Immunosensors for Point-of-Care Testing

Se-Hwan Paek(백세환),Joung-Hwan Cho(조정환),Sun-Young Choi(최선영),Eui-Hwan Paek(백의환) 한국생물공학회 2004 한국생물공학회 학술대회 Vol.2004 No.4

Site-directed Immobilization of Antibody onto Solid Surfaces for the Construction of Immunochip

Paek, Se-Hwan,Cho, Il-Hoon,Paek, Eui-Hwan,Lee, Haewon,Park, Jeong-Woo The Korean Society for Biotechnology and Bioengine 2004 Biotechnology and Bioprocess Engineering Vol.9 No.2

The performance of an immuno-analytical system can be assessed in terms of its analytical sensitivity, i.e., the detection limit of an analyte, which is determined by the amount of analyte molecules bound to the capture antibody that has been immobilized onto a solid surface. To increase the number of the binding complexes, we have investigated a site-directed immobilization of an antibody that has the ability to resolve a current problem associated with a random arrangement of the insolubilized immunoglobulin. The binding molecules were chemically reduced to produce thiol groups that were limited at the hinge region, and then, the reduced products were coupled to biotin. This biotinylated antibody was bound to a streptavidin-coated surface via the streptavidin-biotin reaction. This method can control the orientation of the antibody molecules present on a solid surface and also can significantly reduce the possibility of steric hindrance in the antigen-antibody reactions. In a two-site immunoassay, the introduction of the site-directly immobilized antibody as the capture enhanced the sensitivity of analyte detection approximately 10 times compared to that of the antibody randomly coupled to biotin. Such a novel approach would offer a protocol of antibody immobilization in order for the possibility of constructing a high performance immunochip.

On - Site Diagnostic Device Based on Immuno - Separation of Proteins

Paek, Se Hwan,Cho, Joung Hwan,Kang, Moon Sik,Min, Nam Ki 한국화학공학회 2001 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.18 No.2

A membrane immuno-chromatographic system that selectively separates plasma lipoproteins and generates a signal in proportion to the concentration of cholesterol (HDL-C) within high-density lipoprotein (HDL) was investigated as a point-of-care device for the prognosis of coronary heart disease. The system consists of three functional membrane strip pads connected in a sequence for: (from the bottom) immuno-separation based on biotinstreptavidin reaction, catalytic conversion of cholesterol to hydrogen peroxide, and production of a signal. For immunochromatography, a monoclonal antibody, specific to apolipoprotein B100 that is present on the surfaces of low-density lipoproteins (LDL) and very low-density lipoproteins (VLDL), with a high binding constant (5×10^ L/mol) was raised and chemically conjugated to streptavidin. The conjugate was first reacted with lipoprotein particles, and this mixture was absorbed by the capillary action into the biotin pad of the system. After being transferred by medium, immunocapture of LDL and VLDL particles onto the biotin pad took place, and in situ generation of a signal in proportion to HDL-C consecutively occurred. The capture was selective as well as effective (minimum 90% of LDL and VLDL in clinical concentration ranges), and the detection limit of HDL-C was far lower than 20 mg/dL. To construct a userfriendly device, we are currently investigating the automation of such processes of reactions and separation by adapting a liquid flow-controlling technology that programs the times for the immune reaction and separation. My group further pursues an interdisciplinary study to develop a micro system employing semiconductor-based technologies that will eventually enable the handling of sub-micro liter volume of body fluid as a specimen.

