혼성화 반응의 모니터링이 가능한 바이오칩 document_id A220623073331

바이오칩은 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경 세포 등과 같은 생체 유기물을 조합하여 마치 반도체칩과 같이 작은 칩의 형태로 만든 생체 검사용 소자이다. 예를 들어, DNA 칩은 DNA 올리고머(oligomer)를 고체 기판 위에 마이크로 어레이의 형태로 고정화시켜, 이를 이용하여 다양한 DNA 기반 검사를 수행할 수 있게 한다. 이렇게 바이오칩의 기판 위에 미리 고정된 단백질이나 항체, DNA 올리고머 등을 프로브라고 부른다. 바이오칩에 샘플을 흘려주면, 특정 프로브에 대응하는 유전자나 단백질만이 해당하는 프로브에 결합되며, 결합이 되지 않은 나머지들은 후처리 과정에서 씻겨 나가게 된다. 따라서, 바이오칩 내의 어떤 프로브에 샘플이 결합되어 있는지를 검사하면 샘플의 생체 정보를 쉽게 알 수 있다. 특히, 최근 인간 유전자의 전체 염기서열에 관한 연구가 결실을 맺으면서, DNA 칩을 이용한 유전자의 기능에 관한 연구, 유전자 발현 양상들의 연구, 선천성 질병에 관한 이해와 치료 방법의 개발, 신약개발 등에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 바이오칩을 이용한 검사는 여러 가지 장점을 제공한다. 예를 들어, 작은 크기의 기판 위에 수백만 개 이상의 프로브가 집적되어 있기 때문에, 극소량의 샘플로도 매우 다양한 검사가 가능하다. 또한, 수백만 개의 반응이 하나의 챔버 내에서 동일한 조건 하에서 진행되기 때문에, 각 프로브로부터 얻어진 데이터의 직접적인 비교가 가능하며 검사 결과에 대한 정량적인 분석이 가능하다. 또한, 공정의 자동화가 가능하다는 장점도 있다. 한편, 바이오칩 내의 어떤 프로브에 샘플이 결합되어 있는지를 확인하는 방법으로서 다양한 기술들이 제안되었는데, 그 중 대표적인 것은 형광 검출법이다. 형광 검출법의 경우, 여기광에 의해 여기되어 특정 색을 방출하는 형광 성질을 띤 형광 물질을 샘플에 미리 결합시킨다. 이렇게 조작된 샘플을 바이오칩에 흘려준 다음, 바이오칩에 여기광을 조명하여 얻은 형광 이미지를 분석함으로써, 샘플이 어떠한 프로브에 결합되어 있는지를 쉽게 확인할 수 있다. 이러한 형광 검출법은 매우 정밀한 검출이 가능하여 고밀도 바이오칩의 분석에 사용하기에 적합하다. 그러나 형광 검출법은, 반응에 참여하지 않은 샘플이 존재하는 경우에는, 남아 있는 샘플에 결합된 형광 물질로 인하여 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 이유로 반응이 완료된 후 샘플이 결합된 바이오칩을 세척하는 등의 후처리를 수행할 필요가 있다. 이로 인해, 형광 검출법에 따르면, 바이오칩의 프로브들을 샘플에 결합시키는 혼성화 반응에 대한 실시간 모니터링에 많은 제약이 있다. 따라서, 형광 검출법을 사용하는 혼성화 분석에 있어서, 혼성화 과정에 대한 여러 가지 조건들을 제어하여 혼성화 반응을 최적화하기가 어렵고, 혼성화 반응이 완료되었지 여부를 쉽게 알 수 없다.