본문으로 바로가기 주메뉴 바로가기

사용자별 맞춤메뉴

자주찾는 메뉴

추가하기
닫기

간행물·통계

contents area

detail content area

랩온어칩 기술 기반의 병원체 유전자 및 단백질 분석 시스템 연구동향
  • 작성일2014-04-11
  • 최종수정일2014-04-11
  • 담당부서감염병감시과
  • 연락처043-719-7166
랩온어칩 기술 기반의 병원체 유전자 및 단백질 분석 시스템 연구동향
Research trend of gene and protein diagnosis based on lab-on-a-chip system

한국과학기술원 나노바이오멤스 융합연구실
조민경, 서태석
질병관리본부 감염병센터 병원체방어연구과
전준호
I. 들어가는 말


  오늘날의 인류는 천재지변이나 동물의 습격 같은 물리적 위협뿐만 아니라, 인류 사회의 발전과 더불어 박테리아 혹은 바이러스 감염과 같은 생물·화학적 위협에도 노출되어 있다[1]. 생화학적 테러물질인 고위험병원체란 생물테러의 목적으로 이용되거나 사고 등에 의해 외부로 유출될 경우 국민 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있는 감염병 병원체로 「감염병의 예방 및 관리에 관한 법률」은 정의하고 있다. 생물학적 테러를 일으킬 수 있는 고위험병원체가 확산될 경우 수많은 사상자를 낼 뿐만 아니라, 경제적 손실, 나아가 사회적 혼란까지 야기 할 수 있다[2,3]. 2001년 10월, 미국에서 일어난 탄저균 테러를 기점으로 생물학적 테러에 대한 공포가 확산되었으며 전 세계를 떠들썩하게 하였다. 이 테러로 인하여 22명이 감염되어 5명이 사망했으며, 총 피해금액은 10억 달러가 넘었다[3]. 생물학적 무기는 만들기에 비싸지 않고, 쉽게 살포될 수 있으나 그에 비해 초기에 검출되기 어렵다는 점, 미량으로도 많은 사상자를 낼 수 있다는 점에서 그 효과가 엄청나다. 2009년 미국에서 발생하여 전 세계적으로 큰 피해를 미친 신종 인플루엔자 A 바이러스(H1N1)와 같은 전염성 바이러스들 또한 조기에 진단할 수 있다면 추가 전염 및 피해를 최소화 시키는데 도움이 될 것이다. 이러한 막대한 효과와 더불어 전 인류에게 모든 병원체에 대한 백신을 접종할 수 없다는 점을 고려했을 때, 박테리아, 바이러스 및 유전자의 초기진단법 발달이 피해를 줄이는 데에 큰 영향을 줄 수 있을 것이라 사료 된다[4,5,6]. 따라서 신속하고 정확한 단백질 및 유전자 검출 시스템이 필요한 실정이다.

오늘날 바이러스 및 병원체 검출을 위해 주로 사용되는 방법은 분자진단 방법으로써 질병의 원인이 되는 박테리아, 바이러스 등의 핵산(DNA와 RNA 또는 그들의 변형체)을 검출하여 병의 원인 및 감염 여부를 검출하는 방법이다[1]. 분자진단 방법은 크게 세 가지 단계로 구성되며 순서대로, 세포에서 순수한 DNA 또는 RNA를 얻기 위한 전처리 과정, 중합효소연쇄반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 이용한 유전자 증폭 과정 및 이를 분석하는 과정이다. PCR 과정을 통해 목표 유전자를 수억 배 증폭시킬 수 있기 때문에 극미량의 목표물질에 대해서도 고감도 분석 및 특이성을 갖는 분석을 할 수 있다. 하지만 이러한 분석을 위해서는 PCR, 전기영동 등 고가 혹은 거대한 분석 장비 및 시약이 필요하며 복잡하고 전문적인 기술을 요하기 때문에 숙련된 기술자에 의해서만 수행이 가능하다는 단점이 있다. 또한 통합되지 않은 과정으로 인해 샘플 오염의 가능성이나 긴 분석 시간을 가지게 되어 현장 진단을 하는 것에 있어 한계를 보이고 있다. 이러한 기존의 분자진단 방법의 크기, 속도, 가격, 자동화 면에서 부족한 점을 극복하려는 시도가 지속적으로 진행되어 오고 있다.
랩온어칩 (Lab-on-a-chip, LOC) 기술이 출현함에 따라 기존 유전자 진단법의 단점을 극복하고 현장진단이 가능한 고효율, 고감도의 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. LOC는 소형화·집적화를 통하여 반도체 기술, 나노기술, 생명공학기술 등의 융합된 기술로 시료의 전처리부터 혼합, 반응, 분리, 분석까지 모든 단계를 하나의 칩 위에서 수행할 수 있도록 만든 장치를 뜻한다. 이외에도 자동화 및 빠른 수행 시간 등의 특징을 통해 마이크로디바이스 플랫폼에 다양한 생물·화학적 어세이들이 적용되고 있으며[7], 샘플 전처리, PCR, 분석 시스템이 통합된 유전자 분석 시스템 또한 연구가 상당히 진행되고 있다.

