나노물질
기질 메탈로프로테이나제-7은 다양한 생체 분자 활성화 과정에서 세포 기질 구성을 분해하고 알라닌과 류신 사이의 펩티드를 절단할 수 있는 효소로서 종양 진행 및 전이에서 중추적인 역할을 합니다. 이 작업에서 Pd 기능화된 탄소 나노복합체는 MMP-7의 전류 측정 센서를 위한 새로운 임피던스 향상제로 설계되었습니다. 인핸서의 Pd 나노입자는 H2로 4-클로로-1-나프톨의 산화를 촉매할 수 있습니다. O2 현장에서 불용성 침전을 생성하여 전극에 고저항 침전을 형성합니다. 또한, 나노복합체의 전도성이 낮은 탄소 나노스피어는 침전 저항을 증가시켜 인핸서의 저항을 극적으로 증가시키고 결과적으로 전류를 크게 감소시켰습니다. 이것은 전류 측정 바이오센서의 감도와 직접적인 관련이 있는 표적 분석물을 처리한 바이오센서와 처리하지 않은 바이오센서 사이의 전류 신호 차이를 크게 촉진할 수 있습니다. 전반적으로 전기화학 바이오센서는 100fg mL −1 범위에서 MMP-7을 민감하게 감지할 수 있습니다. ~ 100ng mL −1 17.38fg mL −1 의 MMP-7 검출 한계 .
<섹션 데이터-제목="배경">세포외 기질의 구성을 분해할 수 있는 효소인 MMP-7(Matrix Metalloproteinase-7)[1]은 종양 진행 및 전이에서 중추적인 역할을 하는 것으로 강조되고 있습니다[2, 3]. 혈청 샘플에서 MMP-7의 함량은 타액선암[4], 결장선암종[5] 및 고급 신세포암[6]과 같은 일부 암 환자의 림프절 전이와 관련이 있습니다. 생리학적 과정에서의 다양한 역할로 인해 MMP-7의 고감도 및 정확한 검출은 집중적인 연구 주목을 받았으며[7], 비색법[8], 전기화학발광(ECL)[9] 및 형광을 포함한 여러 접근법의 개발로 이어졌습니다. 공명 에너지 전달(FRET) 분석[10]. 그럼에도 불구하고 이러한 접근 방식의 검출 한계(LOD)는 일반적으로 피코그램 범위에 있으므로 충분히 낮지 않습니다. 이러한 방법에 비해 전기화학적 바이오센서는 펨토그램 수준에서 더 낮은 LOD로 훨씬 더 발전된 MMP-7 검출 능력을 제공합니다[11]. 또한, 낮은 비용과 소형화로 인해 전기화학적 분석을 사용한 MMP-7의 초고감도 전기화학적 검출에 대한 긴급 요구 사항을 충족하기 위해 일부 분석 방법이 구성되었습니다[12].
많은 전기화학적 프로토콜에서 효소적 생체촉매 반응은 전류계 바이오센서의 성능을 촉진하기 위해 신호 증폭에 적용할 수 있습니다[13, 14]. 그러나 촉매 반응에서 가장 널리 사용되는 촉매인 효소는 환경에 민감한 활성과 낮은 안정성 모두에서 명백한 결점이 있다는 것은 잘 알려져 있다[15,16,17,18,19]. 따라서 MMP-7 검출을 위한 초고감도 전기화학적 분석을 구축하기 위해서는 고효율의 안정적인 촉매를 개발하는 것이 최우선 과제입니다. Pd는 촉매 특성이 우수한 귀금속 재료이며 촉매 반응에서 높은 화학적 안정성을 가지고 있습니다[20, 21]. 또한 탄소 재료는 촉매에서 화학적 불활성 지지체로 작용하여 귀금속 재료를 흡착하고 촉매 특성을 유지할 수 있습니다[22, 23].
위의 상황을 고려하여 다음과 같은 두 가지 기능을 갖는 MMP-7의 전류 측정 분석의 감도를 극적으로 증가시키기 위해 임피던스 인핸서로 Pd 기능화된 탄소 나노복합체를 설계했습니다. (1) 탄소 나노구는 전도성이 낮은 물질이다[24]. (2) Pd 나노입자는 4-클로로-1-나프톨의 H2 산화를 촉매할 수 있습니다. O2 현장에서 불용성 침전을 생성하여 전극에 고저항 침전을 형성합니다[25]. 이 두 가지 요소는 저항을 높이고 전류를 크게 줄여 바이오센서의 감도를 현저히 개선하여 17.38fg mL의 낮은 LOD를 가질 수 있습니다. −1 . 촉매 침전 반응을 위해 구축된 Pd-기능화된 나노복합체는 높은 선택성과 감도로 MMP-7의 전류 측정 분석에 실용적입니다.
