△ 신개념 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

24일 의학계 등에 따르면 국내 연구진이 버튼 한 번으로 식중독 진단 시스템, 원추각막 치료·시력교정 플랫폼, 췌장암만 정밀 제거하는 3차원 마이크로 LED 등을 개발하는데 성공했다.

한국기계연구원 진단센서연구실 박찬용 선임연구원, 이동규 책임연구원팀은 최근 식품 탈리부터 핵산 전처리, 분자진단까지 전 과정을 하나의 장비로 수행하는 '식중독 진단용 현장형 고속 전자동 통합시스템'을 개발했다.

연구팀은 식품을 강하게 파쇄하지 않으면서 세균만 분리하는 탈리 기술을 적용했다. 

이는 고속 프로펠러 회전으로 생기는 힘으로 식품 속에서 식중독균만 선택적으로 분리하는 방식이다. 

이어 다중 분리막을 이용한 진공 여과 구조로 불순물을 제거하고, 200㎖ 대용량 시료도 빠르게 처리한다.

정제한 핵산은 분자진단 단계에서 세균의 유전물질을 증폭해 존재 여부를 확인한다.

실제 연구팀은 기계적 고속제어 기반 열주기 기술을 적용해 40사이클 증폭을 15분 안에 처리했다.

아울러 하나의 웰에서 두 가지 이상의 형광 신호를 동시에 읽을 수 있는 전용 시약과 저가형 CMOS 기반 멀티 형광센서를 결합해 식품의약품안전처 고시 기준 16종 식중독균을 한 번에 고감도로 검출할 수 있다.

이 모든 과정은 버튼 한 번으로 전 공정이 자동 수행되는 통합 제어 소프트웨어를 중심으로 운영된다.

사용자는 시료를 장비에 투입하고 자동 프로세스를 실행하면, 장비 내부에서 식품탈리–핵산정제–증폭–형광 검출–결과분석까지 전 과정을 자동 제어한다.

이 과정에서 증폭 곡선, 형광 신호, 오류 탐지 등 각종 공정 데이터를 실시간 분석해 결과의 신뢰도를 높였다.

기계연은 이 시스템을 실증 현장에 적용해 4개 이상의 식품군을 대상으로 시험한 결과 모든 실증 과정에서 현장 적용 가능성과 분석 정확도를 확인했다. 

연구팀은 이번 연구가 현장에서 신속하고 정확하게 식중독균을 검출하고 비전문가도 쉽게 사용할 수 있다는 점이 가장 큰 강점이라고 설명해싿.

연세대 세브란스병원 안과 김태임 교수는 최근 POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학과 한세광 교수, 부산대 유기소재시스템공학과 김기수 교수와 함께 각막을 손상시키지 않으면서 환자의 통증과 감염 위험을 크게 줄일 수 있는 원추각막 치료 및 시력교정 플랫폼을 개발했다.

연구팀은 각막 상피를 그대로 둔 채 치료가 가능한 상피투과성 각막 교차결합술을 개발했다.

이 기술의 핵심은 '빛을 바꾸는 렌즈'와 '각막 투과 광염료' 두 가지다. 

연구팀은 먼저 근적외선 같은 인체에 비교적 안전한 낮은 에너지의 빛을 받아 자외선·청색광으로 바꾸는 상향변환 나노입자를 설계했다.

이 나노입자를 의료용 실리콘으로 만든 콘택트렌즈 안에 균일하게 집어넣어 렌즈 자체가 작은 광원처럼 빛을 내도록 만들었다.

해당 렌즈는 가시광선 투과율이 88.7%에 달해 일반 시야 확보에도 무리가 없다.

겉으로는 평범한 렌즈지만 근적외선이 들어오면 렌즈 안에서 자외선·청색광 등 필요한 빛만 골라 보내는 '빛 필터이자 빛을 만들어 내는 작은 공장'의 역할을 한다.

연구팀은 안구 표면에 접착력이 우수한 생체 고분자인 히알루론산에 리보플라빈을 결합한 '히알루론산-리보플라빈(HA-RF) 접합체'를 만들었다.

기존 리보플라빈 용액은 각막 상피를 거의 통과하지 못해 상피를 제거해야 했는데 히알루론산은 눈물처럼 끈기가 있어 눈 표면에 오래 머물고 상피세포와도 상호작용이 우수해 리보플라빈이 각막 상피를 통과해 안쪽으로 들어갈 수 있게 돕는다.

히알루론산-리보플라빈 접합체는 기존 리보플라빈 용액과 비교해 각막 상피를 통과하는 약물 전달 효율이 약 3.7배 높았다

동물실험에서도 치료 후 4주 동안 염증, 각막 혼탁, 내피세포 손상과 같은 주요 부작용 또한 관찰되지 않았다. 상피를 보호하면서도 효과와 안전성을 동시에 확인했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 원추각막 환자에게 통증과 감염 부담이 적고 치료 시간을 단축시킬 수 있는 치료를 제공할 수 있을 것으로 기대했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 이건재 교수팀은 최근 울산과학기술원(UNIST) 권태혁 교수팀과 함께 췌장 전체를 둘러싸 빛을 직접 전달하는 '3차원 마이크로 LED' 장치를 개발했다.

연구팀은 문어 다리처럼 자유롭게 휘어지고 췌장 표면에 밀착되는 '3차원 마이크로 LED 장치'를 고안했다.

이는 췌장 모양에 맞춰 스스로 감싸며 약한 빛을 오래·고르게 전달해 정상 조직은 보호하고 암세포만 정밀하게 제거한다.

실제 살아있는 쥐에 적용한 결과, 3일 만에 종양 섬유조직이 64% 감소했고, 손상됐던 췌장 조직이 정상 구조로 회복되는 효과가 확인됐다.

연구팀은 췌장암 치료의 가장 큰 장벽인 종양 미세환경을 직접 제거하는 새로운 광치료 패러다임을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있을 것이라고 기대했다.

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#식중독#콘택트렌즈#마이크로#LED