해양 생물 유래 독소는 그 치명적인 유독성으로 인해 비단 인류의 건강 뿐만 아니라 양식, 어업, 해양 생태계 전반에 걸쳐 경제적 손실을 비롯한 부정적인 영향을 미친다. 하지만, 종래에 사용되던 해양 독소 검출법만으로는 이를 다 파악하여 위협을 미연에 방지하기에는 아직 부족한 실정이다. 본 논문에서는 해산물의 해양 독소 잔존 여부를 판별하기 위해 종래에 사용되었던 시험법들의 한계를 개선하고자 각종 나노 재료 및 신규 기술들이 도입된 신속 검출법들에 대해 조사했으며, 대표적인 연구 결과들을 선정하여 사용한 나노 입자 및 전략에 대해 서술하였다. 특히 이러한 생물 유래 독소의 검출 기술을 대중화시키고 상용화하기 위해서는, 이를 생성하는 생물군으로부터 독소를 추출하는 전처리 과정을 간소화하는 것이 매우 중요하다. 해당 문제를 해결하고자 다양한 연구에서 표적 독소와 특이적으로 결합하는 항체를 고정화한 자성 나노 입자 기반의 전처리법을 보고했으며, 더 나아가 자성 나노 입자의 촉매 특성까지 활용해 검출 감도를 높이는 다양한 연구들도 발표되었다. 또한, 기존 효소 기반의 비색법의 검출 한계를 낮추고 검출 시스템의 안정성을 높이기 위해 양자점과 같은 형광 나노 입자를 도입하는 보고들도 있었다. 이 외에도 압타머와 나노 입자 복합체 기반의 전기화학 측정법 및 신규 기술들을 사용하고자 하는 연구들도 보고되었다. 하지만 해양 환경의 변화에 따라 생성된 신종 독소에 대한 대처는 아직 미흡한 실정이므로, 해양 독소 유도체 또한 아울러 진단 가능한 검출 기술에 대한 후속 연구가 필요하다.
해양 생물 유래 독소는 그 치명적인 유독성으로 인해 비단 인류의 건강 뿐만 아니라 양식, 어업, 해양 생태계 전반에 걸쳐 경제적 손실을 비롯한 부정적인 영향을 미친다. 하지만, 종래에 사용되던 해양 독소 검출법만으로는 이를 다 파악하여 위협을 미연에 방지하기에는 아직 부족한 실정이다. 본 논문에서는 해산물의 해양 독소 잔존 여부를 판별하기 위해 종래에 사용되었던 시험법들의 한계를 개선하고자 각종 나노 재료 및 신규 기술들이 도입된 신속 검출법들에 대해 조사했으며, 대표적인 연구 결과들을 선정하여 사용한 나노 입자 및 전략에 대해 서술하였다. 특히 이러한 생물 유래 독소의 검출 기술을 대중화시키고 상용화하기 위해서는, 이를 생성하는 생물군으로부터 독소를 추출하는 전처리 과정을 간소화하는 것이 매우 중요하다. 해당 문제를 해결하고자 다양한 연구에서 표적 독소와 특이적으로 결합하는 항체를 고정화한 자성 나노 입자 기반의 전처리법을 보고했으며, 더 나아가 자성 나노 입자의 촉매 특성까지 활용해 검출 감도를 높이는 다양한 연구들도 발표되었다. 또한, 기존 효소 기반의 비색법의 검출 한계를 낮추고 검출 시스템의 안정성을 높이기 위해 양자점과 같은 형광 나노 입자를 도입하는 보고들도 있었다. 이 외에도 압타머와 나노 입자 복합체 기반의 전기화학 측정법 및 신규 기술들을 사용하고자 하는 연구들도 보고되었다. 하지만 해양 환경의 변화에 따라 생성된 신종 독소에 대한 대처는 아직 미흡한 실정이므로, 해양 독소 유도체 또한 아울러 진단 가능한 검출 기술에 대한 후속 연구가 필요하다.
Marine organism-derived toxins have negative effects not only on human health but also in aquaculture, fisheries, and marine ecosystems. However, traditional analytical methods are insufficient in preventing this threat. In this paper, we reviewed new rapid methods of toxin detection, which have bee...
