보고서 정보
주관연구기관 |
부산대학교 Busan National University |
연구책임자 |
심윤보
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2018-09 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202000006994 |
과제고유번호 |
1711058326 |
사업명 |
개인기초연구(미래부) |
DB 구축일자 |
2020-09-12
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키워드 |
전기화학적 전위변조 마이크로플루이딕 채널.전기화학적 농축/분리/검출 방법.질병 관련 생체 물질.환경 유해물질.이식형 바이오센서.바이오 연료전지.바이오마커.분리/검출용 채널 재료.현장 진단.
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초록
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□ 연구개요
본 연구는 “질병 관련 생체 물질 및 환경 유해 물질을 분석할 수 있는 전기화학적 전위 변조 마이크로플루이딕 디바이스 (Electrochemical potential-modulated microfluidic device, EPMMD)를 개발하며, 실제 적용 가능한 point-of-care (POC) 디바이스의 응용에 대한 연구”임.
◦ 1차년도(2015년)에서 생체 또는 환경 유해 물질의 마이크로플루이딕 분리/분석법을 개발하고 질병 관련 의료 생체 시료 및 환경 유해 물질의 분리/검출을 위한 채널내 전극 변성
□ 연구개요
본 연구는 “질병 관련 생체 물질 및 환경 유해 물질을 분석할 수 있는 전기화학적 전위 변조 마이크로플루이딕 디바이스 (Electrochemical potential-modulated microfluidic device, EPMMD)를 개발하며, 실제 적용 가능한 point-of-care (POC) 디바이스의 응용에 대한 연구”임.
◦ 1차년도(2015년)에서 생체 또는 환경 유해 물질의 마이크로플루이딕 분리/분석법을 개발하고 질병 관련 의료 생체 시료 및 환경 유해 물질의 분리/검출을 위한 채널내 전극 변성화 기술을 적용한 인식 분자, 고감도 촉매 (metal organic framework, MOF) 물질 축조 기술 및 응용성 연구함.
◦ 2차년도(2016년)에서는 마이크로플루이딕 디바이스를 이용한 implantable 바이오센서 및 바이오연료 전지를 개발하고 질병 진단을 위한 동물 실험 (in vivo 또는 in vitro)을 통해 실제 현장 검증 안정성, 신뢰성 및 유효성에 대해 평가함.
◦ 3차년도(2017년)에서는 1, 2차년도 연구를 기반으로 POC 마이크로채널 진단 키트의 시제품 설계 및 적용성을 검토하고, 질병 진단용 마이크로플루이딕 채널형 진단기기 시료 분석을 위한 시료 전처리 프로토콜 개발 및 최적화를 연구함.
□ 연구 목표대비 연구결과
※ 세부 성과 최종 달성도 (2015. 9. 1. ~ 2018.08.31.): SCI 논문게재 29건 (207 %), 국내 특허출원 15건 (375 %), 국외 특허출원 4건 (400 %), 국내 특허등록 10건 (330 %)
※ 1차년도: SCI 논문게재 6건, 국내 특허출원 8건, 국외 특허출원 1건, 국내 특허등록 1건
1-1) 교류전위변조 마이크로플루이딕 분리/검출채널을 사용하여 질병관련 생체물질 및 환경유해물질을 검출함.
▫ 채널 전극 표면 촉매 물질 및 전도성 고분자 복합체 등을 개발하였음.
▫ 전위 변조 마이크로플루이딕 채널 및 디바이스를 개발하고, 이를 이용하여 다양한 시료의 분리/분석 검출법을 개발하였음. 또한, 실제 환경 시료에서 극미량의 중금속 및 유기물을 소변에서 검출하였음.
1-2) 질병 관련 의료 생체 시료 및 환경 유해 물질의 분리/검출을 위한 채널내 전극 변성화 기술을 적용한 인식 분자, 고감도 촉매 (metal organic framework, MOF) 물질 축조 기술 및 응용성 연구
▫ 에어로겔 기반 촉매 물질 개발 및 이를 이용한 유기물의 전기화학적 분해방법을 연구하였음.
▫ 다양한 촉매 물질(나노입자, 합금, MOF 기반 다공성탄소 등)과 인식분자(압타머, 인공 효소 등)를 이용한 전극 변성을 통해 산소 환원 촉매 반응, 비소 폐암세포, 포도당 및 pH 측정 센서를 개발하였음.
