KR101941771B1 - 반도체 2d 결정 물질을 이용한 dna의 전기화학적 검출방법 - Google Patents

반도체 2d 결정 물질을 이용한 dna의 전기화학적 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 2D 결정 물질을 이용하여 보다 단순하고 효율적으로 검출속도, 민감도 및 선택성을 높인 표적 DNA의 전기화학적 검출방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 염료와 혼성화되지 못한 단일가닥의 DNA를 흡착 한 후, 종래 그래핀보다 4배 이상 빠르게 침전되는 반도체 2D 물질을 첨가제로 사용하여, DNA 검출 속도를 최소 4배 이상으로 높였다.
또한, 본 발명은 반도체 2D 물질을 첨가제로 사용한 전기화학적 방식이므로,종래 MoS2 기반의 DNA 센서에 비해 전도성 물질과의 복합체 형태로의 코팅 공정이나 형광 염료를 표지자로 사용하는 공정이 필요 없으므로 보다 단순하면서 경제적으로 DNA를 측정할 수 있다.
또한, 그래핀은 적절한 속도로 침강을 유도하기 위해(표면처리를 하지 않는 경우 급격한 침강이 발생함) 표면처리를 하여야 하는데, 이러한 표면처리에 따른 공정 추가나 균일성 확보에 어려움이 있었으나, 본 발명에서 사용되는 반도체 2D 물질은 이러한 표면 처리 공정이 필요 없으므로 그래핀을 사용하는 방법에 비해 측정 재현성과 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

반도체 2D 결정 물질을 이용한 DNA의 전기화학적 검출방법{Electrochemical Method for Detecting DNA using semiconductor 2-dimensional crystal}
본 발명은 반도체 2D 결정 물질을 이용한 DNA의 전기화학적 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 2D 결정 물질을 이용하여 보다 단순하고 효율적으로 검출속도, 민감도 및 선택성을 높인 표적 DNA의 전기화학적 검출방법에 관한 것이다.
최근, 인간의 유전자나 단백질 및 세포 등 나노단위의 생체분자 거동을 직접적으로 확인하고 조작할 수 있는 나노-바이오 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 나노-바이오 기술은 질병을 진단, 분석하고 신약 개발을 위한 임상 검사를 빠르고 간단하게 수행할 수 있는 나노바이오칩으로 구체화되어 빠르게 우리 일상과 의료현장으로 다가오고 있다.
나노-바이오 기술을 가능하게 하는 새로운 도구(tool)라고 할 수 있는 나노바이오칩은 나노 단위의 생체 시료의 분석을 통해 DNA, 단백질 및 세포 등의 반응 메커니즘을 직접 분석함으로써 빠르고 정확하게 미세 생체분자의 현상을 파악할 수 있다는 장점이 있다.
나노스케일의 생체분자에 대한 다양한 정보를 얻기 위해서는 무엇보다 생체분자 자체에 대한 안정성의 확보가 필요하다. 즉, 외부로부터의 자극에 의한 비특이적인 반응을 원천적으로 봉쇄하고 특정 자극에 대해서만 반응할 수 있도록 안정된 조건을 유지할 수 있어야 한다. 이러한 비특이적인 반응은 물질의 특성 변화를 일으키게 되고, 결국 왜곡된 정보(noise)를 제공하게 되므로 나노스케일에서 생체분자의 분석 및 진단에 있어 많은 제약을 가져온다.
DNA센서는 포인트 케어 의료 분석, 게놈 조사 및 법의학 등에 적용되고 있다. DNA 탐침용으로 전기화학적 방법이 광법위하게 사용되고 있는데, 이것은 생물학적 정보를 전류 흐름으로 직접 변환 가능하므로 심플하면서도 정확하다.
