바이오칩 [biochip] 이란?

[천년사랑]

바이오칩 [biochip]

출처 : IT용어사전

생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 그리고 신경 세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체 칩 형태로 만든 혼성 소자(hybrid device). 종류로는 바이오센서, DNA 마이크로어레이, 단백질 칩, 셀 칩, 뉴론 칩과 생체 삽입용 칩, 랩 칩(lab-on-a chip) 등으로 분류되는 생물 공학과 전자 공학의 경계에서 전개되는 생체 전자의 연구 산물들이 있다.

베리칩 [VeriChip]

출처: IT용어사전

  생체 검증을 위하여 사람의 피하에 삽입하는 체내 이식용 마이크로 칩. 쌀알만 한 크기로 126개 정보 문자와 데이터 전송용 전자 코일, 동조 콘덴서 등이 실리콘 유리 튜브 속에 들어있다. 무선 식별(RFID: radio frequency indentification) 기술을 사용하며, 약 4피트 거리에서 해당 스캐너로 칩 데이터를 읽는다. 처음에는 의료 경고용 팔찌와 같은 방법으로 의료 인명 구조용으로 사용되었으나, 의료는 물론 보안 목적으로도 사용된다. ]

출처 : (사)한국바이오칩학회       http://www.biochip.or.kr/

글쓴이 : 이 재

제목 : 나노과학과 단백질칩

작성일 : 2005년 06월 24일 22:56

내용 :

갈릴레오가 지동설을 주장하면서 종교재판을 받을 때,천동설이 무너지면 기독교의 권위는 무너질거라고 보며,진실을 왜곡하였읍니다.
단백질칩은 곧 인체에 들어가는 기계입니다.그리고 그것은 대부분
화학현상을 이용한 것이고,마치 수소와 산소가 만나서 (일정한 조건하에서) 물이 되는 현상을 인체에 적용하는 것이라고 합니다.

정신의학에서 신경전달물질인 세로토닌이나 아세틸콜린의 부족과 관련하여 우울증 치매현상을 이해하는 것과 관련하여서도 그렇고,
향정신성의약품인 필로폰 ,대마초의 사용과 관련하여 흥분 마취 환각등의 현상이 일어나느 것도 그렇고..

가벼운 정전기로도 여러분은 움찔합니다.즉 대부분의 자극은 자기결단을 정지시키고 순간적인 반응을 보이게 됩니다.

바이러스는 어떨까요...만약에 독성을 제거한 바이러스에 초미세 광물질을 삽입하고 그 바이러스에 심은 광촉매에 전기적 자극을 가한다면 바이러스는 순간적으로 움찔할 것입니다.

감기바이러스가 뇌에 침투하면 뇌염을 앓게 되지만 그것은 바이러스의 독성때문이고 대부분의 독성은 산성을 띠는 이유로해서 뇌에 염증이 생깁니다.
단백질칩의 연구는 주로 의학분야에서 연구되겠지만,약간은 변형된 바이러스칩은 상당히 위험한 요소를 내포합니다.특히 탄소나노튜브를 이용한 또는 금이나 은을 이용한 나노머신의 제조기술이 이러한 단백질칩이 결합한다면 끔직한 일이 일어 날 수도 있읍니다.

인간의 인체는 중추신경계와 자율신경계로 이우어져있고대부분의 정보는 대뇌피질로부터 해석되어지고 중추신경계의 자극으로부터 시작하여 우리몸의 자율신경계를 통제하게 죕니다.
생명현상은 항상성의 유지라는 전제와 자극과 반응의 피드백현상이 계속 이루지면서 지속됩니다.

대뇌의 전기적흐름의 제어는 그 생명을 하나의 로봇처럼 자유롭게 지배할 수가 있게됩니다.담배의 니코틴이나 타르가 뇌에 가득하게 되는 것과 같은 정도로 단백질칩(바이러스칩)이 가득차고 입과 코 귀에서 그 칩을 제어할 수 있는 나노머신이 작동하고 있다면
그 사람은 이미 그 자신이 아니며,테러나 자살 살인등의 목적으로 쓰여 질 수 있는 사이보그가 되 버립니다.90나노미터공정의 전선가공기술의 성공은 이러한 사이보그의 출현을 경고하게 됩니다.

이러한 나노기술의 악용은 100퍼센트 그 기술의 익명성에서 나옵니다.그러한 기술에 의한 자기경험이 없다면 전혀 그 기술의 위험성을 모를 것이며 아무리 설명을 하더라도 직접 그 기술을 실제로 생체에 접목하여 실험을 하지 못했다면 그 상상을 초월한 위력을 실감하지 못할 것입니다.

이러한 기술을 알고 있거나 전수받은 사람들의 공통된 의 견은 갈리레이를 처형하려던 제사장의 의견처럼,우리 인류의 미래가 그 기술의 알려짐으로 인해서 위협받게 될것이라고 주장할 것입니다.

여러분들이 이러한 기술의 위험성을 알려주고 미래의 우리의 삶과 행복을 담보해 주셨으면 합니다.

출처 : 2008년 6월 6호 - 한국바이오칩학회소식지

출처 : 블로그 : 피부가 좋아하는 웰빙건강 : http://www.biochip.or.kr/

제목 : NT기술을 응용한 바이오칩 동향

내용 :

Biochip(바이오칩)  (webzine 20호)

