• 과학과기술
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• 제32권7호통권362호
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• pp.71-75
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• 1999

몇해 전만 해도 대부분의 과학자들은 신장이나 심장과 같은 인간의 조직은 장기제공자로부터 직접 이식을 받거나 또는 플라스틱, 금속 그리고 컴퓨터칩으로 만든 완전 인공부붚므오만 대체할 수 있다고 믿고 있었다. 또 많은 사람들은 생세포와 인공폴리머의 혼성물인 바이오인공장기는 결코 제작할 수 없으며 이식용 인간장기의 부족을 충당할 수 있는 유일한 길은 동물의 장기를 사용하는 것 뿐이라고 생각했다. 그러나 앞으로는 조직공학이라는 새로운 생명과학기술의 진보로 간질환 환자가 자기의 간세포와 플라스틱섬유로 만든 '네오(신)장기' 이식으로 병을 치유할 수 있고 인슐린에 의존하던 당뇨병환자가 대체용 췌장 덕에 인슐린주사를 자주 맞을 필요가 없게 되며 신장병환자는 누구든지 자기의 세포로 키운 새로운 신장을 이식할 수 있게 되어 신장투석기의 모습이 세상에서 사라지게 되는 시대를 기대할 수 있게 되었다. 또 우리 몸을 형성하는 육체의 '부품'을 사고 팔 수 있는 시대가 뜻밖에도 빨리 다가올지 모른다고 생각하고 있는 과학자들도 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1450-1454
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• 2008

In the conventional biology, the most of cell studies was carried out by culturing cells in the Petri dish and by investigating cellular behavior under the diverse bio-molecule (cell signalling materials, drugs or etc.) conditions. However, in vivo environments, diverse stimulations including chemical, mechanical and topological environments involved in the proliferation, differentiation and migration of cells and it is almost impossible to provide these conditions with traditional method. We have developed the methods to provide the well defined chemical and mechanical stimulations using microfluidic devices and applied these approaches to the study of environmental effect on cells. In this paper, we will introduce our microfluidic chips to provide microenvironment and its applications using several cells.

• KSBB Journal
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• 제24권1호
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• pp.1-8
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• 2009

현재까지 연구 개발된 바이오칩 및 센서의 경우에는 생체분자 상호작용의 분석을 수행하기 위해서 효소나 형광 물질 등과 같은 표지물질을 생체분자에 주입할 필요성이 있었다. 이러한 표지작업은 단백질 등과 같이 고차구조를 형성하는 생체분자에 있어서 그 분자인식능을 저하시키는 문제가 발생하게 된다. 그리고 표지작업은 일련의 조작이 필요하기 때문에 조작의 복잡성을 띄게 되고, 간편성을 저해하는 문제가 발생하게 되며, 분석 결과를 얻기 위해서는 장시간을 필요로 하게 된다. 또한, 생체분자 상호작용의 분석에 적용되는 측정장치도 대형화하게 되어 온사이트 모니터링에 이용하기 어렵다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 비표지로 생체분자의 상호작용 분석이 가능한 SPR 광학특성, QCM 및 전기화학법 등을 이용한 비표지 바이오칩 및 센서가 개발되었다. 하지만 표지 바이오칩 및 센서와 마찬가지로 장치의 대형화 및 복잡화, 간편성 및 감도 등에 문제가 있었다. 따라서 지금까지 개발되어진 표지 및 비표지 바이오칩의 문제들을 해결하기 위해서 나노구조에서만 발현되는 새로운 광학특성인 LSPR을 기반으로 하는 새로운 형태의 코어-쉘 구조 나노입자 바이오칩이 제작되었다. 코어-쉘 나노입자 바이오칩의 표면에 수직방향으로부터 입사광을 조사하고 바이오칩 표면으로부터 반사된 반사광을 검출기로 검출하여 흡수 스펙트럼을 소형의 분광기로 해석함으로서 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서를 완성하였다. 또한 단백질 항원-항체 반응에 대한 비표지 검출 및 정량특성을 평가한 결과, 감도, 간편성, 유연성, 폭넓은 응용성 등에 양호한 특성을 확인할 수 있었다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서는 생체분자 상호작용의 분석에 많이 이용되고 있는 단백질, DNA, 세포 등의 생체분자에 유연하게 대처할 수 있을 것으로 생각되어지며, 그 밖에 의료, 식품분석, 환경 및 공정 모니터링 등 분야에 폭넓게 이용될 것으로 기대되고 있다. 또한 본 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서는 소형으로 저렴한 분광기를 이용하여 측정을 실시하고 있기 때문에 온사이트 모니터링에의 적용도 가능할 것으로 생각된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.1239-1244
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• 2013