  이 글에서는 LOC 기술 기반의 통합 유전자 및 단백질 분석 시스템 연구에 대해서 살펴보고자 한다. 우선 분자진단에 있어 필수적인 샘플 전처리, PCR 및 검출단계를 각각 수행하는 마이크로 디바이스를 살펴볼 것이다. 최종적으로는 세 가지 기술이 통합된 유전자 및 단백질 분석 마이크로 시스템 개발의 연구 수준 및 동향에 대해서 기술하고자 한다.

II. 몸 말


  랩온어칩 (Lab-on-a-chip, LOC)이란, 말 그대로 칩 위의 실험실을 뜻한다. 즉, 소형화ㆍ집적화를 통하여 작은 칩 위에서 반도체 기술, 나노기술, 생명공학기술 등의 연구를 수행할 수 있도록 만든 장치이다. 미세유체공학과 관련된 MEMS (Micro electro mechanical system)를 접목시킴으로써 수 나노리터에 해당하는 매우 적은 양의 시료를 디바이스 상에서 다루게 되었다. LOC의 경우 샘플의 전처리부터 운송, 제어, 분리, 분석, 검출까지 모든 과정을 한 번에 하나의 칩 위에서 수행할 수 있으며, 적은 양의 샘플만이 사용되어 비용도 줄일 수 있을 뿐 아니라 시간 또한 단축시킬 수 있다. 또한 다종 시료를 동시에 분석할 수 있고, 자동화로 인한 높은 재현성을 주며 작은 크기로 인해 휴대성이 좋고 대량생산을 하기에 용이하다. 랩온어칩에는 마이크로밸브, 마이크로펌프, 마이크로채널, 혼합기 등 다양한 미세유체 제어 소자 및 센서, 소자 등을 탑재할 수 있으며 이들의 통합을 통해 샘플 주입으로부터 실험결과까지 단일 플랫폼에서 이뤄질 수 있다. 랩온어칩 기술은 의학진단, 생물학, 환경, 화학분석, 나노물질 합성 및 분석 등 많은 분야에서 연구되고 있다. 특히 바이오 랩온어칩은 질병 진단, 신약물질 스크리닝, 독성물질 탐지, 바이러스 검출 등 실생활과 복지에 관련된 분야에서 쓰일 수 있다. Figure 1은 랩온어칩의 개념도와 모식도를 보여주고 있다. 랩온어칩은 이름 그대로 마이크로 단위의 작은 디바이스에 실험실 일례로 오른쪽의 LOC는 액체 주입기, 샘플 혼합기, 온도조절 반응챔버, 전기영동 시스템, 형광 검출 단계를 모두 가진 통합 마이크로 디바이스로 DNA 분석에 사용된다.

1. 샘플 전처리 마이크로 디바이스 연구동향
  유전자 진단을 위해서 채취한 샘플 내에는 표적 핵산 외에도 유전자 증폭을 방해하는 여러 요소들이 존재하고 있다. 때문에 성공적인 진단을 위해서는 샘플로 부터 순수한 목표 세포 혹은 목표 DNA 및 RNA를 추출하는 과정, 즉 샘플 전처리 과정이 필수적이다. 목표 물질에 따라 먼지, 단백질, 원치않는 세포 등의 방해요소를 제거하기 위한 적절한 전처리 과정이 적용되어야 한다. 전처리 과정은 목표 핵산과 포획수단과의 결합, 정제, 추출의 세 가지 단계를 거치며, 핵산 추출 수율, 과정상에서의 오염 등과 같은 문제 또한 고려하며 진행해야 한다. 대표적인 샘플 전처리 방법으로 실리카겔이나 자성 입자를 이용한 고상추출(Solid phase extraction) 방법이 있으며 이를 기반으로한 샘플 전처리 키트들이 많이 출시되어 있다[1]. 하지만 대부분의 전처리 키트는 실험실 스케일에 최적화되어 있으며 LOC 시스템에 적합하지 않게 되어 있다. 때문에 전처리 기술은 통합형 유전자 진단 시스템 개발에 걸림돌이 되어왔지만, 최근 LOC 기술 기반 전처리 기술이 많이 연구되고 있어 이를 기반으로한 통합형 유전자 진단 시스템의 개발도 활발히 이루어지고 있다[1].

