KR101514764B1 - 고분자 용액이 채워진 나노채널과 오프셋된 사인파형 전기장을 이용한 핵산 서열 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 용액을 나노채널에 주입하는 단계; 및 핵산을 나노채널에 위치시키는 단계를 포함하는 핵산 서열 분석 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 나노채널에 교류 전기장을 가하는 단계를 더 포함하는 핵산 서열 분석 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 고분자 용액이 주입된 나노채널을 포함하는 핵산 서열 분석 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 나노채널을 통해 교류 전기장을 가하는 수단을 더 포함하는 핵산 서열 분석 장치에 관한 것이다. 본 발명의 핵산 서열 분석 방법 및 핵산 서열 분석 장치는 핵산으로부터 정보를 읽어내는 소위 3세대 유전자분석에 필수적인 공간분해능(spatial resolution) 증대와 측정소음(measurement noise) 최소화를 위한 핵산 신장(stretching) 및 이송을 가능하게 한다. 또한, 나노채널의 유효 단면적을 축소시킴으로써, 나노채널의 가공 비용을 줄이면서 핵산의 신장을 극대화할 수 있고, 별도의 추가적인 장치가 필요없으므로 핵산의 신장을 극대화하면서 자동화할 수 있다. 또한, 직류 오프셋된 사인파형 전기장을 이용하므로 고분자 용액이 채워진 나노채널 내에서 핵산의 방향성 있는 랩테이션 운동으로 DNA 신장과 이송을 동시에 해결할 수 있다.

Description

고분자 용액이 채워진 나노채널과 오프셋된 사인파형 전기장을 이용한 핵산 서열 분석 방법{METHOD AND APPARATUS FOR SEQUENCING A NUCLEIC ACID USING POLYMER SOLUTION FILLED NANOCHANNEL AND BIASED SINUSOIDAL ELECTRIC FIELD}

본 발명은 3세대 유전자분석이라 불리는 핵산 분자를 이용한 유전자분석에 필수적인 공간분해능(spatial resolution)의 증대를 위한 핵산 서열 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.

핵산 분석 방법에 있어서, 1세대 DNA 염기서열 분석 방법은 생어방법(Sanger Method)를 기본으로 하고 있다. 이 방법은 시간과 돈이 많이 소요된다. 또한 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphism: SNP)을 검출하는데 여러 번의 PCR(Polymerase Chain Reaction)과 생어방법을 반복해야 하므로 비효율적이다.

2 세대 DNA 염기서열 기법은 DNA 분자를 무작위로 자른 다음 각각을 특정 단편들과 혼성화(hybridization)하여 서열을 알아내고 컴퓨터로 수없이 중복하는 서열들을 하나로 연결하는 혼성화에 의한 시퀀싱 방법, DNA 분자에 특정 단편을 붙였다 떼었다 하면서 서열을 알아내는 단계적 효소 분해 및 절단에 따른 대량 평행 시퀀싱(massively parallel sequencing with stepwise enzymatic ligation and cleavage)등의 방법이 있다. 하지만, 각각 DNA에 형광을 가지는 NTP를 합성을 기본으로 하고 있기 때문에 긴 서열을 확인할 수 없는 단점을 가지고 있다(한국공개특허 제2006-0030835호).

3세대 DNA 분석 방법은 나노구조물 가공기술과 나노광학 등의 나노기술의 발전과 함께 출현한 것으로 나노기공(nanopore), 나노채널(nanochannel) 등과 같이 DNA와 비교될 만한 작은 크기의 구조물을 이용하여 각각의 DNA로부터 염기의 순서를 전기적 또는 광학적으로 읽어내는 방법이다. 이 기술이 실현되기 위해서는 0.34 나노미터 간격으로 이어져 있는 개개의 DNA 염기를 읽을 수 있는 분해능이 필요하지만, 현재의 광학적, 전기적 측정기술의 해상도는 0.34 나노미터를 공간분해 할 수 없다. 이러한 측정기술의 한계는 통계학적인 접근을 통해 해결하려는 시도가 이루어지고 있으며, 약 10nm의 분해능이 확보되었을 때 통계적인 방법으로 DNA 분석이 가능하다고 알려져 있다.

