WO2018066975A1 - 저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법 - Google Patents

저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018066975A1
WO2018066975A1 PCT/KR2017/011121 KR2017011121W WO2018066975A1 WO 2018066975 A1 WO2018066975 A1 WO 2018066975A1 KR 2017011121 W KR2017011121 W KR 2017011121W WO 2018066975 A1 WO2018066975 A1 WO 2018066975A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
biochemical
carrier
molecules
digital data
molecule
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/011121
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권성훈
박욱
최영재
배형종
류태훈
송석흥
Original Assignee
서울대학교산학협력단
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단, 경희대학교 산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to US16/335,296 priority Critical patent/US11987693B2/en
Publication of WO2018066975A1 publication Critical patent/WO2018066975A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L35/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical, and containing at least one other carboxyl radical in the molecule, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L35/02—Homopolymers or copolymers of esters
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16B—BIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B50/00—ICT programming tools or database systems specially adapted for bioinformatics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/128—Polymer particles coated by inorganic and non-macromolecular organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
    • C08J9/286—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum the liquid phase being a solvent for the monomers but not for the resulting macromolecular composition, i.e. macroporous or macroreticular polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11—DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/22—Indexing; Data structures therefor; Storage structures
    • G06F16/2228—Indexing structures
    • G06F16/2237—Vectors, bitmaps or matrices
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16B—BIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B50/00—ICT programming tools or database systems specially adapted for bioinformatics
    • G16B50/40—Encryption of genetic data
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Z—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G16Z99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
    • C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
    • C08J2201/046—Elimination of a polymeric phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2205/00—Foams characterised by their properties
    • C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
    • C08J2205/022—Hydrogel, i.e. a gel containing an aqueous composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
    • C08J2333/06—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing only carbon, hydrogen, and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C08J2333/08—Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2335/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical, and containing at least one other carboxyl radical in the molecule, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2335/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2489/00—Characterised by the use of proteins; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08L33/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide

Definitions

  • the techniques disclosed herein relate to biochemical carriers and methods for their preparation, and more particularly to biochemical carriers and methods for their preparation that facilitate storage, storage and indexing of biochemicals.
  • Biochemical molecules such as nucleic acids and proteins have been used for material engineering purposes as mediators for data storage, as well as for medical and pharmaceutical purposes such as vaccines, therapeutic agents and diagnostic probes. This translates or encodes binary digital data represented by 0s and 1s into sequences of biochemical molecules and stores them.It has a higher density than conventional storage methods and can preserve very long time information without electricity or additional management. have.
  • biochemical molecules With the introduction of this digital data into biochemical molecules, efficient indexing, storage and handling of biochemical molecules is required. Compared with other materials, the characteristic of biochemical molecules is that they use very small amount once. DNA for digital data storage is used up to several ug at a time, and its actual volume is about tens of nanometers of tetrahedron.
  • the individual biochemical molecule types are not distinguished from each other when dried or mixed in buffer. For this reason, users can either dry or mix these biochemical molecules in plastic tubes or vials that are several centimeters in size.
  • the index of the type, handling, reacquisition, and decoding of the biochemical molecules to obtain digital data may be performed through markings on the surface of the storage body. However, this approach uses more space than necessary to compromise the density and efficiency of space usage. Therefore, there is a need for a technique capable of efficiently indexing, storing and handling the size of biochemical molecules.
  • a biochemical molecule having a sequence encoding digital data information
  • a carrier particle composed of a polymer matrix and connected to the surface or the inside of the biochemical molecule; And an index code introduced into the carrier particle.
  • encoding digital data into a sequence of biochemical molecules Synthesizing a biochemical molecule according to the encoded sequence; Forming a mixture of the biochemical molecules with a photocurable material; Curing the mixture to obtain a carrier particle having a polymer matrix; Introducing an index code into the carrier particles simultaneously or separately with the curing process; And it provides a method for producing a biochemical carrier comprising the step of forming a protective layer surrounding the carrier particles.
  • analyzing the index code of the above-described biochemical carrier Reacquiring the biochemical molecule from the biochemical carrier based on the analysis result of the index code; Analyzing the sequence of the biochemical molecule; And recovering the digital data from the biochemical carrier by decoding the sequence results to restore the digital data.
  • the biochemical molecules are formed by being connected to the encoded porous carrier particles, so that the spatial density is high and the stability of the biochemical molecules is increased in the storage of the biochemical molecules having data information.
  • the carrier particles themselves may contain index codes to provide information on biochemical molecules in the particles, thereby facilitating the sorting, sorting and processing of the carriers, thus eliminating the need for additional sorting and sorting of the carrier particles. There is no advantage.
  • FIG. 1 illustrates a biochemical carrier according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • FIG. 2 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a biochemical carrier according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • Figure 3 illustrates a specific process of the manufacturing method of the biochemical carrier according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • FIG. 4 is a process flow diagram illustrating a method of restoring digital data according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a method for recovering digital data from a biochemical carrier in accordance with one embodiment of the techniques disclosed herein.
  • Figure 6 shows a biochemical carrier actually prepared by the manufacturing method according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for comparing the PCR amplification rate between each particle made of a nonporous hydrogel material and a porous hydrogel material.
  • FIG. 8 is a table showing the results of comparing the physical properties of the nine samples made using three types of porogen (porogen) together with one sample made only of PEGDA as a control (control).
  • FIG. 9 is a scanning electron micrograph showing a cross section of a carrier particle using PEG 600 as a porous imparting material.
  • Figure 10 is a graph comparing the PCR amplification rate for the DNA of the carrier particles prepared using a porous hydrogel material.
  • FIG. 11 shows DNA destruction test results using reactive oxygen species (ROS).
  • ROS reactive oxygen species
  • Figure 12 shows the probability histogram of the number of NGS results corresponding to each designed DNA library.
  • FIG. 14 shows three scanned image data files stored in a biochemical carrier
  • FIG. 15 is an excerpt of some of its description.
  • FIG. 1 illustrates a biochemical carrier according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • Figure 1 shows the encoded biochemical carrier
  • (b) is a cross-sectional view taken along the AB line of the encoded biochemical carrier
  • (c) the content of the QR code recorded on the carrier particle surface.
  • Biochemical carriers include biochemical molecules 100, carrier particles 200, and index codes 300 that include digital data information in encoded sequences.
  • the biochemical molecule 100 includes a substance having a sequence such as nucleic acid such as DNA or RNA, a protein, an antigen, an antibody, a zip nucleic acid (ZNA) and a peptide nucleic acid (PNA), and a mixture thereof or a chemical added thereto. It also includes the form.
  • the data information may be simple digital data represented by 0's and 1's, or various information such as books, letters, images, images, numbers, symbols, and codes.
  • the digital data information may correspond to each base sequence of the biochemical molecule by converting a binary number represented by 0 and 1 into a hexadecimal number using ATCG.
  • a specific pattern may be formed, a specific pattern may be translated into a nucleotide sequence of a biochemical molecule by creating a table corresponding to a specific nucleotide sequence, and may be encoded into a nucleotide sequence of a biochemical molecule through an algorithm or coding formula.
  • the digital data encoded in the nucleotide sequence may be decoded and reconstructed by sequencing later.
  • the carrier particle 200 is composed of a polymer matrix 310, and the biochemical molecules 100 are connected to the surface or the inside of the polymer matrix 310. As such, the particles 200 enable the storage, storage or transport of the biochemical molecules 100.
  • FIG. 1B it can be seen that the biochemical molecule 100 is physically or chemically connected to and supported by the polymer chain 312 constituting the polymer matrix 310.
  • the biochemical molecule 100 or the polymer chain 312 may be added with a chemical functional group at its end. The presence of chemical functional groups can lead to chemical bonds such as ester bonds, ether bonds, amide bonds, and the like.
  • the polymer matrix 310 may be made of a photocurable polymer material.
  • the polymer matrix 310 may contain water without dissolving in an aqueous environment, and thus suitable for enzymatic reactions and chemical reactions, and may be made of various polymers. It may be made of a hydrogel material in that it can have physical properties. More preferably, the polymer matrix 310 may be made of a porous hydrogel material. As will be described later, the porous hydrogel material may be made by photocuring a raw material mixture containing a photocurable material and an initiator, and adding a non-photocurable material such as polyethylene glycol (PEG) to the raw material mixture during the photocuring process. It can be produced in a manner.
  • PEG polyethylene glycol
  • the porosity of the polymer matrix 310 may be controlled according to the size and amount of the biochemical molecules 100 introduced into the polymer matrix 310. That is, by increasing the surface area of the carrier particles 200 to introduce as many biochemical molecules 100 as possible into the carrier of the minimum volume, it is possible to induce a rapid chemical and biological reaction rate when the biochemical molecules 100 are reacquired later. .
  • the polymer matrix 310 has a porosity so that the biochemical molecules 100 can be easily released from the polymer matrix 310 of the carrier particle 200.
  • the porosity of the polymer matrix 310 may be adjusted to an average pore size of 10 to 300 nm, preferably 10 to 200 nm, more preferably 20 to 100 nm. Also porosity may be 10 to 70%, preferably 20 to 60%. In the above range, the inner surface area of the polymer matrix 310 may be sufficiently secured. However, the pore size and porosity may be appropriately adjusted according to the mechanical properties of the carrier particle 200 and the desired information storage amount.
  • the protective layer 320 may be introduced into the carrier particle 200, and the protective layer 320 may have a shape surrounding the polymer matrix 310.
  • the protective layer 320 may be made of an inorganic material, and may be made of metals such as gold, silver, copper, platinum, titanium, iron, and aluminum, or metal oxides such as titania, zirconia, alumina, and silica. It may be made of silica in consideration of ease and durability.
  • the protective layer 320 may have a thickness of several tens of nanometers to several micrometers. Due to the presence of the protective layer 320, the biochemical molecules 100 in the carrier particle 200 may not be exposed to an external environment such as moisture, temperature, chemicals, etc., and thus the preservation may be greatly improved.
  • the carrier particle 200 having the polymer matrix 310 as a body is flexible, soft, can have various structures and shapes, and is easy to manufacture. At the same time, however, they are easily damaged mechanically and chemically. In addition, small external molecules may be absorbed into the polymer matrix 200 to damage or contaminate the biochemical molecules 100. In contrast, inorganic materials such as titania and silica are generally much harder and more chemically resistant than polymer organics. However, this is also fragile and difficult to mold in various forms. Therefore, the coating of the inorganic material on the polymer matrix 310 combines the advantages of the two materials so that the carrier particles 200 can have a strong, hard, chemically stable, durable and easy to mold in various forms at the same time.
  • the size of the carrier particles 200 may be determined according to the amount of biochemical molecules 100 to be stored, and the size of the carrier particles 200 may be generally 1 ⁇ m to 1 mm, although not particularly limited. .
  • the volume may have a size of about 10 ⁇ 9 to 1 mm 3 . Accordingly, unlike the nanoscale particles, it is possible to easily classify or handle the carrier particles 200 by a simple device such as tweezers, and can be observed by a mobile phone camera, a microscope, or the like. As such, according to the amount of biochemical molecules to be stored in the carrier particle 200, the size of the suitable particles may be maximized to maximize space efficiency and convenience.
  • the index code 300 is formed on a portion of the carrier particle 200 to store the information of the biochemical molecules 100 formed in connection with the carrier particles 200 and provide the information to the user, thereby enabling indexing of the biochemical molecules 100. Do it.
  • the index code 300 of the biochemical carrier may be represented by a QR code as illustrated.
  • the index code 300 may be simply expressed as a binary code consisting of zeros and ones or a graphical code such as a figure shape.
  • the index code 300 may include fluorescence using fluorescent dyna bleaching, structure color by magnetic nanoparticles, and rare earth ion doped upconversion. It may be represented by a spectral code using a nano earth (rare earth ion-doped upconversion nanocrystal) or photoluminescence by quantum dots, or a topographical code such as a wrinkle pattern.
  • the index code 300 may include information on biochemical molecules 100 bound to the carrier particle 200, a method for reacquiring the same, and analyzing the information to decrypt the encrypted digital information, or may access the decryption method. It can contain the back.
  • the information of the biochemical molecule 100 may include, for example, the type, amount, use, production time, production method, and the like of the substance. Accordingly, when the index code 300 is queried later, the biochemical molecules 100 stored in the carrier particle 200 may be indexed. In other words, if there is an index code 300, the user can accurately determine the information contained in the biochemical molecules 100 by decoding it.
  • the index code 300 may include information regarding the reacquisition method of the biochemical molecule 100.
  • a process of breaking the connection between the porous polymer matrix 310 and the biochemical molecules 100 is required.
  • various methods can be used to disconnect, but depending on the type of biochemical molecule, if you try to regain the biochemical molecule by disconnecting it in the wrong way, the biochemical molecule may be damaged.
  • the single-stranded DNA can be reacquired by heating, but if the re-acquisition of the protein is performed in the same manner, the protein may be damaged. . Therefore, by storing the reacquisition method suitable for the type of the biochemical molecules 100 and the form in which the biochemical molecules 100 are connected to the index code 300, the biochemical molecules 100 may be safely reacquired.