전처리 기술 중 하나인 졸겔법(Sol-gel process)을 소개하고자 한다. Figure 2는 마이크로 칩 안에 항체가 붙어있는 졸겔 매트릭스를 형성시킨 후 세포 용액이 흐르게 함으로써, 큰 접촉면적으로 목표 병원체 세포만을 잡아내는 LOC 시스템이다. 항체는 빛으로 떨어뜨릴 수 있는 링커로 졸겔 표면에 연결되어 있기 때문에 병원체를 잡은 이후 손쉽게 목표 세포만을 추출할 수 있다. 비용면에서 효율적이고, 간단하며 고효율로 전처리를 수행할 수 있는 시스템으로, 단일 세포도 온칩 샘플 전처리로 분석될 수 있었다.

또 다른 전처리의 예로는 전기 천공법(Electroporation)을 이용해 세포로부터 유전체 DNA를 추출해내는 마이크로디바이스가 있다(Figure 3). 대부분의 유전분석에는 세포로부터 DNA를 추출하기 위해 화학적 용해가 이루어진다. 이러한 화학약품 처리는 이후의 분석이나 연구에 영향을 줄 수 있어 추가적인 제거 단계가 필요하지만 전기적 용해는 물리적 성질을 이용하기 때문에 간단하며 빠르고 효율적이다. 전기 천공을 이용한 전기적 용해를 통해 칩 위에서 진핵세포 및 세균세포의 DNA를 성공적으로 추출할 수 있었으며 최소한의 희석과 간단한 과정을 통해 고감도 어세이에서 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

2. 마이크로 PCR 연구동향
  분자진단에 있어 PCR을 통한 목표 유전자의 증폭은 극미량의 샘플로부터 높은 민감도와 특이성을 주기 때문에 필수적인 단계이다. PCR은 효소 기반의 반응으로, 표적 DNA의 염기 서열 중 특정 구간을 반복적으로 증폭하여 수백만 가닥의 동일 유전 물질을 생성한다. 기존의 PCR은 상대적으로 많은 양의 값비싼 PCR 시약과, 큰 thermal cycler 기기가 필요하지만, 소형화된 마이크로 PCR 칩의 경우 적은 양의 시약이 들고 열전달 또한 빨라 PCR 시간을 몇 시간에서 몇 십 분으로 크게 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 마이크로 디바이스 상에서 여러 요소기술의 통합이 가능하며 장비 구동을 위한 동력 소모 또한 적다. 소형화된 PCR 칩은 일회용 칩으로 개발됨으로써 교차오염 또는 생화학적 위험을 줄일 수 있는데, 실리콘과 유리 기판 같이 재료값이 비싸고 고비용 공정이 필요한 재료 대신 Polydimethylsiloxane (PDMS), Polymethylmethacrylate (PMMA), Polycarbonate (PC) 등과 같은 고분자 재료들이 저렴한 가격과 제작의 용이성 때문에 각광받고 있다.

