인체자원 중앙은행 저장실 관리 현황
Management of storage facilities in national biobank of Korea

질병관리본부 국립보건연구원 유전체센터 생물자원은행과           
최병구           

Ⅰ. 들어가는 말
  인체자원중앙은행은 한국인유전체역학조사사업, 질병예방연구, 감염병관리연구, 면역병리연구, 유전체연구 등의 사업으로부터 수집되는 인체자원을 관리?분양하는 업무를 수행하고 있다[1]. 현재 일반인유래 인체자원 28만 명분 433만 vials[1]을 초저온(-75℃ 혹은 -196℃) 냉동고에서 안전하게 관리되고 있다. 인체자원중앙은행 저장실은 기계식냉동고(-75℃ Mechanical freezer)[2,3], 액체질소냉동고(-150℃ - -196℃ Liquid nitrogen freezer)[1, 3], 전자동자원관리플랫폼(-80℃ Automated biospecimen management platform)과 같은 저장장비와, 액체질소공급탱크, 액체질소 진공배관, 항온항습기, 산소농도측정기, Rack picker와 같은 설비로 구성되어 있다. 인체자원 중앙은행에서 이러한 저장장비와 설비의 운영 및 관리현황을 소개한다.

Ⅱ. 몸 말
  인체자원중앙은행 저장실내 저장장비와 설비의 설계와 구성, 관리인원 구성 및 업무, 관련문서, 저장실보안, 저장실과 저장장비 운영 및 관리현황은 다음과 같다.

1. 인원구성
  저장실 관리 세부업무 규정에 따라서 저장실 총괄관리자, 장비 점검자, 문서 관리자로 이루어졌다. 저장실 총괄관리자는 저장장비 운영 시 필요한 모든 업무와 계획을 관리·진행하고, 장비 점검자는 저장장비 및 설비의 점검, 수리, 폐기, 사용계획을 수립한다. 문서 관리자는 저장실과 저장장비 운영 시 필요한 문서를 작성, 개정, 유지 관리한다.

2. 저장실 설계
  사용하는 자원의 종류, 저장용량 및 저장방법에 맞게 장비종류와 수량, 인체자원을 저장하면서 사용되는 절차에 적용되는 장비종류와 수량, 원활한 작업공간 및 장비이동을 고려한 최적화된 장비배치, 관련 설비 종류 및 수량, 예비 저장장비 운영, 안전장비 및 보호구를 배치하였다.
  계획된 저장공간에 설치할 장비와 장비 가동에 필요한 사항을 도면에 그려서 작동과 고장발생시 장비이동 가능여부와 설치할 때 문제점을 파악하여 장비와 장비 가동에 필요한 사항을 정리하였다(Figure 1). 그리고 모든 기계식 냉동고와 액체질소 냉동고를 운영하기 전에, 일부의 기계식 냉동고와 액체질소 냉동고에 대한 시험 장비를 가동하여 문제점이 있는지 확인하고 개선하여, 계획한 전체 저장장비를 설치하여 가동하였다. 모든 저장장비가 액체질소를 사용하기 때문에, 각 설치위치에 액체질소 소모율을 최소화하기 위한 진공배관과 밸브를 구성하였으며, 액체질소 진공 배관은 각 저장장비의 전원콘센트 보다 낮은 위치(2m 50cm)에 설치하여, 결로 및 성에 발생에 의한 전원장치의 고장 가능성을 최소화 하였다.

3. 보안
  모든 저장장비와 온도모니터링 장비의 설정값이나 저장값이 변경되지 않도록, 잠금기능이 있으며, 각 저장실 출입구에 허가된 사람만이 출입할 수 있도록 출입제한구역으로 설정하였다. 저장실내 주요 위치에 움직임 감시장치 및 CCTV를 운영하고 있으며, 저장실 운영과 관련된 모든 정보는 외부에 유출되지 않도록 하고 있으며, 외부인이 출입할 경우에는 책임 있는 관리자가 동행하고 있다.

