Development of Single-Walled Carbon Nanotube-Based Biosensor for the Detection of Staphylococcus aureus /

최현경 상명대학교 대학원 2016 국내석사

식품산업에서 식중독균의 급속 검출은 식품의 안전성을 확보하기 위해 그 중요성이 날로 증가하고 있다. 최근들어 식중독균의 급속 검출을 위한 바이오센서 연구가 활발히 진행되고 있지만, 식품산업에서 실제로 적용하기 위해서는 아직도 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구의 목적은 Staphylococcus aureus균을 신속히 검출하기 위한 single-walled carbon nanotubes(SWCNTs) 기반 바이오센서를 개발하는 것이다. 구체적인 목표로는 1) S. aureus와 anti-Staophylococcus aureus antibody 사이의 특이적 바인딩을 확인하고, 2) S. aureus 검출을 위한 SWCNT 기반의 바이오센서 제작조건을 최적화한 후, 3) 개발한 바이오센서의 특성을 연구하는 것이다. S. aureus와 pAbs사이의 특이적 바인딩을 확인하기 위해 indirect ELISA법을 사용하였다. 센서 플랫폼은 silicon wafer 템플릿 표면에 금을 도금하여 전극을 제작하였다. 금 전극사이에 SWCNTs를 연결한 후 pAbs를 고정하기 위해 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester(PBASE)를 linker로 사용하였다. 바이오센서 각 제작단계를 potentiostats을 사용하여 0 V부터 0.1 V까지 linear sweep voltametry법을 사용하여, 이를 통해 나타난 그래프(I/V) 기울기의 역수로 저항값을 계산하였다. 또한 전자현미경(SEM) 을 사용하여, SWCNT 기반 바이오센서에 S. aureus 균체가 부착되어 검출되었는지 확인하였다. 11종의 시험균주에 대해 본 실험에서 사용한 anti-Staphylococcus aureus polyclonal antibody는 S. aureus 균주에만 특이적으로 반응하는 것을 확인하였다. SWCNT기반 바이오센서 제작을 위한 CNT의 최적 농도는 0.1 mg/mL이었으며, linker 및 pAbs를 고정한 센서 제작단계마다 저항값이 증가하는 것으로 CNTs, PBASE, pAbs가 성공적으로 센서플랫폼에 고정된 것을 확인하였다. S. aureus 균체 검출은 바이오센서에 고정된 pAbs와 특이적 반응으로 저항값이 증가하는 것으로 확인되었다. 균체의 특이적 반응에 의해, 바이오센서 표면에 S. aureus 균체가 부착된 것을 SEM 사진으로도 확인하였다. S. aureus 균체 농도가 증가함에 따라 바이오센서의 저항값이 증가하는 것을 확인함으로써, SWCNT기반 바이오센서가 S. aureus의 급속검출에 사용될 수 있음을 증명하였다. 본 연구에서 개발된 SWCNT 기반 바이오센서는 균체농도 4 Log CFU/mL에서부터 대조군과 유의적인 차이를 보였으며(p<0.05), 따라서 본 바이오센서의 검출한계(limit of detection)는 4 Log CFU/mL(R2 = 0.9634)로 결정되었다. The development of rapid, selective and sensitive detection method for pathogenic bacteria in foods is one of urgent tasks to ensure the safety of food products. Biosensors as rapid detection methods possess considerable advantages over the conventional detection methods, however biosensors still need to be improved for its practical use in the food industry. The overall goal of this research is to investigate the feasibility of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as a biosensor to detect Staphylococcus aureus. The specific objectives of this research are to 1) confirm the binding specificity between the target Staphylococcus aureus and polyclonal anti-Staphylococcus aureus antibodies (pAbs); 2) optimize the fabrication process to develop SWCNT-based biosensor to detect Staphylococcus aureus; and 3) finally characterize the developed SWCNT-based biosensor. The specificity of the target S. aureus and pAbs was determined using an indirect enzyme linked immunosorbent assay (ELISA). The biosensor platform was fabricated with SWCNTs on the silicon dioxide template with gold electrodes. The pAbs were self-assembled onto the SWCNT-bundles connected between the gold electrodes after the hybridization of 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester (PBASE) as a linker. The fabrication steps of biosensor were monitored by measuring the resistance of the biosensor using a potentiostat. The slope of the current/voltage (I/V) curves between 0 and 0.1 V obtained by a potentiostat was calculated using a linear regression analysis, and the resistance difference (ΔR) was calculated by inversing the I/V value for sensing responses. The binding of bacteria onto the biosensor was observed using a scanning electron microscope (SEM). The indirect ELISA confirmed that the pAbs were specific to only S. aureus among the tested 11 bacterial cells. The optimum concentration of assembled SWCNT was determined as 0.1 mg/mL. PBASE was selected as the linker to connect the pAbs and SWCNTs on the biosensor platform. As PBASE and pAbs were immobilized on the biosensor, the resistance was increased significantly. The binding of pAbs with S. aureus also significantly increased the resistance of the biosensor. The increase in resistance of the biosensor was proportional to the concentration of the S. aureus. The SEM images also confirmed the specific binding of S. aureus on the biosensor. The SWCNT-based biosensor developed in this study was able to detect S. aureus as low as 104 CFU/mL. Therefore, the limit of detection (LOD) of the biosensor was determined as 4 Log CFU/mL (R2 = 0.9634).

