현재까지의 농약 검출용 바이오센서는 화학 센서, immunoassay, 화학 테스트 킷과 같은 다른 잘 알려진 분석 방법들과 경쟁적으로 연구되어 지고 있다. 바이오센서가 농약을 증명하는 간단하고 저렴한 방법으로 chromatography 방법들을 대체할 잠재력을 가지고 있음에도 불구하고 정확한 정량적 분석 방법이 아직도 미비하다. 안정하고 강력한 바이오센서의 발전을 위해서 유전자 조작을 이용한 효소 개량을 통해 좀 더 민감하고 반응속도가 빠른 생촉매와 특이성이 높은 항체의 개발이 요구되고 있다. 바이오센서의 안정성 개선과 transducer 표면으로부터의 빠른 신호 전달을 위해 새로운 고정화 방법이 탐구되어져야 한다. 비록 약간의 방법들이 시료의 전처리를 필요로 하지 않을 지라도 센서의 안정성은 또 다른 개념으로 접근해야 한다. 그래서 현장 적용을 위해, 보다 간편한 시료의 전처리과정 혹은 직접적인 분석 방식이 동일시되어 개선되어야 한다. 향상된 fabrication 기술을 이용한 소형화 센서 혹은 일회용 킷의 개발은 개인용 및 산업용, 의약용 등의 여러 분야에서 실시간으로 분석이 가능하게 할 것이다. 실제 샘플의 빠르고 자동화 및 소형화된 분석 시스템의 구축을 위해 장차 매우 선택적인 다중 검출 바이오센서의 설계에 더 많은 중점을 둘 필요가 있다. 앞으로 잔류농약 검출을 위한 휴대형 바이오센서의 개발과 상용화를 위해서, 무엇보다 현재의 GC, LC (혹은 GC/MS, LC/MS) 분석을 위해 이루어지고 있는 샘플 전처리 방법의 경우, 다량의 샘플로부터 유기용매 등을 이용한 추출방법으로 진행되고 있기 때문에 샘플 전처리를 간소화하고 간단한 측정방법으로 전체의 측정결과를 대변할 수 있는 방안을 구축하고 잔류농약의 법적 허용기준과 적용이 가능한 방법을 찾아내는 노력이 절실히 요구되는 상황이다.
현재까지의 농약 검출용 바이오센서는 화학 센서, immunoassay, 화학 테스트 킷과 같은 다른 잘 알려진 분석 방법들과 경쟁적으로 연구되어 지고 있다. 바이오센서가 농약을 증명하는 간단하고 저렴한 방법으로 chromatography 방법들을 대체할 잠재력을 가지고 있음에도 불구하고 정확한 정량적 분석 방법이 아직도 미비하다. 안정하고 강력한 바이오센서의 발전을 위해서 유전자 조작을 이용한 효소 개량을 통해 좀 더 민감하고 반응속도가 빠른 생촉매와 특이성이 높은 항체의 개발이 요구되고 있다. 바이오센서의 안정성 개선과 transducer 표면으로부터의 빠른 신호 전달을 위해 새로운 고정화 방법이 탐구되어져야 한다. 비록 약간의 방법들이 시료의 전처리를 필요로 하지 않을 지라도 센서의 안정성은 또 다른 개념으로 접근해야 한다. 그래서 현장 적용을 위해, 보다 간편한 시료의 전처리과정 혹은 직접적인 분석 방식이 동일시되어 개선되어야 한다. 향상된 fabrication 기술을 이용한 소형화 센서 혹은 일회용 킷의 개발은 개인용 및 산업용, 의약용 등의 여러 분야에서 실시간으로 분석이 가능하게 할 것이다. 실제 샘플의 빠르고 자동화 및 소형화된 분석 시스템의 구축을 위해 장차 매우 선택적인 다중 검출 바이오센서의 설계에 더 많은 중점을 둘 필요가 있다. 앞으로 잔류농약 검출을 위한 휴대형 바이오센서의 개발과 상용화를 위해서, 무엇보다 현재의 GC, LC (혹은 GC/MS, LC/MS) 분석을 위해 이루어지고 있는 샘플 전처리 방법의 경우, 다량의 샘플로부터 유기용매 등을 이용한 추출방법으로 진행되고 있기 때문에 샘플 전처리를 간소화하고 간단한 측정방법으로 전체의 측정결과를 대변할 수 있는 방안을 구축하고 잔류농약의 법적 허용기준과 적용이 가능한 방법을 찾아내는 노력이 절실히 요구되는 상황이다.
