다. 패혈증은 세균 감염에 대한 위험한 염증 반응으로, 특히 50세 이상에서 매우 빠르게 발생할 수 있습니다."라고 UC 버클리 기계공학과 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 리웨이 린은 말했습니다.
"매 순간이 중요하지만, 감염원을 찾기 위해 세균을 배양하는 데는 며칠이 걸릴 수 있습니다. 하지만 이 기술을 사용하면 의사들은 10분에서 15분 안에 패혈증을 진단할 수 있습니다."
과학자들은 이미 3D로 인쇄된 구성 요소를 사용하여 샘플을 올바르게 배치하고 플라스모닉 물방울을 적용하는 데 도움이 되는 신속한 COVID-19 테스트와 유사한 가정용 테스트 프로토타입을 만들었습니다.
"코로나19 팬데믹 기간 동안 우리는 감염 여부를 확인하기 위해 자가 진단 검사에 의존했습니다. 이 기술을 통해 집을 나서지 않고도 전립선암과 같은 질병에 대한 정기 검진을 더 쉽게 받을 수 있기를 바랍니다."라고 린 씨는 말했습니다.