초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구진은 환경독성물질인 유기인계 화합물을 고감도로 빠르게 검출하기 위해 전세포 생물촉매 기반의 3차원 나노와이어 센서를 개발을 목표로 연구를 진행하였다. 전세포 생물촉매 기반 센서를 위해 유기인가수분해효소(OPH)의 세포간극 발현 기술을 개발하고, 기존의 나노와이어 센서보다 향상된 성능을 위해 바닥에서 떨어진 형태의 나노와이어 센서제작 기술을 개발했다. 이렇게 개발된 기술들을 이용하여 전세포가 나노와이어에 직접 부착된 형태의 3차원 나노와이어 센서 플렛폼을 완성하였고 유기인계 화합물의 고감도 검출에 성

연구의 목적 및 내용
본 연구진은 환경독성물질인 유기인계 화합물을 고감도로 빠르게 검출하기 위해 전세포 생물촉매 기반의 3차원 나노와이어 센서를 개발을 목표로 연구를 진행하였다. 전세포 생물촉매 기반 센서를 위해 유기인가수분해효소(OPH)의 세포간극 발현 기술을 개발하고, 기존의 나노와이어 센서보다 향상된 성능을 위해 바닥에서 떨어진 형태의 나노와이어 센서제작 기술을 개발했다. 이렇게 개발된 기술들을 이용하여 전세포가 나노와이어에 직접 부착된 형태의 3차원 나노와이어 센서 플렛폼을 완성하였고 유기인계 화합물의 고감도 검출에 성공하였다.
연구결과
먼저 기존의 연구들에서 제안된 나노와이어 센서의 문제점을 해결하고 향상된 성능의 나노와이어 기반의 센서 제작을 위해 Dielectrophoresis (DEP)를 이용하여 전기적으로 나노와이어를 원하는 전극사이에 위치시키는 제작기술과 나노와이어가 바닥에 닿지 않고 떠있는 구조를 고안하여 향상된 성능의 3차원 센서제작 기술을 개발하였다. 바닥에서 떨어진 형태의 나노와이어 센서는 최근까지 보고된 센서들에 비해 2배 이상의 표면적을 제공함으로써 감도를 향상 시킬 수 있으며 대류 및 확산을 극대화 하여 측정 물질이 나노와이어 표면으로 보다 빠르게 전달되어 센서의 반응 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 실재로 Paraoxon과 2차 생성물들의 측정결과 기존의 보고된 논문보다 월등한 반응속도와 높은 감도를 보였다.
전세포 생물촉매 기반 바이오센서를 위해 유기인가수분해효소(OPH)의 세포간극 발현 기술을 개발하였다. 본 연구에서는 기존의 전세포 생물촉매 연구들의 문제점을 극복하고, 또한 차별성 및 우월성을 위하여 OPH 효소를 세포 내부나 세포표면이 아닌 세포외막과 세포내막 사이에 존재하는 공간인 세포간극(periplasm)으로 분비하여 위치시킴으로서 효소의 안전성 문제와 물질전달의 문제점을 함께 해결하였다.
전세포 생물촉매를 3차원 나노와이어 센서플렛폼과 결합하여 전세포 생물촉매를 이용한 3차원 나노와이어 센서 플렛폼을 개발하였다. 감도를 최대한 높이기 위해 촉매인 전세포와 감지부인 나노와이어의 거리를 최소화 하는 방안을 연구하였고 최종적으로 전세포의 DEP 특성과 나노와이어와의 흡착성, 전세포의 생존성을 고려하여 전세포를 나노와이어에 직접 붙일 수 있는 기술을 개발하여 고감도 센서제작을 완성하고 다양한 환경에서 유기인 화합물 측정에 성공하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구에서 개발된 전세포기반의 고성능 바이오센서의 성공적인 개발은 자연환경에 존재하는 미량의 환경독성 유기인 화합물을 친환경적인 방법으로 빠르고 쉽게 검출할 수 있어 화학무기 살포 및 잔류농약의 검출과 같은 분야에 성공적으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 이러한 바이오센서 시스템은 다양한 환경유해물질들의 검출에도 적용시킬 수 있을 것으로 기대한다. 또한 세포를 고정하고 이를 통해 유기인 화합물을 검출하는 일련의 과정들이 모두 마이크로채널 내에서 이루어지므로 Lab on a chip과 같이 통합될 수 있기 때문에 다른 분석장비에 비해 소형화를 실현시킬 수 있으므로 향후 휴대형 소형 센서 개발에도 활용될 수 있을 것이다.

목차 Contents

• 2012년도 중견연구자지원사업 종료과제 연구성과 요약보고서 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 3. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 10
• 4. 연구결과의 활용계획 ... 12
• 5. 연구책임자 대표적 연구실적 ... 13
• 6. 연구성과 ... 14