Antimicrobial and Antioxidant Activities of Korean Mugwort (Artemisia iwayomogi and Artemisia princeps) Extracts : Antimicrobial and Antioxidant Activities of Korean 쑥추출물의 여드름균에 대한 항균작용 및 항산화 활성 : Antimicrobial and Antioxidant Activities of Korean

박은정 상명대학교 대학원 2015 국내석사

여드름은 일반적으로 화장품, 스트레스, 호르몬불균형, 박테리아 등에 의해 확산된다. 보편적으로 항생제를 통해 치료하고 있으나, 여드름을 유발하는 Propionibacterium acnes, Staphylococcus aureus 등 과 같은 여드름 원인균에 대한 항생제 저항성으로 인해 여드름 치료는 현재 인체에 무해한 천연물로부터 항생제를 대신할 새로운 대체 물질을 찾고 있는 실정이다. 본 논문은 한국의 인진쑥(Artemisia iwayomogi)과 약쑥(Artemisia princeps)을 추출하여 여드름 원인균에 대한 항미생물활성과 쑥추출물의 항산화 활성을 평가하는 연구를 시행하였다. 인진쑥과 약쑥의 알코올추출물로부터 여드름 원인균에 대한 활성억제 가능성을 확인하였고, 인진쑥의 알코올 추출물로부터 n-hexane, chloroform, ethyl acetate, n-butanol 순으로 분획하여 각 분획물로 broth dilution 법과 disc diffusion법을 통하여 최소저해농도(MIC)와 억제환의 반지름을 측정하였다. 인진쑥의 에탄올 추출물은 S. aureus에서 77.27%로 가장 높은 항미생물 활성을 나타내었다. 인진쑥의 chloroform 분획물의 MIC는 10mg/mL로 결정되었으며, P. acnes에 대하여 75mm2, S. aureus에 대하여 55mm2의 억제환 지름의 제곱을 나타내었다. 또한, 총 페놀함량과 DPPH free radical 소거능(EC50)을 통해 항산화 활성을 평가 하였다 인진쑥과 약쑥 모두 ethyl acetate 분획물에서 가장 높은 총 페놀함량을 나타내었고(1211.61 mg GAE/0.04 mg), EC50 또한 4.33 mg/mL의 농도로 가장 강력한 항산화능을 나타내었다. chloroform 분획물을 GC/MS로 분석한 결과 폴리페놀 물질인 scopoletin이 다량 함유되어 있음(48.39%)을 확인하였다. 이 결과를 토대로 인진쑥이 여드름 원인균 증식을 억제하는 것을 확인하였고 인진쑥의 높은 항산화능을 확인하였다. 따라서 본 연구는 인진쑥이 여드름 개선 및 치료를 위한 천연대체 물질로서 사용될 수 있음을 증명하였으며, 이를 통해 쑥의 기능성 식품 및 화장품으로서의 잠재적 가치를 평가하는 자료를 제공하였다. Acne vulgaris is a common skin disease and can be developed from several factors including hormonal imbalance, stress, diet, cosmetic application or bacterial infection. Propionibacterium acnes and Staphylococcus aureus are recognized as pus-forming bacteria that trigger an acne inflammation. The goal of this research was to characterize the functional properties of Korean mugworts Injin ssuk (Artemisia iwayomogi) and Yak ssuk (Artemisia princeps). The objectives of this research are to 1) evaluate the antimicrobial activity of the mugwort extracts against acne-causing bacteria and 2) determine the antioxidant activity of the mugwort extracts. Dried mugwort powders were extracted using water, ethanol and methanol. The alcohol extracts were further fractionated using n-hexane, chloroform, ethyl acetate and n-butanol. The antimicrobial activities of the extracts were evaluated by determining minimum inhibitory concentrations (MICs) and squares of inhibition zone widths. Total phenolic contents expressed as gallic acid equivalent, GAE and diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity expressed as 50% effective concentration (EC50) were also determined. The chemical composition of the chloroform fraction was analyzed using a GC/MS. The inhibitory effects of ethanol and methanol extracts of Injin ssuk (A. iwayomogi) at the concentration of 20 mg/mL against P. acnes were significantly greater than the inhibitory effect of water extract (35.21%) (P<0.05). The ethanol extract of A. iwayomogi exhibited the greatest antimicrobial effects against S. aureus (77.27%) among the extracts. Since the alcohol extracts exhibited higher antimicrobial activities than water extract, the further fractionation of extracts were conducted for the ethanol and methanol extracts. The MICs of chloroform fractions of ethanol and methanol extracted A. iwayomogi were determined to be 15 and 10 mg/mL, respectively, against both P. acnes and S. aureus. The chloroform fraction of methanol extract had the greatest square of zone width among the tested fractions, exhibiting the squares of zone width of 44 and 41 mm2 against P. acnes and S. aureus, respectively. The total phenolic contents of two mugworts ranged between 346.85 and 581.14 mg GAE/0.04 mg of mugwort extract. The ethyl acetate fraction of methanol extracted A. iwayomogi exhibited the largest total phenolic contents (1211.6 mg GAE/0.04 mg). The lowest EC50 of mugwort extracts was obtained by the methanol extract of A. iwayomogi, exhibiting 7.7 mg/mL of EC50 and the further fractionation of methanols extract using ethyl acetate exhibited stronger free radical scavenging activity (EC50 = 4.33 mg/mL). The major polyphenol compounds in the chloroform fraction were identified as scopoletin (48.4%), 2-furanmethanol (6.1%) and isofraxidin (5.5%). This research demonstrated that Korean mugworts could be used to treat acne vulgaris caused by bacterial infections as a natural antimicrobial and/or antioxidant agent.

