초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 “다양한 생화학분자들을 동시에 고감도 검출하는 나노입자/종이기반 마이크로패드 시스템을 이용한 새로운 분석 장치를 개발”을 위하여 종이를 이용하여 마이크로패드를 제작하고, 형광체인 업컨버젼 나노입자와 질화탄소 나노입자 또는 표적 분자와 반응하는 화학적 시스템을 종이표면에 고정화 시킨 후, 형광세기와 색깔의 변화를 통하여 다양한 타겟 분석물에 대한 정량분석을 위한 고감도 분광분석법 확립을 위하여, 새로운 나노입자의 합성 및 고감도 타겟 물질의 정량분석을 3개년에 걸쳐 수행하였다. 이를 위하여 선정한 표적분자

□ 연구개요
본 연구는 “다양한 생화학분자들을 동시에 고감도 검출하는 나노입자/종이기반 마이크로패드 시스템을 이용한 새로운 분석 장치를 개발”을 위하여 종이를 이용하여 마이크로패드를 제작하고, 형광체인 업컨버젼 나노입자와 질화탄소 나노입자 또는 표적 분자와 반응하는 화학적 시스템을 종이표면에 고정화 시킨 후, 형광세기와 색깔의 변화를 통하여 다양한 타겟 분석물에 대한 정량분석을 위한 고감도 분광분석법 확립을 위하여, 새로운 나노입자의 합성 및 고감도 타겟 물질의 정량분석을 3개년에 걸쳐 수행하였다. 이를 위하여 선정한 표적분자를 검출하는 종이 마이크로패드를 디자인 및 제작하고, 스마트폰 카메라를 이용하여 감지된 선정한 표적분자에 대한 형광 세기와 색 변화를 측정하여 정량분석하는 현장용 분석시스템을 확립하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제에서는 (1)그래핀 옥사이드, H₂O₂ 및 TMB의 결합을 기반으로 하는 크롬(VI)의 광학적 검출법 개발을 수행 하였다. TMB 기질은 H₂O₂의 존재 하에 GO의 촉매 작용을 통해 청색으로 변환될 수 있으며, 8-HQ은 수용액에서 중금속 이온의 제거를 크게 향상시킨다. 그러나, 크롬(VI)의 존재 하에서 크롬(VI)에 의해 발색 반응 억제제인 8-HQ이 산화되고 따라서 TMB로부터 청색이 발현되고, 이러한 상호작용을 통하여 크롬(VI)에 대한 선택적이고 고감도의 분광분석법을 개발하였다. (2) 인간과 동물의 체내에서 결핍증을 유발하는 Folic acid를 검출하는 종이 기반 비색 탐침을 개발하였다. RhB-HS 및 Cu²⁺로 구성된 혼합물의 색상은 FA를 첨가한 후 분홍빛에서 진한 분홍색으로 변하여, RhB의 강한 색 회복을 보였으며. RhB-HS 고리에 기인한 FA 종이 기반 비색 탐침의 색 변화가 육안으로도 확인이 가능하였다. (3) 암세포의 세포주기, 세포사멸, 혈관신생, 전이 및 자가 포식에 유의미하게 영향을 미칠 수 있는 Quercetin(QC)를 이트륨 이온(Y³⁺)과의 배위 상호작용을 이용하여 Si 광 다이오드를 사용하여 개발한 Arduino 수제 판독기를 통해 QC–Y³⁺ 복합체의 형광을 전류로 변환하여 얻은 데이터를 기반으로 성공적으로 QC를 검출하는 시스템을 구축하였다. (4) Glutathione(GSH)을 검출하는 새로운 방법을 개발하기 위해 새로운 코어@쉘 구조를 가지는 염료코팅나노입자 (UCNP@RBD)를 합성하였고, 이를 다른 아미노산으로 인한 영향에 대하여 상호 비교하여 선택성을 연구하였으며, UCNP@RBD의 GSH에 대한 우수한 선택성와 비색분석이 가능함을 증명하였다. (5) 환경오염, 산업 및 의약 분야에서 중요하게 여겨지는 아민 화합물을 높은 정확도와 선택적으로 검출하기 위한 일회용, 저비용 종이 기반 탐침을 개발하였고,스마트폰 어플리케이션을 이용하여 기체 아민 화합물에 노출 전/후의 이미지의 RGB 값을 취하여 이를 기반으로 화학계량학적 분석법인 주성분 분석과 위계적 군집 분석를 수행하여 개발한 PADs가 아민 화합물에 대한 우수한 정성-정량 분석능력을 가짐을 보였다.
본 연구의 개발결과들은 현재까지 11편의 SCI논문으로 출판되었으며, 특히 상위 저널인Microchimica Acta (IF=5.479)에 1편, Journal of Industrial and Engineering Chemistry (IF=4.978)에 1편의 논문을 출판하여 논문의 질적인 면에서도 우수한 성과를 통하여, 당초 연구 목표대비 100% 이상의 연구성과를 거두었다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구과제에서 연구개발한 생화학분자 및 유해물질의 현장 분광분석을 위한 고감도 나노입자/종이기반 마이크로 패드 시스템의 개발 연구는 국내외적으로 상당한 관심을 가지고 있으며, 특히 21세기에 들어서면서 건강, 식품 및 환경문제가 날로 복잡하고 다양화되는 동시에 또한, 삶의 질적 향상을 위해 생활 패턴이 변하면서 이들 시료에 대해 빠르면서 정확도와 정밀도가 뛰어난 고감도 분광분석기기의 적용은 필수적인 과제이다. 본 연구에서는 새로운 개념의 나노물질 및 표적 분자 검출 매커니즘을 개발하여 광센서 개발 및 응용연구에 관한 심도있는 연구를 통하여 가장 적절한 실험조건을 확립하였으며, 이를 바탕으로 새로운 초감도 분광 분석 시스템을 개발하여 환경·생체화합물의 정확한 진단과 처리기술의 개발에 대한 기초 자료를 제공할 것으로 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 그래핀 옥사이드, H2O2 및 TMB의 결합을 기반으로 하는 크롬(VI)의 광학적 검출법 개발 ... 5
• 2) Rhodamine B 유도체의 개환형 증폭에 기반한 Folic acid의 고감도 검출을 위한 종이 기반 비색 탐침 개발 ... 7
• 3) 이트륨 이온을 이용한 Quercetin의 고감도 선택적 형광 검출 시스템 개발 ... 9
• 4) 표적분자의 선정 및 분석방안 디자인 ... 11
• 5) 기체 상태의 아민 화합물의 검출을 위한 비색 탐침으로서 pH지시약을 이용한 종이 기반 분석 시스템의 개발 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 16
• 끝페이지 ... 22