1970년대 AMS(accelerator mass spectrometry, 가속기 질량분석기)가 방사성 동위원소를 이용한 연대측정용으로 상용화된 이후 현재까지 많은 발전을 이룩해왔다. 정밀도(precision)가 0.1~0.3%, 측정한계(background)는 2.5 x 10-15 ~ 1 x 10-16 으로 탄소 1mg(1ul)의 매우 적은 시료량으로도 연대측정이 가능하게 되었다. 방사성탄소를 측정하는 경우에는 2004년 들어서면서 250 KV의 소형 가속장비가 스웨던 Lund대학에 설치되면서 별도의 SF6 절연용 고압용기 구성이 필요 없고 핵물리학자의 도움이 없이도 상대적으로 적은 비용으로 AMS를 구축하여 운영 할 수 있게 되었다. 응용분야에 따라 차이가 있으나 AMS용 ...
1970년대 AMS(accelerator mass spectrometry, 가속기 질량분석기)가 방사성 동위원소를 이용한 연대측정용으로 상용화된 이후 현재까지 많은 발전을 이룩해왔다. 정밀도(precision)가 0.1~0.3%, 측정한계(background)는 2.5 x 10-15 ~ 1 x 10-16 으로 탄소 1mg(1ul)의 매우 적은 시료량으로도 연대측정이 가능하게 되었다. 방사성탄소를 측정하는 경우에는 2004년 들어서면서 250 KV의 소형 가속장비가 스웨던 Lund대학에 설치되면서 별도의 SF6 절연용 고압용기 구성이 필요 없고 핵물리학자의 도움이 없이도 상대적으로 적은 비용으로 AMS를 구축하여 운영 할 수 있게 되었다. 응용분야에 따라 차이가 있으나 AMS용 전처리 과정도 점점 프로토콜이 일반화되고 있고 특히, 시료를 연소한 후 발생한 이산화탄소의 포집, 철(Fe)의 정제 및 환원(reduction, 혹은 흑연화)과정이 12~24개 라인까지 동시에, 전자동화로 진행되어 1mg의 흑연(graphite)을 기준으로 한 오염 양이 1 x 10-15 mg이하로 구현할 수 있고 생산성도 높일 수 있게 되었다. AMS 측정 데이터의 일반화(normalization) 및 보정(calibration)의 방법 역시 더 많은 사람들이 공유하고 교류하면서 일반적으로 사용할 수 있는 일반화의 계산식과 보정 곡선들이 속속 구축되고 더 정립되어 가고 있다. 응용분야도 처음 AMS를 개발했을 때는 생각하지 못했던 다양한 분야로 까지 확대되어 왔다. 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주 원인인 화석연료(석탄, 석유)의 사용을 줄이면서 새로운 에너지를 만드는데 훌륭한 모니터링의 장비로서도 AMS가 활용되고 있다. 바이오 메디컬 및 약물동태학 분야에서 환자의 안정성을 확보하면서 R&D 비용과 시간을 줄일 수 있는 방법론이 AMS를 통해서 효과적으로 이루어질 수 있는 마이크로 도우즈(microdose) 및 마이크로 트레이싱(microtracing)이 주목을 많이 끌고 있다. 본 논문에서는 연대측정, 환경문제, 바이오 플라스틱 및 신약개발 등에 있어서 추적자로 사용되는 방사성 동위원소 분석을 위한 AMS 장비에 대한 기술분석과 최근 주목을 받고 있는 바이오 관련 응용분야 즉, 약물동태학에서의 효용성을 AMS를 이용한 실험을 통해서 살펴보았다. 생체이용율(bioavailability)와 매스발란스(mass balance)에서 필요한 것으로서 혈액 내 투약된 약물이 시간이 지남에 따라 달라지는 질량변화의 추이를 실험을 통해서 살펴보았다. 