현재, DNA센서로서 사용되고 있는 바이오칩은 기질상에 분석하고자 하는 DNA, 단백질 등의 생분자(biomolecules) 프로브를 고밀도로 부착시키고, 프로브와 샘플내 표적물질과의 혼성화(hybridization) 여부를 검출하여 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석해낼 수 있다. 바이오칩은 프로브의 종류에 따라 DNA 칩이나 단백질 칩 등으로 나누고, 프로브의 부착형태에 따라 고체 기질상에 부착된 마이크로어레이 칩(microarray chip)과 미세유체 채널상에 부착된 미세유체 칩(반응기)(microfluidic chip (reactor))으로 나눌 수 있다.
DNA 칩의 대표적 기술인 마이크로 어레이(microarray)는 이미 널리 사용되고 있는데, 이것은 특정 유전자와 병원균을 검출하기 위해서 이에 해당하는 염기서열(base sequence)에 상보적으로 DNA를 결합시키는 혼성화(hybridization) 방법을 많이 이용한다. 마이크로 어레이의 제작 및 이용은 통상 합성된 프로브를 이용한 올리고뉴클레오티디(Oligonucleotide)를 합성하는 단계, 상기 올리고뉴클레오티를 슬라이드에 고정하는 단계, 상기 고정된 올리고뉴클레오티드 마이크로 어레이를 이용하여 시료 DNA(이때, 시료내의 DNA를 PCR 등으로 증폭한다)와 혼성화(Hybridization)를 유도하는 단계; 및 상기 혼성화로 반응이 일어난 것을 형광신호 등을 스캐너 등으로 분석하는 단계로 이루어진다. 하지만, 이러한 DNA의 혼성화에 의한 기술은 DNA가 단일 사슬로 변형되고 그 상태가 유지되어야 하며, 검출과정이 복잡하다는 제약이 있었다.
이를 해결하고자, 본 발명자의 등록특허 10-1428385호에는 그라핀의 응집현상과 단일 나선 DNA가 이중나선 DNA보다 그라핀에 더 잘 흡착되는 성질을 이용한 표적 DNA의 전기화학적 검출방법을 제시하였다. 하지만, 상기 등록특허는 그라핀의 긴 응집 시간으로 인해 DNA 측정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었으며, 또한, 그라핀은 용액에서 순간적으로 뭉치지 않고 적절하게 수용액에 퍼져 가라않기 위해 기능화(functionalization) 공정이 필요하다는 문제점이 제기되었다.
한편, MoS2는 반도체적 특성으로 인해 DNA 센서의 전극 물질(전기화학적 방법)로의 사용에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, MoS2와 전도성 물질과의 복합체 형태로 MoS2를 DNA 센서로 이용하려는 시도가 있다. 이러한 DNA센서에서의 MoS2는 전기화학 표지자나 광학센서에서 형광 ?치(소광물질), 또는 전계효과 트랜지스터 센서에서 트랜스듀스로서 기능한다. 하지만, MoS2 기반의 DNA 센서는 1 aM-500 pM의 범위에서 매우 낮은 검출 한계를 갖는다. 또한, MoS2와 전도성 물질과의 복합체 형태는 상용화 과정에서의 검출 한도 저하나 복잡한 제조공정, 정밀한 MoS2 층의 형성을 요구하는 문제점이 있고, 형광 염료를 라벨링하는 공정의 추가가 필요하였다.
본 발명은 반도체 2D 기반의 DNA 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 종래 고정화 방식을 사용하지 않고도 DNA를 효율적으로 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 보다 단순하고 효율적인 방법으로 검출속도, 민감도 및 선택성을 높인 표적 DNA의 전기화학적 검출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은
반도체 2D 결정 물질, 프로브 DNA와 염료를 완충 용액에 넣어 분산시키는 단계 ;
상기 용액에 타겟 DNA로서 표적 DNA 또는 미스매치 DNA를 주입한 후 소정시간 동안 방치하여 상기 반도체 2D 결정물질을 침전시키는 단계 ; 및
상기 용액 중 염료의 전기화학 신호를 측정하는 단계를 포함하는 DNA의 전기화학적 검출방법에 관한 것이다.
