바이오칩은 기본적으로 반도체칩과 같은 형태를 가지고 있어서 생화학적 반응을 탐지할 수 있는 완벽한 분석 시스템을 갖추어야만 한다. 먼저, 유리나 실리콘, 집적전자장치와 같은 전기 회로가 형성되어있는 판에 감지기로 사용할 DNA, 단백질, 세포, 뉴런 등 생체 유기물을 미세배열 기술을 이용하여 새겨 넣는다. 다음으로 감지기가 반응했을 때 전기, 빛, 질량 등을 일정한 신호로 변환해주는 변환기가 필요하다.

이렇게 바이오칩 분석 시스템은 2단계로 이루어져 있으며, 이 과정을 거쳐 감지기가 반응하면 그 결과는 신호처리 과정을 거쳐 컴퓨터 화면에 출력된다. 현재 바이오센서, DNA칩, 단백질칩, 세포칩, 신경칩, 생체 삽입용 칩 등 다양한 종류의 바이오칩이 존재하는데, 각각의 칩은 목적에 따라 그 모양이 서로 다르다.
바이오칩을 만드는 원리를 소개하자면, DNA칩의 경우, 미세배열 기술은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 자동 미세 배열기를 이용하여 미리 준비된 개방형 해석틀을 기판에 직접 심는 방식이다. 이때, 심는 방법은 핀을 이용할 수도 있고 잉크젯의 원리를 활용할 수도 있다. (잉크젯이란 잉크를 용지에 분사하여 이미지를 표현하는 방식이다).

두 번째는 반도체 기술에 사용되는 사진석판술을 이용하여 올리고뉴클레오티드 탐침을 한 층씩 쌓아 합성해내는 방식이다. 8개의 염기로 이루어진 올리고뉴클레오티드 탐침을 제작하려면 염기의 종류가 A, T, G, C 등 모두 4개라는 점을 감안하면 4⁸개의 탐침이 필요하다. 사진석판술은 필요로 하는 탐침을 자유롭게 합성할 수 있기 때문에 활용도가 더 크다고 할 수 있다.
DNA칩은 특정한 유전정보를 담고 있는 mRNA를 역전사효소를 이용해 만든 cDNA로 분석한다. 개방형 해석틀이나 올리고뉴클레오티드 탐침 모두 일정한 염기배열을 이루고 있기 때문에 분석하고자 하는 cDNA를 섞어주면 혼성화를 통해 cDNA의 염기배열을 탐지해낼 수 있다.

사용 방법과 특징에 대해 알아보자면, cDNA에 형광 태그를 붙여두는 방식으로 혼성화의 발생 여부와 정도를 파악할 수 있고, 그로부터 cDNA의 염기배열을 읽어낼 수 있다. 따라서 DNA칩은 유전자지도를 그리는데 이용될 뿐만 아니라 암 진단과 단일 염기의 돌연변이도 포착해낼 수 있다. 최근 들어 유용성이 훨씬 큰 단백질칩과 랩온어칩 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 또한 dna 기반 바이오칩은 질병을 유발하는 특정 유전자의 돌연변이를 탐지하는데 사용되는 돌연변이 탐지와 질병을 보유한 사람의 세포와 건강한 사람의 세포  내 유전자 발현 양을 탐지하는 유전자 탐지 이 두 분야에서 활발하게 이용되고 있다. 

응용사례 ; 지난 2018년, 미세유체 바이오칩 기반으로 새로운 항암제 개발에 나선다는 기사가 있었다. 기존의 항암제 개발 연구는 2차원의 암세포를 배양해 이뤄져왔으나, 실제 종양은 3차원 형태의 복잡한 구조를 가지고 있다고 한다. 2차원의 암세포에는 실험에 한계가 있었는데, 미세유체 바이오칩을 이용해 우리 신체 내부의 종양과 유사한 3차원 종양을 대량 생산하는데 성공해 3차원 종양 세포를 이용한 실험이 가능해졌다고 한다. 연구원들은 미세유체 바이오칩 덕에 기존보다 훨씬 빠르고 경제적으로 종양을 대량 생산할 수 있으며 유방암 환자의 실제 종양을 이용해 임상 연구를 이어갈 수 있을 것이라며, 치료 효과 또한 극대화될 것이라고 했다고 한다. 

