고리형 올레핀공중합체 (Cyclic Olefin Copolymer: COC)는 제조가 쉽고, 비용이 저렴하며, 뛰어난 광학 특성 및 다양한 용매에 대한 내성으로 인해 미세 유체 소자를 제조하는 데 유용한 플라스틱 기판 소재이다. 본 연구에서는 금 전극과 ...
고리형 올레핀공중합체 (Cyclic Olefin Copolymer: COC)는 제조가 쉽고, 비용이 저렴하며, 뛰어난 광학 특성 및 다양한 용매에 대한 내성으로 인해 미세 유체 소자를 제조하는 데 유용한 플라스틱 기판 소재이다. 본 연구에서는 금 전극과 실리카나노 입자에 신속하고 간단한 방법으로 항체를 고정할 수 있는 신규한 융합 단백질과 전극 파울링 방지를 위한 새로운 제조 방법으로 고감도 COC 기반 전기 화학 미세유체 면역 분석 플랫폼을 개발하였다. 마이크로 유체 소자는 금이 박막된 COC 상부 기판과 IDA (Interdigitated array) 전극이 형성된 COC 하부 기판 사이에 마이크로 채널이 형성되어 있는 양면 접착 테이프 (두께 50 μm)를 이용하여 제작하였다. 이기작용성 크로스링커 (Bifunctional crosslinker)는 protein G (ProG)를 금 결합 단백질 (Gold binding protein: GBP) 또는 실리카 결합 단백질 (Silica binding protein: SBP)과 유전공학적으로 융합하여 제작하고, 이를 통해 기질 상에 항체를 간단하고 신속하게 고정시킬 수 있도록 하였다. 전극 파울링을 방지하기 위해, 화학 처리없이 마이크로 채널 내의 하부 IDA 전극 표면 대신 상부 금 표면에 GBP-ProG 가교제 및 면역 글로블린 G (IgG)를 연속적으로 고정시켰다. 이 장치의 전기화학적 신호는 알칼라인 포스파타아제 (Alkaline phosphatase: AP)가 표지된 항-IgG 및 p-아미노페닐 포스페이트 (p-Aminophenyl phosphate monosodium salt: PAPP)를 연속적으로 주사한 뒤에 측정하였으며, IDA 전극 표면이 융합 단백질에서 기능화된 대조군 대비 약 3배 향상됨을 확인하였다. 또한, SBP-ProG를 이용하여 AP가 표지 된 항-IgG를 고정화한 실리카 나노 입자 (100 nm 직경)를 도입하여 나노 입자를 도입하지 않은 경우보다 높은 부피당 표면적을 가짐으로서 높은 전기 화학 신호(20 %)를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 전기화학 미세유체 소자는 0.68 pg/mL의 낮은 검출 감도로 전립선암의 생체 마커를 인지할 수 있었다.
핵심되는 말 : 고리형 올레핀 공중합체; 전기 화학 미세 유체 플랫폼; 신규 한 가교 결합제; 전극 파울 링; 실리카 나노 입자; 전립선 특이 항원.
고리형 올레핀 공중합체 (Cyclic Olefin Copolymer: COC)는 제조가 쉽고, 비용이 저렴하며, 뛰어난 광학 특성 및 다양한 용매에 대한 내성으로 인해 미세 유체 소자를 제조하는 데 유용한 플라스틱 기판 소재이다. 본 연구에서는 금 전극과 실리카 나노 입자에 신속하고 간단한 방법으로 항체를 고정할 수 있는 신규한 융합 단백질과 전극 파울링 방지를 위한 새로운 제조 방법으로 고감도 COC 기반 전기 화학 미세유체 면역 분석 플랫폼을 개발하였다. 마이크로 유체 소자는 금이 박막된 COC 상부 기판과 IDA (Interdigitated array) 전극이 형성된 COC 하부 기판 사이에 마이크로 채널이 형성되어 있는 양면 접착 테이프 (두께 50 μm)를 이용하여 제작하였다. 이기작용성 크로스링커 (Bifunctional crosslinker)는 protein G (ProG)를 금 결합 단백질 (Gold binding protein: GBP) 또는 실리카 결합 단백질 (Silica binding protein: SBP)과 유전공학적으로 융합하여 제작하고, 이를 통해 기질 상에 항체를 간단하고 신속하게 고정시킬 수 있도록 하였다. 전극 파울링을 방지하기 위해, 화학 처리없이 마이크로 채널 내의 하부 IDA 전극 표면 대신 상부 금 표면에 GBP-ProG 가교제 및 면역 글로블린 G (IgG)를 연속적으로 고정시켰다. 이 장치의 전기화학적 신호는 알칼라인 포스파타아제 (Alkaline phosphatase: AP)가 표지된 항-IgG 및 p-아미노페닐 포스페이트 (p-Aminophenyl phosphate monosodium salt: PAPP)를 연속적으로 주사한 뒤에 측정하였으며, IDA 전극 표면이 융합 단백질에서 기능화된 대조군 대비 약 3배 향상됨을 확인하였다. 또한, SBP-ProG를 이용하여 AP가 표지 된 항-IgG를 고정화한 실리카 나노 입자 (100 nm 직경)를 도입하여 나노 입자를 도입하지 않은 경우보다 높은 부피당 표면적을 가짐으로서 높은 전기 화학 신호(20 %)를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 전기화학 미세유체 소자는 0.68 pg/mL의 낮은 검출 감도로 전립선암의 생체 마커를 인지할 수 있었다.