다른 양상에서, 본 발명은
내부에 검출전극을 구비하고, 완충용액이 담지된 반응장치 ;
상기 검출전극과 전기적으로 연결되어 상기 반응장치 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 측정하는 전기화학 신호 검출부 ; 및
상기 전기화학적 신호로부터 DNA 농도를 산출하는 제어부를 포함하되,
상기 반응장치에 반도체 2D 결정 물질, 프로브 DNA, 타겟 DNA 및 염료가 투입된 후 반도체 2D 결정 물질이 침전되면, 상기 전기화학 신호 검출부가 상기 검출전극을 통해 염료의 전류값을 측정하고, 상기 제어부가 상기 전류값을 통해 타겟 DNA의 농도를 측정하는 DNA의 전기화학적 검출 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 반도체 2D 물질을 DNA를 전기화학적으로 측정하는 첨가제로 사용하여 DNA의 검출속도, 검출한도 및 선택성을 향상시켰다. 본 발명의 방법은 염료와 혼성화되지 못한 단일가닥의 DNA를 흡착 한 후, 종래 그래핀보다 4배 이상 빠르게 침전되는 반도체 2D 물질을 첨가제로 사용하여, DNA 검출 속도를 최소 4배 이상으로 높였다.
또한, 본 발명은 반도체 2D 물질을 첨가제로 사용한 전기화학적 방식이므로,종래 MoS2 기반의 DNA 센서에 비해 전도성 물질과의 복합체 형태로의 코팅 공정이나 형광 염료를 표지자로 사용하는 공정이 필요 없으므로 보다 단순하면서 경제적으로 DNA를 측정할 수 있다.
또한, 그래핀은 적절한 속도로 침강을 유도하기 위해(표면처리를 하지 않는 경우 급격한 침강이 발생함) 표면처리를 하여야 하는데, 이러한 표면처리에 따른 공정 추가나 균일성 확보에 어려움이 있었으나, 본 발명에서 사용되는 반도체 2D 물질은 이러한 표면 처리 공정이 필요 없으므로 그래핀을 사용하는 방법에 비해 측정 재현성과 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1는 본 발명의 전기화학적 신호 측정 메카니즘을 보여준다.
도 2a는 사용된 MoS2 분말의 SEM 이미지이고, 도 2의 b는 비교예 1, 도 2의 c는 실시예 1의 DPV 측정결과이다.
도 3은 실험 1의 침강 거동을 촬영한 것이다.
도 4는 실시예 2의 주사속도(scan rate) 값에 따라 측정된 CV 곡선이다.
도 5는 실시예 3에서 측정된 DPV 그래프이다.
도 6은 본 발명의 DNA의 전기화학적 검출 시스템을 도시한 것이다.
본 발명은 반도체 2D 결정 물질을 이용한 DNA의 전기화학적 검출방법에 관한 것이다.
본 발명의 전기화학적 검출 방법은 분산, 침전 및 신호 측정 단계를 포함한다.
본 발명은 반도체 2D 결정 물질의 침전에 따른 용액 내에 존재하는 염료의 농도변화를 전기화학적 신호로 검출하여 표적 DNA의 존재 여부 및 그 농도를 측정할 수 있다.
상기 분산단계는 반도체 2D 결정 물질, 프로브 DNA와 염료를 완충 용액에 넣어 분산시키는 단계이다.
상기 반도체 2D 결정 물질은 MoS2, MoSe2, WS2 또는 WSe2일 수 있으며, 바람직하게는 MoS2이다.
상기 반도체 2D 결정 물질은 소수성을 나타내는 것일 수 있다.
상기 반도체 2D 결정 물질은 분말일 수 있다.
상기 분산단계는 상기 반도체 2D 결정 물질을 상기 완충용액에 1~300mg/L로 첨가할 수 있다.
상기 분산단계에서는 반도체 2D 결정 물질, 프로브 DNA 및 염료를 완충용액에 동시에 넣어 분산시킬 수도 있으며, 또한, 상기 분산단계는 완충용액에 반도체 2D 결정 물질을 먼저 분산시킨 후 프로브 DNA와 염료를 투입할 수도 있다.
상기 분산단계는 상기 용액을 초음파 처리하여 수행할 수 있다.