칩 상에서의 thermal cycling PCR은 크게 비유동 PCR과 연속흐름 PCR의 방법으로 구분된다. 비유동 방식은 PCR 반응이 일어날 수 있는 고정된 마이크로 챔버와 챔버의 온도를 조절할 수 있는 소형화된 온도 가열부를 칩 내에 집적시켜 유전자를 증폭한다. 온도 가열장치는 PCR의 3단계 즉, 변성 (94 °C), 접합 (58 °C), 신장 (72 °C) 단계에 필요한 온도를 연속적으로 제공한다. 나노리터 단위의 반응 챔버에서 적은양의 샘플로 PCR을 수행하므로 신속하고 효과적인 유전자 증폭이 가능하다. 연속흐름 방식은 PCR 용액을 고정된 3가지 온도 영역에 흘려주면서 DNA를 증폭하는 방식으로 비유동 방식에 비해 빠른 온도 조절이 가능하다. 각 온도 영역에서의 반응 시간은 미세유체 채널의 길이를 조절하거나 유속을 제어함으로써 통제 가능하다. Figure 4는 연속흐름 모드에서 PCR 및 역전사가 가능한 마이크로디바이스로, 각 블록은 PCR 단계별 온도로 설정되어 있으며 유체가 채널을 흐름으로써 PCR이 진행된다. 디바이스의 크기가 작고, 빠른 시간 안에 PCR을 수행할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 thermal cycling PCR은 변성, 접합, 신장 세 가지의 정확한 온도에서 이루어지는 일련의 반응이기 때문에 정확한 온도 구배를 위해 고가의 장비가 필요하다. 이러한 문제를 극복하기 위해 개발된 등온 PCR법은 thermal cycling법과 달리 일정한 온도에서 변성, 접합, 신장이 가능하기 때문에 증폭시간이 단축되며 등온 유지가 가능한 저가의 장비에서도 수행할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 등온 PCR법은 유전자 분석의 현장검사(point-of-care, POC test)에 가장 적합한 방법이라 할 수 있다. 최근에는 등온 PCR을 랩온어칩(LOC) 또는 미세종합분석시스템(micro Total Analysis System, μTAS) 기술에 적용해 마이크로 디바이스 상에서 구현하려는 연구들이 많이 진행되고 있다. 칩 기반의 등온 PCR은 나노리터 수준의 시료를 사용하기 때문에 기존의 등온 PCR법 보다 경제적이며 빠르고 간편하다. 등온 PCR법에는 nucleic acid sequence based amplification (NASBA), Loop-mediated isothermal amplification (LAMP), Rolling circle amplification (RCA), helicase-dependent amplification (HDA), stand displacement amplification (SDA) 등이 있으며 Figure 5는 LAMP를 이용한 마이크로 등온 PCR 및 검출 시스템을 보여준다. 등온 PCR 시스템에서는 온도구배가 필요 없기 때문에 오직 칩과 단순한 온도제어 시스템만으로 휴대성이 높은 시스템을 구축할 수 있다.

3. 검출용 마이크로 디바이스 연구동향
  LOC 기술을 이용한 현장에서 사용가능한 실시간, 고속, 고감도의 통합 유전자 분석 시스템을 구축하기 위해선 샘플 전처리와 PCR을 통해 증폭된 목표 유전자를 최종적으로 검출하는 시스템이 필요하다. 기존의 분자진단법 중 검출 파트는 레이저를 통한 형광 검출 혹은 agarose gel을 이용한 전기영동법과 같이 거대하고 복잡한 시스템을 이용하는 경우가 대부분이어서 마이크로 디바이스에 검출부를 통합시키는 것은 쉽지 않은 일이었다. 하지만, 최근 모세관 전기영동, 마이크로어레이, 면역 크로마토그래픽 스트립 등과 같이 증폭된 유전자를 소형화된 시스템에 결합하여 검출할 수 있는 방법들이 등장하기 시작했다.

모세관 전기영동(Capillary electrophoresis, CE)은 기존의 전기영동을 모세관에서 수행할 수 있게 만든 방법이다. 미세제조(Microfabrication) 기술의 발전에 따라 소형화되어 마이크로 칩에 적용할 수 있게 되었다. 원리는 젤이 채워진 모세관에 형광염료가 표지된 분석할 DNA를 주입한 뒤 전기장을 걸어주어, 크기와 전하에 따라 달라지는 DNA의 모세관 이동속도를 이용해 분석하는 방법이다. 분리된 DNA에 표지된 형광염료는 모세관의 말단 부분에서 공초점현미경을 통해 신호가 검출 된다. 모세관 전기영동 채널은 보통 십자모양으로 되어있으며 일반적 전기영동법에 비해 모세관의 폭이 좁아 적은 양의 샘플로도 높은 분리 효율 및 고감도를 보이며 분리 채널의 길이 또한 짧아 빠른 샘플 분석이 가능하다. Figure 6은 PCR 및 CE가 통합된 디바이스로, 동시에 네 개의 샘플을 분리할 수 있으며 증폭된 DNA가 자동으로 모세관으로 넘어가 전기영동 되는 시스템이다.