Marine organism-derived toxins have negative effects not only on human health but also in aquaculture, fisheries, and marine ecosystems. However, traditional analytical methods are insufficient in preventing this threat. In this paper, we reviewed new rapid methods of toxin detection, which have been improved by adopting diverse types of nanomaterials and technologies. Moreover, we herein describe the main strategies for toxin detection and their related sensing performance. Notably, to popularize and commercialize these newly developed technologies, simplifying the process of pre-treating real samples real samples is very important. As part of these efforts, numerous studies have reported pretreatment methods based on the antibody-immobilized magnetic nanoparticles, and some cases have applied nanoparticles to enhance the sensing performance by utilizing the intrinsic catalytic activity. Furthermore, some reports have introduced fluorescent nanoparticles, such as quantum dots, to represent the lower detection limits of conventional enzyme-based colorimetric methods and lateral flow assays. Some studies using electrochemical measurements based on aptamer-nanoparticle complexes have also been announced. In addition, as the response to new toxins generated by changes in the marine environment is still lacking, further research on diagnostic and detection is also greatly needed for these kinds of marine toxins and their derivatives.
Marine organism-derived toxins have negative effects not only on human health but also in aquaculture, fisheries, and marine ecosystems. However, traditional analytical methods are insufficient in preventing this threat. In this paper, we reviewed new rapid methods of toxin detection, which have been improved by adopting diverse types of nanomaterials and technologies. Moreover, we herein describe the main strategies for toxin detection and their related sensing performance. Notably, to popularize and commercialize these newly developed technologies, simplifying the process of pre-treating real samples real samples is very important. As part of these efforts, numerous studies have reported pretreatment methods based on the antibody-immobilized magnetic nanoparticles, and some cases have applied nanoparticles to enhance the sensing performance by utilizing the intrinsic catalytic activity. Furthermore, some reports have introduced fluorescent nanoparticles, such as quantum dots, to represent the lower detection limits of conventional enzyme-based colorimetric methods and lateral flow assays. Some studies using electrochemical measurements based on aptamer-nanoparticle complexes have also been announced. In addition, as the response to new toxins generated by changes in the marine environment is still lacking, further research on diagnostic and detection is also greatly needed for these kinds of marine toxins and their derivatives.
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문제 정의
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 생물을 사용하지 않고도 실제 검체내의 해양 독소 함량을 신속하게 판별하기 위해 고안된 검출 방식을 크게 종래의 분석 기법에 나노 물질을 도입함으로써 개선된 해양 독소의 검출기법과 전기화학법, 그리고 신규로 고안된 검출 기법으로 나눠 살펴보았으며, 각각의 대표적인 연구 결과에 대한 개요와 방법, 결과에 대해 고찰하였다.
자세하게는, 금 미세 전극 사이에 간극을 만들고 여기에 전류가 흐르지 못할 정도로 소량의 금 나노 입자를 고정화한 뒤, 오카다산 특이 압타머를 정전기적 인력으로 금 나노 입자 표면에 흡착시킨다. 이후 이 사이에 표적 독소가 들어있는 검체를 투여하여 흡착된 압타머를 제거하고, 여기에 금나노 입자의 전구체인 HAuCl4와 포도당을 투여한 뒤 분화된 미세 전극 사이의 전도성 신호 증폭 정도를 통해 검체 내에 오카다산이 존재하는지 여부를 판단하는 것이다. 여기서 금 나노 입자의 자가 촉매 성장은 2단계를 거쳐 일어난다.
가설 설정
게다가, 아직 발견되지 않은 해양 독소들의 이성질체들 및 신종 독소에 대한 대책이나 검출법 개발에는 지연이 발생할 수밖에 없다. 세 번째로는 센서를 구현하기 위해 사용되는 각종 나노 재료 및 생체 수용체의 대량 생산화가 어렵다는 것이다. 특히, 개발된 센서를 검증하기 위해서는 실제 독소를 표준 물질로 하여 무수히 많은 실험을 통해 검량 곡선을 만들고 이를 대입해야 하나, 시중에 해양 독소를 판매하는 업체가 적을뿐더러 취급하는 양이 적고 값이 비싸기 때문에 키트화한다 해도 이들에 대한 품질 관리가 어렵다.
