We have developed an integrated direct loop-mediated isothermal amplification (Direct LAMP) mi-crodevice incorporated with an immunochromatographic strip (ICS) to identify bacteria contaminated in real samples. The Direct LAMP is a novel isothermal DNA amplification technique which does not require thermal cycling steps as well as any sample preparation steps such as cell lysis and DNA extraction for amplifying specific target genes. In addition, the resultant amplicons were colorimetrically detected on the ICS, thereby enabling the entire genetic analysis process to be simplified. The two functional units (Direct LAMP and ICS) were integrated on a single device without use of the tedious and complicated microvalve and tubing systems. The utilization of a slidable plate allows us to manipulate the fluidic control in the microchannels manually and the sequential operation of the Direct LAMP and ICS detection could be performed by switching the slidable plate to each functional unit. Thus, the combination of the direct isothermal amplification without any sample preparation and thermal cycling steps, the ICS based amplicon detection by naked eyes, and the slidable plate to eliminate the microvalves in the integrated microdevice would be an ideal platform for point-of-care DNA diaganotics. On the integrated Direct LAMP-ICS microdevice, we could analyze Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli O157:H7 (E. coli O157:H7) contaminated in human whole blood or milk at a single-cell level within 1 h.
랩온어칩 (LOC) 기술은 하나의 칩 위에서 화학적, 생물학적 분석을 가능하게 하는 기술로서 빠른 분석시간, 적은 시료와 전력의 사용, 각 유닛의 통합 용의성과 높은 휴대성 등의 장점에 힘입어 그 적용분야를 계속해서 넓혀 가고 있으며, 최근에는 유전자 현장진단에 적용되어 질병을 현장에서 신속하게 검출하는 다양한 마이크로 디바이스들이 제시되고 있다. 하지만 현재까지 보고된 모든 유전자 분석 마이크로 디바이스의 경우 번거로운 DNA 추출 및 정제과정을 포함하고 있으며, 유체를 이동시키기 위하여 펌프와 밸브에 의존하고 있을 뿐만 아니라 증폭된 DNA를 검출하기 위하여 형광 레이저나 전기화학장비 같은 외부장비를 사용하고 있다. 그로 인해 마이크로 디바이스 내에서의 유전자 분석과정이 복잡하고 번거로워 신뢰성 있는 데이터를 반복적으로 얻기가 어렵다. 그러므로 이상적인 유전자 현장진단 플랫폼을 현실화 하기 위해서는 샘플 전처리 과정이 생략 되어야 하며 마이크로 디바이스의 동작방식이 간단해져야 할 뿐만 아니라 증폭된 DNA를 검출하는 방법이 사용자 친화적이고 단순해야 한다.
이러한 모든 문제를 해결하기 위하여, 본 학위논문에서는 샘플 전처리 과정을 생략함과 동시에 단순하고 사용자 친화적으로 유전자 분석이 가능한 통합형 무전처리 고리매개 등온증폭-면역크로마토그래피용 스트립 (Direct LAMP-ICS) 마이크로 디바이스를 개발하였다. Direct LAMP는 세포의 융해, DNA의 추출 및 정체과정과 같은 샘플의 전처리 과정 없이 등온에서 특정 유전자를 증폭하는 방법으로 기존 LAMP 반응의 반응 버퍼 대신에 Direct PCR 버퍼에 $MgSO_4$ 추가하여 가능하게 하였다. 또한 슬라이더블 챔버 컨셉을 이용하여 외부 펌프와 밸브 없이 유체를 손으로 간단히 이동시킬 수 있었으며, 면역크로마토그래피용 스트립을 이용하여 특별한 장비 없이 증폭된 DNA를 손쉽게 눈으로 확인 할 수 있었다. 이러한 모든 개별적인 유닛을 하나의 마이크로 디바이스에 통합 시킴으로써, 포도상구균과 대장균에 의해 감염된 인간 전혈과 우유 샘플을 전처리 과정 및 외부 장비 없이 1시간 이내에 단일세포 단위까지 검출 할 수가 있었다. 앞으로 본 연구에서 개발한 통합형 Direct LAMP-ICS 마이크로 디바이스를 이용하여 다양한 질병을 현장에서 빠르게 진단할 수 있을 것으로 기대된다.
