KR20200012605A - Method for reusing single-walled carbon nanotube-based biosensor - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for reusing a single-walled carbon nanotube-based biosensor, the method comprising the steps of: (a) treating a sodium hydroxide solution on a chip of a single-walled carbon nanotube-based biosensor; and (b) washing the treated biosensor with water. The method for reusing the single-walled carbon nanotube-based biosensor of the present invention can be advantageously used as a technology for quickly and easily reusing biosensors in the field of SWCNT-based biosensors using an antigen-antibody binding reaction.

Description

단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법{Method for reusing single-walled carbon nanotube-based biosensor}Method for reusing single-walled carbon nanotube-based biosensor

본 발명은 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 시약으로 항원 결합된 칩을 처리하는 단계를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reusing a single-walled carbon nanotube-based biosensor, and more particularly, to a method for reusing a single-walled carbon nanotube-based biosensor comprising treating an antigen-bound chip with a specific reagent. .

바이오센서는 자연에서 흔히 사용되는 종래의 시험 시스템, 즉 종래의 플레이트 카운팅 방법(plate counting method), DNA 증폭 접근법(DNA amplification approach) 및 효소 링크 면역 흡착 분석(ELISA)을 대체하기 때문에 관심받는 개념이 되었으며, 특정 전문가와 검출 시간이 요구되므로, 상기 각 검출 방법의 분야에서 상당한 비용이 필요하다. 그러나 바이오센서의 광범위한 수용에 있어서 전략적 측면에서의 장벽은 제조 원가를 들 수 있다. 바이오센서는 저렴한 마이크로 전극 구성 요소로 구성되어 있지만, 반대로 바이오센서 제조 및 항체 고정화를 포함한 복잡한 준비 단계로 인해 시스템 확립이 힘들고 비싸며 시간 소모적이다. 고급화된 기술을 추가하여 저가의 일회용 트랜스듀서를 출시함으로써 바이오센서 비용을 낮추기 위한 여러 가지 전략이 이미 추진되고 있다. 그러나, 이러한 일회용 바이오센서 방법은 특히 위생이 요구되는 분야에서는 부적합하다. 바이오센서 시험을 위한 비용 최소화에 대한 요구를 충족시키기 위해, 특히 개발 도상국에서는 비용 절감이 중요하기 때문에 바이오센서의 재생산은 상용화 프로세스를 가속화시키는 기술이 될 수 있다.Biosensors replace the conventional test systems commonly used in nature, namely the conventional plate counting method, DNA amplification approach, and enzyme link immunosorbent assay (ELISA). And a specific expert and detection time are required, a considerable cost is required in the field of each of the above detection methods. However, the strategic barrier to widespread adoption of biosensors is manufacturing costs. Biosensors consist of inexpensive micro-electrode components, but on the contrary, complex preparation steps, including biosensor manufacturing and antibody immobilization, make the system difficult, expensive and time consuming. A number of strategies are already underway to lower the cost of biosensors by adding low-cost disposable transducers with advanced technology. However, such disposable biosensor methods are particularly unsuitable in areas where hygiene is required. In order to meet the need for cost minimization for biosensor testing, regeneration of biosensors can be a technology that accelerates the commercialization process, especially because cost savings are important in developing countries.

