KR101340522B1 - Electrochemical biosensor for analyzing organophosphorus compounds and analytic method of organophosphorus compounds using it - Google Patents

Electrochemical biosensor for analyzing organophosphorus compounds and analytic method of organophosphorus compounds using it Download PDF

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Abstract

본 발명은 금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판과, 시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판 및 자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함하는 유기인산계 화합물 검출용 전기화학적 바이오센서 및 이를 이용하여 분석 대상 시료 내 유기인산계 화합물을 정량 분석하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바이오센서는 외부 반응 없이 하나의 소자만으로 0.05 ppm 수준의 유기인산계 화합물을 검출할 수 있어, 농업, 식품, 군사 분야 등 다양한 분야에서 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
The present invention provides a lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film, a sample inlet, and an upper substrate including a channel providing a moving passage through which a sample can contact the fixed electrode, and a magnet to fix magnetic particles. The present invention relates to an electrochemical biosensor for detecting an organophosphate compound including a magnet part, and a method for quantitatively analyzing an organophosphate compound in a sample to be analyzed using the same.
Biosensor of the present invention can detect the organic phosphoric acid compound of 0.05 ppm level with only one device without an external reaction, it is expected that it can be widely applied in various fields such as agriculture, food, military.

Description

유기인산계 화합물의 검출을 위한 전기화학적 바이오센서 및 이를 이용한 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법{Electrochemical biosensor for analyzing organophosphorus compounds and analytic method of organophosphorus compounds using it}Electrochemical biosensor for analyzing organophosphorus compounds and analytic method of organophosphorus compounds using it}

본 발명은 다중의 효소 반응을 유도하여 전기화학적 신호를 분석할 수 있는 유기인산계 화합물 검출용 전기화학적 바이오센서 및 이를 이용하여 분석 대상 시료 내 유기인산계 화합물을 정량 분석하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrochemical biosensor for detecting an organic phosphate compound capable of inducing an electrochemical signal by inducing multiple enzymatic reactions, and a method for quantitatively analyzing an organophosphate compound in a sample to be analyzed using the same.

유기인산계(organophosphorus) 화합물은 인체에 매우 유해한 성분이므로 여러 분야에서 이를 분석하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 일반적으로 유기인산계 화합물의 검출을 위해서는 HPLC와 GC를 이용한 물질 분석 기법이 널리 이용되고 있다. 상기 분석 방법은 해당 샘플을 매우 정밀하고 정확하게 분석할 수 있다는 장점이 있으나, 고가의 장비와 훈련된 인력, 긴 분석 시간을 필요로 하므로 일상생활에서 일반적으로 이용하기에는 많은 어려움이 존재한다. 반면 바이오센서를 이용한 분석기법의 경우, HPLC나 GC등의 분석기법에 비해 정밀도는 떨어지지만 휴대가 간편하고 일반인들도 쉽고 빠르게 분석물질을 검출할 수 있다는 점에서 일상생활에의 사용이 용이하다. Organophosphorus compounds are very harmful to the human body, so various attempts have been made to analyze them in various fields. In general, a material analysis technique using HPLC and GC is widely used for the detection of organophosphate compounds. Although the analytical method has the advantage of analyzing the sample very precisely and accurately, there are many difficulties in general use in daily life because it requires expensive equipment, trained manpower, and long analysis time. On the other hand, analytical methods using biosensors are less accurate than analytical methods such as HPLC or GC, but are easy to carry and can be easily used in everyday life because they can detect analytes quickly and easily.

