KR20100085911A - 다중 타겟 검출을 위한 미소유체 플랫폼 - Google Patents

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KR20100085911A
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수에-치아 창
제이슨 고든
사트야즈요티 세나파티
재커리 개그논
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유니버시티 오브 노트르 담 디락
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Abstract

하나 또는 그 이상의 타겟을 검출하기 위한 예시적인 방법 및 장치가 개시된다. 예시적인 방법은 제 1 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치에 위치시키고 제 1 타겟의 복수의 복제본과 복수의 나노구조를 혼성한다. 상기 예시적인 방법은 전류를 복수의 나노구조에 인가하고 복수의 나노구조를 이동하기 위해 전류에 의해 생성된 전기장을 사용하는 것을 포함한다. 추가로, 복수의 나노구조는 분류되고 제 1 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 판별하도록 평가된다.

Description

다중 타겟 검출을 위한 미소유체 플랫폼 {MICROFLUIDIC PLATFORMS FOR MULTI-TARGET DETECTION}
본 출원은 미국에서 2007년 10월 9일에 "나노 비드(nano-bead) 동역학: 빠른 다중 물체 검출을 위한 미소유체 플랫폼의 활성화"를 명칭으로 하여 가출원된 미국 가출원번호 60/978,544 및 2008년 5월 15일에 "고처리 유전 표면 검사를 위한 빠르고 미스매치가 없으며 강한 혼성 기술"을 명칭으로 하여 가출원된 미국 가출원번호 61/127,812에 대해 우선권을 주장하고, 양 출원은 전체가 본 발명에 참조로서 통합된다.
본 발명은 일반적으로 미소유체 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 다중 타겟 검출을 위한 미소유체 플랫폼에 관한 것이다.
진단 검사는 병원체(예를 들어, 해로운 박테리아, 바이러스, 유기체 등) 및/또는 질병 세포를 검출하고 발견하는데 사용될 수 있는 생화학적 기술이다. 한 가지 알려진 진단 검사는 체외 효소 응답에 의해 DNA 조각 즉, 타겟 DNA를 증폭하기 위한 DNA 폴리메라아제(polymerase)를 사용하는 폴리메라아제 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)의 사용을 포함한다. PCR은 빠르게 미세 농도에 초기에 존재하는 DNA 서열을 증폭하고, 궁극적으로 수백만 개의 동일한 DNA 분자를 생성하고, 따라서, 기하급수적으로 각각의 DNA 서열/타겟에 대한 검출 감도를 증가시킨다.
몇몇의 진단 검사는 또한 선택적으로 증폭된 DNA 서열, 바이오마커(biomarker) 분자, 병원체 및/또는 다른 타겟과 같은 검출 타겟를 포획(또는 캡쳐)하고 큰 샘플로부터 타겟을 제거하며 분자 프로브로 타겟을 도킹한다. 상기 도킹된 타겟은 형광 태깅(tagging) 또는 방출, 라만 및 IR 또는 UV 분광에 기반하는 광 센서 기술을 포함하는 다양한 기술로 검출될 수 있다.
이러한 진단 검사는 전형적으로 의학 진단 연구실에서 유전 진단 기술에서 사용된다. 또한, 식품점은 신선한 농산물에서 E. Coli와 같은 박테리아를 검출하기 위해 효소 면역 진단법(enzyme-linked immunosorbent)과 같은 진단 검사를 사용한다. 이러한 기술은 박테리아 검출 또는 다른 DNA, 바이오마커 또는 다른 xkrptdmf 검출하기 위해 유용한 반면, 전형적으로 비싼 비용과 과중한 연구 장비를 필요로 하고, 종종 아주 긴 수동 감시 및 조작을 필요로 하며, 결과를 생성하기 위해서는 수일 또는 그 이상이 소요된다(예를 들어, TB 박테리아는 배양을 위해 일주일이 필요하다).
휴대용 PCR 키트는 또한 상업적으로 이용 가능하다; 그러나, 이러한 검사는 적어도 1시간 동안 지속되는 반응 시간을 가지므로, 이는 휴대용으로 현장 사용하거나 고처리 바이오마커 스크린을 하기 위해서는 전형적으로 너무 긴 시간이다. 또한, 상기 종래의 검사 키트는 여전히 저처리 일회성 포맷을 사용하는 단일 목표 검출을 수행하므로, 낮은 목표치 및 의심스러운 감도를 갖는다.
본 발명의 일 예시에 따른 하나 또는 그 이상의 타겟을 검출하기 위한 방법은 미소유체 장치내에 제 1 타겟을 포함하는 샘플을 위치시키는 단계; 상기 제 1 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 혼성하는 단계; 전류를 상기 복수의 나노구조에 인가하는 단계; 상기 복수의 나노구조를 이동하기 위해 상기 전류에 의해 생성된 전기장을 사용하는 단계; 상기 복수의 나노구조를 분류하는 단계; 및상기 제 1 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나 이상을 판별하기 위해 상기 분류된 복수의 나노구조를 평가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 예시에 따른 타겟 검출기는 제 1 타겟의 샘플이 위치하도록 하는 미소유체 장치의 주입구; 상기 제 1 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 도킹하기 위한 혼성챔버; 상기 복수의 나노구조를 초점 맞추기 위한 초첨기; 상기 복수의 나노구조를 분류하기 위한 분류기; 및 상기 복수의 나노구조를 수집하기 위한 트랩을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예시에 따른 타겟을 검출하는 방법은 타겟을 포함하는 샘플을 획득하는 단계; 증폭된 혼합물을 생성하기 위해 상기 샘플내의 상기 타겟을 복제하는 단계; 나노구조를 챔버에 결합하는 단계; 분자 프로브를 상기 나노구조에 기능화(functionalizing)하는 단계; 상기 타겟을 상기 증폭된 혼합물에서 혼성하기 위해 상기 증폭된 혼합물을 상기 나노구조를 통해 흐르게 하는 단계; 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예시에 따른 타겟 검출기는 증폭 혼합물을 생성하기 위해 타겟이 복제되는 복제챔버; 기능화된 분자 프로브를 구비하는 나노구조를 포함하는 미소유체 챔버; 상기 미소유체 챔버에서 상기 나노구조를 보유하기 위한 필터; 상기 증폭 혼합물에서 상기 타겟을 혼성하기 위해 상기 나노구조를 통해 상기 혼합물을 흐르게 하는 채널; 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 판별하기 위한 검출기를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예시에 따른 하나 또는 그 이상의 타겟을 검출하는 방법은 하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치에 삽입하는 단계; 상기 타겟을 저장소에 보유하는 단계; 상기 타겟을 복수의 검출 튜브로 전달하는 단계; 상기 타겟을 혼성하는 단계; 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예시에 따른 복수개의 타겟을 검출하기 위한 타겟 검출기는 하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치내로 받아들이기 위한 주입구멍; 상기 타겟을 보유하기 위한 저장소; 상기 저장소에 결합되는 복수의 검출 튜브; 상기 검출 튜브에 구비되는 혼성챔버; 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
도 1A 내지 1F는 사중극자(quardrupole) 전극의 부근에서 도킹된 및 도킹되지 않은 나노구조의 예tl에 의해 형성된 예시 패턴의 이미지를 보여주는 도면,
도 2는 통합 다중 연속 흐름 유전영동(integrated multiplex contimuous-flow dielectrophoresis) 분류 장치의 예시의 개략적인 도면,
도 3은 도킹된 나노구조의 예시가 트랩된 예시를 확대하여 보여주는 사진,
도 4는 다른 크기를 갖는 도킹된 나노구조의 예시를 위해 교차 주파수에 대한 전도성을 그린 그래프,
도 5는 도킹된 나노구조의 예시의 극의 전도 대전의 확대된 이미지,
도 6은 두 개의 다른 검출 기술의 예시를 보여주는 빠른 타겟 검출 장치의 예시의 개략적인 도면,
도 7은 예시 검출 장치 상에 미소유체 채널의 예시의 일부분을 보여주는 도면,
도 8은 예시 유리 슬라이드 상에서 도 7의 예시 마이크로 채널의 예시 제조를 보여주는 도면,
도 9는 도 8의 예시 유리 슬라이드 상에서 예시 필터의 예시 제조를 보여주는 도면,
도 10은 예시 나노구조 상에 예시 올리고머(oligomer) 프로브의 예시 기능화를 도시한 도면,
도 11은 도 6의 예시 검출 장치의 더 상세한 개략도 및 예시 필터와 예시 마이크로 채널의 확대된 모습과 함께 예시 장치의 사진적 이미지를 보여주는 도면,
도 12는 일반적인 혼성을 사용하는 예시 다중 타겟 검출 유닛을 개략적으로 보여주는 도면,
도 13은 도 12의 검출 유닛의 예시 검출 서브유닛을 개략적으로 보여주는 도면,
도 14는 도 13의 예시 검출 서브유닛의 예시 전극 쌍 및 예시 막을 개략적으로 보여주는 도면,
도 15는 도 14의 예시 검출 서브유닛의 예시 임피던스 검출기의 개략적인 도면,
도 16은 도 15의 예시 임피던스 검출기의 예시 전극 그리드의 확대된 도면,
도 17은 도 16의 예시 전극 그리드의 예시 배열 교차의 확대된 도면,
도 18은 예시 이미지 검출기의 개략적인 도면,
도 19는 도 18의 예시 이미지 검출기로부터의 예시 이미지의 개략적인 도면,
도 20은 특정 혼성을 사용하는 예시 다중 타겟 검출 유닛을 개략적으로 보여주는 도면,
도 21은 도 20의 검출 유닛의 예시 검출 서브유닛의 개략적인 도면이다.
이하, 기술되어지는 예시장치 및 방법은 병원체 및/또는 질병 세포와 같은 하나 또는 그 이상의 타겟(targets)을 검출하기 위한 것이다.
일 예시 방법은 제 1 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체(microfluidic) 장치내에 위치시키고 제 1 타겟의 복수의 복제본들(coppies)을 복수의 나노구조들과 혼성한다(hybridizing). 상기 예시 방법은 교류전류를 상기 복수의 나노구조에 인가하고 상기 나노구조를 트랩(trap) 및 이동하기 위해 상기 전류에 의해 형성된 전기장을 사용하는 것을 포함한다. 상기 트래핑은 상기 나노구조를 가로질러 상기 샘플들이 신속히 흐를 수 있도록 함으로써, 예를 들어, 100 마이크로리터 이상의 샘플용액으로부터 타겟을 포획할 수 있도록 한다. 상기 나노구조는 이어서 분류되고 제 1 타겟의 출현 또는 부재를 판별하기 위해 평가되어지며, 상기 판별은 타겟의 총량을 판별하는 것을 포함한다.
추가로, 상기 샘플의 흐름은 예를 들어, 기계적 시린지 펌프(syringe pump), 수동구동되는 시린지 펌프, 마이크로 펌프 및 또는 기타 적절한 기구에 의해 공급되는 외부적 또는 내부적으로 인가되는 압력에 의해 구동되어 진다. 압력에 의해 구동되는 연속적인 흐름은 큰 부피의 샘플들에 대한 샘플링을 가능하게 하고 부스러기(debris)에 의한 채널 및 오리피스가 막히는 것을 방지하므로 고처리 휴대기기에 적합하다. 그러므로, 여기서 기술되어지는 예시 방법 및 시스템의 분류, 트래핑 및 기타 측면들은 압력하에서 이루어지며 방해물(blockage), 부스러기 및/또는 기타 장애물들에 대해 내성이 있다. 즉, 증가되는 압력의 출현이 여기서 기술되는 예시 방법 및 장치의 동작을 방해하지 않는다.
