바이오칩
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1. 개요
바이오칩은 생체 반응을 이용하여 유용한 화학 물질을 합성하거나 분석 및 진단에 사용되는 칩이다. 1922년 센서 기술을 기반으로 개발이 시작되었으며, DNA 이중 나선 구조 발견, 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 기술 개발, 형광 표지 기술 개발 등을 거치며 발전했다. 바이오칩은 DNA, 단백질, 항체 등을 분석하는 데 사용되며, 질병 진단, 치료 모니터링, 신약 개발 등 다양한 분야에 활용된다.
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| 바이오칩 |
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2. 역사
바이오칩의 초기 발전은 센서 기술을 바탕으로 이루어졌다. 1922년 휴즈(Hughes)가 유리 pH 전극을 개발하면서 센서 기술이 발전하기 시작했다.[2] 1953년 왓슨과 크릭은 DNA 이중 나선 구조를 발견했고,[4] 1977년 길버트와 생어는 염기 서열 분석법을 개발했다.[5][6]
이후 1983년 캐리 멀리스가 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 기술을 발명하여 극소량의 DNA를 검출할 수 있게 되었고,[4] 1986년 후드(Hood)와 그의 동료들은 DNA 분자에 형광 태그를 붙여 혼성화 실험을 광학적으로 관찰하는 방법을 고안했다.[7]
최초의 상업용 바이오칩 중 하나는 애피메트릭스에서 출시한 "GeneChip"으로, 집적 회로 제작에 사용되는 미세 리소그래피 기술을 이용하여 생산되었다.[8] 이 칩은 유전자 결함이나 단일 염기 다형성(SNP)을 감지하는 데 사용된다.
그림 1은 전형적인 바이오칩 플랫폼의 구성을 보여준다. 바이오칩은 마이크로어레이 기술, 변환 기술, 신호 처리 기술 등을 포함하는 복합적인 시스템이다.
2. 1. 초기 발전
센서 기술은 바이오칩 초기 발전에 큰 영향을 주었다. 1922년 휴즈(Hughes)는 유리 pH 전극을 개발했는데, 이는 초기 센서의 기반이 되었다.[2] 이후 얇은 막에 발리노마이신을 넣어 K+ 센서를 만드는 등, 선택적 투과 막을 만드는 개념은 다른 이온 센서 개발에도 활용되었다.[3]1953년, 왓슨과 크릭은 DNA의 이중 나선 구조를 발견하여 유전학 연구의 기반을 마련하였다.[4] 1977년에는 길버트[5]와 생어[6]가 염기 서열 분석 기술을 개발하여 유전 코드를 직접 읽을 수 있게 되었다. 이 기술은 DNA 감지의 기초로 사용될 수 있는 올리고뉴클레오티드 가닥의 혼성화를 보여주었다.
1983년 캐리 멀리스는 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 기술을 발명하여 극소량의 DNA를 감지할 수 있게 하였다.[4] 1986년에는 후드(Hood)와 그의 동료들이 DNA 분자에 형광 태그를 붙이는 방법을 고안하여 혼성화 실험을 광학적으로 관찰할 수 있게 되었다.[7]
2. 2. DNA 구조 발견과 유전학 연구
1953년, 왓슨과 크릭은 DNA 분자가 이중 나선 구조를 이루고 있다는 사실을 발견하여 이후 유전학 연구의 기반을 마련하였다.[4] 1977년에는 길버트[5]와 생어[6]가 각각 염기 서열 분석 기술을 개발하여 유전 코드를 직접 읽을 수 있게 되었다. 이 연구는 상보적인 단일 올리고뉴클레오티드 가닥의 혼성화가 DNA 감지의 기초로 사용될 수 있음을 보여주었다.2. 3. 중합 효소 연쇄 반응 (PCR) 기술 개발
1983년 캐리 멀리스는 DNA 농도를 증폭하는 방법인 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 기술을 발명했다.[4] 이 발견으로 시료에서 극소량의 DNA를 검출할 수 있게 되었다.2. 4. 형광 표지 기술 개발
1986년 후드(Hood)와 그의 동료들은 방사성 동위원소 대신 형광 태그로 DNA 분자를 표지하는 방법을 고안하여[7] 혼성화 실험을 광학적으로 관찰할 수 있게 했다. 이는 바이오칩 개발에 중요한 기술적 진전이었다.3. 바이오칩의 구성 요소