상기 분산단계는 수분 내지 수십 분정도에 걸쳐 수행될 수 있다.
상기 분산 단계 동안, 반도체 2D 결정 물질에 염료 및 프로브 DNA가 흡착된다. 예를 들면, 프로브 DNA가 π-π 스태킹되어 상기 반도체 2D 결정 물질에 부착될 수 있다.
상기 염료는 메틸렌 블루(methylene blue)일 수 있다.
상기 침전 단계는 상기 용액에 타겟 DNA(표적 DNA 또는 미스매치 DNA)를 주입한 후 소정시간 동안 방치하여 상기 반도체 2D 결정 물질을 침전시키는 단계이다. 도 1은 본 발명의 전기화학적 신호 측정 메카니즘을 보여준다.
상기 미스매치(mismatch) DNA(T3)는 프로브 DNA(P1)와 상보적으로 결합되지 않는, 즉 염기서열이 전부 불일치하는 DNA를 나타낸다. 표적 DNA(T1)는 프로브 DNA(P1)와 상보적으로 결합되는 DNA이다.
상기 침전단계를 통해, 상기 표적 DNA(T1) 또는 미스매치 DNA(T3)는 상기 프로브 DNA와 혼성화 과정을 거치게 된다.
앞에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 반도체 2D 결정 물질이 수용액 속에서 침전되는 성질을 이용하는데, 이 때, 반도체 2D 결정 물질의 표면에 부착된 프로브 DNA, 또는 프로브 DNA나 반도체 2D 결정 물질에 흡착된 염료도 함께 침전한다.
즉, 상기 분산단계에서 용액을 혼합하거나 초음파 처리하면 반도체 2D 결정 물질이 분산되지만, 이후 분산용액을 소정 시간 방치하면 반도체 2D 결정 물질이 침전된다. 상기 침전단계는 예를 들면, 10분 내지 1시간 정도, 바람직하게는 25분~1시간 정도 분산용액을 방치하는 것으로 달성될 수 있다.
도 1을 참고하면, 침전 단계에서, 상기 표적 DNA가 주입되는 경우 프로브 DNA는 이중나선 DNA를 형성하여(hybridization) 반도체 2D 결정 물질 표면에서 분리된다. 좀 더 구체적으로는, 표적 DNA는 반도체 2D 결정 물질에 흡착된 프로브 DNA에 상보적으로 결합하는 데, 이중나선(double strand) DNA는 단일 나선(single strand) DNA에 비해 반도체 2D 결정 물질과 π 결합할 영역이 크게 감소되어 반도체 2D 결정 물질로부터 쉽게 분리된다.
상기 미스매치 DNA는 프로브 DNA에 상보적으로 결합하지 않으므로 프로브 DNA는 상기 반도체 2D 결정 물질 표면에 여전히 부착되어 존재한다.
상기 염료, 바람직하게는, 메틸렌블루(MB)는 반도체 2D 결정 물질 표면에 흡착되거나 DNA의 구아니염기에 결합하거나 이중나선 사이에 끼여 들어갈 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 표적 DNA를 주입하는 경우, 반도체 2D 결정 물질에 부착된 프로브 DNA(단일나선)의 양이 작아지는 반면 용액 내에 분산되어 존재하는 혼성화된 이중 나선 DNA의 양이 많아지게 된다. 그 결과, 상기 표적 DNA를 주입하는 경우 침전하지 않고 용액 내에 잔존하는 염료의 양이 미스매치 DNA를 주입하는 경우보다 더 많게 된다.
상기 전기화학적 신호를 측정하는 단계는 상기 용액, 특히 염료의 전기화학 신호를 측정하는 단계이다.
도 2를 참고하면, 상기 표적 DNA(T1)를 주입하는 경우 상기 미스매치 DNA(T3)를 주입하는 경우보다 염료의 양이 용액 내에 더 많이 존재하므로 더 높은 전기화학적 신호를 나타낼 수 있다(도 2의 C 참고).
