전자코: 자기조립 펩타이드가 적층된 그래핀 표면의 냄새 분자 감지

[아름이]

전자코: 자기조립 펩타이드가 적층된 그래핀 표면의 냄새 분자 감지
날짜:
2023년 1월 19일
원천:
도쿄공업대학
요약:
펩타이드 서열의 설계를 기반으로 냄새 분자를 감지할 수 있는 그래핀 기반 후각 센서가 최근 시연되었습니다. 연구 결과는 디자인 가능한 펩타이드로 기능화된 그래핀 전계 효과 트랜지스터(GFET)가 후각 수용체를 모방하고 냄새 분자를 선택적으로 감지하여 후각을 모방하는 전자 장치를 개발하는 데 사용될 수 있음을 나타냅니다.

펩타이드 서열의 설계를 기반으로 냄새 분자를 감지할 수 있는 그래핀 기반 후각 센서가 최근 Tokyo Tech의 연구원들에 의해 시연되었습니다. 연구 결과는 디자인 가능한 펩타이드로 기능화된 그래핀 전계 효과 트랜지스터(GFET)가 후각 수용체를 모방하고 냄새 분자를 선택적으로 감지하여 후각을 모방하는 전자 장치를 개발하는 데 사용될 수 있음을 나타냅니다.

후각 감지 또는 냄새 감지는 의료, 식품, 화장품 및 환경 모니터링을 포함한 많은 산업에서 필수적인 부분입니다. 현재 냄새 분자를 감지하고 추정하는 데 가장 일반적으로 사용되는 기술은 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)입니다. GC-MS는 매우 효과적이지만 부피가 큰 설정 및 제한된 감도와 같은 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 결과적으로 과학자들은 더 민감하고 사용하기 쉬운 대안을 찾고 있습니다.

최근 몇 년 동안 그래핀 전계 효과 트랜지스터(GFET)는 전자 코라고도 하는 후각 수용체와 통합하여 매우 민감하고 선택적인 냄새 센서를 개발하는 데 사용되기 시작했습니다. 그래핀 표면의 원자적으로 평평한 표면과 높은 전자 이동성은 GFET가 냄새 분자를 흡착하는 데 이상적입니다. 그러나 수용체가 있는 전기 바이오센서로서 GFET를 적용하는 것은 수용체의 취약성 및 후각 수용체로 기능할 수 있는 대체 합성 분자의 부족과 같은 요인에 의해 심각하게 제한됩니다.

Yuhei Hayamizu 교수가 이끄는 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 연구팀은 GFET 기반 후각 수용체로 이러한 문제를 해결하기 시작했습니다. Biosensors and Bioelectronics 에 발표된 최근 연구 에서 팀은 냄새 분자를 감지할 수 있는 그래핀 바이오센서용 3가지 새로운 펩타이드를 설계하고 개발했습니다. Hayamizu 교수는 "우리가 설계한 펩타이드 시퀀스는 두 가지 주요 기능을 수행하는 데 필요했습니다. 즉, 그래핀 표면에서 자기 조립을 위한 생체 분자 스캐폴드 역할과 냄새 분자를 결합하는 바이오 프로브 역할을 합니다. 이렇게 하면 펩타이드가 자기 조립 방식으로 그래핀 표면을 덮고 냄새 분자를 포착하기 위해 표면을 균일하게 기능화합니다."

연구팀은 원자력현미경을 통해 펩타이드가 분자 한 개 두께로 그래핀 표면을 균일하게 덮는 것을 확인했다. 그런 다음 기능화된 그래핀을 사용하여 냄새 분자를 감지하기 위한 GFET 설정을 구축했습니다. 조립 후 팀은 대표적인 냄새 분자로 리모넨, 멘톨 및 메틸 살리실레이트를 GFET에 주입했습니다. 전기화학적 측정은 냄새 분자와의 결합이 그래핀의 전도도를 감소시킨다는 것을 나타내었다. 관찰은 또한 3개의 펩타이드 서열과 냄새 분자 사이의 상호작용이 매우 뚜렷한 서명을 발생시킨다는 것을 밝혔습니다. 이것은 냄새 분자에 대한 GFET의 반응이 펩타이드 설계에 의존한다는 것을 확인했습니다.

또한 팀은 GFET의 운동 반응을 모니터링하기 위해 실시간 전기 측정을 수행했습니다. 관찰은 냄새 분자의 흡착 및 탈착과 관련된 시간 제한이 각 펩티드 서열에 대해 고유하다는 것을 나타냅니다. 이 거동은 주성분 분석에 의해 추가로 확인되었습니다. 이러한 관찰은 새로운 GFET 설정이 설계된 펩타이드의 도움으로 냄새 분자를 전기적으로 감지하는 데 성공했음을 확인했습니다.

"우리의 접근 방식은 간단하고 우리의 후각을 담당하는 천연 단백질 수용체를 모방하고 소형화할 수 있는 펩타이드 기반 후각 수용체의 대량 생산을 위해 확장될 수 있습니다. 우리는 전자 코의 개념을 실현하는 데 한 걸음 더 다가갔습니다."라고 말합니다. 하야미즈 교수.

이 연구에서 제시된 강력한 접근 방식은 매우 선택적이고 민감한 GFET 기반 냄새 감지 시스템 개발을 위한 새로운 문을 엽니다. 이러한 통찰력은 다양한 냄새 분자의 다차원 분석을 수행할 수 있는 고급 펩타이드 센서를 설계할 때도 사용할 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/