감염병은 세균, 바이러스, 기생충과 같은 여러 병원체에 의해 감염되는 전염성 질환이다. 인플루엔자, COVID-19 등의 전염성이 강한 감염병은 사회와 공중보건에 부정적인 결과를 가져왔으며, 전염성이 강한 감염병의 확산을 방지하기 위해 신속한 감염병의 진단을 통한 초기 조치가 필요하다. 하지만 보통의 경우 감염병의 진단은 대규모 병원이나 중앙 실험실에 검체를 보내 검사가 수행되기 때문에 많은 시간이 소요된다. 이러한 시간을 단축하기 위해 현장에서 진단(Point of Care, ...
감염병은 세균, 바이러스, 기생충과 같은 여러 병원체에 의해 감염되는 전염성 질환이다. 인플루엔자, COVID-19 등의 전염성이 강한 감염병은 사회와 공중보건에 부정적인 결과를 가져왔으며, 전염성이 강한 감염병의 확산을 방지하기 위해 신속한 감염병의 진단을 통한 초기 조치가 필요하다. 하지만 보통의 경우 감염병의 진단은 대규모 병원이나 중앙 실험실에 검체를 보내 검사가 수행되기 때문에 많은 시간이 소요된다. 이러한 시간을 단축하기 위해 현장에서 진단(Point of Care, POC) 하는 방법이 활용되고 있다. 현장에서 일반 사용자가 감염병을 진단하기 위해서는 검체의 추출부터 유전자 검출까지 자동화된 전자동 분자진단 장치가 필요하다. 검체의 추출 방법으로는 자동화에 적합한 자성 비드를 사용한 DNA 추출법을 사용하고 유전자 검출 방법으로는 COVID-19 검사에 주로 사용된 실시간 중합효소 연쇄 반응법을 사용한 전자동 현장 분자진단 장치 시스템의 구조를 제안한다. 제안한 시스템은 DNA 추출과 DNA 증폭 및 형광 검출을 수행되는 일회용 미세유체 카트리지를 사용하고 오픈 소스 하드웨어를 사용함으로 저비용의 하드웨어 시스템을 구성하였다. 그리고 분산 구조를 적용하여 시스템의 주요한 기능을 DNA의 추출 기능과 DNA의 증폭 및 형광 검출기능으로 분리하여 분리된 기능은 네트워크 서버로 구성하였다. 분리된 네트워크 서버를 통해 장치의 기능을 독립적으로 수행할 수 있으며, 네트워크를 통해 장치의 모니터링을 수행할 수 있다. 하드웨어 구조를 단순화한 에뮬레이터를 통해 장치의 정밀한 동작을 관찰할 수 있었으며 가상으로 생성한 데이터가 정상적으로 표시되는 것을 확인하여 전자동 현장 분자진단 장치 시스템 구조를 검증하였다. 본 논문에서 제안한 시스템 구조는 각 프로세스가 네트워크에 연결되어 외부에서의 모니터링을 통한 장치의 부품 관리와 소프트웨어 시스템의 관리가 쉽고, 오픈 소스 하드웨어를 사용하기 때문에 기존의 부품을 대체하여 기존의 하드웨어 시스템에 쉽게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
감염병은 세균, 바이러스, 기생충과 같은 여러 병원체에 의해 감염되는 전염성 질환이다. 인플루엔자, COVID-19 등의 전염성이 강한 감염병은 사회와 공중보건에 부정적인 결과를 가져왔으며, 전염성이 강한 감염병의 확산을 방지하기 위해 신속한 감염병의 진단을 통한 초기 조치가 필요하다. 하지만 보통의 경우 감염병의 진단은 대규모 병원이나 중앙 실험실에 검체를 보내 검사가 수행되기 때문에 많은 시간이 소요된다. 이러한 시간을 단축하기 위해 현장에서 진단(Point of Care, POC) 하는 방법이 활용되고 있다. 현장에서 일반 사용자가 감염병을 진단하기 위해서는 검체의 추출부터 유전자 검출까지 자동화된 전자동 분자진단 장치가 필요하다. 검체의 추출 방법으로는 자동화에 적합한 자성 비드를 사용한 DNA 추출법을 사용하고 유전자 검출 방법으로는 COVID-19 검사에 주로 사용된 실시간 중합효소 연쇄 반응법을 사용한 전자동 현장 분자진단 장치 시스템의 구조를 제안한다. 제안한 시스템은 DNA 추출과 DNA 증폭 및 형광 검출을 수행되는 일회용 미세유체 카트리지를 사용하고 오픈 소스 하드웨어를 사용함으로 저비용의 하드웨어 시스템을 구성하였다. 그리고 분산 구조를 적용하여 시스템의 주요한 기능을 DNA의 추출 기능과 DNA의 증폭 및 형광 검출기능으로 분리하여 분리된 기능은 네트워크 서버로 구성하였다. 분리된 네트워크 서버를 통해 장치의 기능을 독립적으로 수행할 수 있으며, 네트워크를 통해 장치의 모니터링을 수행할 수 있다. 하드웨어 구조를 단순화한 에뮬레이터를 통해 장치의 정밀한 동작을 관찰할 수 있었으며 가상으로 생성한 데이터가 정상적으로 표시되는 것을 확인하여 전자동 현장 분자진단 장치 시스템 구조를 검증하였다. 본 논문에서 제안한 시스템 구조는 각 프로세스가 네트워크에 연결되어 외부에서의 모니터링을 통한 장치의 부품 관리와 소프트웨어 시스템의 관리가 쉽고, 오픈 소스 하드웨어를 사용하기 때문에 기존의 부품을 대체하여 기존의 하드웨어 시스템에 쉽게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
Infectious diseases are contagious conditions caused by multiple pathogens, such as bacteria or viral parasites. Highly contagious infectious diseases such as influenza and COVID-19 have had negative consequences for society and public health. In order to prevent the spread of highly contagious infe...
