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실내 공기 중의 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 바이러스 유무와 농도를 모니터링해 감염 위험공간을 미리 경고해주는 기술 개발이 국내외에서 경쟁적으로 진행되고 있음.

미국 방위고등연구계획국(DARPA)은 사무실이나 회의실 크기인 50~300m³ 실내공간을 수분 안에 신속 모니터링할 수 있는 기술 확보를 위한 연구개발(R&D) 사업인 ‘센사스(SenSARS) 프로그램’을 이달 초 공고했음. 센사스는 센서(Sensor)와 코로나19 바이러스의 정식 명칭인 ‘제2형 사스 코로나바이러스(SARS-CoV-2)’를 합친 말임. 선정된 연구수행그룹은 향후 1년 6개월간 100~150만달러를 지원받음.

아직까지는 DARPA도 1년 6개월 후에나 기술 확보를 목표로 할 만큼 상용화는 더 오래 걸릴 고난도 기술로 평가받지만, 국내에서도 4건 이상의 독자적인 연구가 이뤄지고 있음. 세계보건기구(WHO)와 학계가 코로나19의 공기 전파 가능성을 점차 인정하면서 관련 기술의 필요성도 높아졌기 때문임.

16일 국내 학계에 따르면 신속한 바이러스 모니터링을 위해서는 공기 중 바이러스의 포집, 포집된 바이러스의 진단 등 크게 두 단계 모두 소요시간을 크게 단축해야 함.

우선 포집 단계는 공기 1m³ 부피 속 1000개 정도 들어있는 바이러스를 좁은 기기 속에 100만배 농도로 모으는 과정임. 진공청소기처럼 압력 차이에 의한 물리적인 힘으로 바이러스를 빨아들이는 기존 기술로는 코로나19 바이러스처럼 1마이크로미터(μm·100만분의 1미터)보다 크기가 작은 입자는 포집 효율이 떨어지고, 포집 시간도 10시간 이상이 걸림. 현재 이 단계는 비교적 쉽게 해결되고 있음.

반면 포집·농축된 바이러스의 존재 여부와 농도를 측정하는 진단 단계는 개선 연구가 더 필요한 상황임. 실내 공기 모니터링 기술에도 코로나19 감염 의심환자에게 쓰이는 분자진단(PCR)이나 면역진단(항원·항체검사) 방식이 채택되고 있음.

PCR은 정확도가 높지만 유전자 증폭을 위해 적어도 6시간이 필요하고, 면역진단은 10~20분내 결과가 나오지만 상대적으로 정확도(50~70%)가 낮다는 한계가 있음. DARPA도 "현재 PCR 진단법은 실내 모니터링엔 적합하지 않다"며 "센사스 프로그램은 테라헤르츠 광학 센서, 질량분석기법 등 새로운 기술을 접목해 이 한계를 극복하려는 목적"이라고 설명했음.

◇韓 연구팀, 신속·정확 진단 위해 국내외 기술이전 준비… "세균 감시부터 상용화"

국내 연구팀들도 포집 성능은 이미 확보, 진단 성능 향상을 위한 후속 연구를 진행하고 있음. 이준석 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀은 지난 12일 환풍구처럼 팬을 회전시켜 30분 내 바이러스 포집 가능한 일회용 키트를 선보였음. 바이러스를 모은 키트를 카트리지에 끼우면 화학반응을 통해 진단할 수 있음.

이 박사는 이날 "PCR의 시간 단축과 면역진단의 정확도 향상 각각을 목표로 투트랙으로 연구하고 있다"고 했음. 그간 학계 연구를 통해 PCR은 이미 12시간에서 6시간으로 소요시간이 줄었고, 면역진단도 바이러스의 항원을 잘 식별하는 항체를 찾거나 기타 환경 조건이 잘 맞으면 정확도가 PCR 수준인 95%까지 높아지는 등 진단 성능을 높일 여지가 아직 많다는 것임.

이를 위해 연구팀은 이름을 공개할 수 없는 국내 기업으로의 기술이전을 추진하고 있고, 바이러스보다 쉬운 세균 모니터링 기술부터 우선 상용화할 계획임. 이 박사는 "바이러스 모니터링 기술은 적어도 3년은 더 지나야 상용화가 가능해질 것"이라고 덧붙였음.

황정호 연세대 교수 연구팀도 비슷한 전략임. 황 교수 연구팀은 지난 9월 자석의 원리로 10분만에 공기중 300만배 농도로 포집할 수 있는 가로·세로·높이 수십 센티미터 크기의 기기 샘플을 공개했음. 바이러스가 섞인 공기가 가느다란 관을 지날 때, 바이러스와 반응하는 ‘자석 입자’들이 관 내벽에 붙어 바이러스를 끌어당김.

연구팀은 "진단 성능을 높이기 위해 미국 실리콘밸리 스타트업 ‘파피(POPPY)’로 기술을 이전하는 것을 검토하고 있다"고 밝혔음. 파피는 바이러스·세균 등을 검출하는 센서를 전문적으로 개발하는 기업으로, 연구팀이 자체 개발한 포집 기술과 시너지를 낼 수 있다는 판단임. 황 교수 역시 "바이러스에 앞서 세균 모니터링 기술부터 우선 상용화를 추진하고 있다"며 "세균 모니터링 기술은 이미 준비돼있어 당장이라도 상용화 단계를 밟을 수 있으며, 바이러스 모니터링의 상용화 시점은 그 이후 가늠할 수 있을 것"이라고 설명했음.

정재희 세종대 교수 연구팀과 장재성 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀도 각각 지난 봄과 여름, 코로나19 바이러스 등 생물 유해물질을 포집·검출할 수 있는 기술을 개발해 학계에 성과를 발표한데 이어 후속 연구를 진행 중임. 장 교수팀은 면역진단 기술의 성능을 더 높이는 데 집중하고 있음.