KR20150126454A - 그래핀 산화물을 이용한 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

그래핀 산화물을 이용한 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용한 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서는 전기화학적 표지자로서 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용함으로써 표적물질에 대한 민감도 및 선택도가 우수하여 표적물질의 농도 분석이 용이하고, 상기 바이오센서를 이용하여 표적물질을 검출하는 경우, 단순하고 경제적인 방법으로 우수한 표적물질 검출 효과를 나타낸다.

Description

그래핀 산화물을 이용한 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법{Biosensor for detecting target material using graphene oxide and method for preparing the same}
본 발명은 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용한 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 생체 내 존재하는 표적물질로는 금속 이온, DNA, RNA, ATP 및 단백질 등이 있다. 상기 단백질 중 트롬빈은 혈액 내에 존재하는 단백질로서 혈액 응고 기작에서 중요하게 작용하는 단백질이다. 그러나, 혈중 정상적으로 존재하는 트롬빈의 농도를 벗어난 경우, 질병을 초래하는 사례가 보고되어 있고(J. Bichler, J. A. Heit, W. G. Owen, Thromb. Res. 84 (1996) 289-294), 이에 따라 용이한 트롬빈의 농도 측정법이 요구되고 있다. 종래의 트롬빈 농도 측정을 위해서는 트롬빈에 정량적으로 1:1 반응하는 히루딘 펩타이드를 이용한 면역 측정법이 사용되었다. 이 때 형성된 트롬빈-히루딘 복합체를 ELISA 검사법이나 친화 크로마토그래피를 통해 트롬빈의 농도를 검출할 수 있다. 그러나, 이 방법은 히루딘의 경우, 생체 외에서 다른 단백질과 공유 결합한 트롬빈과는 결합할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 현재 생체 시료 내의 단백질 농도 측정을 위해 주로 사용되는 기술인 면역반응에 기초를 둔 ELISA 검사법의 경우 안정성이 떨어지는 단백질을 사용하기 때문에 센서에 적용할 경우 보관에 특별한 주의가 요구될 뿐 아니라 광학적 분석에 기반을 두고 있으므로 분석 장비가 매우 고가라는 단점이 있다.
전기화학적 바이오센서는 그 간단성, 민감도, 선택도, 및 경제성 때문에 질병의 진단, 음식의 분석, 환경의 관찰 및 분석의 분야에서 우수한 분석 기술로 발전되어 왔다. 또한, 다른 바이오센서에 비해서 그 성능의 저하 없이도 소형화를 할 수 있다는 장점이 있다. 새로운 바이오센서의 플랫폼과 전략을 이용하여 전기화학적 바이오센서의 민감도와 선택도 등을 더욱 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 그래핀을 이용한 바이오센서의 플랫폼에 대한 관심이 높아지고 있다.
그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 sp2 결합에 의한 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 반금속성 나노 물질로, 일반적인 탄소 구조체에 비하여 넓은 비표면적(2,630 m2·g-1)을 가지고 있다. 또한, 구조적 및 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라, 전기 및 열전도도가 우수하여 전자 소자, 센서, 수퍼 캐패스터, 태양전지, 및 방열소재 등에 응용이 가능한 물질로 알려져 있다.
또한, 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO)과 전기화학적으로 환원된 그래핀 산화물(Electrochemically Reduced Graphene Oxide, ERGO)은 바이오센서의 구성물, 세포 이미징(cellular imaging), 약물 전달 등에 있어서 활용 가능성이 높은 물질로 알려져 있다. 이들은 기존의 그래파이트보다 매우 큰 표면적을 가지며, 높은 전기전도도 및 강력한 기계적 강도를 가진다. 또한 부서지기 쉬운 그래파이트보다 유연하여, 유연성이 필요한 전기제품 등에 대해서 장점을 가지며, 더 많은 균일하게 분포된 전기화학적 활성사이트를 가지기 때문에 우수한 전극 표면 재료라는 평가를 받고 있다.
