전기화학적 방법을 통한 요산 (Uric acid) 정량분석을 위해 수용성 고분자 (hydrogelpolymer)를 배위시킨 오스뮴 고분자 화합물과 요산 산화효소 (Uricase), 가교를 위한 PEGDGE (poly(ethylene glycol) diglycidyl ether)가 혼합된 용액을 스크린 프린팅된 탄소 전극 (SPCEs) 위에 흡착하여 측정하였다. 수용성 오스뮴 고분자의 전위를 조절하기 위해 리간드인 피리딘링의 4번 위치에 다른 전기음성도의 작용기를 갖는 오스뮴 고분자 화합물을 합성하였다. 합성된 오스뮴 고분자 화합물은 PAA-PVI (Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-$[osmium(4,4^{\prime}-dichloro-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$), PAA-PVI-$[osmium(4,4^{\prime}-dimethyl-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[osmium(4,4^{\prime}-dimethoxy-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$이다. 제작된 효소전극은 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)을 통해 uric acid에 의한 오스뮴 고분자 화합물들의 산화 촉매 전류(oxidation catalytic current)를 측정하여 uric acid의 농도를 정량적으로 분석할 수 있었다. 오스뮴 고분자 화합물들 중 0.215 V의 산화환원 전위를 갖는 $PAA-PVI-[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$ (PAA-PVI-osmium$(4,4^{\prime}-dimethyl-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl$]$^{+/2+}$) 화합물을 이용하여 대표적인 간섭물질인 아스코르브산 (AA)과 포도당 (glucose)의 산화 신호의 간섭효과를 피할 수 있었다. 이를 이용하여 제작된 전극은 0.33 V 전위에서 다양한 농도의 uric acid (1.0, 1.5, 2.0, and 5.0 mM)의 전류를 측정한 결과 $r^2=0.9986$의 좋은 선형성을 갖는 것을 확인하였다. 이는 복잡하지 않은 간단한 방법과 일회용의 전극을 사용하기 때문에 현장현시 검사 (point of care; POC)에 적합한 요산측정용 바이오센서로서의 가능성을 확인 할 수 있었다.
전기화학적 방법을 통한 요산 (Uric acid) 정량분석을 위해 수용성 고분자 (hydrogel polymer)를 배위시킨 오스뮴 고분자 화합물과 요산 산화효소 (Uricase), 가교를 위한 PEGDGE (poly(ethylene glycol) diglycidyl ether)가 혼합된 용액을 스크린 프린팅된 탄소 전극 (SPCEs) 위에 흡착하여 측정하였다. 수용성 오스뮴 고분자의 전위를 조절하기 위해 리간드인 피리딘링의 4번 위치에 다른 전기음성도의 작용기를 갖는 오스뮴 고분자 화합물을 합성하였다. 합성된 오스뮴 고분자 화합물은 PAA-PVI (Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-$[osmium(4,4^{\prime}-dichloro-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$), PAA-PVI-$[osmium(4,4^{\prime}-dimethyl-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[osmium(4,4^{\prime}-dimethoxy-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl]^{+/2+}$이다. 제작된 효소전극은 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)을 통해 uric acid에 의한 오스뮴 고분자 화합물들의 산화 촉매 전류(oxidation catalytic current)를 측정하여 uric acid의 농도를 정량적으로 분석할 수 있었다. 오스뮴 고분자 화합물들 중 0.215 V의 산화환원 전위를 갖는 $PAA-PVI-[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$ (PAA-PVI-osmium$(4,4^{\prime}-dimethyl-2,2^{\prime}-bipyridine)_2Cl$]$^{+/2+}$) 화합물을 이용하여 대표적인 간섭물질인 아스코르브산 (AA)과 포도당 (glucose)의 산화 신호의 간섭효과를 피할 수 있었다. 이를 이용하여 제작된 전극은 0.33 V 전위에서 다양한 농도의 uric acid (1.0, 1.5, 2.0, and 5.0 mM)의 전류를 측정한 결과 $r^2=0.9986$의 좋은 선형성을 갖는 것을 확인하였다. 이는 복잡하지 않은 간단한 방법과 일회용의 전극을 사용하기 때문에 현장현시 검사 (point of care; POC)에 적합한 요산측정용 바이오센서로서의 가능성을 확인 할 수 있었다.
