사람들이 건강 관련 우려에 점점 더 많은 관심을 기울이면서 체외진단(IVD) 분야가 빠르게 발전하고 있습니다. 특히 COVID-19의 출현으로 IVD 시장 확장이 가속화되었습니다. 현재 RT-qPCR은 IVD 진단 시약 제품 개발에 널리 사용되고 있지만 RT-qPCR 액체 진단 시약은 운송 비용이 높고 성능이 불안정하며 유통 기한이 짧습니다. 건조 시약은 RT-qPCR 액체 진단 시약의 단점을 완벽하게 우회할 수 있습니다. 그렇다면 건조 시약은 어떻게 만들어야 할까요? 생산 방법은 어떻게 선택해야 할까요?

1. 건조시약이란 무엇인가?

2. 공기 건조란 무엇입니까?

3. 동결건조란 무엇입니까?

4. 동결건조와 공기건조의 차이점은 무엇입니까?

5. 관련 제품 및 성과

1. 건조시약이란 무엇인가?

건조 시약은 샘플을 건조하고 탈수한 후 얻은 시약입니다. 건조 시약은 실온에서 배송될 수 있으며 콜드 체인 운송이 필요하지 않습니다. 시약의 성능과 유통기한에 영향을 미치는 시약의 반복적인 동결 및 해동을 피할 수 있으며 운송 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 사람들이 사용하기 쉬울 뿐만 아니라 운영자의 요구 사항도 줄어듭니다. 분자 진단 산업은 주로 실온에서 운송 및 보관할 수 있기 때문에 건조 시약에 관심이 있습니다. 현재 널리 사용되는 건조 기술은 동결 건조와 공기 건조의 두 가지가 있습니다. 공기 건조 기술은 비용이 적게 들고 동결 건조 기술이 가장 인기가 있으며 둘 다 장점이 있습니다. 건조 시약의 생산 방법에는 공기 건조와 동결 건조의 두 가지가 있습니다. 무엇이며 어떻게 선택해야 합니까?

2. 공기 건조란 무엇입니까?

공기 건조는 건조 시약을 준비하는 데 사용할 수 있는 건조 기술입니다. 공기 건조는 자연 공기 건조, 열풍 건조, 모조 자연 공기 건조의 세 가지 공정으로 나뉩니다. 산업 생산 공정에서 제품 품질과 생산량의 안정성을 보장하기 위해 시약은 종종 열풍 건조로 건조됩니다. IVD 진단 시약의 경우 일반적으로 블로워 또는 진공 기능이 있는 정밀 오븐을 사용하여 실온보다 높은 온도에서 액체를 건조합니다(50°C에서 80분 동안 건조). 액체는 점성이 있는 건조 물질로 공기 건조됩니다. 구체적인 공정은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1. 열풍 건조

액체 분자 시약을 건조하는 핵심은 건조 후 효소가 빠르게 수화될 수 있도록 하는 것뿐만 아니라 건조된 시약의 안정성, 민감도 및 특이성이 영향을 받지 않도록 하는 것입니다. 공기 건조는 정밀 오븐만 필요합니다. 동결 건조와 비교할 때 장비가 저렴하고 에너지 소비가 낮기 때문에 시약 비용이 낮습니다. 또한 공기 건조 공정이 간단하고 건조 시간이 짧습니다(2시간 이내). 공기 건조에는 장단점이 있습니다. 공기 건조 공정 동안 효소를 포함한 다양한 성분이 물의 증발과 함께 손실됩니다. 그뿐만 아니라 반응 용액과 그 성분도 50°C의 고온으로 인해 손상됩니다. 일부 성분은 산화되기 쉽기 때문에 공기 건조 시약의 유통 기한이 짧아집니다. 또한 공기 건조 시약은 점도가 강하고 벽에 걸기 쉽고 재수화 능력이 좋지 않습니다. 동결건조는 공기 건조의 단점을 보완할 수 있다.

3. 동결건조란 무엇입니까?