Development of an Enzyme Immunosensor for Point-of-care-testing

Joung-Hwan Cho(조정환),Eui-Hwan-Paek(백의환),Se-Hwan Paek(백세환) 한국생물공학회 2004 한국생물공학회 학술대회 Vol.2004 No.10

Production of rapidly reversible antibody and its performance characterization as binder for continuous glucose monitoring

Paek, Sung-Ho,Cho, Il-Hoon,Seo, Sung-Min,Kim, Dong-Hyung,Paek, Se-Hwan Royal Society of Chemistry 2011 The Analyst Vol.136 No.20

<P>To effectively control diabetes, a method to reliably measure glucose fluctuations in the body over given time periods needs to be developed. Current glucose monitoring systems depend on the substrate decomposition by an enzyme to detect the product; however, the enzyme activity significantly decays over time, which complicates analysis. In this study, we investigated an alternative method of glucose analysis based on antigen–antibody binding, which may be active over an extended period of time. To produce monoclonal antibodies, mice were immunized with molecular weight (<I>M</I><SUB>W</SUB>) 10K dextran chemically conjugated with keyhole limpet hemocyanin. Since dextran contains glucose molecules polymerized <I>via</I> a 1,6-linkage, the produced antibodies had a binding selectivity that could discriminate biological glucose compounds with a 1,4-linkage. Three antibody clones with different affinities were screened using the <I>M</I><SUB>W</SUB> 1K dextran–bovine serum albumin conjugates as the capture ligand. Among the antibodies tested, the antibody clone Glu 26 had the lowest affinity (<I>K</I><SUB>A</SUB> = 3.56 × 10<SUP>6</SUP> M<SUP>−1</SUP>) and the most rapid dissociation (<I>k</I><SUB>d</SUB> = 1.17 × 10<SUP>−2</SUP> s<SUP>−1</SUP>) with the polysaccharide immobilized on the solid surfaces. When glucose was added to the medium, the sensor signal was inversely proportional to the glucose concentration in a range between 10 and 1000 mg dL<SUP>−1</SUP>, which covered the clinical range. Under the optimal conditions, the response time was about 3 min for association and 8 min for dissociation based on a 95% recovery of the final equilibrium.</P> <P>Graphic Abstract</P><P>An antibody produced for CGM was specific to the 1,6-glycosidic linkage of polysaccharides and the low multiple binding, discriminating from Con A. <IMG SRC='http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/image/GA?id=c1an15338b'> </P>

제2분과 : 야생동물 보호 및 관리 ; 일본 황새복원 사업에 대한 고찰

백인환 ( In Hwan Paik ),진선덕 ( Seon Deok Jin ),이시완 ( Si Wan Lee ),백운기 ( Woon Kee Paek ),김세빈 ( Se Bin Kim ) 한국환경생태학회 2014 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2014 No.2