1. 바이오칩의 기술 동향

가. 정의 및 분류
○ 바이오칩이란 생물에서 유래한 효소, 단백질, 항체, DNA(유전자), 미생물, 동식물세포, 신경세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체와 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체칩 형태로 만든 소자(device)이다. 사용 용도와 응용 분야에 따라 다양한 종류가 있지만, 생체의 기능을 모방한 인위적인 소자이다. 전기적인 신호처리가 가능한 또는 전기적 신호를 유발 할 수 있는 장치의 개념이 내포되어 있다.
○ 바이오칩은 사용되는 생체물질의 용도, 시스템화 정도 등에 따라 바이오센서, DNA Chip(유전자칩), Protein Chip(단백질칩), Cell Chip(세포칩), Neuron Chip(신경세포칩), 생체삽입용 Chip, Lab-on-a-Chip 등으로 구분할 수 있다.
○ 바이오칩은 많은 종류의 단백질, 유전자(DNA) 같은 물질을 고체 기질 위에 고밀도로 붙여 놓은 것으로, 생물학적 검색이나 정보 처리를 높이는 방법이다.
○ 바이오칩은 유전자 기능연구(expression‎! profile), 질병관련 유전자 검색, 유전자 발현, 단백질 분포, 반응양상 등을 분석해 낼 수 있는 생물학적 마이크로 칩으로 과학 기술연구 및 신약개발 검출 도구, 임상진단 등의 분야에 혁신적 변화를 일으킬 것으로 주목된다.
○ 바이오칩은 고체 기질 위에 집적시키는 바이오 물질의 종류에 따라 DNA 칩, 단백질칩, 세포칩, 등으로 구분할 수 있으며, 넓은 의미로 Lab-on-a-Chip을 포함한다.
○ 바이오칩의 분자 진단 분야 시장에서 최적의 마커 개발이 중요 관건이다.
○ 소규모 회사들은 칩을 제작 시스템 판매 또는 소비자 요구형 칩 제작 서비스에 사업대상으로 하고 있다.

Figure1 바이오칩의 적용 분야에 대한 분류
 

Table 1 바이오칩의 사용물질에 따른 구분

Biochip의 종류	연구 대상
DNA Chip	DNA probe가 내장된 칩
단백질칩(Protein Chip)	효소나 항체/항원 등과 같은 단백질이 사용한 칩
Cell Chip	동물/식물 세포를 이용한 세포칩
Neuro Chip	신경세포를 직접 사용한 칩
생체삽입용 칩	생체삽입하여 생물정보를 얻는 센서
바이오센서	생체물질과 기존의 물리, 화학, 광학적 신호 변환기 (이것을 Transducer라고 한다.)를 조합한 센서
Lab-on-a-Chip	시료의 전처리, 생화학반응, 감출, 자료 해석기능을 소형 집접화한 자동 분석기능을 가지는 칩

나. DNA Chip

○ DNA Chip이란 유전자 검색용으로 많은 종류의 DNA를 고밀도로 붙여 놓은 것이다.

○ DNA Chip은 붙이는 유전물질의 크기에 따라 cDNA Chip과 Oligonucleotide Chip으로 나눌수 있다. cDNA Chip는 최소한 500염기 이상의 유전자가 붙여있고,  Oligonucleotide Chip에는 약 15-25 개 길이의 염기들로 이루어진 올리고 뉴클레오티드가 붙여져 있다.

○ 수 백개에서 부터 수 십만개의 유전자를 아주 작은 고체 표면위에 고밀도로 집적될 수 있도록 고안된 것임 또한 동시에 빠른 시간에 유전자를 검색할 수 있다.

○ 유전자를 분석할 수 있는 기존의 유전공학 방법을 효과적으로 대체할 수 있는 획기적인 방법임

Table 2 DNA Chip 제작기술

제작기술	특징	DNA Chip	관련회사
Pin microarray	Pin을 이용한 micro spotting	cDNA, Oligonucleotide	Incyte Genomics Molecular Dynamics Microsystems Genomic solution
Inkjet	Inkjet 원리를 이용한 micro dropping	cDNA, Oligonucleotide	Cartesian Incyte Genomics Packard Instruments
Photolithography	Phtolithgraphy를 이용한 올리고뉴클레오티드를 직접 합성하면서 제작	Oligonucleotide	Affymetrix
Electronic array	전기를 이용하여 제작	Oligonucleotide	Nanogen Motorola Life Science

Table 3 DNA Chip활용분야

cDNA Chip 활용가능 분야	Oligonucleotide Chip활용가능 분야
인체 유전자 기능 분석 연구 산업용 유전자 재조합 동식물 및 미생물 연구 실험용 동식물 모델 연구 암 및 질병관련 유전자 진단 유전자 치료 임상 병리학 동식물 검역 환경변화에따른 생태학 연구 식품 안전성 검사/ 신약개발	암관련 유전자 돌연변이 검색진단 유전병관련 유전자 돌연변이 검색 진단 약제내성 검색진단 DNA염기서열 분석 유전자 변이 가계도 작성 장기이식가능 조직 검사 법의학(용의자 확인, 친자 확인) DNA 고고학

(2001신기술동향조사 보고서 - 바이오칩 -  특허청)


Figure 2 DNAchip 및 응용 분야
 

다. Protein Chip

○ 단백질이 이차원 평면상에 단순히 바둑판 형태로 배열된 항체 어레이, 펩티드 어레이, 단백질 어레이 부터 시료 전처리 기능이 구현된 마이크로플로이드 (미세유체역학) 부분까지 포함하는 기술의 총괄적으로 단백질 칩이라 정의 함.

○ 단백질 칩은 단백질이 갖는 고도의 선택성과 칩이라는 관점에서의 대량 스크리닝 기능이 있기 때문에 단백질의 분리, 확인, 정량 및 기능해석에 이르는 일련의 단백질 분석작업을 칩상에서 수행 할 수 있는 잠재성이 있어 프로테오믹스 분야와 진단용 바이오센서 분야에 널리 활용될 전망 임.

○ 단백질 칩 기술은 칩의 제조와 관련된 protein microarray 기술과 어레이 상태로 고정화된 단백질을 관찰하고자 하는 단백질간의 상호반응 정도를 정량적으로 검출하고 비교하는 분석기술로 구분할 수 있다.

○ 분석기술은 형광, 전기화학, 화학 발광, 전기발광, 질량분석, 흡광 측정 등 기존의 검출기술을 이용하는 측정기술과 이들의 기술을 프로테오믹스 연구, 고속신약스크리닝 등에 활용하는 응용 기술로 나눌 수 있다.

Figure 3 단백질 칩 표면구조. (a)는 고체 표면에 생체 친화 물질을 고정화 하고 항체를 결합시켜 면역센서 제작. 검출은 표식(Label) 된 물질을 측정하여 항원-항체 반응을 검출. (b)는 항원을 표면에 고정하고 면역반응을 하고 반응 정도를 표식 물질로 측정.

