일반기술

하이드로젤 내부에 효소가 결합된 실리카 나노입자의 고정화 방법 개발

본 기술은 실리카 나노입자에 효소를 고정화시킨 후 하이드로젤을 이용하여 캡슐화시키는 방법으로 실리카나노입자에 효소를 고정화 시키는 기술은 널리 사용되고 있다. 실리카나노입자의 넓은 표면적을 이용하면 실리카나노입자에 보다 많은 바이오물질들을 부착할 수 있으며 강한 신호를 낼 수 있다는 장점이 있지만 효소는 온도와 pH의 변화에 민감하게 반응하며 쉽게 변성될 수 있다는 단점을 가지고 있다. 효소가 변성되는 이유 등으로 활성이 오래 지속되지 않게 되면 화학적 반응으로 인한 효소의 구조가 파괴되어 제 기능을 할 수 없게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 poly-(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA) 하이드로젤로 실리카에 고정된 효소를 보호하는 방법을 고안하였다. 실리카나노입자에 고정된 효소의 활성과 구조를 지속적으로 유지하려면 물이 필요하고 이는 부드러운 탄성체로써 수분함량이 높고 친수성이며 생체적합성이 뛰어난 고분자인 PEG하이드로젤을 이용하여 실리카나노입자에 고정된 효소를 보호하는 점이 주된 장점이다. 또한 실리카나노입자에 효소를 고정하지 않고 효소만을 하이드로젤안에 고정시킬 경우 효소누출현상이 일어나 활성이 오래 지속되지 못하므로 PEG하이드로젤 캡슐 안에 실리카나노입자의 효소고정화 방법을 고안하였다. 표면 처리한 실리카 나노입자에 효소를 고정화시킨 후 PEG 하이드로젤과 광개시제를 첨가하여 전구용액을 만든다. 이 전구용액은 UV에 노출되면 라디칼 중합이 일어나 젤로 변하는 성질을 가지고 있다. 이렇게 만들어진 PEG 하이드로젤은 그물망 구조를 가지게 되어 효소가 고정되면 그물망 구조로 인해 가두어져 빠져 나가지 못하는 구조를 가지게 된다. 이는 원하는 양 만큼의 실리카나노입자를 가둘 수 있고 같은 양의 실리카나노입자에 다른 농도의 효소를 부착시킴으로써 농도별로 신호를 다르게 측정할 수 있다. 또한 3차원 입체구조를 이용하면 2차원 평면구조보다 효소를 고정시킬 수 있는 공간을 보다 넓게 확보함으로써 보다 많은 효소를 고정할 수 있게 되어 효소의 활성을 오래 지속할 수 있으며 효소와 기질 사이의 만나는 빈도를 증가시켜 반응을 빠르게 쉽게 할 수 있다. 하이드로젤 안에 실리카나노입자를 가두어 물리적인 충격들로부터 보호를 할 수 있으며 효소의 활성을 안정하게 유지할 수 있다.