Customizable Nichrome Wire Patterned Heater Fabrication Platform for Point-of-Care Molecular Diagnostics

Abstract

정확한 샘플 가열은 핵산 추출 및 증폭 과정의 핵심 요소로, 효율적인 핵산 검출을 위해서는 정교한 열 순환 공정을 필요로 한다. 그러나 기존의 분자 진단을 위한 가열 장비들은 대체로 부피가 크고 고가이며 휴대성이 낮다. 이러한 가열 장비들은 주로 실험실 환경에서 사용되고 있으며 현장 진단 (Point-of-Care Testing, POCT) 환경에 활용하는 것에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 POCT 환경에서 분자 진단에 필요한 가열 공정을 수행할 수 있는 새로운 맞춤형 히터 제작 기법을 제안한다. 본 기술은 카본 블랙이 포함된 폴리디메틸실록산 (PDMS) 캐스트에 규칙적으로 돌출부를 형성한 후, 이 돌출부를 따라 니크롬 (NiCr) 와이어를 패턴화하는 방식으로 제작되었다. 제시된 기술은 비용 효율적이며 쉽게 구할 수 있는 재료를 활용하였기에 높은 경제성을 지닌다. 또한, 2차원(2D)과 3차원(3D) 구조 모두에 적용 가능하여 형상에 제약 없이 맞춤형 히터를 자유롭게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 제안된 기술의 분자 진단 응용 가능성을 검증하기 위해, 첫째로 세 개의 독립적인 온도 구역을 갖춘 히터를 패터닝하여 이를 기반으로 중합효소 연쇄 반응 (Polymerase Chain Reaction, PCR)을 위한 회전 열 순환 장치를 제작하였다. 둘째로, 마이크로 튜브를 감싸는 형태의 3차원 (3D) 히터를 제작하고 이를 루프 매개 등온 증폭 (Loop-Mediated Isothermal Amplification, LAMP)에 적용하였다. 본 연구에서 제안한 히터 제작 기술을 이용한 실험 결과, 대장균 (Escherichia coli, E. coli) O157:H7 DNA의 증폭이 성공적으로 이루어짐을 확인할 수 있었으며, 이는 제시된 기술이 POCT 환경에서 분자 진단용으로 충분히 적용 가능함을 시사한다.