그림 1은 전형적인 바이오칩 플랫폼의 구성을 보여준다. 실제 감지 구성 요소 (또는 "칩")는 완전한 분석 시스템의 한 부분일 뿐이다. 실제 감지 이벤트 (DNA 결합, 산화/환원 등)를 컴퓨터가 이해할 수 있는 형식 (전압, 빛의 강도, 질량 등)으로 변환하기 위해 변환이 수행되어야 하며, 이는 추가 분석 및 처리를 통해 최종적인 인간이 읽을 수 있는 결과를 생성할 수 있게 한다.[8]
마이크로어레이는 바이오칩 플랫폼의 중요한 구성 요소로, 생체 센서가 조밀하게 배열된 2차원 격자 구조를 말한다. 일반적으로 센서는 평평한 기판 위에 배치되며, 기판은 수동적(예: 실리콘 또는 유리)이거나 능동적일 수 있다. 능동적 기판의 경우 신호 전달을 수행하거나 보조하는 집적 전자 장치 또는 미세역학 장치로 구성된다. 표면 화학은 센서 분자를 기판 매질에 공유 결합시키는 데 사용된다.[8]
Fodor와 동료들은 일련의 미세 리소그래피 단계를 사용하여 기판 상에 수십만 개의 고유한 단일 가닥 DNA 센서를 한 번에 하나씩 조합적으로 합성하는 독특한 제조 공정을 개발했다(나중에 Affymetrix에서 사용됨).[11][12] 염기 유형별로 한 번의 리소그래피 단계가 필요하므로, 뉴클레오티드 수준당 총 4단계가 필요하다. 이 기술은 많은 센서를 동시에 생성할 수 있다는 점에서 매우 강력하지만, 현재 짧은 DNA 가닥(15~25 뉴클레오티드)을 생성하는 데에만 가능하다. 신뢰성 및 비용 요소로 인해 수행할 수 있는 광 리소그래피 단계 수가 제한된다. 또한, 광 지향적 조합 합성 기술은 현재 단백질 또는 다른 감지 분자에는 사용할 수 없다.[8]
대부분의 마이크로어레이는 센서의 데카르트 격자로 구성된다. 이러한 방식은 주로 각 센서의 좌표를 해당 기능에 매핑하거나 "인코딩"하는 데 사용된다. 이러한 어레이의 센서는 일반적으로 보편적인 신호 처리 기술(예: 형광)을 사용하므로 좌표가 유일한 식별 기능이 된다. 이러한 어레이는 각 센서가 올바른 위치에 배치되도록 여러 개의 순차적인 단계를 요구하는 직렬 공정을 사용하여 만들어야 한다.[8]
"무작위" 제작은 센서가 칩의 임의 위치에 배치되는 방식으로, 직렬 방식의 대안이다. 이 방식을 사용하면 지루하고 비용이 많이 드는 위치 결정 과정이 필요하지 않아, 병렬화된 자기 조립 기술을 사용할 수 있다. 이러한 접근 방식에서는 대량의 동일한 센서를 생산할 수 있으며, 각 배치의 센서를 결합하여 어레이로 조립한다. 각 센서를 식별하기 위해 좌표 기반이 아닌 인코딩 방식을 사용해야 한다. 이러한 설계는 먼저 에칭된 광섬유 케이블의 우물에 무작위로 배치된 기능화된 비드를 사용하여 시연되었으며(나중에 Illumina에서 상용화됨).[13][14] 각 비드는 형광 시그니처로 고유하게 인코딩되었다. 그러나 이 인코딩 방식은 사용할 수 있으며 성공적으로 차별화할 수 있는 고유한 염료 조합의 수에 제한이 있다.[8]
마이크로어레이는 DNA 분석에만 국한되지 않으며, 단백질 마이크로어레이, 항체 마이크로어레이, 화합물 마이크로어레이도 바이오칩을 사용하여 생산할 수 있다. 란독스 래버러토리즈(Randox Laboratories Ltd.)는 2003년 최초의 단백질 바이오칩 어레이 기술 분석기인 에비던스(Evidence)를 출시했다. 단백질 바이오칩 어레이 기술에서 바이오칩은 반응 플랫폼으로서 ELISA 플레이트 또는 큐벳을 대체한다. 바이오칩은 단일 시료에서 관련된 일련의 테스트를 동시에 분석하여 환자 프로파일을 생성하는 데 사용된다. 환자 프로파일은 질병 선별, 진단, 질병 진행 상황 모니터링 또는 치료 모니터링에 사용될 수 있다. 멀티플렉싱이라고 설명되는 여러 분석을 동시에 수행하면 처리 시간과 필요한 환자 시료의 양을 상당히 줄일 수 있다. 바이오칩 어레이 기술은 샌드위치, 경쟁 및 항체-포획 면역분석법을 사용하는 익숙한 방법론의 새로운 응용 분야이다.[8]
샌드위치 분석법에서는 효소 표지 항체를 사용하고, 경쟁 분석법에서는 효소 표지 항원을 사용한다. 항체-항원 결합 시 화학발광 반응이 빛을 생성한다. 검출은 전하 결합 소자 (CCD) 카메라를 통해 이루어진다. CCD 카메라는 매우 낮은 수준의 빛을 정확하게 감지하고 정량화할 수 있는 민감하고 고해상도 센서이다. 테스트 영역은 격자 패턴을 사용하여 찾은 다음, 화학발광 신호는 이미징 소프트웨어로 분석하여 개별 분석물을 신속하고 동시에 정량화한다.[8]
바이오칩은 또한 미세생리학 분야, 예를 들어 스킨-온-어-칩(skin-on-a-chip)[15] 응용 분야에도 사용된다.
