Development of NanoAptamer assay and portable analyzer for detection of endocrine disrupting chemicals

Abstract

To address the issues for analysis of man-made chemicals such as endocrine disrupting chemicals (EDCs), various invaluable analytical detection methods have been reported in the last decades. In this study, a fluorescence based aptasensor named as NanoAptamer assay using a set of quantum dots (QDs) and a pair of aptamer-signaling DNA for detection of bisphenol A (BPA) and di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) was developed and validated. Newly designed aptamers (23-, 58-, and 24-mer) for BPA detection were introduced via truncation of the reference aptamer (73-mer). The 24-mer aptamer showed significantly better sensitivity (LOD = 0.17 pg/mL) and selectivity (over 3 BPA analogs) for BPA detection. To further demonstrate the utility of the NanoAptamer assay, suitable experimental conditions for BPA detection were examined in terms of incubation time, temperature, and buffer composition. And a leaching experiment was performed to 20 consumer and household products to demonstrate the capability of the NanoAptamer assay for the detection of BPA as compared to the conventional high performance liquid chromatography. Furthermore, a portable device named as NanoAptamer analyzer was demonstrated for on-site application of this assay. For DEHP detection, newly screened aptamer (60-mer) against DEHP and three truncated aptamers (45-, 28-, and 22-mer) were adopted. The combination of 22-mer aptamer and 12-mer signaling DNA showed the sensitive (LOD = 0.5 pg/mL) and selective (over 8 phthalate analogs) detection toward DEHP. The DEHP detection performance using the laboratory protocol and the NanoAptamer analyzer was examined.;지난 수 십년 동안 내분비계 교란물질 (Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs)과 같은 인공적으로 합성된 화학물질들에 대한 문제들이 대두됨에 따라 이들을 검출하고자 하는 각고의 노력들이 이어져 왔다. 본 연구에서는 비스페놀 에이 (Bisphenol A, BPA)와 디-2-에틸헥실 프탈레이트 (Di-2-ethylhexyl phthalate, DEHP)에 높은 민감도와 선택성을 갖는 형광신호 기반의 압타머 센서인 ‘나노압타머 분석법 (NanoAptamer assay)’을 개발하였다. 비스페놀 에이에 대하여 기존의 73-mer 압타머를 참고하여 세 종류의 압타머 (23-, 58-, 24-mer)를 제안하였다. 그 중 24-mer 길이의 압타머가 검출한계 0.17 pg/mL로 좋은 민감도를 보였으며, 비스페놀 에이에 대해 가장 우수한 선택도를 보였다. 더 나아가서, 이 분석법을 수행하기 위한 최적의 조건을 찾기 위해 배양시간, 온도 및 배양액 조건에 대한 연구를 진행하였으며, 실제 소비되는 각종 제품 20가지에 대해 이들로부터 용출 된 비스페놀 에이의 농도를 검출한 바 있다. 이는 고성능액체크로마토그래피와 병행하여 분석능을 평가하였다. 이렇게 개발된 나노압타머 분석법의 현장 적용을 위해 소형화 휴대용 분석장치인 ‘나노압타머 분석기 (NanoAptamer analyzer)’를 제작하였다. 디-2-에틸헥실 프탈레이트 검출을 위해서는 새롭게 발굴된 60-mer 압타머와 절단 압타머 디자인 (45-, 28-, 22-mer)을 제안하였으며 시그널 DNA (12-, 9-. 13-mer)의 디자인 또한 평가하였다. 22-mer 압타머와 12-mer 시그널 DNA의 조합으로 개발된 나노압타머 분석법은 검출한계 0.5 pg/mL의 우수한 분석능을 보였으며, 8종의 기타 프탈레이트에 비해 목적물질에 대한 높은 선택도를 보였다. 또한, 앞서 개발된 나노압타머 분석기에 적용함으로써 실험실 수준 분석법과의 상관도를 평가하였다.