중앙대 주재범 교수팀, AI-멀티메탈 나노입자 기반 차세대 면역진단 센서 제시

중앙대학교는 화학과 주재범 교수 연구팀이 다중금속 나노입자와 인공지능을 결합한 차세대 지능형 측면흐름면역분석(LFA) 기술에 관한 논문을 발표했다고 19일 밝혔다.

해당 논문은 영국왕립화학회(RSC)가 발간하는 화학 분야 최고 권위의 리뷰 저널 가운데 하나인 ‘케미컬 소사이어티 리뷰스(Chemical Society Reviews)’에 게재됐다.

이번 연구는 중국 산둥성 China University of Petroleum의 Jingbin Zeng 교수, 한양대 이승현 교수, 중앙대 주재범 교수가 공동교신저자로 참여했다. 주재범 교수 연구팀의 Thanh Mien Nguyen 연구교수가 공동저자로 참여했다. 또한 다양한 국가의 연구자들이 함께한 국제공동연구의 성과다.

측면흐름면역분석(LFA)은 코로나19 자가진단 키트처럼 별도의 장비 없이 간편하게 사용할 수 있는 대표적인 현장진단(point-of-care) 기술이다. 그러나 기존 LFA는 금 나노입자의 색 변화에 의존하는 정성 분석에 머물러 민감도와 정밀도 측면에서 한계를 보여왔다. 난치성 질환의 조기 진단과 감염병 대응을 위해서는 극미량의 바이오마커를 정확하게 검출할 수 있는 고감도·고정밀 기술이 필수적이다.

연구팀은 다양한 형태의 다중금속 나노입자를 설계·합성하고, 이를 LFA에 적용하여 단일 테스트 스트립에서 광학·전기·자기 신호를 동시에 측정할 수 있는 다중 신호 플랫폼을 구축하였다. 이 새로운 개념의 LFA 플랫폼은 위음성(false negative) 오류를 크게 줄이며, 기존 금 나노입자 기반 LFA 대비 최대 8000배 향상된 민감도를 달성할 수 있음을 제시했다.

또한 연구팀은 ‘신호–모델–향상–결정–해석’으로 이어지는 통합 프레임워크를 제안하고, 합성곱 신경망(CNN), 랜덤 포레스트, 가우시안 프로세스 회귀 등 다양한 머신러닝 알고리즘을 LFA 신호 해석에 적용하는 방법론을 체계적으로 정립했다. 나아가 스마트폰 기반 정량 판독 시스템과 5G·IoT 기반 원격의료 인프라와의 연계 가능성을 제시함으로써, LFA가 단순 진단 키트를 넘어 디지털 헬스케어 생태계의 핵심 플랫폼으로 확장될 수 있음을 보여주었다.

주재범 교수는 “COVID-19 팬데믹 이후 신속하고 정확한 현장진단 기술의 중요성이 크게 부각되면서, 하나의 키트에서 다양한 신호를 동시에 측정하고 이를 인공지능으로 해석하는 지능형 멀티모달 진단 플랫폼이 새로운 패러다임으로 자리 잡고 있다”고 설명했다. 이어 “이번 논문은 멀티메탈 나노소재와 AI 기반 차세대 LFA 기술의 핵심 설계 원리와 발전 방향을 종합적으로 제시한 것으로, 향후 난치성 질환 및 신종 감염병의 조기 진단, 예후 모니터링, 개인 맞춤형 의료에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 주재범 교수는 한국연구재단 선도연구센터사업의 지원을 받아 중앙대 나노·광 융합 바이오의료진단연구센터(ERC) 센터장을 맡고 있다. 표면증강라만산란(SERS)과 나노플라즈모닉 기술을 기반으로 한 고감도 체외진단 플랫폼과 인공지능 기반 분석 시스템을 개발하고 있다.