상기 전기화학적 신호의 측정은 DPV(differential pulse voltammetry) 또는 CV(cyclic voltammetry)일 수 있다. 또한, 상기 DPV(differential pulse voltammetry) 또는 CV(cyclic voltametry)는 10 - 2000 mV/s로 수행될 수 있다.
상기 방법은 측정된 염료의 전기화학적 신호로부터 타겟 DNA의 농도를 산출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 먼저, 농도값을 알고 있는 타겟 DNA(T1)를 각각 주입한 후 각 농도에 따른 DPV를 측정한다(도 5a 참고). 이 경우 음극 전류피크는 log(T1농도)에 선형적으로 증가하므로, 이에 대한 선형 회귀 방정식을 산출할 수 있다(도 5b).
상기 타겟 DNA의 농도 산출 단계는 측정된 전기화학적 신호 세기와 상기 선형회귀 방정식을 통해 미지의 DNA 농도를 산출할 수 있다.
본 발명의 방법은 하기 식 1로 표시되는 DNA 민감도(η)를 측정할 수 있다.
[수학식 1]
η=ΔI/I0
I0는 100% 염기서열이 불일치하는 미스매치 DNA를 첨가하였을 경우, 측정된 신호세기이고, ΔI는 미스매치 DNA 또는 표적 DNA를 주입하였을 때 측정된 신호세기와 I0의 차이이다.
상기 DNA 민감도(η)는 주입되는 타겟 DNA(미스매치 DNA 또는 표적 DNA)와 표적 DNA의 염기쌍 불일치 정도에 의존한다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 염기서열이 100% 불일치하는 DNA보다 염기서열이 일부 불일치하는 DNA가 민감도가 더 높으므로, 민감도를 통해 DNA 불일치 정도를 예측할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 DNA의 전기화학적 검출 시스템에 관련된다. 도 6은 은 본 발명의 DNA의 전기화학적 검출 시스템을 도시한 것이다. 도 을 참고하면, DNA의 전기화학적 검출 시스템은 반응장치(10), 전기화학적 신호검출장치(20) 및 제어부(30)을 포함한다.
상기 반응장치(10)는 내부에 검출전극을 구비하고, 완충용액이 담지된다. 상기 검출전극은 공지된 2전극 내지 3전극 전기화학셀을 사용할 수 있다. 도 6의 검출전극은 작업전극(WE), 기준전극(RE), 및 상대전극(CE)로 구성된 3전극셀이다.
전기화학 신호 검출부(20)는 상기 검출전극과 전기적으로 연결되어 상기 반응장치 내부에서 발생하는 전기화학적 신호를 측정한다. 전기화학 신호 검출부(20)로는 공지된 전위가변기(potentiostat) 등을 사용할 수 있다.
상기 제어부(30)는 상기 전기화학적 신호로부터 DNA 농도를 산출할 수 있다.
본 발명의 시스템은 상기 반응장치(10)에 반도체 2D 결정 물질, 프로브 DNA, 타겟 DNA 및 염료가 투입된 후 침전되면, 상기 전기화학 신호 검출부(20)가 상기 검출전극을 통해 염료의 전류값을 측정하고, 상기 제어부(30)가 상기 전류값을 통해 타겟 DNA의 농도를 측정할 수 있다.
상기 제어부(30)는 농도값을 알고 있는 타겟 DNA(T1)를 각각 주입한 후 각 농도에 따른 DPV를 측정한다(도 5a 참고). 이 경우 음극 전류피크는 log(T1농도)에 선형적으로 증가하므로, 이에 대한 선형 회귀 방정식을 산출할 수 있다(도 5b).
상기 제어부는 선형 회귀 방정식은 특정 타겟 DNA 및 반응 조건(염료 농도, 온도 등)에 따라 산출할 수 있으며, 이를 저장한다.
상기 제어부(30)는 특정 타겟 DNA의 전류값이 측정되면, 상기 선형 회귀 방정식으로부터 타겟 DNA의 농도를 산출할 수 있다.
상기 시스템은 상기 수학식 1을 이용하여 타겟 DNA의 민감도(η)를 측정할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 실시예 및 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 구체적인 실시태양을 예시할 뿐, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하려는 의도는 아니다.