유기인산계(organophosphorus) 독성 화합물의 검출 바이오센서 시스템에는 주로 아세틸콜린 에스테라아제(acetylcholine esterase, AChE)가 사용되어 왔다. 초기단계의 연구에서는 아세틸티오콜린(acetylthiocholine, ATCh)을 기질로 하는 AChE 단일효소 시스템을 이용하였는데, 이때의 효소반응산물인 티오콜린(thiocholine)은 광학적, 전기화학적 방식으로 측정이 가능하다. 광학적 측정 방식은 설프히드릴(sulfhydryl, -SH) 잔기를 검출할 수 있는 "Ellman reaction"을 이용하는 방식이 널리 이용되고 있다. 설프히드릴 잔기를 가진 티오콜린이 2,2′-dinitro-5,5′-dithiobenzoic acid (DTNB)와 발색을 일으키는 반응을 이용하여 AChE에 의해 분해된 티오콜린을 정량함으로써 효소의 활성도를 측정할 수 있다. 전기화학적 측정방식에 있어서 티오콜린은 전기화학적 활성을 가진 물질로 전류전압측정법을 통해 직접적인 측정이 가능하다. 하지만 티오콜린의 직접적인 산화를 위해서는 높은 전위가 요구되므로 샘플 내에 존재하는 다른 물질들의 부반응이 발생하여 진기화학적인 신호에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 최근에는 이와 같은 부반응을 해결하기 위해 AChE와 함께 콜린 옥시다아제(choline oxidase, ChOx)를 사용하는 이중효소 시스템을 적용하는 측정방식이 연구되고 있다. 아세틸콜린(acetylcholine, ACh)을 기질로 이용하여 AChE와 반응시켜 콜린(Ch)을 생성한 후 전류전의 연속적인 효소반응에 의해 콜린은 최종적으로 베타인(betaine)과 과산화수소(H2O2)로 분해된다. 생성된 과산화수소를 이용한 1세대형 바이오센싱이 가능하며, 유기인산에 의해 저해된 AChE의 활성을 생성된 과산화수소를 정량하여 유기 인산의 농도를 알 수 있다. 하지만 이 경우 역시 과산화수소의 산화를 위해 높은 산화 전위를 인가해 주어야 하므로, 전극 종류의 제약을 받을 수 있으며, 부반응 또한 유도될 수 있다. 기존의 AChE저해 기반의 유기인산계 화합물 반응시스템은 유기인산과 AChE의 반응, AChE와 ACh의 반응, 그리고 반응물의 전기화학적 측정의 3단계로 구성되어 진행되는데, 이러한 반응들이 각각 독립적으로 진행되므로 현장 진단용으로는 적용하기 어려운 문제가 있다. Detection of Organophosphorus Toxic Compounds Mainly acetylcholine esterase (AChE) has been used in biosensor systems. In the early stages of study, AChE monoenzyme system based on acetylthiocholine (ATCh) was used. The enzyme reaction product, thiocholine, can be measured by optical and electrochemical methods. As the optical measuring method, a method using an "Ellman reaction" capable of detecting sulfhydryl (-SH) residues is widely used. The activity of the enzyme can be measured by quantifying thiocholine decomposed by AChE using a reaction that causes thiocholine with sulfhydryl residues to develop color with 2,2′-dinitro-5,5′-dithiobenzoic acid (DTNB). Can be. In the electrochemical measurement method, thiocholine is an electrochemically active substance, which can be directly measured through voltammetry. However, the direct oxidation of thiocholine requires a high potential, which can cause side reactions of other substances in the sample, which can negatively affect the quasi-chemical signal. Recently, in order to solve such side reactions, a method of applying a dual enzyme system using choline oxidase (ChOx) together with AChE has been studied. Acetylcholine (ACh) is used as a substrate to react with AChE to produce choline (Ch), and then choline is finally converted into betaine and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by continuous enzymatic reaction before current. Decompose First generation biosensing using the generated hydrogen peroxide is possible, and the concentration of organic phosphoric acid can be determined by quantifying the generated hydrogen peroxide, which is the activity of AChE inhibited by organic phosphoric acid. However, in this case, too, a high oxidation potential must be applied for the oxidation of hydrogen peroxide, which may limit the type of electrode and induce side reactions. The existing AChE inhibition-based organophosphate compound reaction system consists of three steps: reaction of organic phosphoric acid and AChE, reaction of AChE and ACh, and electrochemical measurement of reactants. There is a problem that is difficult to apply for diagnostic purposes.

따라서 보다 단순하면서도 정확성이 우수한 유기인산계 화합물의 전기화학적 측정 방법이 요구되는 실정이다.
Therefore, a simpler and more accurate method of electrochemical measurement of organophosphate compounds is required.

이에, 본 발명자들은 간편하면서도 정확한 유기인산계 독성화합물을 정량 분석 방법을 개발하고자 연구, 노력한 결과, 아세틸콜린 에스테라아제와 콜린 옥시다아제의 연계 효소 반응을 유도하여 전기화학적 신호를 검출하고 이를 통하여 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석이 이루어질 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the present inventors have conducted research and efforts to develop a simple and accurate method for quantitative analysis of organophosphate toxic compounds. As a result, the present inventors induced an enzymatic reaction of acetylcholine esterase and choline oxidase to detect an electrochemical signal, and thereby the organic phosphorus in the sample. The present invention has been completed by the discovery that quantitative analysis of acidic compounds can be made.

따라서 본 발명은 금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판과, 시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판 및 자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함하는 유기인산계 화합물 검출용 전기화학적 바이오센서를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention provides a magnet for fixing a magnetic substrate and an upper substrate including a lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film, a sample inlet, and a channel providing a moving passage through which a sample can contact the fixed electrode. An object of the present invention is to provide an electrochemical biosensor for detecting an organophosphate compound including a magnet part including a magnet part.

또한 본 발명은 상기 바이오센서에 콜린 옥시다아제(ChOx), 아세틸콜린 에스테라아제(AChE) 자성 입자, 기질 시료 및 분석 대상 시료를 차례로 투입하고, 그에 따른 전기화학적 신호를 분석하여 분석 대상 시료 내 유기인산계 화합물의 정량적으로 분석하는 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention is introduced into the biosensor choline oxidase (ChOx), acetylcholine esterase (AChE) magnetic particles, the substrate sample and the sample to be analyzed in turn, and analyzed the electrochemical signal according to the organophosphate compound in the sample to be analyzed It is another object to provide a method for quantitative analysis of analyses.

본 발명은 The present invention

금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판; A lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film;

시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판; 및An upper substrate including a sample inlet and a channel providing a moving passage through which the sample may contact the fixed electrode; And

자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함하는 것을 유기인산계 화합물 검출용 전기화학적 바이오센서를 그 특징으로 한다. An electrochemical biosensor for detecting an organic phosphate compound is characterized by including a magnet part including a magnet to immobilize magnetic particles.

또한 본 발명은,Further, according to the present invention,

1) 상기 바이오센서의 시료 투입구에 콜린 옥시다아제를 투입하여 금 전극에 고정시키는 단계;1) inserting choline oxidase into the sample inlet of the biosensor and fixing it to a gold electrode;

2) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자를 투입한 후 세척하는 단계;2) washing the acetylcholine esterase magnetic particles into the sample inlet and then washing them;

3) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출하고 세척하는 단계;3) inserting a substrate sample containing acetylcholine and an electron transporter into the sample inlet, detecting and washing an electrochemical signal;

4) 상기 시료 투입구에 분석 대상 시료를 투입하여 반응시키는 단계; 4) adding a sample to be analyzed in the sample inlet and reacting;

5) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출하는 단계; 및5) inserting a substrate sample containing acetylcholine and an electron carrier into the sample inlet and detecting an electrochemical signal; And

6) 상기 제 3)단계 및 제 5)단계의 전기화학적 신호를 비교하는 단계6) comparing the electrochemical signals of steps 3) and 5)

를 포함하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법을 또 다른 특징으로 한다.
It is another feature of the quantitative analysis method of an organic phosphate compound in a sample comprising a.

