Herein, we developed a target protein detection platform based on the aptamer using graphene oxide and hybridization chain reaction techniques. This platform consists of one hairpin probe based on aptamer sequence that specifically binds to a target protein, and two hairpin probes that perform a hybridization chain reaction by triggering a single-stranded sequence exposed to a structural change in the aptamer probe's presence. Confirmation of the reaction results is designed to modify the G-quadruplex sequence within a hybridization chain reaction hairpin probe to form a G-quadruplex structure when a chain reaction occurs, and then measures fluorescence signals emitted by coupling with the fluorescent dye thioplavin T. For the verification of this technique, platelet-derived growth factors were selected as target proteins, and graphene oxide was used to suppress non-specific fluorescence signals and improve signal-to-noise ratio. As a result, the platelet-derived growth factor was detected with lmit of detection (LOD) of 4.53 pM, and the high selectivity was confirmed by successfully separating other proteins. As a result, the detection of platelet-derived growth factors within human serum was also conducted to demonstrate its practicality as a clinical analysis technology for cancer cell biosensor and molecular diagnosis.
본 학위논문에서는 산화그래핀 및 혼성 연쇄반응 기법을 활용하여 압타머 기반의 표적 단백질 검출 플랫폼을 개발하였다. 본 기술은 표적 단백질에 특이적으로 결합하는 압타머 염기서열로 구성된 헤어핀 프로브 1종과, 표적 단백질의 존재에 따른 압타머 프로브의 구조 변화로 노출되는 단일 가닥 염기서열을 트리거로 하여 혼성 연쇄 반응을 연계하는 헤어핀 프로브 2종으로 구성된다. 반응 결과물에 대한 확인은 혼성 연쇄 반응 헤어핀 프로브 내 지-쿼드루플렉스 염기서열을 수식하여 연쇄 반응이 일어나면 지-쿼드루플렉스 구조체가 형성되도록 설계하였으며, 이후 형광 염료인 티오플라빈 T와의 결합에 의해 방출된 형광 신호를 측정한다. 본 기술의 검증을 위해 혈소판 유래 성장인자를 표적 단백질로 선택하였으며, 비특이적인 형광 신호를 억제하고 신호 대 잡음비를 향상시키기 위하여 산화그래핀을 도입하였다. 그 결과 혈소판 유래 성장인자를 4.53 pM의 낮은 검출한계로 검출하였으며, 인간 혈장 내 존재하는 타 단백질과도 성공적으로 구분하여 높은 선택도를 확인하였다. 또한, 사람의 혈청 내에서 혈소판 유래 성장인자의 검출 가능여부도 확인하여 암세포 바이오센서 및 분자 진단의 임상 분석기술로서의 실용성을 증명하였다.