일반적으로 야생동물 복원사업은 야생에서 멸종된 종을 역사적인 서식범위 내에 지속적으로 생존하도록 정착시키는 사업으로서 IUCN의 기준으로는 재도입(Re-introduction) 의 범주에 속한다. 그러나 본 연구에서는 재도입보다는 복원이라는 대중적인 용어로 명명하고자 한다. 야생동물 복원 사업은 크게 과학적인 전략과 사회적 전략으로 구분할 수있다. 전자의 경우는 인공증식, 서식지 조성 등과 같이 개체와 서식지 관리에 대한 과학기술적인 복원 분야라 한다면, 사회적 전략은 지역 사회 구성원이 야생동물에 대한 합리적수용을 위한 정책, 제도, 예산, 교육 분야라 할 수 있다. 본연구는 후자의 사회적 전략에 초점을 맞추어 일본 황새복원 사업에 대하여 고찰하고자 하였다. 일본 황새복원 사업은 역사적으로 4단계의 시기로 구분하고 있는데, 1단계(에도시대에서 1930년대)는 현재의 황새 복원지역인 도요오카시(豊岡市) 마루야마(円山) 강유역에서 50∼60마리의 황새가 서식하고, 주변 지명이 ‘학논(鶴田)과 학산(鶴山)’이라 불리웠고, 천연기념물로 지정한 시기이다. 2단계(1940년대 ~ 1970년대)는 지역 주민의 보호 활동에도 불구하고 제2차 세계대전으로 인한 산림 벌채(번식 둥지 감소)와 개체군 감소, 이후 경제개발에 따른 습지 감소와 대규모 농약 사용 등으로 황새가 멸종된 시기이다. 3단계(1985년 ~ 2004년)는 야생에서 멸종된 황새의 인공증식과 야생 훈련, 황새 서식지 조성 시기였고, 4단계(2005년 ~ 현재)는 인공증식한 개체를 지역에 방사하고, 황새 스스로 생존할 수 있도록 사회적 기반을 구축하고, 황새의 생태계서비스를 지속적으로 창출하여 지역발전을 도모하는 시기였다. 2013년 기준으로 황새는 사육개체수가 90개체, 야생방사는 72개체에 이르며, 2005년 야생방사한 이후로 3세대의 개체가 번식에 성공하고 있다. 일본 황새복원의 사회적 전략은 2003년에 수립한 ‘황새야생복귀추진계획’에 잘 나타나 있다. 황새와 공생할 수 있는 환경이 사람에게도 안전하고 안심할 수 있는 풍요로운 환경이라는 인식하에 ‘사람과 자연이 공생하는 지역 창조를 목적으로 황새의 야생복귀를 추진한다. ’라고 명문화하고 있다. 또한 황새복원과 지역발전을 광역지자체인 효고현과 기초지자체인 도요오카시의 조례로 제정하여 경제활성화와 황새복원의 균형을 유지하고자 하였다. 일본 황새복원 정책은 국내외 환경 정책의 변화와도 밀접한 관련을 가지고 있다. 일본은 2002년 국제사회의 생물다양성에 대한 논의에 맞추어 ‘자연과 공생하는 사회’를 ‘신생물다양성국가전략’ 의 목표로 책정하여 국토의 자연보전과 함께 자연재생 추진, 지역 주민의 참여로 농산어촌의 2차적 자연경관지역인사토야마(satoyama)의 생태계서비스를 보전하고 지역활성화를 도모할 수 있는 행동계획 등이 수립되었다. 이러한 일본의 국가전략의 기저에는 ‘주민 참여’라는 지역 주체의 의사결정이 중요해졌고, 기존의 자연환경 제도도 변화하게 되었다. 예를 들어, 도요오카시의 마루야마 강유역권인 타마 분지는 특유의 하천 지형 및 지질 조건으로 황새가 서식할수 있는 논과 하천, 배후습지가 발달하였는데, 일본의 하천법도 기존의 이치수정책에서 환경보전과 지역 주민의 의사 결정까지 포함한 내용으로 변화하면서 황새서식지에 적합한 하천정비, 습지조성, 논어도 사업을 지역 구성원과 함께 추진할 수 있었다. 이밖에도 환경보전활동·환경교육추진법, 생물다양성기본법, CBD COP10의 아이치목표(Aichi Target) 채택, 생물다양성국가전략, 람사르습지 등록 등 일련의 일본 자연환경정책은 황새복원 사업의 당위성과 예산확보에 유리하게 작용하였다. 한편, 일본의 황새복원 사업은 단순한 종복원에 머무르지 않고, 도시와 농촌의 교류사업, 생태관광 등을 축으로 한환경경제전략, NPO(비영리법인) 황새시민연구소와 지역의 학생에 의한 생물조사와 환경교육, 지역의 특화산업 촉진 및 환경기업 유치, 논어도 및 환경창조형 농법의 개도국지원 사업(JICA: 일본국제협력기구) 까지도 추진하고 있다. 이로 인한 지역 경제 활성화 효과가 확인되었고, 지역 이미지 개선과 지역 주민의 자부심 등 유무형의 경제사회적 지표도 긍정적으로 나타나고 있다. 그러나 지자체 재정 악화, 야생방사 개체의 고밀도 서식, 지역 주민의 관심 정체 등여전히 해결해야 할 현안도 산적해 있다. 현재까지 일본 황새복원 사업은 50년간 약 70억엔이 투자되어 지역 사회의 복지나 교육 재정 투자의 기회비용에 대한 비판도 있다. 다행히 2014년 도요오카시는 효고현립대학원 ‘지역자원관리연구과’를 개설하여 기존의 지구과학, 생태학에 인문사회과 학의 제분야를 통합한 황새복원과 지역 발전을 실현할 수있는 과학적 연구와 지역의 리더를 양성하고 있다. 일본의 황새복원 사업은 IUCN의 야생생물의 재도입의 기준과 절차를 충실하게 수행하기 위하여 정책, 제도, 예산, 교육 분야의 사회적 복원 전략을 지속적으로 추진하고 있다.