4. 문서
  저장실 운영과 관련된 모든 업무는 문서를 통해서 진행, 유지, 완료하고 있으며, 만약 업무 진행 중 개선 및 보완이 필요하면, 문서관리자가 문서 작성 또는 개정을 통하여 수행하고 있다. 저장실내 장비와 설비에 관한 제조사의 매뉴얼, 유지관리 관련 문서 등 개정 및 신규발행 시, 적용가능 여부를 검토하여 관련 장비와 설비에 대한 문서를 작성하고 있다. 문서는 표준관리지침서(Table 1), 장비이력카드, 장비점검일지, 장비사용일지, 장비수리 및 점검 결과서, 안전사고 발생시 행동요령 및 주의사항 등으로 구성되었다.

5. 저장장비 구성
  인체자원중앙은행 저장실의 저장장비는 기계식 냉동고, 액체질소 냉동고, 전자동 자원관리 플랫폼, 자원적재 냉동카트, 모니터링 장비, 예비 저장장비로 구성되어 있다. 기계식 냉동고는 -86℃까지 설정하여 사용할 수 있지만, 인체자원에 영향을 끼치지 않도록 -75℃로 설정 및 운영하여 관련 부속품의 부하를 최소화하였으며, 액체질소 냉동고는 인체자원이 액체질소에 닿지 않아도, 온도취약부분인 입구에서 -150℃이하로 유지시키는 장비를 사용하고 있다. 저장장비에 인체자원을 적재할 때 저장장비 작동 온도보다 낮은 온도로 자원이 적재되도록, 액체질소를 사용하는 자원적재 냉동카트를 사용하고 있다. 많은 저장장비를 운영하면서 저장된 인체자원의 안전성을 확보하기 위하여 모니터링 장비와 알람통보장치에 대한 관리를 지원하고 있다(Table 2). 각 저장장비는 고장 및 온도 상승 시에 자원을 백업할 수 있는 예비 저장장비를 구성하고 있다.

  예비 저장장비는 기계식 냉동고, 액체질소 냉동고를 각각 3대씩 준비하고 있으며, 저장장비의 운휴 및 해동(defrost), 정밀점검을 각 장비별 2년에 1회씩 실행하기 위해서 2011년도까지 저장장비의 5%를 확보하고 운영할 예정이다.
  전자동 자원관리 플랫폼은 자원의 입출고를 전자동으로 관리하는 시스템이며, robotics 시스템, barcode scanner, 자원위치 자동저장 및 관리 프로그램, robotics 시스템 및 자원 준비 저장고에 -20℃ 냉동기 2기, 자원저장고에 -80℃ 냉동기 2기 및 액체질소 백업시스템으로 이루어져있다. robotics 시스템은 pneumatic system(공압시스템)을 사용하고, pneumatic system은 액체질소를 기화시킨 질소가스를 사용하여 플랫폼 내부에서 robotics system이 얼지 않고 작동하게 한다. 플랫폼내부에서 모든 작업이 이루어지기 때문에 내부 온도는 기계식 냉동고보다 안정되게 유지된다.

6. 저장장비 운영에 필요한 설비
■ 액체질소 공급탱크
  기계식 냉동고와 전자동 자원관리 플랫폼의 액체질소 백업시스템, 액체질소 냉동고와 자원적재카트에 액체질소 공급을 위해서 액체질소 공급탱크 20톤 1대, 예비용 액체질소 공급탱크 5톤 2대를 사용한다. 오송생명과학단지에 신규 설치된 진공배관의 형태 및 구성, 작동상태가 향상되어, 액체질소 냉동고 1대당 액체질소 사용량은 2010년 598.3리터에서 2011년 408.2리터로 약 31.7% 감소되었다.

■ 액체질소 기화기
  전자동 자원관리 플랫폼과 공압밸브의 pneumatic system, 액체질소 냉동고내 무거운 rack을 들기 위한 rack picker에 공압을 공급하기 위해서 액체질소를 기화시켜 사용한다.

