Mechanical characterization in microfluidic chip systems for enhancing detection of viral diagnostic methods
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정봉근
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066398
- UCI I804:11029-000000066398
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
This thesis relates to the mechanical characterization of a microfluidic system for enhancing viral diagnostic methods. These characterizations can be applied to the synthesis of homogeneous gold nanoparticles for antigen-antibody reaction, and photothermal bonding, and PCR of carbon-based materials. This author developed the following two systems through the degree course. First, I present the synthesis method of homogeneous AuNPs using a droplet-based microfluidic chip. Before experiments, I optimized the size of droplets using simulation software for stable droplet generation. I demonstrated that the nanoparticles synthesized in our microfluidic chip system showed a narrower size distribution and a higher reproducibility compared to conventional batch synthesis. Furthermore, I observed that the signal of anti-horseradish peroxidase (HRP) was significantly enhanced by the droplet-based microfluidic chip. Therefore, our synthesis method of homogeneous AuNPs could play an important role in improving the efficiency of AuNPs-based sensing signals. Second, I developed copper sulfide (CuS)/reduced graphene oxide (rGO)-poly (ethylene glycol) (PEG) nanocomposites for photothermal bonding of a polymethyl methacrylate (PMMA)-based plastic lab-on-a-chip. The noncontact photothermal bonding of PMMA-based plastic labs-on-chip plays an important role in improving the stability and adhesion at a high temperature as well as minimizing the solution leakage from microchannels when connecting two microfluidic devices. The CuS/rGO-PEG nanocomposites were used to bond a PMMA-based plastic lab-on-a-chip in a short time with a high photothermal effect by a near-infrared (NIR) laser irradiation. After the thermal bonding process, a gap was not generated in the PMMA-based plastic lab-on-a-chip due to the low viscosity and density of the CuS/rGO-PEG nanocomposites. I also evaluated the physical and mechanical properties after the thermal bonding process, showing that there was no solution leakage in PMMA-based plastic lab-on-a-chip during polymerase chain reaction (PCR) thermal cycles. Therefore, the CuS/rGO-PEG nanocomposite could be a potentially useful nanomaterial for non-contact photothermal bonding between the interfaces of plastic module lab-on-a-chip.
more초록 (요약문)
본 학위 논문에서는 미세유체칩 시스템의 기계공학적인 특성을 통한 바이러스 진단방법 향상에 대해 저술하였다. 본 논문은 항원 항체 반응을 위한 균일한 금 나노입자의 합성, 그리고 탄소 기반의 물질의 광열접착과 PCR에 적용할 수 있다. 본 저자는 학위과정을 통하여 다음 2가지의 시스템을 개발하였다. 첫 번째로, 본 저자는 균일한 크기의 금 나노입자 합성을 위한 액적 기반의 미세유체칩 시스템을 개발하였다. 실험에 앞서 안정적인 액적 생성을 위해 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 액적의 크기를 최적화하였다. 미세유체 칩 시스템에서 합성된 나노입자가 기존의 배치 합성에 비해 더 좁은 크기 분포와 더 높은 재현성을 나타냄을 입증했다. 또한, 본 논문에서는 겨자무과산화효소(HRP)의 광학밀도 세기가 액적 기반 미세유체 칩에 의해 크게 향상되었음을 관찰했다. 따라서 액적 기반의 미세유체칩의 균질한 금 나노입자의 합성 방법은 금 나노입자 기반 감지 신호의 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 두 번째로, 본 저자는 황화구리(CuS)/환원 산화 그래핀(rGO)-폴리(에틸렌 글리콜)(PEG) 나노복합체를 기반으로 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 기반 플라스틱 랩온어칩의 광열 결합 방법을 개발했다. PMMA 기반 플라스틱 랩온칩의 비접촉 광열 접합은 두 개의 미세유체 소자를 연결할 때 마이크로 채널에서 용액 누출을 최소화할 뿐만 아니라 고온에서 안정성과 접착력을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. CuS/rGO-PEG 나노복합체를 사용하여 근적외선(NIR) 레이저 조사에 의한 높은 광열 효과로 PMMA 기반 플라스틱 랩온어칩을 짧은 시간에 결합했다. 열접착 공정 후 CuS/rGO-PEG 나노복합체의 낮은 점도와 밀도로 인해 PMMA 기반 플라스틱 랩온어칩에 갭이 발생하지 않았다. 우리는 또한 열 접합 공정 후 물리적 및 기계적 특성을 평가하여 중합효소 연쇄 반응(PCR) 열 사이클 동안 PMMA 기반 플라스틱 랩온어칩에서 용액 누출이 없음을 보여주었다. 따라서 CuS/rGO-PEG 나노복합체는 플라스틱 랩온어칩의 비접촉 광열 결합에 잠재적으로 유용한 나노물질이 될 수 있다. 그러므로 미세유체칩 시스템의 기계공학적인 특성화 연구는 바이러스 진단방법에 대한 높은 발전 가능성을 보여주고 있다.
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