, DI 및 NADH. 작동 전극과 보조 전극을 1.0 mm 간격으로 패터닝함으로써 전극 간 교차 연계를 방지하는 확산 절연을 구현하였다. 차단(blocking), 전위차, 배양 조건을 최적화한 결과, 센서는 인체 혈청에 첨가(spiked)한 시료에서 약 20 pg/mL의 검출한계와 20–10 ng/mL의 검출 범위를 달성하였다. 임상 혈청 샘플에 대한 분석 결과는 상용 PSA 분석법의 결과와 밀접하게 일치하였으며, 분석 정확성과 견고성을 모두 입증하였다. 본 연구는 전용 기준 전극 없이도 안정적인 전위 제어와 견고한 동역학을 구현하는, 간소화된 현장(포인트-오브-케어) 적합 플랫폼을 확립한다.

, PB 형성을 유도하고 이후 반복적인 전환을 통해 침전이 일어났다. 전극과의 가까운 인접성을 특징으로 하는 생성된 PB 침전은 신속한 전기화학적 산화를 촉진하였으며 강한 전기화학적 신호를 생성하였다. 특히 PB의 침전 및 전기화학적 산화는 그 유사체들의 경우보다 더 효과적이었다. TSH 검출을 위한 샌드위치형 면역센서에 적용했을 때, 효소성 PB 침전은 인공 혈청에서 약 2 pg/mL의 계산된 검출한계를 달성하였고 임상적으로 관련 있는 범위를 포괄하였다. 이러한 결과는 민감한 다중 바이오마커 검출을 위해 PB 침전과 전기화학적 산화가 광범위하게 활용될 가능성을 시사한다.

, DI 및 NADH. 작동 전극과 보조 전극을 1.0 mm 간격으로 패터닝함으로써 전극 간 교차 연계를 방지하는 확산 절연을 구현하였다. 차단(blocking), 전위차, 배양 조건을 최적화한 결과, 센서는 인체 혈청에 첨가(spiked)한 시료에서 약 20 pg/mL의 검출한계와 20–10 ng/mL의 검출 범위를 달성하였다. 임상 혈청 샘플에 대한 분석 결과는 상용 PSA 분석법의 결과와 밀접하게 일치하였으며, 분석 정확성과 견고성을 모두 입증하였다. 본 연구는 전용 기준 전극 없이도 안정적인 전위 제어와 견고한 동역학을 구현하는, 간소화된 현장(포인트-오브-케어) 적합 플랫폼을 확립한다.

, PB 형성을 유도하고 이후 반복적인 전환을 통해 침전이 일어났다. 전극과의 가까운 인접성을 특징으로 하는 생성된 PB 침전은 신속한 전기화학적 산화를 촉진하였으며 강한 전기화학적 신호를 생성하였다. 특히 PB의 침전 및 전기화학적 산화는 그 유사체들의 경우보다 더 효과적이었다. TSH 검출을 위한 샌드위치형 면역센서에 적용했을 때, 효소성 PB 침전은 인공 혈청에서 약 2 pg/mL의 계산된 검출한계를 달성하였고 임상적으로 관련 있는 범위를 포괄하였다. 이러한 결과는 민감한 다중 바이오마커 검출을 위해 PB 침전과 전기화학적 산화가 광범위하게 활용될 가능성을 시사한다.

유기금속 레독스 시약에 대한 전기화학적 접근은 선택적 반응 경로를 달성할 수 있다면 유기 합성의 잠재력과 파급효과를 넓힐 수 있다. 본 연구에서는 말단 알카인의 페어드(paired) 전기화학적 [2 + 2 + 2] 고리화 반응을 위한 단일화된 전기화학적 합성 전략을 제시하여, 1,3,5- 및 1,2,4-의 자리이성질체 삼치환 벤젠 유도체를 선택적으로 합성한다. 본 공정에서의 자리조절(regiocontrol)은 카복실산의 첨가만으로 간단히 전환될 수 있다. 산이 존재하는 경우에는 1,3,5-이성질체가 독점적으로 합성된 반면, 산이 없는 경우에는 1,2,4-이성질체가 주로 생성되었다. 이 전기화학적 고리화 반응의 적용 범위는 놀라울 정도로 넓었고, 반응성도 온화하게 유효하여, 레독스에 민감한 브로마이드 치환을 포함해 전자풍부 및 전자결핍 기질 모두를 허용하였다. 순환전압전류법(cyclic voltammetry), 전자 상자성 공명(electron paramagnetic resonance) 분광법, 중수소 교환(deuterium exchange), 그리고 양자역학적 계산을 포함하는 상세한 기전 규명 연구를 수행하였다. 기전적으로 1,3,5- 및 1,2,4- 선택성 사이의 전환은 환원된 알카인의 양성자화에 의해 지배되는 것으로 보이며, 이는 라디칼 분포를 말단 위치에서 내부 위치로 이동시키고, 결과적으로 후속 라디칼 결합 과정의 자리조절을 결정한다. 본 자료는 1,3,5- 및 1,2,4- 과정 모두에서 알카인의 환원이 Ni(I)에 의해 일어나는 기전을 지지한다.