타겟 검출기 유닛으로서 동작하는 일예시 장치는 타겟의 샘플이 위치하는 미소유체 장치의 주입구와, 제 1 타겟의 복수의 복제본들 및 복수의 나노구조를 담기 위한 혼성 챔버를 포함한다. 추가로, 예시 장치는 나노구조를 초점 맞추기 위한 초첨기(focuser), 나노구조를 분류하기 위한 분류기(sorter) 및 분류된 나노구조를 수집하기 위한 트랩을 포함한다.
타겟을 검출하기 위한 다른 예시 방법은 타겟을 포함하는 샘플을 획득하는 단계 및 증폭된 혼합물(amplified mixture)를 생산하기 위해 상기 타겟을 복제하는 단계를 포함한다. 본 예시 방법은 챔버에 나노구조를 결합시키는 단계 및 상기 나노구조에 분자 프로브(molecular probe)를 기능화시키는(functionalizing) 단계를 포함한다. 상기 예시 방법은 상기 타겟을 상기 증폭된 혼합물에서 혼성하기 위해 상기 증폭된 혼합물을 나노구조를 통해 흐르게 하는 것을 포함한다. 상기 잡종형성 수율량 및 비율은 교류 또는 직류 전류가 인가되는 것에 의해 모두 증가된다. 또한, 상기 타겟의 출현 또는 부재는 임의의 적절한 검출장치 및/또는 방법에 의해 검출된다.
타겟 검출기의 다른 예시는 확대된 혼합물을 복제하기 위해 타겟이 복제되는 복제 챔버 및 분자 프로브가 기능하도록 하는 나노구조를 갖는 미소유체 챔버를 포함한다. 상기 타겟 검출기는 또한 미소유체 챔버에서 나노구조를 보유하기 위한 필터, 상기 확대된 혼합물에서 타겟을 혼성하기 위해 확대된 혼합물이 나노구조를 통해 흐르게 하기 위한 채널 및 타겟의 출현 또는 부재를 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
복수의 타겟을 검출하기 위한 또 다른 예시 방법은 하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치에 삽입하는 단계, 저장소(reservoir)에 타겟을 보유하는 단계, 복수의 검출 튜브로 타겟을 전달하는 단계 및 상기 타겟을 잡종형성하는 단계를 포함한다. 상기 예시 방법은 또한 임의의 적절한 검출장치 및/또는 방법에 의해 타겟의 출현 또는 부재를 검출하는 단계를 포함한다.
복수의 타겟을 검출하기 위한 또 다른 타겟 검출기는 하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치로 받아들이기 위한 주입구멍, 상기 타겟을 보유하기 위한 저장소, 상기 저장소와 연결되는 복수의 검출 튜브 및 상기 복수의 검출 튜브에 구비되는 혼성 챔버를 구비한다. 추가적인 대체가능한 예시 타겟 검출장치는 유사하게 타겟의 출현 또는 부재를 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
여기서 기술되는 예시 장치 및 방법들의 동작은 예를 들어, 방어, 국토안보, 의료, 연구, 환경, 공정제어 어플리케이션 또는 기타 적절한 목적을 위한 테스트용 환경 및/또는 환자로부터 샘플을 획득하는 것을 포함한다. 몇몇 샘플들은 추가적인 테스트가 완료되기 전에 전처리(pretreatment)가 필요할 수 있다. 전처리는 샘플로부터 예를 들어, 필터링, 물리적, 화학적 또는 기타 방법으로 화학적 시약 및/또는 물리적 부스러기의 파괴 및/또는 부스러기의 제거를 위한 화학적 억제제 및/또는 억제제에 의한 석출(precipitation)을 포함한다. 전처리는 또한 몇몇 예에서, 수많은 다른 처리들을 포함할 수 있다.
분자적(molecular) 검출 타겟이 샘플에 추가된다. 분자적 검출 타겟은 예를 들어, 바이오마커(biomarkers) 또는 유전자를 포함할 수 있다. 몇몇 예시적 바이오마커들은 생물학적 베시클(biological vesicles), 펩타이드 및/또는 비 DNA 분자(non-DNA molecules)를 포함한다. 유전자는 DNA의 스트랜드(strand) 및/또는 RNA를 포함한다. 몇몇 예시에서, 만일 타겟이 유전자를 포함하면, 샘플 내의 수많은 DNA 및/또는 RNA 스트랜드를 복제/확대하기 위해 PCR이 사용될 수 있다.
검출 타겟들은 나노구조에 기능화되어진(즉, 화학적으로 첨부된) 상보적(complementary) 분자 프로브에 의해 혼성(즉, docked)된다. 나노구조상에서의 혼성은 예를 들어, 교류전류에 의해 생성된 필드와 같은 전기장의 출현에 의해 쉬워질 수 있다. 전기장의 출현은 혼성에 필요한 시간을 크게 줄일 수 있다. 몇몇 예시에서, 혼성은 상기 검출 타겟이 상기 나노구조로 도입되면서 약 1초보다 더 짧은 시간 안에 일어날 수 있다. 감소된 혼성 시간은 고처리 휴대 장치를 위해 이점이 있다. 예시 나노구조는 탄소 나노튜브(CNT), 나노비드(nanobead), 나노와이어(nanowire), 나노콜로이드(nanocolloid), 나노파티클(nanoparticle), 나노로드(nanorod), 퀀텀 도트(quantum dot), 나노크리스탈, 리포솜, 실리카 비드(silica bead), 라텍스 비드(latex bead), 금 콜로이드 및 또는 서브 마이크론 스케일의 크기, 즉, 1 마이크론보다 더 작은 크기의 어떤 다른 기하학적 구조를 포함한다. 상기 나노구조가 기능화되어질 수 있는 상기 분자적 프로브는 마이크로구조로 친수성을 주기 위해서 예를 들어, 올리고머, 프로브, 형광물질(fluorophore), 카르복시기, 스트렙타비딘(streptavidin)/ 아비딘(avidin) 또는 다른 적합한 분자적 프로브를 포함할 수 있다. 각각의 다른 나노구조를 분자적 프로브로 활용하는 것은 다양한 이점이 있다. 예를 들어, 균일한 크기를 갖는 라텍스 입자는 쉽게 합성되고, 반면 다른 화학적 및 분자적 프로브를 갖는 실리카 나노비드의 기능화는 규격화되어왔다. CNT로 프로브 및 형광물질을 부착하는 것은 또한 상대적으로 간단하다. 나노와이어는 더 쉬운 코딩(예를 들어, 다른 나노와이어 상에 형광염료 및/또는 다른 표식의 부가)을 가능하게 하고, CNT는 종종 분자가 정전기적 상호작용에 기해 무분별하게 CNT 상에서 흡수하지 않기 때문에 더 나은 특수성을 제공한다. 상기 CNT의 전도도는 또한 분자적 혼성에 민감하므로, 타겟 혼성 이벤트가 큰 전기적 임피던스 신호를 생성하도록 한다. 더구나, 다른 형광염료는 여기에 기술되 것처럼 형광 바코드 또는 다른 표식을 제공하기 위해 콜로이드, 리포솜 또는 나노와이어 상에서 순차적으로 부착될 수 있다.
이하에서 더 상세히 기술하는 바와 같이, 검출 타겟이 혼성화 될 수 있는 것에는 다양한 방식이 존재한다. 예를 들어, 유전자는 수소결합을 통한 상보적 분자 프로브(예를 들어, 또한 DNA 인 올리고 뉴클레오티드(oligo-nucleotide))와 함께 혼성될 수 있다. 만약 바이오마커가 상기 검출 타겟으로 사용된다면, 상기 바이오마커는 상기 나노구조로 도킹된다. 그러므로, 혼성은 상기 바이오마커의 분자 및 상기 나노구조 상의 상보적 분자 사이에서 존재한다. 상기 바이오마커가 분자인 예시에서, 혼성은 상기 바이오마커 자신 및 상기 나노구조 상의 상보적 분자 사이에서 일어났을 것이다. 그러한 혼성은 수소결합 또는 어떠한 다른 적합한 화학적 및/또는 물리적 결합 메커니즘을 포함한다. 또 다른 예시 혼성은 이하에서 기술되는 비오틴-스트렙타비딘(biotin-streptavidin)을 포함한다.
상기 검출 타겟은 다양한 방법으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 예시에서, 유전영동(DEP)은 상기 나노구조를 포함하는 용액의 임피던스를 측정 및/또는 상기 나노구조를 다양한 패턴으로 움직이기 위한 전기장으로 상기 나노구조를 두기위해 상기 도킹된 나노구조로 적용된다. 다른 예시에서, 검출은 상기 나노구조를 포함하는 용액의 광학적 관찰, 예를 들어, 형광발광 특성(예를 들어, 강도)를 통해 일어난다. 또 다른 예시에서, 형광발광 및 임피던스의 측정 및/또는 관찰이 채용될 수 있다.
타겟을 검출하는데 사용될 수 있는 진단 키트 또는 검출 장치의 일 예시는 통합된, 연속 흐름의 유전영동 플랫폼을 포함한다. 입자력(particle force)을 부여하기 위해 교류 전기장의 사용을 포함하는 DEP 기반의 마이크로/나노구조 플랫폼은 나노구조를 다루기 때문에, 상기 미소유체 플랫폼은 타겟을 검출하고 식별할 수 있다. 특히, DEP는 전기장 변화의 영향 하에서 입자의 이동(대전될 필요가 없는)을 의미한다. 상기 전기장은 불균일 장에 노출되었을 때 각각의 개별적인 나노구조상에 입자 쌍극을 유도한다. 상기 나노구조는 상기 이동이 하이필드(high-field) 영역 쪽으로 가까워지거나 상기 영역으로부터 멀어지는지 여부에 따라 포지티브 DEP(p-DEP) 또는 네거티브 DEP(n-DEP) 중 하나로서 기술되는, 제어된 이동에 기인하여 합력을 겪게 된다. 인가되는 주파수가 증가함에 따라, 대부분의 나노구조는 p-DEP에서 n-DEP로 스위칭될 것이다. 나노구조가 스위칭되는 포인트는 "교차(cross-over)" 포인트이다. 나노구조들 사이의 "교차" 주파수의 차이점의 이용은 다른 방향으로의 힘과 같은 나노구조 구별에 다른 입자력을 빠르게 부여하기 위한 방법을 제공한다.
상기 나노구조의 DEP 방향은 분자적 도킹에 의해 반대가 될 수 있다. 예를 들어, 도킹은 표면 전도도 및 불균일한 교류 전기장에서 상기 나노구조의 유도된 쌍극자 모멘트를 바꿀 수 있는 기능화된 나노구조의 영향적 크기를 변화시킨다. 결과적으로, 상기 나노구조는 도킹/혼성이 일어났는지 여부에 의존하여 불균일한 교류 전기장에서 구별적으로 다른 패턴으로 모인다.
예를 들어, 도 1A 내지 1F는 사중극자 전극 부근의 나노구조 현탁액을 보여준다. 상기 나노구조 현탁액은 도 1A 내지 1C에서는 도킹되지 않았고, 도 1D 내지 1F에서는 도킹되었다. 또한, 도 1A 및 1D는 300KHz의 주파수에서 나노구조 현탁액을 보여주고, 도 1B 및 1E는 700KHz의 주파수에서의 나노구조 현탁액을 보여주며, 1C 및 1F는 2.1MHz의 주파수에서의 나노구조 현탁액을 보여준다. 도 1A 내지 1F에 도시된 바와 같이, DNA 올리고머 혼성(즉, 도킹된 것 및 도킹되지 않은 것)을 갖는 그리고 갖지 않는 나노구조 현탁액은 다른 교류 주파수에서 분명히 다른 패턴을 나타낸다. 상기 패턴은 시약을 라벨링하거나 태깅할 필요없이 빠르게 혼성을 식별하는데 사용될 수 있다. 상기 검출은 공초점(cofocal) 형광 현미경 대신에 휴대용 광학 현미경으로 행해질 수 있다. 상기 혼성(즉, 상기 검출 타겟의 나노구조로의 장착) 더 명백하게 하는 것 및 상기 혼성을 더 크게하는 것은 상기 원본 샘플에서 상기 타겟의 출현을 더 크게 하고, 따라서, 예를 들어, 방어, 국토안보, 의료, 연구, 환경, 공정제어 어플리케이션 또는 기타 적절한 목적을 위해 환자 또는 환경으로 유용한 정보를 제공할 수 있다.
