[질문:DNA 추출기] 혈액의 물성치

글쓴이
허크
등록일
2002-11-12 17:08
조회
7,120회
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댓글
30건
안녕하세요.
DNA 추출기 관련 프로젝트 때문에 질문 드릴려고 합니다.
혈액을 주입하면 백혈구를 추출하고 궁극적으로는 DNA를 추출하는 마이크로칩을 만드는 것이
목적이지요.
마이크로칩내에서 유동을 해석하고 설계하는 것이 저희가 맡게 된 과제입니다.
일반적인 마이크로칩내의 유동이라면 기존의 상용코드나 여러방법으로 해석을 하겠지만,
대상유체가 사람의 혈액이고 그중에 백혈구를 추출할 수 있도록 설계를 하고 유동을 해석하려니까
어디서부터 손을 대야할지 막막해서 조언을 구하고자 글을 올리게 되었습니다.
혈액의 경우에 응고되기가 쉽기 때문에 더욱 어려움이 있습니다.
혈액에 대한 물성치라든가 혈액의 마이크로칩내에 해석에 관한 정보를 어떻게 구할수 있을까요?
조언 부탁드립니다....
읽어주셔서 감사합니다...

  • 배성원 ()

      유동 풀면 거의 반은 푼거 아닙니까? 점성처리가 제일 까다롭겠군요. 혈액 구성 입자들의 length scale과 유로의 length scale이 거의 같을테니....이것도 일반적 상용코드로 접근하려고 하시나요?

  • 참나무 ()

      혈액은 건더기가 무지 많은 액체인데... 생피를 바로 찔러 넣으려면 무리가 생기지 않을까요??? 기판은 유리인가요 플라스틱인가요???

  • 참나무 ()

      플라스틱이라면 성형이 유리에 비히여 쉬울테니 (1)주입구 쪽에 일종의 sieve를 성형하거나, (2)charge를 가지는 biological dye를 이용하여 혈액을 염색하고 전기장을 걸어 백혈구만 따로 분리하여 주입할수도 있을듯하네요. 혈액항응고제야 싸고 좋은게 너무나 많으니 응혈걱정은 없을테구... 적혈구에는 DNA없구... 최종목적이 FISH같은거라면 어렵게할 필요가 없을듯한데요...

  • 참나무 ()

      건전지로 작동하는 간단한 원심분리기 하나 준비하시면 걱정거리가 싹 없어지실듯~ 너무 fancy하게 만들려면 고민이 많아지지요.

  • 사색자 ()

      그냥 아무 생각없이 몇자 적습니다. 배성원님도 이쪽에 발을 담구신지 꽤 되신거 같은데 저는 발톱하나 담가본 수준이라서.. :) 실은 제가 꼭 써보고 싶었던 패키지가 있습니다. 험험... Coventor ware인가... 멤스디바이스 설계에서 토탈 솔루션이라고 들었습니다. 혹시 써보신 분 있으시면 의향을... (웬지 한국에서는 꼭 누가 써봤을거 같은...예감이... 쿨럭..) 그리고, 일단 칩의 dimension이 혈구보다 크다면 (대부분 그러리라고 생각됩니다만... 설마 유로 사이즈가 몇마이크론 사이즈는 아닐듯 싶은데요..몇백정도는 안됩니까?) 그냥 homogenious로 놓고 풀면 될듯 싶고, 그보다 더 적다면 좋은 말로는 very challenging topic이 될거 같습니다. 혈구가 변형을 하겠지만

  • 사색자 ()

      변형을 안한다고 가정하더라도 혈구들이 양방향 전단응력의 차이때문에 회전을 시작하게 되죠? 그리고, stratification이라고 하나요? 즉, 혈액의 특성이 어떤지는 잘 모르겠지만 특성에 따라 입자들이 유로 중심쪽으로 편중되어 모일수가 있겠죠. 이런 현상들을 모두 다 풀어줄 패키지가 있을런지는 모르겠습니다. 직접 개발하신다고 하더라도 꽤 시간이 걸릴거 같네요. 개인적인 차원으로는 좀 무리일듯 싶고... 코드 완성되고 나면 3,4개 정도의 좋은 페이퍼거리가 될거 같네요. 이쪽은 본의 아니게 몇몇 페이퍼들을 훑어본적이 있었는데...(키워드 검색에서 이상한게 튀어나오는 바람에...) 그냥 그런가보다라고 넘겨버렸는데, 해외에서는 stenosis(철자 맞나?), artery 등 혈관내 유동도 많이 연구하던데...

