감염균에 의한 질병을 치료/예방하기 위해서는 감염균을 조기에 검출하는 것이 중요하다. 하지만 대부분의 감염균들은 그 크기가 작고 낮은 농도로 존재할 때는 증상이 나타나지 않아 이를 검출하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 기술 중 하나인 핵산 기반 분석 방법인 분자진단 기술은 높은 민감도와 특이도로 인해 최근 벌어진 코로나 19 ...
감염균에 의한 질병을 치료/예방하기 위해서는 감염균을 조기에 검출하는 것이 중요하다. 하지만 대부분의 감염균들은 그 크기가 작고 낮은 농도로 존재할 때는 증상이 나타나지 않아 이를 검출하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 기술 중 하나인 핵산 기반 분석 방법인 분자진단 기술은 높은 민감도와 특이도로 인해 최근 벌어진 코로나 19 팬데믹 상황에서도 큰 역할을 하였다. 하지만 이 방법은 시료에서부터 정제된 핵산을 얻는 시료전처리 과정이 필수적으로 요구되기 때문에 전문가 및 전문시설이 필요하고 검출하는데 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 각각의 시료의 특성을 파악하여 분자진단을 위한 시료전처리 공정을 단순화할 수 있는 기술에 대한 연구를 진행하였다. 첫번째로, 대면적 표면시료의 경우 실내 환경에서 공기중에 부유하고 있는 감염균들과 사람들의 손에서부터 나오는 감염균을 동시에 확인 할 수 있을 뿐 아니라 오염된 표면으로부터 감염병이 확산되는 것을 확인 할 수 있다. 현재 방법은 면봉을 사용하기 때문에 처리할 수 있는 면적이 좁아 전체 공간을 대변하기 위해서는 시료의 양이 많아진다. 이를 해결하기 위해서 한번에 대면적을 포집 할 수 있는 부직포를 사용한 시료전처리 플랫폼을 개발하였으며 이를 바탕으로 상용기술 대비 더 높은 민감도를 보이는 것을 확인하였다. 두번째로, 강물 시료의 경우 처리해야 하는 시료의 부피가 크고, 부피 대비 감염균의 농도가 낮은 특징이 있다. 또한, 다양한 종류의 불순물들이 있어 1차적인 정제가 요구된다. 이를 해결하기 위해서, 유리 비드를 이용해서 불순물의 크기에 따른 정제 기술을 개발하였고, 기능성 비드를 제작해 감염균을 효과적으로 농축 할 수 있는 기술을 개발하였다. 이를 바탕으로 상용기술 대비 5배 빠른 시간안에 감염균을 검출하는데 성공했다. 세번째로, 변 시료의 경우 복잡시료 중 하나로 여러 종류의 불순물들과 수 많은 박테리아들이 존재한다. 따라서 적은 양의 시료를 사용해도 충분한 핵산을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이를 바탕으로 다이렉트 버퍼를 사용해서 공정을 개발했고 현장에서 사용이 용이하도록 구동장비를 개발하였다. 추가적인 연구를 통해 저농도의 감염균을 검출하기 위해서 시료의 불순물은 줄이고 감염균을 농축하는 기술을 적용함으로서 기술개선을 진행하였다. 본 연구를 통해 기존 시료전처리 공정에서 문제가 되었던 각종 시약의 단순화를 진행하였으며 이를 통해 다양한 시료에서 공정 단순화 및 최적화를 이루었다. 이를 바탕으로 분자진단 기술의 활용성을 높일 수 있을 것이다.
감염균에 의한 질병을 치료/예방하기 위해서는 감염균을 조기에 검출하는 것이 중요하다. 하지만 대부분의 감염균들은 그 크기가 작고 낮은 농도로 존재할 때는 증상이 나타나지 않아 이를 검출하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 기술 중 하나인 핵산 기반 분석 방법인 분자진단 기술은 높은 민감도와 특이도로 인해 최근 벌어진 코로나 19 팬데믹 상황에서도 큰 역할을 하였다. 하지만 이 방법은 시료에서부터 정제된 핵산을 얻는 시료전처리 과정이 필수적으로 요구되기 때문에 전문가 및 전문시설이 필요하고 검출하는데 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 각각의 시료의 특성을 파악하여 분자진단을 위한 시료전처리 공정을 단순화할 수 있는 기술에 대한 연구를 진행하였다. 첫번째로, 대면적 표면시료의 경우 실내 환경에서 공기중에 부유하고 있는 감염균들과 사람들의 손에서부터 나오는 감염균을 동시에 확인 할 수 있을 뿐 아니라 오염된 표면으로부터 감염병이 확산되는 것을 확인 할 수 있다. 현재 방법은 면봉을 사용하기 때문에 처리할 수 있는 면적이 좁아 전체 공간을 대변하기 위해서는 시료의 양이 많아진다. 이를 해결하기 위해서 한번에 대면적을 포집 할 수 있는 부직포를 사용한 시료전처리 플랫폼을 개발하였으며 이를 바탕으로 상용기술 대비 더 높은 민감도를 보이는 것을 확인하였다. 두번째로, 강물 시료의 경우 처리해야 하는 시료의 부피가 크고, 부피 대비 감염균의 농도가 낮은 특징이 있다. 또한, 다양한 종류의 불순물들이 있어 1차적인 정제가 요구된다. 이를 해결하기 위해서, 유리 비드를 이용해서 불순물의 크기에 따른 정제 기술을 개발하였고, 기능성 비드를 제작해 감염균을 효과적으로 농축 할 수 있는 기술을 개발하였다. 이를 바탕으로 상용기술 대비 5배 빠른 시간안에 감염균을 검출하는데 성공했다. 세번째로, 변 시료의 경우 복잡시료 중 하나로 여러 종류의 불순물들과 수 많은 박테리아들이 존재한다. 따라서 적은 양의 시료를 사용해도 충분한 핵산을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이를 바탕으로 다이렉트 버퍼를 사용해서 공정을 개발했고 현장에서 사용이 용이하도록 구동장비를 개발하였다. 추가적인 연구를 통해 저농도의 감염균을 검출하기 위해서 시료의 불순물은 줄이고 감염균을 농축하는 기술을 적용함으로서 기술개선을 진행하였다. 본 연구를 통해 기존 시료전처리 공정에서 문제가 되었던 각종 시약의 단순화를 진행하였으며 이를 통해 다양한 시료에서 공정 단순화 및 최적화를 이루었다. 이를 바탕으로 분자진단 기술의 활용성을 높일 수 있을 것이다.