따라서, 이러한 그래핀 산화물을 이용하여 전기화학적으로 트롬빈을 검출하는 방법에 대한 연구의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
KR 10-2010-0046496
본 발명자들은 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서에 대해 탐색하던 중, 전기화학적 표지자로서 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용하는 경우, 표적물질 검출에 있어서 민감도 및 선택도가 우수하여짐을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 전기화학적 표지자로서 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용한 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서,
본 발명은
그래핀 산화물(GO)로 표면 개질된 전극; 상기 전극에 고정된 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer); 상기 압타머에 결합된 표적물질; 및
상기 그래핀 산화물의 환원 전위 측정부;를 포함하는, 표적물질 검출용 바이오센서를 제공한다.
또한, 본 발명은
(1) 전극을 그래핀 산화물(GO) 용액에 침지하여 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극을 제조하는 단계;
(2) 상기 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극에 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer)를 고정화하는 단계;
(3) 상기 표적물질-특이적 압타머가 고정된 전극에 표적물질을 가하여 표적물질을 압타머에 결합시키는 단계; 및
(4) 상기 (3)단계의 전극의 그래핀 산화물을 전기화학적으로 환원시켜 환원 전위를 측정하는 단계를 포함하는, 표적물질의 검출방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 그래핀 산화물(GO)로 표면 개질된 전극; 상기 전극에 고정된 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer); 상기 압타머에 결합된 표적물질; 및
상기 그래핀 산화물의 환원 전위 측정부;를 포함하는, 표적물질 검출용 바이오센서를 제공한다.
상기 전극은 해당 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 전극은 금, 은, 구리, 백금 탄소, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 및 알루미늄 등을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 금 전극이 바람직하다.
일반적으로 "압타머"란 검출하고자 하는 표적물질과 특이적으로 결합할 수 있는 압타머를 의미하는데, 본 발명에서는 표적물질과 특이적으로 결합하는 압타머를 사용하였다.
상기 표적물질-특이적 압타머는 표적물질과 선택적으로 결합하는 DNA, RNA 서열이라면 무엇이든지 가능하며, 표적물질과의 결합 효율을 높이기 위해, 탄소 6개를 추가적으로 포함할 수도 있다. 특히, 금 전극 표면에 고정을 위하여 표적물질-특이적 압타머의 5'-말단에 -NH2를 추가할 수 있다. 일 예로, 표적물질-특이적 압타머는 트롬빈과 특이적으로 결합하는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.
상기 표적물질은 생체 내 존재하는 물질로, 상기 표적물질-특이적 압타머와 물리적 또는 화학적 상호작용에 의해 결합할 수 있는 물질이라면 제한 없이 검출될 수 있다. 즉 표적물질은 생체 내 존재하는 금속 이온, DNA, RNA, ATP 및 단백질 등과 같은 화학 또는 바이오 물질을 일컫는다.
상기 단백질로는 트롬빈(thrombin), 피브리노겐(fibrinogen), 면역글로불린 G(immunoglobulin G, IgG), 면역글로불린 M(IgM), 면역글로불린 A(IgA), 면역글로불린 D(IgD), 헤모글로빈(hemoglobin), 미오글로빈(myoglobin), 알부민(albumin), 카제인(casein), 프롤라민(prolamin), 액틴(actin), 미오신(myosin), 콜라겐(collagen), 및 케라틴(keratin) 등 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 그래핀 산화물을 이용한 표적물질의 농도 측정은, 상기 표적물질-특이적 압타머에 결합된 표적물질의 양을 측정하는 것을 의미하며, 상기 압타머에 결합된 표적물질의 양은 그래핀 산화물을 전기화학적으로 환원시켜 환원 전위를 측정함으로써 수행될 수 있다.
상기 환원 전류를 측정하기 위해서, 전기화학 임피던스 분광법 또는 순환전압전류법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 그래핀 산화물을 이용한 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서는 표적물질의 농도가 증가할수록 전자전달 산화환원 물질의 전하 전달 저항값(Rct)이 더욱 증가하는 것을 통해 전극의 센서 표면이 검출을 위해 잘 형성되었음을 확인하였고, 또한, GO의 환원 피크 전위가 점차적으로 양의 방향으로 이동하므로 정확한 표적물질의 농도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 전극을 그래핀 산화물(GO) 용액에 침지하여 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극을 제조하는 단계; (2) 상기 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극에 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer)를 고정화하는 단계; (3) 상기 표적물질-특이적 압타머가 고정된 전극에 표적물질을 가하여 표적물질을 압타머에 결합시키는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계의 전극의 그래핀 산화물을 전기화학적으로 환원시켜 환원 전위를 측정하는 단계를 포함하는, 표적물질의 검출방법을 제공한다.