본 발명의 바이오센서는 외부 반응 없이 하나의 소자만으로 0.05 ppm 수준의 유기인산계 화합물을 검출할 수 있어, 농업, 식품, 군사 분야 등 다양한 분야에서 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
Biosensor of the present invention can detect the organic phosphoric acid compound of 0.05 ppm level with only one device without an external reaction, it is expected that it can be widely applied in various fields such as agriculture, food, military.

도 1은 바이오센서의 고정 전극에 콜린 옥시다아제가 고정화된 형태를 도식화한 것이다.
도 2는 아세틸콜린 에스테라아제 자성입자를 도식화한 것이다.
도 3은 아세틸콜린 에스테라아제 자성입자가 자석에 의하여 고정 전극 위에 고정화되는 모습을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 바이오센서의 하부 기판을 도식화한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바이오센서의 상부 기판을 도식화한 평면도이다.
도 6은 상기 하부 기판과 상부 기판이 결합된 바이오센서를 도식화한 평면도이다.
도 7는 실시예 1에서 측정된 다이아지논의 농도를 실제 농도와 비교한 그래프이다.
도 8은 실시예 2에서 변경된 자석의 위치를 도식화한 평면도이다.
도 9는 자석의 위치에 따른 볼타모그램(Voltammogram)을 비교한 그래프이다.
도 10은 자석의 위치에 따라 400mV에서의 전류를 비교한 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a form in which choline oxidase is immobilized on a fixed electrode of a biosensor.
Figure 2 is a schematic of the acetylcholine esterase magnetic particles.
3 is a diagram illustrating a state in which acetylcholine esterase magnetic particles are immobilized on a fixed electrode by a magnet.
4 is a plan view schematically illustrating a lower substrate of the biosensor of the present invention.
5 is a plan view schematically illustrating the upper substrate of the biosensor of the present invention.
6 is a plan view schematically illustrating a biosensor in which the lower substrate and the upper substrate are combined.
7 is a graph comparing the concentration of diazinon measured in Example 1 with the actual concentration.
8 is a plan view schematically illustrating the position of the magnet changed in Example 2. FIG.
9 is a graph comparing a voltammogram according to the position of a magnet.
10 is a graph comparing the current at 400mV according to the position of the magnet.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판과, 시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판 및 자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함하는 유기인산계 화합물 검출용 전기화학적 바이오센서 및 이를 이용하여 분석 대상 시료 내 유기인산계 화합물을 정량 분석하는 방법에 관한 것이다. The present invention provides a lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film, a sample inlet, and an upper substrate including a channel providing a moving passage through which a sample can contact the fixed electrode, and a magnet to fix magnetic particles. The present invention relates to an electrochemical biosensor for detecting an organophosphate compound including a magnet part, and a method for quantitatively analyzing an organophosphate compound in a sample to be analyzed using the same.

먼저 상기 바이오센서는 금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판; 시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판; 및 자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함한다. First, the biosensor comprises: a lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film; An upper substrate including a sample inlet and a channel providing a moving passage through which the sample may contact the fixed electrode; And a magnet including a magnet to fix the magnetic particles.

상기 금 박막이 패턴화된 고정 전극은 아세틸콜린 에스테라아제와 콜린 옥시다아제가 고정되어 효소 연계 반응이 유도되어야 하는 바, 각각의 효소에 대한 고정화가 필수적이다. 따라서 상기 효소의 고정화를 위하여 특정 반응기를 가지는 자기조립 단층막(self assembly monolayer, SAM)을 형성시키는 것이 바람직하다. 상기 자기조립 단층막은 시스타민(Cystamine), 시스테아민(Cysteamine) 및 4-아미노티오페놀(4-Aminothiophenol) 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 처리하여 형성될 수 있다. In the fixed electrode patterned with the gold thin film, acetylcholine esterase and choline oxidase are immobilized to induce an enzyme-linked reaction. Therefore, immobilization of each enzyme is essential. Therefore, it is preferable to form a self assembly monolayer (SAM) having a specific reactor for the immobilization of the enzyme. The self-assembled monolayer film may be formed by treating one or more compounds selected from cystamine, cysteamine, and 4-aminothiophenol.

또한 상기 하부 기판에는 전기화학 측정 장비가 연결될 수 있는 전극을 포함하여 전기화학적 신호를 검출할 수 있도록 한다. In addition, the lower substrate includes an electrode to which an electrochemical measuring device can be connected to detect an electrochemical signal.

한편, 투명한 성질의 고분자 또는 유리 계열의 소재로 제조되는 상부 기판은 시료 투입구와 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함한다. On the other hand, the upper substrate made of a transparent polymer or glass-based material includes a sample inlet and a channel for providing a moving passage for contacting the sample to the fixed electrode.

특히 채널의 바람직한 일례로 상기 채널의 미세 유로는 시료 주입구로부터 시료의 흐름을 제어하는 제어부, 고정 전극으로부터 신호를 검출할 수 있는 신호 검출부, 세척용액의 주입구, 폐용액 저장소 및 공기 배출구 등으로 이루어질 수 있다. In particular, the channel is a fine channel of the channel may be made of a control unit for controlling the flow of the sample from the sample inlet, a signal detector for detecting a signal from the fixed electrode, the inlet of the cleaning solution, the waste solution reservoir and the air outlet, etc. have.