  • the chemical linkage in the biochemical molecules 100 is cleaved by heating the biochemical carrier, irradiating light of a specific wavelength band, or treating a specific chemical. Or, it may include a method for amplifying the biochemical molecules 100 using the enzyme.
  • the index code 300 may include a method of removing the protective layer 320, for example, a method of removing the silica or metal protective layer, as information about a reacquisition method of the biochemical molecule 100.
  • the protective layer 320 may be removed through the acid treatment of the reagent, and the type of the reagent, the strength of the acid, and the treatment time may vary depending on the thickness of the protective layer 320.
  • the index code 300 may specify appropriate processing conditions so that reagent treatment is performed in an amount greater than necessary to not damage the biochemical molecules 100 in the carrier particle 200.
  • step S1 the digital data is encoded into the sequence of the biochemical molecule.
  • the digital data may be converted from analog data.
  • the digital data may include text information, numeric information, preference information, image information, sound information, video information, and the like.
  • the digital data may correspond to a sequence of a biochemical molecule, and as described above, when the biochemical molecule is a nucleic acid, the digital data may be converted into a hexadecimal number to correspond to each base sequence of the biochemical molecule. It may also be encoded into the sequence of a biochemical molecule by a specific algorithm or coding formula.
  • biochemical molecules are synthesized according to the encoded sequence.
  • the encoded sequence may be a nucleic acid sequence or an amino acid sequence.
  • Synthesis of the biochemical molecules may be a method of synthesizing DNA and RNA on silica columns or microarrays using phosphoamidite chemistry.
  • the synthesis method on the microarray includes ink-jet printing [A. P.
  • biochemical molecules may also include proteins, antigens, and antibodies synthesized by enzymatic or chemical reaction of DNA or RNA synthesized through the above method.
  • the photocurable material is ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, methyl methacrylate, acrylamide, allylamine, polyethylene oxide, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, Polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylate, and combinations thereof.
  • polyethyleneglycol diacrylate which is a photocurable material, has acrylate functional groups at both ends of polyethyleneglycol, and may be crosslinked with a hydrogel having a three-dimensional structure when free radical polymerization occurs.
  • the photocurable material may be any type of material that can be changed from liquid to solid by external light.
  • Commercial photocurable materials include photoresists such as SU-8 or Norland Optical Adhesives (NOA).
  • the mixture of biochemical molecules and the photocurable material may further comprise an initiator and may cause free radical polymerization by an external energy source.
  • the initiator may be an azo compound or a peroxide.
  • the mixture may further include a suitable crosslinking agent, and examples thereof include N, N'-methylenebisacrylamide, methylenebismethacrylamide and ethylene glycol dimethacrylate.
  • the biochemical molecule may have a functional group capable of chemical connection with the chain constituting the polymer matrix in order to chemically bond the biochemical molecule to the polymer matrix.
  • the biochemical molecule may be used by itself as including a chemical functional group or modified with a chemical functional group.
  • PCR polymerase chain reaction
  • amplification may be performed on a DNA synthesized according to digital data information by using a primer having an acrylamide functional group.
  • RNA when the biochemical molecule is RNA, a nucleotide attached to an acrylamide functional group may be added at the time of transcription, or the acrylamide functional group may be attached to the RNA terminal during chemical synthesis of RNA.
  • the functional group when the biochemical molecule is a protein, the functional group may be added by adding a modified amino acid having an acrylamide functional group upon chemical synthesis, or by adding an acrylamide functional group through a chemical reaction to the -SH group or the amine group of an already synthesized protein. Can be added.
  • the mixture may further comprise a porous imparting material, the porous imparting material is a non-photocurable material to increase the surface area by forming pores in the matrix without participating in the curing reaction during curing of the photocurable material Do it.
  • the carrier particles obtained after finishing the curing process may have a porous hydrogel form.
  • the porous imparting material may be used 40 to 250 parts by weight, preferably 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the photocurable material.
  • the porous imparting material may be polyalkylene glycol, and polyethylene glycol or polypropylene glycol may be mentioned as a preferable example in terms of compatibility and physical properties with a photocurable material.
  • step S4 the mixture is cured to obtain carrier particles with a polymer matrix.
  • the curing process may be performed by applying patterned energy to the mixture, and the patterned energy may include, without limitation, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, and electron beams.
  • the irradiation of the patterned energy may be performed by a physical mask or a digital micromirror device (DMD) using ultraviolet light.
  • DMD digital micromirror device
  • the curing process may be performed by various lithography methods, including general photolithography using a contact mask, optofluidic maskless lithography (OFML) using a digital micromirror device, and stop-flow synthesis in a microfluidic channel. Lithography (stop-flow lithography).
  • the biochemical molecules may be immobilized in the polymer matrix after curing.
  • the biochemical molecules may be chemically connected to the polymer matrix to minimize the loss of biochemical molecules due to the external environment.
  • An index code can be assigned to the carrier particles by including a coding step simultaneously or separately with the curing process in step S5.
  • the encoding can be performed in a variety of ways.
  • a method of optical lithography patterning may be applied as a method of encoding the carrier particles.
  • the photolithographic lithography method of Korean Patent No. 10-1004769, the fluid lithography method and the polymerization method of US Patent No. 7,709,544 may be applied, but not limited thereto, and various known lithography methods may be applied.
  • the method of encoding the carrier particles for example, by forming a code on the particles by patterning the label means '1' and '0' on the photocurable polymer to be distinguished from each other according to the degree of photocuring, respectively. can do.
  • the optical lithography method described above for example, in the case of photofluidic maskless lithography using a digital micromirror device without a mask, may form as many as one million or more various types of codes for particles containing the target material. It can have an advantage.
  • encoding of the carrier particles may be achieved by including in the carrier particles various fluorescent materials of different colors.
  • various known techniques can be applied for this purpose.
  • the method of encoding the carrier particles may apply a method of forming a color code using magnetic ink.
  • a method of using the magnetic ink as disclosed in Korean Patent Application No. 10-2010-0029613 is as follows. First, a photocurable material including magnetic nanoparticles is provided and an external magnetic field is applied to align the magnetic nanoparticles in the photocurable material. And, it may be performed by applying light from the outside to cure the photocurable material. The arrangement of the magnetic nanoparticles may be changed by the intensity of the external magnetic field to express different colors.
  • the carrier particles may be color coded by arranging the magnetic nanoparticles to be discriminated from each other in a carrier particle made of a photocurable polymer. The contents disclosed in this document can be incorporated by reference herein.
  • the index code may include information on the mixed substance, reacquisition and decryption thereof, and the like.
  • the index code may include a URL in which data information is recorded in a web server, thereby accessing a larger amount of data information at any time than the amount of biochemical molecules stored in the code through the web server.
  • the protective layer may have a form continuously surrounding the surface of the carrier particle, and the protective layer may be a silica protective layer or a metal protective layer made of Si—O—Si bonds.
  • a linker material may be introduced for easy introduction of the silica protective layer when curing the photocurable material mixture using optical lithography in step S4. That is, the carrier particles may be prepared by mixing a photocurable material mixture with a linker material having both a photocurable functional group (eg, an acrylate group) and a functional group (eg, an alkoxysilyl group) capable of forming a siloxane bond.
  • a silica protective layer is introduced through a sol-gel reaction by a silica precursor.
  • the linker reacts with the photocurable material to form a copolymer, forming a skeleton of carrier particles, and allowing alkoxysilyl groups to exist on the surface of the carrier particles.
  • a -Si-O-Si- bond may be formed at the core-shell interface by the reaction of the alkoxysilyl group grafted on the surface of the carrier particle with the silica precursor.
  • the formation of the silica shell through the silica coating may not be easy.
  • a linker having a photocurable material and a polymerizable functional group and an alkoxysilyl group at the same time is mixed with the photocurable material to form a mixture and cured on the surface of the carrier particle. It becomes possible to coat the silica shell through the grafted alkoxysilyl group.
  • the formation of the silica shell can be carried out by various known methods, for example a modified Stober method can be used.
  • the carrier particles grafted with the alkoxysilyl group are introduced into a solution of distilled water, ethanol and NH 4 OH.
  • Tetraethylorthosilicate (TEOS) is then injected into the solution as a silica precursor and reacted to form a silica shell.
  • TEOS Tetraethylorthosilicate
  • a -Si-O-Si- bond may be formed at the core-shell interface by the reaction of the alkoxysilyl group grafted on the surface of the carrier particle core and the silica precursor.
  • the formation of the protective layer may also be introduced by metal deposition.
  • Metal deposition can be performed using a sputtering technique.
  • Sputtering techniques include DC sputtering using a DC power supply and RF sputtering using high frequency, and DC sputtering is preferable for metal deposition.
  • the sputtering technique starts with the collision between electrons generated from the gas supplied into the chamber, and when the injected inert gas (argon, nitrogen) is added and the voltage is applied to the cathode, electrons are released and collide with the argon gas atom to ionize it. .
  • the gas is excited and emits electrons, and energy is released and a purple plasma in which ions and electrons coexist is accelerated to a metal target, which is a cathode, by a large potential difference. Collisions, and neutral metal target atoms stick out to form a thin film on the substrate.
  • the process of forming the metal protective layer of the carrier particles may be performed by using the principle described above, through which a protective layer made of a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, or aluminum may be introduced to the surface of the carrier particles. have.
  • the size of the biochemical carrier produced by the above-described manufacturing method may be larger than 1um and smaller than 1mm.
  • nano-scale particles unlike nano-scale particles, it is easy to classify and handle particles with simple devices such as tweezers, and it is the smallest unit that can be observed with a mobile phone camera or microscope.
  • the amount of digital data that can be contained per particle can be determined according to the amount of biochemical molecules added when the particles are synthesized, and one particle having a size of 500 um or more has a terabyte or more. This can be stored, which is beyond the storage density of an existing hard disk or SSD.
  • particles of the minimum size are known, so that particles of a desired size of a specific size and shape can be manufactured as needed.
  • the biochemical carrier may be stored in a dry state in the form of individual particles or mixed with various particles, and if necessary, may be collected by self-assembly on a substrate, or assembled in a microfluid, or assembled between particles.
  • the biochemical carrier may be stored in a plastic or glass container in a dispersed form in a solvent such as water, ethanol or a buffer solution.
  • Fluid-based particle separation techniques may be used, or techniques may be used to separate dried particles through laser irradiation.
  • Figure 3 illustrates a specific process of the manufacturing method of the biochemical carrier according to one embodiment of the technology disclosed herein.
  • Biochemical carriers that can be stored, preserved, and indexed by mixing and performing light-based lithography using digital micromirror devices to form carrier particles encoded with biochemical molecular information and adding a protective layer to the carrier particles. Can be efficiently produced.
  • Ac at the end of a biochemical molecule represents a functional group capable of chemically bonding to a photocurable polymer.
  • a method of recovering digital data from a biochemical carrier is provided.
  • 4 is a process flow diagram illustrating a method of restoring digital data according to an embodiment of the present disclosure.
  • an index code of a carrier particle into which biochemical molecules are introduced is analyzed.
  • the index code may contain schematic information including a method of reacquiring the biochemical molecules.
  • a QR code reader or other image analysis device can be used to quickly obtain the carrier particle information.
  • the biochemical molecules are reacquired from the carrier particles based on the analysis result of the index code.
  • the biochemical molecules linked to and immobilized on porous carrier particles can be reacquired in various ways.
  • the biochemical molecule is DNA
  • it is separated from the carrier particle using a restriction enzyme with reference to the index code, or amplified using a polymerase using DNA primer information of the index code. You can.
  • the biochemical molecule is RNA
  • the biochemical molecule may be separated after being transformed into a DNA form using a reverse transcriptase with reference to the index code.
  • the biochemical molecule in the carrier particle may remain intact and the amount thereof may hardly decrease even after the reacquisition process of the biochemical molecule.
  • the shelf life and preservation of these biochemical carriers allows for the reacquisition of repetitive biochemical molecules.
  • the protective layer can be removed by physical or chemical methods, for example by treatment with acidic reagents.
  • the index code may include information on a method of removing the protective layer.
  • step S13 the sequence of the biochemical molecule is analyzed.
  • the biochemical molecules amplified or separated from the carrier particles may be sequenced through various methods such as biochemical molecular analysis through next generation sequencing (NGS), Sanger sequencing, nano pore sequencing and the like.
  • NGS next generation sequencing
  • Sanger sequencing Sanger sequencing
  • nano pore sequencing nano pore sequencing
  • the index code may also include translation of biochemical molecular sequences to reacquire digital data information. That is, when digital data is encrypted and stored, the index code may include information about an encryption method (for example, an encryption algorithm or a table for explaining digital information corresponding to a base sequence).
  • an encryption method for example, an encryption algorithm or a table for explaining digital information corresponding to a base sequence.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a method for recovering digital data from a biochemical carrier in accordance with one embodiment of the techniques disclosed herein.
