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자동차 냉각수로 영하 75도 화이자 백신 콜드체인 지킨다

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자동차 냉각수로 영하 75도 화이자 백신 콜드체인 지킨다

2021.04.12 12:00
한국화학연구원 제공
한국화학연구원 바이오화학연구센터 연구진이 극저온 온도변화 감지장치가 부착된 백신 모의 샘플을 들고 있다. 왼쪽부터 황성연, 박제영, 탄-하오(박사과정), 오동엽 연구원이다. ‘한국화학연구원 제공

국내 연구진이 영하 75~78도의 극저온 상태를 유지해야 하는 미국 화이자의 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 메신저리보핵산(mRNA) 백신이 적정 온도로 보관, 운송됐는지 눈으로 쉽게 확인할 수 있는 온도변화 감지장치를 개발했다. 이런 기술이 개발된 건 세계에서 처음이다. 


한국화학연구원 연구진은 에틸렌글리콜의 녹는점이 영하 69도라는 사실에 착안해 영하 69도 이하에서는 에틸렌글리콜이 고체 상태를 유지하지만, 그 이상에서는 녹는다는 화학적 특징을 이용했다. 에틸렌글리콜은 알코올이 포함된 화합물로 자동차 엔진의 과열을 막아주는 냉각수로 쓰이는 화합물이다. 


연구진은 에틸렌글리콜에 물을 섞어 작은 시험관에 담았다. 무색인 에틸렌글리콜의 상태를 눈으로 확인할 수 있도록 푸른색 색소를 넣어 청색을 띠게 했다. 그리고 그 밑에 흡착제 역할을 할 하얀 펄프 가루를 넣었다. 온도가 영하 69도보다 높아지면 에틸렌글리콜이 고체에서 액체로 변하면서 펄프 가루에 스며들고, 이에 따라 펄프 가루도 푸른색으로 변한다. 


실험 결과 실온(20도)에 1분간 방치했을 때는 펄프 가루의 색이 변하지 않았지만, 2분이 지나자 서서히 에틸렌글리콜이 녹으면서 펄프 가루 일부가 푸른색으로 바뀌기 시작했고, 10분이 지나자 펄프 가루의 상당 부분이 푸른색으로 바뀌면서 온도가 변한 사실이 눈으로 바로 확인됐다. 

 

시간변화에 따른 온도변화 감지 영상. 한국화학연구원 연구진 제공

영하 20도에서 보관해야 하는 미국 모더나의 코로나19 mRNA 백신에는 에틸렌글리콜 대신 설탕 성분인 수크로스(d-sucrose)를 사용하면 된다. 


박제영 한국화학연구원 바이오화학연구센터 선임연구원은 “에틸렌글리콜이나 수크로스를 물과 섞는 비율에 따라 녹기 시작하는 시점을 조정할 수 있다”며 “에틸렌글리콜 40%, 물 60% 비율로 섞으면 백신의 성능에 영향을 주지 않을 수준의 짧은 시간 동안 상온에 노출되는 것만으로는 색이 변하지 않는다”고 설명했다. 


연구진은 지난해 10월 인플루엔자(독감) 백신 일부가 유통 과정에서 적정 온도를 벗어나 폐기됐다는 뉴스를 접한 뒤 독감 백신보다 훨씬 낮은 온도에서 운송해야 하는 코로나19 백신의 초저온 유통에 도움이 될 아이디어를 구상했다. 코로나19의 유행 상황이 심각한 만큼 아이디어를 떠올리자마자 실험 진행부터 논문 투고까지 한 달여 만에 초고속으로 진행했다. 


박 선임연구원은 “펄프 가루의 색이 한번 바뀌고 나면 다시 극저온 상태가 돼도 원래 상태로 돌아가지 않아 조작이 불가능하다”며 “논문에서는 백신 바이알(약병)에 붙여서 실험했지만, 실제 상용화된다면 백신 박스에 부착하는 형태도 가능할 것”이라고 말했다. 


이 연구에는 박 선임연구원을 포함해 오동엽 선임연구원, 황성연 바이오화학소재연구단장이 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 국제학술지 ‘ACS 오메가’ 3월호 표지논문으로 실렸다. 

 

한국화학연구원 제공
실온(20도)에서 1분간 노출하면 온도 변화가 나타나지 않지만, 2분 뒤부터는 확산이 시작돼 10분이 지나면 눈으로 뚜렷하게 식별될 만큼 펄프 가루의 색이 푸르게 바뀐다. 한국화학연구원 제공

 

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