1. 「산업기술의 유출방지 및 보호에 관한 법률」 제2조제2호에 따른 국가
핵심기술 관련 연구개발과제를 수행한 경우
2. 「소재ㆍ부품ㆍ장비산업 경쟁력강화를 위한 특별조치법」 제2조 제3호에
따른 핵심전략기술 관련 연구개발과제를 수행한 경우
3. 법 제21조제2항에 따라 보안과제로 분류된 연구개발과제를 수행한 경우
4. 연구개발기관의 장이 해당 연구개발성과에 대하여 지식재산권을 취득
하려는 경우
5. 외국의 정부ㆍ기관ㆍ단체와의 협정ㆍ조약ㆍ양해각서 등에 따라 해당
연구개발기관의 장이 비공개를 요청하는 경우
6. 「대ㆍ중소기업 상생협력 촉진에 관한 법률」 제24조의 2에 따라 중소
기업이 연구개발성과를 임치한 경우
7. 그 밖에 영업비밀 보호 등 정당한 사유가 있는 경우
※ 국가연구개발혁신법 시행령 (2022.1.1 시행)에 의해 추후 공개로 전환될
가능성은 있습니다.
과제관리기관과의 협의를 통하여 비공개 기한(3년)이 만료된 보고서를 공개로
전환할 수 있도록 계속적으로 관리되고 있으며, 현재 비공개 처리된 보고서의
열람이 어려운 점 양해 부탁드립니다.
□ 연구의 목적 및 내용 [제1세부] ◯ 연구의 목적: DDT 인지리간드를 활용한 DDT감지 가시화 기술 및 감지 키트 개발 ◯ 연구개발 내용 1) DDT 인지리간드 탐색 및 감지를 위한 가시화 기술 개발 ...
□ 연구의 목적 및 내용 [제1세부] ◯ 연구의 목적: DDT 인지리간드를 활용한 DDT감지 가시화 기술 및 감지 키트 개발 ◯ 연구개발 내용 1) DDT 인지리간드 탐색 및 감지를 위한 가시화 기술 개발 - DDT인지 결합단백질의 고속 탐색과 효율적 생산 - DDT결합단백질을 이용한 DDT감지 가시화 기술개발 2) DDT 감지의 가시화 및 정량화 기술개발 - 골드나노파티클을 이용한 DDT결합단백질의 표면고정화 - RET현상을 이용한 DDT인지 가시화 - DDT감지 가시화를 통한 정량적 분석기술 개발 3) DDT 모니터링을 위한 감지 키트 개발 - DDT감지 가시화기술을 위한 바이오잉크의 개발 - DDT감지 감지 키트의 개발 - DDT의 현장검출 증명
[제2세부] ◯ 연구의 목적: 본 연구는 유기인계 특이적 감지용 유전자회로 구축 및 저가형 잔류농약 감지 키트 개발을 목적으로 함. 이를 위해서 다음과 같은 세 개의 연구 내용을 수행함. ◯ 연구개발 내용 - 유기인계 농약 분해용 Methyl parathion hydrolase 효소를 장착한 유기인계 농약 감지를 위한 유전자 회로를 구축하고 최적화함. - 유기인계 농약 감지 유전자회로에 다양한 DmpR 변이체를 어레이로 이용하여 유기인계 잔류농약별 감지 특이성 향상 - 3D 프린팅, 아두이노, 스마트폰 앱 활용한 저가형 유해물 모니터링 디바이스 구축 - 감지 키트의 현장 적용을 위한 포장 샘플 조건 탐색 및 검증
[제1협동] ◯ 연구개발 내용 -‘살충제 계란(’17.7)’ 파동으로 농식품 안전관리가 사회 이슈화 - 경산, 영천 유기 양계 농가 DDT 오염 계란은 방사장 토양이 원인으로 판별됨(농진청) - 농업환경 중 유해잔류물질의 효율적인 모니터링 조사를 위해 현장에서 신속하게 이들의 잔류량을 확인할 수 있는 바이오센서 개발 필요 - 개발된 바이오센서의 기존 화학적 분석 및 정밀기기 분석방법과의 비교 검토를 통한 현장 적용성 향상 필요
□ 연구개발성과 [제1세부] 1) DDT결합단백질의 확보 - DDT와 결합하는 다클론항체(pAb) 확보하고 대량정제 특성분석 - DDT와 결합하는 단일클론항체(mAb)를 확보하고 대량으로 생산 - 다클론항체(pAb)보다 비특이적 반응이 감소함을 확인 - DDT 결합단백질의 결합력이 높은 mAb확보 및 DNA 서열 분석 완료 2) 현장 진단용 센서 제작 - DDT 현장 분석을 위한 Lateral flow immunoassay(LFA)센서 제작 - DDT현장분석이 가능한 ELISA개발 완료 3) 소형 형광측정기 사업화 - 소형형광측정기 시제품제작