  • sequence information obtained through a process of removing a protective layer by performing acid treatment on a biochemical carrier in which digital data is stored in the form of a sequence of biochemical molecules and sequencing of biochemical molecules obtained from carrier particles is decoded. You can see the process of restoring the original digital data.
  • the carrier particle may include a plurality of data sets, and based on the code generated in the carrier particle, biochemical molecules corresponding to any one of the plurality of data sets are selected, and corresponding biochemistry The sequence of the molecules can be analyzed to selectively restore the desired data set.
  • a header file or a summary file of data may be stored in a carrier particle to selectively restore a desired data set from a plurality of data sets.
  • the storage of the header file may be stored in the form of an index code on the carrier particles, or encoded in the sequence of biochemical molecules and stored in the carrier particles. In the latter case, when recovering the data later, it is inconvenient to decode the header file first and then recover the data, but it may be used when the file size exceeds the storage limit of the index code on the particle.
  • biochemical molecules are formed by being connected to encoded porous carrier particles, there is an effect of increasing spatial density and increasing stability of biochemical molecules in storage of biochemical molecules having data information.
  • the carrier particles themselves may contain index codes to provide information on biochemical molecules in the particles, thereby facilitating the sorting, sorting and processing of the carriers, thus eliminating the need for additional sorting and sorting of the carrier particles. There is no advantage.
  • the biochemical molecules are linked to the carrier particles so that they are not lost in later analysis.
  • This property can be used as an advantage in the original maintenance concept of highly complex biochemicals.
  • digital data storage using DNA stores digital data in at least thousands of DNA nucleic acid fragments.
  • DNA is generally subjected to amplification using a polymerase for copying or analysis.
  • an imbalance between data components may occur due to a difference in amplification efficiency of each nucleic acid fragment.
  • This imbalance can become more severe as it is amplified. That is, the conventional digital data storage method using DNA no longer has the original data structure after one analysis, and copying of the original is also impossible. This may be regarded as a write once read once (WORO) system.
  • WORO write once read once
  • the originals since the biochemicals that serve as originals are connected and fixed to the particles, the originals may be maintained even after amplification using a polymerase. On the other hand, even if the biochemical is attached to the particles, since the end of the material that is not directly involved in amplification is connected to the carrier particles, it does not affect the function of the biochemical that stores information.
  • FIG. 6 illustrates the biochemical carrier actually manufactured by the manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 illustrates the biochemical carrier actually manufactured by the manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 (a) is a scan picture of Hunminjeongeum Haeyeolbon used for storage, (b) is an enlarged image of the synthesized carrier particles. The scale bar at the bottom right is 200um.
  • (c) is an example of the result when the QR code of the synthesized carrier particles is recognized and the result of accessing the identified information and the URL address shown, and (d) shows the treated carrier particles as tweezers.
  • the synthesized DNA was PCR amplified using a primer equipped with an acrylamide chemical group, and mixed with the photocurable material, polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) and a photocuring initiator. Thereafter, the mixture was photocured by the optofluidic maskless lithography (OFML) technique to form a carrier particle having a size of about 500 um with a QR code engraved on the surface thereof (see FIG.
  • OFML optofluidic maskless lithography
  • the QR code engraved on the surface of the carrier particle contained primer information and encryption techniques for reacquiring the stored DNA from the carrier particle.
  • it includes URL information related to the information of the carrier particles, so that the information of the data beyond the QR code information storage rate is recorded on the web server so that the web server can be accessed (see FIG. 6 (c)).
  • the particles produced can be seen with the naked eye and easily handled using tweezers (see FIG. 6 (d)).
  • the amount of digital data per particle changed depending on the amount of DNA added when the carrier particles were synthesized. It was confirmed that several terabytes can be stored in one of the prepared carrier particles.
  • a hydrogel material using PEGDA which is a photocurable material, is used as a polymer matrix constituting the body of the biochemical carrier.
  • Carrier particles made of porous hydrogel were prepared.
  • the porosity and average pore size of the prepared carrier particles were measured, and the DNA present in the carrier particles was PCR amplified to compare the amplification rates of the carrier particles made of the porous hydrogel material with those of the other particles.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for comparing the PCR amplification rate between each particle made of a nonporous hydrogel material and a porous hydrogel material.
  • PCR amplification is possible up to DNA existing inside the particle due to an increase in surface area, resulting in an increase in PCR efficiency.
  • PCR amplification is possible even with a small amount of DNA relative to the same volume, thereby increasing the DNA capacity.
  • FIG. 8 is a table showing the results of comparing the physical properties of the nine samples made using three types of porogen (porogen) together with one sample made only of PEGDA as a control (control).
  • % of raw material means weight percentage.
  • the photocurable material used to make the carrier particles was PEGDA 700, and PEG 600, PEG 1000 and PEG 1500 were used as porosity imparting materials. Average pore size and porosity were measured by mercury adsorption.
  • the larger the PEG content the larger the pore size.
  • the average pore size was 170 nm and the pore size was 40%.
  • the average pore size was 120 nm and 32%.
  • the material using PEG 600 had an average pore size of 60 nm and a porosity of 19%.
  • the degree of polymerization of PEG used increased, the pore size and porosity increased.
  • the pores of the carrier particles were 22 nm and the porosity was 9%. This means that the desired pore size and porosity of the carrier particles can be controlled by the type and amount of porosity imparting material.
  • FIG. 9 is a scanning electron micrograph showing a cross section of a carrier particle using PEG 600 as a porous imparting material.
  • Figure 9 a is a carrier particle synthesized using only PEGDA 700 as a control
  • Figure 10 is a graph comparing the PCR amplification rate for the DNA of the carrier particles prepared using a porous hydrogel material.
  • (b) is a result of comparing the DNA amplification rate of the porous particles relative to the control.
  • Samples with and without a silica protective layer in the biochemical carrier were tested for the preservation of biochemical molecules against external chemical stimuli, respectively.
  • three samples in the form of microparticles incorporating DNA molecules were prepared, one of which was an untreated specimen (sample 1) as a control and the other two were subjected to DNA destruction test using reactive oxygen species (ROS). It was.
  • Sample 2 was a specimen without a silica protective layer and sample 3 was a specimen with a silica protective layer.
  • the silica protective layer was introduced by the following method.
  • a linker material having a functional group capable of forming a siloxane bond is mixed with a mixture containing a photocurable material and related additives to form carrier particles in which a siloxane bondable functional group is grafted.
  • a silica protective layer was made on the particles through a sol gel reaction with the precursor.
  • FIG. 11 shows DNA destruction test results using reactive oxygen species (ROS).
  • ROS reactive oxygen species
  • the silica protective layer of the carrier particles was mixed with BOE (Buffered Oxide Etch) diluted 400-fold and incubated at room temperature for about 20 minutes for etching.
  • BOE Bovine Oxide Etch
  • the material that can etch the protective layer such as BOE or hydrofluoric acid can be used universally, but a lot of dilution so as not to affect the DNA of the carrier particles.
  • the particles were then washed several times in Tris-EDTA (pH 7.2) to normalize pH and wash the BOE of the filtrate. After washing, the obtained carrier particles were transferred to a PCR solution consisting of DNA polymerase and primers consisting of the sequences obtained in the manner described in the index code, and PCR was performed to amplify DNA in the particles.
  • NGS next-generation genome analysis
  • 70% of the original data could be obtained by reacquiring a read of 150bp in length.
  • Probability histogram of the number of reads acquired between components was obtained by distributing the acquired data to the previous design configuration address.
  • Figure 12 shows the probability histogram of the number of NGS results corresponding to each designed DNA library.
  • the horizontal axis represents the number of corresponding NGS reads per DNA library design
  • the vertical axis represents the probability of the corresponding result.
  • 0.5% (25) of 0 on the horizontal axis means that there are no NGS results for 25 library designs. However, it was possible to recover with the error-recurring iteration-owning designs created for this case.
  • Clustering NGS results for each address to obtain representative results, comparing them with individual repetitive data at other addresses and correcting about 1% information error and about 0.5% loss information The existing data was then restored.
  • the preservation test according to the reuse of the biochemical carrier was performed by the following method. 13 is a test result confirming the retention of DNA molecules according to the number of reuse of the carrier particles to which the DNA molecules are bound.
  • the original preservative properties of the carrier particles make it possible to store and selectively recover a plurality of different data sets within one particle. For example, when performing selective repair by PCR amplification, different primer sets are used. Thus, different sets of biochemical molecules in which different repair methods can be applied are stored in a particle, and a specific repair method is applied. If desired, the desired biochemical molecules can be recovered.
  • header file or summary file of the data may be stored not only in the index code but also in the sequence of the biochemical molecules in the particle, so that the header file or the summary file of the data may be identified before the original file of the data is translated. This allows the particle itself to function as a data center with all the summaries of the data, even if the web page stored and accessible in the code is lost.
  • FIG. 14 shows three scanned image data files stored in a biochemical carrier
  • FIG. 15 is an excerpt of some of its description.
  • Scanned copies of Hunminjeongeum, Jijiksim, and Daedong Yeoji maps are about 5000 kinds of 150nt DNA sequences. Encoded and stored in the particle.
  • a data description can be obtained using a QR code, and three kinds of image data files can be obtained separately as needed using the DNA amplification method and acquisition method described in the code (see FIG. 15).
  • a primer set corresponding to ATTTAGGTGACACTATAG / TGTGACCTGATCCGC can be synthesized and then amplified using DNA, and then restored through NGS. It can also be used to correct data errors by ensuring that the algorithm for correcting lost or error data is RS (Reed-solomon).
  • the original biochemical material since the original biochemical material is connected to and fixed to the particles, the original may be maintained even after amplification using a polymerase.
  • the biochemical even if the biochemical is attached to the particles, since the end of the material that is not directly involved in the amplification is connected to the carrier particles, it does not affect the function of the biochemical that stores information.
  • the biochemical carrier even if the biochemical carrier is reused dozens of times, the amount of the original biochemical molecules can be preserved as it is. As a result, it is possible to implement the ROWM (Read Once Write Many) system for the first time in a biochemical storage methodology.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioethics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 디지털 데이터 정보를 암호화한 서열을 구비하는 생화학 분자; 고분자 매트릭스로 구성되며 생화학 분자가 고분자 매트릭스의 표면 또는 내부에 연결된 운반체 입자; 및 운반체 입자에 도입된 색인 코드를 포함하는 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 개시된 기술의 또 다른 측면에 의하면, 디지털 데이터를 생화학 분자의 서열로 인코딩 하는 단계; 인코딩된 서열에 따라 생화학 분자를 합성하는 단계; 생화학 분자를 광경화성 물질과 혼합한 혼합물을 형성하는 단계; 혼합물을 경화하여 고분자 매트릭스를 구비한 운반체 입자를 얻는 단계; 및 경화 과정과 동시에 또는 별도로 운반체 입자에 색인 코드를 도입하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체의 제조 방법 및 생화학 물질 운반체의 색인 코드를 분석하는 단계; 색인 코드의 분석결과에 의거하여 생화학 물질 운반체로부터 생화학 분자를 재획득하는 단계; 생화학 분자의 서열을 분석하는 단계; 및 서열 결과를 디코딩하여 디지털 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법이 제공된다.

Description

저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법
본 명세서에 개시된 기술은 생화학 물질 운반체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생화학 물질의 저장, 보존 및 색인을 용이하게 하는 생화학 물질 운반체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
핵산이나 단백질 등의 생화학 분자는 백신, 치료제, 진단용 프로브 등 의료, 제약적 목적 뿐만 아니라 최근에는 데이터 저장용 매개체로 재료 공학적 목적으로 사용되고 있다. 이는 0과 1로 대표되는 바이너리 디지털 데이터를 생화학 분자의 서열로 번역 혹은 암호화하여 이를 저장하는 것인데, 기존 저장 방법에 비해 매우 높은 집적도를 가지고 있으며, 전기나 추가 관리 없이 매우 긴 시간 정보를 보존할 수 있다.