 

Figure 4 단백질 칩에서 고체 표면에 결합된 단백질의 모식도를 표현. 세번째는 표식된 물질에서 나타나는 색의 변화를 보고 생체반응을 정량화 한다.

<ProteinChip 시스템의 예>

• Ciphergen Biosystems  

칩 위에서 연속적인 단백질 분리와 분리된 단백질을 SELDI (Surface- Enhanced Laser Desorption/Ionization) MS를 결합하여 대용량으로 정확한 데이터를 얻음

분석 시간은 몇 분 내에 이루어지며 단백질의 종류와 상대적인 농도를 등을 분석할 수 있음. 

매우 민감하게 반응함으로 극소량의 농도에서도 분석이 가능. SELDI를 포함한 일반적인 MS는 1피코그램 까지 검출할 수 있어 전기영동법에서의 5 나노그램 검출보다 오 천배 이상의 정밀성을 가지고 있다. ProteinChip 시스템은 검출할 수 있는 단백질이 1kD크기의 펩티드 분석이 가능하며 그 응용 범위가 매우 광범위함.

Figure 5 SELDI 방식의 측정법. 표면 처리를 한 단백질칩위에 직접 샘플단백질을 capturing 및 정제 과정을 거친 후, 표적 단백질을 레이저에 의한 탈착/이온화 하여 TOF MS(Time of Flight Mass Spectroscope)에 의해 검출 기술

• SPR( surface   plasmon   resonance,   BIOCORE)

SPR은 광이 두 매질의 경계면에서 전반사 될 때 계면에 있는 금속 층 전자들에 의한 표면 플라즈몬의 진동이 계면 근처의 유전 상수에 의해 영향을 받아 유전 층의 두께나 굴절률 변화에 민감하게 반응하는 현상이다.

형광 표식 과정 처리가 없이 광학적 원리만으로 분자간의 상호 작용을 측정 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

분자량으로 피코 몰 수준까지 측정이 가능하며 분자량으로는 180 Da(Dalton)의 저분자 부터 세포수준까지 측정할 수 있다.

다수의 단백질이 어레이화된 단백질칩 상에서도 SPR 신호를 검출하려는 시도가 이루어지고 있다.

     

                Figure 6 SPR 원리와 실시간으로 검출되는 실험결과.

Table 4 단백질칩의 형태

Glass Slides 형태	Matrix Slides 형태	Nanowells 형태
마이크로어레이어와 검출기구에 대한 호환성	마이크로어레이어와 검출기구에 대한 호환성	마이크로어레이어와 검출기구에 대한 호환성
높은 증발성	높은 증발성	낮은 증발성
여러 반응처리의 어려움	용액 중심의 반응성, 긴 세척 시간	용액 중심의 어세이 다중처리 반응
낮은 가격	높은 가격 Photolithography 필요	낮은 가격
인접 오염가능	인접부분에 대한 오염가능성은 낮음	인접부분에 대한 오염가능성은 낮음

                    (SRI report, Protein Chip, Jan 2002)

라. 마이크로어레이칩 및 마이크로플루이딕스

○ 바이오 칩은 제작 장치에 따라 DNA 분석과 단백질 분석을 위한 마이크로어레이칩과 마이크로/나노플루이딕스(Micro/Nano Fluidics) 기술을 이용한 랩온어칩(LOC:Lab-on-a-chip)으로 나눌 수 있다.

○ 마이크로어레이칩

어레이 칩은 대상 유전자나 혹은 단백질을 감지하기 위한 프루브를 어레이 형태로 배열해 프루브와 결합되는 물질을 감지해내는 방법을 이용.

프루브와 타깃 물질과의 특이적 결합(specific binding)이 전제 조건으로 타깃 질병의 마커 결정과 프루브 물질과 결합 효율을 높이기 위한 바이오 기술이 요구됨.

어레이 바이오 칩을 이용한 분석은 많은 양의 시약과 조작과정이 필요 없이 한번에 수많은 반응이 동시에 처리 가능하여 유전적 분석을 단지 10㎕ 이하의 적은 양의 시료를 가지고 수 센티미터의 칩을 이용하여 수일 만에 분석할 수 있음.

○ 랩온어칩(Lab-on-a-Chip)

마이크로/나노플루이딕스(Micro/Nano Fluidics) 기술을 이용한 이 칩은 시료의 반응, 분리, 분석이 하나의 칩 위에서 이루어지도록 고안된 5∼200㎛의 크기의 마이크로 채널로 이루짐.

다양한 샘플을 나노리터(nℓ) 정도 또는 이하의 양만으로 연속적으로 분석할 수 있는 방법을 제공하여 고속 처리(high throughput) 분석이 가능함.

이 칩은 유리나 혹은 실리콘 기판 또는 플라스틱을 이용해 마이크로 시스템 가공 기술로 제작함

기계적인 펌핑 방법, 마이크로 채널 표면에 형성되는 전기삼투현상(electro-osmotic phenomena)을 이용, 자기조립단분자막 등을 이용하여 표면특성을 조절함으로써 유체의 정밀 컨트롤을 가능함.

LOC의 개념은 생명현상을 규명하려는 포스트게노믹스연구, 즉 인간 유전자 구조의 밝혀짐에 따른 후속 연구를 추구하는 가장 좋은 방법으로 인식되고 있음.

고감도 나노 감지소자가 개발될 경우 이들 감지소자와 기존의 LOC와의 결합을 통하여 소형 진단 칩으로서의 응용이 가능다. 미소 채널을 이용한 분석 시스템의 연구와 더불어 초정밀 유체의 조절을 위한 마이크로 밸브, 마이크로 펌프 등 마이크로 유체 부품들이 연구되고 있음. 이들 부품들은 LOC에 응용뿐 아니라 약물전달시스템(drug delivery system)이나 마이크로통합분석시스템(μ-TAS:Micro Total Analysis System) 등에 응용될 것으로 기대가 됨.

2. 바이오칩의 산업현황

가. 산업현황

○ 바이오칩은 DNA나 단백질과 같은 생체물질을 유리, 실리콘, 나일론 등의 재질로 된 고체기질 위에 고밀도로 집적화시킨 것으로 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포 등의 생물학적 정보를 얻거나 생화학적 공정 및 반응 속도 또는 정보처리 속도를 높이는 도구나 장치를 말한다.