[제2세부] 1) 개량된 dmpR 유전자와 Fenitrothion 분해 효소 유전자 MPH, 그리고 리포터를 조합한 감지 유전자회로 개발. 1ppm 이하 Fenitrothion 감지능. Fenitrothion 외 EPN, Paraoxon-ethyl 유기인계 성분들의 감지 확인. 기존 기술에 비해 간단한 전처리 및 빠른 감지로 (5시간) 미생물 센서를 이용하므로 저가로 대량의 샘플 처리 가능. 실제 포장시료 감지 작동 확인 및 기기 분석 결과와 높은 유사도 확인 2) 센서 집합체를 사용하여 평균 85% 이상의 유해물 식별 성능을 갖춘 유전자회로 개발. 유해물의 농도를 예측하기 위한 적합도, LOD, dynamic range 등의 지표에서 모두 단일 센서에 비해 향상된 성능 (논문출판 IF 10.256, 특허 우선권 출원 10-2018-0147608) 3) 아두이노 기반 모터/레이저 컨트롤과 3D프린팅을 이용한 맞춤형 프레임 디자인, 그리고 스마트폰을 활용한 이미지 분석시스템 이용하여 휴대형 감지기의 센서에서 발현되는 형광을 원거리에서 감지할 수 있는 바이오융합형 디바이스를 개발함. 농업기술박람회와 (2019.6) 한국생물공학회 추계학술대회 출품 우수상 수상 4) 실제 포장에서 처리한 식물 및 토양 시료에 대한 센서 어레이 검증
[제1협동] - 토양 중 DDT의 작물흡수․이행 및 제거기술 개발 - 기존 잔류성유기염소계농약 검출지역(경산) 정밀조사 - 국내 유기축산 인증 양계농가 및 젖소, 육우 사육농가 방사지 토양, 물,사료작물에 대한 잔류성유기염소계 농약의 노출량 평가 및 안전성 확인 - 대상 작물 및 토양에 대한 spiking 비교시료 조제방법 확립 - 토양 및 작물 시료에 대한 기존 화학적 분석법 및 바이오센서 기술의 비교 분석 - 개발된 바이오센서의 화학적 분석법과의 비교 검토를 통한 개발기술의 현장 적용성 평가 - 유해물질 모니터링 데이터의 신뢰성을 위한 검사방법, 조건 등의 표준화
□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과) - 식품 및 환경에 잔류 중인 DDT의 신속한 감지에 사용되며 저가형 시스템의 간편한 조작법으로 전문가가 아닌 농민 등 일반 사용자들이 활용 가능 - 빠른 응답을 갖는 휴대용 DDT 바이오센서는 샘플내 농약이나 독성물질을 검출로 의료 분야에서 진단과 치료에까지 확장 가능 - 점차 확대되는 오염물질과 오염지역에 대한 감시용 키트를 제품화하여 경제적 가치 창출 기대 - 바이오센서 집합체와 기계학습의 융합을 통한 기존 바이오센서 기술의 식별 한계 극복 - 센서 종류, 기질 농도를 세분하여 추가 데이터를 수집할 경우 높은 성능 향상 기대할 수 있으며 자동화 시스템을 연계해서 빅데이터 수집가능 -고가의 장비 및 다양한 센서 반응을 필요로 하는 오염지역의 고가 장비 대체 가능하며 특히 지뢰, 스마트팜 환경 센서 등 미생물 기반 바이오센서 활용성 극대화 가능 - 농업환경 중 유해오염물질의 관리기준 설정 및 저감화 기초자료 제공 - 방사지, 방목지의 농약유래 잔류성유기오염물질 잔류량 평가 및 관리기준 설정 - 국내 유기농 축산지와 양계농가의 잔류성유기염소계 농약의 잔류성 평가로 POPs 등 유해물질 관련 사건·사고시 생산자(농민)의 불필요한 피해을 줄이고, 소비자(시민)들의 건강 위해 불안 요소 해소
(출처 : 국문 요약문 4p)
Abstract ▼
□ Purpose&Contents ◯ Purposes : Development of monitoring and detection kit for DDT in agricultural environments ◯ Research ...
