DNA 마이크로어레이는 바이오칩의 발전에서 가장 주목받으며 발전하고 있는 분야로서 이에 대한 연구가 점차 확장하고 있다. DNA나 RNA 등 유전자의 매우 느린 확산속도를 극복하기 위하여 마이크로플루딕 바이오칩이 DNA 마이크로어레이에 적용되는 최근의 학술적인 사례들을 연구, 비교하였다. DNA 마이크로어레이에 적용된 미세유체 바이오칩은 상당수가 효율적인 hybridization을 달성하기 위한 믹싱 시스템이 많이 보고되었으며, 이 총설에서는 그에 대한 분석을 수행하여 유전자 hybridization 강화를 이룬 시스템에 대한 최근 동향을 가늠할 수 있게 하였다. 특별히 PDMS를 이용한 마이크로 펌프의 적용 등, 앞으로의 미세유체 DNA 마이크로어레이 발전가능성과 모델링의 한계점 등을 정리 분석해 보았다.
DNA 마이크로어레이는 바이오칩의 발전에서 가장 주목받으며 발전하고 있는 분야로서 이에 대한 연구가 점차 확장하고 있다. DNA나 RNA 등 유전자의 매우 느린 확산속도를 극복하기 위하여 마이크로플루딕 바이오칩이 DNA 마이크로어레이에 적용되는 최근의 학술적인 사례들을 연구, 비교하였다. DNA 마이크로어레이에 적용된 미세유체 바이오칩은 상당수가 효율적인 hybridization을 달성하기 위한 믹싱 시스템이 많이 보고되었으며, 이 총설에서는 그에 대한 분석을 수행하여 유전자 hybridization 강화를 이룬 시스템에 대한 최근 동향을 가늠할 수 있게 하였다. 특별히 PDMS를 이용한 마이크로 펌프의 적용 등, 앞으로의 미세유체 DNA 마이크로어레이 발전가능성과 모델링의 한계점 등을 정리 분석해 보았다.
Recently, microfluidic biochips for DNA microarray are providing a number of advantages such as, reduction in reagent volume, high-throughput parallel sample screening, automation of processing, and reduction in hybridization time. Particularly, the enhancement of target probe hybridization by decre...
Recently, microfluidic biochips for DNA microarray are providing a number of advantages such as, reduction in reagent volume, high-throughput parallel sample screening, automation of processing, and reduction in hybridization time. Particularly, the enhancement of target probe hybridization by decrease of hybridization time is an important aspect highlighting the advantage of microfluidic DNA microarray platform. Fundamental issues to overcome extremely slow diffusion-limited hybridization are based on physical, electrical or fluidic dynamical mixing technology. So far, there have been some reports on the enhancement of the hybridization with the microfluidic platforms. In this review, their principle, performance, and outreaching of the technology are overviewed and discussed for the implementation into many bio-applications.
Recently, microfluidic biochips for DNA microarray are providing a number of advantages such as, reduction in reagent volume, high-throughput parallel sample screening, automation of processing, and reduction in hybridization time. Particularly, the enhancement of target probe hybridization by decrease of hybridization time is an important aspect highlighting the advantage of microfluidic DNA microarray platform. Fundamental issues to overcome extremely slow diffusion-limited hybridization are based on physical, electrical or fluidic dynamical mixing technology. So far, there have been some reports on the enhancement of the hybridization with the microfluidic platforms. In this review, their principle, performance, and outreaching of the technology are overviewed and discussed for the implementation into many bio-applications.
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문제 정의
이러한 앞서 열거된 모든 방법들은 그 작동 원리, 바이오칩의 크기와 복잡도, DNA 마이크로 어레이 한 점 (spot)의 크기와 모양, 실험에 쓰인 타깃 유전자의 길이와 농도 등이 매우 상이하여 단순한 분류법으로 이해하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 총설에서는 미세 유체 형성 방법과 그에 따른 특징을 중심으로 몇 가지의 유형으로 분류하여 현재까지의 최근 기술을 논의하고자 한다. 또한 이러한 미세유체 시스템을 공학적인 모델링으로 해석할 수 있는 가능성과 방법에 대하여 논의하고자 한다.
그간의 연구결과를 분석, 정리하였다. 또한 앞으로 DNA 마이크로어레이 효율향상에 적용이 가능한 최근의 미세 유체 시스템에 대한 가능성을 모색하고자 하였다.