실험용 쥐에 방사성 탄소(14C)가 라벨링(labelling)되어 있는 간질약물인 페니실린을 25mL 투약하여 시간에 따라 혈장 내 남아있는 정도를 추적하였다. 과거 액체섬광 계수법에서는 분석이 불가능했던 적은 양 즉, 탄소 1mg을 투약한 결과 분석을 AMS로 진행할 수 있게 된 것이다. 비록 실험용 쥐에 방사성 탄소의 오염도가 높은 혈액이 채취되어 AMS 데이터를 해석하는데 한계가 있었으나 약물동태학의 중요 방법론인 마이크로 도우즈 및 마이크로 트레이싱에 대하여 AMS 전처리 및 실제 측정을 경험할 수 있었다. 또, 바이오 플라스틱에서 바이오 탄소의 함량을 분석하였다. 그동안 바이오 플라스틱은 투과율이 떨어져 광학용으로는 적용하기 어려웠으나 최근 일본의 M사에서 개발한 광학용 바이오 플라스틱 재료를 사용한 제품이 출시되어 급하게 일본에서 구하여 AMS로 실제 바이오 탄소 함량을 측정하였다. 입수한 광학용 바이오 플라스틱 제품은 휴대폰의 앞면 글래스 덮개용으로 측정결과, 바이오 탄소 함량이 0.93%로 나왔다. 이는 대기중의 12C와 같은 안정탄소대비 방사성 탄소(14C)함량인 10-12 것에 비하면 높았다. 하지만 함께 AMS로 측정한 시료 중 광학용으로 사용되지 않았던, 휴대폰 바닥 커버용인 바이오 플라스틱 제품의 37.24% 보다는 낮았다. 광학용으로 사용된 바이오 플라스틱 제품 한쪽 면 전체에 접착제가 도포되어 있었던 것이 바이오 탄소 함량에 어느 정도 영향이 있었는지에 대한 것은 향후 과제로 남게 되었다. 또, 광학용으로 바이오 플라스틱이 본격 출시되어 친환경 제품으로서 새로운 트렌드로 될지 주목된다. 요컨대, 탄소 1mg(ul)이 포함된 극미량의 시료를 기존 측정방식이었던 액체섬광계수 방법보다 103~106 배 더 민감도(sensitivity) 높게 측정이 가능한 AMS는 연대측정, 지구환경 분야 뿐만 아니라 신약 개발, 환자 맞춤형 치료, 새로운 바이오 플라스틱 물질 개발, 신재생 에너지 등에 있어서 유용한 분석 장비가 될 것으로 기대한다.
1970년대 AMS(accelerator mass spectrometry, 가속기 질량분석기)가 방사성 동위원소를 이용한 연대측정용으로 상용화된 이후 현재까지 많은 발전을 이룩해왔다. 정밀도(precision)가 0.1~0.3%, 측정한계(background)는 2.5 x 10-15 ~ 1 x 10-16 으로 탄소 1mg(1ul)의 매우 적은 시료량으로도 연대측정이 가능하게 되었다. 방사성탄소를 측정하는 경우에는 2004년 들어서면서 250 KV의 소형 가속장비가 스웨던 Lund대학에 설치되면서 별도의 SF6 절연용 고압용기 구성이 필요 없고 핵물리학자의 도움이 없이도 상대적으로 적은 비용으로 AMS를 구축하여 운영 할 수 있게 되었다. 응용분야에 따라 차이가 있으나 AMS용 전처리 과정도 점점 프로토콜이 일반화되고 있고 특히, 시료를 연소한 후 발생한 이산화탄소의 포집, 철(Fe)의 정제 및 환원(reduction, 혹은 흑연화)과정이 12~24개 라인까지 동시에, 전자동화로 진행되어 1mg의 흑연(graphite)을 기준으로 한 오염 양이 1 x 10-15 mg이하로 구현할 수 있고 생산성도 높일 수 있게 되었다. AMS 측정 데이터의 일반화(normalization) 및 보정(calibration)의 방법 역시 더 많은 사람들이 공유하고 교류하면서 일반적으로 사용할 수 있는 일반화의 계산식과 보정 곡선들이 속속 구축되고 더 정립되어 가고 있다. 