공중 보건 위기는 더 이상 헐리우드 스릴러에나 나오는 일이 아니다. 에볼라, 인플루엔자, 탄저병과 같은 질병들은 세계 인구의 증가와 활발한 교류의 결과이다. 이러한 질병을 신속 정확하게 진단하는 검출 방법을 개발하는 것은 생명을 지키기 위한 해결책이다.

병원균 검출 프로그램을 설계하는 프랑스의 작은 신규 기업인 Elvesys는 환자를 빠르고 정확하게 진단하기 위해 NI 하드웨어와 소프트웨어를 사용한다.

전염병과 싸우기 위한 작은 기업의 커다란 도전

병원균을 효과적으로 검출하기 위해서는 신속성과 정확성이 중요하다. 이는 National Academy of Engineering(국립공학아카데미)가 21세기 공학 기술의 그랜드 챌린지로 의료 정보학의 발전을 꼽은 이유이기도 하다. 이 그랜드 챌린지의 주요한 목적은 전염병, 생화학 무기와 같은 공중 보건 위기상황에 대한 예방과 대처를 향상시키는 것이다.

새로운 생명 구조 기술이 기록을 깨다.

오늘날의 병원균 탐지 기술은 상당한 양의 시간과 비용, 실험 결과의 정확성을 높일 수 있는 뛰어난 연구 환경을 요구한다. 에볼라, 탄저병과 같이 생명을 위협하는 병원균(질병)의 발병을 예방하는 것은 시간 싸움이다.

이와 같은 이유로 Elvesys가 병원균을 한 방울의 혈액, 타액에서 세계에서 가장 빠르게 검출하는 Festgene를 개발했다. 의료종사자들은 Fastgene를 통해 에볼라균은 6분만에, 탄저병은 7분안에 검출할 수 있게 되었다. 이것은 현재 세계 최고의 기술보다 각각 7배, 14배의 빠른 수치이며 이를 통해 환자들의 치료 시간을 확보하고 다른 질병으로 이어질 수 있는 노출을 최소화할 수 있다.

기술

Festgene은 Elvesys의 마이크로 유체 기술을 기반으로 하며 마이크로 유체는 액체 샘플을 정밀하게 제어할 수 있는 초소형전자공학을 활용한다. 이는 혈액이나 타액 한 방울로 다양한 진단을 하여 하나의 통합된 “lab-on-a-chip”으로 이루어 질 수 있게 한다. 병원균 검출 기술인 Festgene lab-on-a-chip은 DNA의 특정 부분을 증식시켜 샘플 내의 사본 수를 늘려 병원균을 보다 쉽게 검출할 수 있다.

마이크로 유체 기술을 성공으로 이끄는 세 가지 주요 요소는 다음과 같다.: 그 세가지 요소는 마이크로 유체 관리 시스템, 형광 마커 검출·측정 시스템, 전체 프로그램을 제어하기 위한 소프트웨어 인터페이스이다. DNA를 증식한 후 샘플에 존재하는 병원균의 총량은 복제된 DNA 각각에서 형광 표시된 부분을 통해 측정된다. 빠른 DNA 증식 속도를 고려할 때, 형광 마커 검출은 정확하면서도 신속하다. 이를 성공시키기 위해 Elvesys는 Elveflow를 통해 NI USB-6003 저비용 다기능 DAQ 디바이스를 사용하는 사용자 맞춤형 판독기를 상용화했다. 복잡한 실험 절차를 축소하기 위해서는 100kHz의 획득 속도와 DNA의 작은 변화나 차이점을 감지해 정확하게 카운팅 할 수 있는 16비트 해상도의 소프트웨어 일체형 하드웨어를 필요로한다.

Elvesys는 개발 시간을 최소화하면서 LabVIEW 소프트웨어와 950개 이상의 내장 분석 기능을 사용하여 정밀도를 최적화했다. 또 Elvesys는 형광 판독기 자동화,DNA 검출,자료 분석 등 기능이 복잡하지만 사용을 간단하게 하기 위해 LabVIEW 사용자 인터페이스를 만들었다.

사례연구 : Elvesys LabVIEW와 NI Data Acquisition으로 개발 시간을 절약하다.

Elvesys는 20명이라는 적은 수의 팀원으로 2년만에 Fastgene 병원균 검출 플랫폼을 개발, 설계했으며 이를 Elveflow 브랜드를 통해 시장에 내놓았다. Elveflow는 현재 미세 유체 공학 기구 부분에서 세계적인 리더이다. 높은 수준의 개발 환경에서 프로그램화된 맞춤형 DAQ 하드웨어를 갖춘 것이 외부의 투자 없이 급속도로 발전한 신규 기업 성공의 필수적 요소였다.

NI로 가능성을 발견하라

NI는 엔지니어와 과학자에게 생산성,혁신을 가속화하는 시스템을 제공한다. 우리는 모듈화된 하드웨어를 최적화하고 업무 역량을 향상시키는 활기찬 생태계를 위해 특별히 설계된 오픈 소프트웨어 중심 플랫폼을 제공함으로써 지속적으로 영역을 넓히고 엔지니어링에 대한 접근을 강화하고 있다.

<“우리는 높은 정확성과 정밀성, 빠른 속도를 중요시 합니다. 초기 단계에 NI 하드웨어를 좋은 가격에 이용하게 되어 감사합니다. 우리는 NI 하드웨어로 개발 비용을 많이 줄일 수 있었습니다.” Dr. Mael Le Berre, CTO and Cofounder, Elvesys>

<“나는 내가 개발한 시스템이 10년 후 수백만의 생명을 살릴 수 있다는 것이 자랑스럽다.” Dr.Guilhen Velve Casquillas, CEO and Cofounder, Elvesys>

번역 : 이서진 연구원

편집 : 김수진 선임연구원