Development of Miniaturized Microscope and Quantitative Analysis of Single DNA Molecules Immobilized Within a Microfluidic Device
- 주제(키워드) Single DNA Molecule , Quantitative Analysis , Microfluidic Device , Miniaturized Microscope
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 조규봉
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000062795
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
(Part 1) 사용하기 쉽고 저렴한 소형 형광현미경을 만들었다. 형광현미경은 분자진단으로 활용 가능성이 높지만 대부분 실험실에서는 대형현미경을 사용한다. 소형화 현미경을 제작하기 위해서 최소한의 기능만 가지고 있는 레이저와 카메라를 사용하여 크기가 작고 가격이 저렴한 것으로 구성하였다. 현미경에 필요한 부품들은 3D 프린터로 제작하였다. 실험실에서 사용하는 대형 형광현미경에 비교하여 제작한 소형 현미경은 10배 이상 저렴하고 크기는 4배 이상 작았다. TOTO-1으로 염색한 단일 DNA 분자를 대형 현미경과 소형 현미경으로 비교하였다. 결과적으로 제작한 소형현미경에서 단일 DNA 분자를 관찰할 수 있었다. (Part 2) 극미량의 DNA를 정량분석 하는 방법을 개발하였다. 단일분자분석 방법은 직접 분자들을 셀 수 있기 때문에 매우 민감도가 높은 방법이다. 일반적으로 작은 DNA들을 분석하는 방법으로는 전기영동과 중합효소 연쇄반응이 있다. DNA를 직접 관찰하면 중합효소 연쇄반응보다 빠르고 간단하다. 하지만 형광현미경으로는 DNA 크기가 1 kb 이하에서 볼 수가 없다. 이를 해결하기 위해서 작은 DNA들을 연결하여 형광현미경으로 분석하였다. 또한, 미량의 특정 DNA만을 정량하는 방법을 설계하였다. 정량분석은 마이크로 채널을 사용하는 미세유체장치로 분석하였다. 이 채널의 특징으로 DNA가 들어가는 입구를 좁아지게 만들었다. 큰 통로에서 작은 통로로 지나가는 elongational flow는 DNA가 골고루 잘 펴지게 만들어 주었다. 채널 안에 흐르는 DNA들을 5분 동안 양전하로 코팅된 표면에 붙이고 길이와 감도를 분석하였다. 이와 같은 방법으로 우리는 5 fg/μL DNA 농도까지 측정하였다.
more초록/요약
(Part 1) I made a single molecule diagnostic system based on a simple and inexpensive miniaturized microscope. I purchased very cheap and small LED light source, and CCD camera. In addition, I fabricated most microscopic components by using 3D printers. The size of our microscope is four-times smaller and the cost is ten-times cheaper than the price of a typical fluorescence microscope. Using this miniaturized microscope, I was able to observe single DNA molecules stained with TOTO-1. (Part 2) I studied a novel quantitative analytical approach for measuring very small amount of DNA visualizing single molecules after ligation. Single molecule analysis is the most sensitive detection since it directly counts the number of molecules. A typical analytical approach for small size DNA is polymerase chain reaction (PCR) and gel electrophoresis. Alternatively, direct visualization of DNA molecules is simpler and more rapid than PCR. However, DNA less than 1 kb is too small to visualize under a fluorescence microscope. To overcome the limit of visualization, I utilized ligation reaction for small fragments to make DNA large enough to be readily visualized under a fluorescence microscope. I fabricated a microfluidic device to guide DNA molecules into a microchannel with a tapered entrance, which stretches DNA molecules more efficiently with an aid of an elongational flow. I enriched DNA molecules deposited on a positively charged surface within the device for five minutes. Using this approach, I were able to detect as low as 5 fg/μL ligated DNA molecules.
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