상기 나노구조는 전기장 하에서 움직이기 때문에, 힘의 방향의 차이는 상기 나노구조를 분리하고 분류하는데 사용될 수 있고, 또는, 이하에서 기술하는 바와 같이 상기 나노구조를 제자리에 고정하는데 사용될 수 있다. 또한, 혈구 계산(cytometry)과 비유사한 DEP 분류는 분류 이전에 상기 나노구조의 식별을 필요로하지 않는다. 이러한 기술은 라벨링 또는 다른 시약의 필요 없이 표면 기능화된 나노구조를 포함하는 DNA-올리고머 혼성, 단백질-DNA, 항체-항원(예를 들어, 이하에서 기술되는 비오틴-스트렙타비딘) 및 다른 분자적 도킹 검사에 적용될 수 있다.
또한, 나노구조의 이원, 삼원 또는 사원 현탁액은 다중 타겟 검출을 위해 사용될 수 있는 더 풍부한 스펙트럼 패턴을 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 기하학적 요소 및 크기의 나노구조를 갖는 현탁액은 또한 복잡성의 원인이 될 수 있다. 끝으로, 생체측정의 통합과 함께 많은 수의 패턴이 생성될 수 있을 것이다. 패턴의 총서로의(a large library of) 접근은 여기에서 상술하는 하나 또는 그 이상의 타겟의 출현 또는 부재를 결정하기 위해 알려진 패턴과 함께 관찰된 패턴을 비교함으로써 타겟 검출을 용이하게 할 것이다.
여기에서 기술되는 상기 동전기적 흐름 제어 구성요소와 같은 상기 예시 DEP 플랫폼은 단지 마이크로배터리(microbattery) 및 마이크로트랜스포머(microtransformer)만을 필요로 하기 때문에 극히 휴대하기 간편하다. 상기 온칩 광 센서는 전기적으로 제어되고, 전체 장치/칩을 위한 전체적으로 통합된 전자 제어 구조는 그 후 최소한의 액츄에이터 및 센서로 구현될 수 있다. 또한, 기계적으로 움직이는 부분은 최소한으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 예시에서, 기계적으로 움직이는 부분은 단지 몇몇의 볼 밸브에 불과하다. 기계적으로 움직이는 부분의 수의 감소는 칩 제조 비용을 감소시킨다. 더구나, 피드백 제어 및 자동화는 제어 마이크로회로 구조로 구현될 수 있다.
도 2는 센서에서 자유롭게 나노구조를 분류 및 식별할 수 있는 통합 멀티플렉스 연속 흐름 DEP 분류(integrated continuous-flow DEP sorting) 장치/칩(200)의 예시를 보여준다. 본 예시에서, 상기 칩(200)은 세 개의 다른 순차적 DEP 구성요소를 포함하고 예를 들어, 초당 대략 100 나노구조와 같은 속력에서 세 개의 다른 채널로 세 개의 다른 나노구조를 분류할 수 있다. 상기 칩(200) 및 어떤 따른 주변의 장비는 휴대용 및 일회용일 수 있어서, 예를 들어, 약 US 1$보다 적은 낮은 가격에서 제조될 수 있다. 상기 분류된 나노구조는 마이크로필터의 사용 없이 각각의 채널 내에서 DEP 트랩에 의해 포획(또는 캡쳐)될 수 있다. 상기 집중된 나노구조는 그 후 또한 온칩 또는 오프칩 센서 및 검출기로 또한 측정될 수 있다. 상기 나노구조는 또한 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 트랩 전극의 임피던스를 측정함으로써 카운트될 수 있다.
또한, 하나 또는 그 이상의 예시 칩(200)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있고, 질량적으로 병렬 스크리닝을 할 수 있도록 모듈 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 모듈 형태는 질량적으로 많은 수의 다른 타겟을 측정하는 샘플을 제공하도록 확대되기 용이하다. 그러한 구조는 또한 사이드 스트림(side stream) 및 리사이클 스트림(recycle stream)을 가능하게 한다.
상기 예시 통합 DEP 칩 모듈(200)의 다른 구성요소는 고 전기장을 생성하는 마이크로전극 구성요소 근처에서 다른 방향으로 다른 나노구조에 의해 겪게되는 다른 입자력을 이용한다. 위에서 언급한 것처럼, 상기 예시 칩(200)은 코스(coarse) DEP 부스러기 필터(210)(위에서 언급한 바와 같이, 샘플을 사전처리하는데 사용되는)의 3 단의 다운스트림(downstream)으로 구성되는 것을 포함한다. 상기 제 1 단(220)은 모든 입자의 n-DEP 영역에서 동작하는 포커싱 유닛(focusing unit, 초점기)을 포함한다. 상기 포커싱 단(220)은 감소하는 간격(gap) 넓이를 갖고 대부분의 나노구조의 교차 주파수보다 더 높은 주파수에서 전극(22)의 두 개의 측면 배열을 포함한다. 상기 간격(224)의 감소하는 구경은 실질적으로 예를 들어, 채널의 중앙에서 대략 10마이크론의 넓이보다 더 작은 영역으로 연속적인 흐름에서 모든 나노구조를 포커싱한다. 상기 포커싱된 나노구조는 선형, 일렬종대의 큐(queue)를 형성하고, 그 후 개별적으로 다운스트림 정보를 얻을 수 있다. 상기 제 2 유닛(230)은 각각 상부 기판에서 사선의 전극을 구성하고 하부에서 거울 이미지 전극(미도시)을 구성하는 세 개의 DEP 분류기(232)를 포함한다. 상기 전극 쌍 사이의 차이는 n-DEP 나노구조를 밀어내도록 하고 p-DEP 나노구조를 통과하게 하여 이러한 나노구조의 분리에 영향을 주도록 하는 하이필드를 지속시킨다. 상기 n-DEP 나노구조는 사선의 전극 쌍을 따라서 움직이고, 그 후 상기 p-DEP 나노구조로부터 다른 스트림라인 (234a-d)에서 다음 번 분류기로 풀린다. 상기 나노구조는 그러므로 상기 분류 유닛(230) 후에 네 가지 가능한 스트림라인(234a-d): 상기 세 개의 분류기(232)의 팁을 통과하는 하나에 더하여 원래 포커싱된 스트림라인을 사용한다. 이러한 스트림라인 (234a-d)은 그 후 네 개의 다른 채널(236)로 피드될 수 있다. 도 2의 예시에 도시된 상기 포커싱 유닛(220)의 해상도가 주어지면, 단지 세 개의 분류 채널(236)이 고처리 동작 조건에서 사용된다. 다른 게이트에서 다른 주파수를 사용함으로써, 세 개의 다른 나노구조는 세 개의 분리된 채널로 분류될 수 있다. 최종 단에서, 3-D 트랩(240)은 각각의 채널에서 모든 나노구조를 포획할 수 있도록 제조될 수 있고, 반면 용액은 별도의 유체역학적 저항 없이 상기 간격을 통해 흐른다.
질량적으로 병렬화 또는 직렬화되었을 때, 상기 연속 흐름 칩(200)은 상당한 유체역학적 저항을 유도하는 분자-체(molecular-sieve) 또는 마이크로필터의 사용없이 고처리, 라벨링하지 않는 분류를 가능하게 한다. 특정 나노구조로 특정된 주파수를 사용함으로써, 상기 통합 분류기(232) 및 트랩(240)은 분자적 나노체(molecular nanosieve)보다 더 높은 특성을 제공한다. 상기 트랩 전극에서의 임피던스 측정은 트랩된 나노구조의 수를 측정할 수 있다. 나노구조의 큐의 트랩의 예시는 도 3에 도시된다. 본 예시에서, 대략 초당 100개의 입자에서 이원 분리를 위해 거의 80%에 가까운 분류 효율을 얻을 수 있다. 그러므로, 연속하여 두 개 또는 세개의 분자는 대략 99%의 순도를 얻을 수 있다.
도킹되지 않은 항원(또는 혼성된 유전 나노구조)으로부터 도킹된 것을 갖는 나노구조를 분류함으로써, 상기 유닛은 다른 나노 구조를 갖는 그리고 광학 감지 또는 형광 라벨링 없이(또는 부가하여) 연속 흐름, 다중 타겟 검출의 단순한 수단을 제공한다. 상기 도킹된 나노구조는 도킹되지 않은 나노구조로부터 명백히 다른 DEP 유동성 및/또는 교차 주파수를 갖는다. 상기 DEP 유동성은 크기에 민감하고, 비록 더 작은 나노구조는 DNA 타겟을 고정하는 분자로 더 민감할 수 있지만, 예를 들어, 상기 나노구조는 너무 작을 수 없거나 상기 유동성은 의미없어질 것이다. 최적의 크기는 약 50 내지 500nm이고, 예를 들어, 약 100㎛/s와 같은 DEP 속도를 허용할 것이다. 상기 DEP 유동성은 크기에 민감하므로, 도킹된 분자의 같은 크기를 갖는 나노구조는 다른 DEP 유동성을 가져야만 한다. 또한, DNA는 전도 분자이고 그들의 도킹은 완충용액에 비해 작은 나노구조의 입자 전도성을 대단히 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4는 전도성이 증가하면서 다른 크기의 나노구조에 대해 교차 주파수 사이의 차이가 불균형적으로 증가하는 것을 보여준다. 예를 들어, 대략 6의 크기 비율을 갖는 두 개의 나노구조는 대략 1mS/m보다 낮은 전도도에 대해 다섯 개의 다른 요소만이 존재하는 교차 주파수를 갖는다. 더 높은 전도도에서, 두 개의 나노구조 사이의 상기 교차 주파수는 대략 100배까지 차이가 날 수 있다.
도 5는 나노구조의 극의 전도 대전의 예시를 보여준다. 대전된 형광염료는 각각의 반주기 동안 반대편 극에서 모이고, 극에서 상당히 더 높은 형광 강도에서의 증거로서 그것의 농도를 증가시킨다(예를 들어, 106 ). 상기 이중 층의 동일한 정상 대전, 접선 이동 및 극 집중 메커니즘은 음으로 대전된 DNA를 상기 나노구조의 한쪽 극에서 집중시킬 수 있다. 이로한 도킹된 DNA 분자는 차례로 상기 극에서 순차적인 전도 극성을 변화시키고 상기 나노 구조의 교차 주파수에 영향을 준다. 그러므로, 혼성화 및 비혼성화 나노구조 현탁액은 동일한 주파수에서 다른 패턴을 나타낸다(도 1A-1F 참조). 그러므로, 이중 층 효과에 기해 도킹된 나노구조와 도킹되지 않은 나노구조 사이의 교차 주파수에는 차이가 존재하고, DEP 플랫폼(200)은 센서의 필요 없이 이러한 두 개의 나노구조를 효율적으로 분류할 수 있다.
