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화학신소재공학부 우상혁 교수 연구팀, Supra 입자 활용 新 효소 캐스케이드 반응 플랫폼 개발

관리자 2022-04-21 조회수 888

 우상혁 화학신소재공학부 교수, 김지혜 석사과정 졸업생 (제1저자), 이지은 석박통합과정 학생 (공동 1저자)

우상혁 화학신소재공학부 교수, 김지혜 석사과정 졸업생 (제1저자), 이지은 석박통합과정 학생 (공동 1저자)

 

화학신소재공학부 우상혁 교수 연구팀이 Supra 입자를 활용해 더욱 빠르고 효과적인 효소 캐스케이드 반응 플랫폼을 개발했다. 

 

우상혁 교수 연구팀은 표면제어를 통한 Supra 입자 합성법인 ‘Surface-templated evaporation driven(S-TED)’ 방법을 자체 개발했다. 이를 통해 여러 효소가 더욱 빠르고 효과적으로 연속 캐스케이드 반응을 일으킬 수 있는 Supra 입자를 최초로 합성했으며, 그 효과도 규명해 냈다. 

 

S-TED 방법 사용 시 소수성 표면상에서 콜로이드 수용액 방울이 증발하며 합성이 이뤄진다. 때문에 효소 안전성을 유지하면서 간단히 Supra 입자를 제조할 수 있으며, Supra 입자의 크기, 형태, 기공크기 제어가 용이하다는 장점이 있다. 

 

GOX-HRP 효소 캐스케이드 반응과 Supra 입자 내 반응 모식도

GOX-HRP 효소 캐스케이드 반응과 Supra 입자 내 반응 모식도

 

연구팀은 Supra 입자를 통한 캐스케이드 반응 향상을 규명하기 위해 반응 메카니즘이 잘 알려진 효소인 Glucose Oxidase(GOX)와 Horseradish Peroxidase(HRP)를 사용해 Supra 입자를 합성했다. 그 결과 Supra 입자로 구현된 효소 간 캐스케이드 반응의 속도와 반응성이 효과적으로 향상됨을 확인했다. 

 

이처럼 효과적으로 반응하는 Supra 입자는 글루코즈 센서에 적용 시 혈청 및 소변 내 글루코즈 센서링 성능을 대폭 향상시킨다. 연구팀은 이를 통해 향후 인간의 소변이나 혈액을 사용해 포도당을 분석하는 POCT 진단 도구와 약물 운반체 등으로의 응용 가능성을 확인했다. 

 

또한, S-TED 합성법을 통해 구현된 Supra 입자는 더욱 빠르고 감응성 높은 캐스케이드 반응 구현을 위한 차세대 템플릿이 될 수 있을 것으로 기대를 모은다. 효소 간 반응뿐만 아니라 효소-광촉매 반응 등 다양한 연속반응 향상에 광범위하게 적용 가능하기 때문이다. 

 

이번 연구 성과는 독일 막스플랑크 연구소(Max Planck Institute for Polymer Research)와의 국제공동연구를 통해 이룬 것이다. 공동 발표한 논문 ‘Multimodal Enzyme-Carrying Suprastructures for Rapid and Sensitive Biocatalytic Cascade Reactions’은 ADVANCED SCIENCE 4월 5일자에 게재됐다.

 

  ADVANCED SCIENCE 표지 


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