제안 방법
간접 ELISA의 경우 직접 ELISA와 실험 방법이 유사하나, 플레이트에 고정된 항원과 반응하는 1차 항체에는 표지 물질이 없고, 대신 1차 항체만과 선택적으로 결합하는 표지 물질이 결합된 포획 항체(capture antibody)를 사용해 반응시킨 뒤 나타나는 표지 물질의 활성도 양상을 통해 항원의 존재 유무를 파악한다. 샌드위치 ELISA는 위의 두 경우와는 달리, 항원의 종류에 따라 같은 혹은 다른 항원 결정 부위(epitope)를 갖는 두 종류의 특이적 항체 중 하나를 기판에 고정화시킨 뒤, 항원과 결합된 나머지 항체 순서대로 반응시켜 실험을 진행한다. 경쟁적 ELISA는 항원-항체 반응에서 동일 결합 부위에 대한 두 가지 항원 또는 두 가지 항체 간의 경쟁에 의해 이루어진다.
해당 방법에서는, 자성 나노 입자의 표면을 말레이미드(maleimide)로 활성화를 한 뒤 시스테아민(cysteamine)을 처리하여 아민 작용기로 개질화하고 이를 패류로부터 추출한 테트로도톡신 검체와 반응시켜 고정화한 후, 테트로도톡신의 항체와 이를 인지하는 HRP로 표지된 포획 항체를 차례로 투여하여 최종적으로 H2O2가 포함된 시판용 3,3’,5,5’-테트라메틸벤지딘 (3,3’,5,5’-tetramethyl benzidine, TMB) 용액과 반응시켜 나타나는 발색 정도를 통해 확인했다.
C-LFICS는 일반적인 측방 유동 면역 분석법과 그 방식이나 구성이 유사하나 경쟁적 ELISA 방식과 같이 표적 물질과 검체 내의 표적 물질 간 경쟁 반응을 유도하여 정량화에 이용한다는 차이점이 있다. 해당 논문에서는 C-LFICS 스트립을 구현하기 위해 접합 패드에는 테트로도톡신 항체로 처리된 금 나노플라워를 위치시키고, 검출선에는 테트로도톡신을, 검출선과 대조선에 소 혈청 알부민으로 블로킹한 양자점 나노비드를 각각 처리했다. 여기서 양자점 나노비드와 금 나노플라워를 같이 사용한 이유는, 양자점 나노비드의 발광 파장이 금 나노플라워의 흡광 파장과 겹쳐 형광 공명 전이(fluorescence resonance energy transfer) 현상으로 인해 양자점 나노비드 주변에 금 나노플라워의 양이 많아질 경우 소광 현상(fluorescence quenching)이 발생하여 동일한 여기 파장하에서 양자점 나노비드의 발광량이 줄어들기 때문이다.
은 전류 측정법 기반의 삭시톡신(saxitoxin, STX) 검출을 위해 표지 물질로 다중 벽 탄소 나노 튜브(multi-walled carbon nanotube)를 도입했으며, 산화/환원종으로 메틸렌 블루를 사용한 검출 기법을 개발했다. 금 전극 위에 카복실 작용기로 개질된 다중벽 탄소 나노튜브의 균일한 자기조립 분자 박막을 형성하기 위해 금 전극에 소수성인 옥타데칸티올 (octadecanethiol) 처리를 한 뒤, 다중벽 탄소 나노튜브를 반응시켰다. 이후 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)/N-hydroxysuccinimide (NHS) 커플링 반응을 통해 다중벽 탄소 나노튜브의 카복실 작용기를 활성화한 뒤, 삭시톡신에 특이적인 압타머를 전극에 고정화했다.
