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기계연 나노리소그래피연구센터 김관오 선임연구원 연구팀에서 개발한 트윈 스크류 기반 기계식 전처리 장비. 기계연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 고체 시료를 1분 이내에 유화 및 균질화할 수 있는 초소형 고속 전처리 시스템이 개발됐다. 고체 기반 시료의 분석을 손쉽게 구현해 기존 액체 위주의 체외진단 분야에 새로운 진단 플랫폼을 제시했다. 이로써 현장 중심 진단 기술 실용화에 기여할 것으로 기대된다.

한국기계연구원 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 김관오 선임연구원 연구팀과 세종충남대학교병원 이윤주 교수 연구팀은 고체 생체 시료를 빠르게 분쇄해 균질한 액상 시료로 전환하는 기계식 전처리 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

체외진단 시스템 같은 액체 기반 분석 장비에 고체 생체 시료를 적용하기 위해서는 조직 내 결합을 해체하고 균일한 액상 상태로 전환하는 전처리 과정이 필수적이다. 연구팀은 반대 방향으로 회전하는 트윈 스크류(twin-screw) 구조를 적용해 고체 시료에 높은 전단력을 주어 시료를 빠르게 유화하고 균질한 액상 시료로 전환할 수 있는 전처리 시스템을 개발했다. 스크류 내부에 유체가 흐를 수 있는 통로를 함께 설계해 액상화된 시료를 효율적으로 회수하여 시료 손실을 최소화하고 전처리 효율을 극대화할 수 있다는 점이 핵심이다.

연구팀은 별도의 화학 처리 없이 순수한 기계적 방식만으로 고체 시료의 분쇄, 균질화, 회수까지 전 과정을 단일 장치 내에서 연속적으로 수행하도록 설계했다. 고체 시료를 1분 이내에 유화하고 균질화함으로써 단시간 내 분석에 적합한 고품질 액상 시료를 확보하도록 했다. 또 동일한 메커니즘을 적용한 무전원 구동 방식의 소형 장치도 구현해 활용 범위를 넓혔다.

실제로 동물 조직, 식물체, 채소류 등 다양한 시료에 대해 우수한 전처리 효율과 높은 시료 회수율을 입증했다. 전동 구동 방식뿐만 아니라 전력 공급이 어려운 환경에서도 사용할 수 있는 수동형 장치까지 함께 개발해 응급 진단, 농업 병해 진단, 식품 검사 등 다양한 현장 기반 응용 분야로의 확장 가능성도 높다. 다양한 진단 장비 및 분석 시스템과의 호환도 용이하다.

기계연 김관오 선임연구원은 “트윈 스크류 기반 전처리 기술은 고체 시료 기반 분석의 실용화를 위한 기반 플랫폼으로, 기존 액체 중심 체외진단 시스템의 한계를 보완하는 기술적 해법을 제시한다”며 “농업, 식품, 환경 등 다양한 분야에서 진단 기술의 현장 적용 범위를 넓혀 진단 유연성과 분석 정확도 향상에 기여할 것”이라고 밝혔다.

기계연의 트윈스크류 기반 고체 시료 전처리 기술은 국내 특허 6건을 출원했으며 이 중 2건은 등록을 완료해 원천기술도 확보했다. 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC)에서 발행하는 국제 학술지 ‘Analyst’에 표지논문으로 선정됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발사업 중 첨단GW바이오 ‘화상병 시료 전처리 키트 및 프로토콜 개발’ 과제 및 세종충남대학교병원의 지원을 받아 수행됐다.

jiany@fnnews.com 연지안 기자

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