The Fabrication and Evaluation of Selective Bacterial Attachment Device Using Laminar Flow

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2014. 8. 서종모.현재 화학적 암 치료에 사용되는 항암제는 정상세포에도 작용해 부작용을 일으키며, 또한 전이된 암세포를 효과적으로 치료하기 위하여 특정 병소에 표적화된 약물전달시스템(Drug delivery systemDDS) 개발이 필요하다. 본 연구는 살모넬라 박테리아를 약물 전달체에 선택적으로 부착시켜 이동성을 높인 박테리아 부착 약물 전달 시스템 제작에 관한 것이다. 박테리아의 이동성을 이용한 약물전달시스템은 외부 전력이 필요 없으며, 특히 살모넬라(S. typhimurium)의 경우 특정 암세포에 대한 주화성이 있어서 표적화된 DDS를 개발하기에 적합하다. 본 연구에서는 폴리카프로락톤 (poly-ε-carprolactonePCL)으로 제작한 약물을 탑재할 수 있는 정육각형 마이크로 챔버와 유전자변형을 통해 형광발현을 하며 약독화된 살모넬라(SHJ2037)를 이용하여 DDS를 제작하였다. DDS의 효율적인 이동을 위해 마이크로 챔버에 선택적으로 살모넬라를 부착해야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 마이크로 챔버를 포획할 수 있는 트랩퍼라는 구조체를 제작하고, 이용하여 살모넬라를 마이크로 챔버에 선택적으로 부착시켜 보았다. 포획된 전달체 표면은 트랩퍼가 물리적 장벽으로 작동하여 살모넬라가 트랩퍼에 포획된 전달체 표면 중 일부 표면에만 부착하게 함으로써 박테리아의 구조적인 선택적 부착이 가능하게 하였다. 즉, 박테리아는 층류를 따라 정렬되어 이동하게 되고, 트랩퍼의 반대편인 개방된 마이크로 챔버 표면에 부착된다. 실험 결과, 트랩퍼는 60% 이상의 마이크로 챔버 포획률을 보였다. 형광 발현된 살모넬라를 주입한 후, 마이크로 챔버 표면의 형광 변화를 통해 살모넬라가 마이크로 챔버에 수 초 내에 부착된 것을 관찰하였고, 전계방출 주사형 전자현미경(Field Emission Scanning Electron MicroscopeFE-SEM)을 통해 마이크로 챔버의 표면에 다량의 박테리아가 선택적으로 부착되었음을 확인하였다. 본 연구에서 제작한 박테리아 부착 DDS의 속도는 약 67 um/min 정도이며, 이는 기존의 박테리아를 이용한 DDS 속도의 2배 이상 이다. 본 논문에서 제안한 선택적인 박테리아 부착 기술은 기존의 DDS의 이동, 전달속도 개선을 위한 기술로써, 실제 사용 가능한 박테리아 부착 DDS의 개발에 도움이 될 것이다.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 배경 1 제 2 절 암 치료용 표적지향 약물전달 시스템 4 제 3 절 박테리아를 이용한 마이크로 로봇 6 제 4 절 박테리아 부착 연구 10 제 5 절 박테리아 이동성 연구 13 제 2 장 설계 및 물질 16 제 1 절 마이크로 플루이딕 장치 시뮬레이션 18 제 2 절 마이크로 플루이딕 장치 설계 20 제 3 절 마이크로 플루이딕 장치 공정 24 제 4 절 박테리아 배양 26 제 5 절 마이크로 챔버의 그물 구조 27 제 3 장 실험 방법 28 제 4 장 실험 결과 30 제 1 절 마이크로 챔버 포획 30 제 2 절 박테리아 선택적 부착 32 제 3 절 유체 흐름 분석 35 제 4 절 박테리아 부착 시간 36 제 5 절 박테리아-마이크로 챔버 이동 속도 37 제 5 장 결 론 39 참고 문헌 40 Abstract 44Maste