세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하는 유형이나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 유형 등 여러 종류가 있다.[16] 또한, 센싱 장치로서 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하여 인슐린을 방출하는 용도로 개발이 진행되고 있다.
; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상이 되는 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험의 대체가 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성하는 것이 예상된다.
4. 마이크로어레이 제작
마이크로어레이는 바이오칩 플랫폼의 중요한 구성 요소로, 생체 센서가 조밀하게 배열된 2차원 격자 구조이다. 일반적으로 센서는 평평한 기판 위에 배치되며, 기판은 수동적(예: 실리콘 또는 유리)이거나 능동적일 수 있다. 능동적 기판의 경우 신호 전달을 수행하거나 보조하는 집적 전자 장치 또는 미세역학 장치로 구성된다. 표면 화학은 센서 분자를 기판 매질에 공유 결합시키는 데 사용된다.[9] 마이크로어레이 제작은 쉽지 않으며, 미래 바이오칩 플랫폼의 성공을 결정할 수 있는 주요 경제적 및 기술적 과제이다. 주요 제조 과제는 각 센서를 기판의 특정 위치(일반적으로 데카르트 격자)에 배치하는 과정이다. 센서 배치를 위한 다양한 수단이 존재하지만, 일반적으로 로봇식 마이크로피펫[9] 또는 마이크로프린팅[10] 시스템을 사용하여 칩 표면에 미세한 센서 물질을 배치한다. 각 센서는 고유하기 때문에 한 번에 소수의 스폿만 배치할 수 있다. 이러한 공정의 낮은 처리량 특성으로 인해 높은 제조 비용이 발생한다.
Fodor와 동료들은 일련의 미세 리소그래피 단계를 사용하여 기판 상에 수십만 개의 고유한 단일 가닥 DNA 센서를 한 번에 하나씩 조합적으로 합성하는 독특한 제조 공정을 개발했다(나중에 Affymetrix에서 사용됨).[11][12] 염기 유형별로 한 번의 리소그래피 단계가 필요하므로, 뉴클레오티드 수준당 총 4단계가 필요하다. 이 기술은 많은 센서를 동시에 생성할 수 있다는 점에서 매우 강력하지만, 현재 짧은 DNA 가닥(15~25 뉴클레오티드)을 생성하는 데에만 가능하다. 신뢰성 및 비용 요소로 인해 수행할 수 있는 광 리소그래피 단계 수가 제한된다. 또한, 광 지향적 조합 합성 기술은 현재 단백질 또는 다른 감지 분자에는 사용할 수 없다.
대부분의 마이크로어레이는 센서의 데카르트 격자로 구성된다. 이러한 방식은 주로 각 센서의 좌표를 해당 기능에 매핑하거나 "인코딩"하는 데 사용된다. 이러한 어레이의 센서는 일반적으로 보편적인 신호 처리 기술(예: 형광)을 사용하므로 좌표가 유일한 식별 기능이 된다. 이러한 어레이는 각 센서가 올바른 위치에 배치되도록 여러 개의 순차적인 단계를 요구하는 직렬 공정을 사용하여 만들어야 한다.