공기 건조와 달리 동결 건조는 특수 건조 기술로, 기본 원리는 물의 3상 변화에 기초합니다. 물의 3상은 고체, 액체, 기체이며, 3상은 공존하여 서로를 변형할 수 있습니다. 압력이 610.75 Pa보다 크면 온도가 상승함에 따라 얼음이 물로 녹고 물이 증발하여 증기가 됩니다. 압력이 610.75 Pa보다 작으면 얼음은 가열하여 직접 수증기로 승화됩니다. 구체적으로 그림 2와 같습니다. 동결 건조는 물의 상 전이 원리를 사용합니다. 먼저 액체 시약을 -30℃~-40℃로 동결시켜 재료의 대부분 수분이 얼음으로 동결됩니다. 얼음은 더 높은 진공에서 수증기로 승화되어 저온 열원을 제공합니다. 수증기는 진공 시스템의 응축기에 의해 응축되어 다른 재료가 얼음에 남아 건조된 제품을 얻습니다.

그림 2. 물의 상도

그렇다면 동결건조 시약의 주요 형태는 무엇일까요? IVD 동결건조 시약은 주로 페니실린 병 동결건조, 현장 동결건조, 동결건조 미세구의 세 가지 형태로 나뉩니다. 세 가지 동결건조 제형은 그림 3에 나와 있습니다. 다른 형태에는 장단점이 있습니다. 페니실린 병 동결건조는 가장 산업화된 형태입니다. 완전 자동 생산 라인이 있을 뿐만 아니라 완전한 검증 및 위험 관리 프로세스가 있습니다. 이 프로세스는 가장 간단하고 가장 성숙합니다. 단점은 페니실린 병의 비용이 높고 충전량이 너무 적어서는 안 된다는 것입니다. 그러나 각 IVD 시약의 양은 매우 적어 여러 번 제공하거나 한 번에 여러 번 사용해야 합니다. 사용하지 않으면 별도로 보관해야 하며 편의성이 부족합니다.

In-situ Lyophilization은 시약의 모든 구성 요소가 키트에서 직접 동결 건조되어 사용하기 편리하다는 것을 의미합니다. 그러나 동결 건조기에서 냉열의 분포가 편향되어 있으며 키트의 배치도 다르기 때문에 배치의 일관성을 제어하기 어렵습니다. 또한 in-situ 동결 건조기의 활용률이 매우 낮아 상각 비용이 높습니다. 대량의 in-situ 동결 건조를 수행하면 동결 건조 분말이 교차 오염됩니다.

그림 3. 동결건조 시약의 형태

동결건조 마이크로스피어는 정확한 정량화, 1인용, 1회 제공을 달성할 수 있으며, 제품은 사용하기가 더 편리합니다. 또한 특수 공정을 통해 처리하여 수분 흡수를 방지하고, 실온 보관을 달성하며, 동시에 여러 가지 고통스러운 점을 해결할 수 있습니다. 단점은 동결건조 마이크로스피어 기술의 개발이 어렵고 공정 제어에 대한 요구 사항이 높다는 것입니다. 동결건조 시약은 적용 장면에 따라 최상의 형태를 선택해야 합니다. 동결건조 마이크로스피어는 고유한 장점이 있으며 다양한 적용 장면에 적합하여 시장에서 더 유망합니다.

4. 동결건조와 공기건조의 차이점은 무엇입니까?

동결건조의 독특한 공정은 고유한 장점을 결정합니다. 공기 건조와 비교했을 때 동결건조는 여러 면에서 공기 건조보다 우수합니다. 동결건조의 장점은 다음과 같습니다.

동결건조는 저온에서 수행되므로 효소가 변성되거나 생물학적 활성을 잃지 않으며 생물학적 활성이 완료됩니다. 건조는 동결 상태에서 수행되므로 건조 시약의 양은 거의 변하지 않으며 수축 없이 원래 구조가 유지됩니다. 저온에서 건조할 때 건조 시약의 일부 휘발성 성분의 손실이 매우 적어 시약 건조에 적합합니다. 건조 중에 재료 표면에 무기염이 침전되지 않아 재료의 표면 경화를 피할 수 있습니다. 건조된 재료는 느슨하고 다공성이며 물을 첨가한 후 빠르고 완전히 용해되어 거의 즉시 원래 특성으로 회복됩니다. 건조는 산소가 매우 적은 진공 상태에서 수행되므로 일부 산화되기 쉬운 물질이 보호됩니다. 건조는 수분의 95%~99% 이상을 제거하여 건조된 제품을 열화 없이 장기간 보관할 수 있습니다.

