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스위스 연구진, 식품 및 약물 안전성을 추적하는 초소형 온도 바이오센서 개발


▲ 사진 출처 : 셔터스톡

스위스의 취리히의 연구진이 내장된 물체의 온도를 측정할 수 있는 매우 작은 생분해성 센서를 개발했다. 이 기술의 주요 목표는 식품의 온도 범위를 모니터링하는 것이다.

생분해성 온도 센서

스위스취리히연방공과대학의 전자 연구소 소속 조반니 살바토레 박사가 이끈 이번 연구에서 연구진은 온도를 측정하도록 설계된 생분해성 마이크로센서를 개발했다. 해당 마이크로센서는 마그네슘, 이산화규소 및 질화물로 이루어진 초극세 전기 필라멘트로 만들어졌으며 퇴비로 분해될 수 있는 폴리머 안에 들어있다. 이 폴리머는 감자와 옥수수 전분으로 만들어졌다. 식품의 안전성을 위해 이 생분해성 마이크로센서는 인간의 식이에서 중요한 부분을 차지하는 마그네슘을 포함하고 물에 용해되는 이산화규소와 질화물을 사용한 것이다. 폴리모는 유럽 및 미국의 식품법에 부합한다.

마이크로센서의 두께는 16 마이크로미터로 인간의 머리카락 두께(약 100 마이크로미터)보다 훨씬 얇다. 무게는 몇 분의 1 밀리그램이다. 마이크로센서에 전력을 공급하기 위해 연구진은 엄청나게 얇은 생분해성 아연 케이블을 외부 마이크로배터리에 연결했다. 이 배터리는 비생분해성 칩에 연결되는데, 해당 칩에는 마이크로프로세서, 컴퓨터와 블루투스로 연결되는 트랜스미터, 10~20미터 거리에서 모니터링이 가능한 마이크로센서 등이 들어있다.

연구진은 마이크로센서의 미래에 대해 긍정적이며, 살바토레는 앞으로 5~10년 안에 마이크로센서가 일상 생활의 일부가 될 것이라고 예측했다. 또한 마이크로 센서는 다양한 약물과 의료 기기의 온도를 모니터링하는 데에도 사용된다.

"예를 들어 일본에서 수출하는 생선에는 유럽으로 운송하는 과정에서 작은 온도 센서가 부착돼 온도가 충분히 낮은지 계속 모니터링할 수 있다. 바이오센서의 가격이 충분히 떨어지면 사실상 어떤 분야에서든 사용할 수 있다"고 살바토레는 말했다.

식품 안전을 위한 고온 및 저온

생분해성 마이크로센서를 사용하여 식품 온도를 모니터링하면 식품 안전을 유지하면서 식품이 상하지 않도록 만들 수 있다. 식품을 상온에서 너무 오래 방치하면 박테리아가 생기며 대장균 및 살모넬라균이 위험 수준으로 증가한다. 박테리아 위험 범위는 섭씨 4.4~60도이며, 박테리아는 불과 20분 만에 2배 이상 빠르게 증가한다.

다음은 가정과 식품 사업에서 식품을 안전하게 유지할 수 있는 방법이다.

1. 냉장실에서 꺼낸 음식을 2시간 이상 상온에 방치해선 안 된다. 실내 온도가 섭씨 32도를 초과하는 경우 음식을 1시간 이상 방치하지 말아야 한다.

2. 뜨거운 음식은 섭씨 60도 이상에서 뜨겁게 보관해야 하며 차가운 음식은 4.4도 이하의 온도에서 얼음이나 냉장실에 담아 보관해야 한다.

3. 음식을 빠르게 식히기 위해서는 작은 용기에 담아야 하며 2시간 이내에 섭씨 4.4도 이하로 냉장 보관해야 한다. 조리된 음식을 적절히 식히지 않으면 음식이 금방 상하게 된다.

4. 음식을 다시 데울 때는 섭씨 73도 이상에서 데워야 한다.

5. 통칠면조와 같은 큰 음식을 해동과정 없이 바로 구워서는 안 된다. 음식의 내부가 적정 온도까지 뜨거워지지 않기 때문이다.

온도에 민감한 약물

인슐린을 포함한 일부 약물은 온도에 민감하며 권장 온도 범위를 벗어난 약물은 심각한 부작용을 일으킬 수 있다. 예를 들어 로라제팜은 섭씨 36도 이상에서 보관하면 효능의 약 75%를 잃고 디아제팜은 약 25%의 효능을 잃는다. 에피네프린을 열과 추위에 반복적으로 노출 시키면 효과가 64% 감소하고 인슐린은 섭씨 15도 이하의 온도에서 얼거나 섭씨 30도 이상의 온도에서 분해될 수 있다.

이렇게 온도에 민감한 약물이 제대로 보관되지 않은 상태에서 환자에게 주입하면, 약물의 효과가 전혀 없거나 심할 경우 환자가 사망할 수도 있다.

온도에 민감한 의료 기기

미국 식품의약국(FDA)에 따르면 냉장고, 냉동고 및 실험실 시약과 같은 온도에 민감한 의료 기기가 있다. 이런 기기를 다루는 지침은 다음과 같다.

1. 전원이 꺼지면 냉장고나 냉동고를 열지 말라. 대부분은 문이 닫혀있을 경우 전원이 꺼져도 하루 정도는 기온을 유지한다.

2. 절전 중에 냉장고나 냉동고에서 꺼낸 제품은 사용하기 전까지 필요한 온도로 얼음이나 드라이 아이스에 보관해야 한다.

3. 전원이 복구되면 냉장고 또는 냉동실의 온도를 측정하고 온도가 안전 저장 온도를 초과했다면 내부에 있는 제품을 폐기해야 한다. 확실하지 않으면 품질 관리 검사를 실행하거나 제품 제조업체에 문의해야 한다.

4. 대부분의 실험실 시약은 온도에 민감하므로 냉동이 필요하다. 일부는 냉동고에 보관해야 한다. 시약을 냉동 보관하지 않고 몇 시간 만에 열화 시키면 효능을 확인하기위한 관리 솔루션을 실행해야 한다.

5. 혈액 투석기에서 사용된 투석막 중 재사용하지 않은 것은 즉시 냉장보관 해야 한다. 재처리하지 않을 것이라면 폐기해야 한다.

6. 안정성과 효과를 보장하기 위해 살균제와 소독제를 섭씨 30도 이하로 보관해야 한다.

7. 피부 대용물 및 화상 치료 제품에는 특정한 보관 시간과 온도 요구 사항이 있으며 부적절하게 보관된 품목은 절대로 사용해서는 안 된다.

8. 장기 이식을 위한 장기 이동 및 보관을 위해 철저한 냉장이 필요하다. 장기를 보관하는 용기 제조업체의 지침을 따라야 하며 온도가 안전 수준 이상으로 상승했다면 장기를 폐기해야 한다.

9. 치과 용품은 일반적으로 통제된 실내 온도에서 보관하면 되지만 섭씨 27도 이상인 온도가 지속된다면 재료의 유통기한이 단축된다.

10. 간헐적 정맥 접근장치(헤파린락 플러시)는 섭씨 20~25도의 온도에서 보존돼야 한다.


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