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하이드로젤 미세입자를 기반으로 하는 핵산 분석은 높은 민감도와 특이도로 다중 검출이 가능한 검출 플랫폼으로서 많은 관심을 불러일으켰다. 핵산 분석 중에서도 특정 관심분야는 다양한 단일 염기 다형성(SNP)을 안정적이면서도 경제적으로 식별해야 한다는 점이다. 하지만, 단일 염기쌍 불일치로 인한 이중가닥 안정성의 작은 차이는 프로브-타겟의 혼성화 결합을 활용하는 하이드로젤 미세입자의 검출을 방해한다. 이를 해결하기 위해SNP 다중 검출이라는 목적에 맞게 설계된 DNA 프로브(probe)를 탑재한 엔코드 하이드로젤 미세입자를 개발하였다. 널리 사용되는 염기 유사체 중 하나인 5-nitroindol을 선택하여 DNA 프로브 내의 기존 염기 서열 중 하나를 대체하였다. 이러한 프로브의 개선은 고정된 이온 농도 조건에서 민감도, 특이도, 사용 가능한 분석 온도 3가지 측면에서 평가되었다. 실험을 통해 미세입자가 민감도의 감소를 최소화하면서 단일 염기쌍 불일치에 대해 훨씬 더 높은 특이도를 나타낸다는 것을 증명하였다. 또한 이러한 미세입자는 기존 입자 연구의 필수 과제인 다양한 타겟을 구별하는 SNP 다중 검출을 가능하게 하였다. 

Nucleic acid assays based on hydrogel microparticles have drawn much attention for a detection platform, which has capabilities of multiplexing with high sensitivity and specificity. A specific field of interest is single-nucleotide polymorphism (SNP) sensing, where various SNPs should be discerned reliably and economically. However, small duplex stability differences caused by a single base-pair mismatch hinder hydrogel microparticles with target-probe hybridization. Encoded hydrogel microparticles are developed with DNA probes tailored for multiplex SNP detection. A widely used base analogue (5-nitroindole) is adopted within the DNA probes, so that it substitutes one of the existing base sequences. The improvement of the probes has been evaluated in terms of sensitivity, specificity, and available assay temperatures under fixed ionic conditions. I have approved that hydrogel microparticles reveal much higher specificity for a single base-pair mismatch with minimal reduction in sensitivity. Furthermore, these microparticles enabled multiplex SNP detection distinguishing multiple targets, which is an essential challenge for traditional particles.

Contents   i
List of Figures   iii
List of Tables   iv 
Abstract   1                                           
Chapter 1. Introduction   3
Chapter 2. Experimental   7
 2.1 Materials   7
 2.2 Fabrication of Microfluidic Devices   8
 2.3 Synthesis of Hydrogel Microparticles   9
 2.4 Incorporation of Probe DNAs onto Hydrogel Networks   10
 2.5 SNP Assays   11
 2.6 Multiplex SNP detection   12
 2.7 Image Analysis   13
Chapter 3. Results and Discussion   14
 3.1 Introduction of Universal Mismatch to DNA Probes   14
 3.2 The Location of UM in DNA Probes   18
 3.3 Encoded Specificity of SNP Detection Using UMPs   21
 3.4 Temperature Range for SNP Assays   23
 3.5 Sensitivity in Presence of UMPs   27
 3.6 Multiplex SNP Detection	   29
Chapter 4. Conclusions   33
References   34