광섬유 측면의 금 박막을 이용한 표면 플라즈몬 공명 센서의 제작 및 분석

국문 초록 (Abstract)

표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)과 국소화 표면 플라 즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)은 금속 박막 또는 금 속 나노입자 주변에 형성되는 집단적인 자유전자 진동 현상으로, 이때 표면 근처 매질의 굴절률 변화에 매우 민감하게 반응한다는 특성을 가진다. 이러 한 굴절률 의존성은 표면에서 일어나는 분자 결합·해리를 실시간으로 감지 할 수 있게 해 주며, 이에 따라 표면 플라즈몬 공명과 국소화 표면 플라즈몬 공명은 외부 표지(label) 없이도 미량의 바이오분자를 검출할 수 있는 고감도 바이오센서 기술로 활발히 응용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 플라즈모닉 기반 감지 원리를 광섬유 플랫폼과 결합함으로써, 저비용 소재와 간단한 공 정을 이용하여 제작 가능하며, 광학 정렬과 시스템 구성이 간소화된 광섬유 기반 센서를 구현하고자 하였다. 한편, 현재까지 보고된 광섬유 바이오센서 는 크게 국소화 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 광섬유 기반 국소화 표면 플라즈몬 공명 센서(Fiber-Optic Localized Surface Plasmon Resonance sensor, FO-LSPR)과 연속적인 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서(Fiber-Optic Surface Plasmon Resonance sensor, FO-SPR)로 구분되는데, 광섬유 기반 국소화 표면 플라즈몬 공명 센서는 나 노구조 형성 공정 및 입자 배치의 불균일성으로 인해 센서의 배치(batch) 간 재현성이 낮아 상용화에 한계를 보이고 있으며, 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서는 상대적으로 우수한 재현성과 공정 단순성 덕분에 상용화 시도 가 이루어지고 있음에도 불구하고 감도(sensitivity)가 높지 않아 고성능 바이 오센서 분야에서 널리 활용되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서 는 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서 구조가 갖는 재현성의 장점을 유 지하는 것을 바탕으로, 광섬유의 거울 층 구조, 샌드위치 면역분석법 (sandwich assay), 차단 버퍼의 여과 및 조건 변경, 샌드위치 면역분석에 사 용되는 프로브의 제작 개선을 통해 감도를 향상시켰다. 나아가, 서로 다른 배치의 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서를 신경퇴행성 질환과 관련된 바이오마커인 Amyloid beta 42의 정량 분석에 적용함으로써 재현성을 확인하 였고, 본 센서가 알츠하이머병의 초기 단계 진단에 활용될 수 있는 가능성을 탐색했다, 이를 통해 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서 센서가 신경퇴행 성 질환 조기 진단용 바이오센서 기술로서 가지는 잠재적 응용성을 제시하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.1.1 표면 플라즈몬 공명의 이론 1
• 1.1.2 국소화 표면 플라즈몬 공명의 이론 2
• 1.2 광섬유 기반 플라즈몬 공명 센서의 문제점 3
• 1.2.1 광섬유 기반 국소화 표면 플라즈몬 공명 센서 3
• 1.2.2 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서 5
• 1.3 연구 목적 9
• Ⅱ. 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서의 단면 거울 층 구조 제작 및 특성 평가 11
• 2.1 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서의 설계 11
• 2.2 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서의 단면 거울 층 제작 12
• 2.3 제작된 센서의 특성 평가 13
• 2.3.1 측정 시스템의 구성 13
• 2.3.2 굴절률 측정 결과 분석 14
• Ⅲ. 광섬유 표면 플라즈몬 센서의 검출 한계 향상을 위한 조건 개선 20
• 3.1 샌드위치 면역분석을 이용한 광섬유 기반 표면 플라즈몬 공명 센서 신호 증폭 20
• 3.1.1 샌드위치 면역분석법 측정 방법 21
• 3.1.2 전립선 특이 항원의 샌드위치 면역분석법 측정 25
• 3.2 비특이적 결합 억제를 위한 차단 조건 개선 28
• 3.2.1 여과를 통한 비특이적 결합 감소 28
• 3.2.2 비특이적 결합 억제를 위한 차단 프로토콜 변경 29
• 3.3 금 프로브 반응 시간에 따른 신호 증폭 효과 31
• 3.4 금 프로브 제작 공정 개선에 따른 신호 증폭 향상 34
• 3.4.1 신경퇴행성 질환 바이오마커 Amyloid beta 1-42 측정 34
• 3.4.2 금 프로브 제작 공정 개선 방안 36
• 3.4.3 개선된 금 프로브를 사용한 신경퇴행성 질환 바이오마커 myloid beta 1-42 측정 37
• Ⅳ. 결론 40
• 참고문헌 43
• Abstract 46