또한, DNA는 버퍼용액의 pH에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 아무런 외력이 작용하지 않았을 경우, 랜덤 워크(random walk)를 하며 엉켜있는 형태로 존재하게 된다. 따라서 DNA를 최대한 신장시켜 전기적 또는 광학적 공간분해능을 극대화해야 하는 숙제를 안고 있다. 공간분해능 극대화를 위한 DNA 신장은 무질서하게 놓여있는 각각의 염기들을 일렬로 정렬한다는 의미이며 이러한 무질서도(엔트로피)를 낮추기 위해서는 외부로부터의 에너지 공급이 필요하다.

또한, 매우 작은 신호를 측정해야하기 때문에 측정잡음(measurement noise)을 최소화해야한다. 측정잡음은 측정지점을 통과하는 DNA 가닥의 이송 속도와 밀접하게 관련되므로, 측정시스템의 시간분해능에 최적화된 이송속도를 갖도록 제어해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 핵산을 고정시키지 않고, 나노채널의 크기를 축소하지 않으면서, 핵산을 최대한으로 신장시키고 안정적으로 이송시키는 핵산 서열분석 방법 및 핵산 서열분석 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 용액을 나노채널에 주입하는 단계; 및 핵산을 나노채널에 위치시키는 단계를 포함하는 핵산 서열 분석 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 나노채널에 교류 전기장을 가하는 단계를 더 포함하는 핵산 서열 분석 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 고분자 용액이 주입된 나노채널을 포함하는 핵산 서열 분석 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 나노채널을 통해 교류 전기장을 가하는 수단을 더 포함하는 핵산 서열 분석 장치를 제공한다.

본 발명은 첫째, DNA 염기서열분석(DNA sequencing), DNA 맵핑(mapping), 그리고 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphisim) 측정, 단일 염기 다형성(SNP)의 집합인 헤플로타입(haplotype) 측정 등과 같은 전기와 광을 이용하여 단일 DNA 상의 염기의 위치와 순서를 읽어내는 일련의 기술에 필수적으로 요구되는 공간분해능을 극대화 할 수 있는 방법을 제공한다.

둘째, 나노채널의 유효 단면적 변화를 통한 DNA 신장은 기존의 나노채널의 실질적인 단면적 축소에 의한 DNA 신장에 비해, 상대적으로 큰 단면적의 나노채널을 사용할 수 있으므로, 가공비용에 줄이면서 DNA 신장을 극대화 할 수 있는 방법을 제공한다.

셋째, 고분자 용액이 채워진 나노채널을 이용한 DNA 신장은 별도의 추가적인 장치를 필요로 하지 않기 때문에, 현존하는 DNA 이송기술과 결합하여 DNA신장을 극대화 할 수 있고, 자동화에 용이한 방법을 제공한다.

넷째, 직류 오프셋된 사인파형 전기장을 이용하여 고분자 용액이 채워진 나노채널 내에서 DNA의 방향성 있는 랩테이션 운동과 DNA 신장과 이송을 동시해결할 수 있는 방법을 제공한다.

도 1은 다양한 DNA 신장 방법에 의해 신장된 DNA 사진이다.
도 2는 (a)와 (b)는 나노채널을 이용한 DNA 신장 원리에 대한 모식도이고 (c)는 다양한 크기의 나노채널을 이용해 신장된 DNA에 대한 사진(Reisner et al. Statics and Dynamics of Single DNA Molecules Confined in Nanochannels, Physical Review Letter 94, 196101 (2005))이다.
도 3은 전기 영동시 DNA 크기와 DNA 운동성의 상관 관계를 나타낸 것이다.
도 4는 고분자 용액과 DNA 크기에 따른 DNA 운동특성을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 얽혀진 고분자 용액(entangled polymer solution)이 채워진 나노채널 내에서 방향성을 가진 랩테이션(biased-reptation) 운동하는 DNA를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명인 얽혀진 고분자 용액이 채워진 나노채널 내에서 방향성을 가진 랩테이션 운동을 위한 장치와 전기장에 대한 모식도이다.
도 7은 본 발명인 DNA 신장을 위해 얽혀진 고분자 용액(entangled polymer solution)이 채워진 나노채널에 가해지는 사인파형 전기장(sinusoidal electric field) 생성을 위한 장치와 전기장에 대한 모식도이다.
도 8은 본 발명인 진동하는 전기장(oscillating electric field)에 의해 얽혀진 고분자 용액(entangled polymer solution)이 채워진 나노채널 내에서 신장되는 DNA를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명인 DNA 신장 및 이송을 위해 얽혀진 고분자 용액(entangled polymer solution)이 채워진 나노채널에 가해지는 직류 오프셋(DC offset) 전압을 가지는 진동하는 전기장(biased sinusoidal electric field) 생성을 위한 장치와 전기장에 대한 모식도이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예는 고분자 용액을 나노채널에 주입하는 단계; 및 핵산을 나노채널에 위치시키는 단계를 포함하는 핵산 서열 분석 방법이다.