Yarrowia lipoytica 504D가 生産하는 Extracellular Alkaline Proteinase의 酵素學的 및 遺傳學的 硏究

김창화 大邱大學校 大學院 1998 국내박사

빵 酵母의 자기분석에 관한 최적화 연구

장희진 경희대학교 대학원 1994 국내석사

포장방법과 공정변수에 따른 압출성형 메트릭스 내부 비타민 C 함량과 특성변화

김석중 公州大學校 大學院 2006 국내석사

포도 가공제품 제조시 잔류농약의 감소 변화

정다이 안동대학교 대학원 2007 국내석사

백설기 제조의 찌는 압력과 시간 및 저장 기간에 따른 품질 특성

박지양 公州大學校 大學院 2006 국내석사

생식의 위해요인 분석 및 중요관리점 설정

김동주 중앙대학교 대학원 2005 국내석사

생식은 건강 지향적 식생활 양상의 변화로 최근 소비가 급증하고 있으나, 업체의 영세성에 따른 위생관리가 미비하며 제조공정의 표준화가 되어 있지 않아 안전성 문제가 대두되고 있다. 본 연구는 생식의 위생적 생산을 위한 생식 생산 공정의 HACCP 일반모델을 개발을 위해 생식 원료의 세척에서부터 최종제품 포장까지 각 제조공정별로 생물학적, 물리적, 화학적 요인의 위해요인을 분석하고 중요관리점(CCPs)을 설정하고자 하였다. 원료의 세척부터 최종제품 포장까지 각 제조공정별로 생물학적, 물리적, 화학적 요인의 위해요인을 분석하였다. 생식원료의 오염수준은 2.82?8.23 log10 CFU/g의 일반세균수가 검출되었으며, 또한 1.40?6.57 log10 CFU/g의 coliforms이 검출되었다. 최종제품 중 일반세균수는 1.51?7.40 log10 CFU/g이 검출되었다. 제조공정 중 미생물 수 변화는 모든 원료에서 공정별로 유사한 패턴을 보여 주었는데 세척과 동결건조공정에서 일반세균수와 대장균군은 감소하였다. 물리적 요인인 이물 혼입과 화학적 요인인 수분함량의 변화가 위해 요인으로 분석되었다. 생식의 제조공정 중 CCP는 미생물 감소를 위한 세척 단계, 수분 관리를 위한 건조단계, 그리고 금속 등 이물질의 혼입단계로 설정되었다.

가공 전 열풍처리, 염수 전처리 및 담금용액 배합비가 양파 피클 품질에 미치는 영향

황명규 안동대학교 대학원 2007 국내석사

프라이머 생성-회전환 증폭 방법의 최적화 및 식중독균 검출을 위한 응용

장은진 단국대학교 대학원(천) 2024 국내석사

Optimization of Primer Generation-Rolling Circle Amplification Method and Its Application to Detect Foodborne Bacteria Eun-Jin Jang Food Safety Engineering Department of Food Engineering Graduate School (of Dankook University) Advisor:Professor Sang-Soon Kim As DNA amplification research progresses, isothermal amplification technology has become a promising approach for target DNA detection. In this study, primer generation-rolling circle amplification (PG-RCA) as an exponential isothermal method is presented designed for the detection of foodborne bacteria such as Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium, Bacillus cereus, and Listeria monocytogenes. Enhanced sensitivity in PG-RCA was achieved by optimization of reaction parameters including dNTPs, phi29 DNA polymerase, and circular DNA probes. These optimized conditions were then employed for the detection of individual foodborne bacterium. Target selectivity of PG-RCA reaction is achieved by the use of a pair of forward and reverse circular probes that hybridize to sense and antisense target genes. PG-RCA has the property of continuously generating additional primers, and accumulated a higher amount of amplified DNA product compared to linear RCA within the same reaction time over multiple reaction cycles. The threshold time (Tt) for each concentration of target gene was established using the threshold value defined in the amplification plot via PG-RCA, validating a linear relationship between the Tt value and genomic DNA concentration of each of the four bacteria. The PG-RCA-based assay could be applied to the gene-based detection of various pathogens and may be a useful method to replace conventional polymerase chain reaction (PCR) methods. Keywords: Rolling circle amplification, Isothermal amplification, Detection, Bacteria, Genomic DNA.