Screen printed carbon electrodes (SPCEs) with immobilized osmium-based hydrogel redox polymer, uricase and PEGDGE can be used to apply uric acid electrochemical detecting. The osmium redox complexes were synthesized by the coordinating pyridine group having different functional group at 4-position w...
Screen printed carbon electrodes (SPCEs) with immobilized osmium-based hydrogel redox polymer, uricase and PEGDGE can be used to apply uric acid electrochemical detecting. The osmium redox complexes were synthesized by the coordinating pyridine group having different functional group at 4-position with osmium compounds. The synthesized poly-osmium hydrogel complexes are described as PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[Os(dmo-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. The different concentrations of uric acid were measured by cyclic voltammetry technique using enzyme-immobilized SPCEs. The prepared SPCEs using PAA-PVI-$[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$ showed no interference from common physiologic interferents such as ascorbic acid (AA) or glucose. The resulting electrical currents at 0.33 V vs. Ag/AgCl displayed a good linear response with uric acid concentrations from 1.0 to 5.0 mM. Therefore, this approach allowed the development of a simple, point of care in the medical field, disposable electrochemical uric acid biosensor.
Screen printed carbon electrodes (SPCEs) with immobilized osmium-based hydrogel redox polymer, uricase and PEGDGE can be used to apply uric acid electrochemical detecting. The osmium redox complexes were synthesized by the coordinating pyridine group having different functional group at 4-position with osmium compounds. The synthesized poly-osmium hydrogel complexes are described as PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$, PAA-PVI-$[Os(dmo-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. The different concentrations of uric acid were measured by cyclic voltammetry technique using enzyme-immobilized SPCEs. The prepared SPCEs using PAA-PVI-$[Os(dme-bpy)_2Cl]^{+/2+}$ showed no interference from common physiologic interferents such as ascorbic acid (AA) or glucose. The resulting electrical currents at 0.33 V vs. Ag/AgCl displayed a good linear response with uric acid concentrations from 1.0 to 5.0 mM. Therefore, this approach allowed the development of a simple, point of care in the medical field, disposable electrochemical uric acid biosensor.
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문제 정의
본 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 오스뮴에 수용성 고분자 (hydrogel polymer)를 배위시킨 오스뮴 고분자 화합물들을 합성하여 사용하였다. 사용된 오스뮴 고분자 화합물은 Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dichloro-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+ (PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]), Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethyl-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+, (PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]), Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+ (PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]) 이고, 고분자에 결합된 오스뮴화합물은 피리딘링의 4번 위치에 전자를 끄는 치환기(electron-withdrawing substituents)나 전자를 주는 치환기 (electron-donating substituents)를 배위하여 여러 위치의 전위에서 uric acid의 전기화학적 반응을 관찰할 수 있었다.
제안 방법
Scheme. 1의 방법을 통하여 uricase, 합성된 수용성오스뮴 고분자 그리고 가교제인 PEGDGE를 부피비 4:4:1의 비율로 혼합된 용액을 SPCEs 위에 떨어뜨려 상온에서 건조하여 효소전극을 제작하였다. 제작된 효소전극 위에 borate buffer (pH 8.
5)를 이용하여 용액을 제조하였다.41-43) 제작된 효소전극 위에 용액을 올려 전위 -0.6~1.0 V 까지 0.005 V/s의 주사속도로 측정하였다. Fig.
Borate buffer (pH 8.5) 를 이용하여 다양한 농도의 uric acid (1.0, 1.5, 2.0, and 5.0 mM)를 준비하였다. Uric acid 농도에 따라 제작된 효소전극 위에서uric acid에 대한 산화 촉매 전류를 CV를 이용하여 측정하였다.
PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+ mediator를 고정한 효소전극 위에 5.5 mM 의 glucose와 0.1 mM의 AA를 포함하는 borate buffer (pH 8.5) 용액 에서 uric acid의 농도 (1.0~5.0 mM)별로 산화 촉매 전류를 측정하였다 (Fig. 4). 이 때 가해준 전위의 범위는 -0.
1 mM이 되게끔 넣어 준비하였다. Uric acid 농도에 따라 제작된 효소전극 위에서uric acid에 대한 산화 촉매 전류를 CV를 이용하여 측정하였고, 이때 주사속도는 0.005 V/s 였으며, 전위의 범위는 -0.6~1.0 V 였다.
0 mM)를 준비하였다. Uric acid 농도에 따라 제작된 효소전극 위에서uric acid에 대한 산화 촉매 전류를 CV를 이용하여 측정하였다. 측정된 CV의 주사속도는 0.