제조예 1
DNA 프로브와 타겟은 바이오니아(대전)(주)에서 구입하였다.
(a) Probe (P):5-GTG TTG TCT CCT AGG TTG GCT CTG-3
(b) Target 1 (T1):5-CAG AGC CAA CCT AGG AGA CAA CAC-3
(c) Target 2 (T2):5-CAG AGC CAA CCT CGG AGA CAA CAC-3
(d) Target 3 (T3):5-ATA TCG ACC TTG GCC GAG ACG GTG-3
T1은 100% 염기서열이 프로브와 쌍을 이루고, T2는 1개의 염기서열이 불일치하고, T3은 100% 미스매치된 염기서열 쌍을 가진다.
실험 1 : 침강 실험
도 2의 a는 본 발명에서 사용한 MoS2(Sigma-Aldrich)는 평균 입자 지름이 2 ㎛ 이하이거나 수 ㎛이다. MoS2는 주변의 공기로부터 탄화수소를 흡착하여 소수성 특성을 나타낸다.
MoS2(20mg/L)를 PBS 버퍼에 분산시킨 후 시간에 따른 침강 거동을 관찰하여 였으며, 도 3은 이를 촬영한 것이다. 도 3을 참고하면, 시간이 증가할수록 MoS2는 천천히 튜브 아래에 침강되고 상층부는 맑아진다. 표면 처리를 하지 않은 그래핀과 다중 탄소나노튜브가 급격히 가라않는 것과는 매우 다른 거동을 보여준다. MoS2는 25분이 경과하면 충분히 침강되고, 1시간이 경과하면 거의 대부분 침강된다. 하기 실시예에서는 1시간을 기준으로 실험을 수행하였다.
비교예 1
PBS 버퍼에 하기 표 1과 같이 MoS2를 첨가하지 않고 전기화학 신호를 측정하였다
시험 투입물질
1 MB
2 MB, P1, T1
3 MB, P1, T3
Au 작동전극, Pt 상대전극 및 Ag/AgCl 기준전극의 3극 시스템으로 전기화학적 신호를 검출하였다. DPV(Differential-pulse voltammetry)와 CV(cyclic voltammetry) 측정은 CHI 622D 분석기(CH Instruments, Austin, USA)를 사용하였음. 여기서, MB는 13.15μM, P1, T1, T3는 각각 800nM을 사용하였다.
실시예 1
MoS2(20mg/L)를 표 2와 같이 주입한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
시험 투입물질
1 MB, P1, T1
2 MB, P1, T2
3 MB, P1, T3
도 2의 b는 비교예 1, 도 2의 c는 실시예 1의 DPV 측정결과이다. 비교예 1에서 가장 높은 피크는 MB(13.15μM)만을 사용한 경우이다. 단일나선 DNA을 첨가한 경우, 전류피크가 26.2~28.4%로 감소하였다(도 2b). 이것은 MB와 단일나선 DNA 사이의 상호작용 때문인 것으로 보인다. P1과 T1을 함유한 샘플의 전류피크가 P1과 T3보다 약간 더 높다. 이것은 MB가 이중나선 DNA보다 단일 나선 DNA에 좀 더 친화적임을 보여준다.
하지만, 비교예 1에서의 민감도(η=ΔI/I 0)를 상기 수학식 1로 측정하면, 3%정도로 매우 낮다. 즉, 비교예 1에서는 T1과 T3를 주입하였을 경우 전류 신호 세기의 차이가 거의 없다.
도 2c를 참고하면, 프로브 DNA와 상보적인 T1은 가장 높은 전류 피크(7.23 μA)를 보여주었으며, 모든 염기가 불일치하는 T3은 가장 낮은 전류 피크(4.34 μA)를 나타내었다. 또한, 하나의 염기만이 불일치하는 T2를 첨가한 경우 전류피크는 6.59μA였다.
수학식 1을 이용한 T1의 민감도는 66.4%로서, 비교예 1의 3%에 비해 월등히 향상되었음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명은 MoS2를 첨가한 것만으로 타겟 DNA의 탐지 성능이 월등히 향상되었음을 보여준다.