이후 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)/N-hydroxysuccinimide (NHS) 커플링 반응을 통해 다중벽 탄소 나노튜브의 카복실 작용기를 활성화한 뒤, 삭시톡신에 특이적인 압타머를 전극에 고정화했다. 삭시톡신의 검출 평가는 해당 독소를 농도별로 위 전극과 반응시킨 뒤, 메틸렌 블루 존재하에 산화/환원 전류를 측정하여 나타나는 전류 값의 변화를 읽어 들임으로써 진행했다. 해당 연구의 경우 압타머가 삭시톡신과 결합함으로 인해 변형된 구조가 전자 이동을 방해하는 요소로 작용해 삭시톡신의 농도에 따른 전류 값이 점차 감소하는 양상을 보였다.
은 독성 물질을 직접 검출했던 이제까지 방법과는 달리, 마비성 패류 독소를 생성하여 해양 생태계를 교란시키는 유해 해양 생물인 3종의 Alexandrium sp. (A. affine, A. catenella, A. pacificum)을 각각 구분하여 해수 검체로부터 상시 모니터링하기 위해 ddPCR 기반의 동정체계를 확립했다. Alexandrium 3종의 구분이 필요한 이유는, 서로 외관이 비슷하여 광학 현미경으로는 구분이 안가 주된 패류 독화 원인종인 A.
affine를 오판할 경우 해양 독소의 위협 정도를 정확히 파악할 수 없기 때문이다42). 하지만 이들 각자 유전 서열이 다르므로, 연구진들은 각 종을 대표하는 시발체(primer)를 고안하여 ddPCR로 종별 정량 분석을 진행했다. 분석에 앞서 시료의 전처리는 해수 시료에 세포파쇄용 버퍼 및 글라스 비드(glass bead)를 사용해 존재하는 유기체들을 파괴시킨 뒤 원심분리로 부유물을 제거하는 방식으로 진행했으며, 해당 시료와 PCR 믹스를 액적 발생기에 적용시킨 뒤 분석했다.
하지만 이들 각자 유전 서열이 다르므로, 연구진들은 각 종을 대표하는 시발체(primer)를 고안하여 ddPCR로 종별 정량 분석을 진행했다. 분석에 앞서 시료의 전처리는 해수 시료에 세포파쇄용 버퍼 및 글라스 비드(glass bead)를 사용해 존재하는 유기체들을 파괴시킨 뒤 원심분리로 부유물을 제거하는 방식으로 진행했으며, 해당 시료와 PCR 믹스를 액적 발생기에 적용시킨 뒤 분석했다. 해당 방법을 실제 2017~2018년 대한민국 남해 연안에 적용한 결과, 봄에는 유독성인 A.
분자 각인 기법은 인공적으로 항체와 유사한 구조를 고안하기 위한 한가지 방법으로, 본 연구에서는 역상 에멀션(reverse micro-emulsion) 기법을 통해 형성했다. 보다 자세하게는, 역상 에멀션 환경에서 양자점 표면에 Tetraethyl orthosilicate (TEOS)를 단시간 처리하여 얇은 실리카 층을 형성한 뒤, 표적 물질인 삭시톡신과 3-aminopropyl triethoxysilane를 처리하여 분자 각인을 진행했다. 분자 각인된 양자점의 성능을 평가하기 위해 표적 독소를 비롯한 다른 물질들과 반응시킨 뒤 형광 분석한 결과, 분자 각인의 결과로 형성된 공동이 삭시톡신의 구조와 일치함에 따라 해당 독소의 경우에서만 검체 내 독소 농도에 따른 형광 감소 현상이 나타났고, 패류 시료에서의 검출 한계는 0.
Table 3은 본 논문에서 언급된 내용을 포함한 해양 독소별 신속 검출을 위해 고안되었던 일부 선행 연구의 검출 기법 및 검출능을 정리한 것이다. 해당 내용에 따르면, 해양 독소의 신속 검출에 도입된 방법은 크게 ELISA 및 전기화학 방식으로 나눌 수 있으며, 사용하는 나노 재료 및 측정 방법에 따른 차이만 있을 뿐, 독소를 선택적으로 인지하고 포획하는데 항체나 압타머와 같은 생체 수용체와 독소간 면역 반응을 그 근간으로 했다. 하지만, 해양 독소의 경우 일반적인 바이러스나 세균과 같은 항원 물질과는 달리 단일 유기 분자라는 특수성 때문에 항원 결정 부위가 제한적일 수밖에 없어, 2개 이상의 생체 수용체를 활용한 진단법을 사용하기 어렵다는 문제가 있다.
