| 초록 |
1.분석자 서문 POCT(point-of-care testing) 디바이스는 필수적인 임상 진단을 장소에 구애받지 않고 제공하여 선진국과 개발도상국 모두에서 건강관리의 중요한 요구 사항들을 충족시킬 수 있다. POTC 기술의 진단 효용성과 임상 효과를 달성하기 위해서는 연구 단계에서 실제 사용에 이르기까지 효과적인 개발 과정이 중요하다. 그러나 현재의 연구 및 개발 파이프라인은 재료, 비용 및 제조 기술의 복잡성 등 여러 가지 단점이 있다. 최근에는 3D 인쇄 기술이 비용 대비 효율적이고, 용이하며, 신속한 제조를 가능하게 하는 혁신적인 기술로 떠오르고 있다. 이러한 3차원 인쇄 기술은 연구 단계에서 반복적인 디자인-제작-테스트 사이클을 촉진하고, POCT 어플리케이션에 사용되는 다양한 구성 요소들(미세유체 칩, 스마트폰 인터페이스 등)의 개발에도 사용되고 있다. 본 리뷰는, 3D 인쇄 기술을 활용하는 POCT 디바이스 개발에 중점을 두고, 분석 단계에서의 효용성을 강조할 것이다. 또한 디바이스 개발 파이프라인에서 3D 인쇄의 주요 이점에 대해 논의할 것이다. 2. 목차 1. 개요 2. POCT 연구개발에서 3D 프린팅 활용의 장점 2.1. 신속한 설계 검증 2.2. 장비의 비용효율성 2.3. 반복 프로토타입핑 기능 2.4. 3D 자유 형상 제작 2.5. 학계와 산업계 간의 격차 해소 3. 3D 인쇄로 가능해진 POCT 3.1. 샘플 전처리 (pre-treatment) 3.2. 유체 조작 (manipulation) 3.3. 분석물 검출, 모니터링, 분리 3.4. 신호검출과 판독 4. POCT에서 3D 인쇄의 전망과 기회 5. 결론 POCT는 현대 의료 생태계에 점진적으로 통합되는 글로벌 건강에 떠오르는 테마이다. 저렴한 비용으로 환자 중심의 자원 효율적인 방식으로 분산형 진단 도구를 제공함으로써 전염병 퇴치에서 암 환자의 병상 테스트까지, 개발도상국 및 선진국 모두에서 수많은 응용 분야가 생겨나고 있다. POCT 분야는 지난 10년 동안 많은 지원을 받아왔다. 대표적으로, US Global Health Initiative, the UK Department for International Development, the Bill Melinda Gates Foundation, the Program for Appropriate Technology in Health(PATH), the Foundation for Innovative New Diagnostics(FIND)를 들 수 있다. POCT 연구 및 개발의 근본적인 목적은 진단 위한 ASSURED(affordable, sensitive, specific, userfriendly, rapid, equipment-free and deliverable) 의료기기의 배치이다. 그러므로 POCT 플랫폼의 성공의 중요한 부분은 현장에서 일어나는 일에 달려 있으며, 연구 실험실에서 산업 결과물로의 전환이 중요한 팩터이다. 종래의 리소그래피 기술이 소비자 제품 레벨의 제조 방법과 양립할 수 없다는 점을 감안할 때, POCT 장치를 실제 사용으로 변환하는 것은 간단하면서 저렴한 비용으로 미세유체 시스템을 설계하고 생산할 수 있는 더 나은 방법을 찾는 데 달려 있다. 이 리포트에서는 바이오분석의 다양한 측면(샘플 전처리, 유체 조작, 분석물 감지, 모니터링 및 분리, 신호 판독 및 감지)에 따라 POCT 장치를 개발하는 데 3D 인쇄 기술을 활용한 최근의 연구들을 정리하였다. 미세유체 칩 제작 외에도 3D 인쇄는 물리적 하우징, 장치 인터페이스 및 스마트폰 카메라 및 오디오 잭 커플러를 제조하는 데 활용되었으며, 자동화 시스템 자체로도 활용할 수 있었다. 일반적으로 3D 프린팅은 산업 친화적인 소재를 사용하여POCT 학계와 업계 간의 재료적 통합을 가능하게 하였다. 또한 디바이스 개발 주기(디자인-제작-테스트 사이클)를 단축시키고 사이클의 반복을 쉽게 하여 학계의 POCT 연구를 촉진하게 되었다. 그러나 현재의 3D 인쇄 기술의 발전에도 불구하고 현재의 단계에서 의약품 및 글로벌 건강, 특히 처리량, 인쇄 해상도 및 재료 선택과 관련하여 많은 개선 여지가 남아 있다. 따라서 최종 사용자 POCT 플랫폼을 시장에 내놓기 위해 지속적인 3D 프린팅 성능의 개선이 요구된다. References 1. Chan HN, Tan MJA and Wu H. Point-of-care testing: applications of 3D printing. Lab on a Chip 2017; 17: 2713-2739. 2. Yamada K, Shibata H, Suzuki K, et al. Toward practical application of paper-based microfluidics for medical diagnostics: state-of-the-art and challenges. Lab on a Chip 2017; 17: 1206-1249. 3. Shallan AI, Smejkal P, Corban M, et al. Cost-effective three-dimensional printing of visibly transparent microchips within minutes. Analytical chemistry 2014; 86: 3124-3130. 4. Lee W, Kwon D, Choi W, et al. 3D-printed microfluidic device for the detection of pathogenic bacteria using size-based separation in helical channel with trapezoid cross-section. Scientific reports 2015; 5: 7717. 5. Liu C, Liao S-C, Song J, et al. A high-efficiency superhydrophobic plasma separator. Lab on a Chip 2016; 16: 553-560. 6. Rafeie M, Zhang J, Asadnia M, et al. Multiplexing slanted spiral microchannels for ultra-fast blood plasma separation. Lab on a Chip 2016; 16: 2791-2802. 7. Park C, Lee J, Kim Y, et al. 3D-printed microfluidic magnetic preconcentrator for the detection of bacterial pathogen using an ATP luminometer and antibody-conjugated magnetic nanoparticles. Journal of Microbiological Methods 2017; 132: 128-133. 8. Ganesh I, Tran BM, Kim Y, et al. An integrated microfluidic PCR system with immunomagnetic nanoparticles for the detection of bacterial pathogens. Biomedical Microdevices 2016; 18: 116. 9. Chan HN, Shu Y, Xiong B, et al. Simple, cost-effective 3D printed microfluidic components for disposable, point-of-care colorimetric analysis. ACS Sensors 2015; 1: 227-234. 10. Begolo S, Zhukov DV, Selck DA, et al. The pumping lid: investigating multi-material 3D printing for equipment-free, programmable generation of positive and negative pressures for microfluidic applications. Lab on a Chip 2014; 14: 4616-4628. ※ 이 자료의 분석은 인디애나 대학교의 류종은님께서 수고해주셨습니다. |
