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소리, 빛, 공기방울로 초소형 세포 제어한다진동하는 공기방울로 세포와 같은 아주 작은 크기의 물체를 정밀하게 제어
조충연 기자  |  dw@doctorw.co.kr
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승인 2017.08.03  07:20:28
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▲ 진동하는 공기방울
(a) 초기 상태, (b-c) 음파를 인가했을 때 진동하는 공기방울의 형
   
▲ 진동하는 공기방울과 열모세관 현상을 이용한 미소물체 제어
연구팀은 칩에 100마이크로미터 크기의 미소물체를 투입한 다음 레이저를 쏘여 300마이크로미터 크기의 공기방울을 생성했다. 음파를 인가해 공기방울을 진동시키면 공기방울이 진동하며 미소물체를 포획한다. 레이저의 위치를 이동해 공기방울과 포획한 미소물체를 목표지점으로 이송시켰다. 목표지점에 도달하면 음파와 레이저를 꺼 공기방울과 미소물체를 분리했다.
진동하는 공기방울로 세포와 같은 아주 작은 크기의 물체를 정밀하게 제어할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 명지대 정상국 교수 연구팀이 공기방울로 세포 등 초소형 물체를 물리적 손상 없이 효율적으로 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

세포를 분석하기 위해서는 우선 세포 분리가 필요하다. 이 때 필요한 기술은 초소형(미소물체) 제어 기술. 이 기술은 바이오산업의 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 기존 기술은 집게, 주사기 등 고체 제어기기를 사용함에 따라 세포, 조직에 물리적인 손상을 입힐 수 있다. 공정과정도 복잡하고 정밀성도 낮은 어려움이 있다.

미소물체는 세포 및 박테리아와 같이 나노 및 마이크로 단위의 크기를 갖는 물체를 말한다.

연구팀은 공기방울을 이용해 초소형 물체를 더욱 정밀하게 위치를 제어할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 광흡수체가 코팅된 칩을 제작해 직경 3~100마이크로미터의 다수 초소형 물체들과 함께 물에 투입한 후 빛(레이저)과 음파(스피커)에 전압을 걸어 원하는 미소물체만을 잡아 목표지점으로 옮기는 실험에 성공했다. 이 기술은 공기방울의 이동 자유도를 대폭 개선해 칩 내 어디든 손쉽게 이동할 수 있다. 공정과정도 단순하다. 무엇보다 정밀한 위치 제어가 가능하다고 연구팀은 설명했다.

정상국 교수는 “이 연구는 아주 작은 세포를 제어할 수 있는 기술을 개발한 것이다. 세포 생물학 분야와 같이 세포들 간에 이루어지는 통신에 대한 연구를 위해서는 단일 세포를 제어할 수 있는 기술이 필요하다. 이번 연구 결과가 세포 분석 전반의 효율을 높이고, 바이오산업, 의학 및 생명공학 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 교육부․한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업(한국형 SGER)의 지원으로 수행됐으며, 국제 학술지 센서스 앤 엑츄에이터스 비 : 케미컬(Sensors and Actuators B : Chemical) 2017년 7월 1일자에 ‘Hybrid optothermal and acoustic manipulations of microbubbles for precise and on-demand handling of micro-objects’, 정상국 교수(교신저자, 명지대학교), 홍지우(교신저자, 포항공과대학교), 신재훈(제1저자, 명지대학교), 서정화(제1저자, 명지대학교) 등으로 게재됐다.

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