Uric acid 의 산화를 위한 uricase (25.06 mg/mL in PBS)와 redox mediator인 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+ (1.0 mg/mL in DW) 그리고 이 물질들의 가교 결합을 위한 PEGDGE (5.0 mg/mL in DW)을 각각 4:4:1의 부피 비로 혼합하여 효소용액을 제조하였다.39) 제조된 효소용액 10.
이는 앞서 서술한 것과 같이 낮은 산화 전위를 갖는 수용성 오스뮴 고분자 mediator가 전자전달반응을 일으키기 쉽지 않기 때문에 나타나는 결과이다. 또한 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+ mediator가포함된 효소전극에서 0.1 mM AA와 5.5 mM glucose만을 넣고 측정하였을 때 아무것도 넣지 않은 전극의 신호와 큰 차이가 없는 결과를 보여 본 연구에서는 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+를 mediator로써 사용하였다. (Fig.
제작된 전극은 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 통해 오스뮴 고분자 화합물들의 산화 촉매 전류 (oxidation catalytic current)를 측정하여 uric acid의 농도를 정량적으로 분석할 수 있었다. 또한, 오스뮴 고분자 화합물의 전위를 이용하여 대표적인 간섭물질인 AA와 포도당 (glucose)의 산화신호의 간섭효과를 피할 수 있게 하였다. 이렇게 제작된 전극은 다른 방해 요소들의 간섭을 받지 않고 uric acid에만 선택적으로 감응한다는 것을 증명하였고, 복잡하지 않은 간단한 방법과 일회용의 전극을 사용하기 때문에 현장현시 검사 (point of care; POC)에 적합한 바이오센서로서의 가능성을 확인 할 수 있었다.
본 연구는 uric acid를 높은 선택성과 정량적으로 측정하기 위해 다양한 수용성 오스뮴 고분자 mediator를 SPCEs 위에 uricase와 고정하여 uric acid의 농도별로 측정하였다. 합성된 mediator는 고분자를 이용하여 수용성을 띄며 SPCEs 위에 가교제를 통해 쉽게 고정화 할 수 있었다.
여기에 0.69 mL (4.6 mmol)의 가교제 N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine을 DW 50.0 mL에 녹인 혼합액과, 잘 건조된 개시제 ammonium persulfate (0.6 g (2.63 mmol) in DW of 150.0 mL) 용액을 함께 섞은 후에 30분간 교반 하며 폴리머 반응을 하였다.
전기화학반응을 이용한 측정에서 체내의 대표적 방해요소의 영향을 알아보기 위하여 borate buffer (pH 8.5)를 이용하여 uric acid (1.0, 1.5, 2.0, 5.0 mM)제조 시 glucose 와 ascorbic acid 의 농도가 최종적으로 각각 5.5 mM, 0.1 mM이 되게끔 넣어 준비하였다. Uric acid 농도에 따라 제작된 효소전극 위에서uric acid에 대한 산화 촉매 전류를 CV를 이용하여 측정하였고, 이때 주사속도는 0.
제작된 효소전극 위에 borate buffer (pH 8.5)를 40.0 µL를 올리고, 순환전압전류법으로 측정하여 효소전극에 물리적으로 고정된 각 수용성 오스뮴 고분자 화합물의 산화/환원 신호를 측정하였다 (Fig. 2. dot).
준비된 각각의 Os(dCl-bpy)2Cl2 (17.65 mg, 0.025 mmol), Os(dme-bpy)2Cl2 (15.73 mg, 0.025 mmol) 그리고 Os(dmo-bpy)2Cl2 (17.33 mg, 0.025 mmol)는 합성된 PAA-PVI (5.0 mg) 와 ethylene glycol (5.0 mL)용액에 녹여 160oC에서 10 분간 합성 하여 PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+, PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+,그리고 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+ 를 각각 합성하였다.
005 V/s 이었다. 촉매전류가 나타나는 전위의 위치 중 전류 값이 일정하게 유지되는 한 지점을 0.33 V (versus Ag/AgCl)로 고정하고 검정곡선을 도시하여 uric acid의 농도 별로 발생하는 촉매전류의 상관관계를 확인 하였다 (Fig. 5). 그 결과 R2 =0.
