Electrical Tunneling Biosensor for Detecting MMP-9 Using Concentric Electrode Device

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·정보공학부, 2016. 2. 박영준.암의 중요 바이오마커 (biomarker) 중에 하나인 Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9)을 전기적으로 측정함으로써, 개인진단이 가능하게 하는 플랫폼 기술을 개발하였다. MMP-9의 효소역할 통해 분자 체인이 끊어진다고 알려진 펩타이드 (peptide)를 사용하여, peptide와 금 전극 사이의 tunneling 전류의 변화를 측정함으로써 MMP-9을 검출하였다. Tunneling 전류를 증가시키기 위해서 기 사용된 산화환원 리포터 (redox reporter) 역할을 하는 메틸렌 블루 (Methylene blue, MB)를 peptide 말단에 합성한 뒤 동심 구조 전극에 고정화 하여 사용하였다. 바이오 센서를 CMOS회로와 집적시키기 위해서 본 그룹에서 개발된 동심 구조 전극을 사용하였다. 동심구조 전극은 2전극 구조로서 island electrode와 enclosing electrode의 면적이 1000배 이상 차이 나기 때문에 수용액에 대한 전기 이중층 (electrical double layer)의 커패시턴스 (capacitance) 차이로 수용액의 전위가 enclosing electrode의 전압에 고정되는 자기-게이팅 (self-gating) 효과를 가지므로 기준 전극이 없이도 MMP-9에 의한 전류 변화를 검출 가능 할 것이라 예측하였으며, 이를 실험을 통해 확인하였다. 본 연구에서는 전극에 고정화된 MB-peptide가 MMP-9에 의해 잘렸을 때의 전극과 methylene blue 사이의 전자의 이동, 즉 tunneling 전류가 감소함을 확인하였다. 이러한 특성은 MMP-9 이외에 다양한 바이오마커를 검출하는데 유용하게 사용될 수 있는 바이오 센서 플랫폼이 될 것이다.제 1장 서 론 1 1.1 연구의 배경 1 1.2 연구의 목적 12 1.3 논문의 구성 13 제 2장 실험 설계 14 2.1 진단 센서 소자 구조 14 2.2 Peptide substrate for MMP-9 20 2.3 Tunneling state로서의 Methylene blue (MB) 21 2.4 MB-peptide 기반 MMP-9 검출 센서 제작 23 2.5 MMP-9 센서의 감응 원리 25 제 3장 결과 및 분석 27 3.1 MB-peptide 기반 tunneling biosensor의 전류특성 분석 27 3.2 전압 인가에 따른 MB-peptide biosensor의 energy state 변화 분석 33 3.3 시간에 따른 전류 변화 측정 37 3.4 MMP-9 농도에 따른 전류 변화 측정 39 제 4장 결론과 앞으로 연구 제안 41 참고문헌 43 Abstract 47Maste