휴대용 혈액분석기에 필요한 핵심원리 발견

휴대용 혈액분석기에 필요한 핵심원리 발견 
- 초저농도 디옥시리보핵산(DNA)용액에서 입자 집속현상 발견 -

□ 마이크로 입자들이 흐르는 초저농도 디옥시리보핵산(DNA) 용액 안에서 정렬하는 현상을 국내 연구진이 발견했다. 이 같은 현상은 스마트폰 기반 휴대용 혈액분석기*나 고성능 세포분석기 개발 등에 기여할 것으로 기대된다.
* 휴대용 혈액분석기 : 적은 양의 혈액으로도 가정이나 직장에서 간편하게 스마트폰 등으로 간단한 건강상태 등을 확인할 수 있도록 하는 소형장치 

o 아주대학교 에너지시스템학과 김주민 교수팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 일반연구자지원사업(신진연구) 등의 지원으로 수행되었고, 네이처 커뮤니케이션스지(Nature Communications) 10월 10일자 온라인판에 게재되었다
(논문명: DNA-based highly tunable particle focuser)

□ 집이나 직장에서 스마트폰 등으로 간단한 혈액검사를 수행하려면 미세한 채널을 따라 흐르는 혈액 속의 세포를 세거나 종류별로 분류할 수 있는 미세유체소자*의 개발이 필요하다. 

o 이 때 분석대상이 채널의 가운데를 따라 흐르지 않는 경우 분석의 정확도가 떨어져 이를 해결하기 위해 복잡한 구조의 부가적인 장치가 필요하다는 한계가 있었다. 
* 미세유체소자 : 주로 높이 100μm 이하로 구성된 미세채널에서 일어나는 유동현상을 정밀 제어하여 디옥시리보핵산(DNA), 단백질 및 세포 등을 분석할 수 있는 미세소자

□ 연구팀은 초저농도(수 ppm* 농도)의 디옥시리보핵산(DNA)용액이 흐를 때 수 마이크론 크기(백만분의 1m)의 입자가 채널 가운데로 정렬하는 현상을 발견하였다.

o 특히 디옥시리보핵산(DNA)용액은 점도가 낮아 구동압력을 낮출 수 있어 소형화에 유리함에 따라 휴대 가능한 혈액분석기용 미세유체소자 개발에 기여할 것으로 기대된다. 
* ppm(parts per million) : 백만분의 일

□ 나아가 연구진은 디옥시리보핵산(DNA)용액을 따라 흐르는 입자가 효과적으로 집속되는 이론적 근거도 제시했다.
o 통상의 합성고분자는 유연한 구조로 인해 탄성이 약하였으나, 디옥시리보핵산(DNA)용액은 뻣뻣하고 긴 이중나선 구조 때문에 점탄성*을 강하게 띠면서 입자가 채널의 가운데로 모인다는 것이다.

o 이를 통해 적은 양으로도 입자집속이 가능해져 소형화와 휴대성에 기여할 수 있게 됐다. 
* 점탄성(viscoelasticity) : 물과 같은 통상적인 유체는 점성만 가지고 있으나, 고분자가 녹아있는 용액은 점성 외에도 고체의 고유성질인 탄성을 동시에 갖는다.

□ 한편 디옥시리보핵산(DNA)용액의 최대 유량도 2,000μL/hr 정도로 기존 합성고분자 용액보다 10배 가량 높아 고속처리도 가능하다. 

o 디옥시리보핵산(DNA)의 구조적 특성으로 유속이 빠를 때도 탄성이 떨어지지 않아 집속이 가능하기 때문이다. 

o 김 교수는 “ 디옥시리보핵산(DNA)기반 입자집속 현상은 디옥시리보핵산(DNA)의 새로운 활용방안을 제시하고 나아가 향후 소형 혈액분석기 개발을 앞당기는 데 기여할 것”이라고 밝혔다. 

[붙임] 연구결과 개요, 용어설명, 그림설명 및 연구자 이력사항

문 의 : 기초연구진흥과 최도영 과장(02-2110-2370), 김기태 서기관(02-2110-2371)
아주대학교 에너지시스템학과 김주민 교수(031-219-2475)