바이오칩을 이용한 DNA PCR의 유전적 남성 불임 진단을 위한 연구

Abstract

본 논문은 선행 연구에서 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 이용해 개발된 PDMS(Polydimethylsiloxane)/유리로 제작된 PCR 칩의 단점을 보완하고 이를 이용해 유전적 남성 불임 진단 연구에 응용을 제안하고자 한다. 선행 연구에서 제작 되었던 마이크로바이오칩은 기존의 생화학적 안정성이 낮은 실리콘 대신 안정성이 입증된 PDMS와 유리 재질로 제작이 되었으며 PDMS 칩 내부의 반응조 형상 및 표면성질에 관계없이 칩 내부에 시료가 기포 없이 안정적으로 주입될 수 있도록 설계, 제작하였다. 그러나 이러한 장점에도 불구 하고 1회용으로 사용되기에는 여전히 고가인 문제점을 안고 있었다. 선행 연구에서 개발된 마크로바이오칩은 반응 시료를 담게 될 반응조가 있는 PDMS칩과 시료에 반응 에너지를 공급할 마이크로 히터 및 박막형 온도 센서가 제작된 유리칩으로 이루어진 이종형(異種形, hybrid type) 칩이다. 본 연구에서는 마이크로 히터 및 박막형 온도 센서가 형성 된 유리칩과 반응조인 PDMS 칩을 분리 하여 반응조 부분을 1회용으로 사용할 수 있게 설계하여 유리칩을 영구적으로 사용할 수 있게 하고자 하였다. 설계된 분리형 PCR 칩을 제작하기 앞서 선행 연구에서 제작된 칩과 본 논문에서 제안된 칩의 열전달 효율을 예측하기 위해 상용 해석 프로그램인 CFD-ACE+(ESI group, France)를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였고 이를 통해 선행 연구에서 개발된 칩과 제안된 칩의 성능을 예측하였다. PDMS칩은 SU-8(Microchem, U.S.A) 음성후막감광제를 이용한 마이크로 몰딩(micro molding) 기법을 통해 제작되었다. 유리칩은 유리 기판에 금속 박막을 수백~수천Å 단위로 증착 시킨 후 사진식각법 및 습식 식각법을 이용해 제작되었다. 각기 제작된 칩은 플라즈마 접착(bonding) 공정을 거쳐 최종적으로 완성되었다. 제작된 칩의 성능을 평가하기 위하여 남성 불임의 원인중 하나인 유전적 남성 불임 진단에 응용 가능성 여부를 실험을 통해 확인하였다.; This thesis proposed the separable microbiochip to overcome the disadvantage of precedent study reported microreactor (10㎕) biochip for the DNA PCR (polymerase chain reaction). The precedent microbiochip (20mm × 28mm) is a hybrid type which is composed of PDMS (polydimethylsiloxane) layer with serpentine micochannel (360㎛x100㎛) chamber and glass substrate integrated with microheater and thermal microsensor. However, It is still too expensive to use disposable chip. Especially, the fabrication cost of microheater and sensor patterned glass chip takes most portion of chip price. The proposed design of reactor is separated from microheater and thermal microsensor parts. Therefore, it is possible to reuse of the glass chip which is patterned microheater and sensor. The reactor is composed of PDMS (polydimethylsiloxane) layer and cover glass (100㎛ thickness). To compare of the performance of precedent chip and proposed chip, heat transfer is simulated by CFD-ACE+(ESI group, France). We apply this chip for detecting male infertility to confirm the performance of this chip. The experimental results show this chip could replace the precedent chip and possibility of diagnosis for male infertility.