본 디지털 데이터의 생화학 분자로의 저장이 도입되면서, 생화학 분자의 효율적 색인, 보관, 취급법이 요구되어지고 있다. 타 재료들과 비교하였을 때, 생화학 분자의 특징은 매우 적은 양을 일회 사용한다는 것이다. 디지털 데이터 저장용 DNA등은 1회 사용 양이 최대 수 ug이며 이의 실제 부피는 수십 나노미터의 정사면체 정도이다. 또한 건조시켰을 때나 완충액에 섞여있을 경우 개별 생화학 분자 종류가 서로 구분이 되지 않는다. 이러한 이유로 사용자들은 이러한 생화학 분자를 건조시키거나 완충액에 섞어 수 센티미터 크기의 플라스틱 튜브나 유리병에 담아서 보관한다. 또한 이때 생화학 분자의 종류, 취급법, 재획득법 및 서열을 해독하여 디지털 데이터를 얻는 법 등의 색인은 보관체 표면의 표식을 통해 진행될 수 있다. 하지만 이러한 방식은 필요 이상의 공간을 사용하여 공간 사용의 집적도 및 효율성을 저해한다. 따라서, 생화학 분자의 크기를 효율적으로 색인, 보관 및 취급을 할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 생화학 물질의 저장, 보존 및 색인을 용이하게 하는 생화학 물질 운반체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 측면에 의하면, 디지털 데이터 정보를 암호화한 서열을 구비한 생화학 분자; 고분자 매트릭스로 구성되며 상기 생화학 분자가 상기 고분자 매트릭스의 표면 또는 내부에 연결된 운반체 입자; 및 상기 운반체 입자에 도입된 색인 코드를 포함하는 생화학 물질 운반체가 제공된다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면, 디지털 데이터를 생화학 분자의 서열로 인코딩하는 단계; 상기 인코딩된 서열에 따라 생화학 분자를 합성하는 단계; 상기 생화학 분자를 광경화성 물질과 혼합한 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 경화하여 고분자 매트릭스를 구비한 운반체 입자를 얻는 단계; 상기 경화 과정과 동시에 또는 별도로 상기 운반체 입자에 색인 코드를 도입하는 단계; 및 상기 운반체 입자를 둘러싼 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체의 제조방법이 제공된다.
본 명세서에 개시된 기술의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 생화학 물질 운반체의 색인 코드를 분석하는 단계; 상기 색인 코드의 분석결과에 의거하여 상기 생화학 물질 운반체로부터 상기 생화학 분자를 재획득하는 단계; 상기 생화학 분자의 서열을 분석하는 단계; 및 상기 서열 결과를 디코딩하여 디지털 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법이 제공된다.
본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 생화학 분자가 코드화된 다공성 운반체 입자에 연결되어 형성됨으로써, 데이터 정보를 가진 생화학 분자의 보관에 있어 공간 집적도가 높으며, 생화학 분자의 안정성이 높아지는 효과가 있다. 또한, 운반체 입자 자체에 색인 코드가 포함되어 해당 입자 내 생화학 분자의 정보를 제공할 수 있고, 이를 통해 운반체의 분류, 정리 및 처리가 용이하게 수행될 수 있어 운반체 입자의 추가적 분류 및 정리가 필요하지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체의 제조방법의 구체적인 과정을 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 디지털 데이터의 복원방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법의 개략도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 제조방법으로 실제 제조한 생화학 물질 운반체를 나타낸다.
도 7은 비다공성 하이드로젤(nonporous hydrogel) 소재와 다공성 하이드로젤(porous hydrogel) 소재로 이루어진 각각의 입자 사이의 PCR 증폭률을 비교하기 위한 개념도이다.
도 8은 3종류의 다공성 부여 물질(porogen)을 이용하여 만든 9개의 샘플의 물성을 대조구(control)로서 PEGDA만으로 만든 1개의 샘플을 함께 비교한 결과를 표로 나타낸 것이다.
도 9는 PEG 600을 다공성 부여 물질로 사용한 운반체 입자의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 다공성 하이드로젤 소재를 이용하여 제조한 운반체 입자의 DNA에 대한 PCR 증폭율을 비교한 그래프이다.
도 11은 ROS(reactive oxygen species)를 이용한 DNA 파괴 시험 결과이다.
도 12는 NGS 결과가 각각의 디자인된 DNA 라이브러리에 해당되는 수를 확률 히스토그램으로 나타낸 것이다.
도 13은 DNA 분자가 결합된 운반체 입자의 재사용 횟수에 따른 DNA 분자의 보존성을 확인한 시험결과이다.
도 14는 생화학 물질 운반체 내에 저장된 3가지 스캔 이미지 데이터 파일을 나타내고, 도 15는 이의 설명본 중 일부를 발췌한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 기술의 구현예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 구현예들은 당업자에게 개시된 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 개시된 기술은 이하 설명된 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 위에 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 바로 위에 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체를 나타낸 도면이다. 도 1에서, (a)는 코드화된 생화학 물질 운반체를 나타내고, (b)는 코드화된 생화학 물질 운반체의 A-B선을 따라 절단한 단면도이며, (c)는 운반체 입자 표면 상에 기록된 QR 코드의 내용의 일 구현예이다.
생화학 물질 운반체는 디지털 데이터 정보를 암호화한 서열로 포함한 생화학 분자(100), 운반체 입자(200), 및 색인 코드(300)를 포함한다. 생화학 분자(100)는 DNA나 RNA와 같은 핵산, 단백질, 항원, 항체, ZNA(zip nucleic acid) 및 PNA(peptide nucleic acid) 등과 같은 서열을 가지는 물질을 포함하며, 이의 혼합물 또는 이에 화학물질이 추가된 형태도 포함한다. 또한 상기 데이터 정보는 0과 1로 대표되는 단순한 디지털 데이터이거나, 책, 문자, 이미지, 영상, 숫자, 기호, 코드 등 다양한 정보일 수 있다. 예를 들어 생화학 분자(100)가 DNA인 경우, 상기 디지털 데이터 정보는 0과 1로 대표되는 2진수를 ATCG를 이용한 4진수로 변환하여 생화학 분자의 각 염기 서열에 대응시킬 수 있다. 또한, 특정 패턴을 형성하고, 특정 패턴이 특정 염기 서열과 대응되는 표를 만들어 생화학 분자의 염기 서열로 번역될 수 있으며, 알고리즘 또는 암호화 공식을 통해 생화학 분자의 염기 서열로 인코딩될 수도 있다. 이렇게 염기 서열로 인코딩된 디지털 데이터는 추후 시퀀싱에 의해 디코딩되어 복원될 수 있다.
운반체 입자(200)는 고분자 매트릭스(310)로 몸체가 구성되며, 생화학 분자(100)가 고분자 매트릭스(310)의 표면 또는 내부에 연결되어 있다. 이로써, 입자(200)는 생화학 분자(100)의 저장, 보존 또는 운반을 가능하게 한다. 도 1의 (b)를 참조하면, 생화학 분자(100)가 고분자 매트릭스(310)를 구성하는 고분자 사슬(312)과 물리적 또는 화학적으로 연결되어 지지됨을 알 수 있다. 고분자 사슬(312)과의 연결을 위해 생화학 분자(100)나 고분자 사슬(312)은 말단에 화학적 관능기가 부가된 것일 수도 있다. 화학적 관능기의 존재에 의해 에스테르 결합, 에테르 결합, 아마이드 결합 등의 화학 결합이 유도될 수 있다.
고분자 매트릭스(310)는 광경화성 고분자 물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 수상환경에서 용해되지 않고 물을 함유할 수 있어 효소반응, 화학 반응에 적합하고 다양한 고분자로부터 만들어 질 수 있기 때문에 여러 가지 화학적 조성과 물성을 가질 수 있다는 점에서 하이드로젤 소재로 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는 고분자 매트릭스(310)는 다공성 하이드로젤 소재로 이루어진 것일 수 있다. 후술하겠지만 상기 다공성 하이드로젤 소재는 광경화성 물질 및 개시제가 함유된 원료 혼합물의 광경화에 의해 만들어질 수 있으며, 광경화 과정에서 상기 원료 혼합물에 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 같은 비광경화성 물질을 추가하는 방식으로 제조될 수 있다. 특히 고분자 매트릭스(310)에 도입되는 생화학 분자(100)의 크기와 양에 따라 고분자 매트릭스(310)의 다공성이 조절된 것일 수 있다. 즉 최소한의 부피의 운반체에 최대한 많은 생화학 분자(100)를 도입할 수 있도록 운반체 입자(200)의 표면적을 넓힘으로써, 추후 생화학 분자(100)의 재획득시 빠른 화학, 생물학적 반응 속도를 유발할 수 있다. 또한 운반체 입자(200)의 고분자 매트릭스(310)로부터 생화학 분자(100)가 용이하게 방출될 수 있도록 고분자 매트릭스(310)은 다공성을 갖는 것이 바람직하다.
고분자 매트릭스(310)의 다공성은 평균 공극 크기(average pore size)가 10 내지 300nm로, 바람직하게는 10 내지 200nm, 더 바람직하게는 20 내지 100nm로 조절된 것일 수 있다. 또한 다공도(porosity)가 10 내지 70%, 바람직하게는 20 내지 60%일 수 있다. 상기 범위에서 고분자 매트릭스(310) 내부 표면적이 충분히 확보될 수 있다. 다만 운반체 입자(200)의 기계적 물성과 원하는 정보 저장량에 따라 공극 크기와 다공도는 적절히 조절될 수 있다.
한편, 운반체 입자(200)에는 보호층(320)이 도입될 수 있으며, 보호층(320)은 고분자 매트릭스(310)를 둘러싸는 형태를 갖는다. 보호층(320)은 무기물질로 이루어질 수 있는데 금, 은, 동, 백금, 티타늄, 철 , 알루미늄 등의 금속이나 티타니아, 지르코니아, 알루미나, 실리카 등의 금속산화물로 이루어진 것일 수 있으며, 바람직하게는 코팅 용이성과 내구성을 고려하여 실리카로 이루어질 수 있다. 보호층(320)의 두께는 수십 나노미터 내지 수 마이크로 미터의 규격을 가질 수 있다. 보호층(320)의 존재로 인해 운반체 입자(200) 내의 생화학 분자(100)가 습기, 온도, 화학물질 등의 외부 환경에 노출되지 않고 보존성이 크게 향상될 수 있다.
고분자 매트릭스(310)를 몸체로 하는 운반체 입자(200)는 유연하고(flexible), 연질이며(soft) 다양한 구조 및 형태를 가질 수 있으며 제작하기 쉽다. 그러나 동시에 기계적, 화학적으로 쉽게 손상이 된다. 또한 작은 외부의 분자들이 고분자 매트릭스(200) 내로 흡수되어 생화학 분자(100)를 손상시키거나 오염시킬 수 있다. 이와는 대조적으로 티타니아나 실리카 같은 무기물질은 일반적으로 고분자 유기물에 비해 훨씬 더 단단하고 내화학성이 뛰어나다. 하지만 이 또한 깨지기 쉬우며 다양한 형태로 성형하는 것이 어려운 문제를 가지고 있다. 따라서 고분자 매트릭스(310) 위에 무기물을 코팅하면 두 물질의 장점이 합쳐져 운반체 입자(200)가 강하고 단단하며 화학적으로 안정하고 내구성이 좋은 동시에 다양한 형태로 성형하기 쉬운 특징을 한꺼번에 가질 수 있다.
일 구현 예에서, 저장하고자 하는 생화학 분자(100)의 양에 따라 운반체 입자(200)의 크기가 정해질 수 있으며, 운반체 입자(200)의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니지만 통상 1um 내지 1mm일 수 있다. 부피 기준으로는 약 10-9 내지 1mm3의 크기를 가질 수 있다. 이에 따라 나노스케일의 입자와는 다르게 핀셋 등의 단순한 기기로 용이하게 운반체 입자(200)를 구분하거나 취급하는 것이 가능하며, 휴대폰 카메라, 현미경 등으로 관찰할 수 있다. 이처럼 운반체 입자(200)에 저장될 생화학 분자의 양에 따라 이에 맞는 적합한 입자의 크기를 갖도록 함으로써 공간효율성 및 편의성을 최대화할 수 있다.
색인 코드(300)는 운반체 입자(200)의 일 부분에 형성되어 운반체 입자(200)에 연결 형성된 생화학 분자(100)의 정보를 저장하고 사용자에게 제공함으로써, 생화학 분자(100)의 색인이 가능하도록 해준다. 도 1의 (c)를 참조하면, 상기 생화학 물질 운반체의 색인 코드(300)는 예시한 바와 같이 QR 코드로 표현될 수 있다. 그밖에 색인 코드(300)는 단순히 0과 1로 이루어진 바이너리 코드나 도형 형상과 같은 그래피컬 코드로 표현될 수도 있으며, 형광 다이나 블리칭을 이용한 형광, 자성나노입자에 의한 구조색, 희토류 이온 도핑된 상향변환 나노결정(rare earth ion-doped upconversion nanocrystal) 또는 양자점에 의한 광발광 등을 이용한 스펙트럴 코드(spectral code)로 표현되거나, 주름 패턴과 같은 토포그래피컬 코드(topographical code)로 표현될 수 있다.
색인 코드(300)에는 운반체 입자(200)에 결합된 생화학 분자(100)의 정보나 이를 재획득하고 이를 분석하여 암호화된 디지털 정보를 해독하기 위한 방법을 담고 있거나 상기 해독 방법에 접근할 수 있는 방법 등이 담길 수 있다. 구체적으로, 생화학 분자(100)의 정보는 예를 들어, 물질의 종류, 양, 사용처, 생산 시기, 생산 방법 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 추후 색인 코드(300)를 조회하면 운반체 입자(200)에 저장된 생화학 분자(100)의 색인이 가능해진다. 즉 색인 코드(300)가 있으면 사용자는 이를 디코딩하는 과정을 통해 생화학 분자(100)에 담긴 정보를 정확히 알아낼 수 있다.
