초록 ▼

본 과제는 세포외소포체를 이용한 뇌질환의 진단 소자 개발을 목표로 하여 혈액 내의 세포외소포체의 효율적인 농축 소자 개발, 세포외소포체의 miRNA 프로파일링 기술 개발, 세포외소포체의 단백질 마커측정을 통한 뇌질환 진단 소자 개발에 대한 연구를 수행하였다.
세포외소포체의 시료전처리 및 분석기술로는 세포외소포체의 분리 및 농축 소자 개발과 세포외소포체의 특성분석 및 분리를 위한 나노채널 소자 개발이 수행되었고, miRNA 프로파일링을 위한 연구로는 50 ㎛ 크기의 하이드로젤 비드를 구성하며 PCR 용 primer를 다량 고정화

본 과제는 세포외소포체를 이용한 뇌질환의 진단 소자 개발을 목표로 하여 혈액 내의 세포외소포체의 효율적인 농축 소자 개발, 세포외소포체의 miRNA 프로파일링 기술 개발, 세포외소포체의 단백질 마커측정을 통한 뇌질환 진단 소자 개발에 대한 연구를 수행하였다.
세포외소포체의 시료전처리 및 분석기술로는 세포외소포체의 분리 및 농축 소자 개발과 세포외소포체의 특성분석 및 분리를 위한 나노채널 소자 개발이 수행되었고, miRNA 프로파일링을 위한 연구로는 50 ㎛ 크기의 하이드로젤 비드를 구성하며 PCR 용 primer를 다량 고정화하여 고체상 PCR 기술을 구현하고 또한 증폭속도를 개선할 수 있는 다공성 매트릭스를 최적화연구를 수행하였다. 또한 다종 올리고핵산의 혼합물로부터 하이드로젤 비드를 고체상 기판으로 하는 real time PCR 구현하고 miRNA용 primer, probe 등을 이용하여 정량분석하고 miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 방법과 QD와 barcode를 이용한 인코딩 방법, 하이드로젤 microparticle을 이용한 multiwell-based in-situ PCR 및 detection 방법을 연구하였다. 바이오 센서 플랫폼은 크게 두 가지로 나누어 다이아프램 타입의 기계적 공진 센서 및 전극사이의 커패시턴스 변화를 모니터링 하는 전기적 센서를 개발하였으며 센서 플랫폼의 다양화 및 기계적 센싱 플랫폼의 한계 (액체 내댐핑 등)를 극복하기 위한 방법으로 그래핀 및 그래핀 옥사이드 센서 플랫폼을 개발하는 것을 병행하였다. 위와 같은 연구결과를 통해 세포외소포체를 혈액에서 분리하여 베타아밀로이드를 측정한 결과 치매을 진단하는 데 있어 90%에 이르는 민감도와 선택도를 달성하여 치매진단에 있어 진일보된 결과를 확보하였다. 또한 1,000개 이상의 서로 다른 target ID를 부여할 수 있는 endcoding 시스템을 개발함으로써 뇌신경 질환 관련 miRNA 및 protein profiling, high throughput drug screening 등에 응용 가능성을 확보하였다. 이 기술은 질환 관련 miRNA의 프로파일 분석기술로서 향후 진단기술로 발전 가능하며, 다종 핵산의 동시정량분석은 감염원을 급히 찾아내야하는 패혈증 등의 질환에 대한 스크리닝 방법으로 활용가능하다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results of research and development
◯ Developed EV separation method using electrodialysis
▷ Accomplished higher yield and higer purity than commercialized ExoQuick with a processing rate of 1 mL/hr
▷ Enhanced the sensitivity of nanopore device in resistive pulse senisng with aqueous two

Ⅳ. Results of research and development
◯ Developed EV separation method using electrodialysis
▷ Accomplished higher yield and higer purity than commercialized ExoQuick with a processing rate of 1 mL/hr
▷ Enhanced the sensitivity of nanopore device in resistive pulse senisng with aqueous two phase system and finally obtained a signal of smaller nanopaticle that had been undetectable.
◯ Realtime PCR in porous matrix
▷ Implemented uniform particle-based realtime PCR
▷ Obtained 11 multiplxed PCR fluorescence in each particle of miRNA in
EV sample
◯ Encoding and decoding of hydrogel for miRNA profiling
▷ Encoded more than 1,000 coding using quantum dot with microfluidics
▷ Implemented multipled miRNA PCR in hydrogel pillar
▷ Implemented multiplexed protien detection in encoded PEGDAhydrogel microparticle
◯ Development of biosensor and detection of AD
▷ Accomplished the limit of detection below 100 fg/mL with graphene sensor
▷ Study the feasibility in detecting AD patient sample with exosomes in blood

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 10
• 목차 ... 11
• 1장 연구 개발 과제의 개요 ... 12
• 1절 연구 개발의 목적 ... 12
• 1. 세포외소포체의 시료전처리 및 분석기술 ... 12
• 2. miRNA 프로파일링 ... 12
• 3. miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 방법 연구 ... 13
• 4. 바이오센서 ... 14
• 2절 연구 개발의 필요성 ... 15
• 1. 경제적, 산업적 중요성 ... 15
• 2. 연구 개발의 필요성 ... 17
• 2장 국내외 기술 개발 현황 ... 19
• 1절 세계적 수준 ... 19
• 2절 국내수준 ... 19
• 3절 국내외 연구현황 ... 19
• 1. 세포외소포체 전처리기술의 국내외 연구현황 ... 19
• 2. miRNA 프로파일링 기술의 국내외 연구현황 ... 21
• 3. miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 기술의 국내외 연구현황 ... 21
• 4. 바이오센서의 국내외 연구동향 ... 27
• 3장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 30
• 1절 세포외소포체의 전처리 ... 30
• 1. 미세유체칩을 이용한 세포외 소포체의 전처리, 농축, 특성분석 ... 30
• 2. 전기투석을 이용한 세포외 소포체의 전처리, 농축, 특성분석 ... 39
• 3. 나노포어를 이용한 세포외소포체 분석기 ... 44
• 2절 다공성 지지체 기반 실시간 PCR 및 지지체 인코딩 ... 49
• 1. 다공성 지지체 기반 실시간 PCR ... 49
• 2. 다공성 지지체의 필라와 입자에서의 PCR ... 53
• 3. 다공성 지지체내의 실시간 PCR의 평가 ... 61
• 3절 miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 방법 연구 ... 66
• 1. Quantum Dot (QD)를 이용한 인코딩 기초연구 ... 66
• 2. miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 방법의 검증 연구 ... 71
• 3. miRNA 다중분석용 인코딩/디코딩 방법의 적용 ... 74
• 4절 세포외소포체 검출 바이오센서 ... 79
• 1. 다이아프램 센서 개발 ... 79
• 2. 슬릿 캔틸레버 센서 및 그래핀 센서 개발 ... 82
• 3. 그래핀 센서를 이용한 엑소좀 내 표적물질 검출 ... 88
• 5절 국내․외 연구협력 실적 ... 95
• 6절 정량적 연구 성과 ... 95
• 4장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 96
• 5장 연구 개발 결과의 활용 계획 ... 97
• 6장 참고문헌 ... 98
• 끝페이지 ... 99