주요 연구성과

공기 중 바이러스 연속식 액상 포집시스템
황정호(연세대학교)

성과개요


연구기관/연구책임자	연세대학교 / 황정호
과제명	입자의 전기적 특성을 이용한 기상 감염성 병원체 액상포집 기술개발
성과개요	공기 중 부유하는 다중 병원체 및 바이러스를 에어로졸의 전기적 특성을 이용하여 액상포집하는 기술. 코로나 방전을 통하여 공기 중 부유하는 다중 병원체 및 바이러스를 양극으로 대전시킨 후 전기적 힘을 통하여 액상위에 포집, 실시간으로 후단의 농축 혹은 검지 시스템으로 포집액을 전달 할 수 있는 기술 개발.

▲ Nicking/Extension chain reaction System-Based isothermal nucleic acid Amplification

성과내용

주요내용

- 본 연구에서는 공기 중의 부유 미생물을 포집하기 위한 방법을 제시함. 공기 중 부유 미생물을 코로나방전을 통하여 하전한 후 전기적인 힘을 가해 액체에 실시간으로 포집. 이러한 방식을 통하여 코로나 방전을 이용한 박테리아, 바이러스를 포함하는 에어로졸 입자 실시간 고속 액상 포집기술 개발.

혁신성

기존 지식/기술 대비 성과의 차별성 :

- 기존 관성력을 이용한 사이클론 방식을 포집 방식으로 택하고 있음. 사이클론 방식 포집기는 공기 중 입자의 관성력을 이용하여 부유 병원균을 포집하고, 포집된 병원균에 액체를 주입하여 씻어냄으로서, 액상 포집된 병원균을 만드는 방법. 크기가 작은 나노, 마이크로 입자를 관성력으로 벽면에 충돌시키기 위해서는 매우 큰 에너지가 필요. 특히, 나노 사이즈의 바이러스 입자는 관성력으로 포집하기가 매우 어렵다는 단점. 그러나 본 기술은 관성을 이용한 임팩터, 임핀져, 사이클론 등의 부유 입자 포집 방식에 비해서 상대적으로 에너지의 사용이 적고, 바이오 에어로졸의 물리적 손상이 적고, 바이러스와 같은 나노 사이즈의 입자도 높은 효율로 포집이 가능하다는 장점.

우수성

세계최고 수준의 성과와 비교 :

- 미국의 M-BAND(Positive ID)는 공기 중 박테리아, 독성 물질에 대한 연속적인 검지 시스템이며 real-time PCR, 항원항체 반응 등을 이용해 3~6시간 만에 고농도 다중 검지가 가능한 제품임. 그러나 M-BAND는 바이러스의 포집효율(50nm기준)dl 5%미만으로 매우 작다는 단점이 있음. 그러나 기 개발된 공기 포집기는 바이러스 포집효율이 30%이상으로 기존 기술에 비하여 매우 높다는 장점이 있음.

주요 기능/사양


주요기능/사양	내용세계 최고 수준현재 개발 수준
바이러스 포집 능력	바이러스 포집능력은 공기 포집기의 포집유량과 포집효율의 곱으로 나타낼 수 있음. 기존 세계 최고 수준의 M-BAND는 바이러스 포집능력이 20(=유량×효율, L/min)이지만 기 개발된 공기 포집기는 125(=유량×효율, L/min)의 바이러스 포집능력을 가지고 있어 기존 세계최고 수준대비 6.25배 향상된 바이러스 포집능력을 가지고 있음.

기대효과 및 향후계획


학술적/기술적 기대효과	본 연구의 포집 기술은 기존의 포집기보다 포집능력이 높아 공기 중 미생물의 측정 시간과 비용을 절약 할 수 있도록 함. 이를 통해 부유 미생물 관련 학술 및 산업 분야에 기여함
경제적 기대효과	박테리아, 곰팡이 등의 부유 미생물은 알레르기, 폐렴 등의 다양한 호흡기 질환의 원인이 되며, 전 세계적으로 막대한 사회적 비용을 발생시키고 있음. 본 연구는 부유 미생물의 위험 농도를 빠르게 감지함으로써, 환기, 제균 등의 빠른 대응을 가능 하도록 함. 이를 통해 질병을 예방할 수 있고, 질병으로 인한 사회적 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대.
향후 계획	현재의 포집기를 스케일 업하여 바이러스 포집능력을 향상시키는 것이 향후의 계획임.

