형광 및 화학발광과 같은 진단 방법은 높은 감도와 다중 검출 능력 때문에 유용하다. 그러나 질병 진단에서 SERS 검출 기술을 구현하기 위해서는 임상 시료를 분석할 수 있는 SERS 기반 분석법(assay) 플랫폼이 필수적이다. 또한 COVID-19와 같은 감염성 질환은 감염 상태를 신속하고 정확하게 판정할 수 있는 현장진단(point-of-care, POC) 진단 기술의 개발을 요구한다. 효과적인 분석법 플랫폼으로서 SERS 기반 바이오어세이(bioassays)는 Au 또는 Ag 나노입자에 단백질 또는 DNA 수용체를 표지한 SERS 나노태그(nanotags)를 사용하며, 이는 고감도의 광학 프로브로 기능한다. 더불어 표적 생체분자와 SERS 나노태그 간의 인터페이스로서 마이크로디바이스(microdevice)가 필요하다. 본 총설은 POC 진단에 활용 가능한 LFA 스트립, 마이크로플루이딕 칩(microfluidic chips), 마이크로어레이 칩(microarray chips)을 포함하여 SERS 검출을 위해 개발된 다양한 마이크로디바이스를 소개하는 것을 목적으로 한다. 또한 본문에서는 암, 심혈관 질환, 감염성 질환 등 다양한 질병에 대한 SERS 기반 바이오어세이에 대해 지난 20년 동안 보고된 연구 성과를 제시한다. 마지막으로, SERS 기반 마이크로디바이스와 휴대용 라만 판독기(portable Raman readers)를 POC 시스템에 통합하는 것뿐 아니라 인공지능 기술의 활용을 중심으로 SERS 바이오어세이의 전망을 논의한다.

미세유체 장치의 소형화와 시스템 통합의 발전은 휴대용, 핸드헬드, 스마트폰 호환 기기의 개발에 기여한다. 이러한 진단 분야의 발전은 향후 팬데믹에 대처하기 위한 검출 및 대응 방식에 혁신을 가져올 잠재력이 있다. 이에 따라 본 논문에서는 측면유동 분석 스트립(lateral flow assay strips), 수직유동 분석 스트립(vertical flow assay strips), 미세유체 채널(microfluidic channels), 종이 기반 미세유체 장치(paper-based microfluidic devices)를 포함한 다양한 마이크로디바이스를 이용한 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)의 현장진단(point-of-care testing, POCT)에 관한 최근의 성과를 검토한다. 그러나 마이크로디바이스만으로 진단 결과를 시각적으로 판정하는 경우, 이러한 장치의 제한된 검출 민감도 때문에 많은 위음성(false-negative) 결과가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 휴대용 광학 판독기와 마이크로디바이스를 통합한 여러 POCT 시스템이 개발되었다. COVID-19의 발생 이후, 광학 검출 방법에 기반한 COVID-19의 효과적인 POCT 전략이 정립되었다. 이는 형광, 표면증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering), 표면 플라즈몬 공명 분광(surface plasmon resonance spectroscopy), 웨어러블(wearable) 감지로 분류할 수 있다. 우리는 미래의 전 세계 보건 요구를 충족하기 위해 사용할 수 있는 인공지능을 통합한 차세대 팬데믹 감지 방법을 도입하였다. 또한 우리는 다양한 검사 장치에 대해 새로 출현하는 감염병에 대응하는 적절한 방안을 논의하고, 포스트 팬데믹 시대의 예방을 위한 잠재적 조치들을 함께 고찰하였다. 본 종설은 향후 감염병 유행에 대비하는 데 도움이 될 것이라고 믿는다.

M), 우수한 균일성(RSD ∼ 4.36%), 그리고 배치 재현성(RSD ∼ 4.39%)을 보였다. 방울 기반 방법이 초소수성 표면을 필요로 하는 것과 달리, 본 플랫폼은 어떠한 지지체에서도 커피-링 효과를 회피하며, 기존 방법 대비 염과 단백질 내성에서 각각 15배 및 100배의 향상을 달성하였다(150 mM NaCl, 100 μg/mL BSA). 또한 해수와 어류 혈청에서 말라카이트 그린을 성공적으로 검출하여 복합 시료 분석에 대한 실용적 신뢰성을 입증하였다.

