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미세유로에서 단일 DNA 분자의 정렬현상 연구

Single DNA molecular focusing in microchannels

초록/요약

생물학, 생명공학 및 분자진단학 분야에서 DNA로부터 유전 정보를 읽거나, 분자량 혹은 종류별로 분리, 검출할 수 있는 기술은 병원체의 조기 진단 및 예방, 생물분자 간 작용 방식의 탐구에 있어 필수적이고 핵심적인 기술이다. 최근 미세유체공학(microfluidics), 광학 기술의 발전과 융합에 따른 랩온어칩(lab-on-a-chip), 미세 종합 분석 시스템(micro total analysis system, μTAS)의 진보와 발전은 생명 유전체 분석에 대한 새로운 방향을 제시하고 있다. 본 연구에서는 미세유체공학 기술을 이용하여 효율적으로 단일 DNA 분자를 관측, 정렬하는 랩온어칩 기술을 제시하고자 한다. 미세유체소자 내에서 생체물질 및 입자의 이동경로를 효과적으로 제어하는 것은 해당 물질의 분석과 분리에 있어서 중요한 기술이며 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전기장을 이용한 모세관 전기영동기술, 표면증착 및 배열 기술 등이 이에 해당된다. 그러나 선행 연구들은 추가적인 외력의 발생을 위한 설비와 복잡한 구조, 전처리 과정이 요구된다. 본 연구는 추가적인 외력과 복잡한 구조 없이, 압력 구배 유동과 복잡유체의 점탄성 효과에 의한 단일 DNA 분자의 정렬 현상을 이용한다.. 따라서 본 연구에서는 동일한 조건 하에서, 기존 연구들에서 이용한 뉴튼 유체와 비 뉴튼 유체인 복잡 유체에서의 DNA 분자 정렬 효율을 비교, 관찰하였다. 탄성이 지배적인 흐름에서 변형성이 없는 입자는 채널의 양쪽 모서리와 중앙에 생성되는 다중 평형점에 의해 2차원적인 정렬 양상을 보인다. 반면, 변형성을 지닌 단일 DNA 분자는 벽면 반발력(wall lift force)과 유체의 탄성력(fluid elastic force)의 상호작용에 의하여 채널의 중앙으로 정렬함을 관찰하였다. 전술한 복잡 유체 하에서의 중앙 정렬은 뉴튼 유체에서의 정렬보다 채널 중앙으로의 밀집이 향상된 결과를 보인다. 또한 안정화된 중앙 정렬 층의 형성을 위한 수 백여 초의 왕복흐름 없이, 수 cm에 불과한 마이크로 채널에서의 체류시간 동안 DNA 분자 중앙 정렬을 형성하였다. 따라서 본 연구에서 제시하는 단일 DNA 분자의 정렬 방식은 분석 시간의 단축, 간소화 및 소형화된 현장 진단용(point-of-care diagnosis) 분석, 분리 장치의 개발에 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

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목차

요 약 •••••••••••••••••••••••••••••ⅰ

그림 차례 (List of figures) •••••••••••••••••••ⅴ

표 차례 (List of tables) •••••••••••••••••••••ⅷ

1 서론 •••••••••••••••••••••••••••••1

2 미세 채널에서 단일 DNA 분자의 정렬 ••••••••••••••7
2-1 연구 배경 ••••••••••••••••••••••••7
2-2 실험 재료 및 과정 ••••••••••••••••••••13
2-2-1 마이크로칩 제작 ••••••••••••••••••13
2-2-2 활용물질 ••••••••••••••••••••13
2-2-3 실험 과정, 이미지 처리 및 분석 ••••••••••15
2-3 결과 및 토의 ••••••••••••••••••••••26
2-3-1 DNA분자의 안정성 향상 방안 ••••••••••••26
2-3-2 유체의 속도 및 물성 측정 ••••••••••••••33
2-3-3 미세유로에서 구형 입자의 배열 •••••••••••38
2-3-4 미세유로에서 DNA분자 정렬 현상 해석 ••••••••48
2-4 결론 ••••••••••••••••••••••••••61

3 맺음말 ••••••••••••••••••••••••••••63

4 참고문헌 •••••••••••••••••••••••••••65

Abstract ••••••••••••••••••••••••••••71

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