조지 화이트사이드: 우표 한 장 크기의 실험실

기존의 질병 진단 관련 실험실의 테스트는 가장 수요가 많은 지역에서 조차 너무 고비용이었고 불편했습니다. 하지만 이번 TEDxBoston에서 George Whitesides는 실험비용이 사실상 무료이면서 실패확률이 낮은 독창적인 방안을 제시합니다.

오늘 여러분과 함께할 주제는

바로

비용이 전부인 세상에서

어떻게 하면 건강관리 서비스를 제공할 수 있을까 하는 것입니다.

여러분이라면 어떻게 하시겠습니까?

이 질문에 대한 기본적인 우리의 접근방식은,

말씀드리자면,

질병을 치료하기 위해서는

먼저 치료 대상이 무엇인지 알아야 합니다.

이것이 진단학이고, 그리고 그 다음 단계로 넘어가는 것이죠.

저희가 지금 진행중인 프로젝트는 모두를 위한 진단학,

혹은, 무료 진단학입니다.

의학적으로 적절한 정보들을 어떻게 거의 무료에 가까운 비용으로

제공할 수 있을까요?

두가지 예를 들어보겠습니다.

군 의약품에 요구되는 정밀도는

제3세계와는 다릅니다.

빈약한 자원, 혹독한 환경

저체중과 관련한 문제들이 있죠.

또한 가정건강관리나 우리의 진단 시스템과도

별반 차이가 없습니다.

따라서, 제가 오늘 이야기하는 기술은 사실상

제3세계와 개발도상국을 위해 맞춰져 있습니다.

하지만 정보란 것은 건강관리 시스템에서는 너무나 중요하기에,

탄력적으로 더 넓게 적용될 수도 있습니다.

이제 두가지 예를 보시죠.

하나는 아프리카의 사실상 '최첨단' 연구실이구요.

두번째는 시장을 알고 있는 사업가가

직접 설치해서 작업을 하고 있는 모습입니다.

저는 저기에서 어떤 종류의 건강관리 서비스가 제공되는지 모릅니다.

하지만 분명한 것은, 가장 효율적인 시스템은 아니란 것입니다.

자, 어떻게 접근해야 할까요?

일반적으로 문제의 해답을 구하기 위해선

우선 우리 미국의 상황에 맞추어

비용을 어떻게 절감 시킬 수 있는지를

먼저 따지게 됩니다

그리고 차근차근 비용을 절감하는 것이죠.

하지만 어떤식으로 하던간에,

십만달러에 달하는 연구기계를

"0"으로 낮출 수는 없습니다. 불가능 하지요.

하여, 우리는 조금 다른 방식으로 문제를 대하려 했습니다.

"어떻게 하면 가장 싸면서도 현실적인

질병진단 체계를 만들어서

유용한 정보를 얻고 기능하게 할 수 있을까"

우리가 선택한건 '종이' 입니다.

여러분이 보시는 것이 시제품 입니다.

측면이 약 1센티미터구요.

대략 손톱 하나만한 크기입니다.

가장자리의 이 선은

합성수지입니다.

종이로 만들어져 있고, 물론 종이는 액체를 빨아들입니다.

아시다시피, 종이, 섬유는 와인 한방울만 떨어져도

전체가 다 젖어버립니다.

셔츠에 떨어지면, 셔츠를 망쳐버리지요.

이것이 바로 "친수성"(親水性) 표면의 특징입니다.

그래서, 이 장치에서의 매커니즘은

아래쪽 끝에 한방울의 액체를 떨어뜨리구요,

여기선, 소변입니다만.

액체는 스며들어가서 가지를 따러 꼭대기까지 갑니다.

갈색은 소변내의 포도당의 양을 나타냅니다.

그리고 파란색은 단백질의 양을 나타내구요.

그래서 이 두가지를 조합하면

당신이 원하는 수많은 유용한 정보중

첫번째 지시사항이 됩니다.

여기까지 단순한 종이로 만들어진 도구의 한 예시였습니다.

자, 이제 어떻게 하면 생산과정을 단순하게 할 수 있을까요?

왜 종이를 선택할까요?

여기 손가락 위에 있는

동일한 예시를 볼 수 있습니다.

종이를 사용하는 한가지 이유는 어디서나 구할 수 있기 때문입니다.

여러분이 보셨던 이런 장치들 모두

냅킨이나 화장지,

기타 종이로 만들어진 것입니다.

쉽게 만들 수 있죠.

두번째는 아주 작은 장치를 통해

여러번의 실험을 할 수 있다는 점입니다.

잠시 후 보여드리겠지만, 이런 종류의 종이뭉치로

약 십만번의 실험을

할 수 있습니다.

마지막으로, 아마 선진국의 의료계에서는

잘 생각하지 않는 부분입니다만,

'날카로운 것들'이 필요하지 않습니다.