민감한 영역이나 칩에 대한 다른 회로의 손상 없이 감지 표면을 생성하고 재생산하는 능력은 완전히 통합되고 재사용이 가능한 바이오센서를 위한 중요한 요구 사항이다. 이에 따라, 적절한 기술을 이용한 효과적인 세정 시약은 바이오센서의 칩 재생을 위한 필수 단계이다. 피라냐(piranha) 처리에서의 황산 및 산소 플라즈마 방법의 사용은 바이오센서 표면으로부터 오염 물질을 감소시키기에 효과적이지만, 이들은 제어가 어렵고 반복성이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 온도의 증가는 단백질의 비가역적 변성 및 응집을 일으킬 수 있기 때문에 열 재생은 전기화학 기반의 바이오센서에 적합하지 않다. 글라이신(glycine), 우레아(urea), 시트르산(citric acid), 염화나트륨 등 많은 시약이 노출된 금 표면 세정을 위한 시약으로 문헌에서 보고되었지만, 제작된 바이오센서 칩에 재생용으로 직접 사용된 보고는 없다. 또한, 이들은 낮은 pH, 생체분자에 대한 방부 효과 및 센서 신호에 영구적으로 영향을 미칠 수 있는 염분의 비특이적 침착 때문에 전기화학적 바이오센서에 대한 응용이 제한적이다. 따라서, 바이오센서 재생을 위해 적절한 재사용 가능한 시약을 검색하기 위한 범위는 매우 광범위하다.The ability to create and reproduce sensing surfaces without damaging sensitive areas or other circuitry to the chip is an important requirement for fully integrated and reusable biosensors. Accordingly, effective cleaning reagents using appropriate techniques are an essential step for chip regeneration of biosensors. The use of sulfuric acid and oxygen plasma methods in piranha treatments is effective to reduce contaminants from the biosensor surface, but they suffer from the difficulty of control and low repeatability. In addition, thermal regeneration is not suitable for electrochemical based biosensors because an increase in temperature can cause irreversible denaturation and aggregation of proteins. Many reagents such as glycine, urea, citric acid and sodium chloride have been reported in the literature as a reagent for cleaning exposed gold surfaces, but no reports have been directly used for regeneration in fabricated biosensor chips. . In addition, they have limited application to electrochemical biosensors due to their low pH, preservative effects on biomolecules and nonspecific deposition of salts which can permanently affect sensor signals. Thus, the scope for searching for suitable reusable reagents for biosensor regeneration is very broad.

이러한 시약 중 수산화나트륨은 가용성, 저렴한 비용, 효율성, 제거 및 처분이라는 여러 가지 이유로 인해 세척 및 살균제로 널리 받아들여지고 있다. 수산화나트륨을 적용하면 크로마토그래피 시스템에서 단백질, 핵산, 효모, 균류, 박테리아 및 바이러스를 제거하는데 효과적인 것으로 나타났다. 그러나, 수산화나트륨을 바이오센서의 재사용에 적용할 수 있는지 알려진 바는 없다.Among these reagents, sodium hydroxide is widely accepted as a cleaning and disinfectant for a variety of reasons, such as solubility, low cost, efficiency, removal and disposal. Application of sodium hydroxide has been shown to be effective in removing proteins, nucleic acids, yeasts, fungi, bacteria and viruses from chromatography systems. However, it is not known whether sodium hydroxide can be applied to the reuse of biosensors.

한국 특허공개 제10-2015-0137310호 (2015.12.09.)Korean Patent Publication No. 10-2015-0137310 (2015.12.09.) 한국 특허공개 제10-2009-0131588호 (2009.12.29.)Korean Patent Publication No. 10-2009-0131588 (2009.12.29.)

본 발명의 발명자들은 바이오센서의 재사용 방법에 대하여 연구하던 중, 바이오센서에 수산화나트륨을 적용하면 항체가 고정화된 바이오센서 표면으로부터 결합된 항원만 분리시킬 수 있을 것으로 착안하여, 음식에서 땅콩 알레르겐인 Ara h1을 검출하기 위해 이전 연구에서 개발된 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)-기반의 바이오센서의 재사용 가능 여부를 확인함으로써, 수산화나트륨 수용액의 처리가 바이오센서의 재사용을 가능하게 한다는 것을 발견하였다.The inventors of the present invention, while studying the method of reusing the biosensor, realized that the application of sodium hydroxide to the biosensor can only separate the antigen bound from the surface of the biosensor to which the antibody is immobilized, Ara, a peanut allergen in food. By checking the reusability of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) -based biosensors developed in previous studies to detect h1, treatment of aqueous sodium hydroxide solution enables reuse of biosensors. I found that.

