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바이오통신원   
인공지능 바이오칩 제어 시스템 개발
생명과학 광운대학교 (2022-05-11)

- 정밀 질병 검사를 위한 휴대형 인공지능 시스템 개발 -
- 스마트폰 기반의 인공지능 알고리즘을 이용한 바이오칩 제어 시스템 -

광운대학교 심준섭 교수(전자융합공학과) 연구팀은 인공지능 기술을 이용해 정밀하게 질병을 검사하는 스마트폰 기반의 휴대형 바이오칩 제어 시스템을 개발했다. 이 시스템을 이용하면 소량의 침, 콧물, 혈액 등을 이용해 가정에서 누구나 쉽고 정밀하게 개개인의 건강을 검사할 수 있다. 연구 결과는 분석화학 분야의 세계적인 SCI 저널인 Analytical Chemistry 의 표지 논문으로 선정되었다.

바이오칩 기술은 휴대형 시스템을 이용해 침, 콧물, 혈액 등의 샘플을 분석하고 이를 통해 다양한 질병을 높은 민감도로 검사할 수 있다. 하지만 바이오칩에서 질병 검사를 하기 위해서 다양한 시약을 반응시키는 과정이 필요하다. 이러한 시약 반응을 재현성 있게 안정적으로 수행하기 위해서는 시약의 이동을 정밀하게 감지하고 제어할 수 있는 구동 시스템이 매우 중요하다.

심준섭 교수 연구팀은 시약이 반응챔버에 위치하는 상황과 기포가 발생하거나 덜 채워지는 오류 상황을 학습시키고 인공지능 기술을 이용해 각각의 상황에 따라 바이오칩을 정밀하게 제어하는 시스템을 개발하였다. 이를 통해 전문인력이 수동으로 바이오칩을 제어하고 시약 이동의 오류상황들을 해결하던 기존 기술의 한계를 극복하고, 침, 콧물, 혈액 등의 샘플을 바이오칩에 주입하면 인공지능 시스템이 완전 자동화된 방식으로 검사를 수행한다.

개발된 시스템은 소량의 혈액을 이용한 심혈관질환 검사에 적용되어, 대표적인 심혈관질환 단백질인 cTnI (Cardiac Troponin I)를 0.98 pg/ml 의 농도까지 측정하였다. 또한 전문인력이 수동으로 검사하는 방식과 비교 평가를 수행하였을 때, 측정편차가 수동으로 검사한 방식에 비해 절반 이하로 줄어드는 것을 확인하였다. 이는 개발된 인공지능 바이오칩 구동 시스템의 우수한 재현성과 높은 안정성을 의미하는 것이다.

심준섭 교수는 “이번 연구는 인공지능 기술을 질병 진단용 바이오칩에 융합한 것으로서, 기존에 실험실 전문인력이 수행하던 바이오칩 구동 방식을 인공지능 기술로 대체하여, 현장에서 다양한 질병 검사를 높은 정밀도로 수행할 수 있게 되었다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업, 치매극복연구개발사업, 한국연구재단 일반연구지원사업, 광운대학교 교내연구비 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 ACS(American Chemical Society)에서 출판하는 Analytical Chemistry 저널(JCR Q1 랭킹, Impact Factor: 6.986)의 표지 논문으로 게재되었다. 또한 개발된 인공지능 바이오칩 제어 시스템에 대해 특허 출원도 완료되었다.
 

인공지능을 이용한 고정밀 바이오칩 제어 시스템 개념도

<인공지능을 이용한 고정밀 바이오칩 제어 시스템 개념도>

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