상기 표적물질의 검출방법은 전극 표면에 음(negative)으로 대전된 층 및 양(positive) 대전된 층을 형성하기 위해, 상기 (1)단계 전에, 전극을 연속적으로 머갑토프로피온산(mercaptopropionc acid, MPA) 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimmine, PEI) 용액에 침지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, GO 표면의 카르복실 산(carboxylic acid)을 활성화시켜 활성화된 에스터를 생성하기 위해, 상기 (1)단계 후에, 전극을 N-(3-디메틸아미노-프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드(EDC) 및 N-히드록시-석신이미드(NHS)의 혼합물에 침지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오센선는, 전기화학적 표지자로서 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용함으로써, 표적물질의 농도 분석이 용이하고, 단순하고 경제적인 방법으로 표적물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 생체 내 표적물질 검출용 바이오센서는 전기화학적 표지자로서 그래핀 산화물의 환원 전위의 변화를 이용함으로써 표적물질에 대한 민감도 및 선택도가 우수하여 표적물질의 농도 분석이 용이하고, 상기 바이오센서를 이용하여 표적물질을 검출하는 경우, 단순하고 경제적인 방법으로 우수한 표적물질 검출 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 생체 내 표적물질 중 트롬빈의 검출 방법의 개략적인 과정을 나타내는 도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 (a) 그래핀 산화물(GO)의 라만 스펙트럼, 및 (b) 순수한 금 전극, (c) PEI로 개질된 금 전극(PEI/MPA/Au), 및 (d) GO로 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)의 SEM 이미지를 나타내는 도이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조한 GO로 표면 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)에 대한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV) 및 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)의 측정결과를 나타내는 도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조한 TBA를 고정하기 전 및 후의 GO로 표면 개질된 금 전극에 대한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV)의 측정결과를 나타내는 도이다.
도 5는 1ng/ml 내지 1ug/ml의 트롬빈의 농도에 따른 트롬빈이 결합된 금 전극(트롬빈/TBA/GO/PEI/MPA/Au)에 대한 (a) 나이퀴스트 플롯 및 (b) 환원 피크 전위를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 그래핀 산화물을 이용한 트롬빈의 검출
트롬빈 결합 압타머(thrombin binding aptamer, 서열번호 1), 및 차단(blocking) DNA(5'-TTT TTG GGT TTT T-3')을 제노테크로부터 구입하였고, 그래파이트 산화물(<150 μm)을 포함하는 모든 화학 물질을 시그마 알드리치로부터 구입하였다.
염기 서열
서열번호 1 NH2-C6-TTT TTT TTT TTT TTT AGT CCG TGG TTG GTG TGG TTG GGG TGA CT
25 mM 트리스-HCl 및 300 mM과 1 M NaCl로 이루어진 pH 7.4의 트리스-HCl완충용액, 100 mM 인산 및 100 mM NaCl로 이루어진 인산염 완충 식염수(Phosphate buffer saline, PBS) 및 50 mM 트리스-HCl, 140 mM NaCl, 1 mM MgCl2, 및 0.1% 소혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA)으로 이루어진 결합 완충용액을 사용하였다. 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV) 및 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)을 포함하는 모든 전기화학 측정은 CHI-A617 및 Ivium Compactstat을 사용하여 수행하였다. JEOL JSM-7001F을 이용하여 SEM 이미지를 얻었고, alpha 300 (WITEC)을 이용하여 라만 스펙트럼을 측정하였다.
