전자 부품 및 칩에 대한 지식이 있습니까?
칩 중앙처리장치(CPU)를 컴퓨터 시스템 전체의 심장으로 비유한다면, 마더보드의 칩셋은 몸 전체의 몸통이다. 마더보드의 경우 칩셋은 마더보드의 기능을 거의 결정하며 이는 결국 전체 컴퓨터 시스템의 성능에 영향을 미칩니다. 칩셋은 마더보드의 영혼입니다. 칩셋(Chipset)은 마더보드의 핵심 부품으로, 마더보드의 배열 위치에 따라 일반적으로 노스브리지 칩과 사우스브리지 칩으로 구분됩니다. Northbridge 칩은 CPU 유형 및 주파수, 메모리 유형 및 최대 용량, ISA/PCI/AGP 슬롯, ECC 오류 수정 등에 대한 지원을 제공합니다. Southbridge 칩은 KBC(Keyboard Controller), RTC(Real-Time Clock Controller), USB(Universal Serial Bus), Ultra DMA/33(66) EIDE 데이터 전송 방식 및 ACPI(Advanced Energy Management) 등을 지원합니다. 그 중 노스브릿지(Northbridge) 칩이 주도적인 역할을 하며 호스트 브릿지(Host Bridge)라고도 불린다. 칩셋을 식별하는 것도 매우 쉽습니다. Intel 440BX 칩셋을 예로 들면, 노스 브리지 칩은 Intel 82443BX 칩으로, 일반적으로 마더보드의 높은 발열로 인해 CPU 슬롯 가까이에 위치합니다. 칩, 이 칩에 칩이 설치되어 있습니다. Southbridge 칩은 ISA 및 PCI 슬롯 근처에 있으며 칩 이름은 Intel 82371EB입니다. 다른 칩셋의 배열은 기본적으로 동일합니다. 칩셋마다 성능에도 차이가 있습니다. 가장 일반적인 남북 브리지 구조 외에도 칩셋은 현재 더욱 발전된 가속 허브 아키텍처를 향해 개발되고 있습니다. Intel의 8xx 시리즈 칩셋은 IDE 인터페이스, 음향 효과, 모뎀 및 USB와 같은 일부 하위 시스템을 통합하는 이러한 유형의 칩셋을 대표합니다. PCI 버스보다 두 배 더 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 메인 칩에 직접 연결되어 266MB/s에 도달합니다. 또한 Silicon System Technology의 SiS635/SiS735도 이러한 유형의 칩셋에 새로 추가되었습니다. 최신 DDR266, DDR200 및 PC133 SDRAM 사양을 지원하는 것 외에도 쿼드 속도 AGP 그래픽 카드 인터페이스 및 Fast Write 기능, IDE ATA33/66/100을 지원하며 3D 스테레오 사운드, 고속 데이터 전송 기능이 내장되어 있습니다. 56K 데이터 통신(Modem), 고속 이더넷 전송(Fast Ethernet), 1M/10M 홈 네트워크(Home PNA) 등의 기능을 제공합니다. 칩의 응용 PCR 기술과 마찬가지로 칩 기술도 다양한 응용 분야를 갖고 있으며 앞으로도 그럴 것입니다. 바이오칩의 첫 번째 응용 분야는 유전자 발현 검출이다. 그러나 생화학적 시료를 검출하기 위해 생체분자를 칩 위에 질서 있게 배치하는 전략은 유전자 발현 분석 외에도 유전자 돌연변이 검출, 다형성 분석, 유전자 매핑 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 연구 및 기타 응용 분야에서는 마이크로어레이 분석을 사용하여 단백질과 핵산, 소분자 물질 및 기타 단백질의 조합을 검출할 수도 있지만 이 분야의 응용 분야는 여전히 개발이 필요합니다. 게놈 DNA의 혼성화 분석은 DNA 코딩 및 비코딩 영역에서 단일 염기 변화, 삭제 및 삽입을 감지할 수 있습니다. DNA 혼성화 분석은 유전자 카피 수 및 염색체 배수성을 감지하는 데 중요합니다. DNA 분석을 위한 샘플은 전체 게놈 DNA 또는 클로닝된 단편에서 얻을 수 있습니다. 형광 표지된 DNA 샘플은 DNA에서 전사된 RNA를 사용하여 형광 표지된 프라이머와 쌍을 이루어 얻을 수도 있습니다. 복제된 DNA 단편을 검출합니다. RNA 프로브는 종종 복제된 DNA에서 얻어지며 RNA 중합효소를 사용하여 형광 뉴클레오티드를 통합합니다. RNA의 혼성화 분석은 샘플 내 유전자의 발현 여부와 발현 수준을 검출할 수 있습니다. 유전자 발현 검출 응용 분야에서 형광 표지된 프로브는 역전사 효소에 의해 cDNA로부터 합성되는 경우가 많으며, 형광 표지된 뉴클레오티드가 이 과정에 통합됩니다. 유전자 발현을 검출하기 위한 RNA 프로브는 RNA 폴리머라제를 사용하여 클로닝된 cDNA를 선형 증폭하여 얻을 수도 있습니다. cDNA 칩에 대한 혼성화 실험에서 혼성화 온도는 DNA의 2차 구조를 제거하기에 충분하며 완전한 단일 가닥 분자(300-3000nt)의 혼합물은 강력한 혼성화 신호를 제공할 수 있습니다.
