• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.295-301
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• 2019

바이오샘플의 DNA를 대량 증폭할 수 있는 휴대형 실시간 중합효소연쇄반응(Real-time PCR) 기기에서 히터는 PCR 반응 온도를 제어하기 위한 중요한 요소 중의 하나이다. 보통 빠른 히팅을 위해 소형 PCR 칩에 집적화되어 있고, 반도체 공정을 이용하여 박막형태로 제작되어 PCR 칩 제작 단가가 높은 편이다. 따라서 본 연구에서는 값싸고 온도제어를 정확히 할 수 있는 히터로 칩 저항을 사용하는 것을 제안한다. 칩 저항을 사용한 히터는 구조가 단순하고 제작이 쉽다는 장점이 있다. $2.54{\times}2.54cm^2$ 크기의 실시간 PCR 칩 위에 칩 저항을 1개 또는 2개를 사용했을 때 온도분포를 시뮬레이션 하였고, 고른 온도분포를 갖는 PCR 칩을 제작했다. 또한 효율적인 PCR 칩 냉각을 위해 소형 fan이 내장된 하우징을 설계하였고, 3D 프린터로 제작했다. 온도제어는 마이크로프로세서를 이용한 PID제어법(Proportional-Integral-Differential control)을 적용했다. 온도상승비와 하강비는 각각 $18^{\circ}C/s$, $3^{\circ}C/s$이며, 각 PCR 반응 단계의 유지 시간을 30초로 하였을 때, 한 사이클은 약 2.66분이 걸렸고, 35 사이클은 약 93 분 내로 진행할 수 있었다.

• 연구논문집
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• 통권33호
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• pp.17-25
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• 2003

In this work, thermal design of a PCR chip for LOC is systematically conducted. From the numerical simulation of a PCR chip based on the finite volume method, how to control the average temperature of a PCR chip and the temperature difference between the denaturation zone and the annealing zone is presented. The average temperature is shown to be controlled by adjusting heat input and a cooler as well as a heater is shown to be necessary to obtain three individual temperature zones for polymerase chain reaction. To reduce the time required, a heat sink for the cooler is not included in the calculation domain for the PCR chip and heat sink design is conducted separately by using a compact modeling method, the porous medium approach.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권4호
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• pp.371-377
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• 2008

Our precedent study has reported glass-PDMS (polydimethylsiloxane) based biochip for the gene PCR (polymerase chain reaction). To prevent the contamination of bio sample, the once used biochip must not be used repeatedly. However, the fabrication cost of microheater and microsensor of the biochip was not cheap to use it as a disposable chip. This paper proposes new PCR-chip where the glass substrate integrated with the microheater and microsensor is detachable from the reaction chamber where the sample is injected. That makes it possible to reuse the glass substrate repeatedly. The performance of the proposed detachable PCR-chip was compared with that of the precedent monolithic PCR-chip. The results showed that the SRY (sex determining Y chromosome) gene PCR was successfully performed in the detachable chip compared with the monolithic chip. However, the more efforts to improve the efficiency of surface treatment of PDMS chip are needed to increase the possibility of applying the detachable chip to the detecting of male infertility.

• 한국양봉학회지
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• 제32권1호
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• pp.27-39
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• 2017