또한, 여기서 상세히 기술되는 바와 같이, 상기 나노구조의 기하학적 요소 및 물질, 유전율, 전도율 및 버퍼(buffer)와 나노구조-나노구조 사이의 상호작용의 이온 원자가는 모두 상기 나노구조의 DEP 행동 및 분류에 영향을 준다. 도시된 예시에서, 상기 프로브(232)의 길이는 교차로 일어나는 주파수에 영향을 준다. 예를 들어, CNT 및 가느다란 나노와이어와 같은 몇몇의 나노구조는 상당히 더 높은 DEP 유동성(가느다란 기하학적 요소에 의한 필드의 포커싱에 기해), 더 좋은 선택적 분자 포획, 무시할 수 있을 정도의 염료 흡수를 갖고, 그러므로 몇몇의 예시 DEP 플랫폼을 위해 바람직한 나노구조가 될 수 있다. 또한, CNT 및 가느다란 나노와이어는 또한 상대적으로 바코드를 붙이기가 쉽다. 실제로, CNT는 나노스피어(nanosphere)보다 상당히 더 쉽게 도킹되고, 도킹된 CNT는 실제로 DEP 합계는 증가되고 타겟의 DEP 운송자, 예를 들어 병원체가 된다.
또한, 버퍼 조율은 예를 들어, 쌍성이온(zwitterion), 이온화 액체 및 다른 첨가제가 매질의 유전율 및 전도율을 변화시키는 상황으로 구현될 필요가 있을 수 있다.
도 6은 종래의 DNA 마이크로배열 꼬는 실시간 PCR의 역량을 초과하는 박테리아, 바이러스 및 환자 또는 환경에서 해로운 종을 검출하거나, 그렇지 않으면, 예를 들어, 전염병, 테러, 세균전 등을 감시하기 위한 빠른 타겟 검출 장치(600)의 또 다른 예시를 보여주는 블록도이다. 상기 빠른 타겟 검출 장치(600)의 예시는 스트렙타비딘/아비딘 및 비오틴(biotin)의 특정하고 강한 연결(binding)을 활용하는 수정된 PCR 접근에 기반한 검출 기술과 맞춤 미소유체 제조 기술을 포함한다. 스트렙타비딘은 스트렙토마이세스 아비디니(steptomyces avidinii) 박테리아로부터 정화된 테트라메릭(tetrameric) 단백질이고, H 또는 B7으로 또한 알려진 비오틴(C10H16N2O3S)은 수용성의 B-복합 비타민이다. 스트렙타비딘은 비오틴에 대해 특이하게 강한 친화력을 갖는다; 상기 비오틴-스트렙타비딘의 분열 상수는 대략 10-15mol/K의 정도이고, 가장 강하다고 알려진 비공유성 상호결합 중 하나로 랭크된다. 그러므로, 상기 강한 스트렙타비딘-비오틴 결합은 여기서 기술하는 다양한 생체분자 검출을 용이하게 하기 위해 바이러스 생체분자를 하나의 또 다른 것으로 또는 고체 지지자(support)(예를 들어, 나노구조)로 부착하는데 사용될 수 있다.
PCR 프로토콜(protocol) 동안, 두 개의 다르게 라벨링된 프라이머(primer), 하나는 비오틴화(biotinylated)(602)이고 다른 하나는 형광 라벨링(604)은 샘플/타겟 DNA(608)와 함께 PCR 챔버(606)로 첨가되고 샘플에서 단일 가닥 DNA(single strand DNA, ssDNA)의 양을 확대하기 위해 관심 타겟 종의 DNA를 증폭하는데 사용된다. 그러므로, 증폭된 타겟 DNA(610)는 이중선 DNA(double string DNA, dsDNA)의 한쪽 끝 및 형광 라벨링된 염료의 다른 끝을 통해 비오틴 그룹으로 부착된다.
상기 스트렙타비딘/아비딘은 장치/칩 채널 상 또는 나노/마이크로비드 상, 자기 나노파티클, 탄소 나노튜브, 나노와이어, 나노로드 및/또는 칩에 포함되는 다른 나노구조(개시된 다른 예시에서 보여진)에서 기능화될 수 있다. PCR 생성물의 빠른 검출을 수행하기 위해, 증폭된 sdDNA는 그 후 예를 들어, 비오틴과 스트렙타비딘 사이 또는 비오틴과 아비딘 사이의 강한 상호작용을 겪도록 미소유체 칩(614)의 채널(612) 내에서 트랩된 스트렙타비딘/아비딘 기능화된 나노구조를 통해 상기 증폭된 DNA(610)을 통함으로써 스트렙타비딘/아비딘 기능화된 나노구조로 노출된다. 채널(612) 내에서 트랩된 나노구조를 통해 상기 비오틴화된 증폭된 DNA(610)의 통과는 확산 길이를 감소시키고, 따라서 상기 나노구조의 표면으로 부착된 스트렙타비딘과 함께 빠른 상호작용을 하도록 한다. 단지 형광 라벨링된 비오틴화 dsDNA는 특별히, 빠르게 그리고 강하게 상기 나노구조의 표면으로 부착된다.
강한 결합 때문에, 상호연결 운동은 극히 빠르고 상기 나노구조 플랫폼은 전송 시간을 상당히 감소시킨다. 게다가, 나노구조의 사용은 또한 비오틴과 스트렙타비딘/아비딘 일부분(moiety)의 상호작용을 위해 더 높은 표면 영역을 제공하고, 그러므로 검출 감도를 향상시킨다. 상기 비오틴-스트렙타비딘/아비딘 연결은 올리고-DNA 이중 가닥 형태보다 더 특정되고 큰 샘플에서 더 강화되고 정확한 검사가 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 강한 혼성은 특별하게 높은 흐름율(flow rate)을 갖는 큰 처리량을 갖는 칩에서 이점이 있고, 유체역학적 전단(shear)은 종종 약하게 혼성화된 DNA를 떼어낸다. 더구나, 강하고 특정한 연결 때문에, 상기 혼성화 단계는 모든 부착되지 않은 형광염료 분자(608)를 제거하기 위해 헹군(rinsing) 버퍼 다음에 즉시 따라올 수 있다.
최종적으로, 검출은 나노구조의 형광발광 강도를 측정함으로써 수행될 수 있다. 또한, 높은 전도도를 갖는 기능화된 탄소 나노구조의 사용은 또한 여기서 기술된 바와 같이 광학 센서 없이 증폭된 생성물의 빠른 검출을 위한 임피던스 측정의 사용을 용이하게 한다.
도 7 내지 11은 단일 타겟의 유전 식별을 위한 혼성 플랫폼 기반의 나노구조의 또 다른 예시를 보여준다. 도 7은 도시된 예시에서 프로브 기능화된 실리카 비드로서 보여지는(하지만, 어떠한 적합한 나노구조라도 사용될 수 있음) 나노구조(704)를 포함하는 챔버(702)를 형성하는 미소유체 채널(700)의 일부를 보여준다. 상기 프로브 기능화된 나노구조(예를 들어, 실리카 비드)는 예를 들어, 4X 표준 함염 구연산염(4X standard saline citrate, SSC) 혼성 완충용액일 수 있는 완충용액을 통과함으로써 적절하게 트랩되고 묶일 수 있다. 상기 나노구조(704)의 성공적인 묶임이 이루어진 후, 예를 들어, 100 마이크로리터와 같은 비오틴화 된 ssDNA(706)의 체적은 나노구조(예를 들어, 실리카) 표면상에 기능화된 상보적 올리고머와 함께 혼성되기 위해 예를 들어, 대략 50℃의 온도에서, 예를 들어, 0.5ml/h의 흐름율에서 상기 묶인 챔버(702)를 통해 통과된다. 상기 묶인 챔버(702)를 통해 DNA(706)의 통과는 나노구조(704)의 표면 상의 올리고머 프로브 및 타겟 DNA 사이의 분리 거리를 감소시키고, 그러므로, 혼성 시간이 감소된다. 부가적으로, 이러한 나노구조 시스템은 혼성을 위해 더 큰 표면 영역을 제공하고, 따라서 검출 감도를 강화시킨다.
예를 들어, 순수한 또는 중성 물과 같은 세척 용액 또는 다른 액체는 혼성되지 않은 또는 논스페시픽(non-specific) DNA 경계를 나노구조(704)의 표면 또는 챔버(702)로부터의 필터(이하에서 기술되는) 중 하나로 세척하도록 부가될 수 있다. 더구나, 혼성 검출은 스트렙타비딘 경계 형광염료(708)의 부가를 통해 수행될 수 있고, 따라서 강한 스트렙타비딘-비오틴 연결 반응의 이점을 얻을 수 있다. 과잉 염료(708)는 예를 들어, 인산완충식염수(PBS) 완충용액과 함께 채널로부터 세척되고, 형광발광(710)의 패턴 및/또는 강도는 측정 및/또는 관찰된다. 상기 채널(700)을 통해 DNA(706)의 통과는 검출을 위한 시작 지점으로 여겨지므로, 그 후 검출 시간은 본 예시에서 대략 2 내지 3 시간일 수 있고, 검출 감도는 이하에서 기술하는 것과 같이 대략 100pM-nM의 범위 내이다.
개시된 검출 기술에 기반한 나노구조의 예시는 예를 들어, (i) 유리 슬라이드(800, 도 8) 상의 마이크로 채널(700)의 제조, (ii) 메타크릴산염 포토폴리머(methacrylate photopolymer, 도 9)의 혼합물을 사용하여 상기 마이크로채널(700)내에서 필터의 제조, (iii) 예를 들어, 실리카 비드(도 10)와 같은 나노구조 상의 올리고머 프로브의 기능화, (iv) 비대칭의 PCR 및 최종적으로 장치/칩(도7) 내에서 묶인 나노구조 마이크로채널을 통해 타겟 DNA 용액을 통과함으로써 성공적인 혼성의 실행을 포함하는 복수개의 구성요소를 포함한다. 상술한 바와 같이, 나노구조 상의 타겟의 혼성은 예를 들어, 교류 전류에 의해 생성된 필드와 같은 전기장의 존재에 의해 용이해질 수 있다. 상기 전기장의 존재는 혼성에 필요한 시간의 양을 크게 감소시킨다. 몇몇 예시에서, 혼성은 검출 타겟이 나노구조로 도입되면서 1초 이내에 일어날 수 있다. 감소된 혼성 시간은 고처리 휴대 장치에서 이점이 있다.
도 8은 유리 슬라이드(800) 상에서 상기 마이크로 채널(700)의 제조를 보여준다. 상기 채널(700)의 주입 및 배출 포트(802)가 뚫려있다. 마스크 레이아웃(mask layout, 804)은 유리 슬라이드(800)와 조합되고 스페이서 탭(spacer tap, 806)은 커버 슬립(cover slip, 808)과 예를 들어, Locite® 363 글루(glue)와 같은 UV 치유 가능한(curable) 글루로 결합되며, 예를 들어, 대략 5초 동안 UV 에너지로 굳힐수 있다. 상기 채널(700)은 그 후 예를 들어, 아세톤 및 메탄올과 같은 용제(solvent)로 헹궈질 수 있고, 예를 들어 2분 30초 동안 최종 UV 굳히기가 될 수 있다.
필터(900, 도 9)의 제조는 톨루엔(toluen) 및 이소부탄올(isobutanol)의 혼합물(포로젠, porogen)과 함께 메타크릴산염 포토폴리머(모노머(monomer))의 혼합물을 사용함으로써 상기 마이크로 채널(700) 내에서 행해질 수 있다. 모노머 및 포로젠의 비율을 변화시킴으로써, 상기 필터(900)의 구멍의 직경은 제어될 수 있다. 몇몇 예시에서, 대략 2마이크론의 구멍 크기를 갖는 필터는 대략 10 마이크론의 크기를 갖는 나노구조에 사용된다. 부가적으로, 마스크는 또한 조합되고, 조합은 예를 들어, 대략 1분 동안 UV에 기초한다. 상기 굳히기 후에, 상기 마스크는 제거되고 상기 채널(700)은 예를 들어, 약 2시간 동안 메탄올로 세척된다. 상기 통합된 UV 굳히기, 즉, 중합공정의 치유(curing polumerization process)는 마이크로 채널(700)과 함께 필터(900)의 강한 연결을 가능하게 하기 위해 마이크로 채널(700) 제조공정 및 마이크로필터(900) 제조 공정 둘다에서 사용된다.
