312…NICE, 제31권 제3호, 2013
신기술 소개
최근 싱가폴의 National University of Singapore (NUS) 연구진은 적혈구와 같이 비구형 형상의 입자 를 효과적으로 분리할 수 있는 미세유체 소자 기술을 개발하였다. 통상적인 생물학 및 생명공학 실험실에 서 원하는 종류의 세포를 분리하는 일은 다량의 약품 과 원심 분리기와 같이 수동적인 조작에 의존하는 경 우가 많다. 따라서 실험자의 숙련 정도에 따라 세포 분리 정도가 다르거나 많은 시간이 소모되는 문제가 있었다. 이를 해결할 수 있는 방법으로 소위 미세유체 공학(microfluidics)에 기반을 둔 기술들이 최근에 주 목을 많이 받고 있다. 미세유체공학 기술은 세포 분리 등의 전 과정을 자동화할 뿐만 아니라 소량의 샘플만 으로도 원하는 작업을 진행할 수 있어서, 연구관련 플 랫폼 기술로 최근에 각광을 많이 받고 있다. 그러나 지금까지 제시된 대부분의 미세유체공학기술은 구형 의 딱딱한 입자를 분리하는 것에 국한되는 경우가 많 았다. 그러나 실제 생물 세포 중에는 적혈구나 대장균 과 같이 비구형이면서 상당한 정도의 변형성을 지닌
경우도 많다. 따라서 병원성 세포를 판별하거나 정상 상태가 아닌 적혈구를 효과적으로 분리하기 위해서는 비구형 세포를 효과적으로 분리하는 기술개발이 필요 로 한다. NUS 연구진은 기존에 프린스턴 대학에서 개발되어 널리 활용되고 있는 Deterministic Lateral Displacement (DLD) 기술 (Huang et al., Science 304: 987 (2004))을 비구형 입자에도 적용할 수 있도 록 개량하였다. 이 방법의 핵심적인 원리는 [그림 1]
에서 보는 바와 같이 전통적인 DLD에서 사용되는 실 린더 형상의 장애물 대신에‘I’형상의 장애물을 사용 하는 것이다. ‘I’자 형상의 장애물을 사용하는 경우에 비구형 입자의 회전운전과‘I’자 장애물의 상호 작용 에 의해 비구형 입자가 진행 방향으로 이동함에 따라 [그림 1]에서 보는 바와 같이 한쪽으로 100% 집속 (focusing)되는 결과를 얻었다. 이 기술은 향후 혈구 세포의 분석이나 패혈증 (sepsis) 등의 진단 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
비구형 생체입자를 분리할 수 있는 미세유체소자 기술
(Rotational separation of non-spherical bioparticles using I-shaped pillar arrays in a microfluidic device)
그림 1. 장애물 형상에 따른 적혈구의 수직 방향(lateral direction)으로 이동특성 차이: 실린더 형상의 전통적인 DLD의 경우 적혈구의 진행방향의 수직인 방향으로는 이동이 거의 일어 나지 않고 (a), 사각형인 경우는 세포의 분포가 오히려 넓게 퍼지고 (b), ‘I’자 형상의 장애물인 경우는 한쪽으로 집속되는 형상이 관찰된다[Zeming et al., Nat. Comm. 4:1625 (2013)].
