고체 생체시료 1분 내 액상 전환… 기계연, 자동 전처리 장비 개발

고체 상태의 생체 시료를 1분 내에 균질한 액상으로 전환하는 기계식 전처리 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 체외진단 장비가 액체 시료 중심으로 제한됐던 기술적 제약을 해소하고, 현장 기반 분석 시스템과의 연계를 강화할 수 있을 것으로 기대된다.

한국기계연구원 나노리소그래피연구센터 김관오 선임연구원 연구팀은 세종충남대학교병원 이윤주 교수팀과 공동으로, 고체 생체 시료를 물리적으로 처리해 액상 시료로 변환하는 트윈 스크류 기반 전처리 장비를 개발했다. 이 시스템은 화학약품이나 효소를 사용하지 않고, 기계 작동만으로 유화, 균질화, 시료 회수까지 연속적으로 수행할 수 있도록 설계됐다.

트윈 스크류는 반대 방향 회전 구조를 활용해 고체 시료에 전단력을 가하고, 스크류 내부에는 유체 통로를 함께 설계해 액상화된 시료를 장비 외부로 효율적으로 배출할 수 있다. 이를 통해 시료 손실을 줄이고 처리 속도를 향상시켰다.


기존 고체 시료 전처리 방식은 처리 시간이 길고, 숙련자의 반복 작업이 필요해 현장 적용이 제한됐다. 반면, 이번 시스템은 시료 투입부터 액상 회수까지 단일 장치 내 자동화 공정으로 구현됐고, 전원이 없는 환경에서도 사용할 수 있도록 수동형 장비도 함께 제작됐다.

연구팀은 동물 조직, 식물체, 채소류 등을 대상으로 실험을 진행했으며, 단시간 내 균질도 높은 액상 시료를 확보하고 회수율도 일정하게 유지하는 결과를 얻었다. 해당 기술은 다양한 체외 진단 시스템, 식품 분석 장비, 병해 진단 기기 등과의 기계적 호환성이 높은 편으로 분석된다.

김관오 선임연구원은 “고체 시료 분석을 체외진단 체계에 적용하기 위한 기계식 기반을 확보했다”며 “비액체성 시료를 대상으로 한 분석 플랫폼 확장 가능성을 실험적으로 입증한 결과”라고 설명했다.

기계연 연구팀은 이 기술과 관련해 국내 특허 6건을 출원했으며, 그중 2건은 등록을 마쳤다. 연구 성과는 영국 왕립화학회(RSC) 발간 학술지 Analyst에 표지논문으로 선정됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 ‘바이오·의료기술개발사업’ 내 ‘화상병 시료 전처리 키트 및 프로토콜 개발’ 과제와 세종충남대학교병원의 공동 참여를 통해 진행됐다.