따라서, 본 발명의 목적은 1) Ara h1을 포함한 표적 항원을 검출하기 위해 SWCNT-기반 바이오센서를 재사용하는 방법을 도출하는 것이고, 2) SWCNT-기반 바이오센서가 재사용 가능한 성질을 갖는다는 것을 확인하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to 1) derive a method of reusing a SWCNT-based biosensor to detect a target antigen including Ara h1, and 2) to confirm that the SWCNT-based biosensor has reusable properties. will be.

본 발명의 일 측면에 따라, (a) 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 칩에 수산화나트륨 수용액을 처리하는 단계; 및 (b) 처리된 바이오센서를 물로 세척하는 단계를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, (a) treating the sodium hydroxide solution on the chip of the single-wall carbon nanotube-based biosensor; And (b) there is provided a method for reusing a single-walled carbon nanotube-based biosensor comprising the step of washing the treated biosensor with water.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 Ara h1 항원 또는 Ara h6 항원에 대한 바이오센서일 수 있다.In one embodiment, the single-walled carbon nanotube based biosensor of step (a) may be a biosensor for Ara h1 antigen or Ara h6 antigen.

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 수산화나트륨 수용액은 농도 100 ~ 150 mM일 수 있으며, 실온에서 처리될 수 있으며, 1 ~ 5시간 동안 처리될 수 있다.In one embodiment, the aqueous sodium hydroxide solution of step (a) may be a concentration of 100 ~ 150 mM, may be treated at room temperature, may be treated for 1 to 5 hours.

일 구현예에서, 단계(b)의 상기 물은 탈이온수일 수 있다.In one embodiment, the water of step (b) may be deionized water.

본 발명의 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법에 의해 WCNT-기반 바이오센서의 재사용이 가능함을 확인하여, 다른 바이오센서 분석법보다 신속한 검출에 적합화된 바이오센서에 있어서 실제 현장에서의 재사용 요구에 부응할 수 있으며, SWCNT-기반 바이오센서의 재사용 가능 성질을 특성화함으로써 본 발명의 재사용 방법에 의해 기능화된 SWCNT-기반 바이오센서가 5회까지 재사용될 수 있으며, 재생 후 표지 없이, 신속하고 민감하게 땅콩 알레르겐을 검출할 수 있는 것으로 확인되었다.It is confirmed that the WCNT-based biosensor can be reused by the reuse method of the single-walled carbon nanotube-based biosensor of the present invention. By characterizing the reusable properties of the SWCNT-based biosensors, SWCNT-based biosensors functionalized by the reuse method of the present invention can be reused up to five times, quickly and sensitively without labeling after regeneration. It was confirmed that peanut allergens can be detected.

따라서, 본 발명의 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법은 항원-항체 결합 반응을 이용한 SWCNT-기반 바이오센서 분야에서 신속하고 간편하게 바이오센서를 재사용할 수 있는 기술로서 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the method of reusing the single-walled carbon nanotube-based biosensor of the present invention can be usefully used as a technique for quickly and simply reusing biosensors in the field of SWCNT-based biosensors using antigen-antibody binding reactions.