일 구현예에서, 색인 코드(300)는 생화학 분자(100)의 재획득 방식에 관한 정보를 포함할 수 있다. 생화학 분자(100)의 재획득을 위해서는 다공성의 고분자 매트릭스(310)와 생화학 분자(100) 사이의 연결을 끊어내는 과정이 필요하다. 이를 위해 다양한 방법을 사용하여 연결을 끊을 수 있으나, 생화학 분자의 종류에 따라서는 잘못된 방식으로 연결을 끊어 생화학 분자를 재획득하려는 경우 생화학 분자의 손상을 가져올 수 있다. 일예로, 생화학 분자(100)가 이중나선 구조인 DNA의 경우, 가열방식으로 단일나선 구조의 DNA를 재획득할 수 있으나, 동일 방법으로 단백질을 재획득하려 하는 경우, 단백질의 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 생화학 분자(100)의 종류 및 생화학 분자(100)가 연결된 형태에 적합한 재획득 방식을 색인 코드(300)에 저장해놓음으로써, 생화학 분자(100)를 안전하게 재획득할 수 있다.
생화학 분자(100)를 재획득하는 방식으로서 예를 들어, 상기 생화학 물질 운반체를 가열하거나 특정 파장 대의 빛을 조사하거나 특정 화학 물질을 처리하는 등의 방식에 의해 생화학 분자(100) 내 화학 연결을 절단하거나, 효소를 이용하여 생화학 분자(100)를 증폭하는 방법 등이 포함될 수 있다.
일 구현예에서, 색인 코드(300)는 생화학 분자(100)의 재획득 방식에 관한 정보로서 보호층(320)의 제거방법, 예를 들어 실리카나 금속 보호층의 제거법을 포함할 수 있다. 일반적으로 이러한 보호층(320)은 산 계통의 시약 처리를 통해 제거될 수 있으며, 보호층(320)의 두께에 따라 상기 시약의 종류, 산의 세기, 처리 시간 등이 달라진다. 따라서 색인 코드(300)는 필요 이상의 양으로 시약 처리를 하여 운반체 입자(200) 내의 생화학 분자(100)에 손상을 주지 않도록 적절한 처리 조건을 명시할 수 있다.
한편, 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따르면 생화학 물질 운반체의 제조방법이 제공된다. 도 2는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 2를 참조하면, 단계 S1에서 디지털 데이터를 생화학 분자의 서열로 인코딩한다. 상기 디지털 데이터는 아날로그 데이터로부터 변환된 것일 수 있다. 상기 디지털 데이터는 문자 정보, 숫자 정보, 기호 정보, 이미지 정보, 소리 정보, 동영상 정보 등을 포함할 수 있다.
상기 디지털 데이터는 생화학 분자의 서열에 대응될 수 있으며, 앞서 설명한 것처럼 생화학 분자가 핵산일 경우, 상기 디지털 데이터를 4진수로 변환하여 생화학 분자의 각 염기 서열에 대응시킬 수 있다. 또한 특정 알고리즘 또는 암호화 공식을 통해 생화학 분자의 서열로 인코딩될 수도 있다.
단계 S2에서, 상기 인코딩된 서열에 따라 생화학 분자를 합성한다. 이러한 생화학 분자는 다양한 방식으로 합성될 수 있다. 상기 인코딩된 서열은 핵산 서열 또는 아미노산 서열일 수 있다. 상기 생화학 분자의 합성은 포스포아마다이트 화학(Phosphoramidite chemistry)을 이용하여 실리카 컬럼 또는 마이크로어레이 상에서 DNA, RNA를 합성하는 방식이 될 수 있다. 여기서, 상기 마이크로어레이 상에서의 합성방법에는 잉크젯 인쇄법(ink-jet printing) [A. P. Blanchard et al., High-density oligonucleotide arrays, Biosensors & Bioelectronics 11, 687-690(1996)], photolithography [Stephen P. A. Fodor et al., Light-directed, spatially addressable parallel chemical synthesis, Science 251, 767-773(1991)], 전기화학적 (electrochemical) 방법 [Donald D. Montgomery, US 6093302, Electrochemical solid phase synthesis]을 통한 합성법 등 여러 가지 in situ 합성법이 있을 수 있다. 또한 상기 마이크로어레이는 기판 위의 개별 장소에 각각 다른 종류의 분자들을 개별적으로 찍는 방법인 스폿팅(spotting) [Mark Schena et al., Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray, Science 270, 467-470(1995)], 대면적 전이(transfer) 혹은 복사 [Haohao Lin et al., Replication 21-9of a DNA microarray, JACS 127, 11210-11211(2005), Haohao Lin et al.,Replication of a DNA microarray from zip code masters, JACS 128, 3268-3272(2006)]의 방법을 통해 제작될 수 있다. 또한 상기 생화학 분자에는 상기 방법을 통해 합성된 DNA나 RNA의 효소 반응 또는 화학 반응을 통해 합성된 단백질, 항원, 항체도 포함될 수 있다.
단계 S3에서 상기 생화학 분자를 광경화성 물질과 혼합한 혼합물을 형성한다. 상기 광경화성 물질은 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 알릴아민, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트 및 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 광경화성 물질인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트는 폴리에틸렌글리콜 양 말단에 아크릴레이트 작용기가 있어서 자유라디칼 중합이 일어날 경우 3차원 구조의 하이드로젤로 가교될 수 있다. 기타, 광경화성 물질은 외부 광에 의해 액체에서 고체로 변할 수 있는 어떠한 형태의 물질도 가능하다. 상업적 광경화성 물질로서 SU-8와 같은 포토레지스트나 Norland Optical Adhesive(NOA) 등이 있다.
상기 생화학 분자와 상기 광경화성 물질의 혼합물은 개시제를 더 포함할 수 있으며 외부의 에너지원에 의해 자유라디칼 중합을 유발할 수 있다. 개시제는 아조계 화합물 또는 과산화물이 될 수 있다. 상기 혼합물은 적당한 가교제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들면, N,N'-메틸렌비스아크릴아마이드, 메틸렌비스메타크릴아마이드 및 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
추후 상기 광경화성 물질의 경화에 의해 고분자 매트릭스가 형성되는 과정에서 상기 생화학 분자와 상기 고분자 매트릭스와의 화학적 결합을 위해 상기 생화학 분자는 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 사슬과 화학적 연결이 가능한 관능기를 구비할 수 있다. 이를 위해 상기 생화학 분자는 그 자체로 화학적 관능기를 포함하거나 화학적 관능기로 개질된 것이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 생화학 분자가 DNA인 경우, 디지털 데이터 정보에 따라 합성된 DNA를 아크릴 아마이드 관능기가 달려있는 프라이머(primer)를 이용하여 PCR(polymerase chain reaction) 증폭을 시킬 수 있다. 한편 상기 생화학 분자가 RNA인 경우, 전사시 아크릴 아마이드 관능기가 붙어있는 뉴클레오티드(nucleotide)를 추가하거나 RNA의 화학합성시 아크릴 아마이드 관능기를 RNA 말단에 달아줄 수 있다. 또한 상기 생화학 분자가 단백질인 경우, 역시 화학합성시 아크릴 아마이드 관능기가 붙어있는 변형된 아미노산을 추가하거나, 이미 합성된 단백질의 -SH 기나 아민기에 화학 반응을 통해 아크릴 아마이드 관능기를 추가하는 방식으로 관능기를 부가할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 혼합물은 다공성 부여 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 다공성 부여 물질은 비광경화성 물질로 광경화성 물질의 경화시 경화반응에 참여하지 않고 매트릭스에 기공을 형성하여 표면적을 넓히는 역할을 한다. 그리하여 이후 경화 과정을 마치고 얻어지는 운반체 입자는 다공성 하이드로젤 형태를 가질 수 있다.
상기 다공성 부여 물질은 상기 광경화성 물질 100중량부에 대해 40 내지 250 중량부, 바람직하게는 50 내지 200 중량부 사용될 수 있다. 상기 다공성 부여 물질의 양이 상기 범위 미만에서는 다공성이 충분히 확보되지 않고 상기 범위 초과에서는 운반체 입자의 겉보기 비중이 너무 낮아져 저장하고자 하는 생화학 분자의 총량이 충분하지 않을 수 있다. 상기 다공성 부여 물질은 폴리알킬렌글리콜일 수 있으며, 광경화성 물질과의 상용성 및 물성 면에서 바람직한 예로 폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜을 들 수 있다. 상기 다공성 부여 물질에 의해 고분자 매트릭스의 표면적이 넓어지면 작은 부피의 운반체 입자에 최대한의 생화학 분자를 연결시킬 수 있으며, 이후 생화학 분자의 재획득시 빠른 화학적 생물학적 반응속도를 가져올 수 있다.
단계 S4에서 상기 혼합물을 경화하여 고분자 매트릭스를 구비한 운반체 입자를 얻는다. 상기 경화과정은 상기 혼합물에 패턴화된 에너지를 인가함으로써 이루어질 수 있으며, 상기 패턴화된 에너지로서 자외선, 가시광선, 적외선 및 전자빔 등이 제한 없이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴화된 에너지의 조사는 자외선을 이용하여 물리적 마스크 또는 디지털 마이크로미러 장치(DMD)에 의해 수행될 수 있다.
상기 경화과정은 다양한 리소그래피법으로 수행될 수 있는데 여기에는 콘택트 마스크를 이용한 일반적인 포토리소그래피 방식, 디지털 마이크로미러 장치를 이용한 OFML(optofluidic maskless lithography) 방식, 미세유체 채널(microfluidic channel) 안에서 합성하는 스톱-플로우 리소그래피(stop-flow lithography) 방식 등이 포함된다.
상기 경화 과정을 통해 취급이 용이한 고체상의 운반체 입자를 얻을 수 있다. 또한 경화 후에 상기 생화학 분자가 고분자 매트릭스 내에 고정될 수 있으며, 특히 상기 생화학 분자가 화학적 관능기를 함유할 경우 상기 고분자 매트릭스와 화학적으로 연결되어 외부 환경에 따른 생화학 분자의 유실이 최소화될 수 있다.
단계 S5에서 상기 경화 과정과 동시에 또는 별도로 코드화 단계를 포함시킴으로써 상기 운반체 입자에 색인 코드가 부여될 수 있다. 상기 코드화는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 상기 운반체 입자를 코드화하는 방법으로서 광학적 리소그래피로 패터닝하는 방법을 적용할 수 있다. 일 예로서, 한국등록특허 제10-1004769호의 광유체적 리소그래피 방법, 미국등록특허 제7,709,544호의 유체 리소그래피 법 및 중합법을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지의 다양한 리소그래피법이 적용될 수 있다. 상기 운반체 입자를 코드화하는 방법은 일 예로서, 상기 광경화성 고분자 상에, 광경화의 정도에 따라 서로 구분되도록 '1' 및 '0'을 의미하는 표지를 각각 패터닝함으로써 상기 입자 상에 코드를 형성할 수 있다. 상술한 광학적 리소그래피 방법은 일 예로서, 마스크를 사용하지 않는 디지털 마이크로미러 장치 등을 이용하는 광유체적 무마스크 리소그래피의 경우, 상기 타겟물질을 포함하는 입자에 대하는 많게는 백만 개 이상의 다양한 종류의 코드를 형성할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
다른 구현예에 의하면, 상기 운반체 입자의 코드화는 서로 구분되는 다양한 색상의 형광물질을 상기 운반체 입자에 포함시킴으로써 달성될 수 있다. 이를 위해 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있다.
또 다른 구현예에 의하면, 상기 운반체 입자를 코드화하는 방법은 자성 잉크를 이용하여 컬러 코드를 형성하는 방법을 적용할 수 있다. 상기 자성 잉크를 이용하는 방법은 일 예로서, 한국특허출원번호 제10-2010-0029613호에 개시된 바는 이하와 같다. 먼저 자성 나노 입자를 포함하는 광경화성 물질을 제공하고 외부 자기장을 인가하여 상기 광경화성 물질 내의 상기 자성 나노 입자를 정렬시킨다. 그리고, 외부로부터 광을 인가하여 상기 광경화성 물질을 경화시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 외부 자기장의 세기에 의하여 자성 나노 입자들 간의 배열이 변화하여 서로 다른 색상을 발현할 수 있다. 이러한 기술을 적용하여 광경화성 고분자로 이루어진 운반체 입자 내에 자성 나노 입자들을 서로 차별되도록 배열시킴으로써 상기 운반체 입자를 컬러 코드화할 수 있다. 상기 문헌에 개시된 내용은 본 명세서에 인용됨으로써 병합될 수 있다.
상기 색인 코드는 혼합 물질의 정보, 이의 재획득법 및 해독법 등을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 색인 코드에는 데이터 정보를 웹 서버에 기록해 놓은 URL이 포함될 수 있으며, 이에 따라 웹 서버를 통해 코드 내에 저장된 생화학 분자의 정보량보다 많은 양의 데이터 정보에 언제든지 접근할 수 있다.
