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문제 정의
- 뿐만 아니라 식품이 변질되는 것을 막기 위한 산화방지제로 사용되는데 섭취 허용량을 넘어설 경우 인체에 해를 끼칠 수 있고 중금속 오염이나 생물 성장이 영향을 받을 수 있는 유해한 환경의 개선에도 사용된다 [21, 22]. 따라서 본 연구에서는 PDA를 기반으로 하는 킬레이트제 센서 시스템을 구축하여 다양한 킬레이트제를 보다 간단한 방법으로 쉽게 육안식별이 가능한 색 전이검출을 가능하게 하고자 하였다.
- 본 연구에서는 폴리다이아세틸렌 베시클의 색전이 특징을 이용하여 킬레이트제를 검줄하는데 성공하였다. UV-Vis spectroscopy를 이용하여 특정 파장에서의 흡광도를 즉정하여 colorimetric response를 계산하였다.
제안 방법
- Japan)을 사용하였다. 540 nm(적색)와 640 nm(청색)에서의 읍광도를 측정하고 이를 colorimetric response(CR) 방정식으로 계산하였다. 모든 측정은 10 mm의 optical light path cuvettes(Kartell, Italy)을 사용하였다.
- 조정하여 사용하였다. PDA 베시클에 영향을 주는 것이 pH에 의한 것이 아닌 킬레이트제라는 것을 증명하기 위해서 실험군과 동일한 pH로 대조군을 설정하였다. Fig.
- PDA 베시클이 킬레이트제의 영향으로 색전이를 일으키는 특성을 확인하기 위해 UV-Vis spectroscopy(UV-1800 spectrophotometer, Shimadzu, Japan)을 사용하였다. 540 nm(적색)와 640 nm(청색)에서의 읍광도를 측정하고 이를 colorimetric response(CR) 방정식으로 계산하였다.
- 킬레이트제를 검줄하는데 성공하였다. UV-Vis spectroscopy를 이용하여 특정 파장에서의 흡광도를 즉정하여 colorimetric response를 계산하였다. 이 방정식을 이용하여 다섯 가지 킬레이트제 마다 정량적인 검출이 가능하였다.
- 2 ml의 킬레이트제를 첨가하여 전체볼륨을 1 ml로 맞추었다. 각 킬레이트제의 검출 정도를 비교하기 위해 특정농도에서 30분간 반응시켜 이를 분석하였다. 그 외에 추가적으로 각 개별 물질마다 다양한 농도(0, 1, 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 mM) 에 따른 자극의 영향을 알아보기 위해 상온에서 1시간 동안 반응을 시켰다.
- 각 킬레이트제의 검출 정도를 비교하기 위해 특정농도에서 30분간 반응시켜 이를 분석하였다. 그 외에 추가적으로 각 개별 물질마다 다양한 농도(0, 1, 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 mM) 에 따른 자극의 영향을 알아보기 위해 상온에서 1시간 동안 반응을 시켰다.
- 독립적인 실험을 반복하여 표준편차를 표시하였고 그 평균값을 기준으로 오차막대를 나타내었다. 또한, 전체적인 spectroscopic response의 변화를 확인하기 위해 파장 400~800 nm 에서 흡광도를 측정하였다.
- 17 mg)를 클로로포름 3 ml 에녹인 후 purging을 하기 위해 질소가스 N)를 사용하였다. 리포좀의최종농도를 1 mM로 만들기 위해 증류수를 첨가하였고 80 oC 항온조 안에서 15분 동안 교반시켰다. 이 과정이 끝난 용액을 microtip probe sonicator(Bandelin, Germany)를 이용하여 15~17%의 강도(550 W) 로 15분간 초음파 분해 (sonication)를 시켜주고 0.
- 4는 각각의 킬레이트제 100 mM의 농도하에 반응시간에 따른 CR값을 계산해 도식화한 그래프이다. 반응은 상온에서 이루어졌고 0, 5, 10, 15, 30, 60분에서 측정하였다. 여기서 말하는 0분은 반응을 시작하자마자 최대한 빠르게 측정했을 때의 값을 말한다.