마이크로어레이(Microarray)는 DNA 혼성화를 이용하여 병원균의 유전자를 검출하는 방법이다. 미세제조 기술을 통해 특정 병원균 DNA에 상보적인 염기서열을 갖는 올리고핵산 탐침을 좁은 면적의 칩 위에 집적시킨다. 다양한 유전자에 대해 형광 패턴을 형성하는 마이크로어레이 칩은 다중검출을 필요로 하는 분야에 유용하고 다른 검출법에 비해 고속대량 스크리닝에 유리하지만, 검출 시 혼성화가 이루어지는 시간이 길고 추가로 고감도의 형광스캐너와 분석법을 필요로 하는 단점이 있다.

측방 유동 스트립을 이용한 검출법은 특별한 검출 기기나 값비싼 장비가 필요 없이 간단히 목표 유전자를 발색 검출하는 방법으로, 의학적 진단이나 현장 진단, 자가 진단 등에 널리 쓰이고 있다. 이 기술은 다공성 종이 혹은 소결된 고분자 내에 모세관그물을 따라 유체가 전달되는 현상을 응용하였다. 측방 유동 스트립의 첫 번째 구성요소인 완충액 주입 패드(buffer loading pad)는 스펀지와 같이 많은 양의 완충액을 흡수할 수 있으며 흡수된 완충액은 조금씩 두 번째 구성요소인 결합 패드(conjugation pad)로 이동한다. 이 결합 패드에는 PCR에 의해 증폭된 DNA 혹은 검출할 단백질이 반응할 수 있는 나노 입자(주로 항체가 결합되어 있는 금 나노입자)가 존재하여 증폭된 DNA 또는 단백질과 결합을 하게 된다. 나노 입자와 결합된 DNA는 이후 검출을 위해 생체분자가 고정화되어 있는 다공성 종이막으로 흘러 들어가 포획됨으로써 발색 검출을 하게 된다(Figure 8).

4. 통합형 유전자 및 단백질 분석 마이크로 시스템 연구동향
  최종적으로 앞에서 살펴본 샘플 전처리, PCR, 검출의 3가지 요소 기술을 모두 결합시킨 통합형 유전자 분석 마이크로 시스템의 연구 동향에 대해서 기술하고자 한다. 각각의 요소들이 칩 상에서 성공적으로 발달되어 왔고 부분적 통합 또한 이루어져 왔다. 때문에 이제는 모든 과정을 하나의 칩에 통합한 유전자 분석 시스템의 개발이 활성화 되고 있다. 통합형 유전자 분석 시스템의 목적은 현장에서 얻은 생체 샘플의 유전자 분석을 제한된 시간과 공간에서 수행 하는 데 있다. 하나의 디바이스에서 일련의 과정으로 유전자를 분석하게 되면 샘플 처리 과정에서의 오염을 방지할 수 있고, 본 샘플의 생물학적 상태 및 특정 유전자 발현 등을 정확히 파악할 수 있다. 전처리, PCR, 검출의 세 단계를 온전히 통합하기 위해선 각 단계 사이에서 샘플을 운송시키는 구동력이 매우 중요한데, 크게 압력, 전기력, 원심력의 세 가지 구동력에 의해서 수행되는 통합형 시스템들이 보고되고 있다.

압력 구동 통합형 유전자 분석 마이크로 시스템은 신축성 있는 PDMS에 압력을 가하여 microvalve 등의 기능을 갖는 구조물을 만들어 사용하는 시스템으로, 샘플 수송을 정확하게 조절할 수 있고, 외부 컴퓨터로 가압 세기 및 시간을 프로그램화시켜 자동 제어가 가능하기 때문에 통합된 마이크로 디바이스를 만드는데 있어 매우 효과적이다. Figure 9의 디바이스는 PDMS에 압력을 가하여 구동시키는 microvalve 및 micropump를 통해 샘플의 이동을 제어하는 통합형 마이크로 디바이스이다. 샘플 전처리, PCR, 검출에 이르는 전 과정을 하나의 시스템 상에서 빠르게 수행하며 고감도성을 보인다. 그러나 압력 구동형 시스템은, 압력을 줄 외부 구성요소를 위해 다층구조의 칩을 제작해야 하며 복잡한 관들이 필요하고 이를 종합적으로 제어할 수 있는 컴퓨터가 요구된다. 즉 비싸고 복잡한 칩 제작 공정이 필요하고, 데이터의 재현성을 떨어뜨릴 가능성이 있기 때문에, 현장 사용가능 한 유전자 진단 시스템을 구축함에 있어 극복해야 할 문제가 남아 있다.

