오염수 내의 유기인 화합물의 측정을 위한 광섬유 바이오센서 (제 2 부 : 신호분석 및 수치모사)

Fiber-optic biosensor for the detection of organophosphorus compounds in a contaminated water (Part II : The signal analysis and simulation)

오염수에서 유기인 화합물을 측정하기 위해 개발된 광섬유 바이오센서의 신호의 분석과 최적설계를 위하여 센서에 사용되어진 AChE효소(acetylcholinesterase)의 반응, 반응기 내의 유체거동 및 물질전달현상의 해석이 필요하다. 사용되어진 센서의 반응기 부분을 해석하고 재설계하기 위하여 효소 반응을 연구하고, 이동현상학적으로 유체 및 물질확산 현상을 해석하여 반응기 모델을 성립하였다. 사용되어진 유기인 화합물에 의해 저해되는 AChE효소의 측정범위인 0-2 ppm 사이에서 저해반응을 실험하였으며, 비가역 저해 효소 반응식을 제안하였다. 반응기를 두상 즉 벌크상과 효소층으로 나누어 유체거동을 해석하였으며, 고정화겔 내의 확산의 영향을 조사하였다. 반응식, 유체거동식 및 확산식을 연계하여 세워진 반응기 전체모델을 제시하였고, 이를 이용하여 신호를 해석하였다. 제시된 모델을 이용하여 효소량, 효소층의 두께의 증가에 따른 센서 신호량의 민감도를 전산모사하였다.

Developed fiber-optic biosensor for the detection of organophosphorus compounds in a contaminated water needs the analysis of an enzyme kinetics and the transport phenomena in the reaction part to analyze the sensor signal and to design the sensor. The enzyme inhibition kinetics was investigated and the reactor model was proposed to design the reaction part in the proposed sensor. Since the acetylcholinesterase was inhibited by the organophosphorus compounds, experiments for enzyme inhibition reaction were performed from 0 to 2 ppm to be detected by the developed sensor, and irreversible enzyme inhibition kinetics was proposed. The reactor parts were divided into the two phases, i.e. bulk phase and immobilized enzyme layer, to analyze the flow and diffusion. Sensor signal was able to be analyzed based on the total reactor model established by linking the enzyme reaction kinetics. Based on the proposed model, the effects of loading enzyme amount and enzyme layer thickness on the magnitude of readout signal were simulated.