Feasibility Study for a Lab-chip Development for LAL Test

LAL (Limulus amebocyte lysate) test to detect and quantity endotoxin is based on gellation reaction between endotoxin and LAL from a blood extract of Limulus polyphemus. The test is labor intensive requiring dedicated personnel, takes relatively long reaction time (approximately 1 hr), requires relatively large volume of samples and reagents, and its end-point detection method is rather subjective. To solve these problems, we attempted to develop a miniaturized LOC (lab-on-a-chip) prototype using PDMS and glass. Using the 62 mm (length) ${\times}$ 18 mm (width) prototype in which 2 mm (width) ${\times}$ 44.34 mm (length) ${\times}$ 100 $\mu\textrm{m}$ (depth) microfluidic channel was provided, we compared the various detection methods of gellation, turbidometric, and chromogenic assays to find the chromogenic method to be the most suitable for small volume assay. In this assay, kinetic point method was more accurate than end point method. We also found the PDMS chip thickness should be minimized to around 2 mm to allow sufficient light transmittance, which necessitated a glass slide bonding for chip rigidity. Through the miniaturization, the test time was reduced from 1 hr to less than 10 minutes, and the sample volume could be reduced from 100 ${\mu}\ell$ to 4.4 ${\mu}\ell$. In sum, this study revealed that the mini LOC could be an alternative for a semi-automated and reliable method for LAL test.

LAL 시험용 Lab-chip 개발을 위한 타당성 연구

LAL 측정용 chip을 제작하기 위해서 우선 시료의 부피 감소에 대한 비탁법과 비색법을 비교하였다. 비색법은 낮은 부피에서 높은 감도를 보여 주었으며 시료의 부피와 무관하게 같은 endotoxin의 농도에서는 같은 흡광도를 보인다는 결론을 얻었다. Endotoxin의 농도에 따른 표준곡선을 end point법과 kinetic point법을 비교한 결과 대한약전의 기준에 적합한 kinetic point법이 적합하였다. 이러한 기초 실험결과를 통해 PDMS LOC를 제작하여 LAL 시험을 수행하였다. LOC를 이용하여 더 짧은 시간과 더 작은 시료로 시험이 가능하도록 하였다. 특히 PDMS LOC는 복잡한 channel을 쉽게 만들 수 있을 뿐 아니라 mold를 이용하여 상용화를 위한 대량 생산이 가능하다. 따라서 PDMS를 이용한 LOC의 제작과 실험을 통해 기존의 수작업의 LAL 시험을 LOC를 이용한 다중시료 측정과 자동화의 가능성을 제시하였다.