[논문]CSM 고무로 결합된 담배 과산화효소 고정 효소전극의 전기화학적 특성

윤길중

doi:10.14478/ace.2014.1047

CSM 고무로 결합된 담배 과산화효소 고정 효소전극의 전기화학적 특성
Electrochemical Properties of Tobacco Peroxidase Incorporated Enzyme Electrode Bound with CSM Rubber 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.25 no.5, 2014년, pp.538 - 543

초록
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시판 고추냉이 과산화효소를 대치하기 위하여 탄소반죽에 담배 잎을 고정시켜 과산화수소 감응 센서를 제작하고 그것의 감응성을 살펴보았다. 얻어진 10여 개 이상의 전극 파라미터는 효소전극이 실험 전위영역에서 정량적으로 특이성을 발휘하고 있음을 보여주었다. 특히 작은 대칭인자(${\alpha}$, 0.21)는 전극반응 속도가 전극전위의 변화에 매우 민감한 것을 보여주었다. 이런 실험적 사실들은 효소전극이 과산화수소 센서로서 정상적으로 기능을 발휘하고 있으며 담배 과산화효소가 시판 효소를 대체할 수 있음을 보여주는 것이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to substitute for the marketed horseradish peroxidase, a hydrogen peroxide sensor embedded with tobacco leaf in carbon pastes was constructed and its sensing ability was electrochemically evaluated. Ten and more electrode parameters obtained implied that the enzyme electrode exerts its remarkable specificity quantitatively in the experimental range of potential. Especially the small symmetry factor (${\alpha}$, 0.21) showed that the electrode kinetics is very sensitive to the change of electrode potential. The experimental facts above suggested that our enzyme electrode functions as a hydrogen peroxide sensor normally and tobacco peroxidase can be used in the place of the marketed one as an alternative to marketed ones.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 과산화수소를 신속하게 정량분석하는 일은 대단히 중요하다. 본 논문은 과산화수소 정량을 위한 범용 효소전극을 개발하기 위하여 고가로 시판되는 HRP(horseradish peroxidase)를 생활 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 효소원으로 대치하고자 담배식물이 함유하고 있는 과산화효소를 활용하여 과산화수소 감응 효소전극을 제작하고 그것의 전기화학적 특성을 살펴 본 것이다.
담배전극을 이용하여 얻은 Hanes-Woolf 도시는 과산화수소의 분해가 전극에 포함된 과산화효소의 촉매작용에 의한 것임을 보여 주었으며, 얻어진 10여 개 이상의 전기화학적 파라미터들은 전극표면에서 일어나는 전극반응이 정량적으로 일어나고 있음을 보여주었다. 이 결과는 시판되는 고가의 과산화효소를 생활주변에서 쉽게 접할 수 있는 담배 잎으로 대체할 수 있음을 확신시켜주는 것으로 과산화수소 정량 효소전극의 범용 및 양산의 전망을 밝혀주는 것이다. 그러나 여기서 사용된 효소 전극은 전극 제작 후 사용 시간 증가에 따라 감도가 서서히 감소하는 데 이것은 모든 효소전극의 공통점으로 효소의 열역학적 변성에 기인하는 것으로 보여 진다.

제안 방법

과산화효소원으로 담배조직을 사용하여 과산화수소 감응 효소전극을 제작하고 그것의 전기화학적 거동을 살펴보았다. 담배전극을 이용하여 얻은 Hanes-Woolf 도시는 과산화수소의 분해가 전극에 포함된 과산화효소의 촉매작용에 의한 것임을 보여 주었으며, 얻어진 10여 개 이상의 전기화학적 파라미터들은 전극표면에서 일어나는 전극반응이 정량적으로 일어나고 있음을 보여주었다.