도 1은 재사용 가능한 SWCNT-기반 바이오센서의 최적 재사용 공정에 대한 확인 데이터로서, (A) 바이오센서 칩 재생을 위한 세정 시약(글라이신, 염화나트륨, 시트르산, 중탄산나트륨[sodium bicarbonate], 수산화나트륨, 과산화수소 및 요소)으로 처리 전, 후의 ΔR을 측정한 결과; 및 (B) NaOH 용액의 농도 증가에 따른 전기 반응(R)의 감소 결과를 나타낸 그래프이고, 실험 결과는 평균 ± 표준 편차(n = 3)로 나타내었다.
도 2는 NaOH 용액으로 세척한 후 재사용된 SWCNT-기반 바이오센서의 저항 차이(ΔR)를 나타낸 것으로서, (A) Ara h1 검출에 있어서 ΔR은 5회 연속하여 감소된 결과[PBS(Phosphate Buffered Saline, 인산 완충 식염수)]; 및 (B) NaOH 용액을 이용한 세척 처리에 의해 재사용하는 바이오센서의 개략도이고, 실험 결과는 평균 ± 표준 편차(n = 3)로 나타내었다.
도 3은 NaOH 용액으로 세척한 후 재사용된 SWCNT-기반 바이오센서의 저항 차이(ΔR)를 나타낸 것으로서, Ara h6 검출에 있어서 ΔR은 2회 연속하여 감소된 결과[PBS(Phosphate Buffered Saline, 인산 완충 식염수)]를 나타내었고, 이에 따라, SWCNT-기반 바이오센서는 100 mM NaOH 용액을 사용하여 재사용함으로써 Ara h6 검출을 위해 2회 재사용할 수 있었다.
1 is confirmation data for an optimal reuse process of a reusable SWCNT-based biosensor, (A) cleaning reagents for regeneration of biosensor chips (glycine, sodium chloride, citric acid, sodium bicarbonate, sodium hydroxide, hydrogen peroxide and ΔR before and after treatment with urea); And (B) is a graph showing the result of the reduction of the electrical reaction (R) with increasing concentration of NaOH solution, the experimental results are expressed as the mean ± standard deviation (n = 3).
Figure 2 shows the difference in resistance (ΔR) of the SWCNT-based biosensor reused after washing with NaOH solution, (A) ΔR in Ara h1 detection resulted in five consecutive decreases [PBS (Phosphate Buffered Saline, Phosphate buffered saline)]; And (B) a schematic view of a biosensor reusing by washing treatment with NaOH solution, and the experimental results are expressed as mean ± standard deviation (n = 3).
Figure 3 shows the difference in resistance (ΔR) of the reused SWCNT-based biosensor after washing with NaOH solution, ΔR was reduced twice in the detection of Ara h6 [Phosphate Buffered Saline (PBS) )], And thus, SWCNT-based biosensors could be reused twice for Ara h6 detection by reusing with 100 mM NaOH solution.

본 발명은 (a) 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 칩에 수산화나트륨 수용액을 처리하는 단계; 및 (b) 처리된 바이오센서를 물로 세척하는 단계를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: (a) treating an aqueous sodium hydroxide solution on a chip of a single-walled carbon nanotube-based biosensor; And (b) provides a method for reusing a single-wall carbon nanotube-based biosensor comprising the step of washing the treated biosensor with water.

전기화학 검출에 기반한 바이오센서 시스템은 산업계에 널리 보급되어 있으나, 산업 분야에서 바이오센서의 광범위한 수용을 위하여 실용적인 측면에서의 가장 큰 장벽은 이들의 제조 비용 및 운영 비용이다. 본 발명에서는 SWCNT-기반의 바이오센서를 세척 후에 수회 재사용하기 위하여 시도한 결과, 특정 농도 범위[100 ~ 150 mM]의 NaOH 용액을 사용하여 세정함으로써 바이오센서를 5회까지 재사용할 수 있는 방법을 도출하였다.Biosensor systems based on electrochemical detection are widespread in the industry, but the biggest barriers in practical terms for the widespread acceptance of biosensors in the industry are their manufacturing and operating costs. In the present invention, as an attempt to reuse the SWCNT-based biosensor several times after washing, a method of reusing the biosensor up to five times was obtained by cleaning using a NaOH solution having a specific concentration range [100 to 150 mM]. .

본 발명의 재사용 방법은 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 칩에 수산화나트륨 수용액을 처리하는 단계[즉, 단계(a)]를 포함한다. 단계(a)는 바이오센서의 칩 상에 형성된 항원-항체의 결합을 분리시키는 단계이다. 단계(a)에서, 상기 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서는 항원-항체 결합에 의해 알레르겐을 검출하는 바이오센서라면 제한되지 않으나, 바람직하게는 Ara h1 항원 또는 Ara h6 항원에 대한 바이오센서일 수 있다.The reuse method of the present invention comprises the step of treating the sodium hydroxide aqueous solution on the chip of the single-walled carbon nanotube-based biosensor (ie, step (a)). Step (a) is to separate the binding of the antigen-antibody formed on the chip of the biosensor. In step (a), the single-walled carbon nanotube-based biosensor is not limited as long as it is a biosensor for detecting an allergen by antigen-antibody binding, but may preferably be a biosensor for an Ara h1 antigen or an Ara h6 antigen. .