꿀벌 6종 주요 감염성 질병을 동시 진단하기 위한 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR 진단법을 개발 하였다. 6종 주요 꿀벌 감염성 병원체들은, 세균성 질병인 미국부저병의 원인균, Paenibacillus larvae와 유럽부저병의 원인균인 Melissococcus plutonius, 또한 진균인 Ascosphaera apis(백묵병), Aspergillus flavus(석고병)와 Nosema apis, Nosema ceranae(노제마병)를 선발하였다. 개발된 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은, 꿀벌 주요 병원체 6종에 대하여 각기 $10^3$ 분자이상이 존재할 경우 모두 성공적 증폭을 보였으며, 증폭여부의 확인에 걸린 시간(Ct-time)은 6종 중 4종은 9분 내외, 2종은 7분 내외이었으며, 총 40회전의 PCR은 11분 42초, 융점분석 1분 15초로 총 PCR분석에 소요된 시간은 12분 57초(40회전 및 융점분석)이었다. 표준 DNA 기질을 사용한 PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은 100%에 근접한 정확도를 보였으며, 꿀벌 genomic DNA를 사용한 실험에서 false-amplification은 발견되지 아니하였다. PCR-chip 기반 초고속 다중 PCR은 실험실 내 초고속 진단 뿐 아니라 양봉 현장에서도 신속하고 효율적인 병원체 검출법이 될 것으로 기대한다.

• 전기학회논문지
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• 제56권3호
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• pp.561-565
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• 2007

We propose glass and PDMS (polydimethylsiloxane) chips for DNA amplification with continuous-flow PCR (polymerase chain reaction). The PDMS microchannel was fabricated using a negative molding method for sample injection. Three heaters and sensors of ITO (indium-tin-oxide) thin films were fabricated on glass chip. ITO heaters and sensors were calibrated accurately for the temperature control of the liquid flow. ITO heater generated stable heat versus applied power. ITO sensor resistance was changed linearly versus temperature increase as a RTD (resistance temperature detector) sensor. As a result, we enable precision temperature control of continuous-flow PCR chip. Using the continuous-flow PCR chip DNA plasmid pKS-GFP 720 bp was successfully amplified.

• 한국공작기계학회:학술대회논문집
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• 한국공작기계학회 2004년도 추계학술대회 논문집
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• pp.463-467
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• 2004

This paper presents the fabrication possibility of the micro actuator which uses a micro-thermal bubble, generated b micro-heater under pulse heating. The valve-less micropump using the diffuser/nozzle is consists of the lower plate, he middle plate, the upper plate. The lower plate includes the channel and chamber are fabricated on high processability silicon wafer by the DRIE(Deep Reactive Ion Etching) process. The middle plate includes the chamber and diaphragm d the upper plate is the micro-heater. The Micropump is fabricated by bonding process of the three layer. This paper resented the possibility of the PCR chip operation by the fabricated micropump.

• Parasites, Hosts and Diseases
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• 제59권1호
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• pp.77-82
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• 2021

As malaria remains a major health problem worldwide, various diagnostic tests have been developed, including microscopy-based and rapid diagnostic tests. LabChip real-time PCR (LRP) is a small and portable device used to diagnose malaria using lab-on-a-chip technology. This study aimed to evaluate the diagnostic performance of LRP for detecting malaria parasites. Two hundred thirteen patients and 150 healthy individuals were enrolled from May 2009 to October 2015. A diagnostic detectability of LRP for malaria parasites was compared to that of conventional RT-PCR. Sensitivity of LRP for Plasmodium vivax, P. falciparum, P. malariae, and P. ovale was 95.5%, 96.0%, 100%, and 100%, respectively. Specificity of LRP for P. vivax, P. falciparum, P. malariae, and P. ovale was 100%, 99.3%, 100%, and 100%, respectively. Cohen's Kappa coefficients between LRP and CFX96 for detecting P. vivax, P. falciparum, P. malariae, and P. ovale were 0.96, 0.98, 1.00, and 1.00, respectively. Significant difference was not observed between the results of LRP and conventional RT-PCR and microscopic examination. A time required to amplify DNAs using LRP and conventional RT-PCR was 27 min and 86 min, respectively. LRP amplified DNAs 2 times more fast than conventional RT-PCR due to the faster heat transfer. Therefore, LRP could be employed as a useful tool for detecting malaria parasites in clinical laboratories.