□ Purpose&Contents ◯ Purposes : Development of monitoring and detection kit for DDT in agricultural environments ◯ Research contents 1) Screening of DDT-binding ligands and technology development of visualization of DDT monitoring - High-throughput screening of DDT-binding proteins and their overproduction - Development of technology to visualize the detection of DDT 2) Visualization of DDT detection and quantification - Immobilization of DDT-binding proteins to the surface of Gold-nanoparticles - Visualization of DDT detection by RET - Development of quantitative analysis of DDT detection 3) Development of DDT detection kit and applications - Development of DDT detection kit - Application to detecting DDT in environmental samples
The purpose of this study is to establish a gene circuit for specific detection of organophosphorus and develop a low-cost pesticide residue detection kit. To this end, the following three studies were conducted. - Constructing and optimizing a gene circuit for detecting organophosphorus pesticides equipped with methyl parathion hydrolase (MPH) enzyme for degradation of organophosphorus pesticides - Improving detection specificity by using finger printing approach with mutant biosensor array - Construction of a low-cost monitoring device using 3D printing, Arduino, and smartphone device
○ In 2017, pesticides were detected in eggs, and agri-food safety management became a social issue. ○ It is necessary to develop a biosensor that can quickly check the residual amount in the field for efficient monitoring and investigation of harmful residues in the agricultural environment. ○ It is necessary to improve the field applicability through comparative review of the developed biosensor with the existing precision instrument analysis method.
□ Results [Project 1] 1) Screening of DDT-binding ligands - Obtaining and characterization of polyclonal DDT-binding antibodies - Obtaining and characterization of monoclonal DDT-binding antibodies - Screeing of DDT-binding monoclonal antibodies with high binding affinity and obtaining of DNA sequences of antibodies 2) Manufacturing of prototype diagnostic DDT detection kit - Making a prototype of lateral flow immunoassay(LFA) sensor - Development of ELISA to monitoring DDT 3) Commercialization of a portable fluorescence detection - Prototype of a portable fluorescence detection device
[Project 2] - Development of a genetic circuit that combines the mutant dmpR gene, the Fenitrothion degrading enzyme gene MPH (Methyl parathion hydrolase), and a reporter. Fenitrothion detection below 1ppm. Detection and identificaiton of organophosphorous components, including EPN, Paraoxon-ethyl, and Fenitrothion. Compared to the existing technology, it shows simple pretreatment and fast detection time (5 hours). - Development of a genetic circuit with an average of 85% true positive rate. Improved performance was shown in comparison to a single sensor in that fitness, LOD, and dynamic range for predicting the concentration of harmful substances (paper publication IF 10.256, patent application 10-2018-0147608) - Developing a low-cost detection device that can detect fluorescence from biosensors. It was developed by an Arduino-based motor/laser control and a customized frame design using 3D printing, and an image analysis system using a smartphone. Received excellence award at the Agricultural Technology Fair and (2019.6) Korea Biotechnology Association Fall Conference
[Project 3] - Development of technology for crop absorption and reduction of DDTs in soil - Investigation residue of OCPs from contaminated area for long term - Confirmation of the safety of the soil from organic livestock farming in Korea - Sample Preparation to Quality Control for Fenitrothion Analysis in Soil and Crop - Comparative analysis of instrument analysis and biosensor technology for soil and crop samples - Standardization of methods and conditions for the reliability of hazardous substance monitoring data
□ Expected Contribution - Ease to use the detection kit to monitoring DDT centents in food and enviromental samples with low price - Expandable to developping a portable DDT biosensors to monitoring pesticides and toxic materials - Economic value creation to introduce the product in the market of diagnostic products to analyse the pollutants in fooods and environmental samples - Overcoming the identification limitations of existing biosensor technology by combining biosensors and machine learning - If additional data is collected by subdividing sensor type and substrate concentration, high performance can be expected. - It is possible to replace expensive equipment. In particular, it can maximize the utilization of microbial-based biosensors such as land mines and smart farm environmental sensors. - Establishment of management standards for hazardous pollutants in agricultural environments and provision of basic data for reduction - Evaluation of residual amount of persistent organic pollutants in radiated land and pasture land and establishment of management standards - Relieving consumers' anxiety about incidents related domestic hazardous substances
