[논문] 연구진, 농업용으로 적합한 유기 나노자임 개발

나노자임은 생물의학 및 화학공학에 응용하기 위해 천연 효소의 특성을 모방한 합성 물질입니다. 역사적으로 이들은 일반적으로 농업 및 식품 과학에 사용하기에는 독성이 너무 높고 비용이 많이 드는 것으로 간주됩니다. 이제 일리노이 대학 어바나-샴페인(Urban-Champaign) 대학의 연구원들은 유기적이고 무독성이며 환경 친화적이고 비용 효율적인 나노자임(nanozyme)을 개발했습니다.

안에 새로 출판된 논문, 그들은 일반적인 농업용 제초제인 글리포세이트의 존재를 감지하는 기능과 능력을 설명합니다. 그들의 목표는 궁극적으로 소비자와 농업 생산자를 위한 사용자 친화적인 테스트 키트를 만드는 것입니다.

“나노자임이라는 단어는 나노물질과 효소에서 유래되었습니다. 나노자임은 약 15년 ​​전에 처음 개발되었습니다. 산화철 나노입자 천연 효소(과산화효소)와 유사한 촉매 활성을 수행할 수 있습니다.”라고 농업, 소비자 및 환경 과학 대학(ACES)의 일부인 농업 및 생물 공학과(ABE)의 박사과정 학생인 이동훈과 The Grainger는 설명했습니다. 일리노이대학교 공과대학

이러한 나노자임은 과산화수소를 산화제로 사용하여 기질의 산화를 촉매하는 효소인 퍼옥시다제의 활성을 모방합니다. 천연 과산화효소에 비해 안정성이 높고 가격도 저렴하여 다음과 같은 분야에 널리 사용됩니다. 생의학 연구질병 진단에서 표적 분자를 검출하기 위한 바이오센서를 포함합니다.

“전통적인 나노자임은 무기 금속 기반 물질로 만들어지기 때문에 식품과 농업에 직접 적용하기에는 너무 독성이 있고 비용이 많이 듭니다.”라고 Lee는 말했습니다.

“우리 연구 그룹은 퍼옥시다아제와 유사한 활성을 나타내는 완전 유기 화합물 기반 나노자임(OC 나노자임)의 개발을 개척하고 있습니다. OC 나노자임은 다음과 같습니다. 촉매 활성 천연 효소이지만 주로 킬레이트제 역할을 하는 요소와 입자 안정제 역할을 하는 폴리비닐 알코올과 같은 농업 친화적인 유기 화합물을 기반으로 합니다.”

연구진은 또한 표적 분자 검출을 위해 OC 나노자임과 통합된 광학 감지 시스템을 구현했습니다. 광학 감지 방법의 한 유형인 비색 분석이 사용됩니다. 색상 강도 물질 내 특정 분자 존재의 추정 농도를 제공하기 위해 더 어둡거나 밝은 색상은 표적 분자의 양이 적거나 많음을 나타냅니다. 유기 화합물 나노자임은 분자 검출 성능을 갖춘 동역학 프로파일 내에서 바이오센싱 응용 분야에 일반적으로 사용되는 나노자임과 동등하게 수행되었습니다.

“전통적인 나노자임에는 독성, 장기간의 분해, 복잡한 생산 공정 등 여러 가지 문제가 있습니다. 이와 대조적으로 우리의 나노자임은 생산이 더 빠르고 비용 효율적이며 무독성이며 환경 친화적입니다.”라고 조교수인 Mohammed Kamruzzaman이 말했습니다. ABE에서 연구의 공동 저자입니다.

Lee와 Kamruzzaman은 농업 산업에서 널리 사용되는 제초제인 글리포세이트의 존재를 감지하기 위해 OC 나노자임 기반의 비색 감지 플랫폼을 적용했습니다. 그들은 다양한 농도의 글리포세이트를 함유한 용액에서 비색 분석을 수행하여 유기 나노자임이 적절한 정확도로 글리포세이트를 성공적으로 감지할 수 있음을 발견했습니다.

“인간과 작물의 건강을 보호하기 위해 농산물의 살충제 또는 제초제 존재 여부를 테스트해야 하는 요구가 증가하고 있습니다. 우리는 OC를 개발하고 싶습니다. 나노자임Kamruzzaman은 “농민이나 소비자를 위한 현장이나 집에서 적용할 수 있는 사용 시점 기반 테스트 플랫폼”이라고 말했습니다.

“사람들은 샘플과 혼합할 물질이 포함된 테스트 키트를 얻은 다음 사진을 찍고 휴대폰의 앱을 사용하여 색상 강도를 식별하고 글리포세이트가 있는지 해석합니다. 궁극적인 목표는 테스트를 휴대용으로 만드는 것입니다. 어디에나 적용 가능합니다.”

연구원들은 또한 추가적인 나노자임 개발에 노력하고 있으며 이러한 환경 친화적인 재료가 광범위한 응용 분야에 큰 잠재력을 갖고 있다고 생각합니다.

연구는 출판됨 일지에서 나노규모.