본 예시에서, 나노구조 기능화, PCR 디자인 및 혼성 검출은 상술한 어떠한 예시, 모든 예시 또는 예시의 일부분을 사용하여 일어날 수 있다. 더 상세하게는, 개시된 예시에서, 아민 공액 27-메르 올리고 프로브(amine conjugated 27-mer oligo probe)는 수용성의 카르보디이미드(carbodiimide, EDC) 및 엔-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS)와 함께 결합됨으로써 나노구조(예를 들어, 카르복실화된 실리카 비드(carboxylated silica bead))로 기능화 된다. 본 조합의 예시는 도 10에 도시된다.
몇몇 예시에서, 혼성 플랫폼에 기반한 나노구조를 단순화하고 타겟 DNA의 변성을 피하기 위해 변성된 ssDNA가 마이크로 채널 내에서 트랩된 프로브 기능화된 나노구조로 도달하고 상호작용하기 전에 함께 재결합되었다면, 불균일한 PCR이 단일 가닥 DNA를 생성하기 위해 수행되었을 것이다. 이러한 접근에서, 프라이머의 불균등한 집중이 사용된다(반대로, 예를 들어, 정상, 대칭 PCR). 처음에, 증폭이 기하급수적으로 시작되지만, 더 낮게 집중된 프라이머가 고갈되면, 더 높게 집중된 프라이머는 단일 가닥 DNA를 생성하기 위해 증폭을 계속한다.
본 실시예에서, 나노구조(704)로 채널(702)를 부가하기 이전에, 예를 들어, 2%의 소 혈청 알부민(serum bovine albumin) 용액과 같은 용액이 타겟 DNA(706) 및 형광염료(708)를 상기 필터(900) 및 상기 채널(700)의 표면으로 어떠한 논스페시픽 연결되는 것을 방지하기 위해 상기 마이크로 채널(700)통해 통할 수 있다.
도 11은 통합되고 휴대용의 PCR 검출칩(800)의 더 상세한 개략도를 보여준다. 상기 필터(900)는 상기 칩(800)의 상부에서 상기 채널(700)에서 보여진다. 도 7 내지 11에 도시된 예시는 예를 들어, PCR 사이클을 위해 사용되는 대부분의 시간을 포함하는 30분 내에 단일 타겟 검출을 수행할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 트랩된 나노구조(706)로부터의 형광발광 신호는 공초점 기계 없이 휴대용 디지털 카메라로 쉽게 찾아낼 수 있다. 이로한 일회용의 칩(800)은 다이오드 센서 뿐만 아니라 온칩 펌프 및 밸브를 포함한다. 그러므로, 상기 칩(800)은 자급(self-contained) 휴대용 유전 식별 장치/키트이다.
검출에 대해, 올리고 기능화된 나노구조의 단위 체적 당큰 표면 영역에 기해, 밀리미터의 크기인 마이크로 저장소(micro-reservoir)는 피코몰라(picomolar) 감도로 입방 센티미터 체적 샘플에서 모든 타겟 DNA를 포획할 수 있다. 그러나, 모든 형광발광 분자는 마이크로리터의 체적 내에 집중되므로, 형광발광 강도는 극단적으로 높다. 참조로서, DNA 마이크로배열(예를 들어, 도 15 내지 17)상의 단일 픽셀은 10-2cm2의 영역을 갖고 마이크로비드(체적으로 50%인)의 마이크로리터의 픽셀은 비례적으로 더 큰 형광발광 강도와 함께 104 배이다. 이러한 강화와 함께, 레이저 여기(ecitation) 및 공초점 검출은 제거될 수 있다. 디지털 카메라와 함께 단순한 광학 필터, 다이오드 센서 또는 CCD 카메라는 여기서 도시된 바와 같이 포지티브-네거티브 식별을 위해 적절하다. 빠르고 간편한 포지티브-네거티브 진단은 예비적인 스크리닝 단계로서 현장 사용 어플리케이션에 매우 중요하다: 항구/공항에서 전염병 제어, 가금(poultry) 수입품의 조류 독감 모니터링, 환경적 모니터링 등등.
도 12 내지 19는 통합된 PCR/검출 유닛을 구비하는 다중 타겟 DNA 검출 유닛으로 사용될 수 있는 다른 실시 예를 보여준다. 도 12 내지 19에 도시된 예시는 상당히 더 높은 처리량을 갖는 연속적인 흐름 포맷으로 확대될 수 있다.
도시된 상기 예시는 임피던스 검출 또는 이미지화 중 하나를 사용하여 나노구조 상의 혼성을 검출 및 측정한다. 위세서 기술한 바와 같이, 나노구조는 혼선 전후에 매우 민감한 임피던스 신호를 갖는 CNT를 포함한다. 두 가지 검출 방법 모두 상술한 바와 같이, 혼성 속도(rapidity) 및 나노구조 기술의 감도, 그리고 혼성에 의해 나노구조의 전도성, 크기, 유도된 쌍극자 및 유전영동 유동성의 변화를 활용한다.
도 12 내지 19에 도시된 예시에서, 혼성은 포괄적이고, 상술한 바와 같이, 스트렙타비딘 기능화 나노구조 및 구별된 프라이머를 갖는 분리적으로 PCR화 된 비오틴화 ssDNA를 사용한다. 본 예시에서, 복제 또는 PCR 모듈(1200)은 하나가 도 13에서 더 상세하게 도시되어 있는 복수개의 검출 유리병(vial) 또는 튜브(1204)를 포함하는 제거가능하게 결합될 수 있는 튜브 배열 박스(1202)를 포함한다. 시린지(syringe)또는 펌프(1206)는 검출 타겟을 포함하는 샘플을 주입 구멍(1208)을 통해 PCR 모듈(1200)로 운반하는데 사용될 수 있다.
상기 샘플은 저장소(1210)로 상기 PCR 모듈(1200)로 주입된다. 또한, 상기 PCR 모듈(1200)은 예를 들어, 약 50-90℃와 같은 온도를 유지하기 위한 열원을 제공하기 위해 가열 요소(heating element, 미도시)를 포함한다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 저장소(1210) 내의 검출 타겟(1212)는 적어도 제 1 전극 또는 제 1 전극 쌍(1214)와 연결된 제 1 막(1212)과 연결된다. 상기 제 1 막(1212)은 나노다공성(nanoporous) 또는 히드로겔(hydrogel) 및 수분 침투가 가능하지만, 다른 분자의 통과를 허용하지 않는다. 즉, 상기 검출 타겟은 상기 막(1212)을 통과하지 못한다. 특별히, 상기 검출 유리병은 기포가 탈출하기에는 너무 작으므로, 막(1212)은 수분이 침투 가능해야만 한다. 상기 막(1212)을 위해 사용될 수 있는 일 예시 물질은 나피온(Nafion)이다. 그러나, 반경이 1mm 보다 더 큰 튜브(1204)에 대해 상기 막은 수분의 통과를 허용할 필요가 없다. 제 1 전극(1214)을 가로지르는 전기장 및/또는 전압은 상기 검출 타겟(1212)의 분자 천이를 위한 적어도 하나의 구멍을 열기 위해 상기 제 1 막(1212)의 통합성을 용해시키고, 해체시키거나 그렇지 않으면 절충해야한다.
검출 타겟(1212)이 제 1 막(1214)를 통과한 후, 검출 타겟(1212)은 특정 검출 튜브(1204)에 대해 특정 프라이머/효소와 함께 PCR화 된다. 상기 각각의 PCR 유리병의 앰플리콘(amplicon), 즉, 검출 튜브(1204)가 만약 존재한다면 특정 타겟 ssDNA에 의해 지배되고 각각의 앰플리콘은 분리된 검출 유닛으로 운반되기 때문에, 식별 단계에서 특정화 될 필요가 없다.
상기 증폭된 검출 타겟은 제 1 막(1214) 및 제 1 전극(1216)과 유사한 기능을 하는 적어도 제 2 쪼는 제 2 전극 세트(1220)로 연결되는 제 2 막(1218)과 연결된다.
상기 제 2 전극(1220)을 가로지르는 전압의 적용 후에, 상기 제 2 막은 절충되고, 상기 검출 타겟(1212)은 PCR 층으로부터 혼성 및 검출 층까지를 통과한다. 여기서, 상기 검출 타겟(1212)은 상술한 바와 같이 도킹된 분자 프로브 또는 도킹된 나노구조(1222)를 형성하기 위해 스트렙타비딘 기능화된 나노구조를 사용하여 혼성화된다. 이러한 반응은 예를 들어, 약 상온에서 일어난다.
혼성 후에, 도킹된 분자 프로브(1222)는 임피던스 디텍터(1224)에 의해 포착된다(도 13 및 도 15). 상기 임피던스 디텍터(1224)에 의해 측정된 임피던스값은 여기서 설명되어진 바와 같이, 검출 타겟(1212)의 출현 또는 부재를 나타낸다. 도 16은 도 13 및 도 15에서 나타낸 임피던스 디텍터(1224)의 일부를 확대한 도면이다. 마이크로 전극 그리드(1228)는 복수의 픽셀(1230)을 포함하고, 그 중 하나가 도 17에서 확대되어 나타내진다. 픽셀(1230)은 주소가 부여될 수 있으며, 몇몇 예시에서, 동시에 주소가 부여될 수 있으며, 반면 다른 실시예에서는, 픽셀(1230)은 동시에 주소가 부여되지 않는다. 각각의 픽셀(1230)은 두개의 선형 어레이(1234)의 교차점에서 유전체 스페이서(1232)를 구비한다. 유전체 스페이서(1232)는 두개의 선형 어레이(1234)의 교차점에서 높은 전기장이 생성되도록 한다. 전기는 위에서 설명한 바와 같이, 도킹된 나노구조(1226)의 이동을 조종할 수 있다. 도킹된 나노구조는 이미징 또는 임피던스 독출을 위해 도킹된 나노구조가 집중될 수 있도록 이동된다.
도 18은 이미지 검출 유닛(1800)의 예를 나타낸다. 상기 이미지 검출 유닛(1800)에서, 카메라(1802)는 하나 또는 그 이상의 전극 그리드(1228)의 광학적으로 투명한 렌즈 또는 커버 슬립(1804)을 통해 이미지를 캡처한다. 상기 그리드(1228)의 이미지는 복수의 도킹된 나노구조(1226)가 모였는지를 나타낸다. 도 19는 예시적인 이미지(1900)를 나타낸다. 상기 예시적 이미지(1900)는 도킹된 나노구조(1226)가 모여있는 충만된(congested) 영역(1902)과 도킹된 나노구조(1904)가 모이지 않은 개방 영역(opened areas,1904)을 나타낸다.