성과근거자료

주요연구실적

SCI 국외 학술지 게재 : Park, J.-W., Kim, H.R. and Hwang J. (2016) Continuous and Real-time Bioaerosol Monitoring by Combined Aerosol-to-Hydrosol Sampling and ATP Bioluminescence Assay, Anal. Chim. Acta, 941, 101-107
특허출원: 10-2017-0001680, 10-2018-0053001
특허등록: 10-1746148, 10-1833607. 10-1815751, 10-1798601, 10-2005324

시료 전처리 및 핵산 증폭 모듈 개발
민준홍(중앙대학교)

성과개요


연구기관/연구책임자	중앙대학교 / 민준홍 교수
과제명	대면적 표면에서 감염균 측정을 위한 반 자동화 플랫폼 개발
성과개요	표면에 존재하는 바이러스/박테리아를 포집/파괴하기 위한 현장 적합형 시료 전처리 모듈과 이를 통해 추출된 핵산의 검출을 위한 소형 PCR 모듈

성과내용

주요내용

- 표면에 존재하는 감염균을 포집/추출 할 수 있는 대형 wipes 시료 전처리 카트리지 및 구동 모듈 설계
- 열 효율성을 향상시킨 핵산 증폭 모듈 제작 및 측정확인이 가능한 시작품 제작

혁신성

기존 지식/기술 대비 성과의 차별성 :

표면 감염균 분석 장비는 대면적 표면에서 감염균 즉각 검출 가능하고 다종의 감염균 동시 판독 가능함. 형광 라벨 종류의 다양화 가능으로 종의 확대 또한 가능함

우수성

세계최고 수준의 성과와 비교 :

- 현재 표면에 존재하는 감염균을 측정하는 방법은 면봉의 형태를 가진 작은 면적을 처리하는 데 반해 본 기술은 10 x 10 cm 이상의 대형 wipes를 이용하여 표면에 있는 감염균을 포집/추출/정제하는 공정으로 선행 기술이 존재하지 않음

주요 기능/사양


주요기능/사양	내용
시료 전처리 모듈 및 소형 증폭기	○ 대형 wipes를 이용하여 표면 감염균의 농축/분리 및 핵산 추출/정제 가능 ○ 2 채널, 실시간 측정이 가능한 소형화 PCR 기기

기대효과 및 향후계획


학술적/기술적 기대효과	많은 기업 및 연구팀이 표면의 박테리아/바이러스를 포집하는 데 다양한 연구 결과를 도출하였으나 포집된 샘플에서 다시 핵산을 추출하기 위해서는 상업적인 핵산 추출 키트를 사용하는 등 공정의 복잡성이 있었음. 본 연구를 통해 하나의 기기에 핵산 추출 및 정제 공정까지 모두 수행할 수 있는 획기적인 기술이 될 것으로 기대됨
경제적 기대효과	현재 전량 수입품에 의존하고 있는 다양한 표면시료 포집 및 전처리 키트들을 국산화 할 수 있고, 이를 실행하기 위한 기술 창업 등이 가능하게 되어 일자리 창출이 가능함
기타 기대효과	환경의 질을 검사하는데 있어 획기적인 장비를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 비행기 내, 교실 내 등의 표면 오염 여부를 쉽게 검사할 수 있어 국민 보건에 일조할 수 있을 것으로 기대됨
향후 계획	본 연구과제 결과 및 성과물은 수요 기업에게 별도의 협약에 근거하여 기술 이전을 추진하여 연구 성과물의 사업화를 추진하고자함

성과근거자료

주요연구실적

국내특허출원 1건 (10-2018-0117225) 및 PCT 출원 진행 중