Vision AI
고속 미세주입을 위한 제브라피쉬 배아 뇌 인식
초기 단계 제브라피쉬 배아의 뇌를 자동으로 식별하는 인공지능 모델을 통해 뇌 속에 특정 약물을 주입해야 하는 미세주입(Microinjection) 공정을 고속화할 수 있습니다.
산업분야
바이오
도입비용
450만원
도입기간
1개월
발주처
(주)제O
작동 프로세스
이미지 촬영: 제브라피쉬 배아 이미지를 실시간으로 촬영하여 AI 모델에 입력합니다.
AI 분석: AI 모델이 이미지를 처리하여 배아 세포 내 뇌 영역을 자동으로 인식합니다.
좌표 탐지: 제브라피쉬 배아의 뇌 위치를 좌표 형태로 빠르게 추출하고, 이를 주입 장치에 전송합니다.
고속 주입: 주입 장치는 AI가 제공한 좌표를 기반으로 주사 위치를 자동으로 조정합니다. 이후 특정 약물이나 물질을 빠르고 정확하게 뇌에 주입(microinjection)합니다.
주요 모델 특징
본 시스템은 YOLOv8-S 기반 탐지 모델을 파인튜닝하여 제브라피쉬 배아의 뇌 영역을 신속하게 탐지하고 중심 좌표를 산출하도록 설계되었습니다.
경량 탐지 및 좌표 산출: 뇌 영역을 bounding box 단위로 탐지하고, 박스 중심 좌표를 바로 주입 장치로 전달합니다.
실시간 추론 최적화: Jetson Orin Nano 등 임베디드 장비에서도 초당 25fps 이상 처리 가능하도록 모델을 경량화했습니다.
다양한 환경에 강건: 조명·배율 변화와 배경 노이즈를 반영한 데이터 증강을 통해, 다양한 실험 조건에서도 안정적으로 뇌를 인식합니다.
주입 장치와의 정밀 연동: 픽셀 좌표를 스테이지 좌표로 변환하는 캘리브레이션 모듈을 적용하여, 실제 주입 시 ±5 μm 이내의 위치 오차를 유지합니다.
좌표 탐지 오차
96.4%
주입 성공률
처리 속도
약물 주입 정확도 향상
기존 수작업 방식의 약물 주입(microinjection)은 주입 위치의 편차가 크며, 숙련도에 따라 성공률이 60-80% 수준으로 보고됩니다.
자사 AI 기반 좌표 탐지로 오차 범위를 평균 3.8 μm 이내로 줄여, 성공률을 96.4%까지 끌어올릴 수 있습니다.
이는 연구 재현성 확보에 매우 중요한 높은 정밀도를 제공할 수 있음을 의미합니다.
연구개발 속도 개선
기존 수작업 방식으로는 주입 위치를 확인하여 주입 행위를 하기까지 평균 20-40초 가량 소요되었습니다.
AI 기반 자동 뇌 인식 AI를 도입함으로써 뇌 위치 탐지 시간을 1초 이내, 자동주입 장치 위치 조정 포함 시 전체 주입 준비 시간을 5-10초 이내로 단축할 수 있습니다.
개체당 처리 속도를 최대 4-6배 개선함으로써 수백~수천 개 배아를 다루는 고처리량 스크리닝(High-throughput Screening)에서 연구 생산성을 획기적으로 개선할 수 있습니다.
활용 분야
본 기술은 제브라피쉬 뇌 좌표 주입 자동화에 국한되지 않고, 다양한 생명과학·의생명 연구 분야에 확장할 수 있습니다.
신약 개발 및 독성 평가: 신약 후보 물질을 다수의 배아에 고속·정량적으로 주입하여, 약효 및 독성 반응을 대량 스크리닝하는 데 활용할 수 있습니다.
유전자 편집 효율 향상: CRISPR/Cas9, 모폴리노(morpholino) 등 유전자 편집 도구를 배아의 특정 위치에 반복적으로 주입함으로써, 편집 성공률을 높이고 실험 재현성을 강화할 수 있습니다.
신경과학 연구: 배아 뇌 영역에 표지 단백질이나 형광 시약을 정밀 주입하여, 신경 발달 과정 및 신경 회로 형성을 추적하는 연구에 응용할 수 있습니다.
다른 모델 생물 적용: 제브라피쉬 외에도 개구리(Xenopus), 초파리(Drosophila), 선충(C. elegans) 등 다양한 모델 생물에서 특정 장기(심장, 척수, 눈 등)에 정밀 약물 주입을 자동화할 수 있습니다.
교육 및 표준화된 실험 툴: 초보 연구자도 동일한 정확도로 주입을 수행할 수 있어, 교육용 플랫폼이나 다기관 공동연구에서 실험 표준화를 지원할 수 있습니다.