[논문]과산화수소 정량을 위한 서양고추냉이 과산화효소 대용 아카시아의 활용

윤길중

doi:10.14478/ace.2017.1033

과산화수소 정량을 위한 서양고추냉이 과산화효소 대용 아카시아의 활용
Application of Acacia as an Alternative to Horseradish Peroxidase for the Determination of Hydrogen Peroxide 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.28 no.3, 2017년, pp.369 - 374

초록
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바이오센서를 상업적으로 양산하고자 할 때 제작비의 경제성이 고려되어야 한다. 과산화수소를 정량하기 위한 효소전극 제작 시 필수적으로 사용되는, 서양고추냉이로부터 추출된 과산화효소는 대단히 고가이므로 탄소반죽법에 의한 전극제작의 제한 요인이 된다. 이 문제를 우회하고자 본 실험실에서는 생활주변에서 쉽게 얻을 수 있는 재료로 대체하기 위하여 아카시아 잎을 효소원으로 사용하여 과산화수소 센서를 제작하고 그것의 전기화학적 특성을 살펴보았다. 일정전압전류법으로 얻어진 10개 이상의 전기화학적 파라미터와 실험적 결과들은 효소전극이 정량적으로 그 기능을 발휘하고 있음을 보여주었다. 이런 사실들은 시판 과산화효소가 아카시아 잎으로 대체될 수 있음을 보여주는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The curtailment of production cost is important for the mass production of biosensors. Since horseradish peroxidase, which is a key material of enzyme electrodes for hydrogen peroxide analysis is rather expensive, this has been a limiting factor for fabricating carbon paste based enzyme electrodes. In this paper, the acacia leaf tissue as a zymogen easily obtainable in our living environment was used as an alternative to horseradish peroxidase for developing a hydrogen peroxide sensor and the electrochemical properties were evaluated. Ten or more electrochemical parameters alongside the other experimental results acquired by the potentiostatic method demonstrated that our enzyme electrodes can be used for the quantitative analysis of hydrogen peroxide. This also indicates that acacia leaves can take the place of the marketed peroxidase.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

아카시아가 포함하고 있는 과산화효소를 사용하여 H₂O₂ 감응센서를 제작하고 그것을 기질 분해계에 적용하여 전기화학적 거동을 살펴보았다. 얻어진 12개의 파라미터와 실험적 사실들은 전극에 고정된 아카시아 과산화효소가 기질 H₂O₂에 정량적으로 감응하는 것을 보여주고 있다.
이 문제의 해결을 위하여 고가의 서양고추냉이 과산화효소를 생활주변에서 쉽게 얻을 수 있는 재료로 대치하기 위하여 노력했다. 여기에 발표되는 내용은 위 노력들 중의 하나로 아카시아 잎을 효소원으로 사용하여 효소전극을 제작하고 그것의 전기화학적 특성과 응용성을 살펴보았다. 그 결과를 여기에 보고한다.

대상 데이터

) 일정전위기를 이용하여 얻었으며, 이외의 신호는 X-t 기록기(KIPP & Zonen, BD 111)가 연결된 EG & G 362 (Princeton Applied Research)를 이용하여 얻었다. 기준전극과 대전극으로 각각 Ag/AgCl (BAS MF 2052)과 Pt (BAS MW 1032)를 사용하였다.
아카시아 잎을 호모게나이저로 완전히 파쇄하여 효소원으로 사용하였다. 전극물질로 흑연가루(Fluka, ≤ 0.
아카시아 잎을 호모게나이저로 완전히 파쇄하여 효소원으로 사용하였다. 전극물질로 흑연가루(Fluka, ≤ 0.1 mm)를, 그리고 흑연가루의 결합재(binder)로 chlorosulphonated polyethylene (CSM) 고무(DenkiKagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Mitsui C.)를 사용하였다. 고무의 용제는 톨루엔(Sigma-Aldrich, ≥99.

