경희대 화학공학과 서태석 교수팀이 스마트폰 앱으로 음성을 인식해 작동되는 바이러스 진단 마이크로 시스템을 개발했다고 13일 밝혔다. 국내 연구진이 개발한 진단 시스템은 음성 명령을 통해 인간의 간섭 없이도 핵산 추출 과정을 자동으로 수행할 수 있도록 설계됐으며, 검사자의 감염 가능성을 원천 차단하고 보호하는 데 앞장설 것으로 기대된다. 

바이러스 핵산 추출은 마이크로 리터 규모의 여러 시약을 정밀하게 조작해야 하는 어려움이 있다. 또한 복잡한 튜빙 및 펌핑 시스템이 필요해 수율과 재현성이 낮아 가장 어려운 작업 중 하나다. 서 교수는 “수율과 재현성이 낮은 문제를 해결하기 위해 기존에는 부피가 큰 장비와 전문가가 항상 투입됐다”고 설명했다. 

그러나 서 교수 연구팀이 개발한 휴대용 바이러스 진단 마이크로시스템은 음성인식 앱을 통해 핵산 추출 과정에서 사람 접촉 과정을 크게 줄일 수 있다. 이 시스템은 검체 샘플을 로딩하면 내장된 핵산 추출 칩, 공기 라우터, 솔레노이드 밸브, 공기 펌프 모터로 압력 및 진공 라인을 소형화한 형태로 마이크로 컨트롤러와 조립해 응축했다. 사용자가 음성으로 명령하면 스마트폰이 이를 수신해 블루투스로 마이크로 컨트롤러에 전달한다. 이 시스템은 세척 및 용출 과정을 거쳐 최종적으로 정제된 유전체를 수집 챔버에서 회수할 수 있게 돼 있다. 

손바닥 만한 크기로 무게는 11온스에 불과하며 휴대용 배터리 또는 5V 스마트폰 충전기로 전원을 공급할 수 있다. 사용자가 음성으로 명령하면 음성 인식 소프트웨어를 사용하여 특정 음성 명령을 알아듣도록 스마트 폰 앱을 사용자가 정의했다. 

서 교수는 “바이러스 진단 시스템에 음성인식 기능을 적용하면 핸즈 프리(Hands-free) 환경이 돼. 환자 시료의 유출이나 오염된 장갑 등 예상하지 못했던 잠재적 감염으로부터 작업자를 보호할 수 있다”고 강조했다. 

서 교수는 “통합 마이크로 디바이스 기능이 시작되면 시료 용액, 세척, 용액 유체 조작 등이 수행돼 1분 이내로 핵산 추출 과정이 완료된다”며 “휴대용 배터리나 기존 스마트폰 충전기로 충전할 수 있어 낮은 전력 소비만 요구한다”고 강점을 소개했다. 

서 교수는 “코로나 바이러스 시료 전처리 과정뿐만 아니라 특정 유전자 증폭과 검출 등 분자진단 전과정을 단순한 스마트폰 음성 명령으로 수행될 수 있는 통합형 미세유체 시스템을 개발 중”이라며 “병원뿐만 아니라 노인 및 장애인들도 손쉽게 집에서 자가 진단할 수 있는 플랫폼이 될 것”이라고 후속 연구 계획을 밝혔다. 

이번 연구는 보건복지부 및 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료 R&D사업(감염병 예방·치료 기술개발)을 통해 수행됐으며, 센서 분야 세계적 과학 학술지인 ‘ACS Sensors’ (IF=9.618, 해당 분야 상위 5% 이내) 저널에 다음달 1일자로 온라인 게재된다.