동결건조와 공기 건조의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

표 1. 동결건조와 공기건조의 차이점

동결건조 시약은 비용이 더 많이 들고 시간이 오래 걸리지만 동결건조로 생산한 시약은 더 안정적이고 사용하기 쉽고 이는 진단 시약의 개발 방향과 정확히 일치합니다. 따라서 이 기술이 등장한 이래로 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 질병 탐지, 바이러스 및 병원체 탐지, 식품 안전 탐지, 동물 탐지, 환경 탐지 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

5. 관련 제품 및 성과

IVD 진단 시약의 원료는 핵심입니다. 동결 건조되지 않은 재료는 동결 건조 재료에서 직접 제거할 수 없으며 각 구성 요소를 스크리닝하고 디버깅해야 합니다. 따라서 Yeasen Biotechnology는 이 측면에 대한 투자를 지속적으로 늘리고 있으며 고객에게 고품질의 안정적인 동결 건조 원료를 제공하기 위해 노력하고 있으며, 이는 빠르게 시장에 출시됩니다.

Yeasen이 제공할 수 있는 관련 제품은 표 2에 나와 있습니다.

표 2. 제품 목록

Hieff Unicon® V Lyo-nCoV Multiplex One Step RT-qPCR 키트(MgCl2 포함)(Cat#13775)는 글리세롤이 없고 동결건조가 가능한(lyo-ready) 액체 진단 시약입니다. 이 제품은 실온 안정성이 있고 실온에서 운송 및 보관이 가능한 멀티플렉스 RT-qPCR 개발에 이상적인 선택입니다.

성능: 의사바이러스 템플릿은 액체 시약(빨간색)과 13775 동결건조 시약(보라색)을 각각 사용하여 다중 RT-qPCR로 증폭되었습니다. 왼쪽 그래프는 FAM 채널이고 오른쪽은 VIC 채널입니다. 결과는 동결건조 후에도 13775 시약의 활성이 그대로 유지되었으며 여전히 고효율 다중 반응 능력을 가지고 있음을 보여주었습니다. 구체적으로는 그림 4에 표시된 대로입니다.

그림 4. 동결건조 후 13775 제품의 성능

13775 동결건조 시약을 37°C(녹색)와 -20°C(파란색)에 21일 동안 두어 여러 번의 RT-qPCR 증폭 검사를 실시했습니다. 왼쪽 그래프는 FAM 채널이고 오른쪽은 VIC 채널입니다. 결과는 동결건조 시약이 37°C에 21일 동안 두어도 여전히 좋은 증폭 효과가 있음을 보여주었습니다. 구체적으로는 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5. 13775 동결건조 시약의 열 안정성 - 21일 동안 37°C.

6. 제품 선택 가이드

프로세스	설명	제품 이름	제품유형
샘플 처리	단백질 소화	단백질 분해효소 K	10401ES
	RNA 추출	재조합 DNase I (RNase-free)	10325ES
	RNase 저해	쥐 RNase 억제제(40 U/μL)	10603ES
역전사	RT-qPCR에 적합	Hifair V 역전사효소(200U/ μL)	11300ES
		Hifair V 역전사효소(600U/ μL) GLyceroL 없음	11301ES
PCR 증폭	핫스타트 DNA 중합효소	Hieff UNICON Hotstart E-Taq DNA 중합효소	10726ES

독서에 관하여:

코로나19 핵산 검출 원료 솔루션: 고속 동결건조

아프리카돼지열병 바이러스 탐지를 위한 Yeasen Biology의 종합 솔루션

아프리카돼지열병 바이러스 - Total Master Mix/Direct Amplification qPCR 솔루션