한빛사 인터뷰
- 등록2025-06-11
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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
본 논문에서 다루고 있는 연구 분야는 현장진단(Point-of-care testing, POCT)을 위한 면역 기반 측방유동분석법(Lateral Flow Assay, LFA)입니다. 팬데믹 이후 자가진단 키트로 널리 알려졌듯이, LFA는 사용이 간편하고 장비 없이도 빠르게 결과를 확인할 수 있어 전 세계적으로 활발히 사용되고 있습니다. 그러나 LFA는 시각 기반 판독 방식에 의존하고 있기 때문에 낮은 농도의 바이오마커를 감지하는 데 한계가 존재합니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 형광, 표면 강화 라만 분광, 효소 기반 증폭과 같은 다양한 민감도 향상 기법이 개발되고 있으나, 대부분 외부 장비를 필요로 하거나 실제 현장에서 사용하기에는 제약이 있어 적용성이 떨어지는 단점이 있습니다.
이에 저희 연구팀은 외부 장비 없이도 기존 LFA의 성능을 획기적으로 향상할 수 있는 TNF-LFA(Tangential Nanoelectrokinetic Force-enhanced Lateral Flow Assay)를 개발하였습니다. 이 기술의 핵심은 나피온(Nafion)-셀룰로오스 나노섬유(CNF) 하이브리드 겔을 테스트 라인 하부에 삽입하여 유체 흐름의 수직 방향으로 TNF 효과를 유도함으로써, 신호를 내는 AuNP-conjugates가 시각적으로 관찰 가능한 멤브레인 표면(약 10 μm 이내)에 집중적으로 결합할 수 있도록 한 것입니다. 그 결과 COVID-19 뉴클레오캡시드 단백질에 대한 검출 한계는 0.24 ng/mL로 기존 LFA 대비 약 32.5배 향상되었으며, 임상 샘플에서도 높은 민감도와 특이도를 보여 기존 LFA의 성능을 뛰어넘는 진단 정확도를 확인할 수 있었습니다. 또한 항체 사용량 절감에 따른 LFA 제조 시약 원가 절감 효과를 보였습니다. TNF 효과로 인해 테스트 라인에 사용되는 캡처 항체의 양을 절반으로 줄이는 것이 가능하였고, 진단 성능을 유지하면서도 생산 단가를 효과적으로 절감할 수 있음을 확인하였습니다. 전체 제조 비용 중 약 59%를 차지하는 항체 사용량이 감소함에 따라 스트립당 약 26%의 비용 절감 효과를 얻었으며, 테스트 라인과 컨트롤 라인 모두에 적용할 경우 최대 40%까지의 재료 원가 절감도 가능할 것으로 분석되었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
해당 연구는 고려대학교 KUKIST 융합대학원 이정훈 교수님 연구실(mHealth Lab)과 고려대학교 바이오의공학과 윤대성 교수님 연구실(NBSL)에서 진행되었습니다. 이정훈 교수님 연구실에서는 AI를 활용한 진단 정확도 향상을 목표로, 현장 중심의 혁신적 바이오 진단 기술을 개발하고 있습니다. 샘플 전처리 기술과 인공지능 기반 진단 연구를 함께 진행하고 있으며 대표적으로 Nafion과 같은 permselective material을 활용하였을 때 발생하는 나노-전기동력학적 현상을 이용하여 타겟을 농축하는 전처리 방법과 AAO(Anodic Aluminum Oxide)와 같은 나노 구조체 및 바이오 필터로서의 세포막에 압력을 가해, 물질의 특성에 따라 선택적으로 분리해 내는 바이오-나노 하이브리드 필터 기반의 전처리 기술도 연구하고 있습니다. 더불어 신속 진단기기(예: Rapid kit, Lateral flow assay)에서 나타나는 색상 신호를 스마트폰으로 촬영한 이미지를 머신러닝 및 딥러닝 기법으로 분석하여 진단 정확도를 높이는 연구도 활발히 수행 중입니다. 