초록 ▼

연구의 목적 및 내용
당초 본 과제의 연구목표는 자기영동, 유전영동, 그리고 전기임피던스분광 기술을 개발하여 혈액종양을 진단할 수 있는 초정밀 바이오칩을 개발하는 것이다. 이를 위하여 본 과제에서는 측면방향 자기영동과 측면방향 유전영동 기술을 개발하여 혈액으로부터 순환유핵세포와 혈중종양세포를 높은 효율로 분리할 수 있음을 보였다, 또한 전기임피던스분광 기술을 개발하여 혈액세포의 크기를 정확히 분석할 수 있음을 보였다. 실험에서 개발된 기술들을 이용하여 암환자의 혈액으로부터 유핵세포를 분리하고 이들의 크기에따른 분포를 측정함으로

연구의 목적 및 내용
당초 본 과제의 연구목표는 자기영동, 유전영동, 그리고 전기임피던스분광 기술을 개발하여 혈액종양을 진단할 수 있는 초정밀 바이오칩을 개발하는 것이다. 이를 위하여 본 과제에서는 측면방향 자기영동과 측면방향 유전영동 기술을 개발하여 혈액으로부터 순환유핵세포와 혈중종양세포를 높은 효율로 분리할 수 있음을 보였다, 또한 전기임피던스분광 기술을 개발하여 혈액세포의 크기를 정확히 분석할 수 있음을 보였다. 실험에서 개발된 기술들을 이용하여 암환자의 혈액으로부터 유핵세포를 분리하고 이들의 크기에따른 분포를 측정함으로써, 이를 기술들이 세포수준의 혈액종양 진단에 활용될 수 있음을 보였다.

연구결과
○ 자기영동과 유전영동에 대한 전자기학 이론해석 및 유한요소 수치해석 기법을 이용한 입자 및 혈액 세포의 거동해석
○ 백혈병 세포 및 유방암 세포 배양기술 확립
○ 유사혈액샘플 제조기술 확립
○ LabVIEWTM 프로그램을 기반으로 하는 임피던스이용 세포분리기의 자동화 제어계측 시스템 구축
○ 전기임피던스분광 측정을 위한 진폭변조방식의 회로설계 및 제작
○ 정상 혈액세포 및 혈액종양세포의 전기임피던스 특성분석 및 DB 구축
○ 초소형정밀기계가공기술을 이용한 초정밀 극소형 자기영동 세포분리 시제품 제작 및 특성평가 (혈액 속 순환유핵세포 분리 및 나노자성입자를 이용한 혈중종양세포 분리)
○ 초정밀 극소형 유전영동 세포분리 시제품 제작 및 시험평가 (암환자의 혈액을 이용하여 크기에 따른 세포분포도를 측정하고 이를 이용하여 환자의 상태를 분석함)
○ 초정밀 극소형 자기-유전영동 세포분리 시제품 제작 및 특성평가 (혈액 속 순환유핵세포 20,000배 농축)
○ 임피던스이용 세포분리기를 이용한 혈액세포의 크기에 따른 전기임피던스 특성분석 및 분포 측정

연구결과의 활용계획
○ 측면방향 자기영동기술은 바이오시료로부터 희귀세포를 분리할 수 있으며, 분리된 암세포 또는 질병관련 세포는 환자의 맞춤형 질병 치료에 응용될 수 있다. 나아가 이 기술은 유전자전처리기술에 활용될 수 있어 분자생물학 측정기술 발전에 기여할 수 있다.
○ 측면방향 유전영동기술은 혈액으로부터 유핵세포를 연속적으로 분리하는데 응용할 수 있으며, 특히 크기별로 혈액 속 유핵세포의 분포를 측정할 수 있어 각종 질병진단에 활용될 수 있다.
○ 전기임피던스분광 기술은 비표지 방식으로 크기별로 세포의 분포를 측정하고 세포의 종류를 구별하여 특정 목표 세포를 분리함으로써 각종 질병진단 기술개발에 활용될 수 있다
○ 자기영동, 유전영동 및 전기임피던스분광 기술을 융합하여 목표 세포의 고성능 분리와 동시에 계수 측정을 통하여 자동화된 질병진단 바이오칩 개발을 가능하게 한다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The proposed objective is development of high-precision chip, implemented by development of magnetophoresis, dielectrophoresis, and electro-impedance spectroscopy technologies. Through this project, we developed the lateral magnetophoresis and the lateral dielectrophoresis techno

Purpose&contents
The proposed objective is development of high-precision chip, implemented by development of magnetophoresis, dielectrophoresis, and electro-impedance spectroscopy technologies. Through this project, we developed the lateral magnetophoresis and the lateral dielectrophoresis technolgies and showed that these technologies can be used for separating nucleated cells from blood with a high precision. In addition, the developed impedance spectroscopy technology could be used for measuring size distribution of nucleated blood cells. In experiment, we further showed that the technologies can be used for measuring size distribution of nucleated blood cells from cancer patients and for diagnosis of hematologic disorders and leukemia at the cellular level

Result
○ Analysis of cells behavior for magnetophoresis and dielectrophoresis methods through theoretical analysis of the electromagnetic and the finite element method
○ Ensuring culture technology for leukemia and breast cancer cells
○ Acquiring manufacturing technology for engineered blood sample
○ Development of electroimpedance spectroscopy technology based on amplitude modulation sensing method
○ Development of automatic measurement system for impedance cell separator based on LabVIEW program.
○ Analysis of cell characteristics for electrical impedance and these database setup
○ Development of high-precision magnetophoretic microseparator fabricated by MEMS (miroelectromechanical systems) technology (To separate nucleated blood cells and circulating tumor cells)
○ Development of high-precision dielectrophoretic microseparator (To measure size distribution of nucleated blood cells and to diagnose leukemia)
○ Development of high-precision magneto-dielectrophoretic microseparator (20,000-fold enrichment of nucleated blood cells)
○ Analysis of blood cell characteristics for electro-impedance according to their size, and measurement of size distribution

Expected Contribution
○ The lateral magnetophoretic technology can be used for separating rare cells from biological sample, and applied to personalized cancer and disease therapy.
In addition, the technology can contribute to develop genetic sample preparation system, thereby progressing analysis technologies related to the molecular biology.
○ The lateral dielectrophoresis technology can be used for continuously separating nucleated blood cells. Especially, the technology can be applied for diagnosis of hematological disorder by measuring the size distribution of the nucleated blood cells.
○ The electroimpedance spectroscopy technology can measure the size distribution of cells by label-free method and discriminate target cells. Thus, it can be applied to several disease diagnosis.
○ Integration of the magnetophoresis, the dielectrophoresis, and the electro-impedance spectroscopy technologies allows to acquire a fully automated diagnostic biochip for separating and counting target cells at the same time.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서(평가용) ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 29
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 35
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 38
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 40
• 8. 참고문헌 ... 41
• 9. 연구성과 ... 42
• 10. 기타사항 ... 49
• 대표연구성과 1 ... 50
• 대표연구성과 2 ... 51
• 대표연구성과 3 ... 52
• 대표연구성과 4 ... 53
• 대표연구성과 5 ... 54