혈액이나 소변에서 uric acid의 검출에 있어 대표적인 방해물질인 glucose와 AA의 영향을 알아보기 위해최종 농도가 glucose 5.5 mM, AA 0.1 mM 그리고 uric acid 2.0 mM이 되게 borate buffer (pH 8.5)를 이용하여 용액을 제조하였다.41-43) 제작된 효소전극 위에 용액을 올려 전위 -0.
대상 데이터
실험에 사용된 시약인 ammonium hexachloroosmate(IV), 4,4’-dimethyl-2,2’-bipyridine, 4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridine, ammonium persulfate, sodium hydroxide, N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine, D-(+)-glucose, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDGE), 는 Aldrich (Milwaukee, WI) 사의 분석시약 급 제품을 정제 없이 그대로 사용하였다. Uricase (from Bacillus SP. 5.39 U/mg) 효소는 일본의 Toyobo 회사에서 구매하였다. 모든 용액의 제조와 실험을 위하여 3차 증류수 (Millipore, Bedford, MA; 저항 18 M·Ωcm, distilled water ; DW)를 사용하였다.
6 unit 이다. 같은 방법으로 전위가 다른 PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+ (1.0 mg/mL in DW)와 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+ (1.0 mg/mL in DW)를 포함하는 전극을 제작하여 실험에 사용하였다.
사용된 오스뮴 고분자 화합물은 Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dichloro-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+ (PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]), Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethyl-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+, (PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]), Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+ (PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]) 이고, 고분자에 결합된 오스뮴화합물은 피리딘링의 4번 위치에 전자를 끄는 치환기(electron-withdrawing substituents)나 전자를 주는 치환기 (electron-donating substituents)를 배위하여 여러 위치의 전위에서 uric acid의 전기화학적 반응을 관찰할 수 있었다.
실험에 사용된 mediator들인 Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dichloro-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+, PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+, Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethyl-2,2’-bipyridine)2 Cl]+/2+ , PAA-PVI-[Os(dmebpy)2Cl]+/2+, Poly(acrylic acid)-poly(vinyl imidazole)-[osmium(4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridine)2Cl]+/2+, PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+는 이전 논문들을 참조해직접 합성하여 사용하였다.
실험에 사용된 시약인 ammonium hexachloroosmate(IV), 4,4’-dimethyl-2,2’-bipyridine, 4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridine, ammonium persulfate, sodium hydroxide, N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine, D-(+)-glucose, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDGE), 는 Aldrich (Milwaukee, WI) 사의 분석시약 급 제품을 정제 없이 그대로 사용하였다.
모든 용액의 제조와 실험을 위하여 3차 증류수 (Millipore, Bedford, MA; 저항 18 M·Ωcm, distilled water ; DW)를 사용하였다. 전기화학 실험에서 작업 전극으로는, OHP (overhead projector film)위에 screen printing machine (BS-860AP, Bando, Korea)을 이용하여 탄소 잉크 (Electrodag, 423SS, Acheson, USA)를 인쇄하여 만든 SPCEs (0.07065 cm2)를 사용하였고, 상대 전극과 기준 전극으로는 백금 (Platinum)선과 Ag/AgCl 전극 (ESA, EE009)을 사용하였다. 순환 전압 전류법 (Cyclic Voltammetry; CV)을 측정을 하는데 사용된 기기는 CH Instruments (Austin, TX, USA)의 model 660B Elctrochemical workstation을 사용하였다.
이론/모형
07065 cm2)를 사용하였고, 상대 전극과 기준 전극으로는 백금 (Platinum)선과 Ag/AgCl 전극 (ESA, EE009)을 사용하였다. 순환 전압 전류법 (Cyclic Voltammetry; CV)을 측정을 하는데 사용된 기기는 CH Instruments (Austin, TX, USA)의 model 660B Elctrochemical workstation을 사용하였다.
34,35) 합성된 오스뮴 고분자 화합물은 가교제 (cross-linking agent)와 uricase를 일정 비율로 섞어 일회용 (disposable)의 스크린 인쇄방법으로 만든 탄소전극 (screen printed carbon electrodes, SPCEs)위에 고정화 하였다. 제작된 전극은 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 통해 오스뮴 고분자 화합물들의 산화 촉매 전류 (oxidation catalytic current)를 측정하여 uric acid의 농도를 정량적으로 분석할 수 있었다. 또한, 오스뮴 고분자 화합물의 전위를 이용하여 대표적인 간섭물질인 AA와 포도당 (glucose)의 산화신호의 간섭효과를 피할 수 있게 하였다.