■ 액체질소용 진공배관
  진공배관은 내·외부배관 사이에 진공상태가 유지되어 내부배관을 통해서 흐르는 액체질소의 기화량이 최소화 되어, 필요로 하는 장비에 액체상태로 공급한다. 기계식 냉동고용 150미터, 액체질소 냉동고용 150미터 사용 중이며, 진공배관 내 설치된 진공측정 센서를 사용하여 관리중이다.

■ 액체질소 공급탱크 관리프로그램
  액체질소 공급탱크의 액체질소 잔류량 및 압력을 모니터링하고, 기계식 냉동고와 액체질소 냉동고용 진공배관에 액체질소 유입을 제어하는 공압밸브의 관리를 위해 사용되며, 20톤 액체질소 공급탱크의 잔류량이 10%에 도달하면, 5톤 액체질소 공급탱크를 사용할 수 있도록 프로그램 되었다.

■ 산소농도측정기
  출입구별 산소농도측정기(3대)를 확인하고 저장실내 입실 후, 휴대용 산소농도 측정기(10대)를 사용한다.

■ 응급용 산소탱크
  저산소농도에 의한 어지러움, 두통, 질식이 일어날 때 사용한다.

■ 응급용 급·배기 시설
  관리자가 저장실내 산소농도를 회복시키기 위해서 설치 및 사용한다.

■ 항온항습기
  저장실내 온도와 습도를 유지하는 항온항습기는 기계식 냉동고와 전자동 자원관리 플랫폼의 냉동기에서 발산하는 열량을 확인하여 총 13대를 운영하고 있다. 액체질소 냉동고는 주변온도 18℃ - 27℃, 습도 50% 미만, 기계식 냉동고는 장비 주변온도 32℃ 이하로 유지하도록 제조사에서 명시하고 있지만, 온도가 높을수록 챔버 내부에 침투되는 온도가 높아지고, 습도가 40% 이상일 때 액체질소 진공배관 및 액체질소 냉동고에 응결이 발견되므로 저장실내 모든 항온항습기를 온도 18 - 25℃(가열 및 가습기능 제거), 습도 40% 이하로 설정하여 관리하고 있다.

■ Rack picker
  액체질소 냉동고내에 적재된 rack을 사용자가 쉽고 안전하게 꺼낼 수 있도록 pneumatic system을 사용하는 rack picker가 총 6대 설치되어 있다.

7. 저장장비와 모니터링 시스템 관리
  인체자원별 저장 및 분양수량에 맞추어, 기계식 냉동고와 액체질소 냉동고를 도입하고 있다. 기계식 냉동고는 온도모니터링 장치와 액체질소 백업시스템을 포함하고, 액체질소 냉동고는 배터리 백업시스템과 hot gas 제거 시스템을 포함하여 설치하고 있다.
  저장장비의 모니터링 시스템은 정상 작동상태를 확인할 수 있는 항목을 저장 및 출력한다. 기계식 냉동고는 작동시 -73℃ - -77℃의 온도를 유지하기 때문에, 모니터링 시스템의 저장된 온도와 별도의 원형기록계에 표시되는 그래프를 확인하여, 정상작동 유무를 확인하고 관리한다. 작동허용범위를 벗어날 경우 예비 저장장비에 자원을 옮긴 후, 이상 장비를 해동 후 상온에서 냉매압 측정 및 보완하고 1주일간 온도를 재측정하여 이상이 없을 경우 사용하고 있다. 예비 저장장비가 없을 경우, 혹은 전체정전 발생시에는 수동으로 액체질소 백업시스템용 진공배관에 hot gas를 제거한 후, 액체질소 백업시스템을 가동시킨다.
  액체질소 냉동고는 액체질소를 공급하고 모니터링하기 위해서 정전이 발생하더라도, 온도 및 액체질소량의 모니터링이 가능한 배터리 백업시스템이 갖추어져 있고, 액체질소 공급 시 진공배관 내 액체질소보다 높은 온도의 질소가 액체질소 냉동고 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 hot gas 제거 시스템이 각 장비별로 구비되어 있다. 각 액체질소 냉동고의 온도와 액체질소적재량, 알람상황을 모니터링하는 액체질소 냉동고용 모니터링 시스템은 1대의 액체질소 냉동고가 액체질소 주입이 필요할 때, 모든 액체질소 냉동고에 주입시켜서 진공배관에서 소모되는 액체질소량을 최소화시켰다.그리고 그룹별 30대가 넘지 않도록 하여 여러 그룹으로 나누어 액체질소 공급 시 진공배관에서 hot gas를 제거하고 주입하도록 프로그램을 개발하고 운영할 예정이다. 장비 점검자는 액체질소 냉동고를 운영 중에 각 부품의 전압 및 저항값 측정, 액체질소 적재량 유지상태, 상·하부 온도변화를 확인하여 고장 발생 전에 조치 및 보완하고 있다.
  전자동 자원관리 플랫폼은 7개의 온도센서를 사용하여 온도를 모니터링하고, 작동 허용범위를 벗어날 경우 액체질소 백업시스템 사용 및 냉동기를 점검 및 수리하고, pneumatic과 barcode 시스템의 정상작동 여부를 모니터링하고 있다.

