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  • 기사등록 2020-09-17 11:18:01
  • 수정 2020-09-17 16:24:34
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▲ 임페리얼 칼리지 런던 연구팀이 3D시스템즈의 ‘Figure 4® PRO-BLK 10’으로 제작한 인클로저를 테스트하고 있다.


세계적인 적층제조(AM) 솔루션 기업 3D시스템즈가 생체적합성을 인증받은 3D프린팅 소재와 장비로 코로나19를 신속하게 진단할 수 있는 휴대용 테스트기 제작에 기여하며 의료분야 어플리케이션 확대가 기대되고 있다.


영국 런던에 위치한 연구 중심의 세계적인 공립대학인 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)Pantelis Georgiou 박사 연구팀은 ‘Lacewing’이라는 코로나19 등 병원체 감지를 위한 프로젝트를 추진 중이다.


Lacewing은 분자생물학과 최첨단 기술이 결합된 첨단 랩 (lab-on-a-chip)’ 플랫폼으로, 환자의 DNARNA를 식별해 뎅기열, 말라리아, 결핵, 코로나 19 등 특정 질병의 감염 여부와 함께 증상 악화 정도를 식별할 수 있는 분자 진단 테스트를 제공한다.


특히 광학 기법을 전기 기법으로 대체하면서 기존 고가의 대형 광학 장비가 필요한 기존 분자진단 기술과 달리 휴대용 진단기로 테스트하고 클라우드 서버와 동기화된 스마트폰 앱에서 20분 내로 결과를 제공하면서 지오태깅을 통해 자동으로 질병 진행 단계를 추적할 수 있는 혁신적인 기술이다.


Lacewing의 핵심기술 중 하나는 휴대용 진단기인 마이크로플루이딕스(microfluidics) 카트리지로, 연구팀은 3D시스템즈의 완전 통합형 3D프린팅 디지털 제조 솔루션인 Figure 4® Standalone 3D프린터와 생체적합성 소재를 통해 성능과 생산성을 향상시켰다.


연구팀은 Figure 4에 기반해 카트리지 핵심구성 요소를 설계했으며 30x6x5mm(가로x세로x높이) 크기와 10마이크론 정밀도로 3D프린팅 했다. 3D시스템즈의 솔리드웍스(SOLIDWORKS)로 모든 부품을 설계하고 3D Sprint® 소프트웨어를 사용해 각 빌드를 설정하고 공정 준비, 최적화 및 관리를 했다.


Figure 4는 재설계해서 단 몇 시간 내로 다시 프린팅이 가능할 정도로 출력 속도가 빨라 연구팀은 하루에 3가지 디자인을 새로 설계하고 프린팅하는 등 2달간 30가지 디자인에 도전하면서 경험과 데이터를 축적, 전반적인 시스템 개선 효과를 거뒀다.


Imperial College의 연구 조교인 Matthew Cavuto그동안 마이크로플루이딕스 카트리지 까다롭고 느리면서 노동 집약적인 무균실 프로세스를 통해 제작돼 비용이 비쌌다그러나 Figure 4를 통해 부품을 빠르게 만들 수 있어 생산성이 향상됐으며 칩의 여러 감지 영역으로 샘플 유체를 전송하는 복잡한 내부 3D 유체 채널이 있는 부품도 제작이 가능해 졌다고 밝혔다.


특히 연구팀은 Figure 4가 생체적합성 소재 출력이 가능한 점에 가장 큰 만족감을 나타냈다. 테스트기는 DNA와 직접 접촉하기 때문에 특수한 생체적합성 소재로만 가능하다. 연구팀은 생체적합성에 관한 ISO 10993-5 10 표준(세포 독성, 민감도, 자극)을 충족하는 투명 황색 소재인 ‘Figure 4® MED-AMB 10’를 사용해 매니폴드를 제작했다.


Matthew Cavuto“Figure 4 MED-AMB 10은 기존 소재와 달리 PCR 반응에서 인상적인 생체적합성을 보여주었다소재가 화학 반응과 상호작용이 적었기 때문에 의도한 반응이 지연되거나 발생하지 않아 프로젝트에 긍정적인 영향을 미쳤다고 밝혔다.


또한 카트리지는 정확한 진단을 위해 멸균을 해야하기 때문에 표면이 매끄러워야 한다. Figure 4로 만든 부품을 세척, 경화, 연마 등 후처리하는데 걸리는 시간은 20분 이내이고 대부분의 부품은 한 번에 공정을 마칠 수 있는 장점이 있다.


이밖에도 연구팀은 장치 인클로저에 내열성 소재인 Figure 4® PRO-BLK-10, 장치 전체의 개스킷에는 새로 출시된 탄성 소재 Figure 4® RUBBER-65A BLK, Lacewing의 한 부분에 생산등급 폴리프로필렌과 같은 소재인 Figure 4® FLEX-BLK 20으로 제작하는 등 현재 거의 장치 전체를 Figure 4로 생산하고 있다.


연구팀은 조만간 영국국립보건서비스(NHS)에서 코로나19 테스트기를 검증할 계획이며 완료되면 향후 6개월 내로 생산 확대에 나설 계획이다. Lacewing의 기술에 대한 자세한 사항은 홈페이지(https://protondx.com/technology)를 참조하면 된다.

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