일 구현예에서, 단계(a)의 상기 수산화나트륨 수용액은 농도 100 ~ 150 mM일 수 있으며, 바람직하게는 100 mM일 수 있다. 재사용되는 바이오센서 상의 최적의 표면 특성을 유지하기 위하여, 수산화나트륨 수용액의 농도를 바이오센서의 칩 상에 형성된 항원-항체의 결합을 분리시킬 수 있는 농도로서 최소 범위로 사용하는 것이 바람직하다. In one embodiment, the aqueous sodium hydroxide solution of step (a) may be a concentration of 100 ~ 150 mM, preferably 100 mM. In order to maintain optimal surface properties on the biosensor to be reused, it is preferable to use the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution in a minimum range as a concentration capable of separating the binding of the antigen-antibody formed on the chip of the biosensor.

일 구현예에서, 상기 수산화나트륨 수용액은 실온에서 처리될 수 있다. In one embodiment, the aqueous sodium hydroxide solution can be treated at room temperature.

일 구현예에서, 상기 수산화나트륨 수용액은 바이오센서의 칩 상에 형성된 항원-항체의 결합을 분리시킬 수 있는 반응 시간 동안 처리하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 1 ~ 5시간 동안, 바람직하게는 2시간 동안 처리될 수 있다.In one embodiment, the aqueous sodium hydroxide solution is preferably treated for a reaction time capable of separating the binding of the antigen-antibody formed on the chip of the biosensor, for example, for 1 to 5 hours, preferably 2 Can be processed for hours.

본 발명의 재사용 방법은 처리된 바이오센서를 물로 세척하는 단계[즉, 단계(b)]를 포함한다. 단계(b)는 항원-항체의 결합을 분리시킨 후에 센서 표면의 결합되지 않은 항원을 제거하기 위하여 바이오센서 칩 표면을 세척하는 단계이다. 단계(b)에서, 상기 물은 바이오센서 칩 표면을 오염시키지 않으면서 표면의 결합되지 않은 항원을 제거할 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 바람직하게는 탈이온수일 수 있다.The reuse method of the present invention comprises the step of washing the treated biosensor with water (ie step (b)). Step (b) is the step of washing the biosensor chip surface to remove the unbound antigen from the sensor surface after separating the antigen-antibody binding. In step (b), the water is not limited as long as it can remove unbound antigen on the surface without contaminating the surface of the biosensor chip, preferably deionized water.

본 발명의 재사용 방법을 수행한 후에 포텐시오스탯(potentiostat)을 사용하여 저항 값을 측정함으로써 SWCNT-기반 바이오센서의 장기간 안정성과 재사용 방법을 평가한 결과, 뚜렷한 세척 효과를 나타내어 세척 후 ΔR을 감소시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 이에 따라, 본 발명의 재사용 방법에 의해 기능화된 SWCNT-기반 바이오센서는 5회까지 재사용될 수 있으며, 재생 후 표지 없이, 신속하고 민감하게 땅콩 알레르겐을 검출할 수 있는 것으로 확인되었다.After performing the reuse method of the present invention to evaluate the long-term stability and reuse method of the SWCNT-based biosensor by measuring the resistance value using a potentiostat, it shows a clear cleaning effect to reduce ΔR after washing Confirmed that it can. Accordingly, it was confirmed that the SWCNT-based biosensor functionalized by the reuse method of the present invention can be reused up to five times and detect peanut allergens quickly and sensitively without labeling after regeneration.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