1-1. 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO)의 준비
그래핀 산화물 현탁액(Graphene Oxide, GO)은 그래파이트 분말로부터 수정된 Hummers 방법(W. Hummers, R. Offeman, Journal of the American Chemical Society 80 (1958) 1339.)을 이용하여 제조하였다. 먼저, 그래파이트 분말(3g)을 삼각플라스크 안에 가하고, 얼음조(ice bath)에서 교반한 후, NaNO3 (1.5 g) 및 농축된 H2SO4 (69 mL)을 가하였다. 그 후, KMnO4(9 g)을 천천히 가한 후, 상기 혼합물을 3시간 동안 교반하였다. 그 다음, 상기 혼합물에 120 mL의 탈이온수를 30분 동안 천천히 가한 후, 다시 200mL의 탈이온수를 가하고, 30% H2O2 (3 mL) 용액을 천천히 가하였다. 이 때, 상기 현탁액의 색깔이 갈색으로부터 노랑색으로 변하면 5% HCl 용액으로 4500rpm에서 2 회 원심 분리한 후, 증류수로 높은 속도에서 수 회 원심 분리하였다.
1-2. GO로 표면 개질된 전극의 제조
표면 개질에 앞서, 금으로 코팅된 유리전극을 piranha 용액(H2SO4:H2O2 = 3:1)으로 세척한 뒤, 물로 세척하고 질소 기체로 건조하였다. 그 후, 상기 세척된 금 전극을 10mM 머갑토프로피온산(mercaptopropionc acid, MPA)에 12시간 동안 침지하여 음(negative)으로 대전된 층을 형성하였고, 연속적으로 0.1% 폴리에틸렌이민(polyethyleneimmine, PEI) 용액에 1.5시간 동안 침지하여 양(positive) 대전된 층을 형성하였다. 그 후, 상기 음 및 양으로 대전된 금 전극을 상기 실시예 1-1에서 준비된 0.5 mg/ml 그래핀 산화물(GO) 용액에 1시간 동안 침지하여 그래핀 산화물(GO)로 코팅하였다. NH2-말단 TBA의 비-특이적 결합을 방지하기 위해 차단(blocking) DNA를 GO로 표면 개질된 전극에 처리하였고, 상기 GO로 표면 개질된 전극을 200 mM N-(3-디메틸아미노-프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드 (N-(3-Dimethylamino-propyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC) 및 50 mM N-히드록시-석신이미드(N-hydroxy-succinimide, NHS)의 1:1 혼합 용액에 1시간 동안 노출시켜 GO 표면의 카르복실 산(carboxylic acid)을 활성화시켰다.
그 후, 상기 GO로 표면 개질된 금 전극을 트롬빈 결합 압타머(thrombin binding aptamer, 서열번호 1)에 담그어 트롬빈 결합 압타머를 전극에 고정화하였다. 그 후, 표면 위에 트롬빈의 비특이적 결합을 방지하기 위해, 상기 표면을 1시간 동안 PBS에서 1% BSA 용액으로 배양하였다.
상기 TBA 고정된 금 전극을 다양한 농도의 트롬빈 용액에 노출하였고, 1.5시간 동안 배양하였다. 음성 대조군 실험(negative control experiment) 에서는, 트롬빈 없이 동일한 과정을 수행되었다.
1-3. 전기화학적 측정
상기 표면 개질된 전극에 대하여 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS) 및 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV)을 수행하여 환원 전위를 측정하였다.
모든 전기화학적 측정은 각각 작동 전극으로 개질된 금 전극, 기준 전극으로 Ag/AgCl 및 상대 전극으로 Pt 선으로 구성된 전기화학적 전지를 이용하여 수행하였다. CV 측정은 -0.4 내지 -1.4 V의 전압 범위에서 수행하였고, EIS는 PBS 내의 K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6](1 mM, 1:1 몰 비)의 형식전위(formal potential)에서 10 kHz 및 0.05 Hz 사이에서 측정하였다. 랜들(Randle) 등가회로는 나이퀴스트 플롯으로 나타난 임피던스 스펙트럼을 피팅하는데 사용되었다.
본 발명에 따른 생체 내 표적물질 검출 방법의 개략정인 과정을 도 1에 나타내었다.
