Boronic acid가 수식화 된 전극을 이용한 전기화학식 HbA_(1c) 바이오센서 기술 개발
Glycosylated Hemoglobin (HbA_(1c)) Biosensor Using Boronic acid-Modified Surface
- 주제(키워드) HbA1c , 전기화학식 바이오센서 , Boronic acid
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 윤현철
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 응용생명공학과정
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 연구에서는 carbohydrate chain의 cis-diol group과 cis-diol interaction으로 특이적인 결합을 하는 boronic acid를 전극 표면에 수식화하여 HbA1c를 전기 화학적으로 측정하였다. 전극 표면에 HbA1c 고정화를 위한 boronic acid를 수식화 하기 위해 cystamine의 amine기와 3-formylphenyl boronic acid 와 합성 (Cys-FPBA)하여 자기조립 단분자막 (SAM)을 형성시켰다. HbA1c는 Glucose oxidase (GOx)를 이용하여 전기 화학적인 신호로 정량화했는데 HbA1c와 GOx는 모두 glycoprotein이기 때문에 별다른 전처리가 없이 boronic acid가 수식화 된 표면에 cis-diol interaction으로 고정화가 가능하다. 실제 HbA1c의 측정은 다양한 농도의 HbA1c 에 일정한 농도의 GOx를 첨가하여 competitive binding assay를 이용했다. HbA1c의 농도가 높아 표면에 많이 고정화 될수록 표면에 남아있는 boronic acid의 잔기가 적어지므로 효소가 고정화 되는 양 또한 적어서 신호는 감소하게 된다. 실험한 결과 HbA1c의 농도가 가장 낮은 0.1 μg/ml에서 대부분의 효소가 고정화되어 3.2 μA의 가장 높은 신호를 보였고 HbA1c의 농도가 높아져 가장 높은 농도인 15 μg/ml에서는 효소가 거의 반응하지 못해 0.9 μA 정도로 가장 작았고 최대 2.3 μA 의 큰 차이를 보였다. 실험을 통해 검출이 가능한 HbA1c의 농도 범위는 10 μg/ml에서 0.1 μg/ml인 것을 알 수 있었다. 이 실험을 통해 HbA1c이외의 당 단백질 그대로 전극표면에 수식화 할 수 있는 전극 표면을 개발하였다. 이는 미리 단백질을 산화시키거나 labeling하는 다른 전처리 과정 없이 간단한 표면 수식만으로 HbA1c이외에도 생체내의 변화의 주요한 지표가 되는 당 단백질을 측정할 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라 여러 가지 당 역시도 측정할 수 있는 바이오 센서로 발전 시킬 수 있어 측정 및 분석 장비에 널리 이용될 수 있을 것이라 기대된다.
more초록/요약
Electrochemical detection method of glycosylated hemoglobin (HbA_(1c)) was developed. The surface of gold electrode surface was functionalized with boronic acid (BA) to prepare HbA1c immobilized electrode. BA is known to form covalent bonds between its diol group and cis-diol group of the carbohydrate chain. In order to modify BA on gold surface, a conjugation of 3-formylphenyl boronic acid and cystamine were performed (Cys-FPBA). Since cystamine has disulfide bond within its structure, it self-assembles itself on the gold surface. HbA1c and GOX were immobilized onto the BA monolayer through its carbohydrate moiety. Each concentration of HbA1c was added a constant concentration of GOX, signals were detected by competition assay. With increasing concentration of HbA1c, 0.1 to 10 μg/ml, the current had decreased linearly. Using this method, glycoprotein is detected without pre-treatment. Also it is not only expected to analyze HbA1c according to its concentration, but also a variety of glycoproteins that contain peripheral sugar group could be applied.
more목차
1. 서론 = 1
1.1. 전기화학식 나노 바이오센서 = 1
1.2. 전극 표면 수식화 방법 = 3
1.3. 당화혈색소 (HbA1c, Glycosylated hemoglobin) = 4
1.4. Boronic acid = 5
1.5. 연구의 목적 = 6
2. 실험의 재료 및 방법 = 8
2.1. 시약 = 8
2.2. Instrumentation = 8
2.3. Dendrimer를 이용한 back-filling assay = 9
2.3.1. Dendrimer layer를 이용한 boronic acid가 수식화된 전극 표면 제작 = 9
2.3.2. Back-filling assay를 위한 HbA1c 고정화와 GOx를 통한 신호검출 = 11
2.4. Cys-FPBA의 합성 = 13
2.5. Cys-FPBA 수식을 위한 효소전극의 준비 = 15
2.6. Cys-FPBA conjugate의 수식화 확인 = 17
2.7. Boronic acid가 수식화된 전극에서의 cis-diol interaction 확인 = 17
2.8. 안정적인 신호 검출을 위한 glucose oxidase 농도의 결정 = 20
2.9. 경쟁반응을 통한 HbA1c의 전기화학적인 측정 = 20
3. 실험방법 및 고찰 = 23
3.1. Boronic acid의 표면 수식화 = 23
3.1.1. Dendrimer layer를 이용한 back-filling assay = 23
3.1.2. Cys-FPBA conjugate를 이용한 boronic acid의 수식화 = 27
3.2. Boronic acid SAM에서의 cis-diol interaction 확인 = 30
3.3. Cys-FPBAconjugate가 수식화된 전극의 GOx 고정화 = 33
3.4. HbA_(1c)/GOx 경쟁반응에 의한 신호 검출 = 35
4. 결론 = 37
5. 참고문헌 = 39
6. Abstract = 43
