조윤경 생명과학부 교수팀, 장난감 원리로 감염 진단 가능한 기술 개발
간단하고, 경제적이며, 손으로 돌리는 장난감처럼 가지고 다닐 수 있는 디바이스로
병원체를 진단해낸다.

요로감염의 현장진단(Point-of-care)을 위한 피젯 스피너 : 간편하고 저렴하면 손으로 작동하는 휴대용 장치로 효율적으로 소변에서 병원체를 농축시켜 감지한다.

피젯 스피너의 디자인과 기능

선진국과 개도국을 막론하여, 현장진단 기기는 환자가 치료받는 시점과 장소에서, 정확하고 신속한 진단 테스트를 위해 필수적이다. 안정적인 전기 공급 및 훈련된 직원과 같은 인프라가 부족한 환경에서 사용할 수 있는 저렴하고 사용자 친화적이며, 견고하며 부가적인 장비가 필요 없는 디바이스를 설계하는 데에는 많은 어려움이 있다. 조윤경 교수 연구팀은 피젯 스피너에 영감을 받아 원액 소변 시료 1mL를 손으로 2회만 돌리면 5분 안에 여과할 수 있고맨눈 검출에 도움이 되는 병원균을 100배 풍부하게 하는 진단 피젯 스피너(Dx-FS)을 개발했다.

현재 농촌지역에서의 요로감염 진단에는 건강관리 방문으로 시작하여, 항생제 처방, 실험실로 소변 샘플의 운반 및 분석까지 약 1주일이 소요된다. 진단 피젯 스피너(Dx-FS)를 이용하여, 39명의 요로감염 환자로부터 나온 소변 검체를 통해 Dx-FS와 결합된 증상 기반 진단이 50분 이내에 항균이 필요한 환자를 식별해 항생제 오용을 줄일 수 있음을 확인했다.

감염성 질병의 현장 진단을 위한 미세유동칩, 피젯 스피너의 개발을 설명하는 조윤경 교수

조윤경 교수는 “원심력이 장치의 ‘엔진’ 역할을 하지만 회전 중심에서 바깥쪽으로 작용해 바깥쪽으로 힘이 더 강하게 느껴진다. 원심력의 균형이 맞지 않는 충격은 샘플의 일부를 막에 남겨두게 한다. 회전하기 전에 여과막을 액체로 채워 원심력에 수직으로 작용하는 유체역동력을 활용했다. 이것은 압력강하를 최소화하고 균일한 압력 균형을 막 전체 영역에 걸쳐 가져왔다. 이를 통해 박테리아 세포 농축 효율을 극대화하는 동시에 여과에 필요한 힘을 최소화할 수 있었다. 따라서 손으로 돌리며 생겨나는 힘이 사용자마다 달라지게 되는 스핀 속도의 변화에도 불구하고 1~2번의 스핀은 1 mL의 시료를 여과하기에 충분했다.” 고 설명했다.

이번 연구는 보건복지부의 한국보건기술연구개발사업과 기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질연구단을 통해 이루어졌으며, Nature Biomedical Engineering에 게재된 논문에 상세히 설명되며, 저널 표지로 선정되었다.

Issac Michael et al., A fidget spinner for the point-of care diagnosis of urinary tract infection, Nature Biomedical Engineering, DOI: 10.1038s41551-020-0557-2.