[논문]3D 프린팅 기술을 이용한 누에 알 미세주입 기술 개선

정찬영; 이창훈; 석영식; 용상엽; 김성완; 김기영; 박종우

doi:10.5656/ksae.2022.02.1.063

초록
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오래전부터 산업곤충으로서 이용되어온 누에는 최근 바이오 신소재 생산을 위한 생체공장으로써 주목받고 있다. 소재생산을 위해서는 주로 형질전환 기술을 이용하게 되며, 이는 배아가 있는 알 속으로 목적 유전자를 삽입하는 마이크로인젝션(microinjection) 방식으로 이루어진다. 마이크로인젝션을 위해서는 알을 고정하는 과정이 필수적이며 시간 소모 및 피로도가 높은 작업이다. 따라서 본 연구에서는 시간 소모 및 피로도 개선을 통하여 형질전환 효율을 높이고자 3D 프린팅을 이용하여 알의 정렬 및 고정에 도움을 줄 수 있는 알 배열판(egg liner) 및 접착제 줄눈판(glue drawer)을 3DCADian 프로그램을 이용하여 모델링하고, Fusion 360를 이용하여 3차원 도면을 제작 후 프린팅하여 제작하였다. 제작된 두 도구를 이용하여 슬라이드 글라스에 알을 고정하고, 소요된 시간을 분석한 결과 도구를 사용하지 않았을 때에 비하여 2가지 도구를 이용했을 때 작업시간이 약18.6% 감소하였으며, 연구자의 작업 편의성을 향상시키고 마이크로인젝션을 위한 현미경 및 로봇 팔(manipulator) 조작을 유리하게 하였다. 따라서 알의 배열 수 또는 조작 편의성을 개선할 수 있는 추가적인 연구 및 개량이 이루어진다면, 알 배열판 및 접착제 줄눈판이 누에 형질전환 효율성 개선 및 다른 산업 곤충의 형질전환 연구에도 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Silkworms, which have for long been used as an insect resource for industrialization, have recently attracted attention as potential bio-factories for the production of novel biomaterials. In this regard, material production is typically achieved based on transformation technology, mediated via micr...

Silkworms, which have for long been used as an insect resource for industrialization, have recently attracted attention as potential bio-factories for the production of novel biomaterials. In this regard, material production is typically achieved based on transformation technology, mediated via microinjection, in which a target gene is inserted into eggs containing an embryo. However, an essential step in the microinjection procedure is egg fixation, which can be a time-consuming and laborious task. Therefore, in this study, using the 3DCADian program, we adopted a 3D printing approach to model egg liners and glue drawers, which can contribute to facilitating egg alignment and fixation, thereby enhancing transformation efficiency by reducing time consumption and fatigue. After rendering using Fusion 360, the two supplementary tools were produced by printing with nylon resin (PA12) and Sinterit Lisa Pro. Subsequent analysis of the time required to fix eggs on glass slides using the two manufactured tools, revealed that the processing time was reduced by approximately 18.6% when the two tools were used compared with when these tools were not used. These innovations not only reduced fatigue but also contributed to more effective use of the microscope and manipulator for microinjection. Consequently, we believe that with additional research and refinement, the egg liner and glue drawer developed in this study could be used to enhance silkworm transformation efficiency and study similar transformation systems in other industrial insects.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. The silkworm eggs line on agarose gel and the structure of the egg liner (EL). (A) Silkworm eggs have to be a line on agarose gel to attach on slide glass for microinjection. The red arrow is a silkworm egg. (B) Drawings of the of the EL design, (C) EL 3D modeling, and (E) EL 3D printing output with a row of 15 partitions, which facilitates the alignment of 30 silkworm eggs on a glass slide at a single time. The rising plate in the middle is the handle of the EL, and the back panel is bent at an angle of 30 degrees (red arrow).
그림 Fig. 2. The scheme of glue drawing on slide glass and the structure of the glue drawer (GD). (A) To attach eggs on slide glass, there should be a straight line drawn with glue. (B) Glue line using a syringe in the thin space in the middle of GD. (C) Drawings of the GD design, (D) GD 3D modeling, and (E) GD 3D printing output, which consists of two thin spaces in the middle and large empty spaces above and below, with a handle plate on one side. (F) When drawing the third and fourth adhesive lines, the two large empty spaces are constructed such that the first and second are already aligned and the fixed eggs are not disturbed.
그림 Fig. 3. The convenience and efficiency of the egg liner (EL) and the glue drawer (GD). (A) The silkworm eggs are initially placed at approximate positions in individual partitions of the EL, and are subsequently pushed to align more precisely. (B) The time taken to align eggs with and without the EL. The experiment assessed the time taken to align and anchor 480 silkworm eggs. (C) The degree of distortion when aligning eggs using tools or not. The error bars represent the standard error (SE) of three replicates and the asterisks d enote significant differences with respect to the control (P < 0.05).

참고문헌 (10)

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