Zhao 등27)은 티오닌-그래핀(TH-G) 나노 복합체를 도입하여 실린드로스퍼맙신(cylindrospermopsin) 검출용 압타머 기반 임피던스 검출법을 발표했다. 해당 방법에서는, 글루타알데하이드(glutaraldehyde)를 가교제로 사용해 압타머를 TH-G로 처리된 유리 탄소 전극(glassy carbon electrode)에 고정화한 후, 일련의 과정을 통해 검출 조건을 최적화했다. 해당 센서는 0.
대상 데이터
분석 목적에 따라 전극의 구성을 달리 할 수 있으나, 대부분의 전기화학 기반의 유해 물질 검출 센서는 주로 용액상에서 검출하는 데 사용되므로 3-전극계 시스템을 사용한다. 해당 실험에서 사용되는 전극은 각각 작업 전극(working electrode), 기준 전극(reference electrode), 상대 전극(counter electrode)이며, 이들은 모두 전위 가변기(potentiostat)에 연결되어 하나의 회로를 구성한다. 작업 전극은 전기화학적 거동을 관찰하고 싶은 물질을 처리한 뒤 전위 가변기를 통해 전극의 전기화학적 환경을 변화시킴에 따라 나타나는 전류 값을 읽어 들이는 전극이다.
이론/모형
특히, 양자점의 경우 유기 단분자 형광체와 비교했을 때 10~100배 높은 몰 흡광 계수를 갖고 있어 센서의 민감도를 높이는 데 큰 기여를 한다47). 분자 각인 기법은 인공적으로 항체와 유사한 구조를 고안하기 위한 한가지 방법으로, 본 연구에서는 역상 에멀션(reverse micro-emulsion) 기법을 통해 형성했다. 보다 자세하게는, 역상 에멀션 환경에서 양자점 표면에 Tetraethyl orthosilicate (TEOS)를 단시간 처리하여 얇은 실리카 층을 형성한 뒤, 표적 물질인 삭시톡신과 3-aminopropyl triethoxysilane를 처리하여 분자 각인을 진행했다.
성능/효과
해당 방식은, 자성 나노 입자와 테트로도톡신이 복합체를 형성함에 따라 안정성이 높아져 1.5시간 이내에 분석을 완료할 수 있었으며, 이는 유럽 식품 안전청 지침 임계치인 44 μg/kg (44 ppb)보다 훨씬 낮은 수준에서 테트로도톡신을 함유한 패류 샘플을 신속하게 식별할 수 있었다.
해당 방법의 최저 검출 한계는 0.076 ng/kg (0.076 ppt)였으며, 이는 기존에 상용화된 Abraxis사의 ELISA 키트보다 500배 낮은 결과였다.
여기서 양자점 나노비드와 금 나노플라워를 같이 사용한 이유는, 양자점 나노비드의 발광 파장이 금 나노플라워의 흡광 파장과 겹쳐 형광 공명 전이(fluorescence resonance energy transfer) 현상으로 인해 양자점 나노비드 주변에 금 나노플라워의 양이 많아질 경우 소광 현상(fluorescence quenching)이 발생하여 동일한 여기 파장하에서 양자점 나노비드의 발광량이 줄어들기 때문이다. 즉, 시료 패드에 테트로도톡신이 있는 검체를 적재하면 측면으로 이동하며 접합 패드에 있는 테트로도톡신 항체로 처리된 금 나노플라워와 결합하게 되고, 검체 내의 테트로도톡신의 양에 따라 검출선에 잔류하는 금 나노플라워의 양이 줄어들어 대조선과 유사한 정도의 형광값을 나타냄으로써 정량적 검출이 가능한 것이다. 이 방법은 8분 이내에 분석이 가능하며 검출 한계가 0.