HAuCl4 ·3H2 오, H2 백금4 , 4-CN, 포도당, H2 O2 (30%), 소 혈청의 트롬빈(TBS)은 Alfa Aesar(Tianjin, China)에서 구입했습니다. 산화 그래핀(GO)은 JCNANO(중국 난징)에서 구입했습니다. 소 혈청 알부민(BSA, 표준 등급)은 Beijing Xinjingke Biotechnologies Co., Ltd.(Beijing, China)에서 상업적으로 입수했습니다. 펩타이드(NH2 -KKKRPLALWRSCCC-SH)는 Science Peptide Biological Technology Co., Ltd.(Shanghai, China)에서 입수했습니다. 뉴런 특이적 에놀라제(NSE) 및 전립선 특이적 항원(PSA)은 Shanghai Linc-Bio Science Co. Ltd.(Shanghai)에서 구입했습니다. Matrix metalloproteinase-2(MMP-2)는 Yeasen Biotechnologies Co., Ltd.(Shanghai, China)에서 구입했습니다. MMP-7은 Sino Biological Inc.(Beijing, China)에서 제공되었습니다. 임상 인간 혈청 샘플은 ZhongKe ChenYu Biotech(Beijing, China)에서 구입했습니다. 모든 수용액은 초순수로 제조되었습니다(저항> 18MΩcm). 인산완충액(PBS)에는 0.1 M KCl과 10mM 인산완충액(pH =7.4)이 들어 있습니다.
마이크로웨이브 합성은 CEM Discover® SP Microwave reactor(CEM, USA)를 통해 수행하였다. 주사전자현미경(SEM) 이미지는 HITACHI S-4800 SEM(HITACHI, Japan)을 사용하여 얻었다. 투과전자현미경(TEM) 이미지는 HITACHI H7650 TEM(HITACHI, Japan)에서 얻었다. 에너지 분산 X선 분광법(EDS)은 HITACHI SU8010 SEM(HITACHI, Japan)에서 측정되었습니다. 모든 전기화학적 측정은 CHI600 전기화학적 워크스테이션(Chenhua Instruments Co., Shanghai, China)에서 수행되었습니다. 유리질 탄소 전극(GCE)(직경 4mm)을 작업 전극으로 사용하고 백금 와이어 및 Ag/AgCl 전극을 상대 전극 및 기준 전극으로 사용하여 실험에서 3개의 전기화학 시스템을 구축했습니다. 고해상도 투과 전자 현미경(HR-TEM) 이미지는 Tecnai G 2 로 수행되었습니다. 300kV 이하의 F30 TEM 가속
Pd 기능화된 탄소 나노복합체(Pd-CNC)는 이전에 보고된 문헌[26]에 따라 합성되었습니다. 간단히 말해서, 4g의 포도당을 40mL의 초순수에 용해시켜 투명한 용액을 형성했습니다. 그런 다음 위의 용액을 50mL 테플론 안감 스테인리스강 오토클레이브에 옮기고 170°C에서 5시간 동안 보관했습니다. 반응 후 투명한 용액은 암갈색으로 변하였다. 얻어진 탄소나노구를 원심분리를 통해 수집하고 초순수/에탄올로 여러 번 세척하였다. 생성된 제품을 8mL의 초순수에 다시 처리했습니다.
탄소 나노구체에서 Pd 나노입자를 기능화하기 위해[24], 1mL 탄소 나노구체 현탁액을 25μL HPdCl4와 혼합했습니다. 해결책. 혼합물을 마이크로웨이브 반응 장치(250W)에서 100°C에서 15분 동안 반응시킨 다음, 자연적으로 실온으로 냉각시켰다. 다음으로, 얻어진 Pd-카본 나노스피어를 원심분리하여 초순수로 세척하고 1mL의 초순수에 다시 처분했습니다.
MMP-7의 비특이적 흡착을 피하기 위해 BSA는 Pd-탄소 나노구에서 추가로 수정되었습니다. 나노스피어 현탁액을 실온에서 1시간 동안 100μL BSA 용액(1 wt%)과 함께 교반했습니다. 여러 번의 원심분리 및 세척 단계 후에 BSA로 수정된 Pd-탄소 나노구를 초순수에 다시 처리하고 추가 실험을 위해 4°C에 보관했습니다.
수정하기 전에 GCE를 0.05μm 알루미나 슬러리로 연마하고 초음파 처리하여 각각 초순수와 에탄올로 세척했습니다. 전착 용액은 다음 단계에 의해 구성되었습니다[27]. 먼저, 8mg GO 분말을 2시간 동안 초음파 처리 하에 20mL 초순수에 분산시켰다. 그런 다음 200μL HAuCl4 용액(4 wt%)을 GO 현탁액에 첨가한 다음, 50mV s의 스캔 속도에서 1.5~- 1.5V 범위의 순환 전압 전류법(CV) 기술에 의한 GCE 상의 Au-rGO 전착 1 위의 전착 용액에서. 마지막으로 Au-rGO 증착된 GCE(Au-rGO/GCE)를 초순수로 세척하여 잔류 전착 용액을 제거한 후 상온에서 질소로 블로우 건조하였다.
