마이크로유체 칩 기반 고감도 H1N1 인플루엔자 현장진단 시스템 개발 = Development of a High-Sensitivity Microfluidic Chip?Based Point-of-Care Diagnostic System for H1N1 Influenza Virus

국문 초록 (Abstract)

현대 사회에서 신종 인플루엔자 A(H1N1) 및 코로나19(COVID-19)와 같은 전염성 높은 호흡기 바이러스의 확산은 신속하고 정확한 진단 기술의 필요성을 강력하게 대두시켰다. 현재 표준 진단법인 RT-PCR은 높은 민감도를 가지지만 고가의 장비와 전문 인력이 요구되어 현장 접근성이 떨어지며, 기존의 신속항원검사(Rapid Antigen Test)는 낮은 민감도로 인해 조기 진단에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 신속성과 정확성을 동시에 확보할 수 있는 마이크로유체 칩 기반의 광산란(Light Scattering) 면역응집 진단 시스템을 개발하였다.
본 시스템의 핵심 플랫폼인 마이크로유체 칩은 반도체 미세가공 공정을 통해 실리콘과 유리 기판으로 제작되었으며, 별도의 외부 구동 장치 없이 모세관력(Capillary force)에 의해 시료가 자발적으로 흐르도록 설계되었다. 검출 효율을 극대화하기 위해 H1N1 표면 항원(HA1)에 특이적인 단일클론 항체(11F41)를 선별하고, 이를 120nm 폴리스티렌 비드 표면에 공유 결합하여 고감도 나노바이오 프로브를 제작하였다. 또한, 프로브의 장기 보관 안정성을 위해 계면활성제와 당류 안정화제를 첨가하여 유리섬유 패드에 건조 고정화하는 공정을 확립하였다.
개발된 시스템의 성능 평가 결과, 시료 주입 후 2분 이내에 항원-항체 면역응집 반응에 따른 산란광 세기 변화를 380nm 파장 대역에서 정량적으로 검출할 수 있었다. 임상 시료를 이용한 민감도 평가에서 본 시스템은 0.0128 HA titer의 검출 한계(LOD)를 달성하였으며, 이는 기존 ELISA 방식 대비 약 100배 높은 감도로 RT-PCR 수준에 근접한 결과를 보였다. 특이도 평가에서는 H1N1을 제외한 10종의 호흡기 및 동물 유래 바이러스에 대해 교차 반응이 없는 높은 특이도를 나타냈으며, 임상적 특이도는 91.1%로 확인되었다. 아울러 건조 고정화된 나노바이오프로브는 상온 보관 시 30일 경과 후에도 100%의 반응 활성을 유지하여 현장 적용성을 입증하였다.

결론적으로, 본 연구에서 개발한 광산란 기반 마이크로유체 칩 진단 시스템은 기존 분자진단법의 시간적·비용적 제약을 극복하고, 면역진단법의 한계인 민감도를 획기적으로 개선하였다. 이러한 고감도, 고속의 진단 플랫폼은 향후 신종 감염병의 조기 발견 및 확산 방지를 위한 효과적인 현장진단(POCT) 시스템으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경 3
• 2.1 면역응집반응(Immunoagglutination)의 원리 및 메커니즘 3
• 2.2 광산란(Light scattering) 기반 진단법의 특징 5
• 2.3 나노입자-항체 복합체 기술 9
• 2.4 마이크로유체칩 플랫폼 기술 13
• 2.5 신종 인플루엔자(H1N1) 진단 기술 현황 18
• 3. 실험방법 19
• 3.1 마이크로칩 설계 및 제작 방법 19
• 3.2 신종 인플루엔자 H1N1 검출용 바이오 프로브 제조 방법 26
• 3.3 분광기 및 측정 시스템(Light Scattering 장치) 33
• 4. 실험 결과 37
• 4.1 마이크로칩 제작 결과 및 구조 분석 37
• 4.2 바이오 프로브(항체-나노입자 복합체) 평가 및 분석 39
• 4.3 면역응집 반응 실험 결과 49
• 4.4 나노 바이오프로브 안정성 평가 56
• 5. 결론 59
• 6. 참고문헌 60
• Abstract 63