고찰 및 의견 ; 바이오칩은 각종분야에서 활용될 수 있는 혁신적인 도구로서 기능할 수 있는 물질로 기존 의학의 한계를 넘어 여러 질병에서 인간을 보호하고 인간의 건강을 유지할 수 있는 하나의 수단이 될 수 있다고 생각하지만, 핵산을 측정하는 바이오칩 등은 유해물질이나 병원균을 직접적으로 측정하지 못한다는 점에서 한계가 있다고 생각한다. 그러나 바이오칩이 가지고 있는 한계점에 비해 장점이 더욱 많으므로 앞으로 바이오칩의 한계를 넘을 수 있는 지속적인 개발이 진행될 것 같다고 예상한다. 
바이오칩으로 동물 실험을 대체할 수 있게 되었다는 기사도 접한 기억이 있어, 바이오칩으로 어떻게 동물실험을 대체할 수 있는지 추가탐구를 꼭 진행하고 싶다.

5. 고찰 및 의견: 생각보다 페닐케톤뇨증이 사람들에게 많이 일어난다는 것을 알게 되었다. 페닐케톤뇨증이 완전히 치료 되는 방법은 아직 없다고 한다. 그래서 많이 안타깝다는 생각이 들었다. 먹을 것도 마음대로 먹지 못하고 남들보다 지능이 낮다는 점도 안타까웠다. 유전병이라는 것은 생각보다 엄청 위험한 존재이고 어려운 것 같다고 생각이 들었다. 

인간 세포에는 두 가지 유형의 DNA가 있다. 첫 번째 유형은 세포핵에 있는 23개의 염색체 세트로 포장 된 체세포 염색체 DNA이다. 양쪽 부모로부터 얻은 이 DNA는 개인의 결합 된 부모의 유전적 정보를 반영한다. 체세포 DNA를 활용 한 DNA 지문은 특정 유전자에 대한 두 대립 유전자의 서열 분석을 포함한다.
두 번째 유형의 DNA는 체세포 DNA와는 다르며 세포의 에너지를 생산하는 기관인 미토콘드리아에만 존재한다. 미토콘드리아 DNA는 남성과 여성 모두에게 모성적으로 유전된다. 예를 들어, 같은어머니를 공유하는 형제, 자매, 이복 형제 또는 이복 자매는 같은 미토콘드리아 DNA를 물려받게된다. 식별은 1만6569개의 염기쌍으로 구성된 단일 원형 염색체인 미토콘드리아 DNA 내의 특정부위를 염기서열을 분석하여 결정한다.
Jeffreys 박사가 개발한 DNA 지문분석은 제한효소 분해 및 Southern blot 분석에 체세포 염색체DNA를 사용한다. 인간 DNA가 제한효소에 의해 절단되면 매우 많은 수의 DNA 단편이 생성된다.
아가로스 겔 전기영동으로 분리하면 수많은 DNA 단편이 겔에 나타난다. 라벨링 된 프로브는DNA 내의 RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphic) 영역을 감지하는 데 사용된다.
최근에는 RFLP 방법 대신 PCR(Polymerase Chain Reaction) 방법이 주로 사용되고 있다. PCR은 훨씬 적은 양의 DNA를 사용하여 DNA 지문분석이 가능하다. PCR은 적은 양의 DNA를 증폭해 분석
을 용이하게 하기 때문이다. 또한 PCR은 Southern Block보다 분석 속도가 더 빠르다는 장점도 있다. 한 PCR 사이클에는 세 단계가 있어 DNA 양이 두 배로 증가한다. 중합효소 연쇄반응(PCR) 방법은 표적 DNA 시퀀스를 증폭시켜 AMRFLP라고 한다. PCR은 범죄현장에서 발견된 극소량의DNA를 DNA 지문분석을 위해 증폭시킬 수 있도록 했다.

