전기방사 활용 기술

민감도 10배 높은 코로나 진단면봉 개발

출처: 동아사이언스

2021.02.01 07:00

 

미국 연구팀이 일반 의료용보다 흡수력이 뛰어난 초흡수성 나노섬유 면봉을 개발했다. 나노레터스 제공

미국 과학자들이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 유발하는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)를 지금의 진단검사용 면봉보다 10배 높은 민감도로 잡아내는 새 기술을 개발했다.  바이러스가 콧속에 아주 적은 양만 있어도 검출할 수 있어 실제 감염됐는데도 바이러스 양이 부족해 검사에서 음성이 나오는 '위음성' 문제를 해결할 기술로 기대를 모으고 있다.

 

셰징웨이 미국 네브라스카대 의료센터 교수팀은 일반 의료용 면봉보다 흡수력이 뛰어난 초흡수성 나노섬유 면봉을 개발했다고 국제학술지 '나노레터스'에 27일(현지시간) 소개했다.

 

코로나19 사태 이후 각국은 확산을 막기 위해 감염자를 더 빠르게 확인하는 진단 기술 확보에 속도를 내고 있다. 현재의 진단검사는 면봉을 코, 목구멍 안에 깊숙이 넣어 검체를 채취한 뒤 바이러스의 특정 유전자를 증폭시키는 실시간 중합효소연쇄반응(RT-PCR) 방식을 이용해 감염여부를 확인한다. 이 과정에서 감염 초기 환자의 경우 바이러스의 양이 적어 면봉에 묻어 나오지 않아 결과가 음성으로 나오는 '위음성'이 발생하는 일이 종종 일어난다. 스위스 베른대, 네덜란드 암스테르담대, 영국 퀸메리대 등 공동 연구팀의 분석에 따르면 코로나19 진단검사의 위음성율이 2~33%에 이르는 것으로 나타났다.

연구팀은 바이러스를 흡수하는 능력이 뛰어난 나노섬유 면봉을 개발했다. 전기장에서 섬유를 길고 가늘게 뽑는 기술인 '전기방사법'을 이용해 젤리 등에 사용하는 투명한 단백질인 '젤라틴'으로 머리카락의 10만분의 1 굵기의 가는 나노섬유를 뽑았다. 그런 다음 진단검사용 면봉 솜과 유사한 가로 0.5cm 세로 1cm 로 나노섬유를 쌓아 올려 플라스틱 막대에 부착했다. 

연구팀은 나노섬유 면봉과 기존 면봉이 단백질이나 세포, 박테리아, DNA, 바이러스를 얼마나 잘 흡수하는지 비교했다. 나노섬유 면봉은 기존 면봉보다 흡수율이 10배 가까이 높은 것으로 나타났다. 코로나19 바이러스의 경우 종전보다 10분의 1 농도에서도 검출이 가능한 것으로 확인됐다. 시 교수는 “나노섬유 면봉은 검사의 민감도를 끌어올려 잠재적으로 많은 질병을 신속하고 정확하게 진단하는 환경을 제공할 것"이라고 말했다. 또 바이러스를 더 많이 묻히기 위해 면봉을 코나 목 깊숙이 넣을 필요가 없어 검사를 받는 사람의 불쾌감을 줄일 것으로 보인다.  

면봉 외에도 코로나19 진단 속도를 끌어올릴 신기술이 속속 나오고 있다. 제시 조커스트 미국 샌디에이고 캘리포니아대 교수팀은 24일(현지시간) 마스크 착용자의 호흡이나 타액을 통해 코로나19 감염여부를 판별하는 마스크 부착형 스티커를 공개했다. 스티커가 코로나19 바이러스에 감염될 경우, 몸 속에서 형성되는 프로테아제 단백질을 감지하면 색깔이 변하는 원리다. 

 

---------------------

 

 

해외 기사 추가

 

A new type of nanofiber swab could improve sample collection and test sensitivity for SARS-CoV-2 and other biological specimens; ruler at left shows centimeters. Credit: Adapted from Nano Letters 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04956

Rapid, sensitive diagnosis of COVID-19 is essential for early treatment, contact tracing and reducing viral spread. However, some people infected with SARS-CoV-2 receive false-negative test results, which might put their and others’ health at risk. Now, researchers reporting in ACS’ Nano Letters have developed ultra-absorptive nanofiber swabs that could reduce the number of false-negative tests by improving sample collection and test sensitivity.

Currently, the most sensitive test for COVID-19 involves using a long swab to collect a specimen from deep inside a patient’s nose, and then using a method called reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) to detect SARS-CoV-2 RNA. But if the viral load is low, which can occur early in the course of infection, the swab might not pick up enough virus to be detectable.

Jingwei Xie and colleagues wanted to develop a nanofiber swab that could absorb and then release more viruses and other biological specimens, improving the sensitivity of diagnostic tests.

The researchers used an electrospinning technique to make 1-cm-long cylinders composed of aligned nanofiber layers, which they coated with a thin layer of gelatin and bonded to plastic swab sticks.

In lab tests, the porous nanofiber cylinders absorbed and released more proteins, cells, bacteria, DNA and viruses from liquids and surfaces than the cotton or flocked swabs commonly used for COVID-19 testing. The team made dilutions of SARS-CoV-2 virus, swabbed the liquid samples and tested for viral RNA with RT-PCR. Compared with the two other types of swabs, the nanofiber ones reduced the false-negative rate and detected SARS-CoV-2 at a 10-times lower concentration.

In addition to allowing more accurate and sensitive COVID-19 testing, the nanofiber swabs have far-reaching potential in diagnosing other diseases, testing for foodborne illnesses and helping forensic teams identify crime suspects from miniscule biological specimens, the researchers say.

Reference: “Ultra-absorptive Nanofiber Swabs for Improved Collection and Test Sensitivity of SARS-CoV-2 and other Biological Specimens” by Alec McCarthy, Lorenzo Saldana, Daniel N. Ackerman, Yajuan Su, Johnson V. John, Shixuan Chen, Shelbie Weihs, St. Patrick Reid, Joshua L. Santarpia, Mark A. Carlson and Jingwei Xie, 26 January 2021, Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04956

Ultra-absorptive Nanofiber Swabs for Improved Collection and Test Sensitivity of SARS-CoV-2 and other Biological Specimens