응용분야도 처음 AMS를 개발했을 때는 생각하지 못했던 다양한 분야로 까지 확대되어 왔다. 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주 원인인 화석연료(석탄, 석유)의 사용을 줄이면서 새로운 에너지를 만드는데 훌륭한 모니터링의 장비로서도 AMS가 활용되고 있다. 바이오 메디컬 및 약물동태학 분야에서 환자의 안정성을 확보하면서 R&D 비용과 시간을 줄일 수 있는 방법론이 AMS를 통해서 효과적으로 이루어질 수 있는 마이크로 도우즈(microdose) 및 마이크로 트레이싱(microtracing)이 주목을 많이 끌고 있다. 본 논문에서는 연대측정, 환경문제, 바이오 플라스틱 및 신약개발 등에 있어서 추적자로 사용되는 방사성 동위원소 분석을 위한 AMS 장비에 대한 기술분석과 최근 주목을 받고 있는 바이오 관련 응용분야 즉, 약물동태학에서의 효용성을 AMS를 이용한 실험을 통해서 살펴보았다. 생체이용율(bioavailability)와 매스발란스(mass balance)에서 필요한 것으로서 혈액 내 투약된 약물이 시간이 지남에 따라 달라지는 질량변화의 추이를 실험을 통해서 살펴보았다. 실험용 쥐에 방사성 탄소(14C)가 라벨링(labelling)되어 있는 간질약물인 페니실린을 25mL 투약하여 시간에 따라 혈장 내 남아있는 정도를 추적하였다. 과거 액체섬광 계수법에서는 분석이 불가능했던 적은 양 즉, 탄소 1mg을 투약한 결과 분석을 AMS로 진행할 수 있게 된 것이다. 비록 실험용 쥐에 방사성 탄소의 오염도가 높은 혈액이 채취되어 AMS 데이터를 해석하는데 한계가 있었으나 약물동태학의 중요 방법론인 마이크로 도우즈 및 마이크로 트레이싱에 대하여 AMS 전처리 및 실제 측정을 경험할 수 있었다. 또, 바이오 플라스틱에서 바이오 탄소의 함량을 분석하였다. 그동안 바이오 플라스틱은 투과율이 떨어져 광학용으로는 적용하기 어려웠으나 최근 일본의 M사에서 개발한 광학용 바이오 플라스틱 재료를 사용한 제품이 출시되어 급하게 일본에서 구하여 AMS로 실제 바이오 탄소 함량을 측정하였다. 입수한 광학용 바이오 플라스틱 제품은 휴대폰의 앞면 글래스 덮개용으로 측정결과, 바이오 탄소 함량이 0.93%로 나왔다. 이는 대기중의 12C와 같은 안정탄소대비 방사성 탄소(14C)함량인 10-12 것에 비하면 높았다. 하지만 함께 AMS로 측정한 시료 중 광학용으로 사용되지 않았던, 휴대폰 바닥 커버용인 바이오 플라스틱 제품의 37.24% 보다는 낮았다. 광학용으로 사용된 바이오 플라스틱 제품 한쪽 면 전체에 접착제가 도포되어 있었던 것이 바이오 탄소 함량에 어느 정도 영향이 있었는지에 대한 것은 향후 과제로 남게 되었다. 또, 광학용으로 바이오 플라스틱이 본격 출시되어 친환경 제품으로서 새로운 트렌드로 될지 주목된다. 요컨대, 탄소 1mg(ul)이 포함된 극미량의 시료를 기존 측정방식이었던 액체섬광계수 방법보다 103~106 배 더 민감도(sensitivity) 높게 측정이 가능한 AMS는 연대측정, 지구환경 분야 뿐만 아니라 신약 개발, 환자 맞춤형 치료, 새로운 바이오 플라스틱 물질 개발, 신재생 에너지 등에 있어서 유용한 분석 장비가 될 것으로 기대한다.
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