임상 의료 분야에서 질병 진단 및 치료를 위해서는 분자 수준(프로틴, DNA 등)의 크기 뿐만 아니라, 세포 수준에 대한 분석이 필요하다. 많은 경우 실험 샘플이 시간에 따라 변질되기 때문에 정확한 분석을 위해서는 빠른 분석과 실시간 데이터가 필요하다. 본 연구에서는 나노 마이크로 크기의 세포내 단백질이나 DNA의 변화 과정 등을 촬영할 수 있는 3차원 형광 관측 장치를 제작하고 이로부터 얻은 형광 이미지를 실시간 통합 관리 및 분석하기 위한 서버 클라이언트 기반의 형광 이미지 분석 시스템을 구축하였다. 시스템은 형광 관측 장치와 소프트웨어 그리고 형광 이미지를 실시간으로 분석할 수 있는 모바일 프로그램으로 구성된다. 개발된 시스템은 의료인이 시공간의 제약 없이 응급환자의 샘플에서 획득한 형광이미지를 실시간으로 전송받아 분석 및 진단을 내릴 수 있도록 해 주므로 유비쿼터스 헬스 구현에 활용할 수 있다.

• Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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• 제32권2호
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• pp.121-132
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• 2005

연구목적: 본 연구에서는 비폐쇄성 무정자증 환자에서 나타나는 정자형성과정의 이상과 고환세포의 세포자연사와의 연관관계 여부를 확인하였다. 또한 SELDI-TOF MS 분석을 통하여 고환 내 단백질 발현 양상을 확인하고, 질환에 따른 효과적인 biomarker 개발 가능성 여부를 확인하였다. 재료 및 방법: RT-PCR 및 면역조직화학법을 사용하여 고환에서의 Fas, FasL, Bcl-2, Bax와 Caspase-3의 발현 양상을 확인하고, in situ DNA 3'-end-labelling 방법으로 고환세포의 세포자연사 양상을 확인하였다. SELDI-TOF MS 분석법에 의한 고환의 병리학적 소견에 따른 단백질 발현 변화는 소수성 칩 ($H_4$)을 사용하여 분자량 10~100 kDa 범위 내에서 분석하였다. 결 과: 정상적인 정자형성과정을 보이는 폐쇄성 무정자증 환자의 고환에 비해 지주세포 증후군 (Sertoli cell only syndrome)과 성숙정지 (maturation arrest)를 보이는 고환 내 생식세포와 지주세포에서 세포자연사가 현저하게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 세포자연사 관련인자들의 발현 양상을 확인한 결과, 지주세포 증후군과 성숙정지 환자군에서 Fas와 FasL mRNA의 발현이 증가하였으나, bcl-2, bax와 caspase-3 mRNA 발현의 경우에는 두 질환 모두에서 유의한 차이를 확인할 수 없었다. FasL 단백질 발현의 경우, 세포자연사의 증가가 관찰되었던 지주세포 증후군과 성숙정지를 보이는 환자의 간질세포와 지주세포에서 증가하는 양상을 나타내었다. SELDI-TOF MS 분석 결과에서 폐쇄성 무정자증 환자군에 비해 전체적인 단백질 발현양이 지주세포 증후군과 성숙정지 환자의 고환에서 감소하는 양상을 보였으며, 특히, 16.730 kDa 단백질의 현저한 감소를 확인할 수 있었다. 결 론: 본 연구결과를 통해 비폐쇄성 무정자증 환자에서 나타나는 정자형성과정의 장애는 생식세포의 비정상적인 세포자연사와 연관되어 있으며, 고환 내 Fas와 FasL의 비정상적인 발현이 주된 원인인 것을 확인할 수 있었다. 또한, SELDI-TOF MS 분석법을 통한 단백질 발현 양상의 연구는 무정자증 환자에서의 다양한 병리학적 소견을 쉽게 파악할 수 있는 biomarker 발굴뿐만 아니라 질환의 원인규명을 위한 연구에도 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권6호
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• pp.1100-1106
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• 2008

본 연구는 표면에 세포를 부착하는데 있어서, 다양한 기판 표면에 보편적인 플랫폼으로써 적용될 수 있는 세포 부착을 위한 기능성 표면의 제작 기술 및 이를 이용한 세포의 선택적인 고정과 편리한 세포 패터닝의 방법을 보여주었다. 세포 부착에 적합한 기능성 표면의 제작은 산소 플라즈마 처리를 이용한 다양한 기판의(유리, PMMA, PS, PDMS) 표면 활성화 및 상반되는 고분자 전해질의(PAH, PDAC, PSS, PAA) 정전기적 인력을 통한 증착으로 이루어진 다층의 고분자 전해질 층을 통해 제작될 수 있었다. 또한, 고분자 전해질로 증착된 표면 위로 마이크로 몰딩 인 케필러리 방법을 사용하여 PEG 마이크로 구조물을 제작함으로써 세포의 선택적인 고정이 이루어질 수 있었다. 다층의 고분자 전해질로 증착된 표면은 세포와의 강한 정전기적 인력으로 세포 부착에 유리한 표면을 제공하였다. 반면에, 제작된 PEG 마이크로 구조물은 물리적, 생물학적인 장애물의 역할로써 세포의 비 특이적인 흡착을 방지하였다. 세포 부착을 위한 기능성 표면을 제작하는 동안 표면의 특성은 접촉각 측정을 통해 이루어 졌다. 다양한 기판 상에서 개질된 표면은 세포 부착을 위한 적합한 환경의 제공과 함께 세포의 마이크로 패터닝 기술에서 높은 수율의 세포 패터닝을 제공한다. 상기의 제안된 세포 부착을 위한 기능성 표면 제작 기술 방법은 제작 과정이 매우 간단하고, 편리하여 손쉽게 구현이 가능하며, 제작 공정에서 어떠한 해로운 용매도 사용하지 않기 때문에 친환경적이다. 또한, 이를 이용하여 세포를 이용하는 바이오 칩 및 바이오 센서, 세포를 기반으로 하는 시스템 등에서 기본이 되는 기술로 사용될 수 있는 넓은 응용 범위를 갖는다.