• 미생물학회지
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• 제38권3호
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• pp.186-191
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• 2002

장내바이러스(enterovirus),로타바이러스(rotavirus),그리고 아데노바이러스(adenovirus)등 물을 통해 전파되는 환경바이러스의 신속한 검출 및 1 차적인 분류를 위해 올리고뉴클레오티드 DNA chip을 이용한 분석 시스템의 유용성에 대하여 연구하였다. BGM 세포배양실험에서 바이러스성 세포병변효과(cytopathic effect) 양성으로 판정된 세포단층으로부터 접종배양 3 일 후 세포내 모든 RNA를 분리하여 중합효소연쇄반응과 DNA chip으로 검출여부 및 유전형을 비교 분석한 결과 세포배양에서 양성으로 판정된 10개의 시료 중 3개가 바이러스 음성으로, 7개가 바이러스 양성으로 나타났다. 중합효소연쇄반응과 DNA chip에 의해 양성으로 나타난 7개 시료의 유전형은 두 방법에 의해 모두 장내바이러스로 동정되어 DNA chip에 의한 1차 동정의 유용성도 증명하였다. 세포배양 후 전기영동분석 없이 일차적인 동정과정까지 불과 3∼4 시간 이내에 수행해낼 수 있는 DNA chip분석은 특이성, 신속성, 및 경제성을 고루 갖추어 환경바이러스 검출방법론의 새로운 영역을 구성할 것으로 사료된다.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제33권1호
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• pp.50-57
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• 2018

Salmonella는 전세계적으로 식중독을 유발하는 주요 원인 균으로서, 식중독을 유발하는 Salmonella를 신속하게 검출하는 방법은 식품 안전을 위한 중요한 도구이다. Real-time PCR은 식중독균을 검출하기 위한 신속검사법으로 널리 사용되어 왔다. 최근에는 NBS LabChip real-time PCR이라는 새로운 시스템이 칩타입으로 조작이 간편하며 초고속의 real-time PCR 시스템이라는 보고가 있었다. 본 연구에서는 살모넬라의 신속한 검출을 위하여 NBS LabChip real-time PCR에 기반하여 real-time PCR 반응 시간이 20분 이내인 검출법을 확인하고자 하였다. 프라이머와 프로브 설계를 위해 두 개의 타겟 유전자(invA, stn)가 선택되었으며, 특이도와 민감도(검출한계)를 평가함으로 개발된 검출법을 검증하고자 하였다. 본 연구에서는 특이도 검증을 위해 Salmonella 균주 42주와 Non-Salmonella 균주 21주를 포함하였으며, 본 방법으로 Salmonella 42주에 대해서만 정확하게 검출이 가능하였다. 검출한계는 살모넬라 genome DNA 기준으로 $10^1copies/{\mu}L$으며, 소시지에서는 4시간 증균 이후 접종균수로서 $10^1CFU/g$에서 $10^2CFU/g$까지 검출이 가능하였다. 본 연구에서 개발된 검출법은 신속한 식중독 원인조사에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권10호
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• pp.1261-1268
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• 2006

This paper reports low-cost microreactor $(10{\mu}{\ell})$ biochip for the DNA PCR (polymerase chain reaction). The microbiochip $(20mm{\times}28mm)$ is a hybrid type which is composed of PDMS (polydimethylsiloxane) layer with serpentine micochannel $(360{\mu}m{\times}100{\mu}m)$ chamber and glass substrate integrated with microheater and thermal microsensor. Undesirable bubble is usually created during sample loading to PMDS-based microchip because of hydrophobic chip surface. Created bubbles interrupt stable biochemical reaction. We designed improved microreactor chamber using microfluidic simulation. The designed reactor has a coner-rounded serpentine channel architecture, which enables stable injection into hydrophobic surface using micropipette only. Reactor temperature needed to PCR reaction is controlled within ${\pm}0.5^{\circ}C$ by PID controller of LabVIEW software. It is experimentally confirmed that SRY gene PCR by the fabricated microreactor chip is performed for less than 54 min.