공기방울로 세포 이동시킨다

공기방울로 세포 이동시킨다

눈에 보이지 않는 작은 세포를 사람의 뜻대로 움직이려면 아주 작은 집게나 주사기 등을 이용해야 한다. 워낙 작은 물체를 움직이기 때문에 원하는 위치에 정확하게 이동하지 않을 뿐만 아니라 도구 때문에 세포가 손상되는 일도 많다. 국내 연구진이 ‘공기 방울’을 이용해 세포 같은 작은 물질을 정교하게 움직이는 기술을 개발했다.

정상국 명지대 기계공학과 교수팀은 공기방울로 세포나 박테리아 같은 초소형 물체를 물리적 손상 없이 효율적으로 제어하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

공기 방울의 모양은 동그랗지만(a) 음파에 따라 공기 방울의 모양에 변화가 생긴다(b, c). 공기 방울이 변화한 모양에 따라 초소형 물제가 공기방울에 고정되면 빛(열 에너지)을 이용해 원하는데로 물체를 이동할 수 있다. - 명지대 제공

세포나 박테리아 같은 생체 조직을 분석하기 위해서는 우선 낱개로 분리하는 작업이 필요하다. 현미경으로 조직 덩어리를 들여다 보면서 집게나 주사기 등 얇고 가는 도구로 낱개로 떨어져 있는 세포를 분리해 원하는 위치에 이동시켜야 했다. 마이크로미터 단위의 작은 조직을 손으로 움직이는 만큼 정확하게 제어하기 힘들 뿐만 아니라 힘 조절이 안돼 조직이 손상되는 일도 많았다.

정 교수팀은 물리적 도구 대신 액체의 성질을 이용했다. 액체는 표면장력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 움직이려는 성질이 있다. 액체의 온도가 올라가면 표면장력이 낮아진다. 즉 액체의 한 부분을 레이저로 가열하면 분자들이 표면장력이 높은 온도가 낮은 곳으로 이동하려한다. 이 액체에 공기 방울이 있었다면 상대적으로 액체가 이동하는 반대 방향으로 공기 방울이 이동한다. 연구팀은 움직이려는 물체에 공기방울이 붙도록 만든 뒤 주변 액체를 가열하는 방식으로 물체를 이동하는데 성공했다.

물체를 움직이는데 핵심 역할을 하는 공기방울은 음파를 이용해 조절했다. 공기방울이 갖는 고유 진동수를 가진 음파를 발생하면 공기방울이 진동하면서 원하는 크기 물체만 포획한다. 레이저와 음파를 이용해 공기방울을 움직이고, 물체가 원하는 위치에 갔을 때 레이저와 음파를 중단하면 물체는 더이상 움직이지 않게 된다. 레이저의 위치를 정밀하게 조종할 수 있기 때문에 물체를 연구자가 원하는 위치에 정확하게 둘 수 있다.

정 교수는 “아주 작은 세포를 제어할 수 있는 기술을 개발한 것”이라며 “세포 분석 전반의 효율을 높이고 바이오 산업, 의학 및 생명 공학 등 다양한 분야에 활용될 전망”이라고 말했다.

이 연구는 학술지 센서스 앤 엑츄에이터스 비: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical) 7월 1일자에 발표됐다.