초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목적은 수환경에서 독성미생물을 검출할수 있는 휴대용 기기를 개발하는 것으로서 나노 및 자성소자를 이용하여 미생물의 유전자를 정량할 수 있는 나노진 분석법의 휴대용 시스템(IPDS) 개발을 의미함. 세부목표는 아래와 같음.
1. 자동화된 IPDS 설계를 위한 세부요소 개발 및 관련 실험조건 최적화
2. IPDS 프로토타입 제작 및 유전자 정량 실험, 기존기술과의 비교 검증
3. 환경시료에 적용하기 위한 다양한 전처리 기술 개발 – 미생물 파쇄장치 개발 및 모듈화

연구결

연구의 목적 및 내용
본 연구의 목적은 수환경에서 독성미생물을 검출할수 있는 휴대용 기기를 개발하는 것으로서 나노 및 자성소자를 이용하여 미생물의 유전자를 정량할 수 있는 나노진 분석법의 휴대용 시스템(IPDS) 개발을 의미함. 세부목표는 아래와 같음.
1. 자동화된 IPDS 설계를 위한 세부요소 개발 및 관련 실험조건 최적화
2. IPDS 프로토타입 제작 및 유전자 정량 실험, 기존기술과의 비교 검증
3. 환경시료에 적용하기 위한 다양한 전처리 기술 개발 – 미생물 파쇄장치 개발 및 모듈화

연구결과
본 연구에서 사용된 나노진 분석법은 나노기술과 바이오기술을 접목시킨, 나노소자와 유전자를 결합하여 효과적이고, 민감하며, 빠르게 미생물을 검출할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 이 나노진 기술을 멤스기술과 융합하여 in-situ 검출이 가능한 휴대용 기기로 개발해 냄.
- 미세유체칩을 이용한 혼합 및 유전자 교배 (DNA hybridization) 반응조를 개발
- 반응이 완성된 나노소자와 유전자를 자성으로 분리해내는 자성트랩을 개발
- 전자부품 및 콘트롤러를 제작하고 프로그래밍하여 자동화를 위한 요소 개발
- 중요 요소들이 결합된 통합 IPDS 시스템 제작 및 실제 유전자를 이용하여 정량 실험
- 기존의 나노진 기술의 유사기술인 정량적 중합효소 연쇄반응 (qPCR)과의 비교로 개발된 기술 검증
- 미생물 전처리에 사용될 수 있는 휴대용 파쇄장치 개발: 마이크로 코로나 방전 장치 및 피에조 어셈블리 장치
- 미생물 전처리 파쇄장치의 모듈화를 통해 환경시료의 적용성을 높임

연구결과의 활용계획
- 본 연구를 통해 개발되는 IPDS는 휴대용 미생물 검출기기로서 지표수 수질검사나 수처리 과정에서 알람시스템으로 이용될 수 있음.
- 서류가방 크기의 휴대성으로 인해 현장에서 바로 이용가능하며 최적화를 통해 자동화된 실시간 무인측정기로서 사용될 수 있음. 자동화된 시스템은 사용자로 인한 오차를 감소시키며 최종 사용자로서 기술이 없는 사람들이나 또는 로봇이 수행 가능함.
- 무기성 형광나노소자 및 자성소자를 이용, 보관시간 증가로 인해 편리하고 효율적 검출이 가능함.
- 본 연구가 제공하는 빠른 검출은 독성 미생물처럼 검출 시간에 따라 생명과 질병이 좌우되는 분야에 효과적으로 활용 가능함. 따라서 물산업을 위시한 환경분야 뿐 아니라, 의료산업, 식품안전, 국가안보 및 독성·보건·역학에 다양하게 응용가능하며 NT, BT, ET를 총망라하는 이 융합기술은 유사학문 발전에 큰 기폭제가 될 것으로 예상됨.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
To develop the first generation of in-situ pathogen detection system (IPDS) of NanoGene assay based on quantum dot nanoparticles and magnetic beads for the autonomous detection of pathogen in water.
1. Optimization of operating parameters for the automonous IPDS such as DNA h

Purpose& contents
To develop the first generation of in-situ pathogen detection system (IPDS) of NanoGene assay based on quantum dot nanoparticles and magnetic beads for the autonomous detection of pathogen in water.
1. Optimization of operating parameters for the automonous IPDS such as DNA hybridization and magnetic separation
2. Integration of IPDS system; gene quantification and comparative validation
3. Development of various pretreatment method and module fabrication for environmental sample application

Result
In this study, the NanoGene assay was developed as a portable, automated system. The specific results are as follows.
- DNA hybridization reactor was developed based on the microfluidics
- Magnetic trap was developed to separate the magnetic complex that were reacted for DNA hybridization
- The automation was implemened by microcontroller programming and electrical components
- DNA quantification by NanoGene assay was implemented in IPDS system
- The result was validated by conventional qPCR assay
- The pretreatment for microorganisms detection was developed as a form of a portable module: Micro-corona ionizer and piezo-assembly
- The system was optimized for environmental sample application

Expected Contribution
- IPDS developed in this study can be used as a portable bacteria detection system for water monitoring and alarm system during water treatment
- The portability of being a briefcase size will enable us to use it on-site. Through further optimization, it can be used as a unmanned system. The automated system will reduce the experimental errors caused by human operation.
- The use of inorganic nanoparticles will increase storage capability and robustness of the assay.
- The system developed in this study can be utilzed in various field including life science and epidemiology, food safety, national security, and toxicology.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 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 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 17
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 18
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20
• 8. 참고문헌 ... 20
• 9. 연구성과 ... 21
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 24
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 24
• 12. 기타사항 ... 25
• 별첨1 : 대 표 연 구 성 과 ... 26
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 40
• 끝페이지 ... 63