[기획]나노종합기술원 K-바이오 연구혁신 현장 속으로

체외진단·정밀의료기기 등 나노메디컬 디바이스 연구 지원
대전시 매칭 연구 사업 활발… 스마트특성화 기반 구축 선정

나노바이오개발실 연구원들

K-바이오가 뜨고 있다. 전 세계를 덮친 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)은 한국의 진단 기술 발전을 전 세계에 알렸다. 지난 1일 긴급사용승인을 획득한 코로나19 분자 진단키트는 민간 바이오기업과 나노종합기술원(이하 나노종기원)이 합작한 결과로 주목받았다. 반도체 소재·부품·장비와 시스템 반도체 국산화 테스트베드 역할로 알려진 나노종기원은 K-바이오 지원에도 큰 역할을 하고 있다. 그 중심에 있는 나노바이오개발실은 최근 나노메디컬 디바이스 연구 지원에 열을 올리고 있다. 시설·장비 등 연구 지원 인프라와 전문인력을 활용해 반도체 공정 기반의 나노바이오센서와 칩 플랫폼 기술개발 등을 추진 중이다. 나노메디컬 디바이스 연구지원 거점으로 거듭나고 있는 나노종기원 나노바이오개발실 연구혁신 현장을 들여다본다. 다음은 이석재 나노바이오개발실장과 서면 질의를 통해 이뤄진 질의응답이다.

이석재 나노바이오개발실장

▲나노종기원 나노바이오개발실에 대해 소개해 달라.

나노바이오개발실은 나노인프라 특성에 맞게 나노바이오센서·칩 분야에 특화된 시설과 장비·전문지식·인력·공정 노하우 기반의 강점을 갖추고 있으며 다양한 바이오·헬스케어 분야의 융합연구를 지향해 국가 과학기술 발전에 기여하고자 노력하고 있다. 이를 기반으로 대학·연구소에서 개발된 나노바이오센서·칩 분야의 원천기술을 공동연구를 통해 혁신 제품·서비스·기술 플랫폼을 구축하고 R&D 지원과 사업화 지원 관련 사업을 수행하고 있다. 향후 ICT 체외진단을 비롯해 정밀의료 바이오소자·나노메디컬 디바이스 분야에 특화된 시설과 첨단장비를 2022년까지 구축해 전략핵심 플랫폼을 구축하고 이를 활용해 산·학·연에 연구지원 서비스·제품개발을 위해 나노인프라 로서의 책임과 역할을 다하도록 노력하겠다. 나노바이오개발실 내부적으로 다양한 기술 분야 협동연구가 자발적으로 이루어지고 있으며 항상 공통된 비전과 목표를 통해 외부 연구자분들과 공동연구 개발을 통해 Research To Product(연구를 통해 실제 제품·시스템 구현 레벨)을 지향하고 있다.



▲나노메디컬 디바이스와 핵심플랫폼 기술·인프라에 대해 설명해 달라.



미래 헬스케어 혁신을 위한 기술은 저출산·고령화·감염성 질병에 따른 건강관리 개념이 상시·예측·예방 관리 개념으로 변화됨에 따라 기존 의사-환자 사이의 진단-치료 개념을 넘어 현장적용 한계돌파가 가능한 신개념 반도체공정 기반 나노바이오센서·칩을 말한다. 향후 나노바이오센서·칩 기술을 통해 IoT·AI 간 정보교환이 가능한 개념의 새로운 나노메디컬 디바이스로 발전이 예상되고 있다. 이를 구현하기 위한 핵심플랫폼 기술로 다양한 원천기술과 연계가 가능한 단위기술 모듈화 플랫폼, 양산성 고려한 Sensors on Plastic(SoP) 플랫폼, 인체 인터페이싱센서 핵심기술인 Sensors In·On Person(SIOP) 플랫폼 기술 등이 중요해진다. 이를 제품 수준으로 구현하기 위해서는 특화된 나노인프라(나노바이오팹)가 필요하다. 현재 일본 수출규제와 코로나19 등으로 인해 점차 하이테크 품목의 무기화(수출규제·자국산업 보호 중심 등) 가능성이 높아 미래의 새로운 헬스케어 소부장 공급망확충을 위해 나노메디컬 디바이스·시스템 구현을 위한 첨단시설(클린룸)·장비구축 (나노·마이크로팹·가공 및 패터닝·패키징 장비 등)을 통해 기업·연구자 지원이 필요하다고 생각한다. 우리 실은 그동안 미세유체칩 기반의 일체형 분자진단과 면역진단 디바이스·시스템 개발을 위해 대학·출연연·기업·병원과 협력연구를 하고 있다. 특히 질병진단과 헬스케어 관련 기업에 시제품 제작·기술지도·성능평가 등에 관련한 지원을 대전시와 정부의 예산지원 진행하고 있다.

