아주大 연구팀, 휴대용 혈액분석기에 필요한 핵심원리 발견

스마트폰 기반 휴대용 혈액분석기나 고성능 세포분석기 개발에 필요한 핵심원리가 국내 연구진에 의해 발견됐다.

집이나 직장에서 스마트폰 등으로 간단한 혈액검사를 수행하려면 미세한 채널을 따라 흐르는 혈액 속의 세포를 세거나 종류별로 분류할 수 있는 미세유체소자 개발이 요구돼 왔다. 또 분석대상이 채널 가운데를 따라 흐르지 않는 경우, 분석의 정확도가 떨어져 이를 해결하기 위해 복잡한 구조의 부가적인 장치가 필요하다는 한계가 따랐다.

이에 김주민 아주대학교 에너지시스템학과 교수 연구팀은 초저농도(수 ppm 농도)의 디옥시리보핵산(DNA) 용액이 흐를 때 수 마이크론 크기(백만분의 1m)의 입자가 채널 가운데로 정렬하는 현상을 발견했다고 13일 밝혔다.

김주민 교수/사진=아주대

특히 DNA 용액은 점도가 낮아 구동압력을 낮출 수 있어 소형화에 유리함에 따라 휴대 가능한 혈액분석기용 미세유체소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.

나아가 연구진은 DNA 용액을 따라 흐르는 입자가 효과적으로 집속되는 이론적 근거도 제시했다.

통상의 합성고분자는 유연한 구조로 인해 탄성이 약했지만 DNA 용액은 뻣뻣하고 긴 이중나선 구조 때문에 점탄성을 강하게 띠면서 입자가 채널의 가운데로 모인다는 것. 이를 통해 적은 양으로도 입자집속이 가능해져 소형화와 휴대성에 기여할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

이와 함께 DNA 용액의 최대 유량도 2000μL/hr 정도로 기존 합성고분자 용액보다 10배 가량 높아 고속처리가 가능하다. DNA 구조적 특성으로 유속이 빠를 때도 탄성이 떨어지지 않아 집속이 가능하기 때문이다.

김 교수는 "DNA 기반 입자집속 현상은 DNA의 새로운 활용방안을 제시하고 나아가 향후 소형 혈액분석기 개발을 앞당기는 데 기여할 것"이라고 강조했다.


이번 연구성과는 세계적 과학 저널인 네이처의 자매지 '네이처 커뮤니케이션스지' 10일자 온라인판에 게재됐다.

◆용어정리

▶휴대용 혈액분석기: 적은 양의 혈액으로도 가정이나 직장에서 간편하게 스마트폰 등으로 간단한 건강상태 등을 확인할 수 있도록 하는 소형장치

▶미세유체소자: 주로 높이 100μm 이하로 구성된 미세채널에서 일어나는 유동현상을 정밀 제어하여 디옥시리보핵산(DNA), 단백질 및 세포 등을 분석할 수 있는 미세소자

▶점탄성: 물과 같은 통상적인 유체는 점성만 가지고 있으나, 고분자가 녹아있는 용액은 점성 외에도 고체의 고유성질인 탄성을 동시에 갖는다.