우리 학교 기계공학과 윤용진 교수팀이 뉴캐슬 대학(Newcastle University in Singapore) 김누리 교수와의 공동연구를 통해 미세 유체의 회전력을 이용해 극소량의 분자 샘플로 현장 진단(Point-of-Care)이 가능한 바이오센서 칩을 개발했다고 지난달 18일 밝혔다. 윤용진 교수 연구팀은 미세 유체(microfluidics) 기술*과 광 초소형 정밀기계 기술 바이오센서(Optical MEMS BioSensor)**를 융합해 특정 용액의 0.19 펨토 몰(fM) 농도까지 감지할 수 있는 것으로 기존의 단일 유동 방법보다 1억 배 이상 향상된 감지력을 보여주는 `다상 유동 바이오센서(Rotationally Focused Flow (RFF) Biosensor)’의 연구 개발에 성공했다. 

다상 유동 바이오센서란

    위 연구는 기존의 단일 유동 미세 유체 칩을 T자형 미세 유체 칩으로 설계함으로써, T자형 미세 유체칩의 두 입구에 서로 다른 밀도의 유체를 통과시킨다. 다른 밀도의 두 유체가 만나면서 타겟 분자를 함유하고 있는 고밀도의 유체는 중력으로 인한 유체 회전과 함께 미세 유체 하단으로 쏠리게 된다. 이때, 미세 유체 칩 하단에 위치하고 있는 광 초소형 정밀 전자 기계 시스템(MEMS) 분자 진단 센서에 증착되어 있는 리셉터에 더 많은 타겟 분자가 도달할 수 있도록 개발한 센서가 “초고감도 미세유체-MEMS 융합 바이오 센서”이다. 

이전 칩과의 차별성은

    연구팀은 간단한 미세 유체칩의 설계 적용을 통해서 저렴한 비용으로 분자진단 바이오 센서의 성능을 극대화하였다. 이번 연구를 코로나19 진단 등 분자 진단에 적용하여 감염병을 현장 분자진단 (Point of Care)을 통해 극초기에 검진할 수 있는 기술의 사업화 가능성을 확인했다.

도전적인 융합연구

    윤 교수는 연구 중 융합연구 과정에서의 어려움을 밝혔다. 적층제조 및 반도체 공정을 활용한 바이오 센서 및 MEMS 센서의 소형화 및 성능 향상을 위한 연구를 주로 진행했기에, 생명공학과나 화학공학과에서 주로 진행하는 분자 진단 연구를 수행하는데 많은 어려움이 있었다. 이러한 도전적인 융합연구를 진행하기 위해 다른 분야의 연구팀과의 협업을 하는 부분이 어려웠으나, 포기하지 않고 꾸준히 협력 연구팀을 찾아서 과제 제안을 통해 연구를 성공적으로 진행할 수 있었다고 한다. 

간단한 아이디어의 중요성

    윤 교수는 간단한 아이디어로 혁신적인 결과를 도출할 때가 있음을 강조했다. 이러한 아이디어는 간단해 보이지만, 그 과정은 글로 표현하기 어려울 정도로 고된 과정이라고 할 수 있다. 특히, 다른 분야와 활발하게 협업을 해야 하는 연구는 더 많은 어려움을 극복한 후에 성취의 기쁨을 누릴 수 있다. 

    윤 교수는 마지막으로 “우리 학교 학생들이야말로 이러한 세계적인 수준의 도전적인 연구를 할 수 있는 역량과 에너지를 가지고 있다. 긴 호흡으로 학교 및 연구실 생활에서 지도 교수님, 동료들과 함께 여러분 인생의 가장 열정적인 시간을 행복하게 보내시기를 바란다.”고 전했다.

미세 유체 기술*
1mm보다 작은 공간에서 움직이는 유체의 특성을 활용한 기술. 

광 초소형 정밀기계 기술 
바이오센서**
마이크로 전기기계시스템에 관련된 기술의 총칭.