초록 ▼

□ 연구개요
-현존하는 DNA염기분석 방법들(화학적, 광학적 방법)은 가격이 비싸고 ($10,000 이상) 판독 시간이 오래 걸리는 단점이 있음. 이를 극복하고자, 미국국립보건원(NIH) 주관으로 DNA 분석 비용을 $1,000로 낮추기 위한 차세대 유전자 검사 연구가 진행 중임. 그 중에 나노기공(Nanopore) 센서를 활용한 염기서열 분석이 차세대 유전자 검사 방법으로 주목을 받고 있음.
-나노기공 염기서열 방법의 상용화를 위해서는 두 가지 단점을 극복해야 함. 첫째, 외가닥 DNA가 나노기공을 통과하는 속도가 빨라

□ 연구개요
-현존하는 DNA염기분석 방법들(화학적, 광학적 방법)은 가격이 비싸고 ($10,000 이상) 판독 시간이 오래 걸리는 단점이 있음. 이를 극복하고자, 미국국립보건원(NIH) 주관으로 DNA 분석 비용을 $1,000로 낮추기 위한 차세대 유전자 검사 연구가 진행 중임. 그 중에 나노기공(Nanopore) 센서를 활용한 염기서열 분석이 차세대 유전자 검사 방법으로 주목을 받고 있음.
-나노기공 염기서열 방법의 상용화를 위해서는 두 가지 단점을 극복해야 함. 첫째, 외가닥 DNA가 나노기공을 통과하는 속도가 빨라 시간해상도가 낮음. 둘째, 나노기공을 통과할 때 DNA 염기로 인해 변동되는 이온전류 크기가 너무 작음. 그러므로 DNA의 통과속도를 제어하는 방법과 미세 이온전류를 정확하게 측정할 수 있는 초저잡음 DNA Readout 칩이 전 세계적으로 연구개발 중에 있음. 본 연구에서는 나노기공에 최적화된 DNA Readout 칩의 아날로그 단과 디지털 단을 개발하고 실제 나노기공 센서를 적용하여 DNA 분자를 센싱하므로 유효성을 검증함.

□ 연구 목표대비 연구결과
-바이오 나노기공과 합성 나노기공 등가회로 모델을 작성하여 회로설계에 적용하였음. 특히 기생 커패시턴스에 의한 데드 타임 현상을 낮추기 위한 새로운 아이디어를 제안하였음. 2 채널 트랜스임피던스 증폭기를 구현 하였고 각 증폭기에 전압 클램핑을 조절할 때 발생하는 saturation 현상을 억제하기 위한 보상기술을 제안함(SCI 논문 게재).
-DNA Readout 시스템의 초저잡음 트랜스임피던스 증폭기를 설계 하였고, 정밀성을 높이기 위한 입력 오프셋 보상회로를 개발하고 외가닥 DNA를 사용하여 in-vitro 실험을 성공적으로 수행하고 성능을 검증하였음 (상위 5% SCI 논문 게재).
-커패시턴스 피드백 구조의 광대역 트랜스임피던스 증폭기를 개발하고 실험을 통해 성능을 검증하였음. 실험 결과 커패시턴스 피드백 구조는 우수한 플리커 잡음 특성을 보여줬음.
-DNA 통과 속도와 관련이 있는 광대역 트랜스임피던스 증폭기를 구현하기 위해서 Split-resistor 기술을 적용하였음 (SCI 논문 게재). 또한 데이터 변환을 위한 16bit 해상도 데이터 변환 시스템을 개발하고 자체적으로 DNA Readout 칩 제어용 유저인터페이스를 LabView를 사용하여 개발하였음.
-DNA Readout 시스템의 시작품을 개발하여 5nm 합성 나노기공을 사용하여 in-vitro 실험을 수행하여 유효성을 검증하였음.

□ 연구개발결과의 중요성
-차세대 염기서열 분석을 위해서 나노기공 센서가 주목을 받고 있음. 현재 미국과 영국에서는 나노기공 센서를 사용한 DNA분석 장비를 개발중에 있으며 상용화에 성공 함.
-한국에서는 나노기공 센서를 개발할 수 있는 기술력을 가지고 있음. 하지만 나노 기공 센서에 최적화된 Readout 장치들의 개발이 미흡한 실정임. 따라서 본 과제를 통해 개발한 나노기공용 DNA Readout 칩 기반 기술은 향후 차세대 나노기공 센서용 염기서열 분석 장치 개발에 활용할 수 있을 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 1차 년도 (2015~2016) ... 4
• 2) 2차 년도 (2016~2017) ... 6
• 3) 3차 년도 (2017~2018) ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 1) 기술적 측명 ... 11
• 2) 경제적 산업적 측면 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 12
• 대표적 연구실적 ... 12
• 끝페이지 ... 28