본 발명의 일 실시예는 상기 나노채널에 교류 전기장을 가하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 상기 핵산 서열 분석 방법은 핵산을 신장 및 이송시키는 방법이다.

본 발명은 핵산의 끝단을 고정하는 작업이나 나노채널 단면적의 실제적인 축소 없이 주어진 크기의 나노채널과 핵산 전기영동에 사용되는 전기장에 시간에 따른 변화를 이용하여 핵산 신장의 극대화와 안정적 이송을 동시에 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.

도1(a)는 DNA의 양 끝단을 광포획 장치(optical trap) 또는 원자힘 현미경(atomic force microscope: AFM) 탐침 등과 같은 도구를 이용하여 고정하고 직접적으로 잡아당기는 방법으로 DNA의 최대신장 또는 과신장(over stretching)까지 얻어낼 수 있어 공간 분해능 측면에서 가장 바람직한 방법이다. 하지만, 각각의 DNA를 붙잡아서 고정시켜야 한다는 점에 있어서 병렬적인 처리가 힘들고 자동화에 매우 불리한 방법이고, DNA를 측정지점으로 이송시킬 수 없는 단점이 있다.

도 1(b)에 보이는 방법은 DNA의 한쪽 끝단을 전기적 힘 또는 화학적 결합 등을 이용하여 고정(immobilization)하고, 점성유체의 전단응력을 이용하거나, 전기장의 정전기력을 이용하여 DNA를 신장시키는 방법이다. DNA의 한쪽 끝단만을 고정한다는 점에 있어서 도 1(a)의 방법보다는 DNA 분석에 유리하나 여전히 DNA의 끝단을 고정해야하는 불편함이 존재하고, 이 방법 또한 DNA를 측정지점으로 이송시키기 부적합하다.

또 다른 방법은 기판에 양전하를 갖도록 표면처리를 하여 음전하를 띈 DNA를 인력에 의해 기판 표면에 고정시키면서 동시에 표면장력을 이용하여 DNA를 신장시키는 방법으로 매우 간단하나, DNA가 고정되어 신장되는 위치를 제어할 수 없고, DNA의 신장률에도 한계가 있다.

이에 반해 본 발명은 핵산을 고정시키지 않고 신장 및 이송시키는 방법이므로 상기 세 가지 방법에서의 핵산을 고정시켜야 하는 문제를 해결하였고, 핵산의 이송 문제도 해결하였다.

도 1(d)의 방법은 DNA가닥을 그 굵기와 비교될만한 크기의 선형 나노구조물, 즉 선형 나노채널에 밀어 넣어 염기들을 정렬하는 방법이다. 나노채널을 이용한 DNA 신장은 DNA의 고분자특성과 DNA를 구성하는 염기들의 열역학적 특성을 이용하게 된다. DNA가닥의 굵기와 동일한 크기의 나노채널에 DNA 가닥을 집어넣었을 때 100%의 신장을 기대할 수 있다. 하지만, DNA의 크기를 살펴보면, 단일 가닥 DNA의 직경은 약 10 Å(1nm)에 불과하고 이중 가닥 DNA의 경우도 고작 2 nm 정도에 불과하다. 하지만, 1~2 nm의 크기를 갖는 나노채널을 제작하는 것은 현재의 기술로는 매우 힘든 일이며, 현재는 약 수십 nm 크기의 나노채널을 이용하므로 DNA의 신장율이 떨어진다. 또한 1~2 nm 크기의 나노채널 제작이 가능하다고 하더라도 DNA를 그 안으로 주입하는 것은 전기적 이중층(electrical double layer: EDL)의 중첩으로 인해 문제가 있었다.

