전기영동을 위한 새로운 기술

Nov 10, 2023

Angelo DePalma는 뉴저지 뉴턴에 거주하는 프리랜서 작가입니다. [email protected]으로 연락하실 수 있습니다.

1980년대 후반에 고안된 "랩온어칩(lab-on-a-chip)" 아이디어는 성냥갑 크기의 실리콘, 유리 및 플라스틱 판 위에 전체 분석 실험실과 동등한 수준을 만들려고 했습니다. 이러한 장치의 대부분은 미세유체 분석 장치에서 여전히 지배적인 분석 모드인 모세관 전기영동을 기반으로 했습니다.

성냥갑 크기의 기판 위에 실험실 전체와 유사한 것을 제작하려는 꿈은 결코 실현되지 않았지만 칩에서 간단한 전기영동을 수행하는 상용 기기가 등장했습니다. 이들은 주로 의료 진단을 포함한 생명과학 분야에 서비스를 제공합니다. 시장 조사 보고서에 따르면 이러한 시스템의 연간 성장률은 7%로 추정됩니다.

PerkinElmer는 두 가지 미세유체 전기영동 플랫폼, 즉 DNA 및 RNA용 LabChip® GX Touch™ 핵산 분석기와 단백질 및 글리칸용 LabChip® GXII Touch™ 단백질 특성화 시스템을 제공합니다. 두 시스템 모두 전기영동 기반 생체분자 분리, 크기 조정 및 정량을 위한 높은 처리량 플랫폼을 제공합니다. PerkinElmer는 얇은 유리와 석영 마이크로칩에 낮은 미크론 크기의 채널을 내장하는 특별한 미세 가공 방법을 개발했습니다. 마이크로칩은 플라스틱 캐디를 통해 기기와 인터페이스하여 간편한 샘플 로딩 및 기기와의 결합을 지원합니다.

PerkinElmer의 자동화 및 미세유체학 총괄 관리자인 James Atwood 박사는 "미세유체 기반과 겔 기반 생체분자 분석의 주요 장점은 처리량, 분해능, 사용 용이성, 감도 및 다양성입니다."라고 말합니다. "기존의 겔 전기영동은 시간이 많이 걸리고, 노동 집약적이며, 변동성이 크고 귀중한 샘플을 대량으로 소비합니다."

LabChip 미세유체 기반 분석은 분리당 단 150나노리터의 시료를 소비하며 각각 낮은 pg/μL 및 ng/mL 농도 범위의 핵산 및 단백질 시료와 호환됩니다. LabChip의 주기당 최대 384개 샘플 처리량은 전기영동 젤 기반 분리로 수정할 수 없지만 미세유체 시스템에서 분리 및 검출할 수 있는 N-연결 글리칸과 같은 젤 기반 시스템 및 생체 분자의 처리량을 훨씬 초과합니다. 미세유체 기반 생체분자 분리의 또 다른 중요한 이점은 전하 변형체를 검출하기 위해 전하만을 기반으로 하는 천연 단백질의 분리 및 정량화입니다. 젤 기반 전기영동은 단백질 전하 변형을 확인할 수 없습니다.

일반적인 겔 전기영동 기반 질량 분석 워크플로우에서는 화합물이 먼저 겔에서 분리된 다음 관심 있는 생체분자에 해당하는 밴드가 절제됩니다. 단백질체학 워크플로우에서는 단백질이 효소에 의해 분해되고 LC-MS/MS 이전에 겔에서 펩타이드 조각이 추출됩니다. 이 접근 방식은 직교 분리 모드를 포함하여 여러 가지 장점이 있지만 매우 지루합니다.

미세유체 칩을 HPLC 시스템 및 질량 분석기에 직접 결합할 수 있는 여러 가지 미세유체 기반 시스템이 개발되었습니다. 이러한 마이크로크로마토그래피 시스템에서 미세유체 채널은 원하는 분리 모드에 특정한 고정상으로 채워져 있습니다. 이를 통해 질량 분석계에서 용출, 이온화 ​​및 검출을 통해 칩에서 직접 생체분자를 자동으로 캡처 및/또는 분리할 수 있습니다. 젤 기반 접근 방식과 달리 마이크로크로마토그래피 시스템은 자동화 친화적이며 포장재 수정을 기반으로 관심 있는 특정 생체 분자를 표적으로 삼도록 맞춤화될 수 있습니다.

Agilent 2100 Bioanalyzer 시스템과 함께 사용되는 칩은 시약 및 시료 적용에 사용되는 16개의 웰이 있는 플라스틱 캐디로 구성됩니다. 각 칩에는 분석 유형, 로트 번호 및 분석별 칩 설정에 대한 식별자가 표시되어 있습니다. 유리 칩에는 에칭된 마이크로채널이 포함되어 있으며 캐디 뒷면에 접착되어 있습니다. Agilent Technologies(캘리포니아주 산타클라라)의 바이오분석기 제품 관리자인 Eva Graf는 "유리 칩 및 분리 채널의 생산 공정은 반도체 장치의 생산 공정과 유사합니다."라고 말했습니다. 애질런트는 채널 구조를 반영하는 단백질 및 핵산 칩용 특수 보호 마스크를 사용합니다. 유리 칩이 에칭제에 노출되면 채널만 유리에 에칭됩니다. 나머지 칩 표면은 마스크로 보호됩니다.