In the recent years, some organic toxic chemicals were used for obtaining high-yield productivity in agriculture. The undegraded pesticides may remain in the agricultural foods through atmosphere, water, and soil and cause public health problems to environmental resources and human beings even at ve...
In the recent years, some organic toxic chemicals were used for obtaining high-yield productivity in agriculture. The undegraded pesticides may remain in the agricultural foods through atmosphere, water, and soil and cause public health problems to environmental resources and human beings even at very low concentrations. Small amounts of pesticides can affect a central nervous system, resulting in immunogenic diseases, infertility problems, respiratory diseases and born marrow diseases, which can lead even to death. Monitoring of the environmental pesticide is one of the important issues for the human well-being. Several kinds of biosensors have been successfully applied to the detection of agrichemical toxicity. Also, few platforms for biocide detection have been definitely developed for the degradation and reaction of pesticides. Biochip and electrochemistry experiments involve immobilizing a receptor molecule on a solid substrate surface, and monitoring its interaction with an analyze in a sample solution. Furthermore, nanotechnology can be applied to make high-throughput analyses that are smaller, faster and sensitive than conventional assays. Some nanomaterials or nanofabricated surfaces can be coupled to biomolecules and used in antibody-based assays and enzymatic methods for pesticide residues. The operation procedure has become more convenient as it does not require labeling procedure. In this paper, we review the recent advances in agrichemical defection research and also describe the label-free biosensor for pesticides using various useful detection methods.
In the recent years, some organic toxic chemicals were used for obtaining high-yield productivity in agriculture. The undegraded pesticides may remain in the agricultural foods through atmosphere, water, and soil and cause public health problems to environmental resources and human beings even at very low concentrations. Small amounts of pesticides can affect a central nervous system, resulting in immunogenic diseases, infertility problems, respiratory diseases and born marrow diseases, which can lead even to death. Monitoring of the environmental pesticide is one of the important issues for the human well-being. Several kinds of biosensors have been successfully applied to the detection of agrichemical toxicity. Also, few platforms for biocide detection have been definitely developed for the degradation and reaction of pesticides. Biochip and electrochemistry experiments involve immobilizing a receptor molecule on a solid substrate surface, and monitoring its interaction with an analyze in a sample solution. Furthermore, nanotechnology can be applied to make high-throughput analyses that are smaller, faster and sensitive than conventional assays. Some nanomaterials or nanofabricated surfaces can be coupled to biomolecules and used in antibody-based assays and enzymatic methods for pesticide residues. The operation procedure has become more convenient as it does not require labeling procedure. In this paper, we review the recent advances in agrichemical defection research and also describe the label-free biosensor for pesticides using various useful detection methods.
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문제 정의
또한 시간이 오래 걸리고 복잡한 과정을 거치는 분석방법이기 때문에 현장 측정에 적합하지 않다. 그래서 농약의 분석을 위해 간단하고 편리한 대안으로 바이오센서 시스템을 사용하고자 하는 것이다. 바이오센서는 측정 가능한 신호를 얻기 위해 생물학적 성분 (효소, 전세포, 항체 등)과 전기적인 요소가 접목되어 있어서 강력한 크로마토그래피 분석방법들과 필적하지 않더라도 이들은 빠르고 신뢰할 수 있는 분석을 제공할 수 있다.
지난 약 30년 간, 효소, 전 세포, 항체 등을 사용하여 여러가지 저렴하고 신속하게 농약 검출이 가능한 바이오센서가 개발되어 왔다. 본 총설에서는 농약검출용 바이오센서의 다양한 양상을 살펴보고 주요 특징들을 서술하고자 한다.
