DNA 앱타머를 사용한 Ag+ 이온의 반복적 검출

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9692(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 논문에서는 미세유체 가열 시스템과 통합된 DNA 앱타머 연결 하이드로겔 생화학 센서를 사용하여 Ag+ 이온의 반복 가능한 검출에 대해 설명합니다. 화합물에 반응하고 감지 가능한 신호를 생성하는 생화학 센서는 현대 사회의 여러 측면에서 중요한 역할을 합니다. 특히, Ag+ 이온을 포함한 독성 물질 등 환경 정보를 반복적으로 측정할 수 있어 환경 개선 효과도 기대할 수 있습니다. DNA 앱타머는 안정성과 화학물질 결합의 선택성 때문에 매력적인 후보입니다. 그러나 기존 DNA 압타머 생화학 센서는 초기화 기능이 없어 반복 측정이 불가능했다. 이러한 문제를 극복하기 위해 우리는 Ag+ 이온의 반복적 검출을 가능하게 하는 미세유체 가열 시스템과 통합된 DNA 압타머 연결 하이드로겔 생화학 센서를 제안했습니다. 결합된 Ag+ 이온은 통합된 미세유체 가열 장치를 통한 가열 및 세척에 의해 해리됩니다. DNA 앱타머 연결 하이드로겔은 다양한 수생 생물에 대한 독성 범위를 포함하여 광범위한 Ag+ 이온 농도(10-5-10mM)를 감지하는 기능을 가지고 있습니다. 마지막으로 Ag+ 이온의 반복 가능한 검출을 시연했습니다. 이러한 결과는 우리가 제안한 생화학 센서가 주변 온도에서 높은 안정성과 낮은 전력 소비로 장기간 모니터링에 사용될 것으로 기대된다는 것을 나타냅니다.

화합물에 반응하고 감지 가능한 신호를 생성하는 생화학 센서는 현대 사회의 여러 측면에서 중요한 역할을 합니다. 인간은 빛, 압력, 온도 또는 습도와 같은 물리적 환경보다 화학적 또는 생물학적 환경에 훨씬 덜 민감하기 때문입니다1. 예를 들어, 대사산물, 금속 이온, 호르몬과 같은 인체 내부의 특정 분자는 사람의 건강을 반영하는 반면, 중금속, 폭발물, 독소를 포함한 환경의 화학 물질은 인간을 포함한 식물과 동물에 영향을 미칠 수 있습니다2,3. 인간의 건강증진과 환경 개선을 위해서는 이러한 생체정보와 환경정보를 장기간에 걸쳐 반복적으로 측정하는 것이 기대된다. 장기간에 걸쳐 반복 가능한 측정을 실현하기 위해 고감도, 반복 가능한 생화학 센서 개발이 기대됩니다.

다양한 종류의 생화학 센서가 개발되었지만4,5,6,7 DNA, RNA 또는 기타 핵산을 감지 요소로 사용하는 기능성 핵산 센서1가 최근 차세대 생화학 센서로 주목받고 있습니다. 기능성 핵산 센서 중 특정 염기서열을 갖고 있는 단일 가닥 DNA인 DNA 앱타머(DNA 앱타머)는 높은 결합 선택성으로 표적 물질에 특이적으로 결합한다는 점에서 많은 주목을 받고 있다. 현재까지 DNA 압타머의 표적물질로는 혈소판유래 성장인자, 트롬빈, 코카인 등의 생물학적 물질과 Ag+ 이온, Hg2+ 이온, Pb2+ 이온, Sr2+ 이온 등의 환경독성 물질 등 다양한 표적물질이 보고되어 있다8,9. 또한, DNA 앱타머는 안정적인 물질입니다. DNA 앱타머는 결합 능력을 잃지 않고 여러 주기 동안 열 변성 및 재생될 수 있습니다1. 이러한 특성을 활용하여 다양한 유형의 DNA 압타머 생화학 센서가 개발되었습니다9,10. 이러한 DNA 압타머 생화학 센서의 대부분은 형광11,12, 전기화학13,14 및 가시 파장15 신호를 출력으로 사용합니다. 그러나 이러한 DNA 압타머 생화학 센서는 표적 분자와 DNA 압타머의 결합을 해리하는 기능이 없기 때문에 표적 분자를 한 번만 측정할 수 있었습니다. DNA 압타머 생화학 센서의 반복적인 측정을 위해서는 DNA 압타머 생화학 센서 내의 표적 분자를 해리 및 제거하여 DNA 압타머 생화학 센서를 초기화하는 것이 필요하다.