대상 데이터
- PCDA(13.11 mg)와 DMPC(10.17 mg)를 클로로포름 3 ml 에녹인 후 purging을 하기 위해 질소가스 N)를 사용하였다. 리포좀의최종농도를 1 mM로 만들기 위해 증류수를 첨가하였고 80 oC 항온조 안에서 15분 동안 교반시켰다.
- PDA를 합성하기 위해서 Fluka사의 10, 12-pentacosadiynoic acid (PCDA와 Sigma-Aldrich사의 1, 2-Dimyristoyl-rac-glycero-3-phosphocholine (DMPC)를 사용하였다. 본 실험에 사용된 킬레이트제인 Ethylene diaminetetraacetic acid(EDTA), Ethyleneglycoltetraacetic acid(EGTA), Nitrilotriacetic acid(NTA), Diethylenetriaminepentaacetic acid(DTPA), Diaminocyclohexanedinitrilotetraacetic acid(DCTA)는 Sigma-Aldrich 사의 제품을 사용하였다.
- 540 nm(적색)와 640 nm(청색)에서의 읍광도를 측정하고 이를 colorimetric response(CR) 방정식으로 계산하였다. 모든 측정은 10 mm의 optical light path cuvettes(Kartell, Italy)을 사용하였다. 독립적인 실험을 반복하여 표준편차를 표시하였고 그 평균값을 기준으로 오차막대를 나타내었다.
- 사용하였다. 본 실험에 사용된 킬레이트제인 Ethylene diaminetetraacetic acid(EDTA), Ethyleneglycoltetraacetic acid(EGTA), Nitrilotriacetic acid(NTA), Diethylenetriaminepentaacetic acid(DTPA), Diaminocyclohexanedinitrilotetraacetic acid(DCTA)는 Sigma-Aldrich 사의 제품을 사용하였다. 이렇게 준비된 킬레이트제는 증류수 (DI- water)에 녹여서 사용하였고 NaOH를 이용하여 pH 8로 조정하였다.
- 본 실험에서는 PCDA와 DMPC를 7:3의 비율로 사용하여 제조하였다. PCDA(13.
- 본 연구에서 검출 대상인 킬레이트제는 공업용, 식품용 및 환경적인 측면 등 광범위한 수요를 갖는 물질이다. 물에 함유된 금속이온에 의해 발생하는 다양한 문제들을 미연에 방지하기 위해 사용되므로 물을 취급하는 곳에서는 반드시 킬레이트제를 사용한다.
데이터처리
- 모든 측정은 10 mm의 optical light path cuvettes(Kartell, Italy)을 사용하였다. 독립적인 실험을 반복하여 표준편차를 표시하였고 그 평균값을 기준으로 오차막대를 나타내었다. 또한, 전체적인 spectroscopic response의 변화를 확인하기 위해 파장 400~800 nm 에서 흡광도를 측정하였다.
성능/효과
- 농도가 높아짐에 따라 EDTA와 DCTA는 특히 강한 반응으로 PDA의 색 전이를 유도했다. CR값을 기준으로 한 검출한계는 EDTA의 경우는 10 mM, DCTA와 NTA는 25 mM, EGTA와 DTPA는 50 mM로 평가되었다.
- 3(b)는 각각의 킬레이트제를 다양한 농도에서의 CR값을 이용해 도식화한 그래프이다. EDTA는 다른 킬레이트제에 비해 낮은 농도에서도 검출이 가능하였고 상대적으로 높은 CR값을 보여주었다. 농도가 높아짐에 따라 EDTA와 DCTA는 특히 강한 반응으로 PDA의 색 전이를 유도했다.
- 선행연구에 따르면 CR값이 10% 이상이면 쉽게 사람이 직접 눈으로 식별이 가능하다고 하였다 [26]. NTA(15.77%)와 DCTA(16.63%)도 마찬가지로 눈으로 식별이 용이했고 DTPA(9.17%) 와 EGTA(8.57%) 또한 10%에 조금 미치지 못한 수치이지만 자극이 전달되어 색변화가 일어났음을 확인할 수 있었다.
