국립부경대, 자율형 액적 제어 시스템 개발

3차원 세포배양 자동화 플랫폼 기반 확보
국제학술지 게재… 디지털 미세유체 활용성 확대

국립부경대 임도진 교수 연구팀이 개발한 SEDAR(Self-Contained Event-Driven Autonomous Routing) 시스템 개념도.(사진=국립부경대 제공)

국립부경대학교 연구진이 액적(미세 방울)의 상태를 스스로 인식하고 이에 맞춰 동작하는 자율형 제어 시스템을 개발해 차세대 3차원 세포배양 자동화 기술 구현 가능성을 높였다.

국립부경대 화학공학과 임도진 교수 연구팀은 액적 내부 변화를 실시간으로 분석해 이동 경로와 작업 과정을 자동으로 결정하는 '이벤트 기반 자율 액적 제어 시스템(SEDAR)'을 개발했다고 17일 밝혔다.

이번 기술은 디지털 미세유체 기반 3차원 세포배양 자동화 플랫폼 구축을 위한 핵심 기반 기술로 평가된다. 연구팀은 액적 상태를 감지한 뒤 결과에 따라 제어 과정을 스스로 변경하는 기능을 구현해 기존 액적 제어 기술을 한 단계 발전시켰다.

연구진은 영상 분석 기술을 활용해 액적 내부의 색 변화와 입자 존재 여부를 실시간으로 인식하고, 분석 결과에 따라 액적 이동 경로를 자동 변경하는 데 성공했다. 또한 스페로이드가 포함된 액적을 자동으로 선별하고 회수하는 기능도 검증했다.

이를 위해 연구팀은 배터리와 고전압 승압 모듈, 라즈베리 파이 기반 제어장치, 카메라, 통신 기능을 하나로 통합한 독립형 플랫폼을 구축했다. 별도의 외부 장비 없이 운용할 수 있으며 세포배양 인큐베이터 내부에서도 장시간 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.

특히 원격 모니터링 기능을 적용해 인큐베이터를 열지 않고도 액적 내 세포 상태를 실시간으로 확인하고 제어할 수 있어 연구 효율성과 안정성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

기존 접촉 전하 전기영동(CCEP) 기반 디지털 미세유체 기술은 세포배양과 바이오 분석 분야에서 활용 가능성이 높지만, 고전압 장치와 컴퓨터, 카메라 등 외부 장비 의존도가 높아 실제 연구 환경에서 자동화와 장기 운용에 한계가 있었다.

배서준 박사후연구원은 "이번 시스템은 인큐베이터 내부에서 독립적으로 운용되면서 액적 상태에 따라 작업을 수행할 수 있는 자율형 플랫폼"이라며 "향후 액적 분주와 배양액 교체, 시료 회수 기능 등을 결합해 오가노이드 및 스페로이드 기반 3차원 세포배양 전 과정을 자동화하는 통합 플랫폼으로 발전시켜 나갈 계획"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 'A Self-Contained Event-Driven Autonomous Routing (SEDAR) CCEP System for Droplet 3D Cell Culture'라는 제목으로 기기·계측 분야 JCR 상위 2% 국제학술지인 'Sensors & Actuators B: Chemical(IF 7.7)'에 게재됐다. 연구는 한국연구재단 지원(RS-2026-25477068)을 받아 수행됐다.

부산=김성욱 기자