초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
제안되는 연구는 바이러스의 항원을 실시간으로 검지하는 현장 응답형 신개념 바이오센서 의 개발을 목표로 한다. 이를 위하여 항체를 지닌 자성 및 비자성 입자가 항원에 의하여 비대칭 clustering 되는 현상을 이용한다. Cluster를 측정하기 위하여 자체 개발한 소프트웨어 및 외부자기장이 포함된 마이크로 채널 시스템을 이용하며 이미지 센서를 활용하여 광학적으로 검출한다. 연구에 사용되는 목표 바이러스는 Influenza A & B 로 정하였으며 목표로 하는 검출 민감도는 10 TCID50/mL 또는

□ 연구의 목적 및 내용
제안되는 연구는 바이러스의 항원을 실시간으로 검지하는 현장 응답형 신개념 바이오센서 의 개발을 목표로 한다. 이를 위하여 항체를 지닌 자성 및 비자성 입자가 항원에 의하여 비대칭 clustering 되는 현상을 이용한다. Cluster를 측정하기 위하여 자체 개발한 소프트웨어 및 외부자기장이 포함된 마이크로 채널 시스템을 이용하며 이미지 센서를 활용하여 광학적으로 검출한다. 연구에 사용되는 목표 바이러스는 Influenza A & B 로 정하였으며 목표로 하는 검출 민감도는 10 TCID50/mL 또는 항원 농도 기준으로 30 fM 으로 기존 rapid test kit 대비 100배 우수하다. 검출 시간은 단일 스텝으로 처리시간 포함 30분 이내를 목표로 한다. 최종 시스템은 마이크로채널과 자기장, 이미지센서, 소프트웨어가 통합된 시스템으로 공기 포집 및 농축 된 바이러스 라이세이트를 제공받아 연속적인 실시간 검지를 가능케 한다. 이러한 혁신적 개념의 적용을 통하여 고민감도, 고특이도, 그리고 신뢰성 있는 검사가 현장 응답형 실시간 시스템에 내장 또는 단독으로 사용될 수 있도록 한다.

□ 연구개발성과
본 연구팀이 다년간 수행해온 자성나노입자 (magnetic nano particle: MNP)-바이오분자의 결합체 기술, 그리고 자기장 집속과 이미지 센서를 활용하여 입자간 면역응집을 정밀하게 측정 하는 기술을 활용한 연구를 수행한다. 바이러스의 nucleoprotein 항원을 항체를 MNP 표면에 고정화 시켜 반응, 수 micrometer 수준의 cluster 가 형성되도록 한다. 이러한 cluster 의 형성 조건 및 최적화에 대한 공학적 검증을 실시한다. 생성된 cluster를 감지하기 위하여 마이크로채널을 이미지센서로 관찰하는 방법을 사용한다. 마이크로채널은 soft-lithography를 이용하여 비대칭 입자 cluster를 선별적으로 신속하게 감지하기에 적합 하게 제작하였다. 외부에서 집속된 자기장을 이용하여 reagent내의 자성입자를 잡아당겨 마이크로채널을 지나가는 속도 지연을 분석하여 응집도를 검사한다. Cluster 의 경우 마이크로 채널에서 외부자기장에 의해 더 느린 속도를 가지게 되는데 이 경우 프레임 레이트가 낮은 저렴한 이미지센서를 통하여서도 쉽게 구분할 수 있다. 특히 비대칭 응집체들은 크기가 크고 외부자기장에 포집하기 쉽기 때문에 선별적으로 측정이 가능하다. 구조가 단순하기 때문에 재사용이 가능하며 항체의 정밀 정량화가 가능하다.
본 연구팀에서는 상기 비대칭 입자응집 방식의 연속식 마이크로유체 센서를 최초로 도입하였고, 비대칭 입자 응집 기술을 최적화하여 입자 간의 응집 효율을 높이고 이미지 분석 tool을 자체 개발하여 바이러스 nucleoprotein에 대한 sub-picomolar의 민감도를 달성하였다.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
본 연구개발에 의하여 호흡기 바이러스 항원을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템이 확립될 것이다. 개발되는 시스템은 입자 비대칭 clustering을 이용한 측정신뢰성 향상으로 기존 기술 대비 시간단축, 감도향상 등이 기대 된다. 이로 인하여 감도가 떨어지고 재현성이 부족한 rapid kit의 문제가 해결될 것이다. 이를 기반으로 influenza를 위시한 감염성 진단 시장에 새로운 도약의 계기를 마련할 것이다. 기본적으로 platform기술의 성격을 가진 본 개발은 항체의 종류를 바꾸어 호흡기 감염 바이러스 이외에도 Cardiac, 임신, 말라리아, 간염 검사 등의 다양한 분야로 확장이 용이 하다. 의료기기 이외에도 국방, 공정, 환경 등의 타 산업 분야에도 응용이 예상된다.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 8
• 가. 항원-항체 반응을 이용한 입자응집 ... 8
• 나. 비대칭 입자응집(Asymmetric beads aggregation) ... 12
• 다. 마이크로채널 기반 응집체 검지 방법 개발 ... 19
• 라. 디바이스 소형화 기술 개발: 임피던스 측정·광학 측정·샘플 유동 개선 ... 27
• 마. 응집체 움직임 계산을 위한 자체 분석/통계처리 software 개발 ... 33
• 바. 통합 감지 시스템 구현 ... 37
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 38
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 42
• 붙임. 참고문헌 ... 43
• 끝페이지 ... 44