단계 S6에서 상기 운반체 입자를 둘러싼 보호층을 형성한다. 상기 보호층은 연속적으로 상기 운반체 입자 표면을 둘러싼 형태를 가질 수 있으며, 상기 보호층은 Si-O-Si 결합으로 이루어진 실리카 보호층 또는 금속 보호층일 수 있다. 상기 보호층이 실리카 보호층일 경우, 단계 S4에서 광학적 리소그래피를 이용하여 광경화성 물질 혼합물을 경화할 때 실리카 보호층의 용이한 도입을 위해 링커 물질을 도입할 수 있다. 즉 광경화성 물질 혼합물에 광경화 가능한 작용기(예: 아크릴레이트기) 및 실록산 결합의 형성이 가능한 작용기(예: 알콕시실릴기)를 동시에 구비한 링커 물질을 혼합하여 운반체 입자를 만들 수 있다. 이후 실리카 전구체에 의한 졸겔 반응을 통해 실리카 보호층을 도입하는 방식이다. 상기 링커는 광경화성 물질과 반응하여 공중합체를 형성하면서 운반체 입자의 골격을 이루는 동시에 상기 운반체 입자의 표면에 알콕시실릴기가 존재하도록 한다. 그 결과 상기 운반체 입자의 표면에 그라프트된 상기 알콕시실릴기와 상기 실리카 전구체의 반응에 의해 코어-쉘 계면에 -Si-O-Si- 결합이 형성될 수 있다. 광경화성 물질로만 운반체 입자를 제조할 경우 이후 실리카 코팅을 통한 실리카 쉘의 형성이 용이하지 않을 수 있다. 반면, 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 제조방법과 같이 광경화성 물질과 중합가능한 작용기와 알콕시실릴기를 동시에 구비한 링커를 상기 광경화성 물질과 섞어 혼합물을 만들어 이를 경화시키면 운반체 입자의 표면에 그라프트된 알콕시실릴기를 통해 실리카 쉘을 코팅하는 것이 가능해진다.
상기 실리카 쉘의 형성은 다양한 공지된 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들어 수정된 Stober 방법이 사용될 수 있다. 먼저 알콕시실릴기가 그라프트된 상기 운반체 입자를 증류수, 에탄올 및 NH4OH의 용액에 투입한다. 다음 실리카 전구체로서 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 상기 용액에 주입하고 반응시켜 실리카 쉘을 형성한다. 이 때 상기 운반체 입자 코어의 표면에 그라프트된 상기 알콕시실릴기와 상기 실리카 전구체의 반응에 의해 코어-쉘 계면에 -Si-O-Si- 결합이 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 보호층의 형성은 금속 증착법(deposition)으로도 도입이 가능하다. 금속 증착법은 스퍼터링(sputtering) 기법을 이용하여 수행가능하다. 스퍼터링 기법에는 직류전원을 이용한 DC 스퍼터링과 고주파를 이용한 RF 스퍼터링이 있으며 금속 증착에는 DC 스퍼터링을 사용하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 기법은 챔버 내에 공급되는 기체에서 발생하는 전자사이의 충돌로 시작되며, 주입된 비활성 기체 (아르곤, 질소)등을 넣고 음극에 전압을 가할 시에 전자가 방출되어 아르곤 기체원자와 충돌하여 이온화시킨다. 이 때, 기체가 들뜬 상태가 되어 전자를 방출하며 에너지가 방출되고 이온과 전자가 공존하는 보라색 플라즈마를 보이게 되는데, 플라즈마 내의 기체 및 이온은 큰 전위차에 의해서 음극인 금속 타겟으로 가속되어 타겟의 표면과 충돌하고, 중성의 금속 타겟 원자들이 튀어나와서 기판에 박막을 형성한다. 상기 운반체 입자의 금속 보호층 형성과정은 위에 설명된 원리를 이용함으로써 수행될 수 있으며, 이를 통해 운반체 입자 표면에 백금, 금, 은, 구리, 철, 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 보호층이 도입될 수 있다.
상술한 제조방법으로 제조된 생화학 물질 운반체의 크기는 1um보다 크고 1mm보다는 작을 수 있다. 이 경우 나노 스케일의 입자와는 다르게 핀셋 등의 단순한 기기로 쉽게 입자를 구분 및 취급이 가능하며 휴대폰 카메라, 현미경 등으로 관찰할 수 있는 최소 단위가 된다.
상술한 생화학 물질 운반체의 경우, 입자를 합성할 때 첨가되는 생화학 분자의 양에 따라 입자 하나당 가질 수 있는 디지털 데이터의 양이 정해질 수 있으며, 500um 크기의 하나의 입자에는 수 테라바이트(terabyte) 이상이 저장될 수 있으며 이는 기존 하드디스크나 SSD의 저장 밀도를 넘어서는 양이다. 이때 특정 용량을 가지는 데이터를 저장할 때 최소 크기의 입자를 알 수 있기 때문에 필요에 따라 특정 크기, 모양의 원하는 크기의 입자를 제조할 수 있다.
상기 생화학 물질 운반체는 개별 입자 꼴로 혹은 다양한 입자가 섞여진 꼴로 건조된 상태로 보존이 가능하며, 필요한 경우 기판 위 자기조립, 혹은 미세 유체 내 조립, 입자 간 조립 등의 방식으로 모아져서 보존이 가능하다. 또한 상기 생화학 물질 운반체는 물, 에탄올 또는 완충액 등의 용매에 분산된 형태로 플라스틱 또는 유리 용기에 담겨져 보존이 가능하다.
이러한 입자들은 육안으로 혹은 저 사양의 현미경으로 존재 유무와 이의 코드를 확인 할 수 있기 때문에 핀셋, 파이펫 등으로 쉽게 취급할 수 있으며 고속으로 이를 취급하기 위해서는 플로우 사이토메트리(flow cytometry)를 응용한 유체 기반 입자 분리 기법을 이용하거나, 건조된 입자들을 레이져 조사를 통하여 분리하는 기법을 이용할 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체의 제조방법의 구체적인 과정을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 0과 1로 이루어진 디지털 데이터를 ATCG의 4가지 핵산염기서열을 이용하여 암호화하는 단계, 이에 대응하는 생화학 분자를 합성하는 단계, 광경화성 고분자 물질이 함유된 혼합물과 생화학 분자를 혼합하고 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하여 광기반 리소그래피를 수행하여 생화학 분자관련 정보로 코드화된 운반체 입자를 형성하는 단계, 운반체 입자에 보호층을 추가하는 단계를 통해 저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체를 효율적으로 제조할 수 있다. 그림에서 생화학 분자 말단의 Ac는 광경화성 고분자와 화학적 결합이 가능한 관능기를 나타낸다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따르면 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법이 제공된다. 도 4는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 디지털 데이터의 복원방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 4를 참조하면, 단계 S11에서 생화학 분자가 도입된 운반체 입자의 색인 코드를 분석한다. 상기 색인 코드에는 상기 생화학 분자의 재획득 방법을 포함한 개략적인 정보가 수록될 수 있다. QR 코드 리더기나 기타 이미지 분석 장치를 활용하여 신속하게 상기 운반체 입자의 정보를 얻을 수 있다.
단계 S12에서 상기 색인 코드의 분석결과에 의거하여 상기 운반체 입자로부터 상기 생화학 분자를 재획득한다. 다공성의 운반체 입자에 연결되어 고정된 상기 생화학 분자는 다양한 방식으로 재획득될 수 있다. 일 예로 상기 생화학 분자가 DNA인 경우 상기 색인 코드를 참조하여 제한효소를 이용하여 상기 운반체 입자로부터 이를 분리시키거나, 상기 색인 코드의 DNA 프라이머 정보를 이용하여 중합효소를 이용하여 증폭하는 방식으로 이를 분리시킬 수 있다. 다른 예로 상기 생화학 분자가 RNA인 경우 상기 색인 코드를 참조하여 역전사 효소를 이용해 DNA 형태로 변형시킨 후 분리해낼 수 있다.
상술한 바와 같이, 생화학 분자의 원본을 변형하지 않고 획득할 경우, 상기 생화학 분자의 재획득 과정 이후에도 상기 운반체 입자 내의 생화학 분자가 그대로 남아있을 수 있으며 그 양도 거의 감소하지 않을 수 있다. 이러한 생화학 물질 운반체의 저장성 및 보존성으로 반복적인 생화학 분자의 재획득이 가능하다.
한편, 상기 운반체 입자에 보호층이 있을 경우, 상기 생화학 분자의 재획득 이전에 상기 보호층을 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 보호층은 물리적 또는 화학적 방법으로 제거될 수 있으며, 예를 들어 산성 시약의 처리로 제거될 수 있다. 상기 색인 코드에는 보호층의 제거방법에 관한 정보가 수록될 수 있다.
단계 S13에서 상기 생화학 분자의 서열을 분석한다. 상기 운반체 입자로부터 증폭되거나 분리된 상기 생화학 분자는 다양한 방법, 예를 들어 차세대 염기서열 분석(NGS), 생거 시퀀싱, 나노 포어 시퀀싱 등을 통한 생화학 분자 분석법을 통해 그 서열이 분석될 수 있다.
단계 S14에서 상기 서열 결과를 디코딩하여 디지털 데이터를 복원한다. 일 구현예에서, 상기 색인 코드는 디지털 데이터 정보를 재획득하기 위한 생화학 분자 서열의 번역법 역시 포함될 수 있다. 즉 디지털 데이터가 암호화되어 저장된 경우, 상기 색인 코드에는 암호화 방식에 관한 정보(예로, 암호화 알고리즘, 또는 염기 서열에 해당하는 디지털 정보를 설명하는 표 등)가 포함될 수 있다.
도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법의 개략도이다. 도 5를 참조하면, 생화학 분자의 서열 형태로 디지털 데이터가 저장된 생화학 물질 운반체에 산 처리를 하여 보호층을 제거하는 과정과 운반체 입자로부터 재획득한 생화학 분자의 서열 분석을 통해 얻은 서열 정보를 디코딩하여 원래의 디지털 데이터를 복원하는 과정을 볼 수 있다.
상기 생화학 물질 운반체의 원본 보존 성질을 이용하면 하나의 입자 내에 복수 개의 데이터 세트들을 저장한 후, 원하는 데이터 세트를 선별적으로 복구하는 것도 가능하다. 일 구현예에서, 운반체 입자에는 복수 개의 데이터 세트가 포함될 수 있으며, 상기 운반체 입자에 생성된 코드를 바탕으로 복수 개의 데이터 세트 중 어느 하나의 데이터 세트에 대응되는 생화학 분자를 선택하고, 이에 상응하는 생화학 분자의 서열을 분석하여 원하는 데이터 세트를 선별적으로 복원할 수 있다. 이를 위해 복수 개의 데이터 세트들로부터 원하는 데이터 세트를 선별적으로 복원하기 위해 데이터의 헤더 파일이나 요약 파일을 운반체 입자에 저장해 놓을 수 있다. 이때 헤더 파일의 저장은 운반체 입자 위의 색인 코드 형태로 저장하거나, 생화학 분자의 서열로 코드화하여 이를 운반체 입자 내에 저장할 수도 있다. 후자의 경우는 추후에 데이터를 복구할 때, 이러한 헤더 파일을 먼저 디코딩 한 후 데이터를 복구해야하는 불편함이 있으나 입자 위의 색인 코드의 저장 한계를 넘어가는 파일 용량일 경우 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 생화학 분자가 코드화된 다공성 운반체 입자에 연결되어 형성됨으로써, 데이터 정보를 가진 생화학 분자의 보관에 있어 공간 집적도가 높으며, 생화학 분자의 안정성이 높아지는 효과가 있다. 또한, 운반체 입자 자체에 색인 코드가 포함되어 해당 입자 내 생화학 분자의 정보를 제공할 수 있고, 이를 통해 운반체의 분류, 정리 및 처리가 용이하게 수행될 수 있어 운반체 입자의 추가적 분류 및 정리가 필요하지 않는 장점이 있다.
또한 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 생화학 분자는 운반체 입자에 연결되어 있으므로 후에 이를 분석하는 과정에서 유실되지 않는다. 이러한 특성은 복잡도가 높은 생화학 물질의 원본 유지 개념에 있어 장점으로 사용될 수 있다. 일 예로, DNA를 이용한 디지털 데이터 저장의 경우 디지털 데이터를 적게는 수천, 많게는 수십만 개의 DNA 핵산 조각에 저장을 한다. 이러한 DNA는 일반적으로 복사나 분석을 위하여 중합 효소를 이용한 증폭을 거치는데, 이 과정에서 각각의 핵산 조각의 증폭 효율 차이로 인해 데이터 구성요소 간의 불균형이 발생할 수 있다. 이러한 불균형은 증폭을 거듭하면 할수록 정도가 심각해질 수 있다. 즉, 종래의 DNA를 이용한 디지털 데이터 저장방식의 경우 1회 분석 후에는 더 이상 원본의 데이터 구성을 가지고 있지 못하며, 원본의 복사 역시 불가능하다. 이는 WORO (Write once read once) 시스템에 해당된다고 볼 수 있다.