성능/효과

감응센서를 제작하고 그것을 기질 분해계에 적용하여 전기화학적 거동을 살펴보았다. 얻어진 12개의 파라미터와 실험적 사실들은 전극에 고정된 아카시아 과산화효소가 기질 H₂O₂에 정량적으로 감응하는 것을 보여주고 있다. 이 사실은 아카시아 전극이 과산화수소의 센서로 활용될 수 있음을 보여주는 것이며, 높은 가격의 서양 고추냉이로부터 추출된 과산화수소 분해효소를 우리의 환경주변에서 쉽게 구할 수 있는 아카시아로 대치될 수 있음을 말해준다.
얻어진 12개의 파라미터와 실험적 사실들은 전극에 고정된 아카시아 과산화효소가 기질 H₂O₂에 정량적으로 감응하는 것을 보여주고 있다. 이 사실은 아카시아 전극이 과산화수소의 센서로 활용될 수 있음을 보여주는 것이며, 높은 가격의 서양 고추냉이로부터 추출된 과산화수소 분해효소를 우리의 환경주변에서 쉽게 구할 수 있는 아카시아로 대치될 수 있음을 말해준다. 따라서 이 실험 결과는 저가 H₂O₂ 센서의 양산 가능성을 연 것이다.

후속연구

여기서 얻은 교환전류는 다른 식물전극에 비하여 대체로 작은 값이다[21]. 교환전류가 작은 것은 전극물질의 저항에 가장 큰 원인이 있으므로 식물조직의 함량이나 매개체, 페로센의 함량을 최적화하면 향상시킬 수 있을 것이다. 대칭인자는 일반적으로 0.
0 × 10^-5 M이다. 이 값은 분광학적 방법에 의한 것과 비교할 때 우수한 것이라고 할 수 없으나 전극 제조 시 아카시아 조직 및 매개체의 함량, 측정전위, 온도, 용액의 pH 등을 최적화하면 보다 향상될 수 있을 것이다. 계에 근본적으로 존재하는 이중층 충전전류 때문에 전기화학적 정량이 분광학의 정확성을 뛰어넘을 수 없지만 그럼에도 불구하고 전기화학적 방법이 선호되는 것은 분석과정에서 비롯되는 경제적, 시간적인 요소들의 제약조건을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 탁월한 이점 때문이다.
따라서 이 실험 결과는 저가 H₂O₂ 센서의 양산 가능성을 연 것이다. 한편 효소는 변성이 쉬운 생화학 물질이기 때문에 아카시아 전극을 실용화하고자 한다면 전극의 보관에 대한 연구가 추가적으로 병행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과산화수소는 어떤 물질인가?	과산화수소는 인체에서 생성되며 화학산업의 현장에서 산화제로 사용되는, 우리의 생활과 직접적 관련이 있는 물질이다. 과산화수소의 정량분석에는 고전적인 방법들이 알려져 있으나 현재는 보다 감도가 좋은 분광법으로 대치되고 있다.
	서양고추냉이에서 추출한 과산화효소는 어떤 면에서 전극제작의 제한 요인이 되는가?	바이오센서를 상업적으로 양산하고자 할 때 제작비의 경제성이 고려되어야 한다. 과산화수소를 정량하기 위한 효소전극 제작 시 필수적으로 사용되는, 서양고추냉이로부터 추출된 과산화효소는 대단히 고가이므로 탄소반죽법에 의한 전극제작의 제한 요인이 된다. 이 문제를 우회하고자 본 실험실에서는 생활주변에서 쉽게 얻을 수 있는 재료로 대체하기 위하여 아카시아 잎을 효소원으로 사용하여 과산화수소 센서를 제작하고 그것의 전기화학적 특성을 살펴보았다.
	전기화학적인 방법은 기존 방법의 어떤 문제점을 회피하기 위해 제시되었는가?	위 방법들은 검출한계의 일면을 고려할 때 대단히 우수한 방법이라 할 수 있다. 그러나 분석과정에 합성단계가 공통적으로 포함되어 있고, 시료처리가 간단하지 않기 때문에 분석의 시간 및 경제성을 고려한다면 개선되어야 할 많은 문제점을 포함하고 있다. 따라서 범용으로 사용하기에는 비효율적이다. 이런 문제를 우회하기 위하여 전기화학적인 방법이 제시되었다.

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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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