가설 설정
방법은 (i) 선택적인 추출법과 (ii) 방해 물질을 일정 농도 이하로 희석하는 것이다. 문헌에 따르면, 살충제뿐만 아니라 중금속이나 hypochloride와 같은 다른 물질에 의해서도 AChE의 활성은 억제되어 진다(95).
제안 방법
Nabam과 zineb을 위한 bienzymatic amperometric 바이오센서의 검출한계는 각각 8, 9 ng/mL이었匸K37, 38). AChE오+ tyiosinase 의 bienzymatic assay를 통해 paraoxon 과 아ilorpyrifbs를 각각 5.2 ng/mL과 0.56 ng/mL까지 검출하였다(39).
보고했다(67). mouse monoclonal anti-carbayl 항체를 사용하여 효소 conjugation과 형광을 통해 검출되었다. 칩 표면에서의 direct immunoassay를 사용하여 검출한계 26 pg/mL과 반응시간 11분의 민감하고 빠른 측정치를 얻어냈다.
예를 들어, flow injection analysis (FIA)는 빠른 측정을 위한 매우 편리하고 자동화된 방법이다. 넓은 선형 측정 범위를 갖는 효소 기반의 바이오센서를 사용하였다. Kindervator 등(43)은 glutaraldehyde를 사용하여 자성이 있는 입자에 AChE와 ChOx를 고정화 시키는 것에 의한 exchangeable enzyme 반응기를 제안했다.
농약 검출을 위한 또다른 안정하고 다양한 방법으로서 multienzyme 기반의 바이오센서가 이용되었는데, 과산화수소의 생산 또는 산소의 소비를 측정하기 위해서 ChOx와 함께 AChE를 사용하였다. ChOx는 choline을 betaine과 과산화수소로 산화시킨다(식 3).
촉매반응이 일어나는 동안 만들어진 thiocholinee 분광학적(30), 전류차적(31), 또는 전위차적 분석방법을 사용하여 모니터링될 수 있다(식 2). 효소 활성은 농약의 농도에 반비례하게 나타나며, 농약 검출을 위한 cholinesterase sensor의 효소기질로서 4-aminophenyl acetate# 사용할 수도 있다(32), 이 시스템은 전형적인 thiocholine보다 효소에 의해 만들어진 4-aminophenole| 산화반응을 통해 esterase의 활성을 측정하도록 했다. Sulfonyl urea는 acetolactate synthase(ALS)의 가역적 저해제이다.
대상 데이터
이후 살충농약 검출을 위한 리간드는 센서의 표면에 고정화되고 항원-항체 반응이 유도된 후에 competitive assay를 이용하여 분자량이 큰 항체를 최종적으로 사용하여 행해졌다(58). Horacek와 Skladale piezoelectric crystale gold 표면위에 thiol 기를 이용한 SAM을 사용하였고 flowthrough cell에 놓여진 후 바이오센서로 이용되었다(71). 그리고 piezoelectric crystal위에서 단일클론 항체의 binding affinity가 확인되었는데 측정한계 0.
01 ~1 ng/mL까지 검출한 또 다른 amperometric imm니nosensor가 보고되었디(78). Screen-printed 전극을 사'용한 atrazine immunosensor 의 개발을 위해 재조합 단일 사슬 항체 (scFv) fragment가 수용체로서 사용되었다(76).
광학적 immunosensor는 항원-항체 반응에 의해서 유도된 빛의 흡수 또는 방출을 순간적인 wave transducer를 통해 측정하는 것에 기초를 둔다 제초제인 atrazine을 측정한계 0.05 ng/mL까지 검출하기 위해 Biacore AB (스웨덴) 에서 제조한 상업용 SPR 장치인 BIAcore®를 사용했다(63). 제초제인 trifluralin의 검출을 위한 optical waveguide lightmode spectroscopy를 시'용흐}는' label-free immunosensor 가 보고되었는데(64), 2x10-7~3x10-5 ng/mL의 농도 범위안에서의 검출되었다.
