Genetic monitoring of disease-causing virus for point-of-care molecular diagnostics requires gene identification by nucleic acid amplification using polymerase chain reaction (PCR), with gene quantification based on fluorescence in real time. However, fluorescence-based DNA assays have some limitations for point-of-care including high potential for sample contamination and high threshold cycle number. Recently, surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) allows genetic quantification during PCR with high sensitivity and selectivity. However, high cycle threshold and process time remains a problem to apply for point-of-care. This work propose a new and ultrafast DNA assays for SERS-based quantitative PCR using plasmonic nanopillar arrays. The glass nanopillar arrays with gold nanoislands exhibit hight light absorption to geneate heat by photothermal effect, and strong local field enhancement as a SERS substrate. The amplification and quantification of target DNAs have been experimentally demosntrated on photothermal PCR chip. This method allows ultrafst monitoring of target gene for 20 cycle within 10 min with low cycle threshold and also offers steppint stones for highly sensitive point-of-care molecular diagnostics.
중합효소연쇄반응은 소량의 검체로부터 유전정보를 포함하는 유전물질을 특정한 온도 주기를 이용하여 증폭시키는 현장진단용 분자진단 기술로서 주목받고 있다. 그러나 중합효소연쇄반응에 의한 유전자 증폭 결과를 확인하는데 수 시간이 걸리므로 주로 형광 기반의 실시간 중합효소 연쇄반응 기술이 사용되었으나, 광퇴색 및 높은 주기역치로 인해 현장진단에 적합한 새로운 유전자 정량화 기술이 요구되었다. 최근 고감도 플라즈모닉 나노구조를 이용한 표면증강 라만분광을 통해 실시간으로 유전자를 정량화하고자 하였으나 종래 기술의 문제점을 해결하지 못하였다. 그러므로 본 연구에서는 플라즈모닉 나노기둥구조를 이용하여 초고속 유전자 증폭 및 고감도 정량화가 가능한 표면증강라만분광 기반 실시간 중합효소연쇄반응 칩을 제안하였다. 플라즈모닉 나노기둥구조는 가시광선 전 영역에서 높은 광 흡수율을 보이므로 강한 광열효과를 발생시켰고, 또한 금나노섬 구조의 밀집된 핫스팟을 이용하여 국소 전자기장의 증폭을 보였다. 또한 타겟 유전자의 초고속 증폭 및 초고감도 정량화를 실험적으로 증명하였다.
