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센서 응용을 위한 사이클로덱스트린-분자 상호작용의 전기화학적 검출
Study on Electrochemical Detection of Cyclodextrin-molecule Interactions for Sensor Applications 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.5, 2018년, pp.519 - 523  

박민지 (동덕여자대학교 응용화학과) ,  김수연 (동덕여자대학교 보건향장대학원) ,  배준원 (동덕여자대학교 응용화학과)

초록
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사이클로덱스트린(cyclodextrin)은 환형다당류(cyclic oligosaccharide) 분자들의 일종으로서, 독성을 거의 지니지 않으며, 다른 분자를 포획할 수 있는 기능을 갖고 있다. 따라서, 이 분자들은 유해물질이나 유독가스를 제거하는데 활용되어 왔다. 본 연구에서는, 이 분자들이 다른 분자를 포획하여 host-guest 화합물을 형성할 수 있다는 점에 착안하여, 이 화합물의 생성 시에 수반되는 전기화학적 변화를 감지하는 방법론을 탐구하고자 한다. 먼저, host-guest 화합물의 형성은 자외선 분광기를 통해서 고찰한다. 사이클로덱스트린의 농도를 바꿔가면서 화합물의 형성을 모니터링한다. 그리고, 실질적인 검출은 금전극에 표면 처리 과정을 거쳐 사이클로덱스트린 분자를 도입하고, 이 전극에 모델분자인 메틸파라벤(methyl paraben)을 도입하여 전기화학적 변화를 감지하는 방식으로 도모하였다. 그 결과, host-guest 화합물 형성 시에 전하의 전이가 일어나고, 이를 전기화학적 측정 방식으로도 검출할 수 있다는 가능성을 실험적으로 보여주었다. 이는 무독성 분자인 사이클로덱스트린의 활용도를 넓힐 수 있는 의미있는 결과로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cyclodextrins are a class of oligosaccharides having an extremely low toxicity, so that they have been used for the formation of host-guest complexes and removal of toxic gases or molecules. In this study, the subtle phenomenon associated with the formation of host-guest complexes between cyclodextr...

주제어

#Cyclodextrin   #Paraben   #Host-Guest Complex   #Charge Transfer   #Electrode  

표/그림 (5)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는, 사이클로덱스트린 분자가 다양한 종류의 유해성 분자들을 포획할 수 있는 것에 착안하여, 이 과정을 전기화학적으로 모니터링하여 신호를 얻을 수 있는지에 관하여 연구하고자 한다. 이 연구는 향후 연구의 어려움을 덜어줄 수 있는 매우 의미 있는 실험이지만, 실험 수행 상에 여러 가지 제약 사항이 존재하는 것으로 알려져 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사이클로덱스트린(cyclodextrin, CD) 분자의 구조적 특징은 무엇인가? 사이클로덱스트린(cyclodextrin, CD) 분자는 원형다당류(cyclic oligosaccharide) 분자를 통칭하며, 이 중에서 6~8개의 글루코피라노즈(glucopyranose) 단량체를 갖는 분자들이 대표적이다. 이 분자들은 특이하게도 분자들의 바깥 부분은 친수성을 띄고 있으며, 분자들의 내부는 소수성을 지니고 있다[1].
사이클로덱스트린의 다른 분자를 포획할 수 있는 기능을 이용한 활용법은 무엇인가? 사이클로덱스트린(cyclodextrin)은 환형다당류(cyclic oligosaccharide) 분자들의 일종으로서, 독성을 거의 지니지 않으며, 다른 분자를 포획할 수 있는 기능을 갖고 있다. 따라서, 이 분자들은 유해물질이나 유독가스를 제거하는데 활용되어 왔다. 본 연구에서는, 이 분자들이 다른 분자를 포획하여 host-guest 화합물을 형성할 수 있다는 점에 착안하여, 이 화합물의 생성 시에 수반되는 전기화학적 변화를 감지하는 방법론을 탐구하고자 한다.
사이클로덱스트린 분자가 유해성 분자를 포획하는 과정을 전기화학적으로 모니터링하여 신호를 얻고자 하는 실험에서 생기는 제약 사항에는 어떤 것들이 있는가? 이 연구는 향후 연구의 어려움을 덜어줄 수 있는 매우 의미 있는 실험이지만, 실험 수행 상에 여러 가지 제약 사항이 존재하는 것으로 알려져 있다. 먼저, host-guest complex를 형성하는 분자들 간의 charge interaction 또는 charge transfer 정도가 매우 약하다는 점이 있다[6]. 그리고, 용액 상에서 실험을 수행해야 하는 관계로 얻고자 하는 signal에 비해 noise가 매우 클 가능성이 높다[7]. 이러한 전제 아래에서 이루어진 기존의 연구 사례를 몇 가지 찾아볼 수 있다.
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참고문헌 (11)

  1. J. Jang and J. Bae, Selective fabrication of polymer nanocapsules and nanotubes using cyclodextrin as a nanoporogen, Macromol. Rapid Commun., 26, 1320-1324 (2005). 

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  2. J. Zhang, Y. Li, M. Bao, X. Yang, and Z. Wang, Facile fabrication of cyclodextrin-modified magnetic particles for effective demulsification from various types of emulsions, Environ. Sci. Technol., 50, 8809-8816 (2016). 

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  3. R. Zhang, L. Li, J. Feng, L. Tong, Q. Wang, and B. Tang, Versatile triggered release of multiple molecules from cyclodextrinmodified gold-gated mesoporous silica nanocontainers, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 9932-9936 (2014). 

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  4. D. Bogdan, Electronic structure and driving forces in ${\alpha}$ -cyclodextrin: butylparaben inclusion complexes, Phys. Lett. A, 372, 4257-4262 (2008). 

  5. M. Fatiha, L. Leila, N. Leila, and K. D. Eddine, Computational study on the encapsulation of ethylparaben into b-cyclodextrin, J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem., 76, 379-384 (2013). 

  6. L. Liu, K. S. Song, X. S. Li, and Q. X. Guo, Charge-transfer interaction: A driving force for cyclodextrin inclusion complexation, J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem., 40, 35-39 (2001). 

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  7. Y. Hwang, J. Y. Park, C. -S. Lee, O. S. Kwon, S. H. Park, and J. Bae, Surface engineered poly(dimethylsiloxane)/carbon nanotube nanocomposite pad as a flexible platform for chemical sensors, Composites A, 107, 55-60 (2018). 

  8. H. M. Heise, R. Kuckuk, A. Bereck, and D. Riegal, Infrared spectroscopy and Raman spectroscopy of cyclodextrin derivatives and their ferrocene inclusion complexes, Vib. Spectrosc., 53, 19-23 (2010). 

  9. J. H. Yang, H. T. Kim, and H. Kim, A cyclodextrin-based approach for selective detection of catecholamine hormone mixtures, Micro Nano Syst. Lett., 2, 1-10 (2014). 

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  10. S. Asman, S. Mohamad, and N. M. Sarih, Exploiting ${\beta}$ -cyclodextrin in molecular imprinting for achieving recognition of benzylparaben in aqueous media, Int. J. Mol. Sci., 16, 3656-3676 (2015). 

  11. M. J. Jenita, J. Thulasidhasan, and N. Rajendiran, Encapsulation of alkylparabens with natural and modified ${\alpha}$ and ${\beta}$ -cyclodextrins, J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem., 79, 365-381 (2014). 

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