대체가능하게, 도 20-21에서 나타낸 바와 같이, 혼성은 타겟 ssDNA와 나노구조상에서 기능화된 상보적 올리고(oligo) 사이에서 타겟-스페시픽(target-specific)될 수 있다. 본 대체예에서, PCR이 증폭된 검출 타겟(2002)을 생성하기 위해 모든 가능한 타겟 ssDNA를 위한 모든 프라이머를 구비하는 저장소를 포함하는 PCR 유닛(2000) 또는 대체가능한 복제에서 수행된다. 그러므로, 상기 저장소는 상기 샘플에 포함된 모든 타입의 타겟을 위한 모든 타입의 앰플리콘(amplicons)의 집합체를 포함한다. 마이크로 펌프/마이크로 밸브(2004)는 증폭된 검출 타겟(2002)을 갖는 샘플을 복수의 개별적인 검출 튜브 또는 바이얼(vial)을(그 중 하나가 도 21에 도시됨) 구비하는 혼성/검출 유닛(2006)으로 전달한다. 몇몇 예시에서, 마이크로 밸브(1604)는 오직 1회만 개방되는 것이 필요하다. 집합적 PCR 앰플리콘은 모든 개별적인 바이얼(2008)로 보내지고, 각각의 개별적인 바이얼(2008)은 특정 올리고와 기능화된 나노구조를 포함한다. 몇몇 예시에서, 검출 타겟(2002)은 위에서 언급한 바와 같이, 전극을 가로지르는 전기장 또는 전압의 출현에 기인하는 막의 개방하의 혼성층에서 나노구조로부터 분리된다. 일단 상기 검출 타겟(2002)이 혼성층으로 전달되면, 위에서 언급한 바와 같이 혼성이 발생한다. 본 실시예에서 혼성은 약 70℃에서 발생한다.
도킷 프로브(docket probe) 또는 도킹된 나노구조를 형성하기 위해 검출 타겟(2002)이 나노구조와 혼성된 후에, 도킹된 나노구조(2010)는 임피던스 디텍터(2010)에 포착될 수 있다. 임피던스 디텍터(2012)는 검출 타겟(2002)의 출현 또는 부재를 위에서 설명한 임피던스 디텍터(1124)와 많이 유사하게 검출한다. 추가로, 이미지 검출기(1800)가 상기 검출 타겟(2002)의 출현 또는 부재를 검출하기 위해 또한 본 예에서 사용될 수 있다.
본 실시예에 의해 여기서 언급한 진단 장치/검출장치에 의해 다양한 장점 및 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 여기서 언급한 실시예들은 병원체 진단을 더욱 빠르고, 구체적이며, 민감하고, 현업에 적용가능하도록 한다. 장점들은 예를 들어, 조기 및 신속한 암 진단, 패혈증과 같은 급성감염의 병원체의 신속 진단을 포함하여 무수히 많으며, 이러한 것들은 환자의 생존율을 크게 높일 수 있다. 스피드와 구체성외에, 본 실시예의 장치 및 방법들은 필드에서 사용가능하도록 높은 휴대성능을 구비하며, 이는 전염병 제어와 같은 현장 응용 및 세계를 위협하는 전염성 있는 병원체, 예를 들어, 조류독감, 사스(SARS), 용혈성 요독 증후군(hemolytic uremic syndrome) 및 혈변(bloddy diarrhea)(Escherichia coli O157:H7), 결핵(Mycobacterium tuberculosis), 탄저병(Bacillus anthracis), 폐렴(Streptococcus pneumonia), 말라리아(Plasmodium), 간염(Hepatitis A,B,C,D 및 E virus) 및 출혈열(Ebola virus)의 진단에 특히 유용하다. 본 실시예의 장치 및 방법은 음식물 및 물공급원에서 대장균을 검출하고, 예를 들어, 폐렴상구균, 장내구균, 포도상구균, 열대열원충 및 제 3세계에서의 결핵 또는 말라리아 박테리아와 같은 항생제 저항을 갖는 병원균의 재출현을 식별하기 위해 또한 사용될 수 있다. 소비자 지향의 진단 장치/키트를 위해, 본 실시예의 휴대가능 장치의 샘플 접촉식 성분이 적용가능하다. 추가로, 본실시예의 장치는 높은 휴대성능을 구비하며, 이는 예를 들어, 생물학 무기 테러 및 환경 응용에 경험되어진 상황같은 작은 수의 타겟을 포함하는 병원체를 검출하는데 유용한다.
여기서 설명된 실시예들은 단일칩내에서 한 상황에서 다음까지 계속되는 스트림(stream) 또는 이산적인 샘플들을 이동함으로써 대량의 스루풋 및 연속적인 흐름 포맷을 허락하게 하는 랩온어칩(lab-on-a-chip) 플랫폼이며 사람의 간섭이 필요없다. 추가로, 소망하는 타겟(예를 들어, 특정 DNA 세그먼트)이 여기서 언급된 미소유체 수단 및 DEP 장치의 근처에 집중됨으로써 장치의 구체성(specificity)이 증가된다.
추가적으로, 상기 교류의 동전기적(electrokinetic) 플랫폼은 휴대폰의 전원과 같이 손으로 잡을 수 있는 전원에 의해 휴대가능하므로 극히 휴대하기 편리하다. 고주파수(예를 들어, 100kHz 이상) 교류 전기장이 일반적으로 각각의 전압의 패러데이 반응시간보다 짧은 주기를 가지고, 결과적으로, 전극에서 버블이나 이온 생성물의 순수 생성이 발생하지 않는다. 전극은 더욱 정확한 유체 관리를 허락하도록 예시 장치에서 구현될 수 있다.
추가로, 본 실시예의 주요한 장점중의 하나는 멀티 타겟 진단을 위한 장치의 사용 능력이다. 비록 하나의 타겟(예를 들어, 하나의 병원체)이 검출되어야 할지라도, 정확한 식별을 위해서는 그의 게놈으로부터 복수의 DNA 타겟이 종종 필요하다.
추가로, 작은 치수, 큰 수, 그리고 큰 표면적 대 체적비를 갖는 서브마이크론 나노구조의 표면으로 분자 프로브를 기능화하는 것은 검출 민감도를 증가시킨다. 예를 들어, 1% 나노구조(예를 들어, 마이크론 크기의 콜로이드) 서스펜션의 100 마이크로리터 샘플은 총 면적 1센티미터제곱의 10억개의 나노구조를 포함한다. 전통적인 DNA 마이크로 어레이를 위한 1밀리미터제곱의 픽셀 영역과 비교하면, 이들 나노구조는 10의 8승분만큼 더 큰 캡처링 영역 및 민감도에서 상당한 증가를 제공한다. 추가로, 동일한 샘플에서, 나노구조간의 평균적인 분할은 샘플의 선형 차수보다 10의 3승분만큼 더 작다. 검출 타겟 분자의 출현이 작은 경우, 이는 확산타임에 있어 최대 10의 6승분의 크기 감소로 해석되고, 이는 어떠한 대류- 증가 물질-전달 비율(convection-enhanced mass transfer rate)보다 훨씬 크다.
본 나노구조 플랫폼의 다른 잠정적인 이득들이 있다. 이들 나노구조들이 마이크로 채널내에서 집합되고 분산되면, 나노구조는 마이크로-CSTR, 마이크로크로마토그래프 및 마이크로플러그 리액터를 형성할 수 있고, 따라서, 이들 리액터 설계의 장점을 야기시킨다(개방-흐름(open-flow) CSTR용 열역학 수율보다 나은 수율, 병렬 도킹 반응의 선택도 증가를 위한 분할, 비가역적인 반응의 수율 증가를 위한 낮은 분산).
추가로, 강력한 스트렙타비딘/아비딘 및 비오틴 상호작용과 함께 PCR 기술이 결합된 실시예에서, 검출 타겟종의 유전자 식별이 더욱 간단하고 더욱 신속하며 더 신뢰성있고 감지도가 높다. 여기서 기술된 실시예들은 감지도는 증가시키고 반응타임은 현저히 감소시킨다. 그러므로, 여기서 기술한 휴대가능한 PCR 칩 또는 장치는 온-필드(on-field) 응용을 제공한다. 여기서 기술한 실시예들은 또한 여러 단계의 휘젓기, 실험실에서 훈련된 기술자 및 실험 시설들을 요구하는 형광발광 검출을 위한 세정 및 린스(rinse)의 필요성을 없애준다. 추가로, 상기 실시예들 및 방법은 검출을 용이하게 하기 위한 실험실 중심의 공동 시설의 필요성 및 장시간의 혼성 시간을 제거한다. 또한, 광학 필터와 결합된 발광 다이오드(LEDs) 및 실리콘 포토다이오드가 진전되고 축소화된 광학 검출 플랫폼을 위해 사용될 수 있다.
추가로, 예시된 마이크로채널 및 나노구조의 기하학적 구조는 종래의 미소유체 설계에서 경험한 민감도 및 휴대성능의 제한을 완화시켜준다. 큰 표면적 대 체적 비율은 더 많은 표면 프로브들이 채널의 벽으로 기능화될 수 있도록 하며, 이는 극미한 농도로 타겟을 캡처할 가능성을 현저히 증가시키고,그럼으로써 각각의 진단검사의 감지도를 개선시킨다.
전염성 병원균을 검출하기 위한 실시예 장치의 능력은 병원균 유발성의 질병의 발현에 대한 빠르고 효과적인 대응을 가능하게 한다. 임상 미생물학자, 간호사 또는 기타 기술자와 같은 운용자가 샘플에 병원균이 있는지 여부를 판별할 수 있게 하고(임상 샘플, 음식 샘플, 환경적 샘플일지라도). 만일 판별되면, 병원균의 타입 및 양을 식별할 수 있게 한다. 약간(예를 들어, 약 5이하)부터 수백까지의 병원균들이 있을 수 있고, 각 타입의 수는 예를 들어, 샘플의 미리리터당 약간부터 수백만 CFU(Colony Forming Units)까지 변할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (76)

  1. 하나 또는 그 이상의 타겟을 검출하기 위한 방법으로서,
    미소유체 장치내에 제 1 타겟을 포함하는 샘플을 위치시키는 단계;
    상기 제 1 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 혼성하는 단계;
    전류를 상기 복수의 나노구조에 인가하는 단계;
    상기 복수의 나노구조를 이동하기 위해 상기 전류에 의해 생성된 전기장을 사용하는 단계;
    상기 복수의 나노구조를 분류하는 단계; 및
    상기 제 1 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나 이상을 판별하기 위해 상기 분류된 복수의 나노구조를 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전류는 유전영동을 통해 인가하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,압력의 증가는 상기 방법을 방해하지 않는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1타겟의 상기 복수의 복제본은 폴리메라아제 연쇄반응에 의해 생성되는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전기장은 제 1 전류에서 제 1 주파수를 가지고, 제 2 전류에서 제 2 주파수를 가지며, 상기 복수의 나노구조의 적어도 하나는 제 1 주파수에서 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 주파수에서 제 2 방향으로 이동하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 나노구조는 상기 전기장의 주파수에 의존하는 패턴을 형성하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1타겟의 출현 또는 부재는 병원체, 암세포, 생물학적 베시클, 펩타이드, DNA, RNA 또는 비 DNA 분자의 출현 또는 부재를 나타내는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 미소유체 장치상에서의 서로 다른 포인트에서 복수의 전류들을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 복수의 전류들은 상기 미소유체 장치를 가로질러 비균일한 전기장을 생성하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 나노구조는 하나 또는 그 이상의 탄소 나노튜브, 나노비드, 나노와이어, 나노콜로이드, 나노파티클, 나노로드, 퀀텀도트, 나노크리스탈, 리포솜, 실리카비드, 라텍스비드, 골드비드 또는 1마이크론 미만의 구조를 포함하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 나노구조에 하나 또는 그 이상의 분자 프로브를 기능화하는(functionalizing) 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 분자 프로브는 하나 또는 그 이상의 올리고머(oligomer), 형광물질, 카르복실 그룹 또는 스트렙타비딘(streptavidin)을 포함하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 샘플을 전처리하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 전처리는 필터링 또는 억제제의 제거중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 분류된 복수의 나노구조를 평가하는 단계는 저항값의 판별, 패턴의 관찰 또는 형광발광의 검출중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 분류전에 상기 복수의 나노구조를 포커싱(focusing)하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플에 포함된 제 2 타겟을 검출하는 단계;
    상기 제 2 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 혼성하는 단계; 및
    상기 제 2 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 판별하기 위해 상기 분류된 복수의 나노구조를 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 나노구조에 대한 상기 전류의 인가는 상기 제 1 타겟과 혼성된 상기 복수의 나노구조를 제 1 방향으로 이동하고, 상기 제 2 타겟과 혼성된 상기 복수의 나노구조를 제 2 방향으로 이동하며, 상기 제 1 타겟 및 상기 제 2 타겟은 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향에 기초하여 분류되는 방법.
