한빛사논문
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Seong Jun Park1,12, Seungmin Lee1,2,12, Dongtak Lee2,12, Na Eun Lee1,3, Jeong Soo Park1, Ji Hye Hong1,2, Jae Won Jang2,4, Hyunji Kim2,4, Seokbeom Roh5,6, Gyudo Lee5,6, Dongho Lee7, Sung-Yeon Cho8,9, Chulmin Park8, Dong-Gun Lee8,9, Raeseok Lee8,9, Dukhee Nho8,9, Dae Sung Yoon2,4,10,13, Yong Kyoung Yoo11,13 & Jeong Hoon Lee1,13
1Department of Electrical Engineering, Kwangwoon University, 20 Kwangwoon-ro, Nowon, Seoul 01897, Republic of Korea.
2School of Biomedical Engineering, Korea University, 145 Anam-ro, Seongbuk, Seoul 02841, Republic of Korea.
3Department of Biotechnology, College of Life Sciences and Biotechnology, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea.
4Interdisciplinary Program in Precision Public Health, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea.
5Department of Biotechnology and Bioinformatics, Korea University, Sejong 30019, Republic of Korea.
6Interdisciplinary Graduate Program for Artificial Intelligence Smart Convergence Technology, Korea University, Sejong 30019, Korea.
7CALTH Inc., Changeop-ro 54, Seongnam, Gyeonggi 13449, Republic of Korea.
8Vaccine Bio Research Institute, College of Medicine, The Catholic University of Korea, Seoul, Republic of Korea.
9Division of Infectious Diseases, Department of Internal Medicine, College of Medicine, The Catholic University of Korea, Seoul, Republic of Korea.
10Astrion Inc, Seoul 02841, Republic of Korea.
11Department of Electronic Engineering, Catholic Kwandong University, 24, Beomil-ro 579 beon-gil, Gangneung-si, Gangwon-do 25601, Republic of Korea.
12These authors contributed equally: Seong Jun Park, Seungmin Lee, Dongtak Lee.
13These authors jointly supervised this work: Dae Sung Yoon, Yong Kyoung Yoo, Jeong Hoon Lee.
Corresponding authors : Correspondence to Dae Sung Yoon, Yong Kyoung Yoo or Jeong Hoon Lee.
Abstract
Highly sensitive rapid testing for COVID-19 is essential for minimizing virus transmission, especially before the onset of symptoms and in asymptomatic cases. Here, we report bioengineered enrichment tools for lateral flow assays (LFAs) with enhanced sensitivity and specificity (BEETLES2), achieving enrichment of SARS-CoV-2 viruses, nucleocapsid (N) proteins and immunoglobulin G (IgG) with 3-minute operation. The limit of detection is improved up to 20-fold. We apply this method to clinical samples, including 83% with either intermediate (35%) or low viral loads (48%), collected from 62 individuals (n = 42 for positive and n = 20 for healthy controls). We observe diagnostic sensitivity, specificity, and accuracy of 88.1%, 100%, and 91.9%, respectively, compared with commercial LFAs alone achieving 14.29%, 100%, and 41.94%, respectively. BEETLES2, with permselectivity and tunability, can enrich the SARS-CoV-2 virus, N proteins, and IgG in the nasopharyngeal/oropharyngeal swab, saliva, and blood serum, enabling reliable and sensitive point-of-care testing, facilitating fast early diagnosis.
논문정보
- Research article
- 2023년 03월 (BRIC 등록일 2023-03-31)
- 국내(교신)+국외 연구진
- 바이오·의료융합 > 바이오센싱 및 나노바이오물질
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![바이오-나노 하이브리드 필터 기술을 이용한 바이러스 및 단백질의 농축 분리와 이를 활용한 고민감도 현장 시스템 [Nat. Commun.]](/upload/board/files/onseminar/thumb/thumb_0000557.png)
학술웨비나
바이오-나노 하이브리드 필터 기술을 이용한 바이러스 및 단백질의 농축 분리와 이를 활용한 고민감도 현장 시스템 [Nat. Commun.] COVID-19 와 같이 전염성이 높은 질병의 전파를 최소화하기 위한 방법은 진단을 통해 빠른 시일 내에 환자를 격리 및 치료하는 것인데, 표준 진단 기술인 RT-PCR의 경우 높은 가격과 긴 분석시간이라는 한계가 있다. 이러한 이유로 저렴한 가격과 빠른 분석이 가능한 래피드 키트(자가검사키트)가 각광을 받고 있으나, 낮은 민감도를 가져 실제 진단을 할 때에 양/음성을 판단하는데 어려움이 있다. 본 연구는 바이오 소재인 세포막과 나노 다공성 필터를 이용한 바이오-나노 하이브리드 필터를 통해 고민감도를 갖는 래피트 키트 플랫폼을 개발하였다. 세포막의 경우 여러 바이오 물질과 상호작용이 이루어지며, 통로 단백질 및 pore를 통하여 선택적인 투과가 가능한 일종의 필터로 볼 수 있는데, 이를 기존의 나노 다공성 필터와 결합하였을 때 기존의 필터에서는 확인하기 어려운 tunability를 획득할 수 있었다. 실험을 통해 하이브리드 필터에 가해진 압력 및 타겟 물질의 물성에 따라 선택적으로 필터를 투과하는 것을 확인할 수 있었으며, 개발된 바이오-나노 하이브리드 필터를 래피트 키트 플랫폼에 적용하였을 때 PCR에 비견되는 성능을 확인하였다.- 이승민(고려대학교)
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