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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김규만
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수58
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최근 전세계적인 이슈로 코로나19가 크게 전파함에 따라 확진자를 판별하는 방법에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 사람의 혈액이나 타액, 소변 등으로 몸의 질환, 질병을 진단하는 것을 체외 진단이라고 하는데 체외진단에는 크게 면역진단과 분자진단으로 나뉜다. 면역진단은 면역학적 진단이라고도 하며, 면역학적인 기법으로 얻어낸 검사성적에 따라서 진단한다. 간단하게 말하여 특이적으로 결합하는 항원-항체 반응을 이용하여 질환을 진단하는 방법이다. 반면에 분자진단은 혈액, 소변, 타액 등의 인체유래 검체에서 핵산(DNA 또는 RNA)를 직접 추출하여 검사하는 방법이다.
질병을 진단하는 데 있어서 가장 중요한 점은 진단의 정확성이다. 면역진단은 1회용 키트를 사용해 사용하기에 간편하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만 70~80%의 정확성을 가지며 실제 질병의 유무와 판별한 결과는 큰 차이를 보인다. 이러한 문제는 감염성 질병의 진단오류로 인한 질병전파 등의 문제를 보이며 실제로 사용하며 확진 판정을 하기에는 한계점을 가진다. 최근 현장에서도 70~80% 정확성을 가지는 면역진단 보다 95% 이상의 정확성을 보이는 유전자 검사에 대한 수요가 증가되고 있다.
분자진단은 95%이상의 진단 정확성을 가지는 장점이 있지만 분명한 단점도 존재한다. 유전자추출이 필요하여 일반인이 사용하기에 부적합하며 전문가가 필요해 비용과 시간이 많이 소모된다. 또한 분자진단에 사용되는 장비의 크기가 큰 편이라 소규모 의료환경에서 사용하기 부적합하여 현장에서 사용하기에 어려움이 따른다. 따라서 현장형의 분자진단장비를 개발할 때에는 자동화와 소형화가 핵심적인 개발사항이다.[1] 자동화된 분자진단 장비는 입력된 프로세스를 따라 분자진단을 실행하며 초보자가 사용하기에 적합하다. 또한 진단과정에서 인적 실수가 발생하지 않아 샘플의 오염 가능성이 낮고 비용이 감소한다는 장점이 있다.
현재 사용되고 있는 대부분의 분자진단은 유전자추출, 유전자 증폭, 진단에 이르는 3단계를 각각의 장비로 사용하고 있다. 본 연구에서는 3단계의 프로세스를 하나의 장비로 통합하여 분자진단을 실행하도록 하며 일반인도 쉽게 사용할 수 있도록 목표하여 제작하였다. 또한 60도~90도 사이를 반복하는 열주기 과정을 통해 PCR(polymerase chain reaction)을 진행하는 방법을 사용하였으며, 일반적으로 상용장비에서 사용하고 있는 단일 열원 증폭방식이 아닌 이동 교체형 열원 내 마이크로 튜브 샘플 이송 시스템을 개발하여 고속 증폭이 가능하게 하였다. 1cycle당 1~2분의 소요시간이 걸려 총 40cycle이상의 유전자 증폭을 위해 1~2시간 이상이 걸리던 방식을 1cycle당 20~30초로 줄여 20분이내에 유전자 증폭을 완료하였다.
질병을 진단하는 데 있어서 가장 중요한 점은 진단의 정확성이다. 면역진단은 1회용 키트를 사용해 사용하기에 간편하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만 70~80%의 정확성을 가지며 실제 질병의 유무와 판별한 결과는 큰 차이를 보인다. 이러한 문제는 감염성 질병의 진단오류로 인한 질병전파 등의 문제를 보이며 실제로 사용하며 확진 판정을 하기에는 한계점을 가진다. 최근 현장에서도 70~80% 정확성을 가지는 면역진단 보다 95% 이상의 정확성을 보이는 유전자 검사에 대한 수요가 증가되고 있다.
분자진단은 95%이상의 진단 정확성을 가지는 장점이 있지만 분명한 단점도 존재한다. 유전자추출이 필요하여 일반인이 사용하기에 부적합하며 전문가가 필요해 비용과 시간이 많이 소모된다. 또한 분자진단에 사용되는 장비의 크기가 큰 편이라 소규모 의료환경에서 사용하기 부적합하여 현장에서 사용하기에 어려움이 따른다. 따라서 현장형의 분자진단장비를 개발할 때에는 자동화와 소형화가 핵심적인 개발사항이다.[1] 자동화된 분자진단 장비는 입력된 프로세스를 따라 분자진단을 실행하며 초보자가 사용하기에 적합하다. 또한 진단과정에서 인적 실수가 발생하지 않아 샘플의 오염 가능성이 낮고 비용이 감소한다는 장점이 있다.
현재 사용되고 있는 대부분의 분자진단은 유전자추출, 유전자 증폭, 진단에 이르는 3단계를 각각의 장비로 사용하고 있다. 본 연구에서는 3단계의 프로세스를 하나의 장비로 통합하여 분자진단을 실행하도록 하며 일반인도 쉽게 사용할 수 있도록 목표하여 제작하였다. 또한 60도~90도 사이를 반복하는 열주기 과정을 통해 PCR(polymerase chain reaction)을 진행하는 방법을 사용하였으며, 일반적으로 상용장비에서 사용하고 있는 단일 열원 증폭방식이 아닌 이동 교체형 열원 내 마이크로 튜브 샘플 이송 시스템을 개발하여 고속 증폭이 가능하게 하였다. 1cycle당 1~2분의 소요시간이 걸려 총 40cycle이상의 유전자 증폭을 위해 1~2시간 이상이 걸리던 방식을 1cycle당 20~30초로 줄여 20분이내에 유전자 증폭을 완료하였다.
목차
1. 서 론 12. 이론적 배경 32.1. 중합효소 연쇄반응(PCR) 32.2. POCT(Point of Care Test) 42.3. 다양한 PCR 기술 52.3.1. 등온증폭 PCR 기술 52.3.2. 미세유체 PCR 기술 52.3.3. 열원 교체형 PCR 기술 63. 연구 방법 73.1. 센서 및 부품 선정 73.2. 회로구성 및 3D설계 93.3. 증폭실험 설계 123.3.1. 샘플 선택 123.3.2. 증폭 온도 설정 134. 실험결과 및 고찰 144.1. 시제품 제작 144.2. 구동원리 154.2.1. 샘플 이송 가능 범위 및 오차 154.2.2. 히팅 및 쿨링 속도 164.3. 자동화 시스템 184.3.1. 전처리 자동화 184.3.2 온도유지 자동화 194.3.3 증폭 및 진단 자동화 204.4. 고속시약 사용 PCR 224.5. Selectivity 245. 결론 및 향후 과제 256. 참고 문헌 26Abstract 28
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