전기력 구동 통합형 유전자 분석 마이크로 시스템은 외부의 기계적인 힘 없이 전기력만으로 유체를 운송시킬 수 있다. 또한 전기력에 의한 유체의 이동은 압력에 의한 이동과 달리 속도 구배 현상 없이 일정한 속도로 진행되며, 이는 운송 시 발생할 수 있는 유체의 손실을 방지할 수 있다. 이러한 장점에 더불어 소형화된 전극만 있으면 작동될 수 있다는 점 때문에, 전기력 구동 시스템을 이용해 마이크로 채널 내에서 핵산을 검출하는 모세관 전기영동 시스템과 같은 검출 시스템이 개발되어 왔다. Haswell 그룹은 전극을 마이크로 칩 내부에 제작하고 프로그램화된 전압을 가하여 샘플을 이동시키며 샘플 전처리, PCR 및 모세관 전기영동을 하나의 시스템에서 수행했다. 그러나 값비싼 전극 제작비용, 고전압에 의한 마이크로 버블의 발생, 유체의 pH 변화로 인한 조성 변화, 휴대용 장치에서 고전압을 줄 수 없다는 점 등은 극복해야 할 문제로 남아 있다.
원심력 구동 통합형 유전자 분석 마이크로 시스템은 복잡한 관들 및 값비싼 외부 장치 없이, 디바이스를 회전시킬 수 있는 모터와 플라스틱 재질의 원형 마이크로 디바이스만으로 손쉽게 구축할 수 있다. 최근에는 Micro-milling과 같은 마이크로 제작 기술의 발달로 인해 플라스틱에 유체 운송 채널, valve 시스템을 쉽게 구축할 수 있고, 회전 속도, 방향 및 마이크로 채널 디자인을 통해 유체의 혼합, 분배, 이동을 제어할 수 있다. 또한 하나의 원형 디스크 내에 대칭형으로 동일한 디자인을 갖는 마이크로 채널들을 여러 개 제작할 수 있어 한 번에 여러 반응을 동시 수행할 수 있다는 장점이 있다. 이처럼 별도의 복잡한 장비 없이 회전력과 마이크로 채널 디자인만을 통해서 유체의 움직임을 제어하는 원심력 구동 방법은 휴대용 현장 진단 통합 분석 시스템을 구현하는 적합한 시스템으로 주목받고 있다. 본 연구팀에서는 이런 원심력 구동 기반 시스템을 바탕으로 현장 진단형 통합 유전자 분석 시스템을 개발해 왔으며 Figure 10은 본 연구팀에서 개발한 원심력 기반의 샘플 전처리, PCR 및 광학검출이 통합된 유전자 분석 시스템이다. 실리카 입자가 패킹된 샘플 전처리부, PCR부 그리고 광학 신호를 검출할 수 있는 검출 센서를 회전 시스템 내에 통합시켜, 회전을 통한 원심력으로 모든 반응을 순차 제어하였고 유전자 분석을 30분 이내에 수행하는 데 성공했다. 현장 응용을 극대화하기 위해 다중 분석시스템을 개발 중이며, 앞서 언급한 등온 PCR 기술과 결합한다면 보다 간소하고 효율적인 유전자 분석 시스템으로 발전할 수 있을 것이다.

III. 맺는 말


  미세제조 기술과 미세유체 기술의 발달과 함께, 랩온어칩 기술을 이용해 샘플 전처리, PCR, 검출부가 하나의 칩 안에 통합된 유전자 분석 마이크로 시스템을 제작하고자 많은 연구가 진행되고 있다. 그 이유는 빠르고, 휴대성이 있으며, 고효율, 고감도의 자동화된 유전자 분석 플랫폼의 구축이 많은 곳에 요구되고 있고, 통합 유전자 분석 마이크로 시스템이 이러한 요구에 해답이 될 수 있기 때문이다. 실제로도 압력, 전기력, 원심력과 같은 구동력 기반의 통합형 유전자 분석 시스템은 샘플로 부터 유전자 분석을 30분 이내에 성공적으로 수행할 수 있음을 보고하고 있다. 통합형 랩온어칩 진단 연구 분야는 미국을 중심으로 상용화 제품이 출시되고 있으며, 향후 더 발달된 많은 제품들이 유전자 진단 분야의 주도권을 차지하기 위해 경쟁할 것으로 예상된다. 이러한 Sample-in-Answer-out 통합형 유전자 현장 분석 시스템의 개발에 따라 앞으로의 연구, 임상 진단, 박테리아 및 바이러스 조기진단, 헬스케어 시스템 등에도 많은 변화가 있으리라 예상된다.