  • 사색자 ()

      실은 저도 좀 관심있는 분야인데 허크님께서 좋은 정보 들으시면 귀뜸해주시면 감사하겠습니다. :)

  • 배성원 ()

      사색자님도 발톱수준은 아니시군요. 오히려 제가 자세히 모릅니다. 혈액이 일반적인 뉴토니안 플루이드와 구분돼는 가장 중요한 특징은 크기가 일정치 않은 많은 혈구들과의 혼합물이라는 점이겠지요. device 목표가 혈장과 혈구들 적절히 구분하고 일정공간에 모이도록 해서 거기서 손쉽게 DNA를 검출하겠다는거 아닙니까? 이 문제를 정의하자면 (유동의 관점에서), 고-액 미세유동에서 고-액체를 어떻게 분리하느냐 이지요? 외국에선 이런 디바잇 이미 있지 않습니까? 틀림없이 있고 이미 paper도 좀 있을거라고 생각돼는데요....허크님?

  • 배성원 ()

      백혈구는 혈구중 가장 크다고 들었습니다. 그런데 말랑말랑한 놈이라서 모세혈관에서도 스스로 쭈그러져서 쑤욱 빠져 나갈 수 있다더군요. 물론 혈압이란것이 밀어주기 때문에 가능하겠지만요. 목표하는 디바이스에서는 백혈구만 남고 다른 놈들은 표면장력 등에 의해서 혈액과 함께 쓸려나가든지 해 버려야 겠군요......

  • 사색자 ()

      성원님 그게 제 장점중 하나입니다. 실은 발톱수준인데 남들이보면 발담근걸로 알게 만드는 사기술... -_-; 그건 그렇고, 고-액 유동 이해하는데 시간 걸렸습니다. 고체-액체라는 말이 안떠올라서.. :) 그건 그렇고, 유동자체의 해석은 흥미로울거 같지만 (즉 만만치않고 뺑이쳐야할 소지가 다분) 제 생각으로는 엔지니어입장에서는 참나무님의 방법이 가장 손쉽게 백혈구분리할 수 있을거 같은데요... 무조건 칩화시켜서 소형화하는 것보다는 현실과 적절히 타협해서 자명종시계만하더라도 생산이 쉽고 단가가 낮다면..좋지 않을런지...

  • 배성원 ()

      대량 생산 개념을 적용하려면 칩형태로 가야할 거 같군요. 현재 사용돼는 디바이스와 비교해서 가격도 비교돼지 않을 정도로 싸질거 같은데요.....초기 형태는 한 10:1 정도..나중에 기술이 발달하면 100:1 정도로 싸질거 같습니다. 무슨 원심분리니 뭐니 하시기에 지금 쓰이는 디바이스의 크기가 가격을 어렴풋이 짐작하고요..거기다가 마이크로 칩 형태에는 플라스틱이외에 다른 재료가 한두가지 빼고 안 들어가며 크기도 손바닥 반 정도? 그보다 더 작다고 가정했을때의 재료비, 가공비 다 쳐서 말이죠..^^. 돼기만 하면 대량 생산으로 전환하는건 우리기술로도 충분히 구현할 수 있을 겁니다.

  • 배성원 ()

      근데..원심분리를 여러 입자의 혼합물에 적용할때는 분자량에 따라 분리돼는 밴드를 일정하게 유지하기 위해서 회전속도가 가속을 잘 콘트롤 해야돼지 않나요? 돌리면 다 분리 됍니까? 콘트롤 해야 하면 그 콘트롤러가 더 비쌀거 같은데요..배보다 배꼽이 더 큰..^^..잘 몰라서요....