성능/효과
Fig. 3 (a)의 결과를 보면 측정되는 용액 안에 glucose와 AA가 있을 때, uric acid가 uricase에 의해 산화되는 신호가 증가됨을 확인할 수 있다. 이는 높은 산화 전위를 갖는 수용성 오스뮴 고분자 PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+가 uric acid의 산화 반응에만 관여되지 않고 glucose와 AA의 산화에도 영향을 받는 것 확인할 수 있다.
4) Fig. 2 (c)의 결과를 보면 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+의 산화/환원 전위 위치인 0.09 V에서 산화 촉매 전류가 발견되지 않고, 0.2 V근처에서 약간의 산화 촉매전류와0.6 V 이상에서 uric acid 자체의 산화신호가 발견됨을 확인할 수 있다. 이는 uric acid가 uricase에 의해 산화되는 전위의 위치보다 더 낮은 산화 전위를 갖는 수용성 오스뮴 고분자 mediator가 전자전달반응을 일으키기 쉽지 않기 때문에 나타나는 결과이다.
1,2) Uric acid는 보통 혈청이나 소변과 같은 체액 안에서 발견되는 중요한 생물학적 분자로써 정상적인 사람들의 체내 uric acid 수치는 혈청에서 0.13-0.75 mM, 소변에서 1.49-4.46 mM 정도 존재한다고 밝혀져 있다.3-5)퓨린 생합성 및 이화작용과 관련된 장애 또는 문제로 인해 이 범위를 벗어나 비정상적인 uric acid의 수치가 지속되면 여러 가지 질병들이 발병한다.
4) Uric acid는 전기화학적 활성 물질로써 수용액상에서 전극 표면에 자체 산화되기 때문에 효소 없이 전기화학 신호를 얻어낼 수 있다. 그러므로 다양한 전극; 금속 나노합금 (metal nanoalloy), 그래핀 (graphene), 전도성 고분자 (conducting polymer) 들을 제작하여 uric acid의 농도를 간단하고, 높은 감도로 측정하는 nonenzymatic 전기화학 방법이 많이 연구되어 졌다.
1 V/s 였다. Fig. 1의 결과를 통해 각 오스뮴 고분자 화합물의 산화/환원 전위를 측정한 결과 PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+ (Eo = 0.376 V vs. Ag/AgCl), PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+ (Eo = 0.215 V vs. Ag/AgCl) 그리고 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+ (Eo = 0.096 V vs. Ag/AgCl)를 나타내었다. PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+ 의 전위가 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+의 전위에 비해 약 0.
Ag/AgCl)를 나타내었다. PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+ 의 전위가 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+의 전위에 비해 약 0.16 V 양 전위 (positive potential)로 나타나는이유는 전자 끌기 작용기인 pyridine-Cl 리간드의 영향이고, PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+의 전위가 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+ 의 전위에 비해 약 0.12 V음 전위 (negative potential)로 나타나는 이유는 전자주개 작용기인 pyridine-OCH3 리간드의 영향임을 확인할 수 있었다.40)
사용된 mediator 중PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+는 uric acid가 산화될 때 발생되는 전자를 받아 산화 촉매 전류의 신호는 발생되지만 mediator의 높은 산화 전위로 인해 방해물질인 glucose와 AA의 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+는 다른 mediator에 비해 상대적으로 낮은 산화 전위를 갖기 때문에 uric acid가 산화될 때 발생되는 전자를 전달받지 못해 산화 촉매 전류가 나오지 않는다는 것을 확인 할 수 있었다. 이에 반해 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+는 uric acid가 uricase에 의해 산화될 때 발생되는 전자를 받아 산화 촉매 전류 신호를 나타내고, PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+에 비해 상대적으로 낮은 산화 전위를 갖기 때문에 방해물질인 glucose와AA의 영향을 받지 않는 것을 확인 할 수 있었다.