Single-Chain Fv Fragment of Catalytic Antibody 4f4f with Glycosidase Activity : Design,Expression,and Purification

Jang, Chang Hwan,Chung, Hyun Ho,Yu, Jae Hoon,Chang, Yung Jin,Kim, Hyong Bai,Paek, Se Hwan,Shin, Dong Hoon,Kim, Kyung Hyun 한국미생물 · 생명공학회 1999 Journal of microbiology and biotechnology Vol.9 No.3

Constructs, encoding a single-chain variable fragment of a catalytic antibody 4f4f (scFv-4f4f) with glycosidase activity, were made by combining the coding sequences for the heavy and light chain variable domains with a sequence encoding a linker (GGGGS). Using three different plasmid systems, single-chain antibodies were expressed separately in Escherichia coli, demonstrating significant differences in the expression level and amounts in soluble form of the recombinant protein. The protein expression from pET3a-scFv-4f4f was up to 20% of the total soluble proteins and, more importantly, the proteins were mostly found in a soluble form. An SDS-PAGE analysis of the purified singlechain proteins, yielding higher than 5㎎ from a 1-1 culture, showed a single band corresponding to its molecular weight of 29,100. A preliminary study shows that the expressed scFv-4f4f is catalytically active. The catalytic parameters for the hydrolysis of p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside by scFv4f4f are being investigated.

Terahertz Time Domain Spectroscopy, T-Ray Imaging and Wireless Data Transfer Technologies

Mun Cheol Paek,Min Hwan Kwak,Seung Beom Kang,Sungil Kim,Han-Cheol Ryu,Sang Kuk Choi,Se Young Jeong,Dae Won Kang,Dong Suk Jun,Kwang Yong Kang 한국전자파학회JEES 2010 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.10 No.3

This study reviewed terahertz technologies of time domain spectroscopy, T-ray imaging, and high rate wireless data transfer. The main topics of the terahertz research area were investigation of materials and package modules for terahertz wave generation and detection, and setup of the terahertz system for time domain spectroscopy(TDS), T-ray imaging and sub-㎔ wireless communication. In addition to Poly-GaAs film as a photoconductive switching antenna material, a table-top scale for the ㎔-TDS/imaging system and terahertz continuous wave(CW) generation systems for sub-㎔ data transfer and narrow band T-ray imaging were designed. Dielectric properties of ferroelectric BSTO(BaxSr1-x TiO₃) films and chalcogenide glass systems were characterized with the ㎔-TDS system at the ㎔ frequency range. Package modules for terahertz wave transmitter/receiver(Tx/Rx) photoconductive antenna were developed.

PMMA Microfluidic Lab-on-a-chip for HDL Cholesterol

Joo-Eun Kim(김주은),Se-Hwan Paek(백세환) 한국생물공학회 2004 한국생물공학회 학술대회 Vol.2004 No.10

Development of a Chemiluminometric Immunosensor Array for Genetically Modified Organisms (GMOs)

Hye-Jee Jang,Eui-Hwan Paek,Won-Mok Park,Se-Hwan Paek 한국생물공학회 2005 한국생물공학회 학술대회 Vol.2005 No.4