공중에서 코로나바이러스를 탐지하는 데 도움이 되는 '미니 사이클론'

과학자들이 단 몇 분 만에 코로나19를 유발하는 바이러스를 탐지할 수 있는 공기 샘플링 기계를 만들었습니다. 이 3D 그림은 해당 장치의 제안된 최종 설계를 보여줍니다.

Joseph Puthussery/워싱턴 대학교 세인트 루이스에서

티나 헤스만 세이

2023년 8월 9일 오전 6시 30분

방에 들어가서 혹시 COVID-19를 유발하는 바이러스가 돌아다니는지 궁금해하시는 경우, 여러분은 혼자가 아닙니다. 이제 그 질문에 답할 수 있는 장치가 있습니다. 연구원들이 코로나바이러스를 신속하게 탐지할 수 있는 공기 흡입 기계를 만들었습니다.

기계는 토스터보다 조금 더 큽니다. 단 5분 만에 공기 1입방미터(35입방피트)당 SARS-CoV-2 바이러스 입자 7~35개 정도를 감지할 수 있습니다. 이는 PCR에 의존하는 비강 면봉 검사와 거의 동일한 민감도라고 Rajan Chakrabarty는 말합니다. 그는 미주리주 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교의 에어로졸 과학자입니다.

그의 팀은 7월 10일 Nature Communications에서 이 혁신을 설명했습니다.

팀이 직면한 한 가지 과제는 코로나바이러스 입자를 농축하기에 충분한 공기를 수집하는 것이었습니다. 다른 사람들이 개발한 초기 시스템은 분당 2~8리터(쿼트)의 공기를 흡입했습니다. 이 샘플러는 분당 1,000리터를 끌어옵니다.

Chakrabarty는 바이러스를 가두기 위해 그의 팀이 "샘플러 내부에 인공 사이클론"을 만들었다고 말했습니다. 일단 안으로 들어가면 공기는 빠르게 진행되는 소용돌이 속에서 액체와 혼합됩니다. 이 사이클론 작용으로 인해 슬러리가 감지기 벽에 부딪히게 됩니다. 이제 모든 바이러스가 여기에 집중됩니다.

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장치에 부착된 HEPA 필터는 액체에 포착되지 않은 공기 중 바이러스를 제거합니다. 5분 동안 수집한 후 시스템은 바이러스가 풍부한 액체를 바이오센서로 펌핑합니다.

이 센서에는 라마와 그 친척이 만든 특수 면역체계 단백질에 전극이 부착되어 있습니다. 나노바디(nanobody)로 알려진 이 로봇은 인간 항체처럼 감염과 싸웁니다. 그러나 이 단백질은 더 작고 다소 질깁니다.

나노바디는 지나가는 코로나바이러스의 스파이크 단백질을 붙잡습니다. 전극에서 나노바디와 스파이크 단백질을 통해 전기가 흐릅니다. 이로 인해 스파이크 단백질의 구성 요소인 특정 아미노산이 전자를 잃게 됩니다. 손실로 인해 전압이 변경됩니다. 그리고 이는 SARS-CoV-2가 존재한다는 신호입니다.

워싱턴 대학교 팀은 두 명의 자원봉사자의 아파트에 장치를 설치했습니다. 각각 코로나19 감염이 확인됐다. 이를 통해 팀은 도구가 실제 조건에서 바이러스를 얼마나 잘 탐지할 수 있는지 테스트할 수 있습니다.

그리고 "환자가 흘리는 미량의 바이러스까지" 감지했다고 Chakrabarty는 말합니다. 비어 있고 환기가 잘 되는 회의실에 두었을 때 이 장치에서는 바이러스가 발견되지 않았습니다.

Linsey Marr는 “그들은 그것이 효과가 있다는 것을 입증했습니다.”라고 말했습니다. 그녀는 Blacksburg에 있는 Virginia Tech의 에어로졸 과학자입니다. 이 새로운 시스템은 “우리가 공중에서 우려할 만한 낮은 수준의 바이러스를 탐지할 수 있습니다”라고 그녀는 말합니다. Marr 팀은 세균이 어떻게 퍼지는지 연구하는 일환으로 바이러스 탐지기도 개발하고 있습니다.

몇 가지 과제가 남아 있습니다. 우선 새 장치의 소음은 진공청소기 소리나 전화기 벨소리만큼 시끄럽습니다. 사람들은 단기적으로는 견딜 수 있다고 생각할 수도 있습니다. 그러나 교실이나 사무실에서 쉬지 않고 달리기에는 너무 시끄럽다고 Marr는 말합니다.

시스템 비용도 비싸다. Chakrabarty는 연구실에서 건물을 짓는 데 드는 비용이 약 1,400~1,900달러라고 말합니다.

상업용 버전은 가정용으로 사용하기에는 가격이 너무 비쌀 수 있다고 Marr는 말합니다. 그러나 그녀는 병원, 공항 및 기타 공공 장소가 이를 통해 이익을 얻을 수 있다고 생각합니다. 건물을 가열, 냉각 및 환기하는 시스템의 공기 공급 장치에 장치를 연결하는 것이 가능할 수도 있습니다. 그런 다음 이러한 시스템은 바이러스가 감지되면 공기 흐름과 여과를 증가시킬 수 있습니다.

한편 Chakrabarty는 이미 팀 장치의 다음 단계를 생각하고 있습니다. 그는 독감을 유발하는 바이러스와 같은 다른 공기 중 바이러스도 탐지하기 위해 라마 나노바디를 추가하기를 희망합니다.