반면 본 명세서에서 개시된 기술에 따르면, 원본 역할을 하는 생화학 물질이 입자에 연결되어 고정되어 있기 때문에, 중합 효소를 이용한 증폭 이후에도 원본이 계속 유지될 수 있다. 한편, 생화학 물질이 입자에 붙어 있다고 하여도 증폭에 직접 관여하지 않는 물질의 끝 부분이 운반체 입자에 연결되어 있기 때문에 정보 저장을 하는 생화학 물질의 기능에는 영향을 주지 않는다.
또한 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 생화학 물질 운반체를 수십 차례 재사용해도 원래의 생화학 분자의 양이 그대로 보존될 수 있다. 그 결과 생화학 물질에 데이터 저장을 하는 방법론 중 최초로 ROWM(Read Once Write Many) 시스템의 구현이 가능하다.
[실시예]
1. 생화학 물질 운반체의 제조
이하의 방법으로 생화학 물질 운반체를 제조하였으며, 도 6은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 제조방법으로 실제 제조한 생화학 물질 운반체를 나타낸다. 도 6에서 (a)는 저장에 사용된 훈민정음 해례본 스캔 사진이고, (b)는 합성된 운반체 입자를 확대한 이미지이다. 우측 하단의 스케일바는 200um 크기이다. (c)는 합성된 운반체 입자의 QR 코드를 인식한 후 파악된 정보 및 나타난 URL 주소에 접근하였을 때의 결과의 예시이고, (d)는 합성된 운반체 입자를 핀셋으로 취급하는 모습을 나타낸다.
본 실험에서 저장할 대상 디지털 데이터 정보로서 훈민정음 해례본의 첫 장의 스캔본을 준비하였다(도 6의 (a) 참조). 상기 스캔본의 정보를 R. N. Grass, R. Heckel, M. Puddu, D. Paunescu, W. J. Stark, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015, 54, 25525에서 제안된 알고리즘을 이용하여 약 5000개의 150nt 길이의 DNA 핵산 조각으로 디자인하였으며 마이크로어레이 올리고 풀로 합성하였다.
다음 상기 합성된 DNA를 아크릴 아마이드 화학기가 달려있는 프라이머를 이용하여 PCR 증폭을 하였고, 이를 광경화성 물질인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA) 및 광경화 개시제 등과 함께 혼합하였다. 이후 OFML(optofluidic maskless lithography) 기법으로 혼합물을 광경화시켜 QR 코드가 표면에 새겨진 약 500um 크기의 운반체 입자를 만들었다(도 6의 (b) 참조).
한편 운반체 입자 표면에 새겨진 QR 코드에는 운반체 입자로부터 저장된 DNA를 재획득하기 위한 프라이머 정보 및 암호화 기법을 수록하였다. 또한 여기에는 운반체 입자의 정보와 관련된 URL 정보를 포함하고 있어 QR 코드의 정보 저장율을 넘어서는 데이터의 정보를 웹 서버에 기록해놓고 이 웹 서버에 접근할 수 있도록 하였다(도 6의 (c) 참조). 만들어진 입자는 맨 육안으로 확인할 수 있으며 핀셋을 이용해 쉽게 취급될 수 있었다(도 6의 (d) 참조).
또한 운반체 입자를 합성할 때 첨가되는 DNA의 양에 따라 입자 하나당 가질 수 있는 디지털 데이터의 양이 바뀜을 입자 합성 후에 qPCR 기법을 이용해 확인할 수 있었다. 제조된 운반체 입자 하나에는 수 테라바이트(terabyte)가 저장될 수 있음을 확인하였다.
2. 운반체 입자로서의 다공성 하이드로젤 소재 최적화 시험
생화학 물질 운반체의 몸체를 이루는 고분자 매트릭스로서 광경화성 물질인 PEGDA를 이용한 하이드로젤 소재를 사용하게 되는데, 이때 광경화성 물질을 함유한 혼합물에 다공성 부여 물질(porogen)로서 폴리에틸렌글리콜을 사용하여 다공성 하이드로젤(porous hydrogel) 소재로 이루어진 운반체 입자를 제조하였다.
제조된 운반체 입자의 다공도 및 평균 공극 크기를 측정하였고 운반체 입자에 존재하는 DNA를 PCR 증폭하여 다공성 하이드로젤 소재로 된 운반체 입자와 그렇지 않은 입자의 증폭률을 비교하였다.
도 7은 비다공성 하이드로젤(nonporous hydrogel) 소재와 다공성 하이드로젤(porous hydrogel) 소재로 이루어진 각각의 입자 사이의 PCR 증폭률을 비교하기 위한 개념도이다. 도 7을 참조하면, 다공성 하이드로젤 소재로 이루어진 운반체 입자의 경우 표면적의 증가로 인해 입자 내부에 존재하는 DNA까지 PCR 증폭이 가능하게 되어 결과적으로 PCR 효율이 증가하게 된다. 또한 동일부피에 상대적으로 소량의 DNA만으로도 PCR 증폭이 가능해지므로 DNA 용량(DNA capacity)이 증가한다.
도 8은 3종류의 다공성 부여 물질(porogen)을 이용하여 만든 9개의 샘플의 물성을 대조구(control)로서 PEGDA만으로 만든 1개의 샘플을 함께 비교한 결과를 표로 나타낸 것이다. 표에서 원료의 % 단위는 중량백분율을 의미한다. 운반체 입자를 만들기 위해 사용한 광경화성 물질은 PEGDA 700이었고, 다공성 부여 물질로 PEG 600, PEG 1000 및 PEG 1500을 사용하였다. 평균 공극 크기(pore size)와 공극도(porosity)는 수은 흡착법으로 측정하였다.
도 8을 참조하면, PEG 함유량이 많을수록 공극(pore)의 크기가 커졌으며, PEG 1500을 사용한 소재는 평균 170nm 공극크기 및 40%의 공극도, PEG 1000을 사용한 소재는 평균 120nm 및 32%의 공극도, PEG 600을 사용한 소재는 평균 60nm의 공극 크기 및 19%의 공극도를 가져 사용한 PEG의 중합도가 커질수록 공극 크기와 공극도가 증가하였다. 한편 다공성 부여 물질을 사용하지 않은 대조구의 경우, 운반체 입자의 공극은 22nm, 공극도는 9%였다. 이는 운반체 입자의 원하는 공극 크기와 공극도를 다공성 부여 물질의 종류와 양으로 제어가능함을 의미한다.
도 9는 PEG 600을 다공성 부여 물질로 사용한 운반체 입자의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 9에서 a는 대조구로서 PEGDA 700만을 사용하여 합성된 운반체 입자이고, b, c, d는 각각 PEG 600/PEGDA 700 = 20/40, 30/30, 40/20의 비율로 사용하여 합성된 운반체 입자를 나타낸다.
도 10은 다공성 하이드로젤 소재를 이용하여 제조한 운반체 입자의 DNA에 대한 PCR 증폭율을 비교한 그래프이다. (a)는 PCR의 Ct 값(PCR 증폭 산물이 일정량 증폭되었을 때의 사이클 수)을 측정한 결과로서, PEGDA 700만으로 제조한 대조구(control)와 다공성 부여 물질로서 폴리에틸렌글리콜을 추가한 3가지 경우(각각 PEGDA 700 : PEG 1500 = 20 : 40, PEGDA 700 : PEG 1000 = 20 : 40, PEGDA 700 : PEG 600 = 40 : 20 중량비로 사용)를 비교한 것이다. (b)는 대조구 대비 다공성 입자의 DNA 증폭율을 상대적으로 비교한 결과이다.
도 10의 그래프로부터 다공성 하이드로젤 소재를 이용한 운반체 입자가 일반 하이드로젤 소재를 이용한 운반체 입자에 비해 반응에 기여한 DNA 분자 수가 많아 효과적으로 증폭됨을 알 수 있다. 특히 PEG 600을 첨가하여 제조된 운반체 입자가 증폭률이 가장 우수하였다.
3. 생화학 물질 운반체의 보호층 유무에 따른 보존성 시험
생화학 물질 운반체에 실리카 보호층이 존재할 경우와 그렇지 않은 경우의 샘플에 대하여 각각 외부 화학 자극에 대한 생화학 분자의 보존성 시험을 하였다. 비교를 위해 DNA 분자가 도입된 마이크로 입자 형태의 3가지 샘플을 준비하였으며, 이중 하나는 대조구로서 미처리 시편(샘플 1)이고 나머지 2개에 대해서 ROS(reactive oxygen species)를 이용하여 DNA 파괴시험을 수행하였다. 샘플 2는 실리카 보호층이 없는 시편이고 샘플 3은 실리카 보호층이 있는 시편이었다. 샘플 3의 경우 실리카 보호층은 다음의 방법으로 도입하였다. 광경화를 통해 운반체 입자 합성시에 광경화성 물질 및 관련 첨가제가 함유된 혼합물에 실록산 결합 형성이 가능한 작용기를 구비한 링커 물질을 혼합하여 실록산 결합 형성가능 작용기가 그라프트된 운반체 입자를 만들고, 이후 실리카 전구체에 의한 졸겔 반응을 통해 실리카 보호층을 입자 위에 만들었다.
도 11은 ROS(reactive oxygen species)를 이용한 DNA 파괴 시험 결과이다. 도 11에서, 가로축은 샘플 종류이고 세로축은 운반체 입자 위에 존재하는 DNA 입자 수를 나타낸다. 도 11을 참조하면, qPCR로 확인한 결과 실리카 보호층이 있는 입자(샘플 3)의 경우에는 반응성 산소종에 노출 이후에도 운반체 입자 위의 DNA의 개수가 그대로 유지되는 반면 실리카 보호층이 없는 입자(샘플 2)의 경우에는 운반체 입자 위의 DNA 개수가 95% 이상이 파괴됨을 알 수 있었다.
4. 생화학 물질 운반체로부터 원본 데이터 복구
운반체 입자의 실리카 보호층을 400배 희석한 BOE(Buffered Oxide Etch)와 섞어 상온에 20여분 가량 배양하여 식각하였다. 이때 BOE나 불산 등 보호층을 식각해 줄 수 있는 물질은 범용적으로 사용이 가능하나 희석을 많이 하여 운반체 입자의 DNA에 영향을 주지 않도록 하였다. 이후 입자를 Tris-EDTA (pH 7.2)에 수차례 씻어 주어 pH를 정상화하고 여액의 BOE를 씻어 주었다. 씻은 후 획득한 운반체 입자를 색인 코드에 적힌 방식으로 획득한 서열로 이루어진 프라이머들과 DNA 중합 효소로 이루어진 PCR 용액으로 이동시키고, PCR을 수행해 입자 내의 DNA를 증폭시켰다.
증폭된 DNA를 차세대 유전체 분석법 (NGS)를 이용하여, 200만개의 paired end read를 획득하였다. 이는 약 5000개의 디자인을 각각 200번 읽을 수 있는 양이며, 200번 읽는 이유는 디자인 구성 요소간 불균형성이 존재해 유실되는 요소들을 최소화하기 위해서이다.
위에서 기술된 페어드 엔드 리드(paired end read)를 조립(assemble)한 후, 길이가 150bp인 read를 다시 획득하여 최초 데이터의 70%를 획득할 수 있었다. 획득된 데이터를 앞단의 디자인 구성 주소로 분배를 하여 구성 요소 간 획득된 read 수의 확률 히스토그램을 얻을 수 있었다.
도 12는 NGS 결과가 각각의 디자인된 DNA 라이브러리에 해당되는 수를 확률 히스토그램으로 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, 가로 축은 DNA 라이브러리 디자인 당 해당되는 NGS 결과(read) 의수를 나타내며, 세로축은 해당되는 결과의 확률을 나타낸다. 이 때 가로축의 0에 해당되는 0.5%(25개)는 라이브러리 디자인 25개에 해당되는 NGS 결과가 없다는 것을 뜻한다. 하지만 이러한 경우를 위해 만들어 놓은 에러 보정용 반복 데이터 소유 디자인들로 복구가 가능하였다.
각 주소에 해당하는 NGS 결과들을 클러스터링(clustering)하여 이의 대표 결과를 획득하고, 이들을 다른 주소에 있는 각각의 반복 데이터들과 비교하여 약 1% 정도의 정보 에러 및 약 0.5%의 유실 정보를 보정한 후 기존 데이터를 복구하였다.
5. 생화학 물질 운반체의 재사용에 따른 보존성 시험
이하의 방법으로 생화학 물질 운반체의 재사용에 따른 보존성 시험을 수행하였다. 도 13은 DNA 분자가 결합된 운반체 입자의 재사용 횟수에 따른 DNA 분자의 보존성을 확인한 시험결과이다.
앞서 제조한 DNA가 연결된 운반체 입자(샘플 3)에 대해 DNA 중합 효소를 이용하여 PCR 증폭을 한 후, 운반체 입자를 수번 씻어내었다. 그리고 이를 다시 증폭을 하는 과정을 20번 반복하였다(도 13의 (a)).