"무작위" 제작은 센서가 칩의 임의 위치에 배치되는 방식으로, 직렬 방식의 대안이다. 이 방식을 사용하면 지루하고 비용이 많이 드는 위치 결정 과정이 필요하지 않아, 병렬화된 자기 조립 기술을 사용할 수 있다. 이러한 접근 방식에서는 대량의 동일한 센서를 생산할 수 있으며, 각 배치의 센서를 결합하여 어레이로 조립한다. 각 센서를 식별하기 위해 좌표 기반이 아닌 인코딩 방식을 사용해야 한다. 그림과 같이, 이러한 설계는 먼저 에칭된 광섬유 케이블의 우물에 무작위로 배치된 기능화된 비드를 사용하여 시연되었으며(나중에 Illumina에서 상용화됨).[13][14] 각 비드는 형광 시그니처로 고유하게 인코딩되었다. 그러나 이 인코딩 방식은 사용할 수 있으며 성공적으로 차별화할 수 있는 고유한 염료 조합의 수에 제한이 있다.
5. 종류
바이오칩은 크게 생체 분자 기반 바이오칩과 기능 기반 바이오칩으로 나눌 수 있다.
- 생체 분자 기반 바이오칩: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포를 기판 위에 고정하여, 마이크로 유로에 흐르는 시료의 성분을 분석한다.[16][17]
- 기능 기반 바이오칩: 세포 배양을 통해 생리학적 활성을 재현하거나, 효소를 고정하여 생리학적 기능을 분석한다.[16]
5. 1. 생체 분자 기반
마이크로어레이는 DNA 분석에만 국한되지 않으며, 단백질 마이크로어레이, 항체 마이크로어레이, 화합물 마이크로어레이도 바이오칩을 사용하여 생산할 수 있다. 2003년 란독스 래버러토리즈(Randox Laboratories Ltd.)는 최초의 단백질 바이오칩 어레이 기술 분석기인 에비던스(Evidence)를 출시했다. 단백질 바이오칩 어레이 기술에서 바이오칩은 ELISA 플레이트 또는 큐벳을 대체하는 반응 플랫폼이다. 바이오칩은 단일 시료에서 관련된 일련의 테스트를 동시에 분석하여 환자 프로파일을 생성하는데, 이는 질병 선별, 진단, 질병 진행 상황 또는 치료 모니터링에 사용될 수 있다. 멀티플렉싱이라고 설명되는 여러 분석을 동시에 수행하면 처리 시간과 필요한 환자 시료의 양을 상당히 줄일 수 있다. 바이오칩 어레이 기술은 샌드위치, 경쟁 및 항체-포획 면역분석법을 사용하는 익숙한 방법론의 새로운 응용 분야이다. 기존 면역분석법과의 차이점은 캡처 리간드가 용액이 아닌 정렬된 어레이 형태로 바이오칩 표면에 공유 결합 방식으로 부착된다는 것이다.샌드위치 분석법에서는 효소 표지 항체를 사용하고, 경쟁 분석법에서는 효소 표지 항원을 사용한다. 항체-항원 결합 시 화학발광 반응이 빛을 생성하며, 검출은 전하 결합 소자(CCD) 카메라를 통해 이루어진다. CCD 카메라는 매우 낮은 수준의 빛을 정확하게 감지하고 정량화할 수 있는 민감하고 고해상도 센서이다. 테스트 영역은 격자 패턴을 사용하여 찾은 다음, 화학발광 신호는 이미징 소프트웨어로 분석하여 개별 분석물을 신속하고 동시에 정량화한다.
바이오칩은 미세생리학 분야, 예를 들어 스킨-온-어-칩(skin-on-a-chip)[15] 응용 분야에도 사용된다.
다른 어레이 기술에 대한 자세한 내용은 항체 마이크로어레이를 참조하면 된다. 세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하는 유형이나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 유형 등 여러 종류가 있다.[16] 또한, 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하고 인슐린을 방출하는 센싱 장치로서의 용도로도 개발이 진행되고 있다.
; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험의 대체가 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성하는 것이 예상된다.
5. 2. 기능 기반
세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하는 유형이나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 유형 등 여러 종류가 있다.[16] 센싱 장치로서 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하여 인슐린을 방출하는 용도로도 개발이 진행되고 있다.; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상이 되는 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험의 대체가 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성하는 것이 예상된다.
6. 응용 분야
바이오칩은 다음과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다.
