KR101694759B1 - O-157:h7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법 - Google Patents

O-157:h7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체를 이용한 157:H7 대장균의 검출 방법에 관한 것이다.

Description

O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THREE DIMENSIONAL GRAPHENE OXIDE AND ZINC OXIDE FOREST COMPOSITE STRUCTURE FOR DETECTING ESCHERICHIA COLI O-157:H7}
본 발명은 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체를 이용한 157:H7 대장균의 검출 방법에 관한 것이다.
대장균은 인류를 포함한 포유류의 장내에 자연적으로 존재하는 박테리아로서 설사, 이질과 같은 질환을 일으킬 수 있다. 대장균은 주로 소등의 배설물에서 식수 또는 식품으로 전파되는 경향이 있으며 이와 같은 대장균의 검출을 위하여 중합 효소 연쇄반응(PCR; Polymerase Chain Reaction), 초소형 전자기계 시스템(MEMS) 센서, 표면 플라즈몬 공명(SPR; surface plasmon resonance)센서 등과 같은 새로운 기술들이 계속적으로 개발되고 있다. 현재 대장균과 같은 병원성 박테리아의 검출은 MPN (Most probable number method) 방법을 통해서 이루어지고 있는데 이 방법은 시료를 여러 단계의 희석액으로 만들어 배양함으로써 시료내의 병원균의 수를 추정해내는 방법이다. 그러나 이와 같은 배양법은 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있는 반면 배양에 수 일이 소요되고 장비를 갖춘 실험실에서만 이용할 수 있는 단점이 있다. 따라서 짧은 시간 내에 시료의 병원성 대장균을 선택적으로 검출해낼 수 있는 새로운 기술의 개발이 필수적으로 요구된다.
본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 단시간 내에 O-157:H7 대장균을 검출할 수 있는 구조체를 개발하기 위하여 노력한 결과, 아연산화물 포레스트 구조체를 이용하는 경우, O-157:H7 대장균과 접촉할 수 있는 표면적이 증가함으로써 단시간 내에 O-157:H7 대장균의 존재 여부를 확인할 수 있음을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은 O-157:H7 대장균의 존재 시 상기 아연산화물 포레스트 구조체를 포함하는 전극에 전계를 인가하면 저항 값이 증가함으로써 O-157:H7 대장균의 존재를 쉽고 검출할 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 일 구현예에 따르면,
다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;
상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 포레스트를 성장시키는 단계;
상기 아연산화물 포레스트 표면에 하이드록시기(-OH)를 생성하는 단계;
상기 하이드록시기가 생성된 아연산화물 포레스트 표면을 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GMBS(N-[Gamma-Maleimidobutyryloxy] Succinimide), 및 스트렙타비딘(Streptavidin) 순서로 반응시키는 단계; 및
상기 스트렙타비딘에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 고정시키는 단계를 포함하는, O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계는 복수 개의 기공을 포함하는 니켈 템플레이트(nickel template)을 제조하는 단계, 상기 니켈 템플레이트의 표면에 전기화학증착법으로 환원된 그래핀 옥사이드를 증착시키는 단계, 및 상기 니켈 템플레이트를 염산 용액을 이용하여 에칭으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 환원은 하이드라진 모노하이드레이드, 소듐보로하이드라이드, 하이드로퀴존, 디메틸히드라진, 페닐히드라진 및 에틸렌다이아민로 이루어진 군으로부터 선택되는 환원제를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 포레스트 구조체를 성장시키는 단계는 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 성장시키는 단계, 및 상기 성장된 아연산화물 나노로드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 추가 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면,
O-157:H7 대장균을 포함하는 시료를 6 시간 내지 16시간 동안 배양하는 단계;
상기 배양된 시료를 전극 상의 상기 구현예에 따른 제조 방법으로 제조된 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체에 제공하는 단계; 및
상기 전극에 전계를 인가하여 저항 값을 측정함으로써 시료 내의 O-157:H7 대장균의 존부를 측정하는 단계를 포함하는, O-157:H7 대장균의 검출 방법이 개시된다.
본 발명의 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체는 넓은 표면적을 갖는 아연산화물 포레스트를 포함함으로써 단시간 내에 O-157:H7 대장균의 존재 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 O-157:H7 대장균의 검출 방법은 O-157:H7 대장균과 이의 항체의 결합에 의한 저항 값의 변화를 측정하는 것 만으로도 O-157:H7 대장균의 존재를 쉽게 검출할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 나노 포레스트 구조체를 성장시키는 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 아연산화물 나노 구조체 표면에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 결합시키는 단계를 개략적으로 나타낸다.
본 발명은 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물(GO-ZnO) 포레스트 구조체의 제조 방법을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 3차원 GO-ZnO 포레스트 구조체의 제조 방법은:
A) 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;
B) 상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 포레스트 구조체를 성장시키는 단계; 및
