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공액 고분자전해질 기반의 바이오센서 및 바이오이미징
Conjugated Polyelectrolytes-Based Biosensors and Bioimaging 원문보기

고분자 과학과 기술 = Polymer science and technology, v.23 no.6, 2012년, pp.598 - 607  

정지은 (Department of Cogno-Mechatronics Engineering (WCU), Pusan National University) ,  우한영 (Department of Cogno-Mechatronics Engineering (WCU), Pusan National University)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 세포 내에 직접적으로 주입하여 TPM 이미징에 적용한 결과, 세포질 내에서 밝은 형광 신호를 보였으며, 낮은 pH에서 나노 구조체가 분해되는 현상을 관찰하였다. 따라서 본 연구의 나노 구조체는 TPM 바이오이미징 뿐만 아니라 기존의 세포보다 낮은 pH를 보이는 암세포 등으로 선택적인 약물 전달을 위한 나노 전달체로의 응용 가능성을 제시하였다.
  • 여기에 PLC를 첨가하게 되면 인지질을 가수분해하며 인지질-공액 고분자전해질 복합체를 효과적으로 파괴하므로 형광 신호가 감소(turn-off)하게 된다. 본 검출 시스템은 1 nM의 우수한 검출 한계를 가지며 Ca2+에 의한 활성화 및 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)에 의한 억제 작용에 대한 연구에 적용함으로써 보다 효과적으로 PLC의 가수분해 반응을 설명하였다.
  • 이러한 관점에서 본 특집에서는 공액 고분자전해질을 광학적 플랫폼으로 적용하여 표적 물질과의 상호작용에 의한 고분자의 구조변화, 이에 따른 흡수 및 형광 특성 변화, 형광 공명 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 등과 같은 다양한 검출 메커니즘을 소개하고자 하며, 화학 및 바이오센서, 이미징 센서 응용 분야에 대해 살펴보고자 한다.
  • 5 nM의 높은 검출민감도를 갖는 장점이 있다. 이러한 높은 선택성 및 민감도는 특정 표적구조에 대해 높은 친화도를 갖는 압타머 구조와 조율 가능한 광학 특성을 갖는 합성 고분자 시스템을 접목하여 각각의 장점을 결합시킨 데서 기인한다. 또한 이 감지 기작을 통해 K+뿐 아니라 G-quadruplex 형성이 가능한 다양한 금속 이온 및 바이오 물질 검출에 확대 적용이 가능함을 제시하였다.
  • 지금까지 공액 고분자전해질의 흡수, 형광, 형광 억제, 형광 공명 에너지 전달 등 다양한 메커니즘을 활용한 공액 고분자전해질 기반 바이오센서 및 바이오이미징 연구 동향에 대하여 살펴보았다. 특히 형광 공액 고분자전해질을 기반으로 한 검출법은 분자선 효과에 기인한 신호증대 효과에 기인한 높은 감도를 가지며, 복잡한 분석기기를 필요로 하지 않기 때문에 실시간 감지 및 진단 도구로 응용될 가능성이 매우 높다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
형광 센서의 특징은 무엇인가? 특히 형광 센서는 흡광분광법에 비해 백만 배 정도의 높은 감도와 빠른 응답성이라는 장점을 가지며, 복잡한 분석기기를 필요로 하지 않기 때문에 실시간 감지 및 진단 도구로 응용될 가능성이 매우 높다. 따라서 최근 형광 공액 고분자의 형광 특성, 전기화학적 특성 등을 활용하여 화학센서 혹은 DNA, 단백질 검출 등 바이오센서로 응용하고자 하는 연구 분야가 많은 주목을 받고 있다.
형광 공액 고분자의 특징은 무엇인가? 형광 공액 고분자(conjugated polymer, CP)는 탄소-탄소 간의 단일 결합과 이중 결합이 순차적으로 반복되는 구조(공액 구조)로 인해 중첩된 p오비탈을 가지므로 반도체적인 전기전도성을 보이며 비공액 고분자에 비해 낮은 밴드갭을 갖고 있어, 가시광선 영역대의 흡수 및 발광 특성을 갖는다. 특히 공액 고분자의 흡수 및 발광 특성은 표적 물질 등과의 상호작용으로 인해 변화될 수 있으므로 비색분석(colorimetric) 및 형광분석(fluorometric)을 기반으로 한 가시적 관찰이 가능하다.
형광 공액 고분자가 비색분석(colorimetric) 및 형광분석(fluorometric)을 기반으로 한 가시적 관찰이 가능한 이유는 무엇인가? 형광 공액 고분자(conjugated polymer, CP)는 탄소-탄소 간의 단일 결합과 이중 결합이 순차적으로 반복되는 구조(공액 구조)로 인해 중첩된 p오비탈을 가지므로 반도체적인 전기전도성을 보이며 비공액 고분자에 비해 낮은 밴드갭을 갖고 있어, 가시광선 영역대의 흡수 및 발광 특성을 갖는다. 특히 공액 고분자의 흡수 및 발광 특성은 표적 물질 등과의 상호작용으로 인해 변화될 수 있으므로 비색분석(colorimetric) 및 형광분석(fluorometric)을 기반으로 한 가시적 관찰이 가능하다. 이러한 공액 고분자를 DNA 검출, 단백질 검출, 효소 활성 조사, 생리 활성 물질 검출 등 수용성 검출 환경(aqueous media)에 적용 및 바이오 물질과의 친화력을 높이기 위해서는 형광 공액 고분자에 양이온 혹은 음이온 그룹을 갖는 알킬 곁사슬을 도입하여 수용성을 부여할 필요가 있다.
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