상기 채널에서는 시료 주입구를 통하여 각 시료가 주입되고, 세척 시에는 세척용액을 세척용액의 주입구에 투입한다. In the channel, each sample is injected through the sample inlet, and during washing, the washing solution is introduced into the inlet of the washing solution.

상기 채널을 이루는 소재로는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 석영(Quartz), 유리 등이 사용될 수 있다. The material forming the channel may be PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethylmethacrylate), polycarbonate, polystyrene, quartz (Quartz), glass, and the like.

상기 상부 기판과 하부 기판은 통상적인 방법을 통하여 결합될 수 있으나, 바람직하게는 하부 기판에의 플라즈마 처리를 통하여 상부 기판과 결합시키는 것이 좋다. The upper substrate and the lower substrate may be combined through a conventional method, but preferably, the upper substrate and the lower substrate are combined with the upper substrate through a plasma treatment on the lower substrate.

또한, 본 발명의 바이오센서는 자성 입자를 고정시킬 수 있는 자석을 필수 구성으로 포함한다. 상기 자석은 일반적으로 통용되는 영구자석이면 그 사용이 제한되지 않으며, 두께는 5mm 이하, 지름은 1cm 이하의 크기의 자석을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 자석은 하부 기판 하단에 위치하도록 하되 전기화학적 신호 수준을 고려하여 그 위치는 조절할 수 있으나, 자성 입자의 위치가 전극으로부터 가까울수록 신호가 크게 검출되므로 가장 바람직하게는 상기 자석은 고정 전극 하부에 위치하도록 하는 것이 좋다. In addition, the biosensor of the present invention includes a magnet capable of fixing the magnetic particles as an essential configuration. If the magnet is generally a permanent magnet commonly used, its use is not limited, and it is preferable to use a magnet having a thickness of 5 mm or less and a diameter of 1 cm or less. The magnet may be positioned at the bottom of the lower substrate, but the position thereof may be adjusted in consideration of the electrochemical signal level. However, since the signal is detected more as the position of the magnetic particles is closer to the electrode, the magnet may be disposed below the fixed electrode. It is a good idea to position them.

본 발명은 상기 바이오센서를 이용하여 시료 내 유기인산계 화합물을 정량 분석하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method for quantitatively analyzing an organophosphate compound in a sample using the biosensor.

먼저 바이오센서의 시료 투입구에 콜린 옥시다아제(ChOx)를 투입하여 금 전극에 고정시킨다. 이 때, 금 전극에 형성된 자기조립 단층막이 형성되는 경우 표면에 형성된 반응기에 의하여 효소의 고정화가 보다 유리하게 이루어질 수 있고, 특히 결합지지체 고분자나 바인더를 콜린 옥시다아제와 혼합하여 투입하는 경우 반응기와 효소 사이의 공유 결합이 유도되어 상기 고정화가 더욱 잘 일어난다. 상기 결합지지체 고분자로는 폴리-L-리신(PLL), 폴리-L-오르니틴(Poly-L-ornithine), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 및 키토산(Chitosan) 중에서 선택된 1종 이상의 고분자가 사용될 수 있으며, 상기 바인더로는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 디석시니미딜 타르트레이트(Disuccinimidyl tartarate, DST) 및 비스[술포석시니미딜]수베레이트(Bis[sulfosuccinimidyl] suberate, BS3) 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다. First, choline oxidase (ChOx) is added to the sample inlet of the biosensor and fixed to the gold electrode. In this case, when the self-assembled monolayer film formed on the gold electrode is formed, the immobilization of the enzyme may be more advantageously achieved by a reactor formed on the surface. In particular, when the binding support polymer or binder is mixed with choline oxidase, Covalent bonds are induced, leading to better immobilization. As the binding support polymer, one or more polymers selected from poly-L-lysine (PLL), poly-L-ornithine, polyethyleneimine, and chitosan may be used. The binder may be at least one compound selected from glutaraldehyde, disuccinimidyl tartarate (DST), and bis [sulfosuccinimidyl] subberate (Bis [sulfosuccinimidyl] suberate (BS 3 )). Can be used.

상기 콜린 옥시다아제가 금 전극에 고정된 것을 도식화하여 도 1에 나타내었다. The choline oxidase is fixed to the gold electrode is shown in Figure 1 shown.

다음, 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 에스테라아제(AChE) 자성 입자를 투입하고, 상기 입자는 자석에 의하여 특정 위치에 고정화된다. 상기 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자는 자성 입자와 아세틸콜린 에스테라아제를 혼합하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 자성 입자의 재질은 철 산화물(Iron oxide), 니켈 산화물(Nickel oxide) 및 철-니켈 산화물(Iron-nickel oxide) 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 지름이 1 ~ 10 ㎛ 범위에 있는 입자를 사용하는 것이 좋다. 또한 상기 자성 입자는 아세틸콜린 에스테라아제와의 효과적인 공유결합 형성을 위하여 표면에 아민기, 카르복실레이트기, 알데하이드기, 말레이미디기, N-하이드록시석신이미드기(N-hydroxysuccinimide, NHS) 등이 노출되도록 표면 처리하여 사용하는 것이 바람직하다.Next, an acetylcholine esterase (AChE) magnetic particle is introduced into the sample inlet, and the particle is immobilized at a specific position by a magnet. The acetylcholine esterase magnetic particles may be prepared by mixing magnetic particles and acetylcholine esterase. At this time, the material of the magnetic particles is preferably selected from iron oxide (Iron oxide), nickel oxide (Nickel oxide) and iron-nickel oxide (Iron-nickel oxide), the particles having a diameter in the range of 1 ~ 10 ㎛ It is good to use In addition, the magnetic particles include an amine group, a carboxylate group, an aldehyde group, a maleimide group, an N-hydroxysuccinimide group (NHS), and the like on the surface to form an effective covalent bond with an acetylcholine esterase. It is preferable to use it by surface treatment so that it may be exposed.