- 분석 및 진단: 질병 진단, 환자 프로파일 생성, 치료 모니터링 등에 활용된다.
- 유용한 화학 물질 합성: 특정 조건에서 생존하는 미생물을 배양하여 유용한 물질을 합성하는 데 사용될 수 있다.
- 센싱 장치: 당뇨병 환자의 혈당을 측정하고 인슐린을 방출하는 등 센싱 장치로 활용될 수 있다.[16]
- 반응, 합성 장치: 효소나 세포 등을 기판 위에 고정하여 특정 물질을 합성하는 데 활용된다.
- 동물 실험 대체: 동물 실험을 대체할 수단으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.[16][17]
6. 1. 분석 및 진단
마이크로어레이는 DNA 분석에만 국한되지 않으며, 단백질 마이크로어레이, 항체 마이크로어레이, 화합물 마이크로어레이도 바이오칩을 사용하여 생산할 수 있다. 란독스 래버러토리즈(Randox Laboratories Ltd.)는 2003년 최초의 단백질 바이오칩 어레이 기술 분석기인 에비던스(Evidence)를 출시했다. 단백질 바이오칩 어레이 기술에서 바이오칩은 반응 플랫폼으로서 ELISA 플레이트 또는 큐벳을 대체한다. 바이오칩은 단일 시료에서 관련된 일련의 테스트를 동시에 분석하여 환자 프로파일을 생성하는 데 사용된다. 환자 프로파일은 질병 선별, 진단, 질병 진행 상황 모니터링 또는 치료 모니터링에 사용될 수 있다. 멀티플렉싱이라고 설명되는 여러 분석을 동시에 수행하면 처리 시간과 필요한 환자 시료의 양을 상당히 줄일 수 있다. 바이오칩 어레이 기술은 샌드위치, 경쟁 및 항체-포획 면역분석법을 사용하는 익숙한 방법론의 새로운 응용 분야이다. 기존 면역분석법과의 차이점은 캡처 리간드가 용액이 아닌 정렬된 어레이 형태로 바이오칩 표면에 공유 결합 방식으로 부착된다는 것이다.샌드위치 분석법에서는 효소 표지 항체를 사용하고, 경쟁 분석법에서는 효소 표지 항원을 사용한다. 항체-항원 결합 시 화학발광 반응이 빛을 생성한다. 검출은 전하 결합 소자 (CCD) 카메라를 통해 이루어진다. CCD 카메라는 매우 낮은 수준의 빛을 정확하게 감지하고 정량화할 수 있는 민감하고 고해상도 센서이다. 테스트 영역은 격자 패턴을 사용하여 찾은 다음, 화학발광 신호는 이미징 소프트웨어로 분석하여 개별 분석물을 신속하고 동시에 정량화한다.
바이오칩은 또한 미세생리학 분야, 예를 들어 스킨-온-어-칩(skin-on-a-chip)[15] 응용 분야에도 사용된다.
다른 어레이 기술에 대한 자세한 내용은 항체 마이크로어레이를 참조하십시오.
세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하는 유형이나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 유형 등 여러 종류가 있다.[16] 또한, 센싱 장치로서 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하여 인슐린을 방출하는 용도로 개발이 진행되고 있다.
; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상이 되는 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험의 대체가 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성하는 것이 예상된다.
6. 2. 생체 반응 및 합성
마이크로어레이는 DNA 분석뿐만 아니라 단백질 마이크로어레이, 항체 마이크로어레이, 화합물 마이크로어레이 생산에도 사용된다. 2003년 란독스 래버러토리즈는 최초의 단백질 바이오칩 어레이 기술 분석기인 에비던스를 출시했다. 단백질 바이오칩 어레이 기술에서 바이오칩은 ELISA 플레이트 또는 큐벳을 대체하는 반응 플랫폼 역할을 한다. 바이오칩은 단일 시료에서 관련된 일련의 테스트를 동시에 분석하여 환자 프로파일을 생성하며, 이는 질병 선별, 진단, 질병 진행 또는 치료 모니터링에 사용될 수 있다. 멀티플렉싱이라고 불리는 여러 분석 동시 수행은 처리 시간과 필요한 환자 시료의 양을 줄인다. 바이오칩 어레이 기술은 샌드위치, 경쟁 및 항체-포획 면역분석법을 사용하는 새로운 응용 분야이다. 기존 면역분석법과의 차이점은 캡처 리간드가 용액이 아닌 정렬된 어레이 형태로 바이오칩 표면에 공유 결합 방식으로 부착된다는 것이다.샌드위치 분석법에서는 효소 표지 항체를, 경쟁 분석법에서는 효소 표지 항원을 사용한다. 항체-항원 결합 시 화학발광 반응으로 빛이 생성된다. 검출은 전하 결합 소자(CCD) 카메라를 통해 이루어진다. CCD 카메라는 낮은 수준의 빛을 정확하게 감지하고 정량화할 수 있는 민감하고 고해상도 센서이다. 테스트 영역은 격자 패턴을 사용하여 찾은 다음, 화학발광 신호는 이미징 소프트웨어로 분석하여 개별 분석물을 신속하고 동시에 정량화한다.