나노채널에 DNA를 집어넣을 때 발생하는 DNA의 신장은 도 2 (a)와 (b)에 보이는 바와 같다. DNA의 대표적인 고분자 특성은 대부분의 고분자처럼 영속 길이( persistence length: Lp)가 존재한다는 점이다. 이중 가닥 DNA의 경우 약 50~60 nm, 단일 가닥 DNA의 경우 약 2~3 nm의 Lp를 갖는다고 알려져 있다. 또한, DNA의 랜덤 워크(random walk)는 Lp의 두 배에 달하는 쿤 길이(Kuhn length)에 비례하여 진행한다고 알려져 있기 때문에 나노채널을 이용한 이중 가닥 DNA 신장은 100nm 또는 그 이하의 D를 갖는 나노채널이 많이 이용된다. 도 2(c)는 다양한 크기의 나노채널을 이용한 DNA 신장을 보여주고 있다. 48.5 kbp(약 16.5 μm)의 λ-파지 DNA와 164 kbp(약 55.8 μm)의 T2 DNA를 이용하였으며, Lp의 절반 이하에 해당하는 40 nm ×30 nm 나노채널에서도 단지 약 71~80%의 신장률을 보이고 있다. DNA의 신장률을 증가시키기 위해서는 나노채널의 크기 D 를 더 줄여야 하나, 현재의 기술로 나노채널의 크기를 더 줄이는 일은 매우 어려운 과제이기 때문에 탄소 나노 튜브(carbon nano tube:CNT) 등을 나노채널로 이용하려는 시도가 이루어지고 있으나 CNT를 외부 환경과 연결하는 것이 과제로 남아있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자 용액은 수용성이고, 모세관 전기영동(capillary electrophoresis)에 사용할 수 있는 용액이면 된다. 바람직하게는 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 하이드록시에틸셀룰로즈(hydroxyethylcellulose) 및 폴리디메틸아크릴아마이드(poly(N,N- dimethylacrylamide)) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 용액일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 고분자 용액의 농도는 고분자간의 얽힘이 일어나는 임계농도(entanglement overlap threshold concentration) 이상이고, 고분자 용액 내에 형성되는 기공(pore)의 직경이 핵산 가닥의 직경 이상이 되는 농도이다. 도 3에 나타난 바와 같이 핵산이 방향성을 가진 랩테이션 운동을 하기 위해서이다. 고분자의 분자량이 큰 경우 고분자의 길이가 길어지고, 직경이 커지므로 고분자간의 얽힘이 일어나는 임계농도는 낮아지며, 형성되는 기공의 크기는 증가한다.

본 발명은 핵산을 고분자용액(polymer solution)의 기공(pore) 사이를 이동하도록 한다. 이 방법은 핵산의 크기와 기공 간의 상관관계에 따라 핵산을 크기별로 분리하는 방법으로 모세관 전기영동 원리를 사용한다. 모세관 전기영동은 핵산의 크기에 따른 운동성(mobility)을 이용한 핵산의 분리(separation)에 사용되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 나노채널의 직경은 이중 가닥 DNA의 경우 신장이 일어날 수 있는 100nm 이하이다. 나노채널의 직경이 이중 가닥 DNA의 쿤 길이(Kuhn length) 인 100nm 보다 큰 경우 나노채널에 의한 DNA 신장은 미미한 수준으로 일어나게 된다. 따라서, 나노채널의 직영는 100nm이하에서 유지되는 것이 효과적이며, 나노채널의 직경이 작아질수록 사용될 수 있는 고분자의 분자량도 따라서 조절되어야 한다. 예를 들어, 100nm 크기의 나노채널을 사용하는 경우 고분자의 길이와 직경은 100nm와 비슷하거나 작아야만 나노채널 내부로 주입할 수 있다.

나노채널 내부를 얽혀진 고분자 용액으로 채워서 고분자 용액에 의해 형성된 기공들의 평균치에 해당하는 유효단면적을 갖도록 하므로 본 발명은 나노 채널의 유효 단면적을 축소시킬 수 있다.

