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최적화된 Lab-on-a-chip 설계를 위한 향상된 다차원 프로틴 등속영동 시뮬레이션
A Simulation of Advanced Multi-dimensional Isotachophoretic Protein Separation for Optimal Lab-on-a-chip Design 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.13 no.7, 2009년, pp.1475 - 1482  

조미경 (동명대학교 멀티미디어공학과)

초록
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본 논문에서는 최적의 Lab-on-a-Chip을 설계하기 위해 나선형 마이크로 채널에서 등속영동 프로틴 분리를 수행하는 컴퓨터 시뮬레이션을 이차원 유한 요소법을 이용하여 개발하였다. 개발한 이차원 ITP 모델은 다섯 가지 요소로 구성되며 Leader로서 염산을, Terminator로서 카르로산, 두 개의 프로틴 중 프로틴 A는 아세트산, 프로틴 B는 벤조산, 그리고 BE(Background Electrolyte)로서 히스티딘을 사용하였다. 컴퓨터 모델은 다섯 가지 구성 요소들에 대한 질량 보존 방정식과 전위에 대한 전하 보존 방정식, 그리고 pH 계산은 전기적 중성 조건식에 기반하고 있다. 제안된 이차원 공간 ITP 모델의 검증을 위해 제안한 모델의 결과와 Bohuslav Gas 그룹에서 개발한 Simu 5의 결과를 비교하였다. 시뮬레이션 결과 일차원 채널에서 두 모델이 매우 유사한 일치를 보임으로 제안한 모델의 정확성을 검증해 주었다. 이차원 프로틴 분리는 Lab-on-a-Chip 설계를 위한 이차원 곡선 채널에서 수행되어 채널 형상이 프로틴 포커싱분포(dispersions)의 변화를 초래함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a computer simulation is developed for isotachophoretic protein separation in a serpentine micro channel for optimal lab on a chip design using 2D Finite Element Method. This 2D ITP model is composed of 5 components such as hydrochloric acid as Leader, caproic acid as terminator, acet...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 혼합된 두 개의 프로틴이 서로 다른 채널 형상내에서 분리될 때 채널 형상에 따른프로틴이 움직이는 형태를 살펴보았다. 본 해석을 위해서 如 der로서 염화 수산소(hydrochloric acid)를, Terminator로서 카르로산(caproic acid), 프로틴 A(PA)로서 아세트산(acetic acid), 프로틴 B(PB)로서 벤조산(taizoic acid), BE로서 히스티딘(histidine)을 사용하였다.
  • 본 연구는 프로틴 분리에서 가장 널리 사용되어지고 있는 등속영동에 대 한2차원 모델을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 1차원에서 예측할 수 없는 여러 가지 현상을 비교 분석하였다. 그리고 형상에 따른 프로틴거동을 비교하기 위하여 단순 팽창압축채널을 사용하였다.
  • 본 연구는 프로틴 분리에서 가장 널리 사용되어지고 있는 등속영동에 대 한2차원 모델을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 1차원에서 예측할 수 없는 여러 가지 현상을 비교 분석하였다. 그리고 형상에 따른 프로틴거동을 비교하기 위하여 단순 팽창압축채널을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 1차원에서 볼 수 있는 단순한 평면 채널에서의 프로틴 B의 거동과 2차원 팽창 압축 채널에서의 프로틴 B의 거동을 살펴보고, 향후 프로틴 Lab- on-a-Chip 설계 시 반드시 고려되어야 할 중요한 요소들을 살펴보았다. 단순 팽창 압축 채널 형상은 그림 2(b)에 도시되어 있다.

가설 설정

  • 유한요소 모델을 위한 경계조건으로는 채널 끝 부분에서 는 Terminator 및 Leader, 샘플 프로틴 PA, PB 및 BE을 일정한 상수 값으로 고정 시 키 는 Dirichlet 경계조건 (C, = const) 을 사용하였고, 채널벽면에서는 프로틴의 침투나 생성이 되지 않도록 Neumman 경계조건 (VC, 5 = 0)을 사용하였다. 그리고 식 (4)의 경계조건으로서 채널 끝 부분에서는 일정한 전압<如 = const, 을 가정하였고, 채널 벽면에서는 단열조건(V0" = O)을 유지하였다.
  • 지금까지 많은 그룹들이 ITP 해석을 할 때, 프로틴 움직임을 결정짓는 밸런스(valance)를 계산할 때 pH를 고려 하지 않고[7, 9] 단순히 상수 값을 가정 하였다. 하지만 Bohuslav Gas 그룹은 pH까지 고려할 수 있는 가장 정밀한 1 차원 ITP을 소개하였다.
  • (司은 프로틴 A, B 및 프로틴 정제를 위한 Terminator, Leader, BE의 초기 조건 상태를 그림 2 (a)의 중간 부분으로부터 추출한값들을보여준다. 해석을 위해서 두 개의 프로틴은 30mm를 중심으로 정규 곡선으로 분포한다고 가정하였고, 프로틴 A와B는 균일하게 혼합되 게 하였다. 그리고 Terminator는 왼쪽에 Leader는 오른쪽에 위치시켰다.
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참고문헌 (13)

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