유럽의 한 연구 프로젝트는 광센서를 랩 온 칩 구조에 어떻게 직접 구축하는지를 보여주었다. 이러한 획기적인 발전은 현장 의료 진단을 쉽게 하였다.

The breakthrough in building optical sensors directly into the structure of labs-on-chips paves the way

for on-the-spot medical diagnostics. (Credit: Copyright HIBISCUS)



사람들은 10년 이상 ‘랩 온 칩(`lab-on-a-chip)’ 개념을 연구하였다. 이 개념은 미세 유체 공학에 의존하고 있는데 작은 양의 액체가 실리콘이나 유리 또는 플라스틱과 같은 다양한 물질로 만들어진 미세한 통로를 이동하는 것이다. 사실, 이 기술은 급격하게 발전하고 있다. 지금은 우표보다도 작은 칩에 분자 수준으로 표본을 분리하는 것이 가능해졌다. 하지만, 랩 온 칩은 일반적으로 ‘큰’ 문제를 다룰 때 는 이름만큼이나 작은 장비가 아니다. 여전히 미세 유체 칩 내부를 흐르는 분자를 판별하고 감지하는데 커다란 규모의 장비가 필요하다. 유체는 확실히 미소 규모이지만 광 분자 감지는 아직 실물 크기 실험실의 거시 세계에 의존하고 있다.


유럽 연합이 지원하는 이 프로젝트는 미세 유체 칩에 특징을 기록할 수 있으며 처음으로 통합 광학 감지를 제작하는 것을 가능케 하는 것이다. 학회 및 산업계 인사들을 포함하는 히비스커스(HIBISCUS) 컨소시엄은 펨토초 레이저 미세 기계 가공이라고 불리는 기술을 사용했다. 펨토초 레이저는 매우 짧은 빛인 ‘섬광’을 방출하며 이것은 10^-15초 정도로 펄스 폭이 지속된다. 이러한 특성은 레이저 빔을 매우 강렬하게 만들며 물질을 비정상적인 방법으로 변경시킬 수 있다. 광선에 초점을 맞춤으로써 레이저를 미시적 도구나 펜같이 사용할 수 있으며 얇은 유리 웨이퍼에 물리적 특징을 3차원으로 ‘그릴 수 있다.’


미세 기계 가공 기술은 복잡한 부품을 절단하는데 이미 사용됐다. 히비스커스 팀은 랩 온 칩에 도파관이라고 불리는 트랙을 새겨 넣을 수 있었다. 도파관을 통해서 빛이 진행하며 이것은 미세 유체 채널을 가로질러서 그것이 감지되는 칩을 빠져나간다. 그들은 또한 미세 유체 채널 그 자체를 생산해 내기 위하여 레이저를 사용하기도 한다. 그것은 또한 칩에서 직접 표본을 가져와서 실험실 장비로 분석하기보다는 표본 유체에 빛(레이저)을 비추어서 흡수나 칩 내의 다른 광 특성을 직접적으로 감지한다. “비교적 간단한 펨토초 레이저 미세 기계 가공 처리를 이용하여 도파관을 랩 온 칩에 끼워 넣는 것은 처음 있는 일이다. 이것은 마침내 광 감지를 가진 랩 온 칩수준으로 완전히 축소될 수 있고 칩 내에서 분석이 이루어 질 수 있다는 것을 의미한다.”라고 이 프로젝트를 이끄는 Giulio Cerullo가 말했다.


이 프로젝트가 보여주는 하나의 흥미로운 실험은 미세 유체를 흐르는 표본 굴절률의 미세한 변화까지도 광 간섭계라고 불리는 3차원 감지기를 이용하여 감지할 수 있다는 것이다. 이 경우에 도파관은 하나가 미세 유체 채널을 통과하게하고 동시에 다른 도파관 하나가 바로 그 위를 통과할 수 있도록 배열된다. 채널을 흐르는 액체는 두 도파관 사이의 빛의 길이 경로에서 작은 변화를 유도하며 이것은 간섭계에 의해서 포착된다. 이것이 표본 구성에서의 작은 변화를 가능하게 만드는 것이다.


이 프로젝트는 DNA 단편 분리 및 환자의 표본에 특정한 질병을 감지할 수 있는 감지 분석 그리고 단백질 합성을 위한 화학 미세 반응기를 포함한 여러 가지 생물학적 응용을 위하여 통합된 도파관을 가진 랩 온 칩 본보기를 만들었다. Cerullo의 꿈은 랩 온 칩이 의사들이 자신들의 진료에 거의 즉각적인 의학적 진단을 수행할 수 있도록 돕는 것이다. 그들은 환자들로부터 표본을 추출하여 유전자 질병의 DNA 서열이나 질병이 있는 단백질 이상을 나타내는 분자 표시를 감지할 수 있는 작은 장비에 그것을 바로 작동시킬 수 있다.


히비스커스 컨소시엄은 이 프로젝트의 결과를 이용하고자 하는 세계의 중소기업 동반자를 포함하고 있다. 오스트리아의 하이 큐 레이저는 이미 이 프로젝트를 위해서 개발된 펨토초 레이저를 판매하고 있다. 네덜란드에 기반을 두는 라이오닉스는 미세 유체 칩을 제조하고 있으며 도파관에 통합할 랩 온 칩을 만들기 위해서 노력하고 있다. 독일의 지브라 바이오사이언스는 현장 진단을 위한 장비를 개발하고 있다. “우리의 프로젝트는 랩 온 칩 퍼즐의 마지막 조각이다. 이것은 특히 즉각적인 현장 진단을 포함한 많은 흥미로운 응용 프로그램의 문을 열어 줄 것이다.”라고 Cerullo가 말했다.


URL : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100413131937.htm


출처 : NDSL, 2010. 4. 23

Posted by TopARA

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  1. 이정록 2010.05.17 16:26  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 글이라 담아갑니다 *^^*