상기 아세틸콜린 에스테라아제의 고정화 과정을 도식화하여 도 2 및 3에 나타내었다. The immobilization process of the acetylcholine esterase is shown in FIGS. 2 and 3.

상기 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자를 투입하고 세척용액을 투입하여 세척하며, 본 발명에서 세척용액은 pH 6 ~ 9 사이의 인산 완충용액(Phosphate buffer solution) 등이 사용될 수 있다. The acetylcholine esterase magnetic particles are added and washed by adding a washing solution. In the present invention, the washing solution may be a phosphate buffer solution (Phosphate buffer solution) between pH 6-9.

이후 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출한다.  Thereafter, a substrate sample containing acetylcholine and an electron carrier is introduced into the sample inlet, and an electrochemical signal is detected.

상기 아세틸콜린은 미리 투입된 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자의 표면에서 효소 반응에 의하여 콜린으로 변환되며, 상기 콜린은 콜린 옥시다아제가 고정된 금 전극에서 산화되어 전기적 신호를 나타내게 된다. 상기 아세틸콜린은 0.1 ~ 2.0 mM 의 농도로, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.0 mM의 농도로 투입되는 것이 적절한 신호 검출에 있어 유리하다. The acetylcholine is converted to choline by an enzymatic reaction on the surface of the acetylcholine esterase magnetic particles introduced in advance, and the choline is oxidized at a gold electrode to which choline oxidase is fixed to display an electrical signal. The acetylcholine is added at a concentration of 0.1 to 2.0 mM, more preferably at a concentration of 0.5 to 1.0 mM, which is advantageous for proper signal detection.

한편 전기화학적 신호를 검출하는 데 있어서는 순환 전압전류법(Cyclic voltammetry)이 이용된다. 순환 전압전류법은 전기화학적인 신호 검출 방법으로 널리 사용되는 방법으로, 분광학적 방법 등과 같은 다른 방법에 비하여 시스템이 간단하여 저렴한 가격으로 센서 및 시스템을 제작할 수 있어서 유리하다. 순환 전압전류법을 통해 상기 전극으로부터의 전기화학적 신호를 검출하기 위하여, 상기 전극을 작업 전극으로 이용하고, 은/염화은 기준 전극, 그리고 백금선 전극을 보조 전극으로 하는 삼전극계를 구성하여 신호 검출을 행한다. 순환 전압전류법을 수행하는 데 있어서, 측정을 위한 탐지 물질로는 전기활성을 갖는 수용성의 많은 물질들이 유용하다. 이를 위하여 상기 전자전달체가 전기화학적 활성종으로 사용되고, 상기 전자전달체로는 페로센 유도체, 페리시안 화합물 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 페로센 메탄올, 페리시안화 칼륨(Potassium ferricyanide; K3[Fe(CN)]6) 또는 페리시안화 나트륨(Sodium ferricyanide; Na3[Fe(CN)]6)을 사용하는 것이 좋고, 전해질 용액 내에 수밀리몰 이하의 농도가 되도록 조제하여 사용한다. Cyclic voltammetry is used to detect electrochemical signals. Cyclic voltammetry is a method widely used as an electrochemical signal detection method, and it is advantageous to manufacture a sensor and a system at a low cost because the system is simpler than other methods such as spectroscopic methods. In order to detect an electrochemical signal from the electrode through cyclic voltammetry, the electrode is used as a working electrode, and a three-electrode system including a silver / silver chloride reference electrode and a platinum wire electrode as an auxiliary electrode is used for signal detection. . In carrying out cyclic voltammetry, many of the water-soluble materials having electroactivity are useful as detection materials for measurement. To this end, the electron transporter is used as an electrochemically active species, and as the electron transporter, a ferrocene derivative, a ferricyanide compound, or the like may be used. Preferably, the ferrocene methanol, potassium ferricyanide (K 3 [Fe (CN)) ] 6 ) or sodium ferricyanide (Na 3 [Fe (CN)] 6 ) is preferably used and prepared to have a concentration of several millimoles or less in the electrolyte solution.

상기 순환 전압전류법을 수행하여 검출된 전기화학적 신호로부터 얻어지는 전압전류의 파형의 변화 또는 최대 전류값의 변화를 측정하여 신호를 정량 수치화한다.The cyclic voltammetry is performed to measure the change in the waveform of the voltage current obtained from the detected electrochemical signal or the change in the maximum current value to quantify the signal.

상기 과정에 의한 전기화학적 신호가 검출되면, 다시 세척 과정을 거친 후 실제 분석 대상이 되는 유기인산계 화합물을 포함하고 있는 분석 대상 시료를 시료 투입구에 투입한다. 이 때 분석 대상 시료의 투입 후 3 ~ 10 분간 시간을 두어 반응이 진행되도록 유도함이 바람직하다. When the electrochemical signal by the above process is detected, the sample to be analyzed is added to the sample inlet including the organophosphate compound to be actually analyzed after being washed again. At this time, it is preferable to induce the reaction to proceed for 3 to 10 minutes after the addition of the sample to be analyzed.

