충남대 이창수 교수 ‘초고속 미세유체 유세포 분석기’ 개발

국제 저명 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’ 게재

이창수 교수 증명사진 및 연구 피규어 (사진=충남대 제공)

충남대 응용화학공학과 이창수 교수 연구팀이 세계 최초로 공압 마이크로밸브를 활용해 '5-way 다중 분리·분석'이 가능한 초고속 미세유체 유세포 분석기(형광 활성 분류 플랫폼) 개발에 성공했다.

이번 연구 성과는 해당 분야의 국제 저명 학술지 'Chemical Engineering Journal'(IF: 13.2, Top 3%)에 2월 1일 온라인으로 게재되며 기술의 우수성을 입증받았다.

기존의 미세유체 기반 형광 활성 분류(FADS) 기술은 구조적 한계로 인해 주로 2방향(2-way) 분류에 머물러 왔다. 반면, 이창수 교수팀이 개발한 이번 기술은 하나의 장치에서 여러 세포 집단을 동시에 판별하고 원하는 경로로 정밀하게 분리·회수할 수 있는 '분석-분리 통합형' 플랫폼이다.

이창수 교수팀은 미세유체 채널 내 유체 저항을 정밀하게 제어할 수 있는 '완전 차단형' 공압 마이크로밸브 구조를 칩에 집적했다. 이를 통해 표적 시료가 지정된 출구로 일관되게 이동하도록 설계했으며, 검출 지점과 분기 지점 사이의 유속과 밸브 응답 시간을 최적화해 고속 동작에서도 오분류를 최소화하는 높은 신뢰도를 확보했다.

성능 분석 결과, 본 시스템은 초당 최대 55회(55 Hz)의 처리 속도에서도 97% 이상의 높은 분류 정확도를 달성했다. 특히 기존 방식들이 특정 물성이나 매질에 제한을 받았던 것과 달리, 이번 장치는 드롭렛(2상)부터 하이드로젤 비드, 단일세포(1상)까지 다양한 형태의 샘플에 적용할 수 있는 압도적인 범용성을 갖췄다.

실제 검증 과정에서도 서로 다른 형광 표지를 가진 대장균(E. coli) 혼합 샘플을 채널별로 고순도 분리·농축하는 데 성공하며, 복잡한 생물학적 시료 환경에서의 실용성을 증명했다.

이번 기술은 특히 합성생물학과 바이오파운드리 분야에서 파급효과가 클 것으로 기대된다. 수만 개의 유전자 변이체를 반복 선별해야 하는 바이오파운드리 공정에서 다중 집단 동시 회수 기능은 스크리닝 효율을 비약적으로 높여 연구 기간과 비용을 획기적으로 단축할 수 있기 때문이다.

이창수 교수는 "이번 성과는 기존 2-way 분류의 한계를 구조적으로 해소해 단일세포부터 하이드로젤까지 하나의 플랫폼에서 5방향 다중 분석이 가능함을 세계 최초로 실증한 데 의미가 있다"며 "향후 바이오파운드리 인프라 확장은 물론 맞춤형 약물 반응 평가 등 차세대 정밀의료 공정 고도화에 기여하겠다"고 말했다.


정바름 기자 niya15@