바이오칩은 미세생리학 분야, 예를 들어 스킨-온-어-칩(skin-on-a-chip)[15] 응용 분야에도 사용된다. 다른 어레이 기술에 대한 자세한 내용은 항체 마이크로어레이를 참조하면 된다.
세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하거나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 등 여러 종류가 있다.[16] 또한, 센싱 장치로서 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하여 인슐린을 방출하는 용도로 개발이 진행되고 있다.
; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상이 되는 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험의 대체가 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성하는 것이 예상된다.
6. 3. 기타
세포를 기판 위에 배양하여 생리학적 활성을 재현하여 합성하는 유형이나, 효소를 기판 위에 고정하여 생리학적 기능을 분석하는 유형 등 여러 종류가 있다.[16] 당뇨병 환자의 체내에 삽입하여 혈당을 수시로 계측하고 인슐린을 방출하는 센싱 장치로서의 용도로도 개발이 진행되고 있다.; 센싱 장치로서의 바이오칩
: DNA, 단백질, 당쇄 등의 생체 분자 또는 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 마이크로 유로에 대상이 되는 시료가 흐르면 성분을 분석한다.[16][17] 동물 실험을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
; 반응, 합성 장치로서의 바이오칩
: 효소나 세포 등이 기판 위에 고정되어 있으며, 그것에 의해 합성한다. 특정 조건 하에서만 생존할 수 있는 장내 세균과 같은 미생물을 칩 형태로 배양하여 유용한 물질을 합성할 수 있을 것으로 예상된다.
7. 윤리적 문제
(이전 출력이 비어있으므로, 수정할 내용이 없습니다. 따라서 빈칸으로 출력합니다.)
8. 한국의 바이오칩 산업 현황
(이전 출력이 비어 있으므로, 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스가 제공되어야 '한국의 바이오칩 산업 현황' 섹션을 작성하고, 그 결과를 수정할 수 있습니다.)
참조
[1]
웹사이트
High-Level Synthesis of Digital Microfluidic Biochips
http://people.ee.duk[...]
Duke University
[2]
논문
The potential difference between glass and electrolytes in contact with water
J. Am. Chem. Soc.
1922
[3]
서적
Introduction to Chemical and Biological Sensors
Institute of Physics Publishing, Philadelphia
[4]
서적
Lehninger Principles of Biochemistry
Worth Publishers, New York
[5]
논문
A new method for sequencing DNA
Proc. Natl. Acad. Sci.
1977
[6]
논문
DNA sequencing with chainterminating inhibitors
Proc. Natl. Acad. Sci.
1977
[7]
논문
Fluorescence detection in automated DNA sequence analysis
Nature
1986
[8]
서적
Technology Options and Applications of DNA Microarrays
Harwood Academic Publishers, Philadelphia
[9]
논문
Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray
Science
1995
[10]
논문
Printing small molecules as microarrays and detecting protein-ligand interactions en masse
J. Am. Chem. Soc.
1999
[11]
논문
Light-directed, spatially addressable parallel chemical analysis
Science
1991
[12]
논문
Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis
Proc. Natl. Acad. Sci.
1994
[13]
논문
Screening unlabeled DNA targets with randomly-ordered fiber-optic gene arrays
Nature Biotechnology
2000
[14]
논문
Randomly ordered addressable high-density optical sensor arrays
Analytical Chemistry
1998
[15]
간행물
Skin-on-a-chip: Transepithelial electrical resistance and extracellular acidification measurements through an automated air-liquid interface
2018
[16]
웹사이트
半導体/MEMSが起こす医療革命
https://xtech.nikkei[...]
2011-03-16
[17]
웹사이트
バイオチップの実用化と情報技術への期待
https://www.engineer[...]
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