실험예 1. GO로 표면 개질된 전극에 대한 주사 전자 현미경(SEM), 원자력 현미경(AFM) 및 라만 스펙트럼 측정
상기 실시예 1에서 제조한 (a) 그래핀 산화물(GO)의 라만 스펙트럼, (b) 금 전극, (c) PEI로 개질된 금 전극(PEI/MPA/Au) 및 (d) GO로 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)의 SEM 이미지를 도 2에 나타내었다.
도 2(a)에 나타난 바와 같이, GO에 대한 라만 스펙트럼은 전형적인 D/G 피크 비율을 나타내었다. 도 2(b) 내지 2(d)에 나타난 바와 같이, SEM 이미지는 그래핀 산화물(GO)이 금 전극 위에 안정하게 흡착되어 있음을 나타내었다.
또한, AFM 측정결과는 상기 그래핀 산화물(GO) 단층의 두께가 ~ 1 nm임을 나타내었다.
실험예 2. GO로 표면 개질된 전극에 대한 순환전압전류법(CV) 및 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 측정
상기 실시예 1에 따라 제조된, GO로 표면 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)에 대한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV) 및 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)의 측정결과를 도 3에 나타내었다. 여기서, CV 및 EIS는 각각 PC와 연결된 일정 전위기(potentiostat)로 lvium compactstat를 이용하여 측정하였고, Fe(CN)6 3- 및 Fe(CN)6 4- 의 산화환원 쌍(redox couple)을 가지고 수행되었다.
도 3(a)에 나타난 바와 같이, 산화환원 쌍에 대한 CV 측정 결과는 GO의 절연 특성, 음으로 대전된 GO 층과 산화-환원 쌍간의 반발력, 및 입체 장애(steric effect)로 인해 GO로 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)이 순수한 금 전극(bare Au)에 비해 더 큰 피크 분리 및 더 작은 피크 전류를 나타내었다.
도 3(b)에 나타난 바와 같이, EIS 측정 결과는 순수한 금 전극(bare Au)에 비해 GO로 표면 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)의 전하 전달 저항값(Rct)이 급격하게 증가하는 것을 보여주고 있다. 그러나, 도 3(a) 및 3(b)에 나타난 바와 같이, TBA가 고정된 금 전극(TBA/GO/PEI/MPA/Au)은 GO로 개질된 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)에 비해 약간 감소된 차단 행동(blocking behavior)을 나타내었다. 이 결과는 TBA 고정 및 EDC/NHS 활성화를 포함하는 GO로 표면 개질된 전극의 침지 과정 동안 GO 층이 부분적으로 손실되었기 때문으로 생각된다.
실험예 3. TBA를 고정하기 전 및 후의 그래핀 산화물(G0)의 전기화학적 환원 측정
상기 실시예 1에 따라 제조된, TBA를 고정하기 전 및 후의 GO로 표면 개질된 금 전극에 대한 순환전압전류법(Cyclic voltammetry, CV)의 측정결과를 도 4에 나타내었다. 여기서 CV 측정은 -0.4 내지 -1.4 V의 전압 범위에서 수행하였고, 20 mM NaCl을 전해액으로 사용하였다.
도 4에 나타난 바와 같이, TBA가 고정된 금 전극(TBA/GO/PEI/MPA/Au)은 TBA가 고정되기 전의 금 전극(GO/PEI/MPA/Au)에 비해 음의 방향쪽으로 22.3 mV 이동하였고, 이 결과는 금 전극 위에 TBA의 고정으로 인해 GO의 환원이 더 어려워졌음을 의미한다. 상기 고정화된 TBA는 폴리-티민(poly-Thymine)의 긴 길이로 인해 높은 유연성을 가지며, TBA의 염기에 있는 아민기(amine group)들은 GO에 존재하는 산소기(oxygen group)들 예로, 히드록실기, 카르복실기, 및 카르보닐기와 수소 결합 또는 정전기적 상호 작용을 할 수 있다. 이러한 상호 작용은 GO 내의 산소기들을 안정화시킬 수 있고, 따라서 음의 방향으로 환원 전위의 이동을 초래한다.
