소리 - 효소 반응을 제어하는 ​​새로운 도구

[아름이]

소리 - 효소 반응을 제어하는 ​​새로운 도구
날짜:
2022년 5월 2일
원천:
기초과학연구원
요약:
가청 소리에 의해 생성된 비핵화 구획화를 통해 효소 반응을 시공간적으로 제어할 수 있습니다.

구획화를 통한 다단계 효소 반응의 시공간 조절은 세포 및 소기관과 같은 자연 시스템을 모방하는 연구에서 필수적입니다. 지금까지 과학자들은 리포솜, 소포 또는 폴리머솜을 사용하여 '인공 소기관'으로 기능하는 구획에서 서로 다른 효소를 물리적으로 분리했습니다. 그러나 이제 한국 포항 기초과학연구원 자기조립복잡도센터 김기문 소장이 이끄는 연구팀은 가청음만을 이용하여 화학 반응의 동일한 시공간 조절을 성공적으로 시연했다. 위에서 언급한 이전 방법.

소리는 물리학, 재료과학 및 기타 분야에서 널리 사용되어 왔지만 화학에서는 거의 사용되지 않았습니다. 특히 가청음(20~20,000Hz 범위)은 낮은 에너지로 인해 지금까지 화학반응에 사용되지 않았다. 그러나 IBS의 같은 그룹은 2020년 가청음에 의해 생성된 정상파를 통해 대기 가스의 선택적 용해를 통해 화학 반응의 시공간 조절을 처음으로 성공적으로 시연했습니다.

이후 가청음에 의해 유발되는 용액의 움직임을 면밀히 관찰한 결과, 마치 보이지 않는 벽으로 서로 다른 층이 막힌 것처럼 파동의 마디 영역으로 인해 용액이 분리되고 서로 섞이지 않는 것을 발견했습니다. 그들은 가청 소리에 의해 생성된 용액의 이 과도 영역을 "의사 구획화"라고 부르고 이를 용액에서 효소 기반 캐스케이드 반응 네트워크를 제어하는 ​​데 사용했습니다. 이 현상에서 가청음에 의해 위아래로 진동하는 용기 내부에 유도된 유체의 흐름은 파동의 마디 주변에서 서로 섞이지 않고 자연스럽게 용액이 구획화된다.

이 새로운 발견은 그룹이 이 현상을 사용하여 다단계 효소 반응의 시공간적 조절을 시도하도록 영감을 주었습니다. 일반적으로 이를 위해서는 지질이나 고분자를 이용하여 인공적인 구획을 만들어야 하는데 일반적으로 김 교수팀은 가청음만으로도 가능하다는 것을 보여주었다. 이를 달성하기 위해 그들은 공기 중의 산소가 진동 용액의 양극 영역에서만 용해된다는 사실을 이용하여 영리한 시스템을 설계했습니다.

이 시스템을 테스트하기 위해 Kim's Group은 포도당 산화효소(GOx)와 양고추냉이 과산화효소(HRP)로 구성된 다단계 효소 반응을 수행했습니다. 첫 번째 단계에서 효소 GOx는 포도당 산화를 촉매하고 과산화수소를 생성합니다. 이 과산화물은 효소 HRP에 의해 사용되어 무색 ABTS 염료를 시안색 ABTS 라디칼로 산화시키는 두 번째 단계에 연료를 공급합니다. 연구원들은 청록색이 솔루션의 특정 영역에 나타나면 시스템이 의도한 대로 작동했음을 알 수 있습니다.

예상대로 저자들은 청록색의 동심원 고리 패턴을 시각적으로 관찰할 수 있었고, 이는 그들이 가청 소리만을 사용하여 GOx-HRP 캐스케이드 반응의 시공간 제어에 성공했음을 확인했습니다. 저자는 이 방법을 확장하여 용액에 존재하는 시공간 도메인 내에서 나노입자의 산화환원 주도 제자리 성장 또는 pH 반응성 자가 조립을 제어할 수 있음을 보여주었습니다. . 또한, 저자는 선택된 영역에서만 자기 조립 입자를 포함하는 나노입자 패턴 하이드로겔의 제조를 제시했습니다. 이 젤은 지역별 세포 성장 플랫폼에서 사용할 수 있습니다.

"가청 소리를 사용하는 이 새로운 접근 방식은 솔루션 내에서 예측 가능하지만 일시적으로 생성되는 유사 구획 내에서 화학 공정을 제어하는 ​​완전히 새롭고 신뢰할 수 있는 전략을 제공할 것입니다."라고 Kim 이사는 설명합니다.