[논문]단백질 바이오센서를 이용한 중금속 이온의 선택적 측정

김균영; 김지현; 유영제

단백질 바이오센서를 이용한 중금속 이온의 선택적 측정
Selective Analysis of Heavy Metal Ions Using Protein-based Biosensor 원문보기

김균영 (서울대학교 공과대학 응용화학부) , 김지현 (산업자원부 생물화학산업과) , 유영제 (서울대학교 공과대학 응용화학부)

형광을 이용하여 중금속 이온의 농도를 측정할 수 있는 신규 단백질 바이오센서를 제작하였다. 바이오센서의 transducer로 카제인과 알부민을 사용하였을 때 $10^{-3}$mM-1 mM 범위에서 중금속 농도 정량에 우수성을 보였다. 또한 두 가지 중금속 혼합물에서 excitation과 emission파장에서 형광도를 측정하여 각 중금속 이온 농도를 선택적으로 정량하는 방법을 제시하였고, Co$^{2+}$, Fe$^{3+}$ 이온 혼합물을 대상으로 본 논문에서 제시한 방법의 유효성을 입증하였다.

New protein-based biosensors using fluorescence for the detection heavy metal ions were developed. The detection range of heavy metal ions was between 10$^<$TEX>-3/ mM - 1 mM using casein and albumin as a transducer of biosensor, respectively. Casein showed better results for detecting heavy metal ions than albumin. Simple assay method was developed for the selective analysis of the two heavy metal ions by the fluorescence at wavelength of excitation and emission. This method was successfully applied to determining the concentrations Of Co$^<$TEX>2+/ and Fe$^<$TEX>3+/.

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문제 정의

본 연구에서는 형광염료와 transducer로 사용되는 단백질의 영향을 고찰하여 중금속 이온 측정을 위한 신규 형광 단백질바이오센서흘 제작하였으며 두 가지 중금속 혼합물에서 각각의 중금속 농도를 측정할 수 있는 방법을 제시하였다.

제안 방법

한편 단백질농도는 중甘속이온의 측징범위와 관계가있어 측징범위를 증가시키기 위해서는 적절한 단백질 농도를 결정하는 것이 중요하다. 본 실험에서는 카제인에 EITC 가 표지된 단빅질을 사용하여 비교적 고농도인 1 mM Cr" 를 대상으로 단백질 농도에 따른 형광도를 측정하였다. Figure.
Fluorescence 전자 현미경(Nikon Eclipse Te 300)을 이용하여 형광염료의 표지 여부를 확인하였다. 노출 시간을 2, -1, 0, 1, 2로 조절하였고 파장은 UV-VIS 영역에서 간찰하였다.
0) 용액하에서 각각 부착 표지시켰다. 갈색 플라스크에서 6시간 동안 반응을 진행하였으며 반응 후 단백질에 부착되지 않은 형광염료는 Sephadex C-50 (Pharmacia Biotech.) 컬럼을 이용하여 gel-filtration으로 분리하였다. 반응에 사용된 단백질과 형광염료는 Sigma Chemical 사에서 구입하였다.
형광염료의 표지 여부를 확인하였다. 노출 시간을 2, -1, 0, 1, 2로 조절하였고 파장은 UV-VIS 영역에서 간찰하였다.
있다. 따라서 Co> 와 Fc产를 대상으로 본 측정 방법의 유효성을 검증하여 보았다. 먼저 emission에서 Co* Fe”, 혼합물의 Stem-Volmer 상个는 각각 28164, 25369, 26960으로 측정되었으며 이로부터 优 의 결합상수가 0.
45x1(尸 mM 이상의 농도에서는 형광도가최 대값을 보이고 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 위 결과를 바탕으로 바이오센서의 단백질 농도를 3.45x10° mM으로 결정하고 pH 7.0, 303.15 K에서 실험을 수행하였다.
먼저 단백질에 형광염료가 표지되었는지를 확인하기 위하여, 전자 현미경으로 단백질을 촬영하였다. Figure 1에서와 같이 카제인에 FITC가 잘 결합되어 있었으며, 증류수에 용해시킨 경우 단백질 바이오센서가 수용액 상에서도 고르게 분산됨을 알 수 있었다.
바이오센서를 제작하기 위하여 pH, 온도, 단백질 농도가 측정 감도에 미치는 영향음 고찰하였다. 먼저 pH의 경우표지에 영향을 미치지 않고, 단백질의 용해도에 영향을 주지 않는 pH 7.
중금속 이온 농도는 단비】질 바이오센서를 중금속 함유 시료에 첨가한 후 spectrofluorophotometer(Shimadzu, RF-53O1PC) 를 사용하여 측정하였다. 이때 bandwidth는 1.

대상 데이터

All丄 samples were excited at 520 nm and emitted at 540 inn. Casein-EITC was used for the experiments.
) 컬럼을 이용하여 gel-filtration으로 분리하였다. 반응에 사용된 단백질과 형광염료는 Sigma Chemical 사에서 구입하였다.
형광 단叫질 바이오센서를 제작하기 위하여 transducer 단백질로 우유 단백질에 함유되어 있는 카제인과 알부민을, 형광염료로는 fluorescein과 eosin을 사용하였다. 우유 단백질은 수은과 같은 중금속 이온을 산모에서 태아로부터 옮기는 역할을 수행하는데(10) 그 중에서 키.

성능/효과

Figure. 2에서와 같이 단백질 농도가 증가함에 따라 형광도가 증가하였으며 3.45x1(尸 mM 이상의 농도에서는 형광도가최 대값을 보이고 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 위 결과를 바탕으로 바이오센서의 단백질 농도를 3.
형광도를 나타내었다. 분광학 데이터 처리에 주로 사용되는 방법대로 X축을 log 스케일로 처리하였다 형광도는 Iff3 mM-1 mM의 농도 범위에서 선형성을 보였고 알부민-FITC 경우와 달리 C产, Fe* 두 이온에 대한 선형도가 모두 우수하였다.
0 왼충 용액을 사용하였다. 온도의 경우 단백질의 구조 변성을 바고, 최고의 갂도를 나타내는 적정 온도를 찾기 위하여 298.15 K에서 308.15 K범위에서 실힘한 결과 303.15 K에서 상데적으로 감도가 좋음을 알았다(데이터생략). 한편 단백질농도는 중甘속이온의 측징범위와 관계가있어 측징범위를 증가시키기 위해서는 적절한 단백질 농도를 결정하는 것이 중요하다.

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