실험예 4. 트롬빈의 농도에 따른 전기화학적 환원 측정
트롬빈 검출에 대한 민감도(sensitivity)를 평가하기 위하여, 트롬빈의 농도를 1 ng/ml 내지 1 ug/ml으로 하여 트롬빈이 결합된 금 전극(트롬빈/TBA/GO/PEI/MPA/Au)에 대한 (a) 나이퀴스트 플롯 및 (b) 환원 피크 전위를 도 5에 나타내었다.
도 5(a)에 나타난 바와 같이, 트롬빈의 농도가 1 ng/ml에서 1 ug/ml로 증가함에 따라 전하 전달 저항값(Rct)이 증가하는 것을 나타내었다. 그러나, 아비딘(avidin), 마우스 IgG 등과 같은 다른 단백질은 Rct 값에서 거의 변화를 나타내지 않았다. 상기 결과는 TBA가 고정된 금 전극(TBA/GO/PEI/MPA/Au)이 표적물질로서 트롬빈을 검출하는 플랫폼으로 사용될 수 있다는 것을 확인시킨다.
도 5(b)에 나타난 바와 같이, 트롬빈의 농도가 증가함에 따라 GO의 환원 피크 전위는 점차적으로 양의 방향으로 이동하는 것을 나타내었다. 이 결과는 트롬빈-TBA 복합체의 형성이 GO의 환원을 더 쉽게 만드는 것을 나타내며, 이것은 TBA와 GO의 산소기들 사이의 인력이 붕괴되었기 때문일 것이다. 도 5(b)의 결과로부터 10.8 ng/ml의 아주 낮은 트롬빈의 검출 한계(detection limit)을 얻었다. 그러나, 이러한 경향은 차단(blocking)-DNA의 처리가 없는 TBA가 고정된 금 전극(TBA/GO/PEI/MPA/Au)에 대해서는 관찰되지 않았다.

Claims (11)

  1. 그래핀 산화물(GO)로 표면 개질된 전극; 상기 전극에 고정된 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer); 상기 압타머에 결합된 표적물질; 및
    상기 그래핀 산화물의 환원 전위 측정부;를 포함하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극은 금, 은, 구리, 백금 탄소, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 및 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표적물질-특이적 압타머는 압타머의 5'-말단에 -NH2 를 갖는 DNA 또는 RNA 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표적물질-특이적 압타머는 서열번호 1로 이루어진 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 표적물질은 물리적 또는 화학적 상호작용에 의해 표적물질-특이적 압타머와 결합하는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 표적물질은 금속 이온, DNA, RNA, ATP 및 단백질로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단백질은 트롬빈(thrombin), 피브리노겐(fibrinogen), 면역글로불린 G(immunoglobulin G, IgG), 면역글로불린 M(IgM), 면역글로불린 A(IgA), 면역글로불린 D(IgD), 헤모글로빈(hemoglobin), 미오글로빈(myoglobin), 알부민(albumin), 카제인(casein), 프롤라민(prolamin), 액틴(actin), 미오신(myosin), 콜라겐(collagen), 및 케라틴(keratin)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물의 환원 전위는 순환전압전류법 또는 전기화학 임피던스 분광법으로 측정하는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출용 바이오센서.
  9. (1) 전극을 그래핀 산화물(GO) 용액에 침지하여 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극을 제조하는 단계;
    (2) 상기 그래핀 산화물로 표면 개질된 전극에 표적물질-특이적 압타머(specific aptamer)를 고정화하는 단계;
    (3) 상기 표적물질-특이적 압타머가 고정된 전극에 표적물질을 가하여 표적물질을 압타머에 결합시키는 단계; 및
    (4) 상기 (3)단계의 전극의 그래핀 산화물을 전기화학적으로 환원시켜 환원 전위를 측정하는 단계를 포함하는, 표적물질의 검출방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (1)단계 전에, 전극을 머갑토프로피온산(mercaptopropionc acid, MPA) 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimmine, PEI) 용액에 침지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 표적물질의 검출방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (1)단계 후에, 전극을 N-(3-디메틸아미노-프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드(EDC) 및 N-히드록시-석신이미드(NHS)의 혼합물에 침지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 표적물질의 검출방법.
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