본 발명의 나노채널은 핵산의 엔트로피 감소를 통한 1차적인 핵산의 신장보다는 고분자 용액에 대한 나노스케일의 컨테이너 역할을 하고, 전기장을 매우 작은 단면을 갖는 나노채널로 집중시키게 된다. 나노채널에 형성된 전기장의 벡터성분은 길이방향 성분과 길이방향과 수직한 성분으로 나눌 수 있게 되는데, 나노채널의 단면크기가 매우 작기 때문에 나노채널을 따라 거의 선형으로 늘어선 DNA에 미치는 전기장 성분은 길이방향 성분이 지배적이게 되며, 따라서 선형(1차원)형태에 가까운 전기장을 형성한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 핵산은 나노채널 내에서 방향성을 가진 랩테이션 운동(biased- reptation)을 할 수 있다. 핵산은 그 크기와 고분자 용액의 농도에 따라 도 3에 보이는 바와 같이 다양한 운동특성을 보인다. 특히 도 4에 보이는 바와 같이 특정농도 이상의 고분자 용액에서 특정 크기 이상의 DNA는 선형에 가까운 모양을 가지고 전기장의 방향성을 가지고 이동하게 된다. 이러한 운동을 방향성을 가진 랩테이션(biased- reptation) 운동이라 부른다. 랩테이션(reptation) 운동은 전기영동의 본래 목적인 핵산 서열 분석에 적합하지 않기 때문에 방향성을 가진 랩테이션(biased-reptation) 운동이 일어나는 고분자 용액의 농도나 핵산의 크기는 일반적으로 핵산 서열 분석에는 사용되지 않으나, 본 발명에서 하고자 하는 나노채널의 유효단면적 축소를 통한 핵산의 신장에는 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 이러한 방법은 나노채널의 실질적 단면적 축소를 통한 핵산의 신장에 비해 훨씬 간편하게 핵산의 추가신장을 달성할 수 있다. 도 5(a)와 (b)는 각각 고분자 용액이 채워진 나노채널에서 DNA 가닥이 방향성을 가진 랩테이션(biased-reptation) 운동을 하고 있는 모습을 보여주는 모식도와 측면 모식도를 나타낸 것으로 도 2(a)에서 보이는 신장에 비해 선형에 가까운 DNA 신장을 갖게 된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 핵산은 DNA 또는 RNA일 수 있고, DNA는 이중 가닥 DNA 또는 단일 가닥 DNA 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 상기 나노채널에 교류 전기장을 가하는 단계를 더 포함하고, 바람직하게는 사인파 파형(sinusoidal)을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 교류 전기장은 직류 오프셋(DC offset) 전압을 가진다.

전기영동에는 다양한 형태의 전기장이 사용될 수 있다. 일반적으로는 일정한 크기의 직류전압이나 직류전압과 간헐적인 펄스가 혼합된 형태의 전기장이 사용된다. 도 1(e)에서는 모세관 전기영동(capillary electro-phoresis)에 사용되는 고분자 용액(polymer solution)으로 채워진 평판 사이에 DNA가닥을 위치시키고 사인파형(sinusoidal)의 전기장을 가하여 DNA를 신장하는 방법이다. 이 방법은 끝단을 고정할 필요가 없어 병렬화 또는 자동화에 유리하나, 평면형태의 2차원 전기장을 사용하기 때문에 도 1(e)에 보이는 바와 같이 전기장의 방향과 DNA의 신장이 일치하지 않는 현상을 볼 수 있고, 따라서 DNA의 최대 신장을 얻는 데에는 한계를 갖는다.

DNA가 방향성을 가지고 랩테이션 운동을 할 수 있도록 전기장을 가하는 실험장치에 대한 모식도와 전압 분포에 대한 모식도는 도 6에 나타내었다. DNA는 얽혀 있는 고분자들에 의해 형성되는 기공들을 관통하므로 나노채널이 실질적으로 제공하는 단면적보다 훨씬 작은 단면적을 관통하게 되며, 나노채널에 의해 형성된 1차원에 가까운 전기장이 랩테이션 운동의 방향성을 더욱 강화시켜 도 2(a)에서 보이는 신장보다 증대된 DNA 신장을 보였다.

유효 단면적이 감소함에 따라, DNA 운동에 필요한 전기장의 크기가 증가하므로, 전압증폭기를 이용하여 전기장의 크기를 증가시켜서 필요한 크기의 전기장을 생성하였다.

또한, 진동하는 전기장을 사용하는 방법들은 고분자용액이나, 고분자 메트릭스(matrix)으로 채워진 평판 사이에 핵산을 위치시키고 진동하는 전기장을 가하여 핵산을 신장시키게 되나, 본 발명에서는 평판 대신 고분자 용액으로 채워진 나노채널을 이용하게 된다. 따라서 전기장의 형성이 나노채널에만 국한되게 되어 전기장의 주파수나 세기의 변화에 민감하게 반응할 수 있게 된다. 전기장의 주파수와 세기에 따라 핵산은 반응을 보이지 않을 수도 있고, 다양한 운동모드를 가질 수도 있다. 운동모드는 ① 전기장과 인-페이스(in-phase)로 움직이는 모드, ② 전기장과 아웃오브 페이스(out of phase)로 움직이는 모드, ③ 제자리에서 신장하는 모드를 포함한다. 본 발명에서는 운동 모드 ③ 에 해당하는 전기장의 주파수와 세기를 이용하여 고분자 용액으로 채워진 나노채널 내에서 핵산을 신장하는 방법을 제공한다.