1. 방법1. How to

SWCNT, 1-피렌부탄산 숙신이미딜 에스테르(1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester, PBASE) 및 항-Ara h1 항체(pAb)의 준비 과정은 본 발명의 발명자의 선행문헌(한국 등록특허 제10-1826131호)에 기재된 방법에 따라 진행하였다. SWCNT-기반 바이오센서의 제작은 본 발명의 발명자의 선행문헌(한국 등록특허 제10-1826131호)에 기재된 방법에 따라 진행하였다. 포텐시오스탯(potentiostat, DY2013, EG Technology, Seoul, Korea)을 사용하여 각 단계의 선형 스위프 볼타메트리(Linear sweep voltammetry, LSV) 측정을 수행하였다. 선형 회귀 분석을 사용하여 각 처리에 대한 0.0 V와 0.1 사이의 전류/전압(I/V) 곡선의 기울기를 추정하고 전류/전압 수치를 역산하여 저항을 계산하였다. 저항 차(ΔR)는 하기 계산식 1으로 계산하였다.Preparation of SWCNT, 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester (PBASE) and anti-Ara h1 antibody (pAb) is described in the prior art of the inventor of the present invention (Korean Patent No. 10-1826131). Proceed according to the method described in). Fabrication of the SWCNT-based biosensor was carried out according to the method described in the prior document (Korean Patent No. 10-1826131) of the inventor of the present invention. Linear sweep voltammetry (LSV) measurements of each step were performed using potentiostats (potentiostat, DY2013, EG Technology, Seoul, Korea). Linear regression analysis was used to estimate the slope of the current / voltage (I / V) curve between 0.0 V and 0.1 for each treatment and calculate the resistance by inverting the current / voltage values. The resistance difference ΔR was calculated by the following equation.

<계산식 1><Calculation Formula 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서, R0 = 바이오센서를 사용한 링커로 측정된 저항, R1 = 바이오센서를 사용하여 땅콩 알레르겐 Ara h1 용액으로 측정된 저항이다.Where R 0 = resistance measured with a linker using a biosensor, R 1 = resistance measured with a peanut allergen Ara h1 solution using a biosensor.

시약의 세정 효능을 결정하기 위해, 제작된 항원 결합된 바이오센서 칩을 글라이신, 염화나트륨, 시트르산, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 과산화수소 및 요소 등의 각 시약으로 제조된 용액으로 2시간 동안 처리하였다. 각 시약의 농도는 100 mM로 일정하게 유지하였다. 시약을 사용하여 세정한 후, 센서 칩을 탈이온수로 헹구었다. 세정 결과는 LSV를 사용한 ΔR 감소 수치로 평가하였다.In order to determine the cleaning efficacy of the reagents, the prepared antigen-bound biosensor chips were treated with a solution prepared with each reagent such as glycine, sodium chloride, citric acid, sodium carbonate, sodium hydroxide, hydrogen peroxide and urea for 2 hours. The concentration of each reagent was kept constant at 100 mM. After washing with the reagent, the sensor chip was rinsed with deionized water. Washing results were evaluated by ΔR reduction using LSV.

센서 재생 특성을 확인하기 위해 기-제작된 바이오센서 칩에 200 μL NaOH 용액(100 mM)을 실온에서 2 시간 동안 가하여 항원-항체의 결합을 분리시킨 후, 탈이온수로 바이오센서를 세척하여 센서 표면의 결합되지 않은 항원을 제거하였다. 세척 후, Ara h1을 포함하는 희석된 땅콩 알레르겐 용액으로 바이오센서를 재시험하였고, 포텐시오스탯(potentiostat)을 사용하여 저항 값을 다시 측정하였다. NaOH 용액을 이용한 세척 단계를 5회 반복하였다.To confirm sensor regeneration characteristics, 200 μL NaOH solution (100 mM) was added to a pre-fabricated biosensor chip at room temperature for 2 hours to separate antigen-antibody binding, and then the biosensor was washed with deionized water to clean the surface of the sensor. Unbound antigen was removed. After washing, the biosensor was retested with a diluted peanut allergen solution containing Ara h1, and the resistance value was measured again using a potentiostat. The washing step with NaOH solution was repeated five times.

