초록 ▼

1. 1차 년도 연구결과(탄소나노튜브 기반 초소형 나노바이오센서 개발)
(1) 탄소나노튜브 고정화 농도 최적화
● 흡착된 탄소나노튜브 농도에 따른 전기화학신호 검출을 정량적으로 파악하고 적합한 탄소나노튜브의 농도를 결정함.

(2) Linker 고정화 농도의 최적화
● 탄소나노튜브 표면에 S. aureus 와 친밀도가 높은 항체를 고정화시키고 탄소나노튜브 자체의 전기적 특성을 유지하기 위하여 적합한 linker를 관련 논문들을 토대로 분석한 결과 1-pyrenebutanoic acid succinim

1. 1차 년도 연구결과(탄소나노튜브 기반 초소형 나노바이오센서 개발)
(1) 탄소나노튜브 고정화 농도 최적화
● 흡착된 탄소나노튜브 농도에 따른 전기화학신호 검출을 정량적으로 파악하고 적합한 탄소나노튜브의 농도를 결정함.

(2) Linker 고정화 농도의 최적화
● 탄소나노튜브 표면에 S. aureus 와 친밀도가 높은 항체를 고정화시키고 탄소나노튜브 자체의 전기적 특성을 유지하기 위하여 적합한 linker를 관련 논문들을 토대로 분석한 결과 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester (PBSE)가 선정되었으며 그 농도는 1.8 mg/mL로 결정함.

(3) 특정 미생물과 항체간의 항원/항체 반응 시 반응속도 및 환경 조건 분석
● Staphylococcus aureus 에 특이적인 항체를 ab20920, Abcam이 적합한 것으로 판단되어 선정하여 실지 특이반응을 실험한 결과 우수한 것으로 확인이 됨.

● S. aureus 과 항체의 반응에서 30분 반응시간으로 실시하였으며 반응에 따른 검출 신호 분석을 통하여 셀 고정화 상태를 전기저항의 신호의 간접적인 방법으로 확인함.

(4) 개발된 나노바이오센서의 기초성능 평가
● 1.5 cm의 정사각형으로 된 소형 크기의 센서 플랫폼을 제작함.

● 미생물 농도에 따른 검출실험으로 본 연구의 탄소나노튜브 기반 나노바이오센서의 선택성과 검출한계 및 검출범위를 분석하였음.

2. 2차 년도 연구결과 (내냉성 유해미생물의 동시 검출을 위한 멀티 나노바이오센서 개발)
(1) 선정된 3 가지 유해 미생물의 항체 고정화 농도 최적화
● S. aureus를 검출용 항체는 그 농도는 0.4㎍/mL로 하였으며 이 농도는 기존의 항체기반 바이오센서 논문에서 많이 쓰이고 있는 농도로 선정하여 S. aureus 검출에 사용됨.

(2) 특정 미생물과 항체간의 항원/항체 반응 시 환경조건 분석
● 특정 미생물인 S. aureus와 Y. enterocolitica 의 항체간의 항원/항체의 특이성 조건 분석은 ELISA 분석으로 실시함.

● 분석 결과 S. aureus는 해당 항체의 활성도가 높아 미생물간의 반응이 아주 우수하였음을 확인함.

(3) 탄소나노튜브 기반 멀티형 나노바이오센서 제작
● 탄소나노튜브 기반 멀티형 나노바이오센서의 제작은 우선 하나의 센서 기판에 하나의 미생물 검출시스템을 구축하여 여러 미생물 검출용 기판을 다채널을 보유한 potentiostat에 연결할 수 있도록 제작하였음.

(4) 특정 미생물들과 각각의 항체들 간의 side effect에 의한 전기화학 반응 분석
● Y. enterocolitica 검출반응 시 전기응답은 오직 표적 미생물에만 높은 응답신호(약 100%)를 나타냈으며 다른 미생물의 반응응답신호는 0.4 이하로 미비하였음.

● 이중 Salmonella typhimmurium은 Y. enterocolitica 검출용 항체와도 다소 반응을 보이는 것으로 밝혀졌지만 통계결과도 Y. enterocolitica 검출 시 높은 전기화학응답신호를 확인할 수 있었음.

(5) 탄소나노튜브 기반 멀티형 나노바이오센서의 센서성능 평가
● 본 연구에서 개발된 탄소나노튜브 기반 멀티형 나노바이오센서의 센서성능 평가는 Y. enterocolitica 인 경우에는, S. aureus 검출보다 센서 감도가 다소 떨어지기는 하지만 농도에 따른 응답신호가 여전히 우수한 것으로 판단되며 검출시간 역시 30분 이내로 검출됨.

● 센서 민감도 조사에서 10³ CFU/mL 에서부터 검출응답신호가 나타나는 것을 확인하였고, 10⁶ CFU/mL 이후에는 거의 비슷한 응답신호를 나타내었음.

● 센서 재생산성(repeatability)에 관한 연구 결과 NaOH 의 염기성 조건에서의 고정화된 링커, 항체, 또는 미생물을 다소 제거되어 전기저항이 감소하는 것을 확인함.

3. 3차년도 연구결과 (나노바이오센서의 센서성능 최적화 및 실제 식품에서의 유해미생물 검출 성능 평가)
(1) 개발된 나노바이오센서의 재활용을 위한 항원항체 분리기술 최적화
● ELISA를 이용하여 Y. enterocolitica 의 수용체로 이용되는 항체의 검출물질과의 결합능력을 확인하였음(그림 4).

● 항체를 재활용하기 위한 연구도 실시한 결과 NaOH 처리를 한번 처리했을 때 저항값이 올라가는 것으로 보아 Y. enterocolitica 가 항체에서 떨어지는 것을 간접적으로 확인하였음(그림 5).

(2) 유해미생물 검출 전 식품시료의 채취 및 전처리 기술 최적화
● 식품시료로 선정된 김치를 바이오센서 검출이 용이하기 위해서 미세필터종이를 시제품 샘플 부분에 부착하여 자연적인 흐름에 의한 전처리의 최적화를 실시함.

(3) 휴대용 나노바이오센서 장치 설계 및 시제품 제작
● 효과적인 검출시스템을 구현하기 위해서 유체 Flow 시스템을 이용하여 전처리와 검출이 순차적으로 자연스럽게 실행될 수 있도록 시제품을 개발함.

(4) 현장에서 식품 유해 미생물 검출 시험 분석 및 최종 센서성능 평가
● 개발된 SWCNTs 기반 바이오센서의 Y. enterocolitica 의 검출대상에 대한 민감도는 10⁴ CFU/mL로 나타났음.

● 개발된 SWCNTs 기반 바이오센서를 이용하여 실제 냉장고에 보관 중이던 김치 속에 존재하는 Y.enterocolitica 를 성공적으로 검출하였음.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 14