도 13의 (b)에 나타난 시험 결과에서 알 수 있듯이, 운반체 입자 위의 DNA 양을 qPCR로 확인하였을 때 DNA 양에 변화가 없었다. 즉, 수십 차례의 재사용에도 원본 DNA의 양이 보존되었다.
한편 증폭된 DNA들을 차세대 유전체 분석 (NGS)를 통하여 확인을 하였으며, 구성 요소 간 불균형성 (perfect calls per million reads [pcpm])의 그래프를 그려 본 결과 과산포(overdispersion) 값이 변하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 20번 반복된 재증폭에서 과산포(overdispersion) 변화가 있음을 확인한 타 연구결과와 대조적이었다.
6. 복수 개의 데이터 세트의 저장 및 선별적 복구
운반체 입자의 원본 보존성질을 이용하면 하나의 입자 내에 복수 개의 다양한 데이터 세트를 저장하고 이를 선별적으로 복구하는 것이 가능해진다. 예를 들어 PCR 증폭을 통해 선별적 복구를 할 경우 서로 다른 프라이머 세트를 이용하는 방식이 있으며, 이와 같이 서로 다른 복구 방법이 적용될 수 있는 서로 다른 세트의 생화학 분자들을 입자 내에 저장하고, 특정 복구 방법을 적용할 경우 원하는 생화학 분자를 복구할 수 있다.
또한 색인 코드 뿐만 아니라 입자 내 생화학 분자의 서열에도 데이터의 헤더 파일, 혹은 요약 파일을 저장하여 데이터의 원본 파일을 번역하기에 앞서 데이터의 헤더 파일 혹은 요약 파일을 먼저 확인하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이를 통해 코드에 저장되어 접근 가능하던 웹 페이지가 유실되어도, 입자 자체가 데이터의 요약을 모두 가지고 있는 데이터 센터의 기능을 할 수 있다.
도 14는 생화학 물질 운반체 내에 저장된 3가지 스캔 이미지 데이터 파일을 나타내고, 도 15는 이의 설명본 중 일부를 발췌한 것이다. 도 14 및 15를 참조하면, 세 종류의 이미지 데이터 파일로서 훈민정음, 직지심경, 대동여지도의 스캔본(각각 Hunmin.jpeg, Jikji.jpeg, Daedongyeo.jpeg)을 각각 약 5000종류의 150nt 길이의 DNA 서열로 인코딩하고 이의 데이터 설명본을 입자에 저장하였다. 이 입자의 경우 QR 코드를 이용하여 데이터 설명본을 획득할 수 있으며, 상기 코드에 기술되어 있는 DNA 증폭 방법 및 획득법(도 15 참조)을 이용해 세 종류의 이미지 데이터 파일을 필요에 따라 개별적으로 획득할 수 있었다.
예를 들어 도 14의 Jikji.jpeg (직지심경)을 획득하고 싶다면, 도 15의 description.txt 파일을 통해 복원법을 확인한 후 이를 다른 이미지 파일 관련 DNA에 해당하는 프라이머 세트와는 다르며 직지심경 관련 DNA에 해당하는 프라이머 세트로서 ATTTAGGTGACACTATAG / TGTGACCTGATCCGC를 합성한 다음 이를 이용하여 DNA를 증폭한 후 NGS 과정을 통해 복원할 수 있다. 또한 유실되거나 에러가 난 데이터를 보정하기 위한 알고리즘이 RS (Reed-solomon, 리드 솔로몬)인 것을 확인하여 이 알고리즘을 데이터 오류를 보정하는 데 사용할 수 있다.
본 명세서에서 개시된 기술에 따르면, 원본 역할을 하는 생화학 물질이 입자에 연결되어 고정되어 있기 때문에, 중합 효소를 이용한 증폭 이후에도 원본이 계속 유지될 수 있다. 한편, 생화학 물질이 입자에 붙어 있다고 하여도 증폭에 직접 관여하지 않는 물질의 끝 부분이 운반체 입자에 연결되어 있기 때문에 정보 저장을 하는 생화학 물질의 기능에는 영향을 주지 않는다. 또한 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 생화학 물질 운반체를 수십 차례 재사용해도 원래의 생화학 분자의 양이 그대로 보존될 수 있다. 그 결과 생화학 물질에 데이터 저장을 하는 방법론 중 최초로 ROWM(Read Once Write Many) 시스템의 구현이 가능하다.
이상에서 본 명세서에 개시된 기술의 구현예들에 대해 상세히 기술하였지만, 해당 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 명세서에 개시된 기술의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 개시된 기술을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 디지털 데이터 정보를 암호화한 서열을 구비한 생화학 분자;
    고분자 매트릭스로 구성되며 상기 생화학 분자가 상기 고분자 매트릭스의 표면 또는 내부에 연결된 운반체 입자; 및
    상기 운반체 입자에 도입된 색인 코드를 포함하는 생화학 물질 운반체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 광경화성 고분자 물질로 이루어진 것인 생화학 물질 운반체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 다공성을 갖는 것인 생화학 물질 운반체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 생화학 분자는 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 사슬과 화학적 연결이 가능한 관능기를 구비한 것인 생화학 물질 운반체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 운반체 입자는 표면을 연속적으로 둘러싼 보호층을 더 구비한 것인 생화학 물질 운반체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 보호층은 금속 또는 금속산화물로 이루어진 것인 생화학 물질 운반체.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 보호층이 실리카 쉘이고 상기 실리카 쉘이 상기 운반체 입자 표면과 -Si-O-Si- 결합으로 연결된 것인 생화학 물질 운반체.
  8. 제1 항에 있어서,
    부피가 10-9 내지 1mm3의 크기를 갖는 생화학 물질 운반체.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 색인 코드는 상기 운반체 입자에 연결 형성된 상기 생화학 분자의 정보 또는 상기 생화학 분자를 재획득하고 이를 분석하여 암호화된 디지털 정보를 해독하기 위한 방법을 담고 있거나 상기 해독 방법에 접근할 수 있는 방법을 담고 있는 것인 생화학 물질 운반체.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 색인 코드는 QR 코드, 바이너리 코드, 그래피컬 코드, 스펙트럴 코드 및 토포그래피컬 코드로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 생화학 물질 운반체.
  11. 디지털 데이터를 생화학 분자의 서열로 인코딩하는 단계;
    상기 인코딩된 서열에 따라 생화학 분자를 합성하는 단계;
    상기 생화학 분자를 광경화성 물질과 혼합한 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 경화하여 고분자 매트릭스를 구비한 운반체 입자를 얻는 단계; 및
    상기 경화 과정과 동시에 또는 별도로 상기 운반체 입자에 색인 코드를 도입하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 운반체 입자를 둘러싼 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 생화학 분자는 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 사슬과 화학적 연결이 가능한 관능기를 구비한 것인 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 혼합물에 다공성 부여 물질이 더 포함된 것인 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 다공성 부여 물질은 폴리알킬렌글리콜인 것인 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 운반체 입자를 얻는 단계는 광유체적 무마스크 리소그래피에 의해 수행되는 것인 생화학 물질 운반체의 제조방법.
  17. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 생화학 물질 운반체의 색인 코드를 분석하는 단계;
    상기 색인 코드의 분석결과에 의거하여 상기 생화학 물질 운반체로부터 상기 생화학 분자를 재획득하는 단계;
    상기 생화학 분자의 서열을 분석하는 단계; 및
    상기 서열 결과를 디코딩하여 디지털 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 운반체 입자는 복수의 데이터 세트들을 저장하고 있으며, 상기 디지털 데이터의 복원 단계는 상기 복수의 데이터 세트들로부터 원하는 디지털 데이터 세트를 선별적으로 복원하는 단계를 포함하는 생화학 물질 운반체로부터 디지털 데이터를 복원하는 방법.
PCT/KR2017/011121 2016-10-05 2017-10-10 저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법 WO2018066975A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/335,296 US11987693B2 (en) 2016-10-05 2017-10-10 Biochemical carriers capable of storage, preservation and indexing and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0128414 2016-10-05
KR20160128414 2016-10-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018066975A1 true WO2018066975A1 (ko) 2018-04-12

Family

ID=61831090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/011121 WO2018066975A1 (ko) 2016-10-05 2017-10-10 저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11987693B2 (ko)
KR (1) KR102060306B1 (ko)
WO (1) WO2018066975A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100966683B1 (ko) * 2001-12-28 2010-06-29 바이오어레이 솔루션스 리미티드 바이오칩 생산 방법
KR20130115581A (ko) * 2012-04-12 2013-10-22 이화여자대학교 산학협력단 나노-바이오-정보-인지기술이 융합된 하이브리드 커뮤니케이션 시스템
KR20150048541A (ko) * 2013-10-28 2015-05-07 서울대학교산학협력단 코드화된 마이크로캡슐 및 이를 이용하여 제조된 마이크로 어레이
KR20150141165A (ko) * 2012-11-16 2015-12-17 서울대학교산학협력단 코드화된 고분자 미세입자
KR20160100049A (ko) * 2015-02-13 2016-08-23 강원대학교산학협력단 나노투과막상의 하이드로젤 마이크로 구조체와 이의 제조방법 및 이를 이용한 세포 부유 배양 장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990008052A (ko) * 1995-04-25 1999-01-25 마이클 피 노바 기억 장치를 갖는 원격적으로 프로그램 가능한 매트릭스 및 이의 용도
US6093302A (en) 1998-01-05 2000-07-25 Combimatrix Corporation Electrochemical solid phase synthesis
US20050026181A1 (en) * 2003-04-29 2005-02-03 Genvault Corporation Bio bar-code
JP4811565B2 (ja) * 2005-03-31 2011-11-09 Ｊｓｒ株式会社 多孔質表面を有する磁性粒子およびその製造方法、生化学用担体、ならびにビオチン類結合用粒子
US7709544B2 (en) 2005-10-25 2010-05-04 Massachusetts Institute Of Technology Microstructure synthesis by flow lithography and polymerization
KR20100029613A (ko) 2008-09-08 2010-03-17 엘지전자 주식회사 차량 네비게이션 방법 및 그 장치
KR101004769B1 (ko) 2008-09-09 2011-01-04 서울대학교산학협력단 광유체적 리소그래피 시스템 및 마이크로구조물 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100966683B1 (ko) * 2001-12-28 2010-06-29 바이오어레이 솔루션스 리미티드 바이오칩 생산 방법
KR20130115581A (ko) * 2012-04-12 2013-10-22 이화여자대학교 산학협력단 나노-바이오-정보-인지기술이 융합된 하이브리드 커뮤니케이션 시스템
KR20150141165A (ko) * 2012-11-16 2015-12-17 서울대학교산학협력단 코드화된 고분자 미세입자
KR20150048541A (ko) * 2013-10-28 2015-05-07 서울대학교산학협력단 코드화된 마이크로캡슐 및 이를 이용하여 제조된 마이크로 어레이
KR20160100049A (ko) * 2015-02-13 2016-08-23 강원대학교산학협력단 나노투과막상의 하이드로젤 마이크로 구조체와 이의 제조방법 및 이를 이용한 세포 부유 배양 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20200143909A1 (en) 2020-05-07
US11987693B2 (en) 2024-05-21
KR20180037910A (ko) 2018-04-13
KR102060306B1 (ko) 2019-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6505608B2 (ja) ゲルパターン化した表面
TW202045709A (zh) 流體槽
CN112689668B (zh) 流动池
WO2022147139A1 (en) Methods and compositions for light-controlled surface patterning using a polymer
EP3558510B1 (en) Array including sequencing primer and non-sequencing entity
WO2021119402A1 (en) Compositions and methods for light-directed biomolecular barcoding
JP2024096742A (ja) 核酸に基づくバーコーディング
Kartalov et al. Polyelectrolyte surface interface for single-molecule fluorescence studies of DNA polymerase
CN114207128A (zh) 试剂盒、系统和流通池
WO2018066975A1 (ko) 저장, 보존 및 색인이 가능한 생화학 물질 운반체 및 이의 제조방법
CN114144523A (zh) 生物素-链霉抗生物素蛋白裂解组合物和文库片段裂解
Mandal et al. Cytophobic surface modification of microfluidic arrays for in situ parallel peptide synthesis and cell adhesion assays
EP4405094B1 (en) High definition molecular array feature generation using photoresist
US20240002932A1 (en) Click chemistry-based dna photo-ligation for manufacturing of high-resolution dna arrays
CN113646440B (zh) 基因组dna的扩增邻近性保留文库片段的基于时间的簇成像
US20240060127A1 (en) Methods and systems for light-controlled surface patterning using photomasks
US20240167077A1 (en) Covalent attachment of splint oligonucleotides for molecular array generation using ligation
CN113646440A (zh) 基因组dna的扩增邻近性保留文库片段的基于时间的簇成像
TW202043486A (zh) 定序套組

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17858769

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17858769

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1