우리대학 자연과학대학 화학과 이정훈 교수는 한국외대 오정욱 교수, City University of Hong Kong Yung-Kang Peng 교수 연구팀과 함께 자기적 특성과 빛을 열에너지로 바꿀 수 있는 특성을 갖는 복합 나노물질을 이용한 유전자증폭 기술을 적용하여 초고감도의 플라즈모닉 광열 정량 면역-PCR (Polymerase Chain Reaction) 분석 기술을 개발하였다.

면역분석은 항원 또는 항체와 같은 단백질의 검출이나 정량을 위한 기술이다. 가장 많이 사용되는 면역분석법은 효소면역측정법(ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay)이라 할 수 있으며, 항원-항체 반응을 이용하기 때문에 검출하고자 하는 항원 또는 항체에 대한 선택성 및 특이도가 높은 기술이고, 현재 신속항원검사와 같은 진단용으로도 많이 사용되고 있다. 하지만 분자진단과 비교해서 상대적으로 상당히 낮은 검출감도를 갖기 때문에 민감도가 떨어지는 단점을 가지고 있고 이를 해결하고자 많은 연구가 진행되고 있다. 1992년 면역분석법의 검출감도를 획기적으로 개선할 수 있는 면역-PCR (iPCR, Immuno-PCR)이 개발되었다. 이 기술은 면역분석법의 항원-항체 상호작용의 높은 특이도와 PCR의 높은 민감도를 접목하여 민감도를 크게 향상시킨 기술이다. iPCR은 PCR의 기하급수적 핵산 증폭 능력으로 인해 기존 면역분석법에 비해 민감도를 수천~수억 배 증가시킬 수 있다. 하지만 PCR 증폭 후 분석을 위해서는 일반적으로 겔 전기영동과 같은 후처리가 필요하며, 이는 시간이 많이 소요되는 반정량적 방법이다. 실시간 PCR과 자성비드기술의 도입으로 민감도와 사용성이 크게 향상되었지만, 여전히 PCR 증폭 단계의 시간단축 (약 1~2시간)은 해결해야할 단점이다.

연구팀이 개발한 ‘실시간 및 종점 이중 판독을 사용하는 초고감도 플라즈모닉 광열 면역-PCR (PPT-iPCR, Plasmonic PhotoThermal-iPCR)’ 분석 기술은 자기적 특성과 광열 특성을 동시에 갖는 다기능성 복합 나노입자를 이용하여 iPCR의 높은 민감도는 유지하면서 검출 시간을 획기적으로 단축한 분석법이다. PPT-qiPCR은 10분 이내에 증폭 및 정량검출이 완료될 수 있다. 이 기술에서 실시간 형광 판독은 상업용 ELISA 키트와 유사한 감도로 표적 단백질을 식별할 수 있으며, 종점 형광 판독은 검출 시간을 늘리지 않고도 분석의 감도를 크게 향상시킬 수 있다. 연구팀은 인터루킨6 (Interleukin-6) 단백질을 이용하여 기술을 검증하였고, 대부분의 상용 검출키트를 훨씬 능가하는 검출감도 (1ng/mL)를 달성했다.

교신저자인 이정훈 교수는 “현재까지 면역분석법은 다양한 방식으로 개발되어 왔으며, 현재 민감도나 특이도 등은 상당한 발전을 이루었다. 하지만 여전히 분석시간 단축, 재현성, 초고감도 등 더욱 빠르고, 정밀하고 정확한 분석법을 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 연구팀이 개발한 방식은 이러한 문제를 해결하기 위한 노력의 일부라고 할 수 있다. PPT-iPCR은 기존 실시간 PCR 열 순환기와 비해 매우 빠르며, 소형화 및 저전력화, 저가화가 가능한 기술이다. 우리가 개발한 기술이 다양한 차세대 센서 개발에 활용되어 전염병 및 감염병 확산 방지에 기영할 수 있기를 기대한다”고 말했다.