○ 바이오칩은 과학 기술 연구 및 신약 개발 프로세스, 임상 진단 등의 분야에 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 주목을 받고 있으며 빠르게 발전하고 있다. 임상진단 분야에서는 이미 암, 에이즈, 간염, 말라리아 등과 관련된 유전자 돌연변이를 검출하여 진단할 수 있는 바이오칩이 개발되어 사용하고 있다.

Figure 7 마이크로 플로이딕을 적용시킨 Lab-on-a-Chip

Table 5  바이오칩 기술의 상업응용 분야

산업분야	응용 범례
정보 전자	가전 응용, 개인식별/보안시스템, 가상현실 시스템, 생물전자소재, 바이오콤퓨터,
식품 및 생물공정	식품/안정성검사, 동식물 질병 진단, 육류/농산물의 품질관리, 생물공정 계측 및 제어, 생물생산 시스템
정밀화학	생리활성 의약원료 개발(항생제, 항암제, 백신), 화장품제조, 효소 및 생화학 시약, 농약 제조 및 분석, High Throughput Screening(신약개발 탐색,HTS),
환경	BOD센서, 수질 및 해양오염 감시, 오염물질 검출 및 분석, 중금속/독성폐기물 검출, 위험물/생화학무기 검출
보건 의료	혈액검사, 유전자 분석, 자기 진단(당뇨, 간염, 말라리아) 임상용 진단 시약, 실험 동물 대체용 독성시험, 의료기기

나. 기술 동향
 

         
            Figure 8 바이오칩 로드맵 (SRI Consulting, D99-2226, Biochip)

 

        Figure 9 바이오칩 검출기술 로드맵 (국가지술지도(안), Kistep 2002)

○ 바이오칩은 바이오칩 자체의 제조기술뿐만 아니라 분석기기 및 소프트웨어가 결합된 분석시스템으로 향후 시장에서 성공 여부는 바이오칩 분석 시스템에 대한 표준화를 누가 주도하는 가에 따라 결정된다.

○ 현재 시장에 가장 많이 보급된 것은 Affymetrix의 GeneChip시스템인데 칩 제조 기술의 혁신이 계속 이루어지고 잇고 바이오칩 시장이 초기 단계인 점을 감안하면 바이오칩 분석 시스템의 표준화 경쟁은 당분간 혼전을 거듭할 것으로 보임

○ 바이오칩은 DNA 칩, 단백질칩, Lab-on-a-Chip 등의 각기 다른 형태의 분석 시스템을 가지고 있으며 응용분야가 극히 세분화되어 있는 점 등이 분석 시스템의 표준화에 걸림돌로 작용함. 바이오칩 관련기업에게는 세분화된 시장을 공략할 수 있는 기회를 제공함.

다. 기술개발 동향

○ 현재의 마이크로어레이 기술은 한개의 시료에 다양한 유전자를 분석하는데 초점을 맞추고 있으나 향후 다수의 시료에서 다양한 유전자를 분석하는 방향으로 발전할 것으로 전망됨.

○ 신약개발의 새로운 목표발굴에 최종 목표를 두고, 약물에 대한 개인의 유전적 차이를 발굴하고 이를 통한 약물반응성을 예측하는 개인별 예측의학 및 맞춤 의약을 추구하는 방향의 기술개발이 주종을 이루고 있음.

○ 단백질관련 선도기술의 등장으로 단백질의 산업화 기술은 점차 대규모화/고효율화 추세를 보이고 있고, 다수의 단백질에 대한 동시 분석과 단백질-단백질 상호간 작용규명 기술에 초점이 맞추어져 있으며 이를 위한 단백질칩 연구가 활발함.

○ Microfluidics기술에 기반한 Lab-on-a-Chip기술을 응용한 마이크로, 나노바이오칩의 설계 및 제작 기술 개발과 바이오센서 개발에 적극 상품화 되고 있음

라. 시장전망

전세계의 바이오칩 산업은 무한한 잠재력을 지니고 있는 분야로 유아기에서 벗어나 성장기에 이르고 있다. 주요 시장에 대한 개괄적인 윤곽이 드러났고, 여러 개의 개발 프로젝트가 진행 중에 있고 개발된 제품들이 시장에 출시되고 있다.

바이오칩의 사업모델은 다음과 같다.

- 직접 제품개발의 내부 투자

- 거대 협력회사의 투자하고 제품 공동개발

- 제 3의 소규모회사와 제품 공동개발

- 파생제품을 위한 기술가발 공공자금 적용

- 특이적 응용을 위한 기술에 대한 특허 공유

현재 세계 바이오칩 시장은 약 3억 달러 정도로 추정되며 해마다. 30% 이상의 고성장을 지속하여 2005년 12억 달러, 2010년에는 50억 달러 이상의 규모로 성정할 것으로 전망되고 있다. 일부에서는 2005년에 100억 달러 이상의 시장을 형성할 것이라는 예측이 나올 정도로 바이오칩 분야는 그 시장성을 인정받고 있다.

현재 바이오칩 시장의 대부분은 DNA칩이 차지하고 있으나 점차 단백질칩과 Lob-on-a-Chip 제품의 비중이 높아져 2010년 이면 이들 제품이 주종을 이룰 것으로 예상된다. 또한 현재 판매되고 있는 바이오칩을 용도별로 보면 연구개발용이 대부분으로 진단용 바이오칩은 아직 상업화의 초기 단계에 있다. 향후 5년 후면 진단용 바이오칩 시장이 연구개발용 바이오칩 시장을 능가할 것으로 보인다.

바이오칩 시장을 세분해 보면 microfluidics 부분은 2002년 1억 5천만불 이고 2003년에는 57%에서 2006년에는 37% 정도로 년간 성장률이 둔화되어 6억 3천만불이 될 것으로 예상함.

Microarray 분야는 2001년 4억 8천만불에서 2002년은 39% 성장, 2006년에는 20% 정도로 매년 성장하여 17.5억불에 이를 것으로 예상한다.