  • 허크 ()

      원심분리는 힘들 것 같습니다.. 비용면에서 수지가 안맞기때문에.. 마이크로칩을 통과한 과정에서 분리되는 것을 일단은 생각하고 있습니다만....

  • 허크 ()

      일단은 어떻게 접근해야할지 정보를 모으는 수준입니다... 참고할만한 코드가 있긴있는데, 매뉴얼이 없어서요... 코드를 하나하나 뜯어보려니 엄두가 안나서요.... 오늘 기계학회 갈일이 있었는데, starCD를 이용해서 혈액의 유동을 해석한 예가 있긴 있더군요... 앞으로 공부를 더해보고 질문을 올리도록하겠습니다...

  • 사색자 ()

      혹시 CFDRC 사이트에는 들려보셨습니까?

  • 참나무 ()

      원심분리기를 사용하여 혈액에서 백혈구 또는 백혈구농축 혈장분획을 분리해 내는 것은 매우 간단한 작업에 속하는 것이고 buffer를 사용하여 원하는 점도로 희석할 수 있겠지요. 혈구 중 DNA를 가지고 있는 림프구를 완전히 제거해야 한다면 sieve를 이용한 size selection을 쓰거나 원심분리시 Ficoll 등을 이용한 density gradient를 채용하면 되겠구요. 적절한 사양의 저렴한 저속원심분리기를 이용하시면 1ml정도의 혈액샘플 1,000~3,000개 이상이나 96-well plate 100여개를 1시간 이내에 원심분리할 수 있습니다. workstation과 automatic injector를 사용할 수 있다면 더욱 편리하겠지요.

  • 참나무 ()

      원심분리 등에 의한 백혈구의 분리주입이 全血의 주입에 따른 leukocytes selection의 번거로움이나 error 발생의 요인을 대폭 낮출 수 있다고 생각됩니다. 불가피하게 전혈을 사용할 수 밖에 없고, 100개 미만의 leukocytes 포획이 기본목표라면 개인적으로는 유로에 적절한 모양의 물리적 trap이나 hook을 설치하겠습니다.

  • 배성원 ()

      허크님 혹시 전공이 어떤 분야신가요? 지금 참나무님 이야기하는 원심분리기 보신적 있으신가요? 업무와 관계가 없더라도 한번 실물을 보시는 것이 좋을거 같습니다. 기존 원심 분리기의 가격, capa, 사용의 편리성이나 불편함...그런거는 사전 조사가 다 돼 있나요? 지금 개발하려는 칩형태에서 추구하는 방향은 어떤 것입니까? 타사 시제품이 이미 나와 있나요? bench marking은 하셨나요?

  • 배성원 ()

      유동해석쪽에 집중된 일을 하시나 보군요. ......

  • 허크 ()

      전공은CFD입니다... 저희연구실에서 주관하는 프로젝트가 아니고 연구실에서 맡은 부분이 유동해석입니다. 저는 석사과정이고요. 원심분리기는 본적이 없고요. 주관하는 쪽에서 원심분리기는 고려를 하지않고 있다는 얘기를 들어서 언급을 한 것입니다.

  • 배성원 ()

      음..그렇군요. 마이크로 채널의 디멘젼이나 유로 설계까지 맡은 겁니까? 제 생각엔 이미 기본 개념의 유로형태나 디멘션은 가닥이 잡혀 있을것 같군요. 일단 <a href=http://www.cfd-online.com/ target=_blank>http://www.cfd-online.com/</a> 에 가셔서 blood 쳐 보세요. 몇개의 article이 뜨는데요... 직접적으로 관련된 것이 아니더라도 도움 될만한 정보가 있을것도 같군요.

  • 배성원 ()

      여기 <a href=http://www.vilastic.com/tech10.html target=_blank>http://www.vilastic.com/tech10.html</a> 에 상세한 정보도 있는것 같구요. 정보는 있는데 공부는 좀 하셔야 겠습니다. 좋은 결과 보시기를....^^

  • 허크 ()

      궁금한게 있는데요. 만약 혈액에 대한 유동을 해석한다면 incompresoble Navier-Stokes equation으로 푸는 건가요?