성능/효과
최근에는 multi-walled CNT (MWNT)를 이용하고 균일한 구조와 MWNT 의 분산을 통해 AChE 를 glutaraldehyde 로 chitosan에 공유결함 시킴에 의해 OP계 살충제를 검출하였다(44). 키토산의 생체 친화성과 의 고유한 전기 전도성은 10%의 저해작용에서 1 nM의 측정한계를 가지고 1.5%에서 80 nM의 살충제를 검출할 수 있었다. Bucur 등(45)은 flow injection analysis를 사용하여 농약 검출을 하기 위해서 wild type D.
후속연구
소형화된 센서 스트립이나 키트는 상당히 편리하게 적용될 수 있을 것이며, 특히, 생산단계에서의 품질모니터링, 유통단계에서의 유통관리 및 판매자의 홍보 그리고 일반 가정에서 매일 사용하는 수질 및 농수산 식품의 확인을 위한 수단으로 적용이 가능할 것이다. 또한 잔류농약 검출을 관할하는 정부기관 및 유통센터에서의 간단한 현장 검사에도 활용될 수 있을 것이다
식품의 수출입 업무에서, 빠른 응답을 갖는 휴대용 바이오센서나 키트는 신속한 검출에 상당히 편리하게 활용될 수 있고, 만약 바이오센서가 임상용 샘플 안에 존재하는 농약이나 독성물질을 선택적으로 검출할 수 있는 능력을 가지고 있다면, 의료 분야에서 진단과 치료를 위해 상당히 큰 이점을 가지고 활용될 것이다. 소형화된 센서 스트립이나 키트는 상당히 편리하게 적용될 수 있을 것이며, 특히, 생산단계에서의 품질모니터링, 유통단계에서의 유통관리 및 판매자의 홍보 그리고 일반 가정에서 매일 사용하는 수질 및 농수산 식품의 확인을 위한 수단으로 적용이 가능할 것이다. 또한 잔류농약 검출을 관할하는 정부기관 및 유통센터에서의 간단한 현장 검사에도 활용될 수 있을 것이다
아주 유용하다고 할 수 있다. 식품의 수출입 업무에서, 빠른 응답을 갖는 휴대용 바이오센서나 키트는 신속한 검출에 상당히 편리하게 활용될 수 있고, 만약 바이오센서가 임상용 샘플 안에 존재하는 농약이나 독성물질을 선택적으로 검출할 수 있는 능력을 가지고 있다면, 의료 분야에서 진단과 치료를 위해 상당히 큰 이점을 가지고 활용될 것이다. 소형화된 센서 스트립이나 키트는 상당히 편리하게 적용될 수 있을 것이며, 특히, 생산단계에서의 품질모니터링, 유통단계에서의 유통관리 및 판매자의 홍보 그리고 일반 가정에서 매일 사용하는 수질 및 농수산 식품의 확인을 위한 수단으로 적용이 가능할 것이다.
이때 발생하는 proton 및 전자의 발생양은 가수분해된 기질의 양에 비례하기 때문에 pH 전극 뿐만 아니라, 전기 화학 센서로도 쉽게 이용할 수 있다. 특히, OPH의 기질 특이성을 바꾸거나(49) 활성을 증가시킨 돌연변이(50, 51)를 이용하여 OP 계 화합물을 분해하는 보고가 있었으므로 이를 활용한다면 전기화학 바이오센서로서의 응용에서 민감도 향상, 기질 특이적 반응 유도 그리고 반응시간 단축 등의 효과를 얻을 수 있을 것이다
그래서 현장 적용을 위해, 보다 간편한 시료의 전처리과정 혹은 직접적인 분석 방식이 동일시되어 개선되어야 한다. 향상된 fabrication 기술을 이용한 소형화 센서 혹은 일회용 킷의 개발은 개인용 및 산업용, 의약용 등의 여러 분야에서 실시간으로 분석이 가능하게 할 것이다. 실제 샘플의 빠르고 자동화 및 소형화된 분석 시스템의 구축을 위해 장차 매우 선택적인 다중 검출 바이오센서의 설계에 더 많은 중점을 둘 필요가 있다.
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