  저장실 총괄관리자는 각 저장장비의 초기 설치 및 수리 시 1주일 간 온도모니터링 장비로 온도를 측정하여 허용기준에 적합한 저장장비만 가동하고, 작동 중에 사용자의 사용방법, 사용기간을 확인 및 보완하여 저장장비의 작동부하를 최소화시키고 있다. 저장장비 사용자는 사용일지에 장비의 문을 열고 닫은 시간과 각 온도를 기록하고, 장비 점검자는 저장장비와 설비의 일상점검(3회/1주), 육안점검(4회/1주), 자체유지보수, 정밀유지보수(해당업체 1회/월), 장비온도센서 자체검교정을 실행하고 장비이력카드와 월별 장비점검 보고서를 작성하여, 액체질소 사용량, 유상·무상 수리내역 및 비용, 저장장비 사용빈도를 파악하고 저장실 운영에 사용되는 비용감소방안 및 장비 운영효율화방안을 계획하여 실행하고 있다.

Ⅲ. 맺는 말

  인체자원중앙은행 저장실은 여러 종류의 저장장비와 설비들이 서로 연계되어 작동되기 때문에 동일한 측정기와 측정방법을 적용하여 관리하고 있다. 저장실 관리 및 운영의 우선사항은 저장된 인체자원의 저장온도 유지, 사용자 편리성(업무효율화), 유지비용 최소화에 관점을 두고 진행하고 있다.
  모든 장비가 최대한 고장 없이 작동할 수 있도록 표준관리지침서, 저장실 관리문서를 작성 및 개정하여 유지하고 저장실내 저장장비의 온도를 모니터링하여 기록된 온도이상 혹은 작동온도 이상이 발생할 경우 자원관리자와 저장실 총괄 관리자에게 자동으로 통보하는 시스템과 가동 중인 예비저장장비와 액체질소를 사용하여, 저장된 자원의 온도변화를 최소화하고 있으며, 동일한 문제가 발생되지 않도록 점검 및 유지보수 계획을 수립하여 실행하고 있다
  저장장비 및 설비의 기술적인 발전이 계속되어, 안정적이고 유지비를 최소화하는 장비들이 개발되어 지고 있다. 이러한 장비들을 도입 전에 자원안정성, 사용편리성, 유지비를 테스트하여 도입, 유지, 사용(현 저장실 운영 프로토콜)계획을 수립하고, 저장실 관리의 최종목적을 자동화시스템(안정적인 온도유지) 및 최소 유지보수로 두고 있다.

Ⅳ. 참고문헌

1. 질병관리본부. 2011 Annual Report of National Biobank of Korea
2. 전재필, 한복기, 2009. 바이오뱅크 입문. 월드사이언스
3. ISBER, 2008 Best Practices for Repositories, Second Edition