  • 배성원 ()

      점성을 유속이나 응력과 연계(implivitly couple)시켜 생각해야 하면 나비어스톡 식이 아니지요. 그보다 더 low level의 운동량 방정식에서 유도돼어야 합니다. 그러나 일단 나비어스톡스 형태의 식에서 유속이나 난류강도, 전단응력과 연계시키는 방법(explicit)도 있겠지요. 나비어 스톡스 식은 유체의 운동량 보존 식을 우리가 흔히 보는 일반적 비응축성 뉴토니안 유체에 국한 시켰을때 일컫는 말입니다. 전 처음에 님이 기업체에 근무하시는 줄 알고 질문을 요상한 방향으로 했더랬는데....하옇든, 제가 요위에 링크해둔 곳 잘 보시기 바랍니다. 제가 함 둘러보니 님이 애초에 질문하신 내용도 잘 기술되어 있고 그 외에 혈액류에 대한 전반적인 정보가 많이 있군요. 유익할 겁니다. 게중엔 흥미가 있으면

  • 배성원 ()

      직접 칸택해도 좋다라고 친절히 연락처 써 놓은 곳도 있구요. 참고로 혈액류 전체를 한 유체로 보면 weight average된 평균 혈액 점도를 써서 나비어스톡스 식을 풀면 되겠지만 백혈구 분리가 관점인 경우엔 좀 더 세밀한 해석이 필요하겠습니다. 그러나 일단 평균 점성으로 해석해 놓고 압력장이나 유동장의 특이지점등을 중심으로 현상을 먼저 어렴풋이나마 파악하는 것이 순서겠지요.

  • 사색자 ()

      일단 대부분의 blood flow model들은 non-Newtonian fluid로 가정을 하는데 대부분은 time-dependent라기 보다는 shear rate-dependent (generalized Newtonian 모델. 아래 paper에 몇가지 모델들이 나와있으니 참고하세요.)로 놓고 푸는거 같습니다. unsteady state, 그리고 pressure pulse가 미치는 영향에 대해 관심이 있다면, 즉 acoustic response에 관심이 있으시다면, slightly compressible fluid flow로 푸시면 될터이고, 이러한 acoustic characteristic에는 관심이 없으시다면 그냥 incompressible로 놓고 푸셔도 됩니다.

  • 사색자 ()

      non-Newtonian fluid model에 대해서 궁금하시면 RB Bird의 "Dynamics of Polymeric Liquids" Vol. 1을 참조하세요. 책이 두꺼워서 처음에는 깜짝 놀라지만, 필요한 부분만 읽어나가시면 됩니다. Navier-Stokes 방정식은 배성원님 말씀처럼 Newtonian fluid일때, 즉 viscosity가 상수일때,그리고 밀도가 일정할때 정리되는 식입니다. 혈액의 경우는 밀도는 평균치를 쓰더라도 점도문제때문에 미분방정식안에 점도함수가 포함된 식을 사용하게 됩니다. 그런데, 혈구들까지 시뮬을 하신다면, 문제는 기하급수적으로 복잡해지는데요...

  • 사색자 ()

      slightly compressible fluid flow 은 별다른건 아니고 continuity eq에서 밀도는 지오메트리에 대해서는 상수로, 그러나 시간항과 관련해서는 함수로 보는 방법입니다. 개념이해가 필요하시다면 JF Dijksman의 페이퍼중 hydrodynamics of a small tubular pump(?) 라는 타이틀의 페이퍼를 한번 훑어보세요. CFDRC 사이트에 가보시면 세포가 좁은 갭을 어떻게 통과해나가는지 시뮬된 그림이 있죠? 이거 하나하나 다 시뮬하실것은 아니시겠죠????

  • 사색자 ()

      배성원님도 이 문제에 답변을 많이 해주시는걸 보니... 이 DNA 칩에 관심이 많으신듯... 저도 흥미가 좀 당기는데요... 생각있으시면 나중에 저랑 손잡고 사업한번?? :) 농담입니다.

  • 배성원 ()

      기회만 있다면 저도 사업 한번....구미가 당깁니다. 샘플 한번 볼 수만 있다면. 모교 생명공학 쪽에 함 문의해 볼까요?

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