﻿새로운 DNA 바이오센서로 강력하고 저렴한 임상 진단 가능

새로운 DNA 바이오센서로 강력하고 저렴한 임상 진단 가능 날짜: 2023년 1월 24일 원천: 국립 표준 기술 연구소(NIST) 요약: 질병 관련 DNA 바이오마커를 표시함으로써 의료 전문가는 조기 진단을 내리고 개인화된 치료를 제공할 수 있지만 일반적인 스크리닝 방법은 힘들고 비용이 많이 들거나 범위가 제한적일 수 있습니다. 이제 새로운 바이오센서는 접근 가능하고 광범위한 진단을 위한 길을 열 수 있습니다. DNA는 암을 비롯한 수많은 질병의 존재 또는 소인을 알릴 수 있습니다. 바이오마커로 알려진 이러한 단서를 표시하는 기능을 통해 의료 전문가는 중요한 조기 진단을 내리고 개인화된 치료를 제공할 수 있습니다. 일반적인 스크리닝 방법은 힘들고 비용이 많이 들거나 발견할 수 있는 내용이 제한적일 수 있습니다. 정확하고 저렴한 디자인을 자랑하는 새로운 바이오 센서 칩은 고품질 진단에 대한 접근성을 높일 수 있습니다. NIST(National Institute of Standards and Technology), 브라운 대학 및 프랑스 정부 지원 연구 기관인 CEA-Leti의 연구원들이 개발한 바이오 센서는 DNA 가닥과 장치 사이의 결합이 어떻게 발생하는지 측정하여 바이오 마커를 식별합니다. 다른 유사한 센서와 차별화되는 점은 모듈식 설계로 대량 생산이 용이하고 가장 비싼 부품을 재사용할 수 있어 비용이 절감됩니다. 최근 온라인에 게시된 IEEE International Electron Devices Meeting의 논문에서 연구원들은 일반적으로 성능 저하와 관련된 모듈성에도 불구하고 장치의 높은 감도와 정밀도를 입증하는 연구 결과를 발표했습니다. 다른 DNA 바이오센서와 마찬가지로 이 장치는 친숙한 이중 나선 내에서 다른 DNA 가닥과 쌍을 이루지 않을 때 단일 DNA 가닥이 화학 결합을 위해 준비된다는 사실을 이용합니다. 장치의 일부는 단일 가닥의 DNA로 코팅되어 있습니다. 이러한 "탐침"이 상응하거나 상보적인 유전적 서열을 가진 DNA 바이오마커를 만나면 두 가닥이 결합하여 신호를 보내어 장치가 포착합니다. 새로운 연구의 공동 저자인 NIST 연구원 Arvind Balijepalli는 "측정을 하려면 두 개의 DNA 분자가 필요합니다. 우리는 대상 DNA에 상보적인 센서에 한 가닥을 놓습니다. 그것은 건초더미 속의 속담입니다."라고 말했습니다. . 표적 DNA 가닥이 프로브에 결합하면 전계 효과 트랜지스터(FET)라고 하는 반도체 장치가 측정할 수 있는 전압 이동을 유도합니다. 이러한 전압 이동은 분자가 센서에서 튀어나올 때 초당 수백 번 발생할 수 있습니다. 시간 분해능이 높기 때문에 이 접근 방식은 DNA 가닥이 프로브에 결합되어 있는지 여부뿐만 아니라 연결 및 연결 해제에 걸리는 시간(결합할 수 있는 다른 마커를 식별하는 데 중요한 결합 동역학이라는 요소)을 알려줄 수 있습니다. 다양한 정도로 동일한 프로브에. 그리고 이 방법을 사용하면 많은 것을 측정하기 위해 많은 공간이 필요하지 않습니다. "이것은 매우 확장 가능한 기술입니다. 원칙적으로 우리는 스마트폰 크기의 장치에 통합된 1제곱밀리미터의 면적에 수백 또는 수천 개의 센서를 가질 수 있습니다. 이는 현재 사용되는 일부 기술보다 훨씬 덜 번거롭습니다. 클리닉"이라고 Balijepalli가 말했습니다. 그러나 FET 기반 방법은 아직 주류를 이루지 못했습니다. 중요한 걸림돌은 일회용 특성으로, 지금까지는 필요해 보였지만 비용이 증가했습니다. 라디오 방송국에서 멀어질수록 라디오에서 점점 더 시끄러워지는 것과 마찬가지로 전기 신호도 전자 장치 내에서 이동하는 시간이 길어질수록 더 시끄러워집니다. 그 과정에서 원치 않는 무작위 노이즈가 발생하면 신호를 측정하기가 더 어려워집니다. 노이즈를 제한하기 위해 FET 기반 센서의 DNA 프로브는 일반적으로 트랜지스터에 직접 연결되어 신호를 읽을 수 있는 데이터로 변환합니다. 단점은 프로브가 샘플에 노출된 후 소모되므로 전체 장치도 마찬가지라는 것입니다. 새로운 연구에서 Balijepalli와 그의 동료들은 더 비싼 회로 요소를 재사용할 수 있도록 프로브와 트랜지스터 사이의 거리를 늘렸습니다. 선행 패널티는 거리가 소음의 양을 증가시킬 수 있다는 것입니다. 그러나 비용 절감 외에도 디자인 선택에서 얻을 수 있는 것이 많았습니다. "판독기를 재사용할 수 있다면 더 정교한 기술을 내장하고 판독값에서 더 높은 정밀도를 얻을 수 있으며 저렴하고 일회용 감지 요소와 인터페이스할 수 있습니다."라고 Balijepalli는 말했습니다. 모듈식 설계가 바이오센서의 감도를 감소시킬 것으로 예상했기 때문에 연구원들은 무선 장치와 관련된 손실을 수용하는 사물 인터넷(IoT) 플레이북에서 한 페이지를 가져왔습니다. NIST 작성자는 신호를 증폭하고 손실된 감도를 보상하기 위해 스마트 워치, 개인 비서 및 기타 장치에 사용되는 CEA-LETI에서 개발된 특정 유형의 초저전력 FET와 회로를 결합했습니다. 장치의 성능을 테스트하기 위해 유해한 전리 방사선 노출과 관련된 DNA 가닥이 포함된 액체 샘플에 장치를 넣었습니다. 상보적인 DNA 프로브는 FET에 연결된 전극을 장식했습니다. 여러 샘플에서 그들은 표적 DNA의 양을 다양하게 했습니다. 연구원들은 결합 동역학이 낮은 농도에서도 정확한 측정을 할 수 있을 만큼 충분히 민감하다는 것을 발견했습니다. 전반적으로 모듈식 설계의 성능은 통합된 비모듈식 FET 기반 바이오센서의 성능과 일치했습니다. 연구의 다음 단계는 센서가 돌연변이로 인해 발생하는 다양한 DNA 서열과 유사하게 작동할 수 있는지 알아내는 것입니다. 많은 질병이 변이된 DNA로 인해 발생하거나 관련되기 때문에 이 기능은 임상 진단에 필수적입니다. 다른 연구에서는 감염을 암시할 수 있는 COVID-19와 같은 바이러스와 관련된 유전 물질을 감지하는 센서의 능력을 평가할 수 있습니다. 그 동안 신기술은 실행 가능한 기반이 될 수 있습니다. "고품질 측정을 희생하지 않고 훨씬 더 접근하기 쉬운 보다 정교한 모듈식 센서를 개발할 수 있는 기회가 있습니다."라고 Balijepalli는 말했습니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>