즉, 시료 패드에 테트로도톡신이 있는 검체를 적재하면 측면으로 이동하며 접합 패드에 있는 테트로도톡신 항체로 처리된 금 나노플라워와 결합하게 되고, 검체 내의 테트로도톡신의 양에 따라 검출선에 잔류하는 금 나노플라워의 양이 줄어들어 대조선과 유사한 정도의 형광값을 나타냄으로써 정량적 검출이 가능한 것이다. 이 방법은 8분 이내에 분석이 가능하며 검출 한계가 0.2 ng/mL (0.2 ppb)로 매우 낮았으며, 기존 방식과 비교해 신호 밝기가 우수하고 간섭 신호도 낮았다.
은 임피던스 기반의 오카다산(okadaic acid, OA) 검출 센서를 구현하기 위해 이를 표적으로 하는 압타머를 발굴한 뒤, 이들의 5’ 말단에 티올(thiol) 작용기로 개질 후 Au-S 결합을 통해 금 전극에 고정화하여 오카다산 검출 센서를 개발했다. 해당 센서는 100 pg/mL에서 60 ng/mL 사이의 오카다산에 대해 선형적인 양상을 나타냈으며, 70 pg/mL (70 ppt)라는 낮은 검출 한계를 보였을 뿐만 아니라 디노피시스 톡신-1과 2와 같은 오카다산 유사체에 대해 교차 반응성을 보이지 않았다. Zhao 등27)은 티오닌-그래핀(TH-G) 나노 복합체를 도입하여 실린드로스퍼맙신(cylindrospermopsin) 검출용 압타머 기반 임피던스 검출법을 발표했다.
삭시톡신의 검출 평가는 해당 독소를 농도별로 위 전극과 반응시킨 뒤, 메틸렌 블루 존재하에 산화/환원 전류를 측정하여 나타나는 전류 값의 변화를 읽어 들임으로써 진행했다. 해당 연구의 경우 압타머가 삭시톡신과 결합함으로 인해 변형된 구조가 전자 이동을 방해하는 요소로 작용해 삭시톡신의 농도에 따른 전류 값이 점차 감소하는 양상을 보였다. 해당 센서의 경우 0.
하지만 검체 내에 오카다산의 농도가 낮아 금 나노입자 표면에 정전기적 인력으로 상호작용하고 있는 압타머가 떨어져 나가지 않을 경우 금 나노 입자의 촉매 효과가 줄어들어 간극을 메울 만큼 성장하지 못하게 되고, 그 결과 전류는 흐르지 않게 되는 것이다. 개발된 센서의 검출 성능 테스트 결과, 5 ppb에서 80 ppb까지의 오카다산의 농도를 검출할 수 있으며, 1 ppb라는 낮은 검출 한계를 보였다.
여기서는 [Fe(CN)6]4-/3-가 포함된 용액에서 사각파 전압 전류법(square wave voltammetry, SWV)으로 전극을 분석했는데, 압타머의 경우 그 뼈대가 음이온의 특성을 갖는 인산기로 되어 있어 전극 위에 잔류하는 압타머의 농도가 높아짐에 따라 같은 음전하를 갖는 [Fe(CN)6]4-/3-에 대한 척력이 발생해 전류값이 낮아지는 것이다. 개발된 센서의 검출 성능 테스트 결과, 0.1 pM에서 1.0 nM이라는 광범위한 검출 범위의 표적 독소를 검출할 수 있으며, 1.9 pM이라는 낮은 검출 한계를 보였다.
발표된 연구에 따르면, 헤드 그룹에 모노티올(monothiol) 내지는 디티올(dithiol) 그룹이 있으며 작용기는 1차 아민으로 구성된 단량체 분자를 말레이미드로 활성화된 플레이트에 처리하여 고정화를 시킨 뒤, 자기조립 분자박막을 형성하여 이를 오카다산 검출에 활용했다. 해당 독소의 경우 한쪽 말단에만 카복실 작용기가 있기 때문에, 분자 박막에 있는 아민작용기와 EDC/NHS 커플링 반응을 통해 아마이드 결합 (amide bond)을 형성함으로써 오카다산의 방향성을 조절할 수 있었고, 간접 ELISA 방식과 유사한 방식으로 오카다산 항체와 HRP로 표지된 이를 인지하는 항체를 사용해 비색 면역 측정법으로 해수에서 1.0 ng/mL (1.0 ppb)이라는 낮은 검출 한계를 보였다. 디티올을 사용해 자기 조립 분자막을 형성했을 경우 모노티올에 비해 면역종 간의 간격이 넓어지고 비특정 결합이 감소한 반면, 모노티올의 경우 시약의 단가가 낮아 검사 비용을 줄일 수 있다.