마찬가지로, T2의 민감도는 51.8로서, 비교예 1의 3%에 비해 월등히 높은데, 이것은 염기 1개가 불일치하는 DNA를 염기가 전부 불일치하는 DNA와 구분하여 탐지할 수 있음을 보여준다.
실시예 2
실시예 1에서 시험 3(타겟 DNA(T1), MB, P1, MoS2)의 물질을 사용하되, 타겟 DNA를 50~1,000mV/s의 속도로 주입하여 CV를 측정하고 이를 도 4a에 나타내었다.
도 4b는 음극 및 양극 전류 피크가 주사속도의 제곱근에 비례함을 보여준다.
실시예 3
실시예 1에서 시험 3(타겟 DNA(T1), MB, P1, MoS2)의 물질을 사용하되, 타겟 DNA를 5 nM ~ 300 nM 범위로 주입하여 DPV를 측정하였다.
도 5a는 실시예 3에서 측정된 DPV 그래프이다. 타겟 DNA(T1) 농도 증가에 따라 전류 피크값도 증가함을 알 수 있다. 도 5b는 음극 전류 피크(Ipc)를 log(T1 농도)로 나타낸 것이다. 음극 전류피크는 log(T1농도)에 선형적으로 증가하므로, 이에 대한 선형 회귀 방정식을 하기 수학식 2로 산출하였다.
[수학식 2]
Ipc = 0.30z+8.54,R2=0.97
여기서, z는 log(T1 농도), R2은 회귀계수이다.
예를 들면, 본 발명은 상기 수학식 2를 이용하여 미지의 타겟 DNA 농도를 산출할 수 있다.
도 5b와 수학식 2를 참고하면, 본 발명에서 측정할 수 있는 검출 한계값이 약 300pM 정도임을 추산할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.

Claims (11)

  1. 반도체 2D 결정 물질인 MoS2, 프로브 DNA와 염료를 완충 용액에 넣어 혼합하거나 초음파 처리하여 분산시키는 단계 ;
    상기 용액에 타겟 DNA로서 표적 DNA 또는 미스매치 DNA를 주입한 후 소정시간 동안 방치하여 상기 반도체 2D 결정물질을 침전시키는 단계 ;
    상기 용액 중 염료의 전기화학 신호를 측정하는 단계 ;
    측정된 염료의 전기화학적 신호로부터 타겟 DNA 농도를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 2D 결정 물질은 분말이고,
    상기 분산단계는 반도체 2D 결정 물질에 염료 및 프로브 DNA가 흡착되는 단계이고,
    상기 침전단계는 분산단계에서의 혼합이나 초음파처리를 중단하고, 10분 내지 1시간 동안 방치하여 상기 반도체 2D 결정물질을 침강시키는 단계이고,
    상기 침전단계는 반도체 2D 결정 물질과 그 표면에 부착된 프로브 DNA, 표적 DNA 및 염료도 함께 침전하되,
    상기 표적 DNA가 주입되는 경우, 상기 표적 DNA와 프로브 DNA는 이중나선 DNA를 형성하고, 상기 이중나선 DNA는 반도체 2D 결정 물질 표면에서 분리되어 침강되지 않고 용액 내에 잔존하고,
    상기 표적 DNA를 주입하는 경우 상기 미스매치 DNA를 주입하는 경우보다 더 높은 전기화학적 신호를 나타내는 DNA의 전기화학적 검출방법.
  2. 삭제
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  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 반도체 2D 결정 물질을 상기 완충용액에 1~300mg/L로 첨가하는 것을 특징으로 하는 DNA의 전기화학적 검출방법.
  7. 삭제
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  9. 제 1 항에 있어서, 상기 DNA 농도 산출 단계는 미리 산출된 타겟 DNA와 음극 전류 피크 간의 선형 회귀 방정식과 측정된 전기화학적 신호값으로부터 미지의 타겟 DNA의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 DNA의 전기화학적 검출방법.




  10. 삭제
  11. 삭제
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