2. 결과 및 토론2. Results and Discussion

본 발명에서는 광범위하게 사용되는 다양한 세척제를 일반적으로 사용되는 몰 농도로 SWCNT-기반 바이오센서에 적용하여 항체-항원 결합을 분리하는 효과를 측정하였다. 시험된 시약 용액 중에서, NaOH만이 뚜렷한 세척 효과를 나타내어 세척 후 ΔR을 감소시켰다(도 1(A) 참조). 고농도의 NaOH 용액은 고농도의 OH- 이온이 해리되어 배열된 CNT와 고정된 pAb 부위가 손상되기 때문에 바이오센서 칩에 가혹한 영향을 미칠 수 있으므로 세정을 위한 최적의 NaOH 용액 농도를 결정하였다. 바이오센서는 반응에 민감한 금 미세전극을 사용하기 때문에 바이오센서 상의 최적의 표면 특성을 유지하기 위하여 NaOH 용액을 최소 농도 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 도 1(B)에 나타난 바와 같이, NaOH 농도가 70 내지 100 mM로 증가함에 따라 저항값은 감소하였으나, 100 mM 이상의 농도에서는 저항값의 정상 상태(plateau)가 얻어졌다. 이는 pAb 고정화된 표면으로부터 결합된 항원이 완전한 분리되었음을 의미한다. 따라서, 최적의 NaOH 농도는 100 ~ 150 mM이 될 것으로 예상되었으며, 바이오센서 재생을 위한 최소한의 최적 농도는 100 mM로 결정되었다.In the present invention, various cleaning agents widely used were applied to SWCNT-based biosensors at a generally used molar concentration to measure the effect of separating antibody-antigen binding. Of the reagent solutions tested, only NaOH showed a pronounced washing effect, reducing ΔR after washing (see FIG. 1 (A)). The high concentration of NaOH solution could severely affect the biosensor chip because the high concentration of OH - ions were dissociated and the arranged CNTs and the fixed pAb sites were damaged, thus determining the optimal NaOH solution concentration for cleaning. Since biosensors use gold microelectrodes that are sensitive to the reaction, it is preferable to use NaOH solution in a minimum concentration range in order to maintain optimal surface properties on the biosensors. As shown in FIG. 1 (B), the resistance value decreased as the NaOH concentration increased from 70 to 100 mM, but at a concentration of 100 mM or more, a plateau of the resistance value was obtained. This means that the bound antigen was completely separated from the pAb immobilized surface. Therefore, the optimal NaOH concentration was expected to be 100-150 mM and the minimum optimal concentration for biosensor regeneration was determined to be 100 mM.

SWCNT-기반 바이오센서의 장기간 안정성과 재사용 방법을 평가하기 위해 항체-항원 반응 완결 후에 바이오센서 전극의 ΔR을 측정하였다. 도 2(A)에 나타난 바와 같이, 얻어진 ΔR은 각 세척 처리 후에 뚜렷이 감소하였고, Ara h1에 대한 신뢰성 있는 검출 결과는 5 회 재활용까지 가능하였다. ΔR은 세척 전(최초 사용시)에 뚜렷하였고, 이는 pAb이 땅콩 알레르겐 Ara h1에 결합하여 볼타메트리 전류 거동을 감소시키는 것으로 추정된다. 그러나, NaOH 세척 후에도 ΔR은 감소하였으며, 이는 알레르겐 항원 분자가 세척 중에 바이오센서 표면으로부터 남아 있을 수 있기 때문인 것으로 보인다. Ara h1을 검출하기 위한 바이오센서의 재사용성에 대한 개략도는 도 2(B)에 나타나 있고, 여기에서는 바이오센서가 5 회 재활용되었다.The ΔR of the biosensor electrode was measured after the completion of the antibody-antigen reaction to evaluate the long-term stability and reuse method of the SWCNT-based biosensor. As shown in FIG. 2 (A), the obtained ΔR was markedly reduced after each wash treatment, and reliable detection results for Ara h1 were possible up to 5 recycles. ΔR was evident before washing (first time use), which is presumed that pAb binds to the peanut allergen Ara h1 to reduce voltametry current behavior. However, ΔR decreased even after NaOH washing, which appears to be due to the possibility that allergen antigen molecules may remain from the biosensor surface during washing. A schematic of the reusability of a biosensor for detecting Ara h1 is shown in FIG. 2 (B), where the biosensor was recycled five times.