  18. 제 1 타겟의 샘플이 위치하도록 하는 미소유체 장치의 주입구;
    상기 제 1 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 도킹하기 위한 혼성챔버;
    상기 복수의 나노구조를 초점 맞추기 위한 초첨기;
    상기 복수의 나노구조를 분류하기 위한 분류기; 및
    상기 복수의 나노구조를 수집하기 위한 트랩을 포함하는 타겟 검출기.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 초점기는 상기 제 1 타겟의 복제본을 정렬하기 위해 상기 복수의 나노구조에 전기장을 인가하기 위한 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하는 검출기.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 분류기는 상기 제 1 타겟의 복제본을 제 1 방향으로 이동하기 위해 상기 복수의 나노구조에 전기장을 인가하기 위한 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하는 검출기.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 초점기 또는 상기 분류기의 적어도 하나는 유전영동을 사용하는 검출기.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 타겟의 상기 복수의 복제본을 생성하기 위한 복제챔버를 추가로 구비하는 검출기.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 복제챔버는 폴리메라아제 연쇄반응을 사용하는 검출기.
  24. 제 18항에 있어서, 상기 초점기 또는 상기 분류기 중 적어도 하나는 전기장을 생성하기 위해 전류를 인가하고, 상기 전기장은 제 1 전류에서 제 1 주파수를 가지고, 제 2 전류에서 제 2 주파수를 가지며, 상기 복수의 나노구조는 제 1 주파수에서 제 1 방향으로 이동하고, 제 2 주파수에서 제 2 방향으로 이동하는 검출기.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 복수의 나노구조는 상기 전기장의 주파수에 의존하는 패턴을 형성하는 검출기.
  26. 제 18항에 있어서,상기 미소유체 장치상에서의 서로 다른 포인트에서 복수의 전류들을 인가하는 하나 또는 그 이상의 전극을 추가로 포함하는 검출기.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 복수의 전류들은 상기 미소유체 장치를 가로질러 비균일한 전기장을 생성하는 검출기.
  28. 제 18항에 있어서, 상기 복수의 나노구조는 하나 또는 그 이상의 탄소 나노튜브, 나노비드, 나노와이어, 나노콜로이드, 나노파티클, 나노로드, 퀀텀도트, 나노크리스탈, 리포솜, 실리카비드, 라텍스비드, 골드비드 또는 1마이크론 미만의 구조를 갖는 검출기.
  29. 제 18항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 분자 프로브는 상기 복수의 나노구조상에서 기능화하는(functionalizing) 검출기.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 분자 프로브는 하나 또는 그 이상의 올리고머(oligomer), 형광물질, 카르복실 그룹 또는 스트렙타비딘(streptavidin)을 포함하는 검출기.
  31. 제 18항에 있어서, 상기 샘플을 전처리하는 필터를 추가로 포함하는 검출기.
  32. 제 18항에 있어서, 상기 트랩은 저항값의 판별, 패턴의 관찰 또는 형광발광의 검출중 적어도 하나에 의해 상기 분류된 복수의 나노구조를 평가하기 위한 검출기를 포함하는 검출기.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 저항값, 패턴 또는 형광발광은 상기 제 1 타겟의 출현 또는 부재를 나타내는 검출기.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 제 1타겟의 출현 또는 부재는 병원체, 암세포, 생물학적 베시클, 펩타이드, DNA, RNA 또는 비 DNA 분자의 출현 또는 부재를 나타내는 검출기.
  35. 제 18항에 있어서,상기 제 2 타겟은 상기 샘플에 포함되고, 상기 혼성챔버는 상기 제 2 타겟의 복수의 복제본을 복수의 나노구조와 도킹하고, 상기 분류기는 상기 제 1 타겟과 다른 방향에서 상기 제 2 타겟을 분류하는 검출기.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 분류기는 상기 제 1 타겟의 복제본을 제 1 방향으로 이동하고 상기 제 2 타겟의 복제본을 제 2 방향으로 이동하기 위해 상기 복수의 나노구조에 전기장을 인가하기 위한 하나 또는 그 이상의 전극을 포함하는 검출기.
  37. 타겟을 포함하는 샘플을 획득하는 단계;
    증폭된 혼합물을 생성하기 위해 상기 샘플내의 상기 타겟을 복제하는 단계;
    나노구조를 챔버에 결합하는 단계;
    분자 프로브를 상기 나노구조에 기능화(functionalizing)하는 단계;
    상기 타겟을 상기 증폭된 혼합물에서 혼성하기 위해 상기 증폭된 혼합물을 상기 나노구조를 통해 흐르게 하는 단계; 및
    상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는 타겟을 검출하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 타겟은 폴리메라아제 연쇄반응을 통해 복제되는 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 폴리메라아제 연쇄반응은 두개의 다르게 라벨된 프라이머들을 사용하는 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 프라이머들의 하나는 바이오티닐레이티드(biotinylated)되고 다른 하나는 형광 라벨된 방법.
  41. 제 37항에 있어서, 상기 나노구조는 화학적 결합, 물리적 결합, 전기장으로부터의 힘 또는 필터의 측면간의 변위중 하나를 통해 상기 챔버에 결합되는 방법.
  42. 제 37항에 있어서, 스트렙타비딘 또는 아비딘(avidin)중 하나는 상기 나노구조에 결합되고 상기 복제된 타겟은 상기 스트렙타비딘 또는 아비딘에 결합되는 방법.
  43. 제 37항에 있어서, 전기장을 인가하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 전기장은 상기 타겟의 혼성을 용이하게 하는 방법.
  44. 제 37항에 있어서, 상기 타겟은 저항값의 판별, 패턴의 관찰 또는 형광발광 중 적어도 하나에 의해 검출되는 방법.
  45. 증폭 혼합물을 생성하기 위해 타겟이 복제되는 복제챔버;
    기능화된 분자 프로브를 구비하는 나노구조를 포함하는 미소유체 챔버;
    상기 미소유체 챔버에서 상기 나노구조를 보유하기 위한 필터;
    상기 증폭 혼합물에서 상기 타겟을 혼성하기 위해 상기 나노구조를 통해 상기 혼합물을 흐르게 하는 채널; 및
    상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 판별하기 위한 검출기를 구비하는 타겟 검출기.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 타겟은 폴리메라아제 연쇄반응을 통해 복제되는 검출기.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 폴리메라아제 연쇄반응은 두개의 다르게 라벨된 프라이머들을 사용하는 검출기.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 프라이머들의 하나는 바이오티닐레이티드(biotinylated)되고 다른 하나는 형광 라벨된 검출기.
  49. 제 45항에 있어서, 상기 나노구조는 화학적 결합, 물리적 결합, 전기장으로부터의 힘 또는 필터의 측면간의 변위중 하나를 통해 상기 챔버에 결합되는 검출기.
  50. 제 45항에 있어서, 스트렙타비딘 또는 아비딘(avidin)중 하나는 상기 나노구조에 결합되고 상기 복제된 타겟은 상기 스트렙타비딘 또는 아비딘에 결합되는 검출기.
  51. 제 45항에 있어서, 상기 타겟은 저항값의 판별, 패턴의 관찰 또는 형광발광 중 적어도 하나에 의해 검출되는 검출기.
  52. 하나 또는 그 이상의 타겟을 검출하는 방법으로서,
    하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치에 삽입하는 단계;
    상기 타겟을 저장소에 보유하는 단계;
    상기 타겟을 복수의 검출 튜브로 전달하는 단계;
    상기 타겟을 혼성하는 단계; 및
    상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  53. 제 52항에 있어서, 상기 타겟이 상기 복수의 검출 튜브로 전달되도록 막이 해체되는 방법.
  54. 제 53항에 있어서, 상기 막은 전압에 의해 해체되는 방법.
  55. 제 52항에 있어서, 상기 타겟은 상기 복수의 검출 튜브에서 복제되는 방법.
  56. 제 55항에 있어서, 상기 타겟은 각각의 상기 검출 튜브에서 타겟 특정화된 앰플리콘(target specific amplicons)을 생성하기 위해 스페시픽(specific) 프라이머에 의해 복제되는 방법.
  57. 제 52항에 있어서, 상기 타겟은 스트렙타비딘 기능화된(streptavidin fuctionalized) 나노구조에 의해 혼성되는 방법.
  58. 제 52항에 있어서, 상기 타겟은 상기 저장소에서 복제되는 방법.
  59. 제 58항에 있어서, 상기 타겟은 상기 저장소에서 복수의 타겟을 위한 앰플리콘 타입의 집합체(collective)를 생성하기 위해 논스페시픽(non-specific) 프라이머에 의해 복제되는 방법.
  60. 제 59항에 있어서, 상기 복수의 검출 튜브로의 상기 타겟의 전달은 각각의 상기 검출 튜브로 상기 앰플리콘 타입의 집합체를 전달하는 것을 포함하는 방법.
  61. 제 60항에 있어서, 상기 각각의 검출 튜브는 싱글 타입의 올리고머에 의해 기능화되고 단일의 타겟에 대응하는 앰플리콘의 집합체 타입들의 한 타입이 상기 복수의 검출 튜브 각각에서 혼성되는 방법.
  62. 제 52항에 있어서, 상기 타겟이 마이크로 전극 그리드를 향해 이동하도록 전기장을 인가하는 단계 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하기 위해 상기 그리드를 가로질러 저항을 측정하는 것 또는 상기 그리드의 이미지를 관찰하는 것 중 적어도 하나의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  63. 복수개의 타겟을 검출하기 위한 타겟 검출기로서,
    하나 또는 그 이상의 타겟을 포함하는 샘플을 미소유체 장치내로 받아들이기 위한 주입구멍;
    상기 타겟을 보유하기 위한 저장소;
    상기 저장소에 결합되는 복수의 검출 튜브;
    상기 검출 튜브에 구비되는 혼성챔버; 및
    상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하기 위한 검출기를 포함하는 검출기.
  64. 제 63항에 있어서, 상기 저장소와 상기 복수의 검출 튜브 각각과의 사이에서 결합되는 복수의 막을 추가로 포함하고, 상기 복수개의 검출 튜브의 하나로 상기 타겟이 전달되도록 상기 복수의 막 중 적어도 하나가 해체되는 검출기.
  65. 제 61항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 전극을 추가로 포함하고, 상기 막은 상기 하나 또는 그 이상의 전극을 가로지르는 전압의 인가에 의해 해체되는 검출기.
  66. 제 63항에 있어서, 상기 타겟은 상기 복수의 검출 튜브에서 복제되는 검출기.
  67. 제 66항에 있어서, 상기 타겟은 각각의 상기 검출 튜브에서 타겟 특정화된 앰플리콘(target specific amplicons)을 생성하기 위해 스페시픽(specific) 프라이머에 의해 복제되는 검출기.
  68. 제 63항에 있어서, 상기 타겟은 스트렙타비딘 기능화된(streptavidin fuctionalized) 나노구조에 의해 혼성되는 검출기.
  69. 제 63항에 있어서, 상기 타겟은 상기 저장소에서 복제되는 검출기.