(2001년 신기술동향보고 보고서-바이오칩- 특허청 (http://www.kipo.go.kr))
 

Table 6 바이오칩의 세계 시장 성장 예측도

	2002		2003		2004		2005		CGR
	$Mil	%	$Mil	%	$Mil	%	$Mil	%	'00~'05
DNA	1,186	98	1,706	98	2,362	97	3,189	96	43.7%
protein	26	2	42	2	73	3	142	4	62.5%
Total Biochip Market	1,213	100	1,747	100	2,435	100	3,332	100	44.3%

(SDI report, June 2001)

마) 시장 동향

○ 현재 바이오칩(대부분 DNA Chip) 세계 시장 규모는 5억달러로 추정되고 있으며 연 30%의 성장률을 보이고 있어 2005년에는 33억 달러 이상으로 시장규모가 성장할 것으로 전망됨. 국내 바이오칩 시장 규모는 현재 약 20억원이며 2010년에는 2,400억원에 이를 것으로 전망됨(SDI report, June 2001)

○ 바이오칩 진단 시약의 개발은 다양한 분야들이 접목되어 개발됨으로 개발에 성공하면 파급효과가 매우 클 것으로 전망됨.

         

           Figure 10 바이오칩에 대한 각 기관들의 시장예측

      Table 7 바이오칩의 응용 분야 및 시장 ("Biotech 2001", Burrill and Co.)

응용분야	시장(단위 = 만 달러)
의료진단(Diagnostic)	4,000
신약개발탐색 (High Throughput Screening)	12,500
의약용 유전체 발굴 (Phamacogenomics)	12,000
독성시험평가(Toxicity Screening)	23,100
유전자 발현 탐지 (Expression‎! Profiling)	43,400

○ 특히 인종간, 민족간의 유전적 차이 규명을 위한 많은 노력이 이루어지고 있으며, 한국인에게 적용되는 독자적인 정보 이용 기술 개방이 필수적인 분야임
○ DNA 칩 분야에서 국내는 기초분야보다 응용분야에 치중하여 바이오칩 진단시약개발, 질병관련 마커(Marker)발굴, 단백질칩개발, 한국인 특이 유전자 확보 및 이를 이용한 바이오칩 개발에 집중할 필요가 있음.

Figure 11  바이오칩의 2000년 시장분석과 2005년의 시장 예측 (Source: SDI report, June 2001)

1) 국외

○ 전세계의 바이오칩 산업은 여러회사 제품이 시장에 출시되는 성장기에 돌입했음

○ 미국의 바이오칩 관련 제품이나 서비스 수요은 연간 약 25% 이상의 비율로 성장하고 있으며, 2006년에는 18억 달러 규모에 달할 전망. 바이오칩의 매출은 7억2천만 달러에 달할 것이며, 관련 제품(기기, 소프트웨어, 시약, 소모품) 및 서비스 매출은 10억 달러에 이를 전망임(Biochips 2002, The Freedonia Group,Inc.)

  ○ 바이오칩에 대한 기대는 Human Genome Project를 이용한 신약발굴 및 진단 시장에서 잠재가치와 연관 되어 있음

     <Human Genome Project :HGP>

▷ HGP의 목표는 인간의 염색체에 대해 염기서열을 분석 하는 것임

▷ 분석 결과 각 개인간의 유전적 다양성을 분석연구와 질병에 대한 의약품의 상호작용을 연구하는 방향으로 흐름의 전환이 됨.

▷ DNA 염기 서열 및 새로운 유전자 찾아냄으로써 유전학 분야에 새로운 연구 분야를 개척함

▷ 서로 다르게 발현되는 유전자의 기능을 밝혀 내는 Functional Genomic 의 분야를 출현시킴

  ○ 바이오칩 시장에 대한 잠재성은 상당히 높은 것으로 간주됨

○ 기초 연구, 신약발굴 및 임상의학에 기초로 한 Genotyping, 서로 다른 유전자 발현, 단백질 발현에 대한 연구 잠재력은 상당히 높음

○ 바이오칩의 사업모델 

  - 직접 또는 공동 마케팅을 위한 내부투자에 의한 제품 개발

  - 거대협력 회사가 투자하는 제품 공동 개발

  - 제 3의 소규모회사와 제품 공동개발

  - 특정 응용을 위한 기술에 대한 특허 판매

○ 선진국의 사업모델

  - 유전자 칩 또는 단백질 칩 제조 판매, Lab-on-a-Chip

  - Microarray : 칩제작 장비

  - Microfluidcs

  - Scanner

  - 고객 서비스 및 aftermarket

○ 유전체 분야, 감염성 질환 진단용 유전자 칩 시장은 2005년 약 20억불로 성장될 것으로 전망됨

○ 유전자 발현 분석 및 막대한 유전정보 해석을 위한 유전체 기능 연구용 유전자 칩 시장이 주류로 되어 있고, 신약개발 및 질병 진단용 유전자 칩 시장은 초기 단계임

○ 현재 미국의 Affymetrix, Incyte, Nanogen 등에서 칩 제조 판매 중이고 Affymetrix 사는 유전자 칩 시장의 약 60%를 차지하고 있음

○ 고밀도 칩제작 장비인 Microarray 시장은 Affymetrix, Caliper, Packard bioscience, Genomic solutions에 의해 주도 되고 있음

○ Scanner는 유전자칩 또는 단백질칩의 정보를 얻고 처리하는 고비용의 장비임

○ 고객 서비스는 고객에게 신저품 제공, 주문형 제작 칩 제조 및 서비스, 유전자 발현 주문형 서비스 등의 시장을 형성함

○ 단백질 바이오칩 시장이 오는 2006년까지 7억달러 규모로 성장할 것이라고  바이오인사이트에서 조사. 지난해 바이오칩 시장은 7600만 달러의 규모를 기록했으며 이 중 6000만달러가 스웨덴의 바이아코어의 실적임. 앞으로 몇년 안에 이 시장 참여기업의 수는 10배 이상 늘어날 것”이라고 전망.