4.응용사례

얼 워싱턴(Earl Washington)은 1982년의 성폭행과 살인에 대한 혐의로 미국 법원에서 1984년 사형 판결을 받았다. 하지만 이후 범죄 증거에 대한 일부 의문점으로 인해 1993년 무기징역으로 감형된다. 2000년에는 미국 인권단체인 이노센스 프로젝트(The Innocence Project)가 이 사건에 주목해 법의학자들이 STR 분석을 실시하게 되고, 제시된 추가 증거들에 힘입어 그는 무려 17년을 복역한 끝에 2001년 무죄로 석방되었다. 당시 STR 분석을 보면 얼 워싱턴 유전체에서 나타나는 세 개 STR의 반복회수가 피살된 여성에서 얻은 정자세포에서 나타나는 반복회수 양상과는 상당한 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 한편 케네스 틴슬리라는 죄수는 당시 별개의 성폭행으로 종신형 복역 중이었으며, 그의 유전체 정보의 양상이 위의 정액에서 나타나는 양상과 정확히 일치하였기에 추가 조사가 시행되었고 결국 본 범죄의 범인으로 밝혀지게 되었다.

5.고찰 및 의견
우리가 평소에는 아무렇지 않게 사용하고 깊게 생각하지 않는 지문이 범죄현장이나 누군가를 찾을 때 정말 중요하게 사용된다는것을 깨달았고 우리 삶에 없어서는 안될 중요한 것이라는 생각이 들었다. 이런 DNA지문에 대해 더 많은 연구가 이뤄져서 지금보다 더 많은 분야에 쓰이게되었으면 좋겠다는 생각이 들었다.

4 응용사례: 항생제는 다양한 세균을 억제하기 위해 쓰이는데 세포벽을 파괴하는새균한테는 페니실린 세팔로스프린 그리고 반코마이신 등이 쓰일수 있고 세포막 투과서 변화에는 폴리믹신이소니아지드 등이 쓰이고 단백질 합성면역에는 테트라 싸이클린 아미노글리코 등의 항생제가 쓰이고 DNA합성 억제하는 세균에는 리팜핀 퀴놀론 등이 쓰이고 마지막으로 엽산 합성 억제에는 섶론 아마이드 트리메토프림등이 쓰인다 여기서 페니실리과 테트라 싸이클린을 집중적으로 보면페니실린은세균의 세포벽 합성을 억제함으로써 항균작용을 한다. 경구투여했을 때 일반적으로 잘 흡수되지만 초기제제들은 위산에 의해 불활성화한다. 화농성구균 등 대부분의 그람양성균과 임균·매독균 등에 강력한 효과가 있다. 페니실린에 감수성이 없는 세균감염증과 페니실린의 남용으로 생긴 내성균에 사용해서는 안된다. 부작용은 적은 편이지만 알레르기 반응에 의한 과민반응은 치명적이므로 투여하기 전에 피부반응 시험을 하는 것이 좋다 이렇게 페니실린은 특정 세균에 대한 항생제로 많은 도움이 되고 있고 테트라사이클린이라는것도 있는데 이것은 화학적으로 테트라사이클린핵을 가지고 있으며 미생물의 리보솜에서 t-RNA의 전사를 방해하여 단백질합성을 억제함으로써 항균작용을 한다. 그람양성균에 효과가 있지만 페니실린보다는 약하다. 살모넬라, 프로테우스 등의 그람음성균의 감염, 서혜림프육아종증, 연성하감 등에 효과가 있다. 부작용으로 오심·구토·설사·구내염·소장결장염을 일으키고 균교대현상에 의해 장내 정상 세균총의 변화로 칸디다증을 일으켜 소화관 및 점막의 손상을 일으킨다. 투여 후 광선과민증으로 홍반이나 부종을 일으키며 대량으로 투여했을 경우 간장장애를 일으킬 수 있다. 임산부·신생아·소아에게 신중히 투여해야 하는데 태아의 골격 발육을 지연시켜 기형아가 태어날 수 있으며 유즙으로 약물이 배출될 수 있다. 이처럼 항생제는 다양한 세균의 종류에 대해서 반응하여 세균을 억제할수 있다


5 느낀점: 이 활동을 하고 나서 평소에 세균의 종류에 대한 항생제와 항생제의 작용 원리에 대해서도 관심이 많았는데 이번 기회에 알아보니 좋았고 이 항생제를 만들어서 세균을 억제하는 생각에 대해 감명 받았고 세균을 억제하는 방법 즉 항생제의 기본 원리는 세균의 세포와 인간의 세포를 구분하여서 세균의 세포를 억제하는것인데 이것에 대해서 인간의 세포와 세균의 세포를 구분할수 있게 항생제를 만든 사람들에대해서 존경심이 들었고 아직도 몇몇세균에 대해서 항생제가 발명 되지 않았는데 나중에 이 항생제를 발명해보고 싶다는 생각도 들었다