  70. 제 69항에 있어서, 상기 타겟은 상기 저장소에서 복수의 타겟을 위한 앰플리콘 타입의 집합체(collective)를 생성하기 위해 논스페시픽(non-specific) 프라이머에 의해 복제되는 검출기.
  71. 제 70항에 있어서, 상기 복수의 검출 튜브로의 상기 타겟의 전달은 각각의 상기 검출 튜브로 상기 앰플리콘 타입의 집합체를 전달하는 것을 포함하는 검출기.
  72. 제 71항에 있어서, 상기 각각의 검출 튜브는 싱글 타입의 올리고머에 의해 기능화되고 단일의 타겟에 대응하는 앰플리콘의 집합체 타입들의 한 타입이 상기 복수의 검출 튜브 각각에서 혼성되는 검출기.
  73. 제 63항에 있어서, 상기 저장소와 상기 복수의 검출 튜브는 마이크로 펌프를 통해 결합되는 검출기.
  74. 제 63항에 있어서, 상기 타겟이 마이크로 전극 그리드를 향해 이동하도록 전기장을 인가하는 것 및 상기 타겟의 출현, 부재 또는 양 중 적어도 하나를 검출하기 위해 상기 그리드를 가로질러 저항을 측정하는 것 또는 상기 그리드의 이미지를 관찰하는 것 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 검출기.
  75. 제 74항에 있어서, 상기 그리드의 이미지를 캡처하기 위한 카메라를 추가로 구비하는 검출기.
  76. 제 63항에 있어서, 상기 타겟 검출기는 휴대가능한 검출기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019088429A1 (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 울산대학교 산학협력단 동형2기능성 이미도에스터를 이용한 액체생검 유래 생체물질의 추출 방법
WO2024058331A1 (ko) * 2022-09-14 2024-03-21 연세대학교 원주산학협력단 전기유전영동 핀셋을 이용한 표면전하 의존 다중검출법

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI322032B (en) * 2007-06-20 2010-03-21 Nat Univ Chung Cheng Microfluid mixer
GB0818609D0 (en) 2008-10-10 2008-11-19 Univ Hull apparatus and method
US20110192726A1 (en) * 2008-10-31 2011-08-11 Agency For Science ,Technology And Research Device and method for detection of analyte from a sample
DE112010002222B4 (de) 2009-06-04 2024-01-25 Leidos Innovations Technology, Inc. (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Mehr-Proben-Mikrofluidchip fur DNA-Analyse
WO2011108540A1 (ja) 2010-03-03 2011-09-09 国立大学法人大阪大学 ヌクレオチドを識別する方法および装置、ならびにポリヌクレオチドのヌクレオチド配列を決定する方法および装置
WO2012027302A2 (en) * 2010-08-21 2012-03-01 The Regents Of The University Of California Systems and methods for detecting antibiotic resistance
WO2012051529A1 (en) 2010-10-15 2012-04-19 Lockheed Martin Corporation Micro fluidic optic design
CN102250751B (zh) 2011-03-22 2013-05-22 博奥生物有限公司 一种用于生物芯片的接口装置
DE102011050254A1 (de) 2011-05-10 2012-11-15 Technische Universität Dortmund Verfahren zur Separation polarisierbarer Biopartikel
US8808518B2 (en) * 2011-05-16 2014-08-19 National Cheng Kung University Microbial identification and manipulation of nanoscale biomolecules
JP5851155B2 (ja) * 2011-08-23 2016-02-03 株式会社日立製作所 細胞濃縮装置、および細胞濃縮方法
US9322054B2 (en) 2012-02-22 2016-04-26 Lockheed Martin Corporation Microfluidic cartridge
CN102719353B (zh) * 2012-06-13 2014-07-30 湖南大学 一种用于外周血中循环癌细胞的特异性捕获的装置及方法
CN104583765B (zh) * 2012-06-25 2017-06-06 日本生物工程研究所有限责任公司 酶电极
KR20150041146A (ko) 2012-08-17 2015-04-15 오사카 유니버시티 시료의 분석 방법
JP5663541B2 (ja) * 2012-09-19 2015-02-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ 反応容器，並列処理装置、及びシーケンサ
EP2931921B8 (en) 2012-12-13 2019-01-09 One Biomed Pte Ltd. Label-free methods for isolation and analysis of nucleic acids on solid phase device
JP6282036B2 (ja) 2012-12-27 2018-02-21 クオンタムバイオシステムズ株式会社 物質の移動速度の制御方法および制御装置
TWI497065B (zh) * 2013-07-04 2015-08-21 Univ Nat Cheng Kung 利用介電泳力以針對混合物進行量測之裝置與方法
CN105683745A (zh) * 2013-08-29 2016-06-15 阿波赛尔公司 用于目标颗粒的分离、捕获和分子分析的方法和装置
CA2929929A1 (en) 2013-09-18 2015-03-26 Quantum Biosystems Inc. Biomolecule sequencing devices, systems and methods
JP2015077652A (ja) 2013-10-16 2015-04-23 クオンタムバイオシステムズ株式会社 ナノギャップ電極およびその製造方法
US10438811B1 (en) 2014-04-15 2019-10-08 Quantum Biosystems Inc. Methods for forming nano-gap electrodes for use in nanosensors
CN107249742B (zh) 2014-12-08 2019-12-06 伯克利之光生命科技公司 微流体装置中定向流动的致动微流体结构及使用它的方法
WO2016117700A1 (ja) 2015-01-22 2016-07-28 アークレイ株式会社 ターゲット分析チップおよびターゲット分析方法
BR112017015220A2 (pt) 2015-01-30 2018-03-13 Hewlett Packard Development Co sensor microfluídico
US10081015B2 (en) 2015-07-12 2018-09-25 International Business Machines Corporation Trapping at least one microparticle
US9962714B2 (en) * 2015-07-12 2018-05-08 International Business Machines Corporation Microchannel, microfluidic chip and method for processing microparticles in a fluid flow
CN105018075B (zh) * 2015-07-21 2017-08-25 湖北工业大学 一类荧光纳米球及其制备方法
KR101741104B1 (ko) 2015-09-01 2017-05-30 한국과학기술연구원 대용량 수인성 병원체 현장 포집 및 농축시스템
WO2017204442A2 (ko) * 2016-05-26 2017-11-30 서울대학교 산학협력단 비대칭 입자를 이용한 표적 물질 검출 키트 및 방법
WO2018090053A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 University Of Notre Dame Du Lac Methods and apparatus for a shear-enhanced cnt-assembly nanosensor platform for ultra-sensitive and selective protein detection
JP6901084B2 (ja) 2017-05-12 2021-07-14 マックエンジニアリング株式会社 卓上連続撹拌槽型反応器
CN108485972B (zh) * 2018-03-28 2021-06-25 东南大学 一种用于细胞组织培养与实时监测的微流控芯片及其使用方法
JP6742618B2 (ja) * 2018-06-11 2020-08-19 シャープ株式会社 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法
US11634702B2 (en) * 2018-11-06 2023-04-25 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Cell signaling pathway activation by local AC electric field
US11389799B2 (en) * 2019-01-17 2022-07-19 The Regents Of The University Of Michigan Microfluidic device for size and deformability measurements and applications thereof
US11891313B2 (en) 2019-05-23 2024-02-06 Battelle Memorial Institute Fluidic impedance platform for in-situ detection and quantification of PFAS in groundwater
WO2021240208A1 (en) * 2020-05-26 2021-12-02 Crestoptics S.P.A. Microfluidic method for the detection of nucleic acids
CN115253835B (zh) * 2022-08-01 2024-03-05 中南大学 一种微流控混合装置及其一步式制备靶向脂质体的方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5387510A (en) * 1991-10-02 1995-02-07 Eastman Kodak Company Detection of amplified nucleic acid using secondary capture oligonucleotides and test kit
US6017696A (en) * 1993-11-01 2000-01-25 Nanogen, Inc. Methods for electronic stringency control for molecular biological analysis and diagnostics
US5849486A (en) * 1993-11-01 1998-12-15 Nanogen, Inc. Methods for hybridization analysis utilizing electrically controlled hybridization
US6168948B1 (en) * 1995-06-29 2001-01-02 Affymetrix, Inc. Miniaturized genetic analysis systems and methods
US6984491B2 (en) * 1996-07-29 2006-01-10 Nanosphere, Inc. Nanoparticles having oligonucleotides attached thereto and uses therefor
CN1181337C (zh) * 2000-08-08 2004-12-22 清华大学 微流体系统中实体分子的操纵方法及相关试剂盒
EP1208240A4 (en) * 1999-08-26 2006-10-04 Univ Princeton MICROFLUIDIC AND MACROFLUIDIC ELECTRONIC DEVICES FOR DETECTING CHANGES IN THE CAPACITY OF LIQUIDS AND METHOD FOR THEIR USE.
JP2004503758A (ja) * 2000-06-14 2004-02-05 ボード・オブ・リージェンツ，ザ・ユニヴァーシティ・オヴ・テキサス・システム 誘電性に設計された微粒子
US6780584B1 (en) * 2000-09-27 2004-08-24 Nanogen, Inc. Electronic systems and component devices for macroscopic and microscopic molecular biological reactions, analyses and diagnostics
US6663615B1 (en) * 2001-09-04 2003-12-16 The Ohio State University Dual stage microvalve and method of use
FR2831084B1 (fr) * 2001-10-22 2004-08-27 Centre Nat Rech Scient Procede et systeme pour manipuler par dielectrophorese des particules dielectriques, en particulier des cellules biologiques
US20030119057A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-26 Board Of Regents Forming and modifying dielectrically-engineered microparticles
US20040011650A1 (en) * 2002-07-22 2004-01-22 Frederic Zenhausern Method and apparatus for manipulating polarizable analytes via dielectrophoresis
GB2392977A (en) * 2002-09-13 2004-03-17 Suisse Electronique Microtech A fluidic dielectrophoretic system and method for analysing biomolecules
WO2004055198A2 (en) * 2002-12-12 2004-07-01 Chiron Corporation Device and method for in-line blood testing using biochips
KR101216828B1 (ko) * 2002-12-30 2013-01-04 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 병원균 검출과 분석을 위한 방법과 기구
US20040248109A1 (en) * 2003-06-09 2004-12-09 Lawrence Greenfield Methods for selecting protein binding moieties
KR100580639B1 (ko) * 2003-12-30 2006-05-16 삼성전자주식회사 미세유체 검출을 위한 형광검출기
JP2005341913A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Sony Corp インピーダンスマッチングを利用するハイブリダイゼーション検出装置及び検出方法。
JP4645110B2 (ja) * 2004-09-15 2011-03-09 ソニー株式会社 誘電泳動を利用するハイブリダイゼーション検出部と該検出部を備えるセンサーチップ、並びにハイブリダイゼーション検出方法
US20060177815A1 (en) * 2004-11-29 2006-08-10 The Regents Of The University Of California Dielectrophoretic particle sorter
US7704362B2 (en) * 2005-03-04 2010-04-27 Wisconsin Alumni Research Foundation Apparatus for transport and analysis of particles using dielectrophoresis
WO2007073107A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-28 Jae Chern Yoo Bio memory disc and bio memory disk drive apparatus, and assay method using the same
KR100787234B1 (ko) * 2006-02-17 2007-12-21 한국기계연구원 입자 분리 장치 및 입자 분리 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019088429A1 (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 울산대학교 산학협력단 동형2기능성 이미도에스터를 이용한 액체생검 유래 생체물질의 추출 방법
WO2024058331A1 (ko) * 2022-09-14 2024-03-21 연세대학교 원주산학협력단 전기유전영동 핀셋을 이용한 표면전하 의존 다중검출법

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