새로운 화학센서

2023년 8월 30일

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소피아 대학교

코로나19 팬데믹으로 인해 위험한 병원체와 물질을 신속하게 검사할 수 있는 더 나은 방법이 필요하다는 것이 매우 분명해졌습니다. 정기적으로 레이더 아래로 날아다니는 그러한 화합물 중 하나는 주로 "내독소"로 알려진 지질다당류(LPS)입니다.

그람 음성균의 외막에서 발견되는 이 분자는 인간에게 매우 해로울 수 있습니다. 이는 주요 면역 반응을 유발하여 발열과 염증을 일으킬 수 있습니다. 최악의 경우 패혈증으로 인한 장기부전을 일으킬 수도 있다.

놀랍게도 이러한 편재하는 독소의 경우 LPS의 존재를 효과적으로 감지할 수 있는 방법이 거의 없습니다. 이를 검출하기 위한 최적의 표준은 LAL(limulus amebocyte lysate) 테스트입니다. 이는 깨끗한 실험실 환경에서 수동으로 수행되어야 하기 때문에 절차에 몇 시간이 걸릴 수 있고 비용도 많이 듭니다.

LPS를 감지하는 다른 방법도 있지만 시간이 많이 걸리거나 번거롭습니다. 그리고 여기에 소요되는 시간으로 인해 병원 및 의약품 제조 현장에서 의사 결정이 크게 지연될 수 있습니다.

이러한 배경에서 일본 연구팀은 용해성 샘플에서 LPS를 신속하게 검출하는 새로운 전략을 개척했습니다. Analytical Chemistry 저널에 발표된 최신 연구에서 팀은 LPS 검사 방법에 혁명을 일으킬 수 있는 유망한 플랫폼을 제시했습니다.

본 연구의 첫 번째 저자는 박사 학위를 취득한 Hiroshi Kimoto입니다. 이 연구는 소피아 대학교의 하야시타 다카시와 하시모토 다케시, 사이타마 대학교의 스즈키 요타가 공동 집필했습니다.

제안된 LPS 분석 시스템의 주요 구성 요소는 Zn-dpa-C2OPy라고 불리는 비율계량 형광 화학 센서입니다. LPS에 선택적으로 결합하도록 고안된 이 화합물은 흥미로운 형광 특성을 나타냅니다. LPS와 결합하지 않으면 자외선에 의해 여기되면 특정 파장의 빛을 방출하는 작은 구형 소포를 형성합니다.

그러나 LPS가 있는 경우 화학센서는 용액 내 독소와 복잡한 응집체를 형성합니다. 이러한 집합체는 화학센서 또는 LPS 단독의 집합체와 구조적으로 구별됩니다. 복잡한 화학센서-LPS 집합체는 자외선에 의해 자극될 때 완전히 다른 파장의 빛을 방출하며, 그 존재는 분광 측정을 통해 추가로 확인되었습니다.

높은 처리량의 LPS 검출을 달성하기 위해 연구원들은 화학 센서를 흐름 주입 분석(FIA) 시스템 및 자체 개발한 이중 파장 형광 광도계와 결합했습니다. 이 시스템을 사용하면 관심 있는 액체 샘플을 알려진 양의 화학 센서와 쉽게 혼합할 수 있으며, 혼합물은 LPS에 대한 반응의 형광 변화를 측정하는 형광 광도계에 공급됩니다. 형광 강도 간의 비율을 기반으로 입력 샘플의 LPS 농도를 추정할 수 있습니다.

이 시스템의 주요 이점 중 하나는 속도입니다. "시료 수집부터 분석 결과까지 단 1분밖에 걸리지 않으며 시간당 시료 처리량은 36개이므로 이 기술은 매우 빠르고 효율적입니다."라고 Kimoto는 말합니다.

높은 처리량 외에도 제안된 화학 센서는 LPS를 정량화하는 데 있어 높은 감도와 안정성을 나타냅니다. 실제로 화학센서는 검출한계가 11pM(피코몰)로 기존에 보고된 LPS 검출용 저분자 화학센서에 비해 낮은 수준이다. 이는 다른 대체 방법보다 더 낮은 농도의 LPS를 감지할 수 있음을 의미합니다.