Early detection of pathogen which causes diseases is important to treat/prevent spread of diseases. However, most pathogens are small size and do not cause symptoms when present at low concentrations, making it difficult to detect them. Molecular diagnostic technology, which is a nucleic acid-based ...
Early detection of pathogen which causes diseases is important to treat/prevent spread of diseases. However, most pathogens are small size and do not cause symptoms when present at low concentrations, making it difficult to detect them. Molecular diagnostic technology, which is a nucleic acid-based analysis method, one of the technologies to solve this problem, played an important role in the recent COVID-19 pandemic due to its high sensitivity and specificity. However, this method has disadvantages to require trained persons and specialized facilities and takes a long time to detect. Because of sample preparation process for recover purified nucleic acid from a sample is necessary. To solve this problem, study was conducted on a technology that can simplify the process by identifying the characteristics of each sample. First, in the case of surface samples, it is possible to simultaneously check both the pathogens floating in the air in the indoor and the pathogens of human hands, as well as the spread of infectious diseases from the contaminated surface. Since the current method uses a cotton swab, the area that can be covered is narrow, and the amount of sample is increased to represent the entire space. To solve this problem, a sample preparation platform using a wipe that can collect a large surface area at once was developed. It showed higher sensitivity than commercial technology. Second, in the case of a river sample, the volume of the sample to be processed is large and the concentration of pathogen is. In addition, since there are various types of impurities, primary purification is required. To solve this problem, a purification technology according to the size of impurities was developed using glass beads, and a technology to effectively concentrate pathogen by fabricating functional beads was developed. It succeeded in detecting pathogens in five times faster time than commercial kit. Third, in the case of a stool sample, as one of the complex samples, various types of impurities and numerous bacteria exist. Therefore, there is an advantage that sufficient nucleic acid can be obtained even with a small amount of sample. The process was developed using a direct buffer and operating device was developed for easy-to-use in the field. For the detection of low concentration pathogens, the technology was improved by reducing sample impurities and concentrating pathogens. Through this study, various reagents, which were a problem in the current sample preparation process, were simplified. And process is simplification and optimization were achieved in various samples. Based on this, it will be possible to increase the utility of molecular diagnosis.
Early detection of pathogen which causes diseases is important to treat/prevent spread of diseases. However, most pathogens are small size and do not cause symptoms when present at low concentrations, making it difficult to detect them. Molecular diagnostic technology, which is a nucleic acid-based analysis method, one of the technologies to solve this problem, played an important role in the recent COVID-19 pandemic due to its high sensitivity and specificity. However, this method has disadvantages to require trained persons and specialized facilities and takes a long time to detect. Because of sample preparation process for recover purified nucleic acid from a sample is necessary. To solve this problem, study was conducted on a technology that can simplify the process by identifying the characteristics of each sample. First, in the case of surface samples, it is possible to simultaneously check both the pathogens floating in the air in the indoor and the pathogens of human hands, as well as the spread of infectious diseases from the contaminated surface. Since the current method uses a cotton swab, the area that can be covered is narrow, and the amount of sample is increased to represent the entire space. To solve this problem, a sample preparation platform using a wipe that can collect a large surface area at once was developed. It showed higher sensitivity than commercial technology. Second, in the case of a river sample, the volume of the sample to be processed is large and the concentration of pathogen is. In addition, since there are various types of impurities, primary purification is required. To solve this problem, a purification technology according to the size of impurities was developed using glass beads, and a technology to effectively concentrate pathogen by fabricating functional beads was developed. It succeeded in detecting pathogens in five times faster time than commercial kit. Third, in the case of a stool sample, as one of the complex samples, various types of impurities and numerous bacteria exist. Therefore, there is an advantage that sufficient nucleic acid can be obtained even with a small amount of sample. The process was developed using a direct buffer and operating device was developed for easy-to-use in the field. For the detection of low concentration pathogens, the technology was improved by reducing sample impurities and concentrating pathogens. Through this study, various reagents, which were a problem in the current sample preparation process, were simplified. And process is simplification and optimization were achieved in various samples. Based on this, it will be possible to increase the utility of molecular diagnosis.
주제어
#Sample preparation for molecular diagnosis Large surface sample River sample Stool sample Polymerase chain reaction 분자진단을 위한 시료전처리 표면시료 강물시료 변시료 중합효소 연쇄 반응
학위논문 정보
저자
유현진
학위수여기관
중앙대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
융합공학과 바이오공학전공
지도교수
민준홍
발행연도
2022
총페이지
xiii, 150장
키워드
Sample preparation for molecular diagnosis Large surface sample River sample Stool sample Polymerase chain reaction 분자진단을 위한 시료전처리 표면시료 강물시료 변시료 중합효소 연쇄 반응
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