[과학을 읽다]"세포 질량 측정해드립니다"

국내 연구팀, 단일 세포·마이크로 입자 질량 측정 가능한 정밀저울 개발

▲유리모세관 공진기를 이용해 '오일 드랍렛(작은 방울)'을 계측하고 있다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 살아 있는 세포의 질량을 잴 수 있는 정밀저울이 개발됐습니다. 국내 연구팀이 용액 속에서 살아 있는 단일 세포나 마이크로 입자의 질량을 측정할 수 있는 정밀한 저울인 '유리모세관 공진기'를 내놓았습니다. 수질 우염 입자 검출, 혈액내 적혈구 상태 진단 등 산업과 의료 분야에 폭넓게 활용이 가능합니다.

유리모세관은 유리로 만들어진 가느다란 파이프 형태를 말합니다. 병원에서 주사기를 사용하듯 의료나 생명공학 분야에서 유리모세관을 속이 빈 바늘(파이펫) 형태로 가공해 생물실험에 사용합니다. 공진기(resonator)는 외력에 의해 구조물이 고유한 주파수로 떨리게 하는 현상을 유도하는 장비 또는 시스템입니다. 이번에 개발한 유리모세관 공진기는 반도체 공정 없이 일반적인 가공만으로도 제작이 가능합니다.

그 동안 바이오·마이크로입자의 질량 계측과 분석은 실리콘 웨이퍼 미세공정을 통한 멤스(MEMS) 기반 마이크로 질량센서를 이용했습니다. 마이크로 질량센서는 제작할 때 실리콘 가공기술이 필요하고 복잡하고 까다로운 공정과정이 뒤따릅니다. 대량생산이나 낮은 제조단가를 구현하기가 매우 어렵습니다.

연구팀은 바이오 분야에서 널리 쓰이는 유리모세관을 이용했습니다. 열가공 변형을 이용해 파이펫(수 마이크로에서 나노 리터급의 미세한 유체를 흡입하거나 배출할 수 있는 작은 주사기)을 만들 때 유리모세관 양단을 끊기지 않고 유지해 내부에 채널이 존재하는 얇게 잡아당긴 마이크로 유리모세관을 만들 수 있었습니다. 이를 이용하여 멤스 공정 없이 마이크로사이즈의 튜브 구조물을 제작했습니다. 이를 이용해 공진 시스템을 구현했습니다.

수용액 상에서 마이크로 입자를 검출하거나 무게를 계측하는 기존의 센서 장비들은 억대의 고가 장비가 주를 이룹니다. 이번 유리모세관 공진기는 저렴한 공정 개발로 제조 비용을 크게 줄일 수 있는 방법을 제시했습니다. 환경 분야의 수질 오염 입자 검출, 입자측정 장비 분야의 보급형 시장을 선점할 수 있을 것으로 기대됩니다.

의료 분야에서 암세포 등의 약물 반응 검사나 각종 바이오마커, 세포 분비물질 등의 검출, 혈액 내 적혈구 등의 세포 상태 진단, 식음료나 석유 분야에서 유체의 밀도 계측을 통한 품질평가, 반도체 산업용 CMP 슬러리 입자 품질평가 등에 사용될 수 있습니다.

이번 연구는 이정철 서강대 교수 연구팀이 진행했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 10월3일자(논문명 : Pulled microcapillary tube resonators with electrical readout for mass sensing applications)에 실렸습니다.

이정철 교수는 "이번 연구 성과는 살아 있는 단일 세포나 100만분의1인 아주 작은 마이크로 입자의 질량을 정밀하게 잴 수 있는 유리모세관 공진기를 개발한 것"이라며 "값이 싸고 제조 방법이 간단해 의료, 환경, 생명연구뿐 아니라 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 보급될 수 있을 것"이라고 말했습니다.