대상 데이터

CV 및 LSV는 Ag/AgCl (BAS MF 2052)와 Pt전극(BAS MW 1032)이 장착된 BAS Model EPSILON (Bioanalytical System, Inc., U. S. A.) potentiostat를 이용하여 얻었으며, 이외의 신호 측정은 Kipp & Zonen X-t 기록계가 연결된 EG&G Model 362 (Princeton Applied Research, U.S.A.)를 사용하였다.
기질로 과산화수소(Junsei Chem. Co. Ltd., 35%)를 사용하였고, 매개체로 페로센(dicyclopentadienyliron, Sigma,F-3375)을, 전해질로 NaCl (Shinyo pure Chem. ≥ 95.5%)을 사용하였다.
호모게나이저로 완전히 파쇄된 담배잎을 효소원으로, 흑연가루(Fluka, Anal. N. 378326/1 21698, ≤ 0.1 mm)를 전극물질로, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(chlorosulphonated polyethylene rubber, Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Mitsui C. abbr. CSM)를 결합재(binder)로 사용하였다.

이론/모형

데이터의 시뮬레이션은 Origin 7(ExpDec 1 & Boltzmann fit)을 이용하였다.

성능/효과

과산화효소원으로 담배조직을 사용하여 과산화수소 감응 효소전극을 제작하고 그것의 전기화학적 거동을 살펴보았다. 담배전극을 이용하여 얻은 Hanes-Woolf 도시는 과산화수소의 분해가 전극에 포함된 과산화효소의 촉매작용에 의한 것임을 보여 주었으며, 얻어진 10여 개 이상의 전기화학적 파라미터들은 전극표면에서 일어나는 전극반응이 정량적으로 일어나고 있음을 보여주었다. 이 결과는 시판되는 고가의 과산화효소를 생활주변에서 쉽게 접할 수 있는 담배 잎으로 대체할 수 있음을 확신시켜주는 것으로 과산화수소 정량 효소전극의 범용 및 양산의 전망을 밝혀주는 것이다.
검출한계만을 고려할 때 분광학적 방법보다 우수하지 못하나 측정 시 전압, 온도 등의 인자를 최적화하면 보다 향상될 것으로 보여진다. 분석의 효율성은 정확성, 경제적 및 시간적인 문제 등을 고려해야 하므로 후자들을 고려할 때 본 전기화학적 방법은 분광학적 방법보다 훨씬 우수한 종합평가를 받을 수 있다.

후속연구

5 × 10^-6 M의 검출한계를 얻는다. 검출한계만을 고려할 때 분광학적 방법보다 우수하지 못하나 측정 시 전압, 온도 등의 인자를 최적화하면 보다 향상될 것으로 보여진다. 분석의 효율성은 정확성, 경제적 및 시간적인 문제 등을 고려해야 하므로 후자들을 고려할 때 본 전기화학적 방법은 분광학적 방법보다 훨씬 우수한 종합평가를 받을 수 있다.
그러나 여기서 사용된 효소 전극은 전극 제작 후 사용 시간 증가에 따라 감도가 서서히 감소하는 데 이것은 모든 효소전극의 공통점으로 효소의 열역학적 변성에 기인하는 것으로 보여 진다. 따라서 실험실 조건에서 전극의 보관에 관한 연구가 추가적으로 이루어져야 완전한 실용화를 이룰 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과산화수소란?	과산화수소는 인체 내에서 생성되는 물질이며 합성시약 및 산업분 야에서 여러 용도로 사용되는 화합물이다[10]. 따라서 과산화수소를 신속하게 정량분석하는 일은 대단히 중요하다.
	효소의 촉매작용에 근거를 둔 바이오센서가 화학분석에 여러 가지 이점을 제공하는 이유는?	효소의 촉매작용에 근거를 둔 바이오센서는 탁월한 기질 선택성으로 인하여 방해효과를 최소화할 수 있으며 막강한 촉매력을 갖고 있기 때문에 화학분석에 여러 가지 이점을 제공한다. 따라서 효소의 활동도가 변하지 않도록 전극에 고정하는 일은 대단히 중요하며 이를 위하여 지금까지 다양한 효소고정법이 시도되었다.
	효소고정법에는 어떤 방법이 있는가?	여기에는 백금이나 유리전극 등 적절한 전극에 효소를 고정시키거 나 효소의 물리적 흡착특성을 이용하는 방법, 지지 매트릭스에 고정시키는 졸-겔법, 스크린 프린팅법, 전도성 고분자의 공중합 과정에서 고 정시키는 방법, 지지 매트릭스에 흡입시키는 방법 등 다양하다.

참고문헌 (18)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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