역전사-중합효소연쇄반응(reverse transcription-polymerase chain reaction, RT-PCR)은 COVID-19 팬데믹 기간 동안 SARS-CoV-2 검출의 표준(gold standard)으로 자리해 왔다. 그러나 RNA를 DNA로 전환해야 하며, 중앙 집중형 실험실 인프라에 의존하고, 처리 시간이 길다는 점은 근접 현장(point-of-care, POC) 적용을 제한해 왔다. CRISPR/Cas13a 매개 측방유동법(lateral flow assay, LFA)은 직접적인 RNA 분석을 위한 유망한 대안으로 부상했지만, 두 단계의 작업 흐름은 절차적 복잡성을 증가시키고 민감도를 저하시킨다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 표면증강 라만산란(surface-enhanced Raman scattering, SERS)을 기반으로 한 이중 경로 LFA 스트립을 개발하였으며, CRISPR/Cas13a 매개 RNA 절단과 SERS 검출을 단일의 휴대용 플랫폼에 통합하였다. 본 장치는 서로 다른 기하구조를 가진 5개의 수직 적층 종이 층을 사용하여, 두 개의 독립된 경로를 통해 순차적으로 CRISPR 반응과 SERS 정량을 수행할 수 있게 한다. SARS-CoV-2 ORF1ab RNA 표적에 대해 시험한 결과, 본 시스템은 기존 형광 분석법에 비해 감도를 80배 향상시키고 분석 소요 시간을 10분 단축하였다. 18개 샘플(양성 13개, 음성 5개)을 이용한 임상 검증에서는 높은 진단 정확도를 보였으며, RT-PCR 결과와 완전히 일치하였다. CRISPR 기반 RNA 인식과 SERS 신호 증폭을 사용자 친화적인 형식으로 통합함으로써, 이 이중 경로 LFA 스트립은 POC 환경에서의 감염성 질환에 대한 신속하고 초고감도이며 실용적인 진단 도구를 제공한다.

형광 및 화학발광과 같은 진단 방법은 높은 감도와 다중 검출 능력 때문에 유용하다. 그러나 질병 진단에서 SERS 검출 기술을 구현하기 위해서는 임상 시료를 분석할 수 있는 SERS 기반 분석법(assay) 플랫폼이 필수적이다. 또한 COVID-19와 같은 감염성 질환은 감염 상태를 신속하고 정확하게 판정할 수 있는 현장진단(point-of-care, POC) 진단 기술의 개발을 요구한다. 효과적인 분석법 플랫폼으로서 SERS 기반 바이오어세이(bioassays)는 Au 또는 Ag 나노입자에 단백질 또는 DNA 수용체를 표지한 SERS 나노태그(nanotags)를 사용하며, 이는 고감도의 광학 프로브로 기능한다. 더불어 표적 생체분자와 SERS 나노태그 간의 인터페이스로서 마이크로디바이스(microdevice)가 필요하다. 본 총설은 POC 진단에 활용 가능한 LFA 스트립, 마이크로플루이딕 칩(microfluidic chips), 마이크로어레이 칩(microarray chips)을 포함하여 SERS 검출을 위해 개발된 다양한 마이크로디바이스를 소개하는 것을 목적으로 한다. 또한 본문에서는 암, 심혈관 질환, 감염성 질환 등 다양한 질병에 대한 SERS 기반 바이오어세이에 대해 지난 20년 동안 보고된 연구 성과를 제시한다. 마지막으로, SERS 기반 마이크로디바이스와 휴대용 라만 판독기(portable Raman readers)를 POC 시스템에 통합하는 것뿐 아니라 인공지능 기술의 활용을 중심으로 SERS 바이오어세이의 전망을 논의한다.

미세유체 장치의 소형화와 시스템 통합의 발전은 휴대용, 핸드헬드, 스마트폰 호환 기기의 개발에 기여한다. 이러한 진단 분야의 발전은 향후 팬데믹에 대처하기 위한 검출 및 대응 방식에 혁신을 가져올 잠재력이 있다. 이에 따라 본 논문에서는 측면유동 분석 스트립(lateral flow assay strips), 수직유동 분석 스트립(vertical flow assay strips), 미세유체 채널(microfluidic channels), 종이 기반 미세유체 장치(paper-based microfluidic devices)를 포함한 다양한 마이크로디바이스를 이용한 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)의 현장진단(point-of-care testing, POCT)에 관한 최근의 성과를 검토한다. 그러나 마이크로디바이스만으로 진단 결과를 시각적으로 판정하는 경우, 이러한 장치의 제한된 검출 민감도 때문에 많은 위음성(false-negative) 결과가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 휴대용 광학 판독기와 마이크로디바이스를 통합한 여러 POCT 시스템이 개발되었다. COVID-19의 발생 이후, 광학 검출 방법에 기반한 COVID-19의 효과적인 POCT 전략이 정립되었다. 이는 형광, 표면증강 라만 산란(surface-enhanced Raman scattering), 표면 플라즈몬 공명 분광(surface plasmon resonance spectroscopy), 웨어러블(wearable) 감지로 분류할 수 있다. 우리는 미래의 전 세계 보건 요구를 충족하기 위해 사용할 수 있는 인공지능을 통합한 차세대 팬데믹 감지 방법을 도입하였다. 또한 우리는 다양한 검사 장치에 대해 새로 출현하는 감염병에 대응하는 적절한 방안을 논의하고, 포스트 팬데믹 시대의 예방을 위한 잠재적 조치들을 함께 고찰하였다. 본 종설은 향후 감염병 유행에 대비하는 데 도움이 될 것이라고 믿는다.