• 생명과학회지
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• 제14권5호
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• pp.874-881
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• 2004

혈관 신생은 암의 성장 및 전이뿐만 아니라 염증, 관절염, 건성, 동맥경화 등의 병적인 진행에 주요한 역할을 하며, 혈관신생 억제를 통한 암의 치료를 시도하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 혈관 신생 시 내피세포의 증식, 이동을 유도하는 활성화 과정이 필수적으로 일어나는 것으로 알려져 있다 본 연구에서는 in vitro에서 내피세포를 배양하여, 각종 growth factor가 풍부한 배지에서 활성화 시켰을 때, 그렇지 않는 세포들과의 유전자 발현 형태를 비교 조사하였다. HUVEC을 70∼80% cofluency로 배양시킨 후에 endothelial cell growth supplement (ECCS), 20% fetal bovine serum, heparin이 첨가된 Ml99 배지에서 13 시간 활성화시킨 세포(AHUVEC)와 대조군 세포(RHUVEC)로부터 분리한 total RNA로부터 CDNA를 제작하였고, 이것을 18,864 개의 유전자가 올려져있는 인간 올리고 칩과 hybridization 반응을 시켰다. 반응된 유전자를 이용하여 random clustering분석을 실시한 결과, 활성화 시켰던 HUVEC과 그렇지 않은 HUVEC으로 dendrogram 상에서 두개의 subgroup으로 나뉘어 지는 것을 확인할 수 있었다. 최소 2배 이상 발현 변화가 있는 유전자 122종이 활성화 시켰던 HUVEC으로부터 추출되었다. 이중에서 기능이 알려진 32 개의 유전자는 활성화시킨 HUVEC에서 발현이 증가하였고, 38 개의 유전자 발현은 감소하였다. 흥미롭게도 세포 증식과 이동, 염증, 면역반응에 관련한 유전자의 발현이 증가된 반면에 세포 흡착과 혈관 조직과 기능에 관련한 유전자의 발현이 감소된 것이 관찰되었다. 예상외로 규명이 잘된 혈관신생 인자와 관련한 유전자들의 발현에는 크기 차이를 보이지 않았으나, Eph-B4의 발현은 약 4 배 감소된 것으로 관찰되었다 또한, 2배 이상 발현에 차이를 보이고 기능이 알려져 있지 않은 유전자 52종이 발견되었다. 따라서, 이러한 연구 결과로부터 새로운 혈관 표적 물질 개발에 대한 기회가 제공될 수 있을 것이라 사료된다.

• 센서학회지
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• 제18권1호
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• pp.42-47
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• 2009

In this paper we propose a microfluidic chip that measures the mechanical stiffness of cell membrane using impedance measurement. The microfluidic chip is composed of PDMS channel and a glass substrate with electrode. The proposed device uses patch-clamp technique to capture and deform a target cell and measures impedance of deformed cells. We demonstrated that the impedance increased after the membrane stretched and blocked the channel.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제30권2호
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• pp.103-112
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• 2009

Neuron-on-a-Chip technology is based on advanced neuronal culture technique, surface micropatterning, microelectrode array technology, and multi-dimensional data analysis techniques. The combination of these techniques allowed us to design and analyze live biological neural networks in vitro using real neurons. In this review article, two underlying technologies are reviewed: Microelectrode array technology and Neuronal patterning technology. There are new opportunities in the fusion of these technologies to apply them in neurobiology, neuroscience, neural prostheses, and cell-based biosensor areas.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 춘계학술대회 논문요약집
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• pp.6-6
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• 2004

마이크로 / 나노 바이오 기술은 생명공학 및 의약기술의 발전을 가능하게 하고 생체시스템 관련 연구를 위한 마이크로 및 나노 기기를 제작할 수 있게 함으로써 새로운 기술적 영역으로 부각되고 있다. 이러한 기술은 1990년대 초에 랩온어칩(Lab-on-a-chip)의 개발을 가능하게 하였다. 랩온어칩은 실험실(Lab)을 하나의 소자(Chip)에 올려놓는다(On)는 말로 쉽게 설명된다. 즉, 생물학이나 생화학 실험실에서 주로 연구되는 단백질, 세포 등 인체에 영향을 주는 다양한 물질들이 체내외에서 나타내는 반응을 쉽게 검출, 분석하는 일련의 과정들을 빠르고 정확하게 수행할 수 있도록 도와주는 도구인셈이다.(중략)