2) 국내

○ 생물정보학을 활용한 유전자칩의 국내시장은 발아기 단계임. 현재 대학실험실 및 연구소 중심으로 개별적인 정보를 구축하고 있는 상태임

○ 벤처기업을 중심으로 프로토타입의 유전자칩 및 단백질칩이 제조 판매되고 있음

○ 바이오칩에 대한 관심은 선진국과 비슷한 시기에 시작되었으나 연구개발을 위한 조직 구성 및 지원 등의 기반이 취약하여 선진국의 개발동향을 탐색하는 단계에 있음

○ 칩에 대한 연구는 LG전자기술원, 삼성종합기술원 등 대기업과 바이오벤처를 중심으로 진행 중이며, 칩 설계 부분에서 자체적으로 소프트웨어를 개발하여 사용 중임.

○ 최근 단백질 칩에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이며 대기업, 벤처기업 및 대학 등에서 단백질칩 제작 및 시제품 개발이 활발함

○ 국가지원 기술개발 사업으로 유전자칩 및 단백질칩 개발사업(산업자원부 차세대기술개발사업), 유전체 연구(21세기프론티어사업) 등이 있다.
 

3. 국내외 업체동향

<국외>

○ Affymetrix

－ GeneChip과 시스템을 제작했으며 병의 진단, 모니터링 및 치료의 개선에 관한 복잡한 유전적 정보의 습득, 분석 및 관리에 대한 선택의 기술로 사용

－ GeneChip 시스템은 칩 상의 유전자 서열을 포함하는 DNA 탐침 어레이, 탐침어레이 사용을 위한 시약, 탐침 어레이를 처리하는 스캐너 및 기타 장비, 유전 정보를 분석하고 관리하는 소프트웨어로 구성되며, 1996년부터 판매하기 사작

○ BioRobotics

－ MicroGrid에 기반한, 4가지 마이크로어레이를 제공

－ 2000년도에 MicroGrid II출시. 샘플 증발, 샘플 이동, 처리량, 스파팅 및 모든 용이성에 있어서 기타 개선을 포함하여 첫번째 생성 장비보다 고밀도 어레잉을 제공 가능

－ Total Arraying System(TAS)를 제공하고, 이는 냉각, 공기 여과 및 바코드 판독과 같은 특징을 포함함

○ Caliper Technologies

－ LabChip System을 이용한 lab-on-a-chip 기술의 전체 리더로 개인 연구실 시스템 및 고처리량 시스템의 독특한 칩 포맷에 기반한, 몇 가지 유형의 LabChip 시스템을 개발

－ DNA, RNA 및 단백질 랩칩 킷트는 Agilent 2100 Bioanalyzer에 대하여 사용 가능함.

－ Caliper 측정 시스템은 Agilent Technologies에 의하여 마켓팅 및 판매되고 있음

○ Ciphergen

－ ProteinChip System은 생물학적 샘플로부터 직접 펨토몰(femto mole) 레벨에서 단백질의 분리, 검출 및 분석을 신속하게 수행하는 분자 분석 시스템 임

－ SELDI(Surface-Enhanced Laser Deposition/Ionization) 기술을 활용함.

－ 단백질칩은 광범위한 종래의 분석 방법에 대한 보완적인 해결 가능

－ 단백질 기반 정보를 분석하고 관리하기 위한 일회용 단백질칩 Arrays, 단백질칩 인식기 및 적절한 소프트웨어로 구성된 현행 단백질칩 시리즈인 PBS II를 상업적으로 착수.

○ GeneMachines

－ GeneMachines는 OmniGrid 및 OmniGrid Accent와 어레이어 시장에서 경쟁하며, OmniGrid는 어레이어 구축을 위하여 친숙한 P. Brown MGuide의 디자인을 모방함. 시스템은 개선된 기계학 및 고용량/처리량 능력을 첨가하며, OmniGrid Accent는 컴팩트한 실험실용 어레이어임.

○ Genomic Solutions

－ Genomic Solutions는 유전체 및 단백체 어플리케이션에 대한 장비, 소프트웨어, 소모품 및 서비스를 제공

－ 시스템은 DNA 라이브러리 관리, 바이오칩 생산, hybridization, 이미징 및 바이오인포메틱스를 포함한 표현 분석을 위하여 디자인됨.

○ Hyseq

－ Hyseq는 현재 내부적으로 그리고 테스트 목적용으로 제 3자를 이용하여 공용 DNA 시퀀싱 HyChip Biochip을 사용하며, Hyseq 시스템은 reference 및 테스트 시료간의 차이를 확인하기 위하여 레이블된 탐침의 타겟 지정 칵테일과 연결된 완전한 세트의 DNA 탐침의 어레이를 사용함.

○ Incyte Genomics

－ Incyte Genomics는 유전체 데이터베이스 및 파트너쉽 프로그램, 유전체 데이터 관리 소프트웨어, 마이크로어레이 기반 유전자 표현 서비스, 관련 시약 및 서비스를 개발하고 판매하고 있음

○ Nanogen

－ Nanogen의 마이크로어레이 기술은 전자 어드레싱이라고 하는 독점 기술을 사용

－ NanoChip Molecular Biology Workstation은 사용자가 어레이의 다양한 위치에 조정된 전하를 배치하고 특정 스팟 상에 DNA를 선택적으로 배치하도록 허용함

－ 이 시스템은 현재 SNP 및 Short Tandem Repeats(STR)를 분석하는데 사용되고 있음

○ Packard BioSciences

－ piezoelectric 바이오칩 마이크로어레이어를 제조하며, 시스템은 스팟 어레이에 대하여 잉크젯 프린팅 기술을 사용함

－ 바이오칩 어레이어는 DNA 및 단백질을 포함하여, 생물분자의 고밀도 어레이를 생산

－ Packard BioChip은 현재 제조 환경에 최적화된 포맷으로 바이오칩 및 마이크로어레이의 대형 체적 생산을 제공하는, 2001년 후반기에 이용 가능한 제 2세대 어레이어에 대하여 작업 중

○ Sequenom

－ Sequenom은 유전적 이형체와 연관된 SNP 및 기타 DNA 분획을 동시에 분리하고 검출하기 위한 MALDI-TOF 질량 분광계의 파워를 사용하는 MassArray System을 판매하며, 시스템은 형광표지 또는 기타 마커 없이 측정
 

    Figure 12 단백질 칩 제조업체간 상호 협력관계 모식도

4. 국내 주요업체 Profile

○ 외산 일색이던 바이오칩 분석장비 시장에 국내 기업들의 진출이 활발

○ 마크로젠·디지탈바이오테크놀러지·서린바이오사이언스 등은 최근 대당 3000만원에서 5000만원 안팎의 저가 바이오칩 분석 장비를 선보이며 시장 공략.

