초록 ▼

저농도 종양 진단용 단백질의 검출을 위한 미세 분리 기술을 연구하여 각 분리 기술의 유용성과 적합성을 평가하고 이를 통해 표지 단백질에 최적화된 분리 기술의 조합 및 미세유체 분리 시스템을 설계하고 구현하는 기술을 개발하는 것을 목표로한다.
본 연구팀에서는 기존의 평면상 미세 분리기술과는 달리 질병진단용 $\mu$-TAS의 구현을 위한 미세유체흐름채널에서의 미세분리기술에 대한 연구를 진행하였고, 이에 대한 분리거동 메커니즘을 규명함으로서 최적화된 저 농도 단백질분리기술을 통합검출시스템에 적용할 수 있었다.

저농도 종양 진단용 단백질의 검출을 위한 미세 분리 기술을 연구하여 각 분리 기술의 유용성과 적합성을 평가하고 이를 통해 표지 단백질에 최적화된 분리 기술의 조합 및 미세유체 분리 시스템을 설계하고 구현하는 기술을 개발하는 것을 목표로한다.
본 연구팀에서는 기존의 평면상 미세 분리기술과는 달리 질병진단용 $\mu$-TAS의 구현을 위한 미세유체흐름채널에서의 미세분리기술에 대한 연구를 진행하였고, 이에 대한 분리거동 메커니즘을 규명함으로서 최적화된 저 농도 단백질분리기술을 통합검출시스템에 적용할 수 있었다. 또한 본 연구팀에 의해 개발된 각 미세분리기술들을
선형조합 및 2차원적 통합을 통해 복잡한 혼합물 샘플에서 저 농도 표적 단백질의 효율적인 농축 및 분리를 가능하게 하였다. 개별의 분리 기술들을 분리 단계의 효율성 및 표지 단백질의 특성에 따라 최적으로 조합하고 통합하여 그 효율성을 극대화 하였다. 본 연구과제의 최종 목표인 저 농도 표지 단백질의 검출을 위한 $\mu$-TAS에
적용가능한 단백질 미세분리개발을 위해 미세통합검출시스템을 성공적으로 구현하였다. 본 연구팀에서 최종적으로 구현한 미세통합 검출시스템은 미세 혼합기를 이용한 세포파쇄 전처리 기술과 고상흡착제를 이용한 미세분리 및 정제단계, 미세패턴을 이용한 전기화학 및 표면특성 분석을 통한 분석단계로 이루어져 있다. 개별적인 단계들을 한 칩상에서 구현하기 위해 미세밸브 및 혼합기를 이용하여 2차원적 결합및 집적을 통해 미세통합 검출시스템을 구현하였다.
본 과제를 수행함으로서 확보된 단백질 미세분리기술에 대한 분리거동 특성을 기반으로, 개별 및 다단계 분리시스템을 개발할 수 있었다. 등전집속, 고상추출법, 수성이상분계 분리시스템, 크로마토그래피에 대한 벌크 및 미세시스템에서 동일하게 진행하여 각 분리기술에 대한 분리효율 및 특성자료를 확보할 수 있었다. 이러한 연구결과로서 하나의 칩 상에서 단백질의 전처리, 분리/정제, 검출로의 일련의 과정을 연속적으로 수행할 수 있는 통합 집적유체시스템을 성공적으로 구현하였다. 또한, 통합집적유체시스템에서 요구하는 각 단계의 효율적인 선형조합 및 집적을 위해 미세밸브 및 미세혼합기를 구현하였다. 또한, 본 연구팀에서는 미세유체기술과 나노재료기술을 이용하여 소량의 시료만을 소비하면서도 고속병렬처리 및 정밀진단이 가능한 고속면역진단시스템을 구현하였다. 본 미세유체장치를 이용하여 기존 상용진단장치에 비해 8.6배 빠른 속도로 HBV(hepatitis B virus)검출이 가능한 효소면역진단장
치를 제작 하였고, 진단에 필요한 시료의 사용량을 기준으로 333분의 1만으로 대등한 진단결과를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼

The goal of this research is to design and realize optimized microfluidic separation system and combination of the separation technologies for target protein. This is
done through the studies on microscale separation technologies and evaluation of their usefulness and appropriateness for the dete

The goal of this research is to design and realize optimized microfluidic separation system and combination of the separation technologies for target protein. This is
done through the studies on microscale separation technologies and evaluation of their usefulness and appropriateness for the detection of low-concentration tumor marker proteins for diagnosis.
We have researched microscale separation technologies in microfluidic channels for the realization of μ-TAS for disease diagnosis which are different from the
conventional flat microscale separation technologies, and moreover, by examining the mechanism of separation behavior, we were able to apply the optimized the
low-concentration protein separation technologies into our integrated detection system. We enabled the individually developed microscale separation technologies
to be efficient in the concentration and separation of low-concentration target proteins by linear combination or two-dimensional integration of the technologies.
Depending on the efficiency each separative step and the properties of the target proteins, the individual separation technologies were optimally combined and
integrated, thus the efficiency was maximized. The ultimate goal of this project, the development of μ-TAS for low-concentration target proteins, was successfully
carried out by the realization of integrated micro detection system. Our micro detection system is made up of the cell-breaking pre-treatment technology, the
microscale separation and purification by solid extraction, and the analysis step of the electrochemical and surface properties. We used microvalves and micromixers to integrate those steps in one chip and to combine and integrated two-dimensionally.
With the knowledge of microscale protein separation technologies and their separative behavior earned by working on this research project, we could develop
the single and multi-step separation system. We carried out the research on $\mu$-isoeletroic focusing (μ-IEF), solid phase extraction (SPE), aqueous two-phase
separation (ATPS) system and chromatography in the bulk and micro scale simultaneously and earned the information on the separation efficiency and properties of each separation technology. The result of this research was the
successful realization of one-chip integrated microfluidic system in which the preconcentration, separation and purification, and detection can be done
continuously in series. For the effective linear combination and integration required in each step of the entire integrated microfludic system, microvalves and
micromixers were applied. And we developed the high-throughput diagnosis system which make it possible to diagnose diseases rapidly and precisely consuming only little amount of the samples. We developed the emzymatic
immuno-diagnosis device for the detection of HBV (hepatitis B virus) which is 8.6 times faster than the conventional commercial diagnosis device and we obtained the equal examination result only consuming 1/333 of the sample required for the diagnosis.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 3
• 1. 국문요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• 2. 영문요약문 ... 5
• Ⅲ. 연구내용 ... 6
• 1. 서론 ... 6
• 2. 연구방법 및 이론 ... 9
• 3. 결과 및 고찰 ... 11
• 4. 결론 ... 54
• 5. 인용문헌 ... 56