기계연, ‘비대면 검체 채취로봇 일체형 고속 전자동 분자진단 시스템’ 개발

코로나19와 같은 신·변종 감염병 확산 시 의료현장에서 비대면으로 검체 채취부터 진단까지 신속하고 정밀하게 수행할 수 있는 시스템이 개발됐다.

한국기계연구원(이하 기계연)이 국내 최초로 코로나19 등 감염병 확산방지를 위해 의료현장에서 비대면으로 검체 채취로봇을 통해 검체를 채취하고, 채취된 검체를 전자동으로 40분 이내 고속으로 분자진단을 완료할 수 있는 통합 시스템 개발에 성공했다. 신·변종 감염병의 확산을 사전에 예방하고 K-Bio 진단 기술 경쟁력을 강화하는데 청신호가 될 것으로 기대된다.

기계연 대구융합기술연구센터 의료기계연구실 이동규 책임연구원, 의료로봇연구실 서준호 연구실장 연구팀은 시스템 개발을 위해 기존 기계연이 개발했던 비대면 검체 채취로봇의 검체 채취 기술을 고도화했다. 또한, 고속 분자진단 장비를 연동해 채취된 검체의 유전자 추출 전처리 기술과 고속 유전자증폭 기반 신속 실시간 PCR 기술을 통합해 검체 채취부터 분자 진단까지 신속하고 정밀하게 수행할 수 있다.


3년째 인류를 괴롭혀오고 있는 코로나19뿐만 아니라 원숭이두창 등 지속적인 신·변종 감염병 발병으로 인해 전 세계가 의료 시스템 붕괴를 경험했다. 전파력이 높은 신·변종 감염병에 대응하기 위해서는 의료현장에서 신속하고 정밀한 분자진단이 필요하지만, 기존에는 대면 검체 채취 및 이송, 분자진단까지 완료하는 과정에 6~12시간이라는 적지 않은 시간이 소요됐다.

기존의 분자진단 장비로는 분석결과를 얻기까지 1~2시간 이상 장시간이 소요되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 나노입자를 이용한 광열 (photothermal) 기반 고속 열주기(thermocycle) 기술, 미세유체를 이용한 고속 열주기 기술 등이 시도됐으나, 실시간 정량분석이 어렵고 칩 소재 제조단가가 높아 현장 적용에 어려움이 있을 것으로 예상된다.

반면 이번에 개발한 검체 채취로봇 일체형 고속 전자동 분자진단 시스템은 소량의 검체만을 반복적으로 가열·냉각해 유전자를 증폭하는 새로운 고속 열주기 기술을 통해 검체 전체를 반복 가열·냉각하는 기존 분자진단 장비 대비 4.2배 빠른 속도로 9~20분 이내 실시간 PCR 분석 결과를 얻을 수 있다.

연구팀은 병원성 살모넬라 박테리아와 감염성 코로나 바이러스 진단을 위해 이번에 개발한 시스템으로 박테리아 DNA와 코로나 바이러스 RNA로 검증을 수행했다. 검체 채취부터 분자진단까지 박테리아 DNA는 25분, 코로나 바이러스 RNA는 40분 이내 분석을 완료했으며, 기존 분자진단 장비와 거의 동일한 분자진단 결과를 얻었다.

이번에 개발한 시스템은 비대면으로 검체 채취 후 검체 정량 주입, 유전자 추출 전처리, 고속 분자진단 전 과정에 전자동 진단 기술이 적용돼 현장에서 비숙련자도 쉽게 사용 가능하다. 이를 선별진료소, 공항, 응급환경 등 의료현장에서 활용할 경우 신·변종 감염병 확산을 신속하게 사전 예방할 수 있다.

이동규 책임연구원은 “비대면 검체 채취로봇 통합 고속 전자동 분자진단 시스템은 지속적으로 발생하는 신·변종 감염병의 확산을 예방하고, 의료진을 보호하며, 국민의 건강을 지킬 수 있을 것”이라며 “의료기관 및 산업계와 협력해 K-Bio 기술의 글로벌화, 신·변종 감염병 확산방지 및 국민의 건강한 삶을 지키기 위한 연구개발에 힘쓰겠다”고 말했다.