Ⅳ.참고문헌


1. Park BH, Kim YT, Jung JH, Seo TS. 2013. Development of a Fully Integrated Genetic Analysis Microsystem. J Korean Phys Soc.
2. Pinto VN. Bioterrorism. 2013. Health sector alertness. J Nat Sci Biol Med. 4:24-28.
3. Taylor J, Margaritis D, Nasir ZA, Borrion H, Lai KM. 2013. The Role of Protection Measures and their Interaction in Determining Building Vulnerability and Resilience to Bioterrorism. J Bioterror Biodef. 4.
4. Goldenberg A, Shmueli G, Caruana RA, Fienberg SE. 2002. Proc Natl Acad Sci U S A. 99:5237-5240.
5. Lazcka O, Del Campo FJ, Muñoz FX. 2007. Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors. Biosens Bioelectron. 22:1205-1217.
6. Lin M, Pei H, Yang F, Fan C, Zuo X. 2013. Applications of Gold Nanoparticles in the Detection and Identification of Infectious Diseases and Biothreats. Adv Mater. 25:3490-3496.
7. Park BH, Kim YT, Jung JH. 2013. Integration of sample pretreatment, μPCR, and detection for a total genetic analysis microsystem. Microchim Acta.
8. Burns MA, Johnson BN, Brahmasandra SN, Handique K, Webster JR, Krishnan M, Sammarco TS, Man PM, Jones D, Heldsinger D, Mastrangelo CH, Burke DT. 1998. An Integrated Nanoliter DNA Analysis Device. Science. 282:484-487.
9. Lee CJ, Jung JH, Seo TS. 2012. 3D Porous Sol–Gel Matrix Incorporated Microdevice for Effective Large Volume Cell Sample Pretreatment. Anal Chem. 84:4928-4934.
10. Geng T, Bao N, Sriranganathanw N, Li L, Lu C. 2012. Genomic DNA Extraction from Cells by Electroporation on an Integrated Microfluidic Platform. Anal Chem. 84:9632-9639.
11. Obeid PJ, Christopoulos TK, Crabtree HJ, Backhouse CJ. 2003. Microfabricated Device for DNA and RNA Amplification by Continuous-Flow Polymerase Chain Reaction and Reverse Tranion-Polymerase Chain Reaction with Cycle Number Selection. Anal Chem. 75:288-295.
12. Fang X, Chen H, Yu S, Jiang X, Kong J. 2011. Predicting Viruses Accurately by a Multiplex Microfluidic Loop-Mediated Isothermal Amplification Chip. Anal Chem. 83:690-695.
13. Pan X, Jiang L, Liu K, Lin B, Qin J. 2010. A microfluidic device integrated with multichamber polymerase chain reaction and multichannel separation for genetic analysis. Anal Chim Acta. 674:110-115.
14. Brown PO, Botstein D. 1999. Exploring the new world of the genome with DNA microarrays. Nat Genet. 21:33-37.
15. Mao X, Ma Y, Zhang A, Zhang L, Zeng L, Liu G. 2009. Disposable Nucleic Acid Biosensors Based on Gold Nanoparticle Probes and Lateral Flow Strip. Anal Chem. 81:1660-1668.
16. Hopwood AJ, Hurth C, Yang J, Cai Z, Moran N, Lee-Edghill JG, Nordquist A, Lenigk R, Estes MD, Haley JP, McAlister CR, Chen X, Brooks C, Smith S, Elliott K, Koumi P, Zenhausern F, Tully G. 2010. Integrated Microfluidic System for Rapid Forensic DNA Analysis: Sample Collection to DNA Profile. Anal Chem. 82:6991-6999.
17. Jung JH, Park BH, Choi SJ, Seo TS. 2012. Fully integrated rotary genetic analysis system. In Proceedings 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2012), Okinawa, Japan pp.1966–1968.
본 공공저작물은 공공누리  출처표시+상업적이용금지+변경금지 조건에 따라 이용할 수 있습니다 본 공공저작물은 공공누리 "출처표시+상업적이용금지+변경금지" 조건에 따라 이용할 수 있습니다.
TOP