C) 상기 아연산화물 포레스트 표면에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
A) 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계
본 발명에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계를 도 1에 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계는:
a-1) 복수 개의 기공을 포함하는 니켈 템플레이트(nickel template)을 제조하는 단계;
a-2) 상기 니켈 템플레이트의 표면에 전기화학증착법으로 환원된 그래핀 옥사이드를 증착시키는 단계; 및
a-3) 상기 니켈 템플레이트를 에칭으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 환원된 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드를 환원제로 처리하여 제조될 수 있다. 상기 환원제는 하이드라진 모노하이드레이드, 소듐보로하이드라이드, 하이드로퀴존, 디메틸히드라진, 페닐히드라진 및 에틸렌다이아민로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서는, 환원제로서 하이드라진 모노하이드레이트를 사용하였다.
본 발명에 있어서, 상기 니켈 템플레이트를 제거하는 단계는 니켈을 질산, 황산 또는 염산 처리하여 수행될 수 있다. 일 실시예에서는, 에칭용액으로서 염산을 사용하였다.
B) 아연산화물 포레스트 구조체를 성장시키는 단계
본 발명에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 나노 포레스트 구조체를 성장시키는 단계를 도 2에 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 따른 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 나노 포레스트 구조체를 성장시키는 단계는:
b-1) 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 성장시키는 단계; 및
b-2) 상기 성장된 아연산화물 나노로드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 추가 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
C) O-157:H7 대장균에 대한 항체를 결합시키는 단계
본 발명에 따른 아연산화물 나노 구조체 표면에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 결합시키는 단계를 도 3에 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 따른 상기 아연산화물 나노 구조체 표면에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 결합시키는 단계는:
C-1) 상기 아연산화물 포레스트 표면에 하이드록시기(-OH)를 생성하는 단계;
C-2) 상기 하이드록시기가 생성된 아연산화물 포레스트 표면을 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GMBS(N-[Gamma-Maleimidobutyryloxy] Succinimide), 및 스트렙타비딘(Streptavidin) 순서로 반응시키는 단계; 및
C-3) 상기 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 상기 스트렙타비딘에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아연산화물은 공기에 노출될 경우 공기 중의 수분을 흡수하여 수화(hydration)됨으로써 표면에 OH-작용기를 형성할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물(GO-ZnO) 포레스트 구조체를 이용한 O-157:H7 대장균의 검출 방법을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 O-157:H7 대장균의 검출 방법은:
O-157:H7 대장균을 포함하는 시료를 6 시간 내지 16시간 동안 배양하는 단계;
상기 배양된 시료를 전극 상의 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체에 제공하는 단계; 및
상기 전극에 전계를 인가하여 저항값을 측정함으로써 시료 내의 O-157:H7 대장균의 존부를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시료 내의 O-157:H7 대장균과 아연산화물 포레스트에 고정된 O-157:H7 대장균에 대한 항체가 결합하는 경우, I-V 커브에서 저항 값이 증가된다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 더욱 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> rGO 구조체의 제작
우선, 니켈 입자를 압축해서 템플레이트를 제작하였다. 허머 방법(Hummer? method)를 이용하여 그래핀 옥사이드 용액(GO 용액)을 제조하고, 상기 그래핀 옥사이드 용액에 하이드라진 모노하이드레이트를 첨가하여 고압, 고온에서 환원처리하여 환원된 그래핀 옥사이드(rGO)를 얻었다.
그 다음, 상기 제작된 니켈 템플레이트 표면에 전기화학증착법으로 rGO를 증착을 시키고 염산 용액으로 rGO/니켈 템플레이트의 니켈을 에칭하여 rGO구조체를 얻었다.
<실시예 2> ZnO 나노포레스트 성장 및 작용기 생성
rGO 구조체를 seed layer로 하여 수열 합성법을 통해 ZnO 나노로드를 생성 한 후 ZnO 입자를 상기 생성된 나노로드에 성장시켰다. 그 후 다시 한번 수열합성법을 이용하여 ZnO 나노르드를 생성하여 ZnO 나노포레스트를 형성 하였다. 생성된 rGO/ZnO 나노포레스트 구조체를 공기 중에 노출시켜 구조체의 표면에 OH-작용기를 생성하였다.
<실시예 3> 항체 결합
상기 실시예 2에서 제조한 rGO/ZnO 나노포레스트 구조체의 OH-작용기를 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), 그 다음 GMBS(N-[Gamma-Maleimidobutyryloxy] Succinimide)와 반응시켰다. 상기 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란 및 GMBS가 부착된 구조체를 스트렙타비딘과 추가 반응시킨 후 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 부착하였다.
<실시예 4> O-157:H7 대장균의 검출
O-157:H7이 감염된 음식물을 6시간 내지 16시간 동안 배양한 후, 상기 실시예 3에서 제조한 항체가 결합된 rGO/ZnO 나노포레스트 구조체를 전극 위에 올려 주고 O-157:H7 배양액을 구조체 위에 떨어뜨렸다. 0-157 대장균과 0-157 대장균에 대한 항체가 결합 시 I-V curve에서 저항이 증가하여 음식물 내의 O-157:H7 대장균의 존재를 검출 가능하였다.