Infectious diseases are contagious conditions caused by multiple pathogens, such as bacteria or viral parasites. Highly contagious infectious diseases such as influenza and COVID-19 have had negative consequences for society and public health. In order to prevent the spread of highly contagious infectious diseases, it is necessary to diagnose them quickly and take early action. However, diagnosing infectious diseases is usually time-consuming because samples are sent to large hospitals or central laboratories for testing. To shorten this time, point of care (POC), a method of diagnosing in the field, is being utilized. To diagnose infectious diseases in the field by ordinary users, fully automated molecular diagnostic devices are needed, from sample extraction to gene detection. We propose a system of fully automated point of care molecular diagnostic devices using DNA extraction using magnetic beads suitable for automation as a sample extraction method and real-time polymerase chain reaction method mainly used for COVID-19 testing as a gene detection method. The proposed system uses disposable micro-fluidic cartridges for DNA extraction, DNA amplification, and fluorescence detection, and uses open source hardware to construct a low-cost hardware system. The main functions of the system were separated into DNA extraction, DNA amplification, and fluorescence detection by applying a distribute architecture. Each separate function can be configured as an network server to perform functions independently, and monitoring of the equipment can be performed through the network. Through the emulator that simplified the hardware structure, we were able to observe the precise operation of the equipment and verify the system structure of the fully automated point of care molecular diagnostic device by checking that the virtually generated data was displayed normally. The proposed system architecture in this paper allows each process to be connected to the network, making it easy to manage equipment components and software systems through external monitoring. Since it utilizes open source hardware, it is expected to be easily applicable to existing hardware systems by replacing the existing components.
Infectious diseases are contagious conditions caused by multiple pathogens, such as bacteria or viral parasites. Highly contagious infectious diseases such as influenza and COVID-19 have had negative consequences for society and public health. In order to prevent the spread of highly contagious infectious diseases, it is necessary to diagnose them quickly and take early action. However, diagnosing infectious diseases is usually time-consuming because samples are sent to large hospitals or central laboratories for testing. To shorten this time, point of care (POC), a method of diagnosing in the field, is being utilized. To diagnose infectious diseases in the field by ordinary users, fully automated molecular diagnostic devices are needed, from sample extraction to gene detection. We propose a system of fully automated point of care molecular diagnostic devices using DNA extraction using magnetic beads suitable for automation as a sample extraction method and real-time polymerase chain reaction method mainly used for COVID-19 testing as a gene detection method. The proposed system uses disposable micro-fluidic cartridges for DNA extraction, DNA amplification, and fluorescence detection, and uses open source hardware to construct a low-cost hardware system. The main functions of the system were separated into DNA extraction, DNA amplification, and fluorescence detection by applying a distribute architecture. Each separate function can be configured as an network server to perform functions independently, and monitoring of the equipment can be performed through the network. Through the emulator that simplified the hardware structure, we were able to observe the precise operation of the equipment and verify the system structure of the fully automated point of care molecular diagnostic device by checking that the virtually generated data was displayed normally. The proposed system architecture in this paper allows each process to be connected to the network, making it easy to manage equipment components and software systems through external monitoring. Since it utilizes open source hardware, it is expected to be easily applicable to existing hardware systems by replacing the existing components.
주제어
#실시간 중합효소 연쇄반응 전자동 분자진단 장치 시스템 현장검사 분산 구조 오픈 소스 하드웨어 오픈 소스 소프트웨어
학위논문 정보
저자
길병헌
학위수여기관
한림대학교 일반대학원
학위구분
국내석사
학과
융합소프트웨어학과 융합소프트웨어학
지도교수
김종대
발행연도
2024
총페이지
52 p.
키워드
실시간 중합효소 연쇄반응 전자동 분자진단 장치 시스템 현장검사 분산 구조 오픈 소스 하드웨어 오픈 소스 소프트웨어
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