한국기계연구원(원장 류석현, 기계연)이 고체 생체 시료를 빠르고 균질하게 액상화하는 전처리 기술을 개발하며, 체외진단 분야에서 현장 중심의 기술 실용화에 기여할 것으로 기대된다.

기계연은 기계연 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 김관오 선임연구원 연구팀과 세종충남대학교병원 이윤주 교수 연구팀이 고체 생체 시료를 1분 이내에 유화하고 균질화할 수 있는 초소형 고속 전처리 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

기존 액체 위주의 체외진단(In Vitro Diagnostics, IVD) 분야에 새로운 진단 플랫폼을 제시하며, 현장 중심 진단(Point-of-Care Testing, PoC) 기술 실용화에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 체외진단 시스템에서 고체 시료를 분석하기 위해 필수적인 조직 해체 및 액상화 과정을 기계적 방식으로 구현한 것이다.

연구팀이 개발한 전처리 시스템은 반대 방향으로 회전하는 트윈 스크류(twin-screw) 구조를 적용해 고체 시료에 높은 전단력(Shear Force)을 가함으로써 빠른 유화 및 균질화를 가능하게 했다.

또한 스크류 내부에 유체가 흐를 수 있는 통로를 설계해 액상화된 시료를 효율적으로 회수함으로써 시료 손실을 최소화하고 전처리 효율을 극대화했다.

기존 고체 시료의 전처리 기술은 크고 복잡한 장비가 필요하며, 처리 시간이 길고 숙련된 실험 인력의 반복적인 수작업이 요구되는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 별도의 화학 처리 없이 순수한 기계적 방식만으로 고체 시료의 분쇄, 균질화, 회수까지 전 과정을 단일 장치 내에서 연속적으로 수행하는 시스템을 설계했다.

이를 통해 단시간 내 분석에 적합한 고품질 액상 시료를 확보할 수 있으며, 동일한 기술을 적용한 무전원 소형 장치도 개발해 활용 범위를 넓혔다.

이번 연구는 동물 조직, 식물체, 채소류 등 다양한 시료에 대해 뛰어난 전처리 효율과 높은 시료 회수율을 입증했다.

특히 전력 공급이 어려운 환경에서도 사용할 수 있도록 수동형 장치를 함께 개발해 응급 진단, 농업 병해 진단, 식품 검사 등 현장 기반 응용 가능성을 크게 확장했다.

또한 다양한 진단 장비 및 분석 시스템과의 호환성도 높아 활용도가 클 것으로 예상된다.

기계연 김관오 선임연구원은 “트윈 스크류 기반 전처리 기술은 고체 시료 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 2건이 등록 완료됐다. 또한 국제 학술지 ‘Analyst’에 표지논문으로 선정되며 연구 성과를 인정받았다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발사업과 세종충남대학교병원의 지원을 받아 수행됐다.