생물학적 세포의 포도당은 대사되어 포도당-6-인산(glucose-6-phosphate, G6P) 형태로 존재한다. G6P의 검출을 위해 파지 디스플레이(phage display)와 오토디스플레이(autodisplay) 기술의 조합을 이용하여 G6P 바이오센서를 제작하였다. 활성 포도당-6-인산 탈수소효소(glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)를 발현시키고 오토디스플레이 기술을 사용하여 대장균(Escherichia coli, E. coli) 세포의 외막에 고정하였다. 오토디스플레이된 G6PDH는 OM 단백질 분석을 통해 확인된 바와 같이 높은 활성을 나타내었다. 효소의 직접 전자전달을 향상시키기 위해 파지 디스플레이를 사용하여 도전성 나노메쉬(conductive nanomesh) 층을 형성하였다. 이후 G6PDH 오토디스플레이 E. coli 세포를 폴리에lectrolyte interlayer(폴리전해질 중간층)를 이용해 해당 층 위에 고정화하였다. 제작된 전극에서의 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) 레독스 페어는 레독스 반응을 보였고, G6P 존재 시 피크 전류가 유의하게 증가하였다. 본 G6P 바이오센서는 높은 감도를 바탕으로 넓은 동적 범위를 나타내었으며, 0.1 fM–10 nM 및 10 nM–100 μM 범위에서 선형 반응을 보였다. 또한 바이오센서는 다른 당 분자들로부터의 간섭 없이 G6P를 검출하였다. 파지 디스플레이와 오토디스플레이 기술의 결합은 고감도 및 고특이적 바이오센서를 제작하기 위한 유망한 접근법이다.

본 연구에서는 간질액(interstitial fluid, ISF)에서 콜레스테롤 농도를 비침습적이고 고감도로 정량하기 위한 마이크로니들 기반 시스템에 통합된 혁신적 전기화학 바이오센서의 개발을 제시한다. 본 바이오센서는 콜레스테롤 산화효소(ChOx)를 고정화하기 위해 폴리전해질 중간층을 갖춘 그래핀 기반 전극을 사용하며, 이를 통해 선택적인 콜레스테롤 검출이 가능하다. 그래핀 옥사이드는 전기화학적으로 환원되어 전도성 층을 형성하고, ChOx 고정화를 위한 최적 폴리전해질로 PANI가 선택되었다. 바이오센서의 성능은 면밀히 평가되었으며, 우수한 감도, 안정성 및 선택성을 보여주었다. 또한 본 바이오센서는 피부를 모사한 한천 겔과 돼지 피부에 성공적으로 적용되어, 실제 환경에서의 간질액 추출 및 콜레스테롤 모니터링 가능성을 입증하였다. 통합된 마이크로니들 기반 시스템은 콜레스테롤 수치의 비침습적 모니터링을 위한 유망한 접근법을 제공하며, 개인 맞춤형 의료 진단에 대한 시사점을 가진다.

저산소증은 다양한 간 질환의 병인 과정에서 필수적인 역할을 하며, 알부민은 간에서 분비되는 중요한 바이오마커 중 하나이다. 본 연구에서는 저산소증으로 인해 간 기능이 변화하는 양상을 규명하기 위해 간성 저산소증-온-어-칩(heaptic hypoxia-on-a-chip)과 알부민 센서를 결합한 알부민 모니터링 시스템을 개발하였다. 간성 저산소증-온-어-칩에서는 간-온-어-칩 위에 얇은 가스 투과성 막의 중간층을 두고 산소 제거 채널(oxygen-scavenging channel)을 수직으로 적층하였다. 이러한 간성 저산소증-온-어-칩의 독특한 설계는 저산소증을 빠르게 유도하여 10분 내 <5%에 도달하게 할 수 있다. 전기화학적 알부민 센서는 간성 저산소증-온-어-칩에서 알부민 분비 기능을 모니터링하기 위해 Au 전극 위에 항체를 공유결합으로 고정화(covalent immobilization)하는 방식으로 제작되었다. PBS에 스파이크한 표준 알부민 시료와 배양 배지를 제작된 면역센서를 이용하여 전기화학적 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy)으로 측정하였다. LOD는 두 경우 모두 10 ag/mL로 계산되었다. 전기화학적 알부민 센서를 사용하여 칩에서 정상산소(nomoxia)와 저산소증(hypoxia) 조건에서의 알부민 분비를 측정하였다. 알부민 농도는 정상산소에 비해 저산소증에서 24시간 후 27%로 감소하였다. 이러한 반응은 생리학적 연구 결과와 일치하였다. 기술적 정교화를 통해, 본 알부민 모니터링 시스템은 실시간 간 기능 모니터링과 함께 간성 저산소증을 연구하는 데 강력한 도구가 될 수 있다.

