Development of Prototype Biosensor for The Detection of Organophosporus Compounds

In this study, a prototype fiber-optic biosensor was fabricated using the inhibition of enzyme reaction by organophosphorus compounds to detect organophosphorus compounds, which is nervous toxic material an? is used as chemical weapon and pesticide. Enzyme, substrate, and inhibitor for enzyme reaction were acetylcholinesterase (key enzyme in nervous cell), acetylthiocholine iodide, and paraoxon (a kind of organophosphorus compounds), respectively. The detection principle of sensor is the detection of enzyme reaction inhibited by organophosphorus compounds by the quantitative measurement of acetic acid, which was achieved by absorbance measurement using litmus solution that maximum absorbance band is changed by pH. To fabricate prototype fiber-optic biosensor, high bright LED and photodiode was used as light source and light intensity detector, respectively. From the experimental results using a prototype biosensor, the linear change of sensor signal was obtained in a range of 0-2 ppm inhibitor concentrations. From these results, it was verified that the quantitative measurement of organophosphorus compounds could be achieved fast (within 2 minutes) and accurately by a prototype fiber-optic biosensor.

유기인화합물 측정용 광바이오센서 개발

본 연구에서는 화학무기, 농약 등에 사용되는 신경독성물질인 유기인화합물의 측정을 위하여 유기인화합물의 효소반응 저해작용을 이용한 광바이오센서장치의 시제품을 제작하였다. 효소반응을 위하여 효소로는 신경세포의 필수효소인 acetylcholinesterase, acetylthiocholine iodide을 사용하였으며 효소반응의 저해제인 유기인화합물로는 paraoxon을 사용하였다. 센서의 폭정원리는 유기인화합물에 의해 저해된 효소반응정도를 효소반응의 생성물인 아세트산의 정량적 측정으로 분석하였으며, pH에 의하여 최대 흡광파장의 변화가 일어나는 litmus를 사용하여 흡광도 측정으로 아세트산의 정량분석을 수행하였다. 광바이오센서 시제품의 제작은 광원으로 고취도 LED와 광세기 측정을 위한 photodiode로 구성하였으며, 제작된 센서를 이용한 실험결과로부터 0 ppm에서 2 ppm의 paraoxon 농도에서 구성된 센서시스템의 선형적 신호 변화를 관찰하였다. 이상의 실헐결과로부터 광바이오센서 시제품은 2분의 반응시간으로 신속하고 정확한 유기인화합물의 정량분석이 가능함을 확인하였다.