전남대 기계공학과 박진수 교수 연구팀, 초음파 기반 형상별 세포 분리 원천기술 개발
암, 말라리아, 유전성 구형적혈구증 등 다양한 병리학적 상태는 인체 내 적혈구의 형태 변화를 동반한다. 따라서 혈액 시료 내에서 형상이 변형된 세포를 높은 순도로 분리해내는 기술은 질병의 조기 진단과 모니터링을 위한 핵심 원천기술로 주목받고 있다. 기존의 방식은 세포의 부피 차이에 의존하거나 별도의 형광 표지가 필요하다는 한계가 있었다.
연구팀은 이번 연구에서 MHz 대역 초음파를 활용하여 음향방사토크(Acoustic Radiation Torque, ART)와 음향방사력(Acoustic Radiation Force, ARF)을 동시에 활용하여, 부피가 동일 혹은 유사하더라도 형상이 다른 세포를 비표지(Label-free) 방식으로 정밀하게 고속 분리할 수 있는 수직형 음향 미세유체 플랫폼을 세계 최초로 개발하였다.
음향방사토크는 비구형 입자의 회전 운동을 억제하고 수평으로 정렬시키는 역할을 하며, 이렇게 정렬된 타원체 입자는 구형 입자보다 더 큰 음향방사력을 받아 수직 방향으로 더 멀리 이동하게 된다. 연구팀은 이 원리를 이용하여 미세 채널 내에서 세포의 궤적 차이를 유도함으로써, 정상 적혈구와 말라리아 감염 등으로 형태가 변한 이상 적혈구를 약 100%에 가까운 높은 순도와 회수율로 분리하는 데 성공했다. 특히 이번 기술은 접촉 없이도 세포의 형상만을 기준으로 선별이 가능하여, 세포의 손상을 최소화하면서도 진단 및 혈액학적 분석의 정확도를 크게 높일 수 있다는 점에서 학술적·산업적 가치가 매우 높다는 평가를 받고 있다.
본 연구는 전남대 무함마드 소반 칸(Muhammad Soban Khan) 박사과정생이 제1저자, 전남대 박진수 교수와 수원대 이성재 교수가 교신저자로 참여하였으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 우수신진연구(연구책임자 박진수), 지역혁신 선도연구센터(연구책임자 이동원), 중견연구(연구책임자 이성재), 그리고 BK21 Four 전남대학교 미래혁신기계기술 인재양성 교육연구단(단장 정승훈)의 지원으로 수행되었다.