▲그 동안 핵심플랫폼을 활용한 연구지원 성과에 대한 말해 달라.

다양한 기술이 있다. 나노메디컬 분야 핵심기술 요소 중 미세유체 정밀제어는 가장 어렵고 성능에 직결되는 기술이다. 소량의 검체를 분석하기 위해 다수의 밸브를 순차적으로 제어하는 알고리즘이 필요하다. 우리 기술원에서 보유한 미세유체 밸브제어에 대한 자체 원천기술을 기반으로 산업부 센서산업 고도화 전문기술개발사업에서 미세유체 제어가 필요한 심혈관질환·치매 진단기기를 개발하는 기업을 지원해 지난 3월 말 성공적으로 시제품 개발을 완료했다.

나노바이오 센서 제작용 금속 스탬프 기술 사업화도 지원했다. 나노바이오 센서의 가장 중요한 특징은 타액·혈액·분변 등 인체유래 검체를 사용해 재사용이 불가능하며 저렴한 플라스틱 소재 기반의 복합 구조를 대량으로 생산하는 기술이 필수적으로 필요한 상황이다. 특히 기술의 진보로 기존 밀리미터 수준 크기의 수준에서 점차 소량의 시료를 사용하며 센서의 정화도 향상을 위해서는 마이크로미터 수준의 크기를 가지는 디바이스 제작 기술이 필수적이다. 하지만 고정밀 디바이스 제작은 대부분 선진국의 시설·장비와 기술에 의존하는 문제점이 있다. 최근 나노종합기술원은 과학기술정보통신부의 지원과 기구축된 시설·장비, 원천·응용 기술개발의 노력을 통해 나노바이오 MEMS 기술과 금속 스탬프 플랫폼 기술을 개발해 차세대 개발로 차세대 고성능 분자진단에 핵심 디바이스 성능평가 완료와 기술사업화에 기여하고 있다.

미래 헬스케어시스템의 핵심이 될 것으로 예상되는 웨어러블 센서 바이오센서는 2013년도부터 지금까지 국책사업을 통해 꾸준히 기술개발을 진행하고 있는 분야다. 첫 번째 성과는 피부 부착형 온도센서인데 2016년에 ㈜원바이오젠에 기술이전돼 현재 식약처 인증이 진행 중이고 내년 제품 출시를 앞두고 있다. 두 번째는 현재 개발 중인 제품으로 피에이치(pH)센서가 탑재된 상처감염모니터링용 스마트 패치가 있다. 상처의 감염 여부를 센서가 실시간으로 감지해서 스마트폰에 자동으로 알려주기 때문에 이 기술이 완성되면 혼자 사는 독거노인이나 도서·산간 지역에 거주하는 의료취약계층의 상처관리에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

모듈형 나노바이오칩 플랫폼 기술상용화 지원사업 추진 목표

▲최근 대전시 지원을 통한 기술개발과 인프라고도화 사업을 다양하게 추진하고 있다. 어떤 사업이 있나.

대전시 모듈형 나노바이오칩 플랫폼 기술상용화지원사업은 나노바이오개발실의 첫 번째 기업지원 사업이다. 2017년 과학기술정보통신부가 나노소재원천기술개발사업으로 50억 원을 지원하면서 대전시가 매칭자금으로 20억 원 그리고 나노종합기술원이 현물로 5억 원을 매칭해서 총 75억 원이 투자됐다. 사업 목표는 나노바이오센서 모듈 플랫폼 원천기술개발과 핵심인프라를 구축해서 대전시 나노바이오 기업의 기술상용화를 지원하고 차세대 먹거리로 떠오르고 있는 바이오·유전자진단 분야의 지역산업을 활성화하는 것이다.

