Since the foodborne pathogenic bacteria cause serious diseases and socio-economic losses throughout the world, the molecular diagnosis of foodborne poisoning pathogen in the early stage is essential for preventing an excessive damage. In this thesis, a colorimetric based foodborne pathogen detection on the centrifugal microdevice was demonstrated in a high throughput manner. The developed centrifugal microdevice consists of a sample reservoir, a spiral shaped sample injection microchannel, 24 aliqouting chambers (2.5 μL each), cross capillary valves, and 24 reaction chambers on a single device. Once the sample was loaded, the rotation speed at 850 rpm allowed the sample solution to be divided into 24 aliqouting chambers. Then, the samples loaded in the aliqouting chambers could be injected into the reaction chambers at 5000 rpm evenly. The centrifugal device was placed in an oven at $66^\circ C$ for target gene amplification. As a gene amplification method, loop mediated isothermal amplification (LAMP) was used in which specific primer sets targeting three kinds of foodborne pathogens (Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium, and Vibrio parahaemolyticus) were included. The presence of each pathogen was identified by Eriochrome Black T (EBT)-mediated colorimetric change from purple to sky blue with naked eye, and the color of each reaction chamber was analyzed by a ratiometric image processing method. Green/Red (G/R) and Blue/Red (B/R) ratios were set as the criteria to differentiate negative results from positive ones. The threshold values for G/R (0.915 < G/R < 1.098) and B/R (B/R = 1.2723) ratios were determined from 216 experimental data (84 negative and 132 positive) using the RGB-based image processing method. The entire genetic analytical process was completed on the high-throughput centrifugal microdevice within 1 hr. The proposed mi-crodevice might demonstrate the great potential for the sample-to-answer generic analysis of pathogens on a chip even in resource limited environments.
식중독이란 식중독을 유발하는 세균이나 바이러스에 오염된 음식을 섭취함으로써 발생하며, 복통, 구토, 발열 등을 유발한다. 식중독 박테리아는 매우 빠르게 증식하기 때문에, 한 번 발생시 대규모 인명 피해와 경제 및 사회적 피해를 유발한다. 이러한 피해를 최소화하기 위해서는 식중독을 조기에 진단해야 하는데, 이를 위해 기존의 유전자 분석 방법의 단점을 개선한 새로운 유형의 유전자 분석 방법과 마이크로 플루이딕 기술을 통합한, 마이크로 디바이스를 개발하였다. 핵산 추출 과정과 유전자 증폭 과정을 한 단계로 통합하여, 다이렉트 등온 증폭 반응을 수행하고자 하였으며, 특별한 장비 없이 발색 반응을 이용하여 결과를 확인하고자 하였다. 최종적으로, 식중독균을 포함한 샘플을 마이크로 디바이스에 주입하고, 마이크로 디바이스 상에서 다이렉트 등온 증폭 반응을 수행한 뒤, 발색 반응을 통해서 결과를 확인하는 샘플인 앤설아웃식 시스템을 개발하였다. 추가적으로, 색깔 변화 정도를 정량적으로 분석하여, 반응을 유무를 구별하기 위한 수치 기준을 세우고자 하였다. 본 연구에서는 고속 고효율 회전식 마이크로 디바이스 상에서 발생 반응을 통하여 식중독 균을 검출하는 분석 시스템을 개발하였다.