핵심되는 말 : 고리형 올레핀 공중합체; 전기 화학 미세 유체 플랫폼; 신규 한 가교 결합제; 전극 파울 링; 실리카 나노 입자; 전립선 특이 항원.
Cyclic olefin copolymer (COC) is a useful plastic substrate material for fabricating microfluidic devices due to its ease of fabrication, low cost, exceptional optical properties, and resistance to various solvents. In this work, a highly sensitive COC-based electrochemical microfluidic immunoassay ...
Cyclic olefin copolymer (COC) is a useful plastic substrate material for fabricating microfluidic devices due to its ease of fabrication, low cost, exceptional optical properties, and resistance to various solvents. In this work, a highly sensitive COC-based electrochemical microfluidic immunoassay platform was developed by a novel fabrication method for prevention of electrode fouling and novel crosslinkers for rapid and simple antibody immobilization on gold substrates and silica nanoparticles. The microfluidic device was fabricated by bonding of a partially gold layered COC substrate (an upper substrate) and gold patterned- interdigitated array (IDA) COC electrode (a bottom substrate) via a microchannel-patterned double-sided adhesive tape (50 μm in thickness). The bifunctional crosslinkers were obtained by genetically fusing protein G (ProG) to gold binding protein (GBP) and silica binding peptide (SBP), respectively, for simple and rapid immobilizations of antibodies on the substrates. To prevent electrode fouling, GBP-ProG crosslinker and immunoglobulin G (IgG) were successively immobilized on the upper gold surface instead of the bottom IDA electrode surface within the microchannel without any chemical treatment. The electrochemical signal of this device was enhanced about three times compared with that generated from a control device where the bottom IDA electrode surface was functionalized after successive injection of alkaline phosphatase (AP)-labeled anti-IgG and p-aminophenylphosphate (PAPP)as an enzyme substrate. Also, the introduction of silica nanoparticle (100 nm in diameter) immobilized with AP-labeled anti-IgG through the SBP-ProG further increased electrochemical signal (20%) compared with the AP-labeled anti-IgG alone due to their high ratio of surface area to volume. Furthermore, this electrochemical microfluidic device was ultrasensitive with a detection limit of 0.68 pg/mL for biomaker related of prostate cancer.
Cyclic olefin copolymer (COC) is a useful plastic substrate material for fabricating microfluidic devices due to its ease of fabrication, low cost, exceptional optical properties, and resistance to various solvents. In this work, a highly sensitive COC-based electrochemical microfluidic immunoassay platform was developed by a novel fabrication method for prevention of electrode fouling and novel crosslinkers for rapid and simple antibody immobilization on gold substrates and silica nanoparticles. The microfluidic device was fabricated by bonding of a partially gold layered COC substrate (an upper substrate) and gold patterned- interdigitated array (IDA) COC electrode (a bottom substrate) via a microchannel-patterned double-sided adhesive tape (50 μm in thickness). The bifunctional crosslinkers were obtained by genetically fusing protein G (ProG) to gold binding protein (GBP) and silica binding peptide (SBP), respectively, for simple and rapid immobilizations of antibodies on the substrates. To prevent electrode fouling, GBP-ProG crosslinker and immunoglobulin G (IgG) were successively immobilized on the upper gold surface instead of the bottom IDA electrode surface within the microchannel without any chemical treatment. The electrochemical signal of this device was enhanced about three times compared with that generated from a control device where the bottom IDA electrode surface was functionalized after successive injection of alkaline phosphatase (AP)-labeled anti-IgG and p-aminophenylphosphate (PAPP)as an enzyme substrate. Also, the introduction of silica nanoparticle (100 nm in diameter) immobilized with AP-labeled anti-IgG through the SBP-ProG further increased electrochemical signal (20%) compared with the AP-labeled anti-IgG alone due to their high ratio of surface area to volume. Furthermore, this electrochemical microfluidic device was ultrasensitive with a detection limit of 0.68 pg/mL for biomaker related of prostate cancer.
학위논문 정보
저자
김아람
학위수여기관
CHA University
학위구분
국내박사
학과
Major in Biotechnology, Department of Biomedical Science
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