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Date 16/07/30 10:25:30
Name   모모스
Subject   도핑테스트와 질량분석기
도핑 (doping) 이란 금지약물 등을 복용하는 부정행위를 말합니다.

금지약물을 복용했는지 알아보기 위해 도핑테스트를 합니다.

도핑테스트는 선수들의 소변이나 혈액 중에 미량의 금지약물을 분석하는 것입니다.


연합뉴스) IOC "베이징·런던 올림픽 45명 도핑 추가 확인"

http://sports.news.naver.com/sportsetc/news/read.nhn?oid=001&aid=0008560388

이런 기사가 있었어요. 지난 올림픽때 선수들의 소변시료를 보관했다가 다시 검사한다는 것인데 도대체 뭐하는 시츄에이션인지 궁금하셨을 거에요.
반도핑기구 ( World Anti-Doping Agency, WADA, www.wada-ama.org) 에서 금지약물을 지정하는데 선수들이 경기력 향상을 위해 사용되는 약물의 수도 증가하고  약물을 사용하는 방법도 지능화되어 실제 무슨 약물이 불법으로 사용되는지 꾸준히 모니터링하여 금지 약물의 리스트도 늘어나고 분석기술도 발전하고 있습니다.

CSI 같은 미드를 보면 약간의 시료만으로 "마법의 기계"를 통해 단 몇 분만에 무슨 물질인지 무슨 제품의 흔적인지 알아냅니다. (과장이 너무 심하죠. 거의 신급으로 분석하는지라...물론 DNA를 통한 유전자 감식은 다른 방법으로 하죠. Noncoding DNA 와 유전자 감식 http://pgr21.com/?b=8&n=65679 ) 만약 그렇다면 도핑테스트에도 선수들의 소변시료를  이 "마법의 기계"로 분석하여 모든 물질을 전부 분석해내면 되는 것 아닌가요?

하지만 현 분석 기술로는 시료의 양이 많지 않고 여러가지 물질이 미량으로 혼합되어있는 경우라면 그 시료에 무슨 물질들이 들어있는지 전부 알아내는 것은 거의 불가능에 가깝습니다. 특히 유기물을 포함해 미량의 물질들이 혼합되어있는 혈액이나 소변 같은 생체 시료의 경우는 더더욱 어렵습니다.

그럼에도 불구하고 그 시료에 무슨 물질들이 들어있지는 전부를 알지 못하지만 분석기술이 확립되어있는 특정 물질을 분석하고자 하면 미량이더라도 분석해낼 수 있습니다. 분석하고자 하는 물질의 순수한 standard가 존재하고 질량분석기 Mass spectrometry 라는 놀라운 분석기기 (마법의 기계) 가 있다면 가능한 일이죠. 소변 중 금지약물 리스트에 올라가 있는 물질들은 분석해낼 수 있고 다음에 그 리스트가 추가되고 분석기술이 추가되면 그 과거 시료로부터 업데이트 된 금지약물을 추가로 분석해 낼 수 있다는 이야기 입니다. 따라서 위의 기사는 지난 올림픽에서는 당시 금지약물 리스트에 있는 물질들만 분석을 했고 추후 경기력을 향상을 위해 선수들이 사용하는 약물이 추가로 확인되면 금지약물리스트에 추가하고 이에 대한 분석법도 추가되어 과거 시료로부터 추가로 분석하였다는 것으로 보입니다.

질량 분석기에는 여러 종류가 있는데 이번에는 미량분석에 사용되는 Tandem Mass Spectrometer 에 대해서 알아보겠습니다. 미드 CSI 에서 사용되는 기기도 이로 추정되는데 주로 scan만 하는 걸 보니 single mass로만 사용되는 걸로 추정됩니다.




혼합물 시료에 수백가지의 물질이 들어있고 이 중 금지약물만 분석해내는 기술로

1. 우리가 원하는 물질 M이라고 하면 우선 혼합물에 강력한 전기에너지를 주어 분석하고자하는 물질 M+을 이온화하고 (경우에 따라 M-가 되기도 합니다.)

2. 자기장을 이용하여 진공상태의 분석기기로 끌어들인다음 질량별로 분류하여 다른 물질들은 버리고 우리가 원하는 물질M+만 분석기기를 지나가게합니다. (MS1)

3. 실제 질량은 같으나 조성식과 구조식이 다른 물질을 구분하기 위해서 물질M+에 더 강력한 전기에너지를 주어 물질을 쪼개고 (M+ = M1+,M2+로 쪼개진다고 가정하면) 물질 M+에서 기인한 물질 M1+만 분석기기를 지나가게 합니다. (MS2)

혼합물 시료에서 물질M, M+, M1+로 이어지는 시그널 신호와 농도를 아는 순수물질 standard M, M+. M1+에서 나온 시그널 신호와 비교하여 (농도별로 분석하고 regression하여) 시료 중 금지약물인 M 의 농도를 알아냅니다.


