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학위논문 상세정보

유해물질의 광학 및 전기화학 검출을 위한 바이오센서 플랫폼 : Biosensor platforms for electrochemical & optical detection of harmful materials 원문보기

  • 저자

    김기욱

  • 학위수여기관

    중앙대학교 대학원

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    화 생화학

  • 지도교수

    박태정

  • 발행년도

    2015

  • 총페이지

    65 p.

  • 키워드

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13688927&outLink=K  

  • 초록

    인간의 건강을 위협하는 요인은 매우 많고 그 종류도 다양하다. 바이러스, 미생물 또는 미생물이 만들어내는 독성물질, 중금속, 그리고 인간이 생활의 편의를 위해 만들어낸 화합물 등은 외부에서 작용하는 요인이다. 내부적으로는 특정한 단백질이나 효소가 질병의 원인이 되거나, 질병에 의해 생성되기도 한다. 이러한 요인들로부터 보호받고 건강을 지키기 위해 다양한 방법의 바이오센서가 개발되어 왔다. 바이오센서는 광학 신호나 전기적 신호 등의 측정을 통해 민감하고 정확하게 목표 물질을 검출할 수 있고, 이러한 바이오센서의 성능은 신호를 측정하는 플랫폼에 의해 결정된다. 따라서 이 연구에서는 전기화학적 및 광학적 검출을 위한 바이오센서 플랫폼을 구축하여 각각의 요인들을 검출하는 바이오센서를 개발하고 성능을 확인하였다. 우선, 심혈관 질환과 관련된 C-반응성 단백질 검출을 위한 전기화학적 플랫폼을 개발하였다. 이 센서는 금 전극 표면에 비오틴과 단백질A가 융합된 스트렙타비딘을 결합하여 항체를 고정하였다. 그 후, C-반응성 단백질과 알칼라인 인산가수분해효소가 결합된 두 번째 항체를 전기화학 분석에 이용하였다. 이 센서의 C-반응성 단백질 검출 범위는 0.01 pg/mL에서 1 mg/mL이고, 섭씨 4도씨에서 35일 보관 후에도 신호가 안정적으로 유지되었다. 두 번째로, 농약을 검출하기 위하여 전기화학 바이오센서 플랫폼을 개발하였다. 이 센서는 농약이 유기인계 농약 가수분해효소와 반응에 의해 발생되는 전류를 금 전극을 통하여 신호를 얻는다. 이 센서는 3~4분안에 다양한 잔류 농약을 검출할 수 있었다. 세 번째로는 바실러스 안트라시스 (탄저균)의 포자 검출 플랫폼 개발을 위하여 스크리닝을 통하여 탄저균에 특이적으로 결합하는 펩타이드를 확인하였고, 펩타이드-마그네틱 비드 컨쥬게이트를 이용하여 다른 바실러스의 포자와 분리하는데 성공하였다. 이는 대상물질의 농도를 효율적으로 농축하여 검출 민감도를 높힐 수 있는 장점이 있다. 이상으로, 세 가지 종류의 유해 물질에 대한 바이오센서 플랫폼 구축이 성공적으로 이루어졌고, 이 바이오센서 플랫폼은 다른 유해 물질들을 검출하는 데에도 응용이 가능할 것이다.


    There are lots of various harmful materials that threaten human health. Viruses, microorganisms or their toxic substances, heavy metals, and chemical compounds that made by human for convenient life have been external harmful factors. Endogenic factors are proteins or enzymes, causing or producing disease. To protect human health from these factors, various biosensing methods have been studied and developed. Biosensors are able to detect target materials sensitively by measurement of optical or electrochemical signals, and its efficiency depends on platforms which sense specific signals by transducing electrochemically and/or optically. Herewe, biosensor platforms were developed to detect each three harmful materials, and the performances of them were confirmed. At first, electrochemical biosensor system was developed to detect C-reactive protein (CRP) associated with cardiac disease by sandwich immunoassay. Primary antibody was immobilized on the gold chip surface by specific binding with Protein A via a fusion form with streptavidin and strong biotin-streptavidin interaction. Then, secondary antibody bound with CRP and alkaline phosphatase was used for an electrochemical analysis. The detection range of the sensor for CRP was 0.01 pg/mL to 1 mg/mL, furthermore, stable electrical signal was apparently maintained (~88% of initial response) for 35 days after storage at 4°C. The second, electrochemical sensor system was developed to detect some pesticides. The sensor gains electrical current signal made by enzyme reaction between pesticides and organophosphate hydrolase, through a gold electrode. The sensor was able to detect various residual organophosphorus pesticides within 3-4 min. The third, the detection of Bacillus anthracis spore was developed a sensor platform with specific binding peptides against the anthrax spore, which was confirmed by screening using a peptide library. Moreover, magnetic separation of B. anthracis spore using peptide-magnetic beads conjugates was successfully performed, which was supported for the enhancing the target sample concentration. Finally, developments of biosensor platforms for three harmful materials were obviously achieved and could be applied for the detection of the other harmful materials.


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