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[국내논문] 크레아틴의 방해영향을 줄인 크레아티닌 바이오센서
A Creatinine Biosensor with Reduced Interference from Creatine 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.15 no.4, 2012년, pp.249 - 255  

구현우 (광운대학교 자연과학대학 화학과) ,  권기학 (광운대학교 자연과학대학 화학과) ,  임은혜 (광운대학교 자연과학대학 화학과) ,  신재호 (광운대학교 자연과학대학 화학과)

초록
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크레아티닌 센서의 생체시료 측정 시 가장 심각한 방해 작용을 발생하는 물질인 크레아틴을 효과적으로 제거하기 위하여 creatine kinase와 adenosine triphosphate를 사용한 두 번째 효소층을 도입하여 크레아틴에 대한 방해작용을 현저히 감소시켰다. 또한 평면형 소형 크레아티닌 센서를 개발하기 위해 탄소전극 표면에 Pt black(Pt-B)을 도입하여 표면적을 증가시킴으로써 전기화학적 감응 특성을 증가시킨 스크린 프린팅 방식의 Pt-B/C 전극을 제작하였다. 최적화된 소형 크레아티닌 센서를 흐름계 카트리지에 장착하여 미지시료를 측정한 결과 5% 이내의 오차 범위 내에서 우수한 측정 정확성과 재현성을 보임을 확인하였다.

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The planar-type amperometric creatinine biosensor employing an additional enzyme layer containing creatine kinase and adenosine triphosphate was developed to eliminate severe interference from creatine. In the additional enzyme layer, an interfering substance, creatine is converted to noninterfering...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 같은 결과로 임상시료 내 크레아티닌과 비슷한 농도로 존재하는 크레아틴은 더 이상 심각한 방해작용을 하지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 아스코르브산과 요산에 대한 방해작용은 음이온 폴리머 Nafion을 도입함으로써 개선하고자 하였다. 이를 확인하기 위해 300 μM 크레아티닌의 농도를 측정할 때 음이온성 방해종인 아스코르브산과 요산이 각각 50 μM과 200 μM 존재(혈액 내 정상농도범위) 할 때와 존재하지 않을 때의 센서신호 크기를 비교하였다.
  • 전류법을 이용한 바이오센서는 센서의 감응도는 전극면적에 직접적인 영향을 받는다. 또한 측정하고자 하는 크레아티닌은 혈중 농도범위가 mM 정도로 낮은 농도이므로 센서의 감도를 향상시켜주기 위해 탄소전극 표면에 나노 크기의 미세 3차원 구조를 형성하고자 Pt-B을 도입하고자 하였다. 이를 위해 염화백금산 0.
  • 특히 친수성 폴리우레탄(hydrophilic polyurethane; HPU)은 사용된 sofe-segment의 비율과 성질에 따라 물을 흡수하는 능력과 막 자체의 공극률(porosity)이 다르고, 다양한 고체상 전극과의 우수한 접착력을 제공하며, 생체 적합성이 우수하고, 센서에 도입되었을 경우 안정화 시간이 비교적 짧다는 장점이 있다. 본 연구에서는 이러한 친수성 폴리우레탄의 장점을 이용하여 방향족 계열의 친수성 폴리우레탄을 외부 보호막으로 도입하여 크레아티닌 센서에 대한 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 임상시료 내 크레아티닌 측정 시 가장 심각한 방해작용을 하는 크레아틴의 영향을 줄이기 위해 추가적인 효소층을 도입하였다. 즉, 시료 중 크레아틴은 식 (1)과 같이 크레아틴 인산화효소(creatine kinase; CK)에 의해 센서 신호에 영향을 주지 않는 크레아틴인산(phosphocreatine)으로 변형된다.
  • 크레아티닌 바이오센서의 실제 임상 적용성을 향상시키기 위해 흐름계를 이용한 시료 주입법을 사용하고자 하였다. 이를 위해 개발된 평면형 소형 크레아티닌 센서를 흐름계 카트리지에 장착하고 시료주입구에 주사기를 연결하여 미지 시료를 측정하였다.

가설 설정

  • 7. (A) Dynamic response and (B) calibration curves of creatinine biosensor towards (a) creatinine and (b) creatine.
  • 2. The concept of an amperometric creatinine biosensor with reduced interference from creatine: CK, creatine kinase; ATP, adenosine triphosphate; CA, creatininase; CI, creatinase; SO, sarcosine oxidase.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기화학적 바이오센서는 무엇인가? 전기화학적 바이오센서는 생물학적인 요소를 사용하여 분석대상들로부터의 분석적 정보를 전기적 신호로 알려주는 장치이다. 여기서 생물학적 요소는 센서들이 일반적으로 요구하는 선택성을 위한 분자 인식 능력을 제공할 뿐 만 아니라 분석하고자 하는 대상이 전기적으로 비활성인 경우 이와 반응을 통하여 전기 화학적으로 측정이 가능한 화합물을 생성하는 역할을 수행한다.
크레아틴에 대한 방해작용을 감소시키기 위하여 시행한 방법은? 크레아티닌 센서의 생체시료 측정 시 가장 심각한 방해 작용을 발생하는 물질인 크레아틴을 효과적으로 제거하기 위하여 creatine kinase와 adenosine triphosphate를 사용한 두 번째 효소층을 도입하여 크레아틴에 대한 방해작용을 현저히 감소시켰다. 또한 평면형 소형 크레아티닌 센서를 개발하기 위해 탄소전극 표면에 Pt black(Pt-B)을 도입하여 표면적을 증가시킴으로써 전기화학적 감응 특성을 증가시킨 스크린 프린팅 방식의 Pt-B/C 전극을 제작하였다.
산화효소를 이용한 전기화학적 바이오센서에서 중요한 요소는 무엇인가? 산화효소를 이용한 전류법 바이오센서에 있어서 효소반응의 최종산물인 과산화수소(hydrogen peroxide; H2O2)의 측정은 매우 중요한 요소이다. 이는 과산화수소가 많은 경우의 생화학적인 물질 분석 시 이에 사용되는 산화효소 반응의 최종 생성물이기 때문이며, 이러한 이유로 과산화수소를 생성하는 산화효소를 사용한 전류법 센서는 가장 널리 사용되고 있다.
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참고문헌 (25)

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  24. J. H. Shin, Y. S. Choi, H. J. Lee, S. H. Choi, J. Ha, I. J. Yoon, H. Nam, and G. S. Cha, 'A Planar Amperometric Creatinine Biosensor Employing an Insoluble Oxidizing Agent for Removing Redox-Active Interferences' Anal. Chem., 73, 5965 (2001). 

  25. T. Tsuchida and K. Yoda, 'Multi-Enzyme Membrane Electrodes for Determination of Creatinine and Creatine in Serum' Clin. Chem., 29, 51 (1983). 

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