0.99의 값. 자가표시된 단백질 G에 의한 방향 제어가 가능한 면역친화성 층은 민감도를 향상시키기 위해 면역분석 및 면역센서에 적용 가능함이 확인되었다.

생물학적 세포의 포도당은 대사되어 포도당-6-인산(glucose-6-phosphate, G6P) 형태로 존재한다. G6P의 검출을 위해 파지 디스플레이(phage display)와 오토디스플레이(autodisplay) 기술의 조합을 이용하여 G6P 바이오센서를 제작하였다. 활성 포도당-6-인산 탈수소효소(glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)를 발현시키고 오토디스플레이 기술을 사용하여 대장균(Escherichia coli, E. coli) 세포의 외막에 고정하였다. 오토디스플레이된 G6PDH는 OM 단백질 분석을 통해 확인된 바와 같이 높은 활성을 나타내었다. 효소의 직접 전자전달을 향상시키기 위해 파지 디스플레이를 사용하여 도전성 나노메쉬(conductive nanomesh) 층을 형성하였다. 이후 G6PDH 오토디스플레이 E. coli 세포를 폴리에lectrolyte interlayer(폴리전해질 중간층)를 이용해 해당 층 위에 고정화하였다. 제작된 전극에서의 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) 레독스 페어는 레독스 반응을 보였고, G6P 존재 시 피크 전류가 유의하게 증가하였다. 본 G6P 바이오센서는 높은 감도를 바탕으로 넓은 동적 범위를 나타내었으며, 0.1 fM–10 nM 및 10 nM–100 μM 범위에서 선형 반응을 보였다. 또한 바이오센서는 다른 당 분자들로부터의 간섭 없이 G6P를 검출하였다. 파지 디스플레이와 오토디스플레이 기술의 결합은 고감도 및 고특이적 바이오센서를 제작하기 위한 유망한 접근법이다.

본 연구에서는 간질액(interstitial fluid, ISF)에서 콜레스테롤 농도를 비침습적이고 고감도로 정량하기 위한 마이크로니들 기반 시스템에 통합된 혁신적 전기화학 바이오센서의 개발을 제시한다. 본 바이오센서는 콜레스테롤 산화효소(ChOx)를 고정화하기 위해 폴리전해질 중간층을 갖춘 그래핀 기반 전극을 사용하며, 이를 통해 선택적인 콜레스테롤 검출이 가능하다. 그래핀 옥사이드는 전기화학적으로 환원되어 전도성 층을 형성하고, ChOx 고정화를 위한 최적 폴리전해질로 PANI가 선택되었다. 바이오센서의 성능은 면밀히 평가되었으며, 우수한 감도, 안정성 및 선택성을 보여주었다. 또한 본 바이오센서는 피부를 모사한 한천 겔과 돼지 피부에 성공적으로 적용되어, 실제 환경에서의 간질액 추출 및 콜레스테롤 모니터링 가능성을 입증하였다. 통합된 마이크로니들 기반 시스템은 콜레스테롤 수치의 비침습적 모니터링을 위한 유망한 접근법을 제공하며, 개인 맞춤형 의료 진단에 대한 시사점을 가진다.

저산소증은 다양한 간 질환의 병인 과정에서 필수적인 역할을 하며, 알부민은 간에서 분비되는 중요한 바이오마커 중 하나이다. 본 연구에서는 저산소증으로 인해 간 기능이 변화하는 양상을 규명하기 위해 간성 저산소증-온-어-칩(heaptic hypoxia-on-a-chip)과 알부민 센서를 결합한 알부민 모니터링 시스템을 개발하였다. 간성 저산소증-온-어-칩에서는 간-온-어-칩 위에 얇은 가스 투과성 막의 중간층을 두고 산소 제거 채널(oxygen-scavenging channel)을 수직으로 적층하였다. 이러한 간성 저산소증-온-어-칩의 독특한 설계는 저산소증을 빠르게 유도하여 10분 내 <5%에 도달하게 할 수 있다. 전기화학적 알부민 센서는 간성 저산소증-온-어-칩에서 알부민 분비 기능을 모니터링하기 위해 Au 전극 위에 항체를 공유결합으로 고정화(covalent immobilization)하는 방식으로 제작되었다. PBS에 스파이크한 표준 알부민 시료와 배양 배지를 제작된 면역센서를 이용하여 전기화학적 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy)으로 측정하였다. LOD는 두 경우 모두 10 ag/mL로 계산되었다. 전기화학적 알부민 센서를 사용하여 칩에서 정상산소(nomoxia)와 저산소증(hypoxia) 조건에서의 알부민 분비를 측정하였다. 알부민 농도는 정상산소에 비해 저산소증에서 24시간 후 27%로 감소하였다. 이러한 반응은 생리학적 연구 결과와 일치하였다. 기술적 정교화를 통해, 본 알부민 모니터링 시스템은 실시간 간 기능 모니터링과 함께 간성 저산소증을 연구하는 데 강력한 도구가 될 수 있다.