그리고 다시 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출한다. 상기 전기화학적 신호와 분석 대상 시료의 투입 전 검출된 전기화학적 신호와 대비하여 분석 대상 시료의 투입에 따른 저해 정도를 확인하면 시료 내 유기인산계 화합물의 농도를 정량할 수 있다.
In addition, a substrate sample containing acetylcholine and an electron transporter is added thereto, and an electrochemical signal is detected. When the degree of inhibition according to the input of the sample to be analyzed is compared with the detected electrochemical signal before the input of the sample to be analyzed, the concentration of the organophosphate compound may be quantified.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

제조예 : 바이오센서의 제조Preparation Example: Preparation of Biosensor

상기 바이오 센싱 칩은 금 박막이 패턴화된 고정 전극(110)과 전기화학적 신호의 분석기 연결용 패드(120)를 포함하는 하부 기판(100)과 PDMS 재질의 미세유로를 포함하는 상부 기판(200)으로 이루어진다(도 4 및 5). The bio-sensing chip includes a lower substrate 100 including a fixed electrode 110 patterned with a gold thin film and a pad 120 for connecting an analyzer of an electrochemical signal, and an upper substrate 200 including a microchannel of PDMS material. (Figs. 4 and 5).

상기 상부 기판은 시료가 주입되는 시료 주입구(210), 시료의 흐름을 제어하는 제어부(220), 신호가 검출되는 부분인 신호 검출부(230), 세척 용액을 주입하는 세척 용액 주입구(240), 폐용액이 저장되는 저장소(250) 및 공기가 배출될 수 있는 배출구(260)로 이루어져 있다. The upper substrate includes a sample injection port 210 into which a sample is injected, a control unit 220 controlling a flow of a sample, a signal detection unit 230 at which a signal is detected, a cleaning solution injection port 240 to inject a cleaning solution, and a waste It consists of a reservoir 250 in which the solution is stored and an outlet 260 through which air can be discharged.

한편, 상기 하부 기판의 고정 전극(110) 하부에 자석(400)을 위치시킨다.Meanwhile, the magnet 400 is positioned under the fixed electrode 110 of the lower substrate.

상기 하부 기판과 상부 기판을 결합한 본 발명의 바이오센서의 모식도를 도 6에 나타내었다.
6 is a schematic view of the biosensor of the present invention combining the lower substrate and the upper substrate.

실시예 1 : 바이오센서를 이용한 유기인산계 화합물의 정량 분석Example 1 Quantitative Analysis of Organophosphate Compounds Using a Biosensor

3 unit의 콜린 옥시다아제를 1mg/150㎕의 폴리-L-라이신(PLL) 용액에 넣고, 0.2 중량%의 글루타르알데하이드 용액 10 ㎕를 추가로 첨가하여 콜린 옥시다아제 혼합액을 얻었다. Three units of choline oxidase were placed in a 1 mg / 150 μl poly-L-lysine (PLL) solution, and 10 μl of 0.2 wt% glutaraldehyde solution was further added to obtain a choline oxidase mixture.

다음, 상기 혼합액을 제조예에서 제조된 바이오센서의 시료 투입구에 투입하고 2시간 동안 반응을 진행하였다. Next, the mixed solution was added to the sample inlet of the biosensor prepared in Preparation Example and the reaction was performed for 2 hours.

한편 표면에 알데하이드기가 수식된 자성 입자(철 산화물, 지름 5 ㎛) 용액 30 mg 에 0.1 mg/ml 의 아세틸콜린 에스테라아제 1 ml을 첨가한 후 1시간 반응하여 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자를 얻었다. 이 때 형성되는 이민 공유결합의 안정성을 높이기 위하여, 환원제로서 5몰의 소듐 시아노보로하이드라이드(NaCNBH3) 용액 10 ㎕를 첨가하였다.Meanwhile, 1 mg of acetylcholine esterase of 0.1 mg / ml was added to 30 mg of an aldehyde-modified magnetic particle (iron oxide, 5 μm in diameter) solution, and then reacted for 1 hour to obtain acetylcholine esterase magnetic particles. In order to increase the stability of the imine covalent bond formed at this time, 10 μl of a 5 mol sodium cyanoborohydride (NaCNBH 3 ) solution was added as a reducing agent.

상기 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자 50 ㎕를 시료 투입구에 넣고 자석을 이용하여 원하는 위치에 고정시킨 후, 50 mM의 인산 완충 용액(pH 7.2)을 세척 용액 투입구에 넣어 세척 과정을 진행하였다.50 μl of the acetylcholine esterase magnetic particles were placed in a sample inlet, and then fixed in a desired position using a magnet. Then, 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.2) was added to the washing solution inlet, and the washing process was performed.

다음, 아세틸콜린 0.8 mM과 페로센 메탄올 0.1 mM이 혼합된 기질 시료를 시료 투입구에 주입하고, 전기화학적 신호를 측정하였으며, 상기 전기화학적 신호의 측정은 랩탑 컴퓨터에 연결된 CH instruments 사의 전기화학적 분석기 모델 630B를 사용하였다. Subsequently, a substrate sample mixed with 0.8 mM of acetylcholine and 0.1 mM of ferrocene methanol was injected into the sample inlet, and the electrochemical signal was measured. The electrochemical signal was measured using an electrochemical analyzer model 630B of CH instruments connected to a laptop computer. Used.

이후 50 mM의 인산 완충 용액(pH 7.2)을 세척 용액 투입구에 넣어 세척 과정을 진행하고, 유기인산계화합물 시료로서 다이아지논(Diazinon, DZN)을 0 ~ 0.8 ppm의 농도로 각각 투입하면서 5분간 반응을 진행하였다. After 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.2) was added to the washing solution inlet, the washing process was carried out, and reaction was performed for 5 minutes while adding diazinon (DZN) at a concentration of 0 to 0.8 ppm as an organic phosphate compound sample. Proceeded.