고분자 용액으로 채워진 나노채널은 가해지는 전기장을 집중시켜 평판에 의한 2차원 전기장이 아닌 1차원에 가까운 선형 전기장을 형성하므로, 핵산은 가해지는 전기장에 민감하게 반응하여 증대된 신장을 하게 된다. 이때 채널 내의 핵산은 제자리에서 신장한다.

도 7(a)는 본 발명인 고분자 용액이 주입된 나노채널 내에서 DNA 가닥이 특정 주파수와 세기로 진동하는 전기장에 대해 신장모드를 보일 수 있도록 꾸며진 실험 장치에 대한 모식도이다. 또한, 도 7(b)는 이러한 신장을 위해 가해지는 전기장의 전압 분포에 대한 모식도이다. 도 8(a)와 (b)는 진동 전기장을 가하여 특정 주파수에서 DNA가 멈춰진 상태에서 최고의 신장을 이루는 모식도와 측면 모식도를 나타낸 것이다. 진동 전기장에 의해 DNA는 더욱 신장되었다.

또한, 진동하는 전기장에 직류 오프셋(DC offset)을 주어 사인파형(sinusoidal) 전기장을 가하면, 신장된 핵산을 안정하게 이송할 수 있다. 즉, 사인파형 전기장과 고분자 용액에 의해 신장된 핵산은 직류 오프셋된 사인파형(biased sinusoidal) 전기장에 의해 이동하게 되며, 이때 핵산은 방향성을 가진 랩테이션(biased-reptation) 모드로 이송하게 되어 신장이 극대화된다.

도 7에서 제공하는 DNA 신장은 제자리에서 일어나지만, 직류 오프셋(DC offsset)을 주면 최대 신장을 유지한 채 DNA의 방향성을 가진 랩테이션(biased-reptation) 운동을 하게 할 수 있다. 도 9(a)는 본 발명인 고분자 용액이 채워진 나노채널 내에서 DNA 가닥이 신장 모드를 갖도록 주어진 특정 주파수와 세기에서 직류전압 오프셋을 주어 신장과 이동을 동시에 일어날 수 있도록 하는 과정과 실험 장치에 대한 모식도이다. DNA가 최대로 신장된 채 이송된다.

본 발명의 일 실시예는 고분자 용액이 주입된 나노채널을 포함하는 핵산 서열 분석 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 핵산 서열 분석 장치는 나노채널을 통해 교류 전기장을 가하는 수단을 더 포함한다. 상기 교류 전기장은 바람직하게는 정형파 파형을 가지고, 더욱 바람직하게는 직류 오프셋(DC offset) 전압을 가진다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 핵산 서열 분석 장치는 핵산을 신장 및 이송시키는 핵산 서열 분석 장치이다.

Claims (16)

1. 고분자 용액을 나노채널에 주입하는 단계; 및
   핵산을 나노채널에 위치시키는 단계를 포함하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법으로,
   상기 핵산은 나노채널 내에서 방향성을 가진 랩테이션 운동(biased-reptation)을 하는 것을 특징으로 하는, 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노채널에 교류 전기장을 가하는 단계를 더 포함하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 교류 전기장은 사인파 파형(sinusoidal)을 가지는 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 교류 전기장은 직류 오프셋(DC offset) 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고분자 용액은 수용성인 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고분자 용액은 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 하이드록시에틸셀룰로즈(hydroxyethylcellulose) 및 폴리디메틸아크릴아마이드(poly(N,N- dimethylacrylamide)) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 용액인 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고분자 용액의 농도는 고분자간의 얽힘이 일어나는 임계농도(entanglement overlap threshold concentration) 이상이고, 고분자 용액 내에 형성되는 기공(pore)의 직경이 핵산 가닥의 직경 이상이 되는 농도인 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 나노채널의 직경은 고분자가 통과할 수 있는 것으로 직경이 100nm이하인 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 핵산은 DNA 또는 RNA인 것을 특징으로 하는 나노 채널 내 핵산의 신장 및 이송 방법.
   
   
   
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