※ 2차년도: SCI 논문게재 12건, 국내 특허출원 5건, 국외 특허출원 3건, 국내 특허등록 4건
2-1) 마이크로플루이딕 디바이스를 이용한 implantable 바이오센서 및 바이오연료 전지 개발하였음.
▫ 마이크로플루이딕 채널형 디바이스를 이용한 바이오센서(헤모글로빈 및 당화혈색소, 도파민, 세로토닌), 면역센서(산소결핍 인자 1 알파, 유체 내 암세포 전이), 압타머 선별(SELEX), implantable 바이오 연료전지 연구.
2-2) 질병 진단을 위한 동물 실험 (in-vivo 또는 in-vitro)을 통해 실제 현장 검증 안정성, 신뢰성 및 유효성에 대해 평가함.
▫ 다양한 혈액, 소변, 암세포 및 정상세포(in-vitro) 샘플로부터 글루코즈, 일산화질소, 다제내성 암세포의 선택적 검출 센서를 개발하고 상용화된 방법과의 비교를 통해 센서의 신뢰성을 확인하였음.
- 마이크로 플루이딕 채널 기벽의 변성을 통해 암 환자의 혈액 내 순환 종양 세포를 분리/검출하였음.
※ 3차년도: SCI 논문게재 11건, 국내 특허출원 2건, 국내 특허등록 6건
3-1) POC 마이크로채널 진단 키트의 시제품 설계 및 적용성 검토
▫ Pd이 포함된 MOF로부터 Pd, S, N이 도핑된 탄소기반의 전극 촉매물질을 개발하였음.
▫ 마이크로채널 디바이스를 이용하여 말라리아 바이오마커에 대한 압타머 발굴 및 이를 바이오센서에 적용.
▫ 마이크로니들 센서를 이용하여 지속적인 혈당 측정을 연구하였음.
▫ 마이크로플루이딕 채널용 키트 설계 및 제작을 통해 현장 분석에 대한 응용성을 연구하였음.
3-2) 진단용 마이크로플루이딕 채널형 진단기기의 시료 분석을 위한 전처리 프로토콜 개발 및 최적화 연구
▫ 마이크로채널형 센서를 이용하여 환자 혈액(in-vitro)으로부터 아세틸콜린, 당화혈색소, 순환 종양 세포의 분리/분석에 대한 연구를 수행하였음.
▫ 진단용 시료 전처리 프로토콜의 개발 및 최적화 연구
- 마그네틱 비드를 이용하여 세럼 속의 트롬빈 검출을 통해 개발한 전처리 프로토콜을 검증하였음.
- 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 동시 측정을 위한 프로토콜 및 일회용 전류식 검출방법을 개발하였음.
□ 연구개발결과의 중요성
본 과제를 통해 획득한 전기화학적 마이크로플루이딕 채널 분리/분석법은 동시에 다종의 물질의 고감도 분리 검출이 가능하여, 대형의 장비와 전문가를 요구하는 기존의 분석방법을 대체할 수 있으며 검출 시간과 비용의 절감효과, 유해물질 검출에 활용, 현장 적용이 가능한 휴대용 분석디바이스로써 고감도의 정량분석이 가능하기 때문에, 앞으로 바이오산업, IT 기술과의 결합을 통해 우리나라 분석 기술 및 산업 개발에 크게 기여할 수 있을 것이다. 특히 전기화학적 방법을 이용함으로써, 정확한 측정이 가능할 뿐만 아니라 집적화, 소형화, on-site 분석이 가능하여, 스마트폰 등에 장착하여 실시간 분리 검출에 적용할 수 있는 원천기술 개발이라는 점에서 중요하다. 현재의 유해물질 및 질병 관련 바이오마커의 조기 검출이 국가적인 R&D 이슈로 대두되고 있으나, 이를 검출할 검사 방법이 복잡하기 때문에 본 연구에서 개발한 전위변조 마이크로채널 센서 시스템을 활용하면 이를 대체할 수 있어, 수입에 의존하는 분석기기를 대체할 수 있어 경제적 산업적 측면에서도 중요한 방법으로, 고부가가치를 창출하는데 크게 도움이 될 것이다.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
- 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
- 4. 참고문헌 ... 15
- 5. 연구성과 ... 15
- 대표적 연구실적 ... 32
- 끝페이지 ... 47
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