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"손으로 '빙빙빙' 돌려 세균 감염 진단"…진단스피너 발명

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작성자 후이예 작성일20-05-19 16:23 댓글0건

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하루이상 걸리는 세균 배양·진단…1시간으로 단축
정확한 진단·항생제 처방으로 '슈퍼박테리아' 방지 기대
일반 스피너와 IBS 첨단연성물질 연구단이 개발한 세균 진단용 스피너(위) 진단용 스피너의 작동원리 (기초과학연구원 제공) 2020.05.19 / 뉴스1
(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 조윤경 교수 연구진이 장난감 '피젯 스피너’를 닮은 수동 진단 기구를 발명했다고 19일 밝혔다.

세균성 감염질환은 복통·유산·뇌졸중 등 다양한 증상으로 나타난다. 세균에 감염됐는지 알아보기 위해서는 배양 검사가 필요한데 보통 하루 이상 걸린다. 의료 인프라가 부족한 개발도상국에서는 시설이 부족해 배양 검사에 일주일까지 걸리기도 한다.

연구진의 이번 발명품은 세균 감염성 질환 진단을 1시간 이내로 줄이면서 100%에 가까운 진단 정확도를 보여 의료 인프라가 부족한 오지에서 항생제 오남용을 줄일 것으로 기대된다.

개발도상국의 작은 의원에서는 긴 기간이 걸리는 배양 검사를 하지 않고 증상만으로 항생제를 처방하는 경우가 있다. 실제 감염균에 맞지 않는 항생제를 사용하면 세균이 내성을 가지면서 점점 더 높은 단계의 항생제가 필요해진다. 이러한 상황이 반복되면 항생제로 해결할 수 없는 다제내성균(슈퍼 박테리아)까지 출현할 수 있다. 정확한 진단 결과에 따른 적절한 처방을 통해 내성 문제를 줄일 수 있다.

이런 상황에서는 '칩 위의 실험실'(lab on a chip)이라고 불리는 기술이 이용되기도 한다. 이 기술은 말 그대로 조그만 칩 위에 각종 기계와 시약 등을 장치해 실험실에서 이뤄지는 각종 처리 과정이 소규모로 일어나게 만드는 기술이다. 이 기술을 활용하면 적은 양의 시료로도 분석할 수 있을뿐더러 장비·시간·인력을 아낄 수 있다.

다양한 종류의 칩 위의 실험실 중 하나인 미세유체칩은 100만 분의 1미터 규모의 구조물에 시료를 흘려 여러 실험을 한 번에 처리한다. 문제는 일반적으로 조그만 칩 안에서 시료를 이동시키기 위해서는 복잡한 펌프나 회전 장치 등 제어 장비가 필요해 개발도상국이나 오지에서 사용하기 어려울 수 있다는 것이다.

연구진은 적은 힘으로도 빠르게 오랫동안 회전하는 '피젯 스피너' 장난감에 착안해 손으로 돌리는 미세유체칩을 구상했다. 피젯 스피너는 마찰이 작은 축(베어링)을 중심으로 돌아가게 설계된 간단한 장난감으로 한 번 돌리면 수 분까지 돌아간다.

이번 발명품을 이용하면 진단용 스피너에 소변 1밀리리터(mℓ)를 넣고 1,2회 돌리면 회전으로 인해 5분 후 병원균이 100배 이상 농축된다. 필터 위에 농축된 세균에 검출 시약을 넣고 기다리면 살아있는 세균의 농도와 종류를 알아낼 수 있다.

세균이 특정 항생제에 내성을 가졌는지도 확인할 수 있다. 내성을 확인할 항생제와 소변을 섞어 진단용 스피너에 넣고 농축시킨 뒤, 세균이 살아있는지 여부를 시약 반응으로 확인한다. 이 과정은 농축에 5분, 반응에 각각 45분이 걸려 2시간 내에 감염과 내성 여부를 모두 진단할 수 있다.