- 대조군은 60분까지 반응시켜도 아무런 자극이 가지 않는 것을 확인할 수 있었다. 그 외의 모든 킬레이트제의 결과들은 20분 전후에서 최고값에 도달하는 것을 보여주는데, 이는 PDA 베시클에 의해 빠르고 손쉬운 검출이 가능하다는 것을 보여준다.
- 여기서 말하는 0분은 반응을 시작하자마자 최대한 빠르게 측정했을 때의 값을 말한다. 대조군은 60분까지 반응시켜도 아무런 자극이 가지 않는 것을 확인할 수 있었다. 그 외의 모든 킬레이트제의 결과들은 20분 전후에서 최고값에 도달하는 것을 보여주는데, 이는 PDA 베시클에 의해 빠르고 손쉬운 검출이 가능하다는 것을 보여준다.
- 2(b)는 파장 400~800 nm의 구간에서의 흡광도를 나타낸 것으로 CR값이 높게 나온 물질일수록 640 nm의 흡광도는 줄어들고 540 nm 에서의 흡광도가 높아진 것을 확인할 수 있었다. 대조군의 경우에는 540 nm 에서의 흡광도는 변화를 보이지 않고 640 nm 에서만 높은 흡광도를 보이는 것을 확인하였다.
- 3(a)는 가장 색전이가 뚜렷하게 나타난 EDTA의 농도 변화에 따른 색전이 양상을 보여준다. 사진에서와 같이 EDTA에 의한 색전이는 육안으로도 쉽게 확인할 수 있었으며, 육안에 의한 색전이 검출한계 (LOD)는 약 10 mM 로 평가되었다.
- UV-Vis spectroscopy를 이용하여 특정 파장에서의 흡광도를 즉정하여 colorimetric response를 계산하였다. 이 방정식을 이용하여 다섯 가지 킬레이트제 마다 정량적인 검출이 가능하였다. 최대흡수파장의 이동도 스펙트럼을 통해 확인하였고 육안으로도 쉽게 농도에 따른 색 변화를 확인할 수 있었다.
- 최대흡수파장의 이동도 스펙트럼을 통해 확인하였고 육안으로도 쉽게 농도에 따른 색 변화를 확인할 수 있었다. 이처럼 우리가 구축한 PDA 베시클 기반 킬레이트제 센서는 다른 형광물질의 부착이 필요 없는 무표지 검출 (label-fee detection) 로실험 방법이 간단하고 빠르며 색전이 검출이 육안으로 가능했으며, 정량검출이 가능하였다. 하지만 킬레이트제가 PDA 베시클에 영향을 주는 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았으며, 이를 좀 더 보완하는 연구가 진행된다면 앞으로도 더욱 다양한 목적 대상물을 진단하고 검출하는 센서를 개발할 수 있을 것이다.
- 이 방정식을 이용하여 다섯 가지 킬레이트제 마다 정량적인 검출이 가능하였다. 최대흡수파장의 이동도 스펙트럼을 통해 확인하였고 육안으로도 쉽게 농도에 따른 색 변화를 확인할 수 있었다. 이처럼 우리가 구축한 PDA 베시클 기반 킬레이트제 센서는 다른 형광물질의 부착이 필요 없는 무표지 검출 (label-fee detection) 로실험 방법이 간단하고 빠르며 색전이 검출이 육안으로 가능했으며, 정량검출이 가능하였다.
후속연구
- 이처럼 우리가 구축한 PDA 베시클 기반 킬레이트제 센서는 다른 형광물질의 부착이 필요 없는 무표지 검출 (label-fee detection) 로실험 방법이 간단하고 빠르며 색전이 검출이 육안으로 가능했으며, 정량검출이 가능하였다. 하지만 킬레이트제가 PDA 베시클에 영향을 주는 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았으며, 이를 좀 더 보완하는 연구가 진행된다면 앞으로도 더욱 다양한 목적 대상물을 진단하고 검출하는 센서를 개발할 수 있을 것이다.
- 따라서, 이 구조가 PDA의 단량체들과 가장 큰 반응성을 보인다고 추측할 수 있다. 하지만, 비슷한 구조를 가진 DTPA의 경우 그 색전이가 이들보다 훨씬 낮았으며, 따라서 색전이를 일으키는 자극에 대해서는 더 많은 연구가 필요하다고 생각된다.
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