0.99의 값. 자가표시된 단백질 G에 의한 방향 제어가 가능한 면역친화성 층은 민감도를 향상시키기 위해 면역분석 및 면역센서에 적용 가능함이 확인되었다.

세포를 분리하여 마이크로플레이트에 층화한 후, 재생 가능한 OM 기반 HRP 면역분석법을 평가하였다. 4개의 재생 단계로 이루어진 5개의 HRP 면역분석법이 실행 가능한 것으로 확인되었다. 본 재생 가능하고 공유결합으로 고정화되었으며, 방향이 제어된 OM 기반 면역친화성 층을 SPR 바이오센서에 적용하였고, 이를 통해 C-반응성 단백질(CRP)을 정량화할 수 있었다. 입증된 면역친화성 층을 사용하여 신호 차이 <10%로 5번의 재생 사이클을 반복하였다.

생체진단을 위한 바이오센서는 생리적 체액을 분석함으로써 작동한다. 항체는 복잡한 생물학적 용액으로부터 표적 분석물질이 특이적으로 결합하는 것을 위한 분자 인식 물질로서 빈번하게 사용되어 왔다. 전기화학은 도관(transducer)에 결합된 분석물질로부터 정량적 신호를 측정하기 위해, 우수한 감도 등 여러 이유로 도입되어 왔다. 최근에는 다수의 전기화학적 면역센서가 개발되었고, 다양한 전략이 바이오마커를 검출하기 위해 제안되었다. 본 논문에서는 전기화학적 면역센서에 대한 최근의 연구 진전들을 검토한다. 특히, 전압전류법(voltammetric), 전류전류법(amperometric), 임피던스법(impedimetric), 전기화학발광(electrochemiluminescent) 면역센서에 대한 항체 기반 고정화 방법에 초점을 맞추었다.

). 요소 용해효소(urease) 활성 시험 결과, DSS가 가장 높은 요소 용해효소 고정화 효율을 보였으며, FT-IR 분석은 DSS의 가교 결합을 통해 요소 용해효소가 PTFE 멤브레인에 고정화되었음을 확인하였다. 멤브레인은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 유체용 마이크로유체 챔버에 삽입되었고, 요소를 포함하며 흐르는 유체의 존재 하에서 전기화학적 신호를 생성하였다. 요소 시료는 요소 바이오센서(1.0 mL/min)로 유입되도록 하였으며, 신호는 크로노암페로메트리로 측정하였다. DSS 요소 바이오센서의 감도는 시험한 모든 바이오센서 중 가장 높았고, 보다 흔히 사용되는 GA 가교제보다 우수한 것으로 확인되었다. 사람 환자에서의 실시간 모니터링을 모사하기 위해, 요소를 첨가한(urea-spiked) 사람 혈청을 유동시켜 측정하였으며, DSS 요소 바이오센서의 유효한 요소 용해효소 고정화가 확인되었다. 요소 바이오센서의 반복성 및 간섭 특성은 사람 환자에서 일반적으로 발견되는 요소 농도의 모니터링에 적합하였다.

표면 디스플레이(surface display)는 표적 단백질을 세포막 상에서 발현시키는 재조합 기술로, 바이러스부터 포유류 세포에 이르기까지 거의 모든 유형의 생물학적 개체에 적용될 수 있다. 이 기법은 약물 스크리닝, 생체촉매(biocatalysts), 라이브러리 스크리닝, 정량 분석(quantitative assays), 바이오센서(biosensors)와 같은 다양한 생명공학 및 생의학적 응용에 사용되어 왔다. 본 총설에서는 바이오센서 응용에서의 표면 디스플레이 기술의 활용을 논의한다. 구체적으로, 파지 디스플레이(phage display), 그람음성 및 그람양성 세균의 세균 표면 디스플레이, 그리고 진핵성 효모 세포 표면 디스플레이 시스템이 제시된다. 또한 본 총설은 바이오센서 응용을 위한 표면 디스플레이 시스템의 장점을 기술하고, 바이오센서에 대한 표면 디스플레이의 적용 사례를 요약한다.