디티올을 사용해 자기 조립 분자막을 형성했을 경우 모노티올에 비해 면역종 간의 간격이 넓어지고 비특정 결합이 감소한 반면, 모노티올의 경우 시약의 단가가 낮아 검사 비용을 줄일 수 있다. 해당 자기조립 분자박막 기반 면역 측정법은 모든 설사성 패류독소를 선택적으로 검출할 수 있었으며, 일종의 플랫폼 기술로써 수행이 용이하며 비용이 낮다는 장점이 있어 고속대량 스크리닝(high-throughput screening)에 적합한 결과를 얻었다.
분자 각인된 양자점의 성능을 평가하기 위해 표적 독소를 비롯한 다른 물질들과 반응시킨 뒤 형광 분석한 결과, 분자 각인의 결과로 형성된 공동이 삭시톡신의 구조와 일치함에 따라 해당 독소의 경우에서만 검체 내 독소 농도에 따른 형광 감소 현상이 나타났고, 패류 시료에서의 검출 한계는 0.3 μg/kg (0.3 ppb)이었다.
분석에 앞서 시료의 전처리는 해수 시료에 세포파쇄용 버퍼 및 글라스 비드(glass bead)를 사용해 존재하는 유기체들을 파괴시킨 뒤 원심분리로 부유물을 제거하는 방식으로 진행했으며, 해당 시료와 PCR 믹스를 액적 발생기에 적용시킨 뒤 분석했다. 해당 방법을 실제 2017~2018년 대한민국 남해 연안에 적용한 결과, 봄에는 유독성인 A. catenella가 지배적인 종이었고, 여름에는 무독성 A. affine가 주로 서식한다는 사실을 밝히는 데 기여했다.
은 산화 그래핀(graphene oxide, GO) 표면에 마이크로시스틴-LR과 특이적으로 결합하는 RNA를 공유 결합을 통해 고정화 한 뒤 식수 속의 독소 검출에 활용했으며, 개발한 센서의 흡착능과 선택성에 대해 보고했다. 비록 RNA-그래핀 산화 나노 시트의 흡착력은 극한의 pH, 온도, 이온 강도, 자연 유기 물질에서 감소하는 양상을 보였으나, 음용수에 잔존 가능한 핵산 가수 분해 효소나 천연 유기 물질에 대한 뛰어난 내성을 보였다. RNA-GO에 대한 트레이서 펩타이드 독소의 특이적인 흡착을 확인한 결과 0.
비록 RNA-그래핀 산화 나노 시트의 흡착력은 극한의 pH, 온도, 이온 강도, 자연 유기 물질에서 감소하는 양상을 보였으나, 음용수에 잔존 가능한 핵산 가수 분해 효소나 천연 유기 물질에 대한 뛰어난 내성을 보였다. RNA-GO에 대한 트레이서 펩타이드 독소의 특이적인 흡착을 확인한 결과 0.5-1 ng/L라는 낮은 검출 한계를 보이며 MC-LR의 95% 이상이 흡착되는 것을 확인했다. 해당 센서의 선택성을 파악하기 위해 다른 3가지 독소(마이크로시스틴-PP, 마이크로시스틴-LW, 노둘라린)를 대조군으로 실험한 결과 12% 미만이 흡수되는 것을 확인했다.
5-1 ng/L라는 낮은 검출 한계를 보이며 MC-LR의 95% 이상이 흡착되는 것을 확인했다. 해당 센서의 선택성을 파악하기 위해 다른 3가지 독소(마이크로시스틴-PP, 마이크로시스틴-LW, 노둘라린)를 대조군으로 실험한 결과 12% 미만이 흡수되는 것을 확인했다. 이를 통해 RNA-GO 기반의 흡착 센서는 오염수 정화 및 시료 제조 과정에서 작은 분자와 생체 분자를 인지, 농축, 분리하는 데 잠재적으로 유용한 도구가 될 수 있다는 것을 규명했다.