윤대성 교수님 연구실에서는 세포막을 전기화학적 센서 표면에 코팅하여 특정 바이오마커를 선택적으로 감지하는 기술 개발과, 아밀로이드성 단백질을 이용한 약물 스크리닝 플랫폼 개발 등 다양한 바이오센서와 진단 응용 연구도 함께 이루어지고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구 결과가 논문으로 나오기까지 여러 시행착오를 거쳤는데, 그 순간들이 주마등처럼 스쳐 지나갑니다. 특히, 함께 주저자로 연구를 진행한 동기와 끝까지 연구를 마쳐 논문을 완성한 것이 큰 기쁨으로 남습니다. 매주 새로 생기는 문제들을 해결하기 위해 논문을 찾고 여러 실험 조건을 테스트했던 경험들로 당시에는 눈앞이 깜깜했지만, 지금은 결국 제 안에 자산으로 남아 더욱더 큰 일들을 헤쳐 나갈 수 있는 원동력이 된 것 같습니다. 평소, 여러 분야의 논문을 찾아 읽고 각 연구 자료의 결과 해석, 실험 방법들을 꼼꼼히 들여다보며 공부했던 것이 도움이 된 것 같아 뿌듯했습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
많은 연구자분이 공통으로 말씀해 주고 계시지만, 저 역시 연구 활동에서 가장 중요한 것은 협업인 것 같습니다. 자신의 어려움을 알리는 데 능동적이고 타인의 필요에 적극적으로 응하는 자세가 스스로 연구 역량을 키울 수 있는 가장 기본적인 자세라는 걸 느꼈습니다. 또, 연구 활동을 하다 보면 여러 이유로 번아웃과 슬럼프가 꼭 한 번쯤 오는 것 같습니다. 저는 개인적으로 작년에 크게 슬럼프를 겪었습니다. 연구에 열정이 생기는 만큼 스스로 부족한 점만 보이고 좌절감도 커서 주눅이 많이 들어있었는데요. 이런 마음을 극복하는 데 가장 큰 기여를 했던 것이 당장 할 수 있는 것들을 하나씩 찾아 시도하는 태도였던 것 같습니다. 결국, 일상을 다시 바로 세우는 것은 대단한 것이 아니라 학업과 건강을 위한 기본적인 것들인 것 같습니다. 이 분야 역시 다학제적 지식이 필요한 분야로 연구를 하다 보면 여러모로 자신의 부족함이 여실히 느껴지는 순간들이 있을 텐데, 너무 크게 좌절하지 마시고 지혜롭게 본인의 길을 걸어가셨으면 좋겠습니다!
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
해당 논문 외에도, 석사 과정 동안 배웠던 기술인 나노플라즈모닉 기반의 진단 연구들이 마무리 중에 있습니다. 해당 연구를 잘 마무리하여 또 한빛사에 연구 활동을 공유할 수 있도록 노력하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
늘 제 연구 활동과 학업을 지지하고 지원해 주시는 지도교수님 이정훈 교수님, 윤대성 교수님 두 분께 감사드립니다. 연구 활동을 한 해씩 해 나갈수록, 먼 저 이 길을 걸어가셨던 교수님들의 치열했던 날들에 더욱더 고개를 숙이게 됩니다. 교수님들의 아낌없는 지도 속에서 계속해 성장할 수 있어 감사합니다. 또, 주저자 논문을 끝까지 집필할 수 있도록 이끌어 주신 이도환 교수님, 함께 지내며 연구자로서 제 좋은 모습을 많이 알게 해 주신 유용경 교수님께 많이 배울 수 있었습니다. 감사합니다. 더불어, 학부 연구생이던 시절부터 연구에 열정을 갖고 임할 수 있도록 옆에서 많이 도와주고 본보기 되어 주신 정효기, 이승민, 김용환, 장재원 선배, 김인수, 이상원 박사님, 이동택 교수님께 감사하며, 늘 저를 유쾌하게 맞이해주고 함께 즐거운 연구할 수 있도록 힘써주는 우리 연구실 동료들에게도 감사 말씀드립니다! 마지막으로, 무뚝뚝한 손녀의 소식을 애타게 기다리는 우리 할머니 할아버지와 부모님, 이모, 동생들, 항상 저를 믿고 응원해 주셔서 감사합니다. 사랑합니다!
#Lateral flow assay
# Signal enhancement
# Point-of-care diagnostics
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