Claims (5)

  1. 다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;
    상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 포레스트 구조체를 성장시키는 단계;
    상기 아연산화물 포레스트 표면에 하이드록시기(-OH)를 생성하는 단계;
    상기 하이드록시기가 생성된 아연산화물 포레스트 표면을 3-메르캅토프로필 트리메톡시실란(3-mercaptopropyl trimethoxysilane), GMBS(N-[Gamma-Maleimidobutyryloxy] Succinimide), 및 스트렙타비딘(Streptavidin) 순서로 반응시키는 단계; 및
    상기 스트렙타비딘에 O-157:H7 대장균에 대한 항체를 고정시키는 단계를 포함하는, O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    다공성 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계는:
    복수 개의 기공을 포함하는 니켈 템플레이트(nickel template)을 제조하는 단계;
    상기 니켈 템플레이트의 표면에 전기화학증착법으로 환원된 그래핀 옥사이드를 증착시키는 단계; 및
    상기 니켈 템플레이트를 염산 용액을 이용하여 에칭으로 제거하는 단계를 포함하는 것인, O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환원은 하이드라진 모노하이드레이드, 소듐보로하이드라이드, 하이드로퀴존, 디메틸히드라진, 페닐히드라진 및 에틸렌다이아민로 이루어진 군으로부터 선택되는 환원제를 이용하여 수행되는 것인, O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 환원된 그래핀 옥사이드 표면에 아연산화물 포레스트 구조체를 성장시키는 단계는:
    다공성 환원된 그래핀 옥사이드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 성장시키는 단계; 및
    상기 성장된 아연산화물 나노로드 상에 수열합성법을 이용하여 아연산화물 나노로드를 추가 성장시키는 단계를 포함하는 것인, O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체의 제조 방법.
  5. O-157:H7 대장균을 포함하는 시료를 6 시간 내지 16시간 동안 배양하는 단계;
    상기 배양된 시료를 전극 상의 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 O-157:H7 대장균의 검출을 위한 구조체에 제공하는 단계; 및
    상기 전극에 전계를 인가하여 저항 값을 측정함으로써 시료 내의 O-157:H7 대장균의 존부를 측정하는 단계를 포함하는, O-157:H7 대장균의 검출 방법.

KR1020150118736A 2015-08-24 2015-08-24 O-157:h7 대장균의 검출을 위한 3차원 그래핀 옥사이드 및 아연산화물 포레스트 구조체의 제조 방법 KR101694759B1 (ko)

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