이 분석기술로 보통 ng/ml ~pg/ml 수준으로 분석해내는데 이는 차스푼 하나 정도인 1g의 물질을 1,000~1,000,000톤의 물에 녹인 용액의 농도를 분석해 내는 수준입니다. 질량분석기를 이용하면 며칠 전 동료가 담배를 피워서 그 연기를 마신 사람의 혈중 니코틴 농도를 분석할 수 있을 만큼 대단한 수준입니다.




실제는 질량분석기에 물질을 들어가기 전에 물질의 지용성이나 수용성의 수준에 따라 분리해내는 LC (Liquid Chromatography) 를 통과시켜 대충 시료를 분리해내고 전기에너지를 이용해 물질을 이온화시키고 진공상태의 질량분석기로 시료가 들어갑니다.



* 수박이두통에게보린님에 의해서 티타임 게시판으로부터 게시물 복사되었습니다 (2016-08-08 11:38)
* 관리사유 : 추천 게시판으로 복사합니다.



9
  • 좋은 글 감사합니당


혼돈의카오스
요즘 계속 생각하는 건데.. 단일 원자 / 분자를 컨트롤 할 수 있다면 얼마나 편할까라는 생각을 하네요.
아직 요원한 일이지만.. 그러면 분석도 쉬워질테고 그리고 양자컴퓨터도 뿅하고 나올텐데..
Ben사랑
컨트롤이란 게.. 어느 정도까지 제어할 수 있단거죠? 양자의 세계로 갈수록 고전적 결정론이 안 먹힐텐데..
새의선물
단일 원자를 컨트롤해서 에니메이션까지 나오기는 했어요.

https://www.youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0
A Boy And His Atom: The World's Smallest Movie
혼돈의카오스
이런게 있는지 몰랐네요. 매우 신기합니다.
뭘로 본지도 궁금했는데 STM으로 본거군요. 단일 분자를 어떻게 기판에 붙여서 보게 한건지도 궁금하네요.
그리고 왜 아직 이런 기술을 반도체 기술에 적용하지 못하는지도요. 어쨋든.. 아직까지는 실험실 단위에서 반도체를 공정하는 크기는 단일원자 수준까지는 오지 않은 것 같아서요.
Event Horizon
약 5K의 극저온에서 일산화탄소 분자를 구리 판에다가 구리 "바늘"을 사용해서 고정 시키고 움직인거라고 하네요.
https://en.wikipedia.org/wiki/A_Boy_and_His_Atom

STM이나 TEM 실력이 좋으면 질량이 어느 정도 있는 원자/분자를 보는건 새로운 일은 아닙니다. 물론 해내는게 엄청 어렵기는 하지만 기술적으로 가능함이 증명되긴했죠.

반도체 원자 하나하나 단위의 공정이 적용이 안되는건 반도체 물질... 더 보기
약 5K의 극저온에서 일산화탄소 분자를 구리 판에다가 구리 "바늘"을 사용해서 고정 시키고 움직인거라고 하네요.
https://en.wikipedia.org/wiki/A_Boy_and_His_Atom

STM이나 TEM 실력이 좋으면 질량이 어느 정도 있는 원자/분자를 보는건 새로운 일은 아닙니다. 물론 해내는게 엄청 어렵기는 하지만 기술적으로 가능함이 증명되긴했죠.

반도체 원자 하나하나 단위의 공정이 적용이 안되는건 반도체 물질의 특성이랑 공정법과 관측법은 다른 제약을 받는게 큰 요인이 아닌가 싶네요. 저 IBM 비디오 처럼 극저온이 아닌 상황이면 그냥 온도 자체의 에너지 때문에 원자들이 움직이기 때문에 저런 정밀한 구조를 만드는게 더 힘들거에요. 물론 반도체는 일산화탄소보다 더 무거운 원자들을 사용하는 장점이있지만 무거운 원자들은 또 그대로 다른 문제들을 야기할테고요.

현재로서는 MBE로 원자 모노레이어를 만드는 것이 기술의 최정점일겁니다. 주로 좀 더 무거운 금속류 원자를 2차원 평면으로 한 시트씩 까는 방법이죠.

http://www-old.mpi-halle.mpg.de/department2/research-topics/bmbf-junior-research-groups/abstract/
이런 수준의 공법이 가능한데 저기 보이는 점 하나하나가 표기된 물질의 금속+산소의 결합 형태라고 보시면 됩니다. 저렇게 2차원까지는 원자 단위로 조작이 가능하고, 한점의 조작은 아직 제가 아는한 실요성있는 공법은 없는게 맞을겁니다.
매스 너무 비싸요.
모모스
수억원대 기기죠.. AB SCIEX Triple Quad 6500 시리즈, Thermo TSQ 시리즈, Waters Xevo TQ 시리즈가 30만달러 넘을 거에요.
네. 그래서 몇대 못샀어요.
제가 맨날 공실관 뺀질나게 돌아다니게 만들었던 기계..
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