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Title Page 2

ABSTRACT 5

국문초록 7

Contents 9

CHAPTER 1. INTRODUCTION 13

CHAPTER 2. Ca²⁺ Influx Using Au/PDMS Platform 14

2.1. Background and Motivation 14

2.1.1. G protein