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Jul 13, 2023

실크

터프츠 공과대학(Tufts School of Engineering) 연구원들은 넓은 면에 잉크처럼 인쇄할 수 있는 생체 고분자 센서를 사용하여 환경에서 박테리아, 독소 및 위험한 화학 물질을 감지하는 방법을 개발했습니다.

터프츠 공과대학(Tufts School of Engineering) 연구원들은 장갑, 마스크, 일상용품 등 다양한 소재에 잉크처럼 인쇄할 수 있는 생체고분자 센서를 사용해 환경 내 박테리아, 독소, 위험한 화학물질을 감지하는 방법을 개발했습니다. 의류. 드론에 내장되어 공중 SARS-CoV-2의 미량 수준을 감지할 수도 있고, 다음 공중 보건 위협이 무엇이든 적응하도록 수정할 수도 있습니다.

누에나방 봄빅스 모리(Bombyx Mori)의 고치에서 추출한 계산적으로 설계된 단백질과 실크 피브로인을 기반으로 하는 센서는 필름, 스펀지, 필터에 내장되거나 플라스틱처럼 성형되어 공기 및 수인성 위험을 샘플링하고 감지할 수도 있습니다. 우리 몸의 감염이나 심지어 암을 알리는 데 사용됩니다.

이러한 센서는 빠르게 분해되고 신중한 보관이 필요한 생물학적 구성 요소에 의존하는 경우가 많은 환경 내 병원체나 화학 물질을 측정하는 다른 접근 방식에서 큰 도약을 이루었습니다. 또한 센서는 유연한 웨어러블 소재에 통합하기 어려울 수 있는 전자 부품에 의존하지 않습니다.

이에 대해 더 자세히 알아보기 위해 저는 Tufts Silklab의 이사이자 공학과 교수인 Frank C. Doble 교수인 Fiorenzo Omenetto와 Silklab의 전 연구 교수인 Giusy Matzeu 두 명의 연구원을 인터뷰했습니다.

“우리의 감지 방법은 환경에서 일어나는 일을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 또한 타액이나 호흡과 같은 생물학적 체액을 비침습적인 방식으로 모니터링하여 인체에서 일어날 수 있는 일을 감지할 수 있습니다.”라고 Matzeu는 말했습니다.

워싱턴 대학교 단백질 디자인 연구소의 생화학 교수인 데이비드 베이커(David Baker), 헨리에타(Henrietta) 및 오브리 데이비스(Aubrey Davis) 교수가 개발한 생체고분자 센서의 활성 구성 요소는 분자 역학 기술과 인공 지능을 사용하여 설계된 분자 스위치입니다. 이러한 분자 스위치는 우리 안에서 자물쇠와 열쇠처럼 작용하고 특정 분석물질에 민감한 합성 단백질로 만들어졌습니다.

바이러스, 독소 또는 기타 표적 분자가 가까이 오면 스위치에 결합하여 케이지를 엽니다. 그러면 스위치의 또 다른 부분인 분자 열쇠가 자물쇠에 들어갈 수 있고, 그 조합은 반딧불이와 반딧불을 밝히는 효소와 유사한 완전한 루시퍼라제 효소를 형성합니다. 표적 분자(분석물질)의 농도 변화에 따라 발광 강도가 증가합니다.

2022년 12월 9일 Advanced Materials 호에 발표된 논문의 보다 공식적인 언어에서는 다음과 같습니다. "새롭게 설계된 단백질 스위치에서 감지 기능은 두 가지 설계된 단백질 구성 요소인 행운과 행운의 시너지 효과에 의해 제공됩니다. 분석 물질이 있을 경우 폐쇄된 암흑 상태에서 개방형 발광 상태로 전환됩니다. 그 결과 생성된 루시퍼라제 생물발광은 분석물 기반 lucCage-lucKey 스위치 연결에 대한 빠르고 구체적이며 민감한 판독을 제공합니다."

분자 글로우 스위치는 실크 피브로인이라고 불리는 실크 누에고치에서 추출된 천연 유래 단백질 혼합물에 내장되어 있습니다. 재생 실크 피브로인(RSF)은 생체고분자 센서의 비활성 구성요소이지만 안전한 수성 방법을 사용하여 처리 및 제조할 수 있는 능력과 다음과 같은 다양한 형식으로 제작할 수 있는 놀라운 다양성을 포함한 독특한 기능을 가지고 있습니다. 필름, 스펀지, 잉크 등은 상업용 프린터를 통해 표면에 쉽게 전사됩니다. 또한 실크 피브로인은 분자 스위치를 안정화시켜 유통기한을 크게 연장시킵니다.

가속 노화 테스트는 60°C(140°F)에서 4개월 동안 보관된 감지 스폰지와 필름에 대해 수행되었으며 특정 시간 간격 후에 반응성을 분석했습니다. 4개월 동안 이러한 형식(감도 및 동적 범위 모두)의 감지 성능이 유지되었습니다. 또한 실온에서 1년 동안 보관한 후 스펀지의 안정성을 테스트한 결과 여전히 반응성이 있는 것으로 나타났습니다.