그리고 다시 아세틸콜린 0.8 mM과 페로센 메탄올 0.1 mM이 혼합된 기질 시료를 시료 투입구에 주입하고, 전기화학적 신호를 측정하였다. Subsequently, a substrate sample mixed with 0.8 mM of acetylcholine and 0.1 mM of ferrocene methanol was injected into the sample inlet, and the electrochemical signal was measured.

상기 검출된 전기화학적 신호를 비교하여 다이아지논에 의한 저해 정도를 분석하여 그 농도를 확인하였으며, 그 결과를 하기 도 7에 나타내었다. By comparing the detected electrochemical signal, the degree of inhibition by diazinon was analyzed and its concentration was confirmed. The results are shown in FIG. 7.

상기 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 분석 방법에 의하여 다이아지논의 농도를 거의 정확하게 분석할 수 있음을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 7, it was confirmed that the concentration of diazinon can be analyzed almost accurately by the analysis method of the present invention.

실시예 2: 자석의 위치에 따른 전기화학적 신호 분석Example 2 Analysis of Electrochemical Signals According to the Position of Magnets

상기 제조예에서 제조된 바이오센서에서 자석의 위치를 도 8 의 1 내지 2의 위치로 변경(상기 제조예는 3의 위치에 존재함)한 후, 아세틸콜린 0.8 mM과 페로센 메탄올 0.1 mM이 혼합된 기질 시료를 시료 투입구에 주입하여 전기화학적 신호를 측정하였으며, 그 결과를 비교하여 도 9 및 10에 나타내었다.In the biosensor manufactured in the above preparation example, the magnet was changed to the position of 1 to 2 of FIG. 8 (the preparation example is present at the position 3), and then 0.8 mM of acetylcholine and 0.1 mM of ferrocene methanol were mixed. The substrate sample was injected into the sample inlet to measure the electrochemical signal, and the results are shown in FIGS. 9 and 10.

도 9 및 10에서 보는 바와 같이, 자석이 전극과 가까운 곳에 위치할수록 전기화학적 신호가 강하게 측정되는 것을 확인할 수 있는 바, 상기 제조예에서와 같이 자석이 금 전극 하부에 위치하도록 하는 것이 분석의 정확성에 있어서 보다 바람직할 것으로 판단된다.
As shown in FIGS. 9 and 10, the closer the magnet is located to the electrode, the more strongly the electrochemical signal is measured. As shown in the manufacturing example, the magnet is positioned below the gold electrode to improve the accuracy of the analysis. It is considered to be more preferable.

100 : 하부 기판 110 : 고정 전극
111 : 자기조립 단층막 112 : 콜린 옥시다아제
120 : 측정장치 연결용 패드 200 : 상부 기판
210 : 시료 주입구 220 : 제어부
230 : 신호 검출부 240 : 세척 용액 주입구
250 : 폐용액 저장소 260 : 공기 배출구
300 : 자성 입자 310 : 아세틸콜린 에스테라아제
400 : 자석
100: lower substrate 110: fixed electrode
111 self-assembled monolayer 112 choline oxidase
120: pad for connecting the measuring device 200: upper substrate
210: sample injection port 220: control unit
230: signal detection unit 240: washing solution inlet
250: waste solution reservoir 260: air outlet
300: magnetic particles 310: acetylcholine esterase
400: magnet

Claims (9)