따라서, 본 총설에서는 미세 유체 형성 방법과 그에 따른 특징을 중심으로 몇 가지의 유형으로 분류하여 현재까지의 최근 기술을 논의하고자 한다. 또한 이러한 미세유체 시스템을 공학적인 모델링으로 해석할 수 있는 가능성과 방법에 대하여 논의하고자 한다.
본 총설에서는 미세유체 바이오칩이 적용된 DNA 마이크로 어레이에 관련된 그동안의 연구들에 대한 기초분석자료로서 미세유체 시스템의 유용성 및 문제점 등에 관하여 그간의 연구결과를 분석, 정리하였다. 또한 앞으로 DNA 마이크로어레이 효율향상에 적용이 가능한 최근의 미세 유체 시스템에 대한 가능성을 모색하고자 하였다.
여기까지 마이크로어레이의 가장 큰 난점인 느린 mass transport에 의한 긴 반응 혹은 hyrbidization 시간을 해결하기 위한 마이크로플루딕 혹은 미세유체 바이오칩의 실제 적용 예와 가능성을 알아보았다. 이러한 미세유체 소자를 사용할 경우 유전자의 hybridizatione 유체역학 및 반응공학적인 접근으로 그 모델링이 가능하다.
제안 방법
의하여 처음 고안되었다(11). 미국 모토롤라사의 Lenigk 등에 의하여 발표된 미세유체 시스템을 이용한 DNA hybridization 향상은 마이크로채널을 따라 전후로 유동하는 유체를 이용하여 효율을 향상했으며 CO2 레이저를 사용한 고분자 재료로서 간단하게 미세유체 시스템을 구성하였다. Fig.
대상 데이터
4(a)는 미국 Vanderbilt 대학의 McQuain 등이 syringe 를 이용한 chaotic mixei를 제작하여 DNA hybridization 효율을 높이는 실험을 수행한 것을 보여준다(15). 이러한 구조는 비교적 간단하게 구성할 수 있으며, 실험에는 65-mer 의 프루브 유전자가 사용되었고, 725 bp의 타깃 유전자가 사용되었다. 실험결과에서는 특히 측정값과 노이즈의 비율이 증대하는 효과와 spot 위치에 영향을 받지않는 균일한 hybridization결과를 보여주었다.
성능/효과
기본적으로 이 원심력 응용법은 효율향상을 위한 mixing 기구나 mixing을 위한 나노입자 등이 불필요하므로 기타 불순물의 움직임에 따른 마이크로어레이 손상 및 파괴 등을 막을 수 있는 잇점이 있다. 실제 two-axial centrifuge를 사용한 실험에서는 약 50 律m 밖에 안되는 높이의 미세유체 칩이 사용되었고, 믹싱을 저해하는 바이오칩 내부의 표면장력이나 점도 등을 넘어서는 원활한 믹싱을 보여서 높은 효율향상을 보였다. 하지만, 이 시스템의 경우 커다란 크기의 외부 two-axial centrifugee} 필수적인 면이 단점이 될 수 있다.
이러한 구조는 비교적 간단하게 구성할 수 있으며, 실험에는 65-mer 의 프루브 유전자가 사용되었고, 725 bp의 타깃 유전자가 사용되었다. 실험결과에서는 특히 측정값과 노이즈의 비율이 증대하는 효과와 spot 위치에 영향을 받지않는 균일한 hybridization결과를 보여주었다. 이러한 바이오칩에 적용된 chaotic mixer는 믹싱을 위하여 별도의 동력원이 필요 없이 샘플 용액을 낮은 유속으로 흘려줘도 믹싱이 잘 일어나는 원리를 이용한 것이다.
후속연구
발전하고 있는 중이다. 이러한 시스템은 차후 병을 가진 환자를 병원에서가 아닌 현장, 즉 환자의 집에서 혈액 등을 직접 진단하고 분석하는 POC (Point-Of-Care) 시스템을 구축하는데 필수적인 역할을 할 것으로 예상된다. 즉, 바이오칩은 매우 소형화되어 휴대성이 증대되어 현장에서 즉각적인 활용이 가능하며, 적은 양의 시료 분석이 가능하여 비용이 절감될 수 있고, 온도 제어가 가능할 경우 빠른 응답 속도를 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 소자가 집적될 경우 신뢰성 향상을 기대할 수 있는 장점이 있다.
이 새로운 믹서는 미세유체의 확대, 수축과 꺾임 등을 이용하여 완전한 믹싱을 이루는 장점이 있다. 차후 DNA hybridization 효율 향상에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
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