기존의 회전형 미세유체칩은 물질이 가장자리로 몰려, 유체를 처리하기 위해 더 큰 압력이 필요하지만, 진단용 스피너는 유체의 압력 및 저항성을 맞추어 유체 처리 효율을 높였다(a) 기존 방식과 진단용 스피너의 유체 처리 후 필터 비교 사진(b) 진단용 스피너의 유체 처리에는 기존 미세유체칩보다 매우 적은 원심력으로 유체처리가 가능하므로 1~2번의 작동만으로 1mℓ 의 유체를 처리할 수 있다는 그래프(c-e) (한국기초연구원 제공) 2020.05.18 / 뉴스1
회전을 이용해 혼합물 액체 중 필요한 물질만 농축하고 필요없는 액체를 처리하는 데는 공기가 문제가 된다. 시료를 거르는 필터 아래쪽에 공기가 있으면 액체를 통과시키는 데 막힘 현상이 일어나 큰 압력이 필요하기 때문이다. 연구진은 이 문제를 교신저자인 조윤경 교수가 2014년 개발한 'FAST'(액체 보조 분리 기술, fluid-assisted separation technology)를 응용해 돌파했다. 필터 아래쪽에 적절한 액체를 채우면 마중물처럼 작용해 거름 현상이 필터 골고루 일어난다. 그 결과 손힘과 같이 상대적으로 적은 압력을 가지고 충분히 시료를 농축할 수 있다.

진단 스피너 검사의 신뢰도를 파악하기 위해 인도 티루치라팔리 시립 병원에서 자원자 39명을 대상으로 병원의 배양 검사와 비교하는 실험이 행해졌다. 연구진은 "실험 결과 진단스피너로 검사 결과를 1시간 이내에 확인했고 병원에서 배양에 실패한 경우까지 진단해 냈다"며 "이에 따라 현지의 일반적인 처방으로는 59%에 달했을 항생제 오남용 비율을 0%로 줄일 수 있다"고 밝혔다.

연구를 이끈 조윤경 교수는 "이번 연구는 미세유체칩 내 유체 흐름에 대한 기초연구를 토대로 새로운 구동법을 개발했다는 의미가 있다"며 "항생제 내성검사는 고난도인데다 현대적인 실험실에서만 가능했는데 이번 연구로 빠르고 정확한 세균 검출이 가능해져 오지에서 의료 수준을 증진시킬 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'(Nature Biomedical Engineering)에 게재됐다.

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[양자리 3.21 ~ 4.19]

당신의 생각에 따라 오늘의 운세가 달라진다. 오늘은 좀 상상력을 발휘해보자. 평소 고지식했던 당신, 생각을 조금만 바꾸면 어려웠던 부분도 오늘 대부분 해결을 볼 수 있다. 적극적으로 들이대면 뭐든 할 수 있다. 과거의 경험으로 위기를 모면할 수 있는 일이 생긴다. 순간의 판단보다는 지난 기억에 비추어 일을 결정하는 것이 실수가 없고, 새로운 것 보다는 익숙한 것들을 선택하도록 하자.

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[황소자리 4.20 ~ 5.20]

외롭다 느껴지는 날이다. 작은 스트레스들이 많은 날일 수 있으니 너무 작은 것들에는 차라리 신경을 끄자. 대신 평소에 신경을 못썼던 부모님, 가까운 친구들에게 모처럼 관심표현을 해보자. 약간 간지러운 문자한 통에도 대우가 달라진다. 마무리를 해야 할 일들이 많을 하루다. 오늘 같은 날에는 단맛이 나는 과일, 과자같은 군것질 거리로 기분전환 해보는 것도 좋겠다. 마음맞는 친구와 함께라면 더욱 행복하겠지~

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[쌍둥이자리 5.21 ~ 6.21]

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오늘은 좀 상상력을 발휘해보자. 평소 고지식했던 당신이라면, 이제 그만 조선시대에서 벗어나시죠? 당신이 융통성을 발휘하는 만큼 주변에 사람들이 늘어날 것이다. 당신에게 다가오지 못했던 사람들 모두 선비 같은 당신의 성격 때문. 그렇다고 엄마 아빠 못 알아보는 건 말이 안 되고 적당한 선에서의 예의는 지키는 것이 좋다. 구설수에 오를 수도 있으니 오늘은 먼저 나서지 말고 조용히 기다리자.