해당 센서의 선택성을 파악하기 위해 다른 3가지 독소(마이크로시스틴-PP, 마이크로시스틴-LW, 노둘라린)를 대조군으로 실험한 결과 12% 미만이 흡수되는 것을 확인했다. 이를 통해 RNA-GO 기반의 흡착 센서는 오염수 정화 및 시료 제조 과정에서 작은 분자와 생체 분자를 인지, 농축, 분리하는 데 잠재적으로 유용한 도구가 될 수 있다는 것을 규명했다.
따라서 독소 종류에 상관없이 주로 1개의 생체 수용체를 사용하는 임피던스법이나 경쟁적 ELISA 기반의 광학 검출 방식들이 대다수를 이뤘다. 경쟁적 ELISA 방식의 경우 독소 물질의 저해제화가 필요한 반면, 임피던스법의 경우 1개의 생체 수용체만으로도 전극에 처리해 센서의 개발이 용이하다는 장점이 있어 가장 많은 예시를 보였으며, 표적 독소에 맞는 생체 수용체를 도입함으로써 다양한 해양 독소 검출 센서 개발에 적용이 가능하다는 잠재성을 보였다.
후속연구
117 ppb)의 낮은 검출 한계를 보였다. 이를 통해 압타머 기반 임피던스법은 종래의 해양 독소 검출법 및 면역학적 방법의 유망한 대안이 될 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ELISA 기법 무엇에 따라 분류되는가?
효소 결합 면역 흡착 검사법은 미지 시료 내 각종 표적 물질들의 정성 및 정량 평가를 위해 사용되는 실험 기법으로, 항원-항체 간 면역 반응을 검출의 근간으로 하며, 효소로 표지된 항원 또는 항체를 사용하여 효소 활성에 따라 나타나는 신호의 강도를 통해 존재 유무를 평가한다13). ELISA 기법은 사용하는 항원, 항체의 종류 및 실험 순서에 따라 크게 네 가지로 분류하며, 각각 직접 ELISA (direct ELISA), 간접 ELISA (indirect ELISA), 샌드위치 ELISA (sandwich ELISA), 경쟁적 ELISA이다 (competitive ELISA) (Fig. 1).
우리나라의 해산물 수요가 증가하는 근본적인 이유는?
음식의 섭취는 신체를 구성하고 유지하는 데 필요한 각종 탄수화물, 지방, 단백질, 미네랄 등과 같은 영양 성분을 공급하기 위한 수단으로, 생명체가 그 존재를 존속함에 있어 필수적인 행위이다. 특히, 해산물의 경우 칼슘과 인, 철분 등의 영양소가 많이 포함되어 있을 뿐만 아니라, 우리 몸에서 자체적으로 생성할 수 없는 해양 오메가3 지방산과 같은 이로운 성분들을 섭취할 수 있다는 장점이 있다1). 최근 우리나라의 국민 소득 수준이 증대됨에 따라 건강에 대한 관심이 높아지게 되었고, 2011년 보고된 식품 외식 경제 유럽 위원회 공동 연구 센터의 보고에서 한국이 연간 인당 78.
효소 결합 면역 흡착 검사법은 무엇인가?
효소 결합 면역 흡착 검사법은 미지 시료 내 각종 표적 물질들의 정성 및 정량 평가를 위해 사용되는 실험 기법으로, 항원-항체 간 면역 반응을 검출의 근간으로 하며, 효소로 표지된 항원 또는 항체를 사용하여 효소 활성에 따라 나타나는 신호의 강도를 통해 존재 유무를 평가한다13). ELISA 기법은 사용하는 항원, 항체의 종류 및 실험 순서에 따라 크게 네 가지로 분류하며, 각각 직접 ELISA (direct ELISA), 간접 ELISA (indirect ELISA), 샌드위치 ELISA (sandwich ELISA), 경쟁적 ELISA이다 (competitive ELISA) (Fig.
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