단백질분해효소(proteases)는 생리적 및 병리적 과정 모두에서 필수적인 역할을 수행하므로, 민감하고 특이적인 검출 방법에 대한 요구가 제기된다. 이중에서도 단백질분해 절단(proteolytic cleavage)에 기반한 전기화학적 검출 전략은 높은 감도, 빠른 응답성, 그리고 현장진료(point‐of‐care) 적용에 적합하다는 점에 힘입어 강력한 도구로 부상하고 있다. 본 총설에서는 전기화학적 단백질분해효소 검출 전략을 이기종(heterogeneous) 포맷과 동질( homogeneous ) 포맷으로 분류하고, 신호전달 방식인 signal‐on, signal‐off 및 임피던스 기반 분석법 등에 따라 추가로 체계화한다. 이기종 포맷은 전극 표면에서 단백질분해 절단을 이용하며, 단백질, 하이드로젤 또는 펩타이드 층을 활용하는데, 특히 엔도펩티다아제(endopeptidases)에 효과적이다. 반면 동질 포맷은 용액 내에서 단백질분해 절단에 의존하며, 엔도펩티다아제와 엑소펩티다아제(exopeptidases) 모두의 검출에 적합하다. 또한 각 단백질분해효소 계열에 맞춘 기질 설계 원칙을 함께 검토하고, 각 검출 포맷의 강점과 한계를 비교한다. 상당한 진전에도 불구하고, 높은 특이성을 가진 저농도 단백질분해효소 바이오마커의 전기화학적 검출은 여전히 과제로 남아 있다. 향후의 노력은 고급 전극 아키텍처, 산화환원-순환(redox‐cycling) 증폭, 그리고 합리적인 기질 설계를 통해 감도와 선택성을 향상시키는 데 집중되어야 한다. 이러한 기술의 지속적인 개발과 통합은 현장진단, 환경 모니터링, 그리고 생의학 연구에서의 의미 있는 적용을 가능하게 할 것으로 기대된다.

스크린 인쇄 전극(SPE) 스트립은 저비용, 제조의 용이성, 현장진단(point-of-care) 검사에의 적합성으로 인해 전기화학적 검출에 널리 사용된다. 이들의 전기화학적 성능은 여러 번의 사용, 다양한 용액 조건, 그리고 장시간 측정에 걸쳐 재현 가능성을 유지해야 하나, 관련 연구는 드물다. 본 연구에서는 SPE의 전기화학적 거동이 (i) 탄소 SPE(작동 전극)의 실제 전극 면적에 대한 동적 변화와 (ii) Ag SPE(기준 전극)의 전위 드리프트에 의해 유의하게 영향을 받음을 입증한다. 탄소 SPE의 기공에 대한 점진적 젖음(wetting)은 용액 조성과 배양 시간에 의해 영향을 받으며, 실제 전극 면적과 비패러데이성 축전성 충전 전류를 증가시킨다. 특히 계면활성제(surfactant)를 포함한 용액 및 생물학적 용액에서 빠른 젖음이 관찰된다. 또한 젖음 과정은 전기활성 종(electroactive species)의 패러데이 전류에도 일정 부분 영향을 미친다. 더 나아가 Ag SPE의 전위는 반복 사용과 서로 다른 배양 조건 하에서, 특히 전기활성 종이 존재하는 경우에, 이동(shift)을 보인다. 이러한 결과는 실제 전극 면적의 변동과 기준 전극 전위가 SPE 스트립 기반 전기화학 측정에서 핵심적인 역할을 함을 보여준다. 이러한 요인을 해결하는 것은 특히 반복적 또는 장기 측정, 그리고 계면활성제 포함 용액이나 생물학적 용액을 사용하는 측정에서 정확하고 재현 가능한 결과를 얻는 데 필수적이다.

매개 전기화학적 검출을 이용한 효소 기반 바이오센서는 잔틴(xanthine)을 검출하기 위한 간단하고 비용 효율적인 접근법을 제공한다. 그러나 아스코르빈산(AA)과 같은 전기활성 방해종은 생물학적 체액에서 민감하고 선택적인 검출을 달성하는 데 복잡한 요인으로 작용한다. AA의 직접적 및 매개 산화는 전기화학적 배경 수준을 상승시킨다. 아스코르베이트 산화효소(AOx)는 AA를 전기불활성 생성물로 산화하는 데 사용되지만, AA의 불완전한 제거는 AA가 전자 매개체(electron mediator)를 환원시킬 수 있게 하여 여전히 상당한 배경 수준을 초래한다. 또한 과량의 AOx는 신호 물질인 전자 매개체의 환원형을, 비록 느리기는 하지만, 산화시켜 신호 수준을 감소시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 2단계 인큐베이션 공정과 적절한 AOx 농도의 사용을 적용한다. AOx에 의해 AA가 완전히 산화된 후, 전자 매개체를 용액에 첨가한다. 전기화학적 신호 대 배경비를 향상시키기 위해, 잔틴을 산화하는 효소와 전자 매개체의 최적 조합을 두 가지 잔틴-산화 효소 [잔틴 탈수소효소(xanthine dehydrogenase, XDH) 및 잔틴 산화효소(xanthine oxidase)]와 세 가지 전자 매개체 [Os(bpy) 2 Cl 2 + , Ru(NH 3 ) 6 3+ , Fe(CN) 6 3− ] 중에서 선택한다. XDH와 Os(bpy) 2 Cl 2 +의 조합은 높은 신호와 낮은 배경 수준을 제공한다. 이러한 조건을 인공 혈청에서 잔틴 검출에 적용하면 약 500 nM의 검출한계를 달성할 수 있어, 다양한 임상 및 연구 분야에서의 적용이 가능하다.