행운의 아이템 : 개량한복

[사자자리 7.23 ~ 8.22]

이해하고, 이해하고 일곱 번을 이해하는 것도 모자라다. 하는 일마다 암초에 걸리지 않는 것이 없으니 이해하는 수밖에. 그러나 오늘, 포기하면 후회한다. 오늘 좀 힘들어도 이해하고 넘어가자. 혼자서 힘들다면 주변에 도움을 청해라. 최대한 예의를 갖춰서 이야기 할 것. 그렇지 않으면 더 포기하고 싶어질 것이다. 또한 예의를 갖추고 듣자. 그래야 이 상황을 이겨낼 수 있는 힘이 당신에게 생긴다. 당신을 믿는 것이 중요한 하루다.

행운의 아이템 : 만화책

[처녀자리 8.23 ~ 9.22]

눈치, 코치, 재치. 3치 모두 필요한 날이다. 뭉근하고 신중한 생각보다는 순간적인 판단이 중요한 날이다. 목표달성의 여부는 순간의 기회를 얼마나 빨리, 정확하게 포착하느냐 하는 것! 대인관계가 별로 좋지 않을 수 있을 것같으니 아무리 스스로가 떳떳하다하더라도 내 목소리만 높이지 말고 주변의 이야기를 귀담아 듣는 것이 필요하겠다. 오늘 데이트가 있다면 푸른색 의상을 좋겠다.

행운의 아이템 : TV연속극

[천칭자리 9.23 ~ 10.23]

오늘은 워크데이~! 그야말로 일만 하는 날이다. 아침부터 오후까지 하루종일 해야 할 일들이 산더미같이 쌓여있지만 일처리 능력도 좋고, 나름 보람도 느끼겠다. 저녁시간, 당신의 애정운은 급상승! 데이트 하기 딱 좋은 날이다. 비가와도, 주머니 사정이 별로 좋지 못해도 만사 오케이~! 연인과 좀 더 가까워 질 수 있는 기회가 생긴다. 이왕이면 아직 가보지 못한 낯선 곳에 함께 가는게 좋을 듯.

행운의 아이템 : 얼그레이

[전갈자리 10.24 ~ 11.22]

당신의 오늘 전체적인 총운은 so so. 특별히 좋지도, 나쁠 것도 없다. 다만, 구설수를 조심하라. 별 생각 없는 한 마디, 적나라한 표정 때문에 상대방의 가슴에 비수를 꽂을지도 모르는 날이다. 생각지도 않았던 곳에서, 잘 알지도 못하는 사람들이 당신의 험담을 늘어놓는 경우를 당할 수도 있겠다. 황당하기 그지없겠지만 발끈하기보다 여유있는 모습을 보여주는 것이 좋겠다. 애정운도 웬만하니 저녁 데이트약속 잡아도 좋다.

행운의 아이템 : 돈까스

[사수자리 11.23 ~ 12.21]

평범하게 사는 것을 거부하던 당신~! 그동안의 삶이 평탄하지 않았던 것은 모두 그 때문이라. 평범하게 사는 것도 힘든데 튀게 살려니 오죽 피곤할까? 하지만 남보다 빠르게 가기위해 지름길로 향했던 당신은 장애물에 오히려 더 뒤쳐진 상태. 이제라도 남들과 비슷하게 걸어가는 평범함을 택하는 건 어떨지? 지금은 비록 힘들더라도 장기적으로는 당신이게 이롭다. 하지만 결정은 신중하게! 당신의 몫이다.

행운의 아이템 : 주사위

[염소자리 12.22 ~ 1.19]

당신의 의욕이 충만하고 결과도 그에 받쳐주니 하루가 모자르다. 책을 열면 집중력 200%! 암기도, 이해도 잘 되는 날이다. 그러나 중요한 약속이나 지켜야 할 일들을 까먹지 않도록 체크할 것. 이것저것 너무 욕심부리지 말고 적당히 여유를 두고 오늘 하루를 보내야 실수가 없다. 이성과의 사이에 의심의 싹이 자란다면? 놔두면 잡초처럼 무성하게 자랄 조짐이 보이므로 애초에 뽑아버리자.

행운의 아이템 : 단어장

제공=드림웍

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