강원대학교 - 단백질 칩 분석용 SPR 센서 시스템 개발

Author(s):
육종설 교수 - 강원대학교 의과대학 의학과 나노바이오센서 연구센터

Industry:
Life Science

Products:
GPIB, LabVIEW

The Challenge:
세계의 석학들과 언론들은 21세기는 정보기술(IT)과 생명공학(BT)이 주도하는 고도의 지식기반사회가 될 것이라 예측하고 있다. 인간유전체 프로젝트(Human Genome Project) 이후 생명공학 연구자들은 인간이 지닌 100만개에 이르는 단백질의 구조와 기능을 연구하기 위한 단백질체(Proteomics) 연구에 첨단 분석 도구인 단백질 칩을 세계적으로 앞 다투어 개발하여 사용하고 있다. 그래서, 이러한 단백질 칩 분석 방법 중 비표지 방법으로(Label Free) 실시간 측정이(Real-Time Measurements) 가능한 표면 플라즈몬 공명 현상(SPR)을 이용하여 단백질 상호 작용 분석이 초고속으로 정량적, 정성적 분석이 자동화된 SPR 센서 시스템을 자체 개발하는데 목적이 있다.

The Solution:
수십에서 수천 종류 단백질 spot의 위치를 찾기 위한 위치제어 기술과 각각의 단백질 spot에서 나온 신호를 얻어 공명 파장을 실시간으로 계산하기 위한 수학적 계산 및 측정 위치, 획득된 SPR 스펙트럼 신호, 계산된 공명 파장 값을 실시간으로 실험자가 쉽게 분석이 가능하도록 자동화된 SPR 센서 시스템 개발을 목표로 한다.

단백질 칩 분석을 위한 SPR 센서 시스템 개요

1. 위치 제어
측정 위치 제어
실제 위치와 측정 위치의 오차 최소화
스텝 모터의 가감속비 제어의 자동화

2. SPR 신호 획득
ms 단위의 초고속 신호 획득 필요
획득된 신호의 Smoothing 기능 필요
PCI 타입의 A/D 컨버터

3. 수학적 함수 처리
실시간 스펙트럼의 공명 파장 계산
실시간 SPR Spectrum Smoothing
공명 파장의 컬러 변환

4. 단백질 칩의 다양한 분석 방법 구현

Spot Scanning Mode
Line Scanning Mode
Whole Imaging Mode

5. 편리한 데이터 관리
Full Spectrum 데이터 저장
공명 파장과 세기 저장
측정 위치, SPR Spectrum 및 공명 파장 실시간 컬러 디스플레이

하드웨어

LabVIEW를 기반으로 위치 제어를 위한 GPIB와 Avante사의 Spectrometer를 이용하여 PCI 타입의 A/D 컨버팅 데이터를 통한 SPR Spectrum 획득, 공명 파장의 분석 및 결과의 이미지 처리를 자동화 하기 위한 시스템을 G언어인 LabVIEW를 통하여 구현하였다.

단백질 칩 분석용 SPR 센서 시스템

소프트웨어
LabVIEW를 이용한 단백질 칩 자동 분석 프로그램

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :

1. 시간 단축 및 효율성 증대
- 측정 시간 90 min에서 8 min으로 단축
- 시스템 운영을 위한 프로그램이 3개에서 LabVIEW 1개로 단순화
- 프로그램 개발 비용 절약 효과
2. 시스템 통합 실현
- 모션 컨트롤 및 신호 수집 가능
- 수학적 계산 가능으로 별도의 분석 프로그램 사용 불필요
- 프로그래밍 시간의 최소화
3. 사용자 중심의 운영 환경 구축
- 초보자도 쉽게 LabVIEW로 구축된 시스템의 운영 가능
- 실험 결과의 이미지 표현 구현으로 빠른 실험 결과 분석 가능
- 실시간으로 단백질 칩의 정량, 정성 분석 가능
4. 단백질 칩 분석 기술 확립
- Spot Scan 분석
- Line Scan 분석
- Image Scan 분석

 

Author Information:
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육종설 교수
강원대학교 의과대학 의학과 나노바이오센서 연구센터

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