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영국의 맨체스터 대학교(University of Manchester)의 학제간 연구팀이 질병 관련 항체에 대한 새로운 그래 핀 기반 검사 시스템을 개발했으며, 처음에는 세포막성 신장병이라고 하는 신장 질환을 표적으로 삼았음. 그래 핀 기반 바이오 인터페이스와 결합된 수정-결정 마이크로밸런스(QCM)의 원리를 기반으로 하는 이 새로운 기기는 현재 사용 가능한 항체 검사에 대한 저렴하고 빠르며 간단하며 민감한 대안을 제공함. 이 연구는 다양한 질병에 대한 항체 검사를 전문 검사 센터가 아닌 GP 클리닉이나 요양원과 같은 진료 지점에서 보다 광범위하게 사용할 수 있는 잠재력을 가지고 있음. 연구진은 먼저 단백질과 지질과 같은 생체 분자가 그래핀 산화물과 환원된 그래핀 산화물과 같은 여러 종류의 그래핀 물질의 표면에 흡착하는 방식을 연구했음. 이는 모 그래핀 물질의 화학적 변형 정도가 다른 특징을 이용한 것임. 이 연구를 기반으로, 그들은 그래핀에 단백질 기반 층을 형성하는 방법을 개발했으며, 이는 항체에 대한 특정 수용체 ​​분자로 기능화 될 수 있음. 이러한 수용체는 표적 항체만 그래핀 표면에 결합하고 다른 것은 결합하지 않도록 함.

상용 QCM 시스템은 £ 50,000 이상 비용이 들 수 있으며 현장 진료에서 널리 사용할 수 없음. 따라서 연구팀은 개방형 QCM 시스템을 개발했음. 3D 프린팅된 모든 부품과 자체 설계의 전자 회로를 사용하는 소스 솔루션으로 상용 시스템보다 비용이 100 배나 저렴함. 그래핀이 코팅된 칩에서 테스트한 결과 10 분 안에 결과가 표시됨. 더욱이 이 시스템은 간단하고 빠른 검사임에도 불구하고 정량적이므로 환자 샘플의 항체 농도를 측정할 수 있음. 이 정보는 질병이 얼마나 심각한 지, 환자가 질병에 걸린 기간, 환자가 질병에 걸렸거나 예방 접종을 받은 후 면역력이 발달했는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있음.

앞으로 연구팀은 면역 체계가 만성소화 장애 질병과 같은 신체 조직을 공격하는 광범위한 자가 면역 질환에 대한 테스트를 개발할 계획임. 이 시스템은 COVID-19와 같은 외래 단백질 또는 바이러스 감염에 대한 항체를 테스트하는 데에도 적용 할 수 있음. 저렴하고 빠르며 간단하며 민감한 특성으로 인해 영국 및 기타 지역의 전염병에 대응하는 대규모 배포에 이상적임. 특히 이 시스템은 저소득 및 중간 소득 국가와 외딴 위치에서 테스트 용량을 크게 향상시킬 것임.

본 연구 성과는 ‘ACS Sensors’ (“A Point-of-Care Immunosensor Based on a Quartz Crystal Microbalance with Graphene Biointerface for Antibody Assay”), ‘Carbon’ (“Protein interactions and conformations on graphene-based materials mapped using a quartz-crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D)”) 지에 게재됨