Poly(N-isopropylacrylamide)의 열민감성 구조 변환에 기초한 바이오센서의 개발
Development of Biosensors Based on the Heat-sensitive Structural Transition of Poly(N-isopropylacrylamide)
초록/요약
본 연구는 지능형 고분자로 수식된 전극 표면을 제작하여 외부 자극에 의한 생체계면의 조절을 설명하였다. 전극 표면에 열-민감성을 부여하기 위해 모델 효소로서 glucose oxidase (GOX)의 고정화에 대한 계면은 온도 변화에 대하여 폴리머의 기하학적 배열의 신속하고 가역적인 친수성/소수성 변환의 성질을 갖고 있는 poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)에 의해 수식되었다. PNIPAAm의 수식화, GOX의 흡착 그리고 흡착된 GOX의 생체전기촉매반응에 의한 전기화학적 검출을 위한 기초 표면으로서 사용된 덴드리머 단일막은 금 기판 상에 3,3-dithiopropionic acid bis-N-hydroxysuccinimide ester (DTSP)의 자발적 흡착을 이용하여 형성된 아민-반응성 단일막 상에 4세대 폴리아미도아민 덴드리머를 반응시켜 조성되었다. 아민 말단의 덴드리머 단일막으로 PNIPAAm을 수식하기 위해 N-hydroxysuccinimide 에스터기를 포함한 PNIPAAm (NHS-PNIPAAm)을 합성하여 사용하였다. 덴드리머 단일막의 NHS-PNIPAAm 수식화 과정 이후, GOX 고정화는 PNIPAAm의 상변환 온도 (LCST)전후로의 미소 온도 변화에 의한 구조적 변환이 이루어지는 표면에서 수행되었다. GOX의 고정화 수준은 순환전압전류법에 의해 형성된 GOX의 생체전기촉매반응에 대한 신호로부터 결정되었다. PNIPAAm이 나선형과 선형의 모양으로 표면에 존재할 때 GOX의 고정화가 수행된 전극들 중 특정 PNIPAAm의 수식화 정도를 갖고 있는 표면으로부터 각각 상대적으로 큰 신호와 작은 신호가 측정됨을 관찰하였다. 따라서 PNIPAAm의 구조적 전환에 대한 GOX의 고정화 수준들의 의존성은 연구되었다. 이러한 실험을 바탕으로 개발된 두 가지 운용 방식으로부터 GOX의 표면농도가 약 4.96 X 10-13 mol・cm-2의 차이를 갖는 전극들의 제작이 가능하였고 이것은 간단한 운용 온도의 변화에 의해 조절될 수 있었다. 이에 더하여 마이크로 시스템과 연동하였을 때 본 연구의 방법론의 적용 가능성을 검토하기 위해 수 마이크로 크기의 전극 상에서 시험되었으며 마이크로 크기의 온도센서, 히터, 전극들이 결합된 형태의 마이크로디바이스를 이용하여 고정화 수준의 변화를 유발하는 중요한 운전 변수인 온도의 조절을 단일칩 상에서 수행하여 선택적인 GOX의 마이크로패터닝으로 응용되었다.
more목차
Ⅰ. General Introduction = 1
1. 나노바이오센서 = 1
2. 표면 고정화기술 = 2
3. 지능형 폴리머 = 7
4. 연구의 목적 = 11
Ⅱ. PART I Modulation of bioelectrocatalytic signal from enzyme electrodes based on the heat-sensitive structural transition of poly(N-isopropylacrylamide) = 13
1. 서론 = 13
2. 실험의 재료 및 방법 = 16
2.1. 시약 = 16
2.2. Instrumentation = 16
2.3. NHS-PNIPAAm의 합성 = 17
2.4. 합성된 NHS-PNIPAAm의 구조 분석 = 19
2.5. NHS-PNIPAAm의 수식을 위한 효소전극의 준비 = 19
2.6. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)에 의한 표면 분석 = 21 2.7. PNIPAAm의 표면 수식과 PNIPAAm의 두 가지 상(phase)에서의 GOX의 고정화 분석 = 21
2.8. PNIPAAm으로 수식된 효소전극의 신호의 조절 = 22
2.9. 마이크로 패턴된 전극에서 A와 B 모드의 적용과 마이크로 히터에 결합된 GOX의 선택적 마이크로패터닝 = 25
3. 결과 및 고찰 = 27
3.1. NHS-PNIPAAm의 합성과 표면 수식화 = 27
3.2. NHS-PNIPAAm의 열-민감성에 구조 변환에 의한 GOX의 고정화 특성 = 30
3.3. PNIPAAm이 수식된 효소전극의 신호 조절: A mode and B mode = 35
3.4. 마이크로 히터와 결합된 미소 전극에서 GOX의 선택적 패터닝 = 41
4. 결론 = 44
Ⅲ. PART II Selective antigen-antibody interactions by modulating poly(N-isopropylacrylamide) conformations in electrochemical and surface plasmon optical sensors = 46
1. 서론 = 46
2. 실험의 재료 및 방법 = 48
2.1. 시약 = 48
2.2. Instrumentations = 48
2.3. 전기화학식 면역센서의 반응표면조성 = 48
2.4. 전기화학식 면역센서의 신호 조절을 위한 공정 = 51
2.5. 면역침전반응을 이용한 신호 검출법 = 53
2.6. SPR 측정 = 53
3. 결과 및 고찰 = 55
3.1. PNIPAAm의 구조 전환에 기초한 전기화학식 면역센서의 신호 조절 = 55
3.2. SPR 분석과 고정화된 항체의 농도 분석 = 59
4. 결론 = 64
Ⅳ. 참고문헌 = 65
Abstract = 68