'날카로운' 것은 주사바늘과 같은 찌를 수 있는 것들이죠.

어떤 이의 혈액샘플을 얻었는데

그 사람이 C형간염 보균자인 경우,

그 주사바늘을 당신에게 찌르는 실수를 하고 싶지 않을 겁니다.

절대로 원치 않겠죠.

그럼 그 바늘은 어떻게 폐기할 것인가. 이것이 전세계적인 문제거리입니다.

이 도구는 그저 태워버리면 됩니다.

실용적인 방법이지요.

실용적인 방법이지요.

이제 여러분은, 종이가 좋다면

다른 사람들도 그것을 생각했을 거라고 생각하시겠지요.

대답은, 그렇습니다.

대략 절반정도는

여성분이신데,

임신테스트를 받은 경험이 있을겁니다.

그리고 대부분은

왼쪽에 있는 것처럼 보이죠.

'측면 유동 면역 분석 디바이스'라 불립니다.

이 테스트의 경우

소변을 사용하는데

HCG라 불리는 호르몬이

종이를 따라 흐를수도 안흐를수도 있습니다.

두개의 막대가 있습니다. 하나는 테스트 중이라는 표시이구요.

만약 두번째 막대가 나타나면, 임신중이라는 뜻입니다.

2진법의 세상에 사는 우리에게 맞는 아주 멋진 테스트이지요.

임신테스트의 좋은 점은

임신을 했느냐 안했느냐 라는 거죠.

부분만 임신을 했다든지, 임신을 고려한다는 말은 있을 수 없잖아요.

그렇죠?

아무튼, 매우 좋은 장치입니다.

하지만 좀 더 정량적인 정보가 필요할 때는 이런 방법으로는 안되죠.

계량봉들도 있습니다.

하지만 이것들은

다른 용도의 소변 분석을 위한 것들입니다.

색깔도 엄청나게 많고 다양하죠.

이렇게 어려운 상황에서는 실제 어떻게 해야할까요?

우리가 접근한 방식은

'정말 이런 장치들을 만드는 것이 실용적인 것일까?'입니다

그리고 이러한 문제들은 오늘날 순수 공학적 방법으로 해결됐습니다.

우리가 진행한 방식은 종이에서 시작하는 것이었습니다.

'왁스 프린터'라고 불리는 새로운 타입의 프린터를 이용하는 것입니다.

'왁스 프린터'는 마치 인쇄하는 것 같습니다.

올려 놓고 살짝 데워줍니다.

왁스가 프린트되어 종이에 스며듭니다.

그리고는 당신이 원하는 장치로 마무리하면 됩니다.

현재 프린터는 800달러 입니다.

하루 24시간을 작업한다면

1년에 1,000만 테스트를 할 수 있습니다.

이건 해결된 문제입니다. 이런 특정 문제는 해결됐습니다.

여기에 보시는 것들이 그러한 사례들입니다.

8x12 사이즈 종이의 일부분입니다.

만드는데 2초가 걸리죠.

이런 문제는 끝난 것으로 보여집니다.

여기 중요한 이슈가 있는데

이것이 프린터이기 때문에

컬러프린터니까 컬러로 프린트할 수 있죠.

잠시후 보여드리겠습니다, 이건 꽤 유용한데요.

다음에 상기해볼 질문은

뭘 측정할 것인가 입니다. 무엇을 분석하고자 하나요?

그리고 여러분이 가장 분석하고 싶어하는 것은

우리의 생각과는 꽤 차이가 있습니다.

이를 '진단 미확정 출처에 대한 열광'이라고 부릅니다.

누군가 병원에 들어와서,

열이 나거나 아프다고 하면

결핵인가? 에이즈인가?

평범한 감기인가? 생각하죠.

환자 분류 문제는 매우 힘든 문제입니다.

그래서 전 안할 겁니다.

식별하고자 하는 놀랍도록 많은 증상들이 있습니다.

하지만 일련의 증상이 있는데,

에이즈, 간염, 말라리아

결핵, 등등이죠.

그리고 치료 안내와 같은 간단한 것도 있죠.

여러분이 생각하는 것보다 더욱 복잡해지고 있습니다.

제 한 친구가 다문화 정신의학을 하는데,

그는 이런데 관심이 있습니다.

왜 사람들이 약을 먹거나 먹지 않을까

댑손(피부병 치료제) 등과 같은

한동안 먹어야 되는 약 말이죠.

인도에 한 농부에 관한 멋진 이야기가 있습니다.

"약을 먹었습니까?" "예"

"매일 복용했습니까?" "예"

"한달동안 복용했습니까?" "예"

그 농부는 사실

30일치 약을 사료로 줬습니다.

그날 아침, 그가 기르던 개에게 말이죠.