본 발명에서, 기능화된 SWCNT-기반 바이오센서는 바이오센서 재생 후 표지 없이, 신속하고 민감하게 땅콩 알레르겐을 검출하기 위해 개발되었다. NaOH를 최적 농도로서 100 mM로 사용하면 땅콩 알레르겐 검출을 5회 수행하는 경우에 바이오센서 세척 및 재활용에 효과적임을 실험으로써 확인하였다.In the present invention, a functionalized SWCNT-based biosensor was developed to detect peanut allergens quickly and sensitively without labeling after biosensor regeneration. Using NaOH at an optimal concentration of 100 mM was confirmed by experiments to be effective for washing and recycling biosensors when peanut allergen detection was performed five times.

Claims (6)

(a) 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 칩에 수산화나트륨 수용액을 처리하는 단계; 및
(b) 처리된 바이오센서를 물로 세척하는 단계
를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서의 재사용 방법.
(a) treating an aqueous sodium hydroxide solution on a chip of a single-walled carbon nanotube-based biosensor; And
(b) washing the treated biosensor with water
Reusing method of a single-walled carbon nanotube-based biosensor comprising a.
제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 단일벽 탄소나노튜브 기반 바이오센서가 Ara h1 항원 또는 Ara h6 항원에 대한 바이오센서인 것을 특징으로 하는 재사용 방법.The method of claim 1, wherein the single-walled carbon nanotube-based biosensor of step (a) is a biosensor for Ara h1 antigen or Ara h6 antigen. 제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 수산화나트륨 수용액이 농도 100 ~ 150 mM인 것을 특징으로 하는 재사용 방법.The method according to claim 1, wherein the aqueous sodium hydroxide solution of step (a) has a concentration of 100 to 150 mM. 제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 수산화나트륨 수용액이 실온에서 처리되는 것을 특징으로 하는 재사용 방법.The method of claim 1 wherein the aqueous sodium hydroxide solution of step (a) is treated at room temperature. 제1항에 있어서, 단계(a)의 상기 수산화나트륨 수용액이 1 ~ 5시간 동안 처리되는 것을 특징으로 하는 재사용 방법.The method of claim 1, wherein the aqueous sodium hydroxide solution of step (a) is treated for 1 to 5 hours. 제1항에 있어서, 단계(b)의 상기 물이 탈이온수인 것을 특징으로 하는 재사용 방법.The method of claim 1 wherein the water of step (b) is deionized water.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090131588A (en) 2008-06-18 2009-12-29 고려대학교 산학협력단 Real-time detection devices by continuous monitoring
KR20150137310A (en) 2014-05-29 2015-12-09 서울대학교산학협력단 Sensor for reusable chemical or biological and method of operating the same
KR20170130747A (en) * 2016-05-19 2017-11-29 상명대학교 천안산학협력단 Biosensor for detection of allergy, method for preparing the same and allergy detection system comprising the same
US20180038815A1 (en) * 2014-12-16 2018-02-08 Northeastern University Nanotube-Based Biosensor for Pathogen Detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090131588A (en) 2008-06-18 2009-12-29 고려대학교 산학협력단 Real-time detection devices by continuous monitoring
KR20150137310A (en) 2014-05-29 2015-12-09 서울대학교산학협력단 Sensor for reusable chemical or biological and method of operating the same
US20180038815A1 (en) * 2014-12-16 2018-02-08 Northeastern University Nanotube-Based Biosensor for Pathogen Detection
KR20170130747A (en) * 2016-05-19 2017-11-29 상명대학교 천안산학협력단 Biosensor for detection of allergy, method for preparing the same and allergy detection system comprising the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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한국생물공학회 학술대회 초록집, p. 548 (2016.04.) 1부.* *

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