올리고뉴클레오티드 칩의 경우 혼성화 온도는 일반적으로 더 낮습니다. 강한 혼성화를 위해서는 일반적으로 프로브 혼합물의 분자가 더 짧은 단편(50-100nt)으로 감소되어야 합니다. 바이오칩을 이용해 단백질의 기능을 연구하는 데는 DNA나 RNA 분석과 달리 아직 극복해야 할 난제가 많다. 그 난제 중 하나는 핵산 혼성화와 달리 3차원 구조를 지닌 접힌 폴리펩티드 표면에서 많은 단백질 상호작용이 일어난다는 점이다. 반응은 선형 시퀀스 사이에서만 발생합니다. 칩 분석에서 접힌 단백질의 필요성은 다음과 같은 이유로 여전히 달성하기 어렵습니다. 첫째, 칩 준비에 사용되는 방법은 여전히 단백질의 민감한 접힘 특성을 유지해야 하며, 모든 화학 시약, 열처리, 건조 등이 유지되어야 합니다. 칩 준비는 여전히 단백질의 민감한 접힘 특성을 유지해야 합니다. 모든 것이 칩의 단백질 특성에 영향을 미칩니다. 둘째, 접힌 단백질 간의 상호 작용은 서열에 더 의존하며, 서열 의존성은 반응 동역학 및 분석적 정량화를 복잡하게 합니다. 고품질 형광 표지 단백질 프로브 준비에는 여전히 추가 연구가 필요합니다. 이러한 이유와 기타 문제로 인해 단백질 칩 검출 기술에 대한 연구가 지연되었습니다.
Fodor 등[1]이 1991년 DNA 칩 개념을 제안한 이후 DNA 칩[2~6]으로 대표되는 바이오칩 기술은 최근 들어 다양한 기능을 지닌 다양한 칩이 출시되고 있으며, 일부는 생명 과학 연구에서 중요한 역할을 하기 시작했습니다. 소위 바이오칩은 생명 과학 및 의학 분야에서 사용되는 컴퓨터 칩과 유사한 장치입니다. 미세화 기술은 시료 전처리, 화학 반응, 검출 단계 등 생명과학의 많은 불연속적인 과정을 칩에 이식해 연속적이고 소형화하는 기술이다. 요즘은 책 크기의 노트북 컴퓨터만으로도 같은 효과를 낼 수 있다. 미세 가공 기술을 기반으로 개발된 이런 바이오칩은 작은 칩에 수천, 심지어 수십만 개의 생명 정보를 집적할 수 있고, 기존에 비해 유전자와 항원도 분석할 수 있다. 이러한 바이오칩을 이용하여 제작되는 다양한 목적의 계측기, 생화학 분석기는 크기가 작고, 무게가 가벼우며, 가격이 저렴하고, 휴대가 간편하며, 오염 방지 기능이 있으며, 분석 과정이 자동화되고, 분석 속도가 빠르고, 시료가 거의 필요하지 않습니다. 현재 바이오칩은 더 이상 유전자 염기서열 분석, 기능 분석 등의 응용에만 국한되지 않습니다. 체외수정 기술[11, 12], 칩 세포 분석 기술[13], 칩을 플랫폼으로 활용한 고처리량 약물 스크리닝 기술[14] 등이 있다. 이러한 기기의 출현은 생명과학에 혁명을 가져올 것이다. 따라서 클린턴 미국 대통령은 1998년 1월 국정연설에서 다음과 같이 지적했다. 앞으로 몇 년 안에 유전자 칩은 우리 삶 전반에 걸쳐 질병 예방에 대한 지침을 제공할 것입니다.” 또한 미국의 권위 있는 비즈니스 간행물인 Fortune[15]은 이에 대해 다음과 같이 자세히 설명했습니다. “마이크로프로세서는 금세기에 우리 경제의 구조를 근본적으로 변화시켰습니다. 그러나 바이오칩이 인류에게 미치는 영향은 더 클 수 있으며 근본적으로 의료 행위와 삶의 질을 변화시켜 세상의 모습을 변화시킬 수도 있습니다. 바이오칩 기술의 발전에 따라 미국과학진흥협회는 1998년 말 바이오칩을 10대 과학기술 혁신 중 하나로 평가했습니다[16]. 바이오칩 연구의 위상은 1950년대와 1960년대 이후 마이크로 전자공학 기술의 발전으로 급속한 발전을 이루었습니다. 관련 분야에서 큰 진전이 있었고 미세 전자 기계 시스템, 미세 광학 장치, 미세 분석 시스템 등과 같은 몇 가지 새로운 연구 방향이 나타났습니다. 이러한 기술은 생물학, 화학 및 의학과 같은 분야에서도 널리 사용되었습니다. 