Au-rGO/GCE를 37°C에서 40분 동안 40μL 펩타이드 용액(50μM)과 함께 인큐베이션했습니다. 그 후, GCE의 변형된 펩티드를 50μL 글루타르알데히드 용액(0.10wt%)으로 추가 30분 동안 활성화했습니다(펩티드/Au-rGO/GCE). 그런 다음 20μL Pd-CNC 현탁액을 펩티드 변형 전극에 1시간 동안 떨어뜨렸습니다(Pd-CNC/펩티드/Au-rGO/GCE). 각 수정 단계 후 수정된 전극을 초순수로 세척했습니다.
MMP-7 용액 80마이크로리터(1ng mL −1 )을 Pd-CNCs/peptides/Au-rGO/GCE와 함께 37°C에서 1시간 동안 배양하고 초순수로 충분히 세척했습니다. 그런 다음 10mM H2를 포함하는 1.0mM 4-CN 용액 50μL O2 50분 동안 침전 반응을 진행하기 위해 떨어뜨렸다. 마지막으로 구형파 전압전류법(SWV) 측정은 5mM [Fe(CN)6에서 - 0.2 ~ 0.6V ] 3−/4− 인산염 완충 용액(0.1 M, pH =4), 펄스 진폭 25mV 및 증가 전위 4mV s −1 .
펩타이드 절단에 기반한 바이오센서의 구성 과정은 Scheme 1에 예시되어 있다. 먼저, Au-rGO를 전기화학적 방법을 통해 유리질 탄소 전극(GCE)에 증착한 다음, Au-S 결합을 통해 펩타이드를 Au-rGO에 고정화시켰다. Pd-CNC는 촉매 인핸서로 구성되었고 글루타르알데히드는 펩타이드와 인핸서 사이의 화학적 링커로 선택되었습니다. 4-CN 및 H2 O2 임피던스를 향상시키기 위해 촉매 침전 기질로 사용되었습니다. 특히, MMP-7은 펩타이드에서 알라닌(A)과 류신(L) 사이의 펩타이드 절단 효소로 선택되어[8] SWV로 측정한 전류 신호 변화가 뚜렷하지 않게 발생했습니다. GCE에 Au-rGO의 전착은 두 가지 장점이 있습니다. (1) Au-rGO는 감지 인터페이스의 전도성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. (2) 부위가 펩타이드를 고정할 수 있도록 합니다. Pd-CNC의 높은 임피던스 및 촉매 성능을 이용하여 Pd-CNC를 특정 펩티드(NH2-KKKRPLALWRSCCC-SH) 절단으로 대체하여 ΔI를 증폭했습니다. 이 현상은 Pd-CNC의 열악한 전기 전도도와 H2로 4-CN의 산화로 인해 발생하는 침전의 높은 임피던스에 기여합니다. O2 Pd-CNC에 의해 촉진됩니다.
<그림>나노물질
초록 탄소점(CD)은 활성 표면으로 인해 항균제로 널리 사용되었지만 일부 CD는 불안정합니다. 따라서 항균 활성과 같은 상대적 응용 프로그램은 장기간 사용에 대해 신뢰할 수 없을 수 있습니다. 여기에서 우리는 열수 과정을 통해 청색 형광을 가진 CD를 합성합니다. 그 후, 폴리에틸렌이민은 CD를 CD 기반 프레임워크(CDF)로 조립하기 위해 적용되었습니다. CDF는 소광된 형광을 나타내었지만 주사 전자 현미경 및 제타 전위 조사에 기초하여 보다 안정적인 특성을 보였다. CD와 CDF 모두 그람 음성 대장균(E. coli ) 및 그
초록 본 논문에서는 전금속 메타물질 기반의 테라헤르츠(THz) 바이오센서를 이론적으로 조사하고 실험적으로 검증한다. 이 THz 메타물질 바이오센서는 레이저 드릴링 기술을 통해 제조된 스테인리스 스틸 소재를 사용합니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 이 메타물질 센서의 최대 굴절률 감도와 성능 지수는 각각 294.95GHz/RIU 및 4.03입니다. 그런 다음 이 바이오센서의 유효성을 평가하기 위한 검출 물질로 소 혈청 알부민을 선택했습니다. 실험 결과에 따르면 감지 감도는 72.81GHz/(ng/mm2 ) 검출 한계는 0.035mg/m