KRICT 한국화학연구원

KRICT 온새미로

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코로나19 백신 극저온 보관·유통
눈으로 확인 가능한 온도변화 감지장치 개발

정밀바이오화학연구본부 박제영 박사팀

바이오화학연구센터 (좌로부터) 황성연, 박제영, 탄-하오 (박사과정), 오동엽 박사가 ‘극저온 온도변화 감지장치’가 부착된 백신 모 샘플을 들고 있다.

코로나19 백신이 저온에서 안전하게 보관·유통되었는지 눈으로 바로 확인할 수 있는 온도변화 감지장치가 개발됐다. 현재 코로나19 확산 방지를 위해 유통되고 있는 백신은 아스트라제네카, 화이자, 모더나, 얀센 백신이다. 아스트라제네카는 영상 온도에서 보관·유통할 수 있지만, 화이자 백신은 영하 70도 정도의 극저온에서, 모더나 백신은 영하 20도의 저온에서 보관해야 한다.
 

지금까지는 백신이 영하의 저온에서 보관·유통되었는지 직관적으로 확인할 수 있는 방법이 없었다. 극저온상태에서 보관해야 하는 mRNA 백신이 상용화된 사례가 전 세계적으로 없어서 관련 연구가 이루어지지 않았기 때문이다. 기존 백신은 약하거나 비활성화된 병원균을 이용하지만, mRNA 백신은 면역 반응을 유도하는 단백질 또는 단백질 조각 생성 방법을 세포에 가르치는 원리로 작용한다.
 

화학연 박제영, 오동엽, 황성연 박사팀은 백신병 옆에 특정 화합물을 담은 용기를 붙여 백신의 보관 온도 상태를 확인할 수 있는 간단한 장치를 개발했다. 연구팀이 활용한 물질은 에틸렌글리콜과 물을 섞은 물질이다. 이 물질은 자동차 엔진의 과열을 막아주는 냉각수로도 많이 쓰인다. 녹는점이 영하 69도로, 영하 69도 이하에서는 고체 상태를 유지하지만 그 이상의 온도에서는 녹기 시작한다. 연구팀은 이 물질의 상태를 눈으로 확인할 수 있도록 색소를 넣고, 색소가 번지는 걸 볼 수 있는 하얀 펄프 가루를 그 밑에 흡착제로 넣었다. 즉, 물질이 영하 69도 이상의 온도에 노출돼 고체에서 액체로 변하면 액체가 화합물 밑의 펄프 가루에 스며들면서 사인펜 색이 젖은 종이에 번지듯 색깔이 번지기 시작한다.
 

영하 70도 정도의 극저온에서 보관해야 하는 화이자백신에 적용하면 영하 60도 이상 노출시 5분 이내에 색이 번지고, 상온(영상 20도)에 노출되면 2분 이내에 변화를 감지할 수 있다. 권장온도보다 높은 온도에 노출된 시간이 길어질수록 색이 더 많이 번져 손쉽게 노출 정도를 알 수 있다. 에틸렌글리콜 대신 다른 화합물 ‘수크로오스(d-sucrose)’와 물을 섞으면 영하 20도에서 보관해야 하는 모더나 백신에 적용할 수 있다. 

연구팀은, 유통이나 사용 과정에서 불가피하게 상온에 짧게 노출될 때는 색이 번지지 않도록 화합물의 비율을 설정했다. 권장온도 이상에서 2분 이상 노출되었을 때만 색이 번지도록 한 것이다. 에틸렌글리콜을 40%, 물을 60%의 비율로 섞으면 온도가 영하 69도보다 올라가도 고체가 바로 액체로 변하지 않고 고체와 액체가 섞여 있는 상태가 일정기간 지속되기 때문에 짧은 시간의 온도 변화로는 색이 번지지 않는다. 국내외에서 최근 발생한 코로나 백신의 초저온 유통사고 소식은 백신 유통에 대한 불안감을 조성할 수 있다. 이 장치는 상온에 노출된 후 다시 극저온에 두어도 원래 상태로 돌아가지 않기 때문에 원천적으로 조작이 불가능하다.

이번 연구성과는 미국화학회 학술지인 ‘ACS Omega’에 ‘Tamper-Proof Time–Temperature Indicator for Inspecting Ultracold Supply Chain’ 제목으로 온라인에 사전 게재되었고, 3월 호 표지논문으로 채택되었다. 본 논문은 오픈억세스(open access) 논문으로 출판해 누구나 열람할 수 있다. 연구팀은 원천특허를 확보한 상태이며 향후 상용화를 위한 후속 연구를 지속할 계획이다.

연구책임자 박제영 박사는 “본 연구성과를 통해 백신이 안전한 온도에서 보관되었는지 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 아직 상용화되기 위해서는 온도 조절 등 해결해야 할 문제가 있지만, 해당 아이디어가 빠르게 적용될 수 있도록 백신 취급 및 운송 기업과 긴밀하게 협력하겠다. 본 기술이 한국에서 먼저 도입되어 K-방역의 주도권을 확보한 후, 해외로 확대되기를 바란다.”고 말했다