○ 바이오벤처기업들은 바이오칩 분석장비를 병원과 연구소에 대량으로 보급해 바이오칩을 이용한 진단과 연구를 활성화하고 바이오칩과 분석장비 시장을 장악하는 전략.

○ 마크로젠(http://www.microgene.co.kr)은 5000만원짜리 보급형 ‘MG-DNA칩 스캐너’를 출시. 이 스캐너는 대당 1억2000만원에 판매되고 있는 미국 애피메트릭사 제품과 성능은대등하면서도 cDNA칩(유전자 발현)·올리고 칩(유전자 변이) 및 지노믹 DNA칩(염색체 수적 변화) 검사는 물론 단백질칩에 이르기까지 바이오칩 발현분석용으로 폭넓게 사용할 수 있음.

○ 디지탈바이오테크놀러지(http://www.digital-bio.com)는 CCD카메라와 할로겐 램프를 사용한 보급형 스캐너 ‘제노스코프 DCR200’의 주문제작을 시작. 고가의 레이저 스캐너에 비해 30% 이상의 가격경쟁력을 갖고 있는 이 장비는 자체 영상처리 소프트웨어로 처리되며 바이오칩 분석과정을 자동화함. 디지탈바이오는 고객이 원하는 기능에 초점을 맞춰 제노스코프를 주문제작, 바이오메드랩과 지노첵 등 DNA칩 분석장비로 사용하고 있음.

○ 다이아칩(http://www.daichip.co.kr)은 150만화소의 CCD카메라를 사용해 높은 해상도를 자랑하는 ‘DC리더 301’로 시장공략함. 바코드리더가 장착된 이 스캐너는 판독을 시작하기 전에 검사 대상 바이오칩의 정보를 미리 확보, 판독과 진단 결과 처리를 자동으로 수행하고 인터넷을 통한 정보 전달도 가능.

○ 서린바이오사이언스(http://www.seoulin.co.kr)는 하반기 중 보급형 DNA칩 분석장비 개발을 완료하고 시판에 나설 예정.

○ 진단용 DNA칩과 프로테인칩을 판독할 수 있는 장비인 스캐너는 미국 애피메트릭사와 애질런트테크놀로지 등 수억원대 외산 고가제품이 국내 시장을 장악하고 있어 중소규모 병의원이나 연구실에서 바이오칩을 사용하는 데 걸림돌로 작용.

○ 푸드바이오테크의 ‘항원 특이 알레르기 항체 검출용 단백질칩 개발’, 프로테오젠(대표 한문희)의 ‘진단용 고감도 단백질칩 제작기술 개발’, 연세대 라선영 교수팀의 ‘유전자와 단백질 발굴에 의한 장암 관련 바이오칩 개발’, 서울대 박웅양 교수팀의 ‘신 질환 올리고칩 개발과 바이오칩 분석통합환경 구축’ 

5. 결론

본 자료에 포함되지 않지만 넓은 의미에서 바이오칩이라 하는 연구 분야 있다. 사람의 몸 속에 이식해 혈압 혈당 체온 등 필요한 정보를 저장해 원하는 곳에 전송하는 생체 삽입용 칩이 있다. 이를 이용하면 환자가 갑자기 의식을 잃은 긴급상황에서도 의사는 칩에 저장된 정보를 통해 신속히 대응할 수 있다. 이런 생체 삽입용 칩은 실제로 지난해 미국에서 한 가족에게 이식되기도 했다.  현재 아이디어 수준의 연구 분야에 대해 실용화하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며 앞으로도 많은 연구자에 의한 성과를 기대해 본다.

[참고문헌]

서창우 , 생물정보학의 시장분석 자료,Microbiochip center  2002

Kistep, 국가기술지도(안), 2002

한국전자통신연구원, Bioelectronics Technology & Market Analysis, 2001

SDI report, June 2001

SRI -BI, Protein Chip, D02-2360, January 2002

SRI -BI, DNA Chip, D00-2300, November 2000

SRI -BI, Bio Chip, D99-2226

2001년 신기술동향보고 보고서-바이오칩- 특허청 (http://www.kipo.go.kr)

Ciphergen 회사 (http://www.ciphergen.com)

BMS korea 회사 (http://www.bmskorea.co.kr/new01_21-1.htm)

BIAcore 회사 SPR 제품 (http://www.biocore.com/technology/core.lasso)

