생체 전자 코로 기체 화학전 물질을 감지합니다

Jul 24, 2023

출처: Design Cells / iStock / Getty Images Plus

연구자들은 인간의 후각 수용체를 그래핀 기반 센서에 부착함으로써 생물학적 보안 위험을 해결하고 의료 위기 관리를 지원하기 위해 신경 작용제를 감지하는 생체 전자 코 플랫폼을 만들었습니다. 서울대학교 김소옹 교수와 삼성전자 김성건 교수팀이 인간 후각 수용체 2T7(hOR2T7)을 이용한 생체 전자 코를 만들어 신경에 자주 사용되는 화합물인 디메틸 메틸포스포네이트(DMMP)를 검출하는 연구를 진행했습니다. 자치령 대표.

연구 기사 "신경 작용제 시뮬레이션으로서 기체상 DMMP 검출을 위한 인간 후각 수용체 내장 나노디스크와 결합된 Ni-rGO 센서"가 ACS 센서에 게재되었습니다.

보안 및 군사 응용 분야용 가스 센서에는 ppm ~ ppb 범위의 미량 수준 감도, 식별 선택성, 빠른 응답, 간단한 작동, 대규모 생산, 소형화 및 낮은 전력 소비를 포함한 중요한 특성이 필요합니다. 생체전자코는 인간의 후각 수용체와 같은 인간의 후각 감지 시스템과 유사한 기능과 구성 요소를 갖춘 바이오 센서입니다. 이러한 G 단백질 결합 수용체(GPCR)의 대규모 계열은 화학적 화합물과 생물학적 감지 사이의 경계면에서 여러 분자에 대한 검출기 역할을 합니다. 인간의 후각 수용체는 대장균을 이용해 저렴하고 대량으로 만들 수 있으며, 그래핀과 같은 나노물질과 결합하면 표적 분자에 대한 친화력을 유지하면서 표적 분자에 더 민감할 수 있다.

이전 연구에서는 hOR2T7을 탄소 나노튜브 전계 효과 트랜지스터와 함께 사용할 때 비극성 말단이 안쪽으로 들어가 있는 세제 단량체의 안정적인 콜로이드 집합체인 세제 미셀을 사용하여 재구성한 후 DMMP를 감지할 수 있는 것으로 나타났습니다. 불행하게도 기체 매질이 아닌 액체 매질에서 리간드를 검출하는 것으로 제한되었습니다.

기체상에서 DMMP를 검출하기 위해 연구진은 대장균 시스템에서 hOR2T7을 합성한 다음 이를 나노디스크로 재구성했습니다. 인간 후각 수용체, 지질, 지질과 수용체를 단단히 결합하는 막 지지체 단백질로 구성된 나노디스크는 다양한 조건에서 안정성이 향상되어 가스 센서에 가장 적합한 재료로 선택되었습니다. 니켈 코팅 환원 그래핀 산화물(Ni-rGO)과 적절하게 배향된 hOR2T7 나노디스크로 센서를 만들면 기체상 DMMP를 민감하고 선택적으로 감지할 수 있습니다. 그들은 생체 전자 코가 10억분의 1(ppb) 농도의 DMMP 가스를 선택적으로 반복적으로 감지할 수 있음을 보여주었습니다. 가장 독성이 강한 신경작용제 중 하나인 사린 가스는 66ppb 이상의 농도에서 흡입 후 10분 이내에 사망에 이르게 합니다.

이 민감하고 선택적인 생체 전자 코는 군사 및 안전 분야에서 가스 화학전 물질을 탐지하는 실용적인 도구가 될 수 있습니다. 다양한 습도와 온도 수준에서 공기 중 DMMP 가스를 검출하고 사린 가스와 같은 실제 신경작용제 테스트를 수행하는 등 실제 분야에서의 활용을 모색하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 이 기술은 인간 후각 수용체의 높은 감도와 선택성을 갖춘 신경작용제 가스에 대한 특정 센서를 개발하기 위한 유망한 전략을 제공할 수 있습니다.