초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 제 1 세부과제 (주관) : 잔류농약 검출용 바이오리셉터 개발 및 나노입자에 의한 성능향상 융합기술 개발.
나노입자를 활용한 고감도 신호검출 원천 기술 개발의 일환으로서 금 나노입자의 뭉치화 관측을 통한 농약 검출법과 금 나노입자를 이용한 발광 활성 측정 방법을 개발하였다. 또한 단백질과 금 나노입자를 이용한 잔류농약 검출용 고감도 비색 센서 원천기술도 개발하였다. 이후 여러 가지 농약에 대한 검출 가능성을 확인하고 재현성 확보 및 검출 가능한 농약의 신호에 대한 정량적 검정식을 도출하였다.

Ⅳ. 연구개발결과
1. 제 1 세부과제 (주관) : 잔류농약 검출용 바이오리셉터 개발 및 나노입자에 의한 성능향상 융합기술 개발.
나노입자를 활용한 고감도 신호검출 원천 기술 개발의 일환으로서 금 나노입자의 뭉치화 관측을 통한 농약 검출법과 금 나노입자를 이용한 발광 활성 측정 방법을 개발하였다. 또한 단백질과 금 나노입자를 이용한 잔류농약 검출용 고감도 비색 센서 원천기술도 개발하였다. 이후 여러 가지 농약에 대한 검출 가능성을 확인하고 재현성 확보 및 검출 가능한 농약의 신호에 대한 정량적 검정식을 도출하였다.

2. 제 1 세부 위탁과제 : 농산물 및 가공식품에 잔류하는 농약(유기인계, 카바메이트계, 특이농약) 검출용 DNA 앱타머 10종 이상 개발 및 앱타머 스크리닝 효율 개선을 위한 스크리닝 최적화 연구 및 구조분석을 통한 성능향상 연구.
농산물에 잔류하는 유기인계, 카바메이트계, 농약 선정 및 앱타머 개발을 진행하였다. 농약은 이프로벤포스, 테뷰코나조르 메페나셋, 이나벤파이드, 카프로파미드, 펜시큐론, 에디펜포스 등 벼농사용 농약들을 사전 분석을 통해 선정하였으며, 각각에 특이적으로 결합하는 앱타머를 개발하였다. 개발된 앱타머는 m-fold 프로그램으로 깁스프리에너지를 통한 2차 구조 분석을 진행하였으며, 금 나노입자 기반 색도 분석을 통해 앱타머의 특이성과 결합성 또한 분석하였다. 선별된 앱타머 서열은 모두 특허로 등록하여 앱타머 라이브러리를 구축하였다. 이후 추가적으로 농산물에 잔류하는 농약인 아세타미프리드, 아세페이트, 부타에 대한 앱타머를 추가적으로 스크리닝하여 벼 농약 앱타머와 같은 방법으로 앱타머를 분석 및 특허화하여 라이브러리를 구축하였다.

3. 제 1 협동과제 : 잔류 농약에 대한 검출용 고감도 정성·정량분석용 비색 광학 나노바이오센서 칩(스트립) 개발.
앱타머-효소 복합반응을 이용하여 현장에서 손쉽게 여러 종류의 농약을 손쉽게 동시분석 할 수 있는 다채널 스트립 센서를 개발하였다. 1세부 위탁으로부터 개발된 10여종의 농약 앱타머를 이용하여 정량 및 정성분석법을 최적화하였고, 이를 이용하여 농약 동시 검출시 각각의 특이성과 검출한계를 확인하였다. 실제 시료를 이용한 스트립 센서 모의테스트를 진행하여 문제점을 보완 및 개선하였다. 이후 10종의 농약 별 cut-off value 평가를 진행하였으며 산업화를 위한 scale up 조건도 확립하였다.

4. 제 2 협동과제 : 잔류농약 검출을 위한 광학 신호를 통해 검출성분을 처리하기 위한 신호처리기술 개발.
잔류농약 검출을 위한 휴대형 과학 검출 장치를 고안하였다. CCD 모듈 설계 및 제작과 알고리즘 개발을 하고 PD 측정모듈을 설계하였다. 따라서 휴대형 분광 광학 검출 장치 알고리즘을 구현하여 광학시스템을 제작하였다. 제작한 휴대형 광학 검출 장치에 대한 검증을 하고 스마트폰 application과의 통신을 위한 무선 통신 환경을 구축하였다. 또한, User interface 구현을 위한 임베디드 시스템을 설계 및 제작하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. 1st sub-team (supervision) : Research and development of bio-receptors and improvement of efficiency using nanoparticles for pesticide residues detection
Research was conducted on development of highly sensitive signal detection using nanoparticles. Detection methods based on th

Ⅳ. Results
1. 1st sub-team (supervision) : Research and development of bio-receptors and improvement of efficiency using nanoparticles for pesticide residues detection
Research was conducted on development of highly sensitive signal detection using nanoparticles. Detection methods based on the observations of gold nanoparticlesaggregation and its luminescence intensity were developed. Moreover, antibodies and gold nanoparticles based colorimetric sensor with high sensitivity was developed for the detection of pesticide residues. With this, great positive - 7 - potential of such sensor was confirmed with different types of pesticides and its signal reproducibility was secured with a standard equation for quantification of pesticides. In addition, research was also conducted on specific detection method for Carap using fluorescence dyes and metal ions complex.

2. 1st sub-team commissioned task : Development of more than 10 types of DNA aptmaers specific to pesticide residues (organophosphorous, carbamate and othertypes of pesticides) present in agricultural products and processed food and research on improvement of its efficiency through screening optimization and structure analysis
Organophosphorous and carbamate pesticide residues present in agricultural products were selected and their specific aptamers were developed. These pesticides were selected through pre-anlaysis on pesticides used on rice cultivation such as Iprobenfos, Tebuconazole, Mefenacet, Inabenfide, Carpropamid, Pencycuron and Edifenphos with development on specific binding aptamers. Thesecondary structures of developed aptamers were analyzed by m-fold program based on Gibbs free energy. Moreover, binding affinity and specificity of aptamers were confirmed through colorimetric detection based on gold nanoparticles.
Patents on sequences of selected aptamers were registered and from this, aptamer library was established. Additional screening of aptamers for Acetamiprid, Acephate, and Butachlor was performed and analysis of aptamers was done in the same way.

3. 1st collaborative team : Development of highly sensitive optical nano-biosensor chips (strips) for multiplex real-time detection of pesticide residues
Multiplex strip sensors were developed for real-time analysis of different types of pesticides using apamter-enzyme complex reaction. Aptamers for pesticidesdeveloped from 1st sub-team commission task were used for optimization of quantitative and qualitative analysis and with this, specificity and limit of detection of each pesticide were confirmed. Drawbacks were improved through trial tests on real samples using strip sensors. Afterwards, cut-off value evaluation on 10 types of pesticides was performed and scale-up conditions for industrialization were established.

4. 2nd collaborative team : Development of highly sensitive and portable optical detection system for pesticide residues detection
Portable and optical analyzing device was contrived for pesticide residues detection. Algorithm for design and production of CCD modules was developed and measuring modules were designed. Therefore, optical system was produced through the algorithm. The produced portable device was evaluated and wireless communication system for smart-phone applications was established. Embeded system for materialization of user interface was designed and produced.