(하하하)

그는 진실을 말하고 있었습니다. 왜냐면,

다른 문화에서는

개는 우리를 대신하기도 하니까요

알다시피, '오늘','이번달','장마철부터' 같은 말은

오해의 소지가 많습니다.

이런 이슈에서도 그렇지요.

어떤 경우에는

'승낙(법이나 규정 준수)' 같은 재미없어 보이는 일을

어떻게 다룰지가 이슈입니다.

전형적인 테스트가 어떤지 한번 보시죠.

손가락을 찔러서 피를 좀 얻습니다.

50마이크로리터(백만분의일) 정도요.

그게 여러분이 얻고자 하는 전부입니다.

왜냐면 일반적인 시스템은 사용할 수가 없기 때문이죠.

당신은 혈액샘플을 잘 조작할 수가 없어요

하지만 잠시후 제가 뭔가를 보여드리죠.

그래서, 한방울만 얻고, 추가 작업이 없다고 합시다.

당신은 이를 작은 장치에 넣습니다.

장치는 혈구를 걸러내고 혈청은 보낼 겁니다.

그럼 일련의 색깔들을

아래쪽에서 얻을 수 있죠.

그 색깔들은 병인지 아닌지를 알려줍니다.

하지만 이조차 복잡하지요.

여러분에게나 내게 색깔이 정상으로 보일 수 있기 때문이죠.

결국 우리 모두는

과도한 교육으로 인해 힘들어 합니다.

정량적인 분석을 요하는 경우는

어떻게 하시겠습니까?

많은 사람들이 해결 방안으로

생각하고 있는 것이

이 시점에서 극적인 변화가 보이는 부분인데

요즘 모든 분야에 있어 전세계적인 솔루션으로 대두되는 것이

핸드폰이죠. 특히 카메라 기능이 되는 핸드폰이요.

모든 곳에 있죠, 인도는 한달에 6백만대가 증가하죠

아이디어는 이렇습니다.

어떤 사람이 핸드폰을 갖고 있습니다.

시약에 담그고 색깔이 나옵니다.

사진을 찍어서 중앙 연구실에 보냅니다.

의사에게 보낼 필요는 없습니다.

샘플을 볼 수 있는 누군가에게 보내면 됩니다.

그럼 병원에서는 의사든 이상적으로 컴퓨터건

분석을 합니다.

이 모델이 실제로 잘 작동하려면

컬러프린터가 색색의 모양을 프린트해서

무슨 조치를 취해야 할지 알려주면 좋겠지요.

그래서 제 생각에 미래의 건강관리 근로자는

의사가 아닙니다.

18살의 직업이 없는

테스트 기기로 가득찬 가방과

때때로 채혈을 할 수 있는 랜싯(칼),

AK47소총을 갖고 있는 사람이죠.

이런 것들을 통해 살아갈 수 있습니다.

여기 매우 흥미로운 관계가 있습니다.

어떤이가

유용한 정보를

꽤 놀라운 전화시스템을 통해 원할 수 있습니다.

매우 방대한 양의 정보가

이미 화성탐사로봇 분야에서는 가용합니다.

화성 색깔의 정확한 화면을

정말 엉망인 대역폭에서 어떻게 얻을 수 있을까요?

답은 복잡하지는 않지만

여기서 얘기하고 싶지는 않구요,

통신시스템이 이런 일을 하는데

꽤 잘 작용합니다.

물론, 모르실수도 있겠지만,

이런류의 컴퓨팅 능력은

일반 데스크탑 컴퓨터의 성능과

크게 다르지 않습니다

핸드폰은 이제 시도해보기 시작한 환상적인 도구입니다.

저는 하나의 컴퓨터 혹은 한 아이의 생각이

일리가 있을지는 모릅니다. 하지만 여기 미래의 컴퓨터가 있습니다.

왜냐하면 화면이 이미 여기에 있고 그것들은 유비쿼터스이기 때문이죠

보다 진보된 장치를 조금 더 보여드리지요.

문제를 조금 더 얹어 보겠습니다.

지금 보시는 것은 또다른 센티미터 크기의 장치입니다.

다른 색깔들은 다른 염료이구요.

그리고 조금 흥미로운 것을

눈치채셨을 텐데요,

노란색이 사라지면서

푸른색을 지나 붉은색에 이릅니다.

어떻게 된거죠? 하나가 다른 하나로 어떻게 연결되게 하는거죠?

물론 대답은 '못한다' 입니다.

하나의 종이에서 위로 아래로

흘러가게 하려면

어떻게 해야 할까요?

답은, 당신이 해야하는 것은

세부 내용은 별로 중요하지 않구요

보다 정교하게 만드는 겁니다.

여러 층의 종이를 만들어

각 층이 독자적인 유체 시스템을 갖고

그것을 나누어

문자 그대로 양면의 카펫 모양으로 만듭니다.

바닥에 붙는 카펫 처럼요.

