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Scientific Reports 6권, 기사 번호: 22199(2016) 이 기사 인용

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암 진단을 위한 바이오센서 설계의 주요 과제 중 하나는 암세포를 인식할 수 있는 저렴하고 선택적인 프로브를 도입하는 것입니다. 본 논문에서는 파지 디스플레이 기술과 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 결합하여 인식 요소의 복잡한 정제 과정 없이 암세포 검출을 위한 무표지 세포 센서를 개발했습니다. 세포감지 인터페이스의 제작 단계는 EIS에 의해 모니터링되었습니다. 표시된 옥타펩타이드의 높은 특이성과 파지 비계에 대한 다중 복사 디스플레이의 결합력 효과, 재조합 파지의 우수한 생체 적합성, 파지의 섬유질 나노 구조 및 EIS 기술의 고유한 장점으로 인해 제안된 세포 센서는 넓은 선형 범위(2.0 × 102 − 2.0 × 108 세포 mL−1), 낮은 검출 한계(79 세포 mL−1, S/N = 3), 높은 특이성, 우수한 분석 간 및 분석 내 재현성 및 만족스러운 저장 안정성. 이 새로운 세포센서 설계 전략은 종양 진단을 위한 신속하고 라벨이 없는 전기화학적 플랫폼에 대한 새로운 전망을 열어줄 것입니다.

전 세계적으로 암 발생률이 증가하고 암 사망률이 지속적으로 높아지면서 암의 조기 진단과 암 치료의 현장 감시 모니터가 큰 주목을 받고 있습니다1,2. 현재까지 화학발광3, 석영 결정 마이크로밸런스 바이오센서4, 표면 플라스몬 공명5, 방사선학적 검사6, 내시경7, 컴퓨터 단층촬영8 및 전기화학 접근법을 포함한 다양한 분석 방법이 암세포 검출에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 최근에는 주사 전기화학 현미경9, 전기화학발광10, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)11 및 전기 셀 기판 임피던스 감지12와 같은 전기화학적 방법이 개발되었습니다. 그 중에서도 EIS는 놀라운 장점으로 인해 큰 관심을 끌었습니다. 첫째, EIS는 전극 계면의 미세한 변화를 민감하고 신속하게 모니터링하는 효과적인 도구입니다. 둘째, 큰 진폭 섭동 기술(예: 순환 전압전류법 및 차동 펄스 전압전류법)과 달리 EIS는 작은 진폭 섭동으로 인해 비파괴 기술입니다. 마지막으로 가장 중요한 것은 임피던스 측정 중에 라벨을 도입할 필요가 없다는 것입니다14. 따라서 직류에서 전극 인터페이스의 EIS 데이터를 수집함으로써 라벨 없는 절차, 간단한 작동, 고감도, 짧은 분석과 같은 고유한 장점으로 인해 종양의 임상 진단을 위해 라벨 없는 전기화학적 임피던스 세포 센서가 점점 더 많이 연구되고 있습니다. 시간, 소형화 및 자동화 가능성16.

친화력 상호 작용을 기반으로 라벨 없는 임피던스 세포 센서는 일반적으로 항체17,18,렉틴19,20, 수용체 단백질21, DNA 앱타머22및 탄수화물13과 같은 표적 또는 분석물14을 선택적으로 포착하기 위해 일종의 인식 요소가 필요합니다. 예를 들어, Maalouf et al. 금 전극(AuE)18에 고정된 비오티닐화된 다클론 항체를 사용하여 EIS를 통해 대장균의 라벨 없는 검출을 달성했습니다. Huet al. 인식 요소로서 단클론 항암배아 항원 항체를 사용하여 인간 BXPC-3 췌장암 세포를 정량적으로 측정하기 위한 EIS 세포 센서를 개발했습니다. Li et al. 효소 신호 증폭 없이 대장균의 EIS 감지를 위한 단일클론 항체로 덮인 인듐 주석 산화물 전극을 탐구했습니다. Caoet al. 인간 DLD-1 결장암 세포를 감지하기 위해 표적화 렉틴 분자(Sambucus nigra agglutinin)와 접합된 단백질-무기 하이브리드 나노꽃을 기반으로 하는 세포 센서를 보고했습니다. Wan et al. AuE20 표면에 렉틴(Concanavalin A, Con A)을 고정시켜 Desulforibrio caledoiensis를 라벨 없이 신속하게 검출하기 위한 임피던스식 세포 센서를 제작했습니다. Gamellaet al. 대장균 세포 표면의 탄수화물 성분과 렉틴(Con A)의 선택적 상호 작용을 통해 박테리아의 EIS 검출을 위한 라벨 없는 스크린 인쇄 AuE를 제작했습니다. Labib' 그룹은 Au 나노입자/스크린 인쇄된 탄소 전극에 고정된 매우 특이적인 DNA 앱타머를 통해 Salmonella enteritidis26 및 Salmonella typhimurium22를 별도로 감지하는 두 개의 EIS 바이오센서를 개발했습니다. Guo et al. AuE13에 티올 말단 α-만노시드와 티올 말단 올리고에틸렌 글리콜 "스페이서" 분자를 자가 조립하여 E. coli ORN 178용 라벨 없는 EIS 바이오센서를 개발했습니다. 그러나 기존 인식 요소의 일부 고유한 단점으로 인해 분석 적용이 제한됩니다. 한편, 단백질 인식 요소(항체, 렉틴 및 수용체 단백질)와 DNA 앱타머는 준비 및 정제가 복잡하고 다양한 모니터링 조건이나 장기 보관에서 안정성이 부족합니다27. 반면, 탄수화물은 우수한 안정성이라는 장점을 나타내지만 여전히 복잡한 기능화 과정과 독성 유기 시약을 사용합니다. 또한 탄수화물은 다른 인식 요소에 비해 특이성이 부족합니다. 따라서 이러한 일반적인 인식 요소에 내재된 한계를 극복하기 위해 쉽고 안정적이며 구체적인 분자 프로브를 탐색하는 것이 매우 바람직합니다.