기업지원 사업을 성공적으로 수행하기 위해서는 적당한 그릇이 필요했다. 사업 시작과 동시에 '나노바이오센서·칩 기술상용화 지원센터'를 설립했다. 그리고는 곧바로 대전시 관내 기업들을 일일이 찾아다니면서 현장에 필요한 기술이 무엇인지, 어떻게 도와주면 좋을지를 탐문하고 다녔다. 이렇게 모여진 분자진단기업 회원 리스트가 현재 40개가량에 이른다. 올해 코스닥에 성공적으로 상장한 면역진단 업체인 ㈜수젠텍과코로나19 분자진단키트로 미국 FDA 긴급사용승인을 받은 ㈜티엔에스도 있다. 현재 3년 차를 진행 중이다. 지금까지 11개 기업을 지원해서 20억 원의 매출증가와 10명의 신규고용창출 성과를 이뤘다.

이밖에 시비 30억 원을 비롯해 국비 80억 원, 민자 5억 원 등 총 사업비 115억 원 규모의 산업혁신기반구축사업도 진행 중이다. 산업기술 경쟁력 강화를 위해 산학연이 공동 활용할 수 있는 산업기술기반 조성을 통해 시험·평가·인증·시생산·테스트베드 등 기술개발을 지원하는 '정밀의료기술 초융합 상용화지원 플랫폼 구축'사업이다.

지역의 산업적 특성을 반영해 역량을 강화하는 스마트특성화 기반구축 사업도 추진한다. 올해 대전시와 함께 스마트 특성화 사업에 선정돼 대전시 내 체외진단에 필요한 진단시약·센서·디바이스가 융합된 체외진단 제품의 설계·제작·시험·실증테스트·시제품제작·성능평가·임상 지원으로 ICT 융복합 기술이 적용된 차세대 체외진단 제품과 서비스를 개발을 지원하는 사업이다. 3년간 총사업비 93억 6700만 원(국비 53.67억 원·시비 40억 원)을 투입해 ICT 융복합 기술을 적용해 체외진단 시장의 경쟁력 강화와 산·학·병·관의 네트워크 구축을 통한 지역산업 활성화를 추구할 예정이다. 대전시는 코로나19의 어려운 시기를 감안해 기존 국비 대비 지방비 지원 비율을 늘려 지역산업 육성에 전폭적인 지원을 하고 있다.



▲향후 기술개발과 상용화 지원 계획은.

코로나19·건강환경 위해요인 증가·고령화·상시예방 관리 등 국가 헬스케어 아젠다 대응을 위해 나노종기원의 반도체 인프라를 활용한 나노메디컬 디바이스 원천기술 개발과 상용화 지원에 더 노력하겠다. 바이오·헬스케어 실증형 R&D 특성에 따른 원천기술 연계·제품구현·실증(시작품·시제품 제작)을 통해 국내 헬스케어산업 혁신성장가속화와 미래공급망 확충에 힘쓰겠다. 나노기술기반 팬데믹 대응 제품과 휴대용 초음파 디바이스 제품, 현장형 스마트진단기기, 일상 라이프케어 센싱시스템, 인체삽입형 메디컬 디바이스 분야에 집중 상용화지원을 위해 시설, 장비, 핵심 플랫폼기술을 확보해 나가겠다. 이를 통해 포스트코로나, 한국형뉴딜(헬스케어 데이터산업) 뉴 트랜드에 따른 미래 헬스케어 산업 패러다임 변화에 선제적 대응하겠다. 미래 헬스케어 아젠다와 반도체공정기반 바이오·헬스케어 분야 주요 이슈에 대해 나노인프라-메디컬 연계포럼을 통해 산·학·연·병·인프라 전문위원으로부터 지속적으로 의견청취를 통해 현장목소리가 반영된 핵심플랫폼과 연계 솔루션 기술 분야 도출을 통해 길목선점형 나노메디컬 디바이스 개발과 사업화지원에 최선을 다하겠다. 임효인 기자