재료연, 패혈증 신속 진단 기술 개발…세균 1시간 내 검출

극미량 세균 배양 없이 직접 검출

항생제 반응도 2시간 내 평가 가능성 확인

한국재료연구원 바이오·헬스재료연구본부 이민영·박성규 박사 연구팀은 박테리아 표면과 주변에 금속 나노구조를 직접 성장시켜 세균 신호를 증폭하는 표면증강라만산란(SERS) 분석 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. ⓒ한국재료연구원

한국재료연구원(KIMS)이 극미량의 살아있는 세균을 1시간 이내 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 패혈증 등 중증 감염질환의 신속 진단에 활용될 것으로 기대된다.

재료연 바이오·헬스재료연구본부 이민영·박성규 박사 연구팀은 박테리아 표면과 주변에 금속 나노구조를 직접 성장시켜 세균 신호를 증폭하는 표면증강라만산란(SERS) 분석 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

패혈증은 감염에 대한 과도한 반응으로 장기 기능에 이상이 생기는 중증 질환이다. 초기에는 혈액 속 박테리아가 극소량이어서 원인균을 빠르게 찾기 어렵다. 기존 혈액배양 검사는 세균을 증식시키는 과정이 필요해 최종 결과까지 수십 시간에서 수일이 걸릴 수 있다.

연구팀은 박테리아가 있는 곳에 금속 나노구조를 직접 형성해 신호를 키우는 방식으로 기존 기술의 한계를 보완했다. 여과 기능을 갖춘 기판에서는 박테리아를 한곳에 모은 뒤 신호를 증폭해 분리·농축부터 검출까지 한 번에 수행할 수 있다.

이를 통해 1~10 CFU/mL 수준의 극미량 박테리아를 별도 배양 없이 1시간 이내 검출하는 데 성공했다. 인공지능(AI) 분석을 접목한 결과 서로 다른 박테리아 8종도 식별할 수 있었다.

혈청과 소변에 살아있는 박테리아를 넣은 모사 시료에서도 검출 성능이 확인됐다. 항생제 처리 뒤 나타나는 SERS 신호 변화를 분석한 결과 2시간 이내 반응 평가 가능성도 나타났다.

연구팀은 향후 실제 혈류 감염과 패혈증 환자의 혈액을 대상으로 임상 검증을 추진하고 원인균 검출과 항생제 감수성 평가를 통합한 신속 진단 플랫폼으로 고도화할 계획이다.

이민영 재료연 선임연구원은 “박테리아가 있는 곳에서 나노구조를 직접 성장시키고 분리·농축 기술을 결합해 극미량 세균 검출의 한계를 극복한 것이 핵심”이라고 말했다.