<별첨자료 1> 국외 바이오칩 제조업체

회사명	장점	단점
Affymetrix	-유전자칩 분야의 시장 리더이다. -소프트웨어, 판매업체와 파트너쉽이 강함. -제약 및 생물공학 회사의 연합.	-어레이 및 판독시장에서 경쟁이 심화. -유리 슬라이드의 시장에 참여하지 않음.
Agilent Technologies	-전 세계적으로 대형 공급책을 보유. -제약 및 새물공학 회사와 연합. -랩칩 시장에서 강력한 위치.	-유전자 어레이에 대한 품질이 약함. -주문형 마이크로어레이 시장에서 경쟁이 심화.
Axon Instruments	-스캐너장비의 낮은 가격, 고품질 기술보유. -마이크로어레이분야에 우수한 공급망보유. -개방형 구조 소프트웨어가 우수함.	-추후 시장에 대한 회사의 투자부족. -판독기 시장의 경쟁이 빠르게 심화되고 있음.
BioRobotics	- 대형 및 소형 연구실 요구에 적합한 제품 공급. - 전세계적인 공급 네트워크 보유. -MicroGrid라는 브랜드 네임이 잘 알려짐.	-추후 시장에 대한 참여부족. -파트너쉽 결여로 성장을 둔화됨.
Caliper Technologies	-브랜드 및 마케팅 능력이 우수함. -제약 산업에서 신속하고 저렴한 분석제공.	-랩칩에 대한 회의론 증대. -ACLARA BioScience와 특허 소송으로 이미지 하락.
Ciphergen	-단백질칩 기술에서 선두임. -전세계적인 사무실을 설립.	-브랜드 인식 측면에서 부족. -SELDI 방식이 기존 사용자에게 친숙하지 않다.
GeneMachines	-스파터의 정밀도가 우수함. -대학과 협동연구로 기술개발에 집중함. -OmniGrid 어레이장비에 대한 독점 계약.	-로보틱스, 자동화 부분에서 가격 경쟁. -판매력이 주로 북미에 한정되어 있다.
GeneScan Europe	-농업, 식품 산업에 고객 기반이 있다. -유럽, 브라질, 호주, 홍콩에 강한 판매를 지속하고 있다. -탐침, 검출 서비스 및 바이오인포메틱스에 탁월한 서비스 능력을 가지고 있다.	-자체 고해상도 스캐너를 제공하지 않는다. -낮은 밀도의 어레이 기술로는 이후 시장에서 중요한 역할을 기대하기 어렵다.
Genomic Solutions	-유전체 및 단백질체에 대한 완전한 해결책을 제공하기로 유명하다. -연구 및 개발에 집중하고 있다.	-회사의 세계적인 입지가 약함. -GeneTAC의 하이브리드 제품에 신뢰성이 부족함.
Hyseq	-많은 특허를 보유하고 있다. -부가 기술 및 900,000개 이상의 유전자 발견에 대한 특허를 출원 중이다.	-HyChip을 상업화 하지 못하였다.
Incyte Genomics	-광범위한 표현분석 서비스를 제공 중. -대량의 시퀀싱처리 기술을 제약회사에 제공하고 있다.	-Affymetrix와의 특허분쟁으로 이미지 하락. -마이크로어레이 시장에서 경쟁이 심화.
Nanogen	-정확한 SNP 분석을 제공한다. -유럽 및 아시아시장에 판매를 확장.	-SNP 방식에 대한 증명이 부족. -NanoChip 시스템에 대한 응용성이 부족.
Packard BioSciences	-60개국 이상에서 강력한 마케팅 능력보유. -유전체 및 단백질체의 생명과학산업에서 앞선 회사이다.	-ScanArry 제품에 대한 브랜드 네임 인식이 감소. -마이크로어레이의 이후 시장 진출 미약.
Sequenom	-강력한 질량 분광계 기술 보유. -이후 시장에 대한 참여 활발.	-MassArray 방식은 막대한 투자가 요구된다. -주문형 및 계약 연구가 자리잡지 못했다.

(출처 : 서창우 , 생물정보학의 시장분석 자료, Microbiochip center  2002)

<별첨자료 2> 국내 바이오칩 제조업체

분류	회사명	제품 또는 사업분야
DNA chip 제작/판매	Macrogen	MAGIC(Macrogen's Advanced Genome Information)
	Goodgene	XQ oligo DNA chip
	제노프라	위암 및 간암 진단 cDNA Chip
	바이오메드랩	HPVDNAChip, TBplusDNAChip, EVDNAChip, FDD MB Chip, Huntington Disease Chip
	코스모진텍	Custom DNA micro array
	서린바이오사이언스	친자확인용 DNA chip
	디지털지노믹스	GeneDense Human-10k, GeneDense Fly-6k, GeneDense Mouse-6k
	제네티카
	아트만바이오사이언스
	지노믹트리
	코젠바이오텍
	바이오랜드
	바이오메트릭스 테크놀러지	BMT Chip
	에스제이하이테크	마이코박테리아 진단 및 동정용 DNA chip
DNA chip 제조System	바이오 메크
DNA chip 판독기 판매	바이오기브	ChipWriter, ChipReader
	디지탈바이오테크놀로지	Genoscope DCR 200
Protein chip 판독기 판매	다이아칩	Arrayer™ 201, DC Reader™ 301, DCsion Marker™ Software, Diachip
	프로테오젠

(출처 : 서창우 , 생물정보학의 시장분석 자료, Microbiochip center  2002) 

[출처] Biochip(바이오칩)|작성자 필사이언

[영심이]

천년사랑님 주님안에서 반갑습니다.^^제가 바이오칩에 대한 자료를 올릴까 생각하였었는데 이렇게 올려주셔서 감사합니다.^.~우리님들께서 보시듯이 바이오칩은 상당히 복잡합니다.^.~ 중간 부분에 보시면 ' 바이오칩의 사용물질에 따른 구분'중에서 생체삽입용 칩-> 생체삽입하여 생물정보를 얻는 센서 라고 되어 있습니다.그동안 베리칩에 대하여 말씀과 함께 많은 자료들을 올렸습니다.왜 우리는 베리칩을 경계해야 하는가?지혜로운님들은 깨닫게 되실것입니다.주님의 은혜와 사랑이 넘치시길...마라나타

[바라보자]

감사합니다!!

[천년사랑]

출처: IT용어사전 [ 베리칩 (VeriChip) ; 생체 검증을 위하여 사람의 피하에 삽입하는 체내 이식용 마이크로 칩. 쌀알만 한 크기로 126개 정보 문자와 데이터 전송용 전자 코일, 동조 콘덴서 등이 실리콘 유리 튜브 속에 들어있다. 무선 식별(RFID: radio frequency indentification) 기술을 사용하며, 약 4피트 거리에서 해당 스캐너로 칩 데이터를 읽는다. 처음에는 의료 경고용 팔찌와 같은 방법으로 의료 인명 구조용으로 사용되었으나, 의료는 물론 보안 목적으로도 사용된다. ]

[영심이]

주님안에서 반갑습니다.^^그런데 죄송하지만 126개가 아니라 128개가 아닌지요?^^지금까지 저는 그렇게 알았네요.저 개인적으로는 괜찮지만 혹여 논쟁거리가 되지 않을까하는 조심스런 마음 때문에 그렇습니다.^^주님의 은혜와 사랑이 넘치시길...마라나타

[천년사랑]

저도 128개로 알고 있습니다. 다만 이 자료는 인터넷 검색에서 "IT 용어사전"에 있는 내용이라 개인적인 의견으로 수정하지 않고 그대로 올릴 것입니다.

[영심이]

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