1. 주제: HPV(인유두종 바이러스) 
2. 주제선정이유: 진로가 간호사가 되는 것인데 요즘 바이러스에 관심이 생겨서 어떤 바이러스가 있는지 조사하던 중 인유두종 바이러스가 자궁경부암을 일으킨다는 것을 알게 되었고 더 자세하게 알아보고 싶었기 때문에 이 주제를 선택했다.
3. 과학적 원리: 인유두종 바이러스는 성행위를 통해 점막이나 상피에 감염을 일으키는 바이러스 무리로 주로 자궁경부암의 중요한 원인 인자로 알려져 있으며 파필로마바이러스과에 속하는 직경 55mm의 이중 나선상 DNA 바이러스이다. 일부 사람에서는 심상사마귀 및 첨형사마귀를 포함한 피부 및 외음부의 사마귀의 원인이 되기도 한다. 발암성 인유두종 바이러스 16,18번이 가장 중요하고 전 세계적으로 70% 이상의 자궁경부암에서 발견된다. 대부분 무증상이고 인유두종 바이러스의 검사 방법으로는 바이러스의 DNA를 이용하여 인유두종 바이러스의 존재 및 유전자형을 검사하는 방법들이 개발되어 사용되고 있고 하이브리드 캡쳐2, 코바스 HPV 테스트 등도 FDA의 승인을 받은 검사법이다. 반면에 세포진 검사도 있지만 검색률이 낮기 때문에 적합하지 않고 바이러스 배영 기술론은 인유두종 바이러스 감염을 구별할 수 없기 때문에 배양검사도 적합하지 않다. 인유두종 바이러스는 면역체계에 의해 제거 되며 감염기간은 9개월 정도 되고 감염자의 90%는 2년 이내에 특별한 치료 없이 자연적으로 치유된다. 그러나 고위험군 인유두종 바이러스에 감염되면 자궁경부암으로 진행될 가능성이 높고 흡연, 장기적인 피임약 복용 등이 있는 경우 자궁경부 상피 내 종앙과 자궁경부암으로의 진행이 촉진된다. 치료방법은 현재 까지 밝혀진것은 없으며 몇 가지 유형의 인유두종 바이러스에 대한 백신이 개발되어 자궁경부암 예방에 사용되기는 시작했으나 효과에 대해서는 밝혀진 것이 없다. 생식기 사마귀에 대한 치료는 세포독성물질과 사이토카인 등이 사용되고 있지만 아직 바이러스를 소멸시킬 수 있는 방법은 없고 현재는 병적인 부위를 제거하고 재발률을 감소시키는 방법이 있다.
4. 응용사례주제
HPV 감염은 성행위에서 발생하고 자궁경부암의 주요 원인으로 HPV로 인해 유발되는 암의 90% 이상은 백신 접종으로 예방이 가능한데 우리나라의 경우 15세~ 34세 여성에게 발생하는 암중 자궁경부암이 세번쨰로 높은 발생률을 보인다. 한국 성인 여성의 30%가 감염되어 있고 그중 18%는 고위험군이다. 인유두종 바이러스는 다양한 암까지 발병할 위험이 있고 현재 우리나라는 12세 이하의 여아에게도 백신 무료 2회 접종을 하다가 17세이하로 범위를 넓혔다.
5. 고찰 및 의견
HPV 바이러스에 대해서 조사를 하면서 HPV에 감염된 여성이 많고 10대~30대 중반까지 걸릴 위험이 크다는 것을 알게 되었고 자궁경부암백신이 계속 개발되고 있다는 것을 알고 더 빨리 개발되어서 다른 HPV 바이러스 백신도 나왔으면 좋겠다는 생각이 들었고 바이러스를 없앨 수 있는 백신을 만드는 것이 중요하다는 생각이 들었다. 또한 이 바이러스는 무증상이기 때문에 감염 여부를 알기 더 어려운데 이 바이러스에 대해서 자세하게 알고 백신접종으로 미리 예방하려는 노력을 해야된다는 생각이 들었다. 그리고 여성뿐만 아니라 남성도 백신 접종을 무료로 시켜주는 법안이 제출되었다고 하는데 승인이 되어 남성들도 HPV 바이러스 감염을 예방할 수 있었으면 좋곘다는 생각이 들었다.