GIST 연구팀이 기존의 세포 용해기술의 문제점을 해결한, 획기적인 세포 용해 장치 개발에 성공하여 관심이 쏠리고 있다.
GIST(광주과학기술원, 총장 선우중호)에 따르면, 양성(42, 기전공학과 교수) 교수팀은 전기적인 힘이나, 추가적인 시약의 투입 없이, MEMS 기술로 만들어진 초소형 칩과 일반 주사기를 이용한 기계적인 방법의 세포 용해 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
양 교수 팀의 이번 기술개발은 기존의 물리 화학적 방법을 이용할 경우 발생할 수 있는 문제점을 해결함으로써, 관련 장치의 실용화를 매우 용이하게 하였다는 점에서 큰 의미가 있다.
세포의 용해는 생화학적 분석에서 기본이 되는 필수과정으로 그 동안 이를 위해 수많은 물리적, 화학적 방법들이 제시되어왔다. 최근 들어서는 세포 용해의 효율을 높이기 위해 LOC (Lab On a Chip) 기반의 세포 용해 소자들이 경쟁적으로 개발되어 왔다.
이 경우 열 또는 전기적 충격을 가하거나, 추가적인 세제를 이용해야 하는데, 이 과정에서 예상치 못한 단백질의 손상이 발견되는 등의 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라, 세포의 용해를 돕는 추가적인 화학물의 첨가 혹은 전원 공급을 위한 장비들의 사용으로 인해 한정된 장소에서만 사용이 가능했다.
양교수 팀은, 이러한 문제점을 해결하기 위해 먼저, MEMS기반 기술인 비등방성 습식 etching을 통해 나노미터 단위의 날카로운 칼날 형태의 구조물을 만들었다. 이어서, 다른 외부의 힘이 아닌 손으로 주사기의 피스톤을 밀어 압력을 발생시킴으로써, 세포들이 나노 구조물 쪽으로 이동하여 통과하게 만들었다.
기계적 방법을 사용하면, 기존 방식과 비교하여, 보다 빠른 시간 내에 세포의 용해가 가능하며, 용액 내의 단백질의 농도가 약 1.2배 정도 더 높은 효율을 얻을 수 있음이 확인했다.
뿐만 아니라, 전기적·열적인 외부 전력원이 필요 없어, 장소에 제약없이 간단한 결합만으로 상온에서 샘플을 추출할 수 있게 되었다. 이러한 샘플들은, 여러 생화학적 분석에 공급원으로 널리 사용될 수 있다.
양 교수는 “이 장치는, 기존 MEMS 기술로 제작 가능한 칩과, 일반 주사기와의 결합을 통해 적은 비용으로 제작이 가능하다”며, “손쉽게 휴대가 가능하기 때문에, 장소에 제약 없이 사용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 양 교수의 연구논문은 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)가 출판하는 저명국제학술저널지 랩 온 어 칩 (Lab On a Chip) 최근호 (지난 16일Advanced Articles)에 실렸다.
세포 용해 : 세포 내의 단백질, DNA, RNA 및 지질을 포함하는 생물학적 분자를 기계적 화학적 방법을 통해 세포막을 파괴함으로써 얻어내는 세포 생물학적 방법의 하나이다.
MEMS 기술 : MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)는 미세 기술로서 기계 부품, 센서, 액추에이터, 전자 회로를 하나의 실리콘 기판 위에 집적화 한 장치를 가리킨다. 주로 반도체 집적회로 제작 기술을 이용해 제작되지만 반도체 집적회로에서 평면을 가공하는 프로세스로 제작할 때 입체 형상을 만들어야 하므로 반도체 집적회로의 제작에는 쓰이지 않는다. 에칭이라 불리는 제작 프로세스가 포함된다.
비등방성 습식 etching : 식각 공정은 크게 건식 식각(dry etching)과 습식 식각(wet etching)으로 구분 되는데, 이 중 습식 식각 공정은 일반적으로 식각 용액에 웨이퍼를 넣어 액체-고체 화학반응에 의해 식각이 이루어지게 하는 것을 말한다.
실리콘은 모든 결정 방향으로 균일한 속도를 갖는 등방성 식각과 결정방향에 따라 식각속도가 다른 비등방성(이방성) 식각의 두 가지 성질을 가지고 있는데, 결정면 중에서 일정 방향의 특수한 면이 다른 면보다 매우 빠른 식각 속도를 나타내는 방향성을 갖는 식각을 비등방성(이방성) 식각이라 한다.
LOC (Lab On a Chip) : 바이오칩의 일종으로, ‘하나의 칩 위에 실험실을 올려놓았다’는 뜻이다. 보통 ‘칩 속의 실험실 또는 칩 위의 실험실’로 통한다. 플라스틱·유리·규소(실리콘) 등의 소재를 사용해 나노(10억분의 1) 리터 이하의 미세 채널을 만들고, 이를 통해 극미량의 샘플이나 시료만으로 기존의 실험실에서 할 수 있는 실험이나 연구 과정을 신속하게 대체할 수 있도록 만든 칩이다.
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GIST 양성 교수팀 휴대용 세포 용해 장치 개발