응용을 위해 칩 모세관 전기영동 장비, 가스 센서, 단일 뉴런 세포의 성장을 관찰하는 장비 등 다양한 바이오 센서와 미세 분석 장비가 속속 등장했습니다. 1991년 Affymax Company의 Fodor가 이끄는 그룹이 situ DNA 칩이 처음 보고되었습니다[1]. 그들은 광화학 합성 기술과 결합하여 폴리펩티드와 올리고뉴클레오티드를 검출하는 마이크로어레이 칩을 생산했습니다. 이 방법으로 생산된 DNA 칩은 약물유전체학 연구와 유전자 반복 서열 분석 작업에 사용될 수 있습니다. 최근 다양한 기술의 발전으로 바이오칩의 응용 범위가 지속적으로 확대되고 있으며, 과학자들은 마이크로 전자공학을 활용하고 있으며 산업 및 기타 관련 산업에서 다양한 미세 가공 기술이 개발되고 있습니다. 실리콘, 유리, 플라스틱 및 기타 기판에 다양한 바이오칩을 가공합니다. 미국은 강력한 과학기술 역량과 경제적 힘을 바탕으로 이 분야의 연구 개발에서 선두 위치를 차지하고 있으며 거의 20개에 달하는 바이오칩 회사가 설립되었습니다. 다양한 유형의 바이오칩이 개발되었으며 그 중 일부는 DNA 칩 연구 과정에서 많은 회사가 이 분야에 최초로 발을 들여놓은 다양한 기술을 개발했습니다. HIV 유전자와 p53 종양 유전자의 돌연변이를 탐지하는 데 사용되는 칩, 약물 대사의 유전적 변화를 연구하는 데 사용되는 세포 등 일부는 상업적으로 사용되는 유전자 칩입니다.
사이토크롬 p450 칩은 염기서열이 알려지지 않은 DNA 단편을 형광 표지하는 방식이 아닌, 염기서열이 알려진 프로브에 표지를 하고, 매번 다른 프로브를 이용해 염기서열이 알려지지 않은 DNA 단편과 상호작용하는 방식을 사용한다. 서열이 혼성화되고, 형광을 검출하여 혼성화 결과를 알 수 있다. 마지막으로 실험 결과를 컴퓨터로 처리하여 테스트할 DNA 단편의 서열을 조립합니다. Synteni Company(현재 Incyte Pharmaceutical에서 인수)는 다음과 같이 유리를 연구했습니다. DNA 칩은 두 가지 다른 형광 마커를 사용하여 칩에서 정상적인 메신저 RNA의 발현과 질병이나 약물에 영향을 받는 메신저 RNA의 발현을 동시에 감지합니다. Nanogen은 전기장을 사용하여 칩에서 메신저 RNA의 발현을 사전에 제어합니다. DNA 단편의 혼성화는 DNA를 무작위로 확산시켜 고정화된 혼성화 프로브를 검색하는 일반적인 수동 검출보다 시스템의 반응 속도를 높여 검출 시간을 수십~수백%로 단축시키는 회사이다. 전기신호를 이용해 DNA 혼성화 불일치 여부를 판별하는 비형광 검출 칩을 개발하고 있다. 앞서 언급한 업체들 외에도 스탠포드대, 펜실베니아대, 의대 등 미국 유명 대학들도 있다. 캘리포니아, 버클리, 매사추세츠 공과대학 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory), 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory) 등 일부 대학과 국립연구소도 바이오칩에 대한 연구를 진행하고 있으며, 일부 유럽 국가의 기업과 대학도 이 분야에 참여해 왔으며 이를 명백히 밝혀왔다. 최근 일본의 여러 기업이 연구 결과를 보고했습니다. 최근 중국의 칭화대학교, 푸단대학교, 남동대학교, 군사의학학원, 중국과학원 및 기타 기관에서도 이 분야에 대한 연구 작업을 시작했습니다. 주의를 기울이고, 적절하게 조직하고, 자본 투자를 늘리고, 지적 재산권과 보호에 관심을 기울이십시오. 가까운 시일 내에 우리나라도 이 분야에서 자리를 차지하게 될 것이라고 믿습니다.
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