그럼 액체는 한 층에서 다음 층으로 흘러갑니다.

구멍을 따라서 스스로 나뉘어져

흘러갑니다.

그리고 오른쪽 아래를 보시면

하나의 샘플을 보실 수 있는데

꼭대기에 피를 놓으면

흘러가서 스스로 나뉘어지며

바닥의 16개 구멍으로 갑니다.

칩 과자 같은 두장 종이 두께의

한장의 종이에서 되는 겁니다.

그리고 특히 이 경우에는

반복 가능한지가 중요합니다.

본질적으로 이 방법은

'설명불가능한 기원에 대한 열병' 문제를 해결합니다.

왜냐면 각각의 점들은

특별한 병을 나타내는 조합에 대한

테스트가 되기 때문입니다.

이건 당연히 거쳐야 할 과정이 될 것입니다.

그리고 조금 더 복잡한 장치에 대한 예가 있습니다.

여기 그 조각이 있습니다.

가장자리 부분에 묻힙니다. 액체는 중앙으로 갑니다.

그러면서 여기 다양한

구멍들로 나오면서 색깔들이 나옵니다.

종이와 평면 테잎에서 이뤄지지요.

제 생각에는 저비용에

이 수준으로 만들 수 있다고 봅니다.

자, 이제 마지막으로

두가지 짧은 이야기를 할까 합니다.

첫째, 우리가 때때로 필요한 것은

혈청에서 혈구세포를 분리하는 것입니다.

문제는

샘플을 채취한다는 거죠.

우린 그것을 원심분리기에 넣습니다.

돌리면 혈구세포가 분리됩니다. 대단하죠.

만약에 전기나

원심분리기가 없다면 어떻게 하겠습니까?

당신이 어떻게 할지 잠시 생각해보죠.

사실 여기 보이는 방법으로 할 것입니다.

흔한 거품기를 갖고

칼날은 빼구요

관을 설치합니다.

그 위를 찌릅니다. 피를 넣고 돌립니다.

누군가 저기 앉아 돌리는군요

정말 잘 작동합니다

거품기의 물리학을 이용하여

자가 조정 튜브와 그런 종류의 것들을

정기간행물로 보냅니다

우린 이를 자랑스럽게

거품기로 만든 원심분리기라고 불렀습니다

(웃음)

우리가 이 내용을 보낸 데에 회신이 왔습니다

저는 편집자에게 전화를 걸어서

'어떻게 된거요? 어떻게 그럴 수 있지요?'라고 물으니

편집자는 상당히 업신여기며

읽어봤는데

이 내용을 배포하지 않을거에요, 왜냐하면

우린 과학만 다루거든요'라고 하더군요

이건 중요한 이슈입니다

왜냐하면 우리가

하나의 사회로서

무엇을 가치있게 여겨야 하는지를 의미하기 때문입니다.

그리고 만약 이것이 단지 종이와 물리학에 관한 편지 얘기로 치부되면

문제가 좀 있습니다.

여기 또다른 예가 하나 있는데,

이건 아주 작은 분광측광기 입니다.

샘플의 광 흡수 작용을 측정합니다

당신은 1,000헤르츠로 깜빡이는 광원을

갖고 있어야 합니다.

다른 광원은 1,000헤르츠의 빛을 탐지합니다.

이 시스템은 대개의 햇빛에서 작동 가능합니다

이 기기의 성능은

10만 달러를 주고 주문하는

기계의 성능과 맞먹습니다

단지 50달러죠. 50센트로도 만들 수 있을 겁니다

맘만 먹는다면 말이죠

왜 누군가 안하죠? 답은

'자본주의 제도에서 그렇게 해서 어떻게 이익을 내느냐'입니다.

재미있는 문제죠.

이렇게 마무리를 할까요

우린 이러한 문제들을 공학적인 문제로 생각합니다

그리고는 자문하죠, 과학적으로 통합된 생각은 뭐지?

그리고 이 문제를 계속 생각해야 된다고 결심하죠.

비용 측면에서는 아니구요

단순화 측면에서요.

단순화는 정돈된 세상 얘기입니다. 그리고 당신은

단순성이 의미하는 바를 생각해봐야 합니다.

저는 알지만 정확히 무엇을 의미하는지는 모릅니다

그래서 저는 여러 그룹의 사람들을 동원하여

이 문제를 해결하는데 흥미가 있습니다

그리고 최근에 합류한 MIT 사람들은

그중 일부는 특히 똑똑한 친구들인데

그들은 극히 드물게 제가 인정한

진정한 천재들입니다.

우리 모두는 하루 종일 단순성에 대해 생각합니다

저는 이 깊은 과학적인 생각에

해답을 제시하고 싶습니다.

(웃음)

그래서, 어느 정도는, 희생한 만큼 얻습니다.

감사합니다.

(웃음)