전기화학적 바이오센서 및 시료를 포함하는 유기인산계 화합물 검출 시스템에 있어서, 상기 전기화학적 바이오 센서는
금 박막이 패턴화된 고정 전극을 포함하는 하부 기판;
시료 투입구, 상기 고정 전극에 시료가 접촉될 수 있는 이동 통로를 제공하는 채널을 포함하는 상부 기판; 및
자성입자를 고정화하는 자석을 포함하는 자석부를 포함하는 것이고, 상기 금 박막 표면에 자기조립 단층막이 형성된 것이고, 상기 시료는 콜린 옥시다아제, 아세틸콜린 에스테라아제 자성입자를 포함하는 것이고, 상기 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자는 철 산화물(Iron oxide), 니켈 산화물(Nickel oxide) 및 철-니켈 산화물(Iron-nickel oxide) 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 유기인산계 화합물 검출 시스템.
In an organophosphate compound detection system comprising an electrochemical biosensor and a sample, the electrochemical biosensor
A lower substrate including a fixed electrode patterned with a gold thin film;
An upper substrate including a sample inlet and a channel providing a moving passage through which the sample may contact the fixed electrode; And
It comprises a magnet portion including a magnet to fix the magnetic particles, a self-assembled monolayer film is formed on the surface of the gold thin film, the sample comprises choline oxidase, acetylcholine esterase magnetic particles, the acetylcholine esterase magnetic particles Organic phosphate compound detection system that is at least one selected from iron oxide (Iron oxide), nickel oxide (Nickel oxide) and iron-nickel oxide (Iron-nickel oxide).
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 자기조립 단층막은 시스타민(Cystamine), 시스테아민(Cysteamine) 및 4-아미노티오페놀(4-Aminothiophenol) 중에서 선택된 1종 이상의 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기인산계 화합물 검출 시스템.
The organophosphate system of claim 1, wherein the self-assembled monolayer film is formed of at least one compound selected from cystamine, cysteamine, and 4-aminothiophenol. Compound detection system.
제 1 항에 있어서, 상기 자석부는 고정 전극의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기인산계 화합물 검출 시스템.
The organophosphate compound detection system of claim 1, wherein the magnet part is positioned under the fixed electrode.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중에서 선택된 어느 한 항의 유기인산계 화합물 검출 시스템을 이용한 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법에 있어서,
1) 전기화학적 바이오센서의 시료 투입구에 콜린 옥시다아제(ChOx)를 투입하여 금 전극에 고정시키는 단계;
2) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자를 투입한 후 세척하는 단계;
3) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출하고 세척하는 단계;
4) 상기 시료 투입구에 분석 대상 시료를 투입하여 반응시키는 단계;
5) 상기 시료 투입구에 아세틸콜린 및 전자전달체가 포함된 기질 시료를 투입하고 전기화학적 신호를 검출하는 단계; 및
6) 상기 제 3)단계 및 제 5)단계의 전기화학적 신호를 비교하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법.
In the quantitative analysis method of an organophosphate compound using the organophosphate compound detection system of any one of Claims 1, 3, and 4,
1) inserting choline oxidase (ChOx) into the sample inlet of the electrochemical biosensor to fix the gold electrode;
2) washing the acetylcholine esterase magnetic particles into the sample inlet and then washing them;
3) inserting a substrate sample containing acetylcholine and an electron transporter into the sample inlet, detecting and washing an electrochemical signal;
4) adding a sample to be analyzed in the sample inlet and reacting;
5) inserting a substrate sample containing acetylcholine and an electron carrier into the sample inlet and detecting an electrochemical signal; And
6) comparing the electrochemical signals of steps 3) and 5)
Method for quantitative analysis of organophosphate compounds in a sample comprising a.
제 5 항에 있어서, 상기 전자전달체는 페로센 메탄올(Ferrocenemethanol), 페리시안화 칼륨(Potassium ferricyanide; K3[Fe(CN)]6) 및 페리시안화 나트륨(Sodium ferricyanide; Na3[Fe(CN)]6) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법.
The method of claim 5, wherein the electron transporter is ferroceneemethanol, Potassium ferricyanide (K 3 [Fe (CN)] 6 ) and Sodium ferricyanide (Na 3 [Fe (CN)] 6 Method for quantitative analysis of organophosphate compounds in a sample, characterized in that the selected.
제 5 항에 있어서, 상기 아세틸콜린 에스테라아제 자성 입자는 철 산화물(Iron oxide), 니켈 산화물(Nickel oxide) 및 철-니켈 산화물(Iron-nickel oxide) 중에서 선택되는 자성 입자와 아세틸콜린 에스테라아제를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법.
The method of claim 5, wherein the acetylcholine esterase magnetic particles are prepared by mixing acetylcholine esterase with magnetic particles selected from iron oxide, nickel oxide and iron-nickel oxide. Method for quantitative analysis of organophosphate compounds in a sample, characterized in that.
제 7 항에 있어서, 상기 자성 입자는 아민기, 카르복실레이트기, 알데하이드기, 말레이미디기, N-하이드록시석신이미드기(N-hydroxysuccinimide, NHS) 중에서 선택된 기능기가 노출되도록 표면 처리된 후 아세틸콜린 에스테라아제와 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법.
The method of claim 7, wherein the magnetic particles are surface-treated to expose a functional group selected from amine group, carboxylate group, aldehyde group, maleimide group, N-hydroxysuccinimide (NHS) group A method for quantitative analysis of organophosphate compounds in a sample, which is prepared by mixing with acetylcholine esterase.
제 5 항에 있어서, 상기 1) 단계의 콜린 옥시다아제(ChOx)를 투입 시 폴리-L-리신(PLL), 폴리-L-오르니틴(Poly-L-ornithine), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine) 및 키토산(Chitosan) 중에서 선택된 고분자, 또는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 디석시니미딜 타르트레이트(Disuccinimidyl tartarate, DST) 및 비스[술포석시니미딜]수베레이트(Bis[sulfosuccinimidyl] suberate, BS3) 중에서 선택된 바인더를 더 혼합하여 투입하는 것을 특징으로 하는 시료 내 유기인산계 화합물의 정량 분석 방법.The method of claim 5, wherein when the choline oxidase (ChOx) of step 1) is added, poly-L-lysine (PLL), poly-L-ornithine, polyethyleneimine and chitosan ( Chitosan) Further selected from among polymers, or a binder selected from glutaraldehyde, disuccinimidyl tartarate (DST), and bis [sulfosuccinimidyl] subberate (Bis [sulfosuccinimidyl] suberate, BS 3 ) Method for quantitative analysis of organophosphate compounds in a sample, characterized in that the mixture is added.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101516322B1 (en) * 2014-02-04 2015-05-04 부산대학교 산학협력단 Magnetic nanowire coated with metal and method for preparing the same and biosensor for detecting biomolecule using the same
KR102347438B1 (en) * 2020-02-18 2022-01-07 연세대학교 산학협력단 Electrochemical biosensor with microfluidic channel
KR102157519B1 (en) * 2020-04-02 2020-09-18 국방과학연구소 Materials using magnetic beads to purify organo-phosphorous toxic substances in a large amount of organic solvent samples and manufacturing method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110071984A (en) * 2009-12-22 2011-06-29 전자부품연구원 Device for disease diagnosis including nano magnetic particles and nano sensor, and method of inspection thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110071984A (en) * 2009-12-22 2011-06-29 전자부품연구원 Device for disease diagnosis including nano magnetic particles and nano sensor, and method of inspection thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN HEE LEE et al., BioChip Journal, vol. 4, no. 3, pp. 223-229 (2010) *
JUN HEE LEE et al., BioChip Journal, vol. 4, no. 3, pp. 223-229 (2010)*

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