초록 ▼

□ 연구개요
겔 전기영동법 (gel electrophoresis)은 의료진단, 법의학, 환경, 식품, 국방 등 다양한 분야에서 널리 쓰이는 DNA 분석방법이다. 사람들의 건강과 안전에 대한 관심이 높아지고 분자생물학 기술이 발전하면서 분석해야할 시료의 대상 범위가 넓어지고, 그 수는 점차 늘어나고 있다. 따라서 한정된 시간 내에 다수의 시료를 빠르게 고효율(high-throughput)로 분석할 수 있고, 자동화가 용이하여 분석에 필요한 노동력을 최소화할 수 있는 DNA 분석장치가 필요하다. 현재 DNA를 분석하기 위해 주로

□ 연구개요
겔 전기영동법 (gel electrophoresis)은 의료진단, 법의학, 환경, 식품, 국방 등 다양한 분야에서 널리 쓰이는 DNA 분석방법이다. 사람들의 건강과 안전에 대한 관심이 높아지고 분자생물학 기술이 발전하면서 분석해야할 시료의 대상 범위가 넓어지고, 그 수는 점차 늘어나고 있다. 따라서 한정된 시간 내에 다수의 시료를 빠르게 고효율(high-throughput)로 분석할 수 있고, 자동화가 용이하여 분석에 필요한 노동력을 최소화할 수 있는 DNA 분석장치가 필요하다. 현재 DNA를 분석하기 위해 주로 사용하고 있는 아가로즈를 이용한 slab gel 전기영동법은 분석시간 (약 1 시간)이 오래 걸리고 노동집약적이며 분석하는 동안 시료가 오염될 가능성이 있다. 미세유체칩 기반의 모세관 겔 전기영동법(capillary gel electrophoresis, CGE)은 수 십-수 백 μm 수준의 마이크로채널 내에 고분자 겔 매트릭스를 채운 후 고전압을 가해 DNA를 크기에 따라 분리하고 자외선 흡광법 또는 형광법으로 DNA를 검출하는 방법으로, 기존의 아가로즈 겔 전기영동법에 비해 시약 및 시료 소모량이 적고, 분석시간 (수분)이 짧으며 분석정확도 및 해상도가 뛰어나다. 그러나 상용화되어 있는 분석장치들은 대부분 국외 제품에다 매우 고가이므로 보급이 보편화되어있지 않다. 이에 본 연구에서는 다수의 DNA 시료를 고속으로 연속분석이 가능한 미세유체칩과 레이저 유도형광법 (laser-induced fluorescence, LIF)을 이용한 DNA 검출장치를 개발하여 저비용으로도 DNA를 정확하고 신속하게 분석할 수 있는 국산화된 DNA 분석장치를 개발하기 위한 초석을 다지고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 모세관 겔 전기영동법을 이용해 서로 다른 다수의 DNA 시료를 고속으로 연속 분석할 수 있는 미세유체칩을 개발하였다. 다수의 DNA 시료는 소수성 용액 사이에 분절된 형태로 미세유체칩 채널 내로 유입되며, 시료 사이에는 세척용액 분절을 두어 매 시료 분석 후 주입채널 및 분리채널을 세척함으로써 시료 간 교차오염을 배제하였다. 시료 주입 시 DNA size marker가 동시에 분리채널로 주입되어 동일한 조건하에서 분석됨에 따라 시료 내 DNA의 보다 정확한 크기 분석이 이루어질 수 있게 하였다. 특별한 채널 디자인 (V자 형태의 독립적인 시료/DNA size marker 주입채널, 분리보조채널)과 그로 인한 기능들(전기장을 가할 때만 시료가 주입, 시료의 극미량(3.5 nL)만 분석에 사용되고 나머지는 형광염료의 오염 없이 회수 가능)은 개발한 미세유체칩이 독립적인 DNA 분석장치로서 뿐만 아니라, 다른 분자생물학적 기술(sequencing, cloning 등)과 연계를 통해 그 기능을 확장할 수도 있음을 시사한다. 서로 다른 세 가지 시료 (323, 640, 850 bp)를 DNA size marker (50, 150, 300, 500, 750, 1000 bp)와 함께 연속적으로 주입하여 분석한 결과, 각 시료는 3분 이내에 분석이 완료되었으며, 시료 간 교차오염은 관찰되지 않았다. 동일한 시료 (323 bp)의 반복분석을 통해서 높은 분석재현성 (상대표준편차 1.95%, n=3)을 확보하였고, 이로써 연구시작단계에서 계획한 목표를 100% 달성하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
기존의 DNA 분석용 미세유체칩은 시료와 DNA size marker, 그리고 형광염료를 미리 혼합하여 주입하거나, 시료와 DNA size marker를 따로 분리한 후 그 결과를 비교하는 방식으로 이루어져 있어 분석과정이 번거롭고 큰 분석오차를 유발한다. 본 연구에서 개발한 미세유체칩은 시료와 DNA size marker를 분리채널 내로 동시에 주입하고, 분리과정 중에 양전극으로 이동하는 음전하를 가진 DNA 분자들은 반대방향으로 이동하는 양전하를 띄는 형광염료와 결합하므로 분리와 동시에 형광표지가 이루어짐에 따라 분석과정이 매우 간결해지고 정확도가 높아진다. 뿐만 아니라 본 연구개발을 통해 축적한 시료분절기술과 미세유체채널로의 극미량 시료주입기술, 광중합을 이용한 선택적 표면개질기술, DNA 분리기술들은 향후 RNA나 단백질 등 다른 바이오 분자의 분석에도 적용이 가능하므로 다양한 분석장치의 개발에 기여할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 연속흐름상에서 서로 다른 DNA 시료들을 고속분석하기 위한 미세유체칩 개발 ... 4
• 2) 분리된 DNA의 확인을 위한 형광검출장치 개발 ... 5
• 3) 다수의 서로 다른 DNA 시료에 대한 고속 연속분석의 성능 확인 및 최적화 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 8
• 끝페이지 ... 8