합성된 mediator는 고분자를 이용하여 수용성을 띄며 SPCEs 위에 가교제를 통해 쉽게 고정화 할 수 있었다. 또한 오스뮴에 다양한 리간드를 배위시켜 전위의 위치를 조절할 수 있고, 이를 통해uric acid가 uricase에 의해 산화될 때 발생되는 전자전달의 유무를 확인할 수 있었다. 사용된 mediator 중PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+는 uric acid가 산화될 때 발생되는 전자를 받아 산화 촉매 전류의 신호는 발생되지만 mediator의 높은 산화 전위로 인해 방해물질인 glucose와 AA의 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
또한 오스뮴에 다양한 리간드를 배위시켜 전위의 위치를 조절할 수 있고, 이를 통해uric acid가 uricase에 의해 산화될 때 발생되는 전자전달의 유무를 확인할 수 있었다. 사용된 mediator 중PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+는 uric acid가 산화될 때 발생되는 전자를 받아 산화 촉매 전류의 신호는 발생되지만 mediator의 높은 산화 전위로 인해 방해물질인 glucose와 AA의 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PAA-PVI-[Os(dmo-bpy)2Cl]+/2+는 다른 mediator에 비해 상대적으로 낮은 산화 전위를 갖기 때문에 uric acid가 산화될 때 발생되는 전자를 전달받지 못해 산화 촉매 전류가 나오지 않는다는 것을 확인 할 수 있었다.
또한, 오스뮴 고분자 화합물의 전위를 이용하여 대표적인 간섭물질인 AA와 포도당 (glucose)의 산화신호의 간섭효과를 피할 수 있게 하였다. 이렇게 제작된 전극은 다른 방해 요소들의 간섭을 받지 않고 uric acid에만 선택적으로 감응한다는 것을 증명하였고, 복잡하지 않은 간단한 방법과 일회용의 전극을 사용하기 때문에 현장현시 검사 (point of care; POC)에 적합한 바이오센서로서의 가능성을 확인 할 수 있었다.
이에 반해 PAA-PVI-[Os(dme-bpy)2Cl]+/2+는 uric acid가 uricase에 의해 산화될 때 발생되는 전자를 받아 산화 촉매 전류 신호를 나타내고, PAA-PVI-[Os(dCl-bpy)2Cl]+/2+에 비해 상대적으로 낮은 산화 전위를 갖기 때문에 방해물질인 glucose와AA의 영향을 받지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 uric acid의 농도 별로 측정한 결과 선형 범위의 산화 촉매 전류를 얻을 수 있었다. 이는 간단한방법의 일회용의 전극을 이용한 uric acid 바이오센서의 개발에 응용될 수 있을 것이라 예상된다.
후속연구
이를 통해 uric acid의 농도 별로 측정한 결과 선형 범위의 산화 촉매 전류를 얻을 수 있었다. 이는 간단한방법의 일회용의 전극을 이용한 uric acid 바이오센서의 개발에 응용될 수 있을 것이라 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
요산이란 무엇인가?
요산 (Uric acid; UA)은 탄소와 질소, 산소, 수소로 이루어진 화합물이고, 신장 (kidney)과 장관(intestinal tract)의 퓨린 대사물질로 배설되는 최종 산물이다.1,2) Uric acid는 보통 혈청이나 소변과 같은 체액 안에서 발견되는 중요한 생물학적 분자로써 정상적인 사람들의 체내 uric acid 수치는 혈청에서 0.
Uric acid의 수치를 측정하는 방법은 무엇이 있는가?
Uric acid의 수치를 측정하는 방법은 비색법, 화학발광, 형광, HPLC (High Performance Liquid Chromatography), 분광광도법, 모세관 전기이동 등과 같이 다양한 방법이사용 가능하다.5,9-13) 그러나 위에 언급된 측정법들은 복잡한 과정, 장시간 (time-consuming), 소형화 문제 등으로 인해 사용이 불편하지만, 전기화학 방법을 이용한 uric acid의 측정은 빠르고, 간편하고, 경제적이며 높은 선택성과 감도를 갖는 바이오센서로서 제작하기가 쉬워 많은 연구가 되어지고 있다.
uric acid의 수치가 지속되면 어떤 질병이 발병하는가?
3-5)퓨린 생합성 및 이화작용과 관련된 장애 또는 문제로 인해 이 범위를 벗어나 비정상적인 uric acid의 수치가 지속되면 여러 가지 질병들이 발병한다. 대표적인질병으로는 통풍, 고뇨산혈증, 레쉬-니한 증후군과 백혈병, 폐렴, 관절염, 당뇨병, 신장 및 심혈관 질환 등이 있다. 그러므로 정상범위를 벗어나는 uric acid의수치는 생체지표로 활용될 수 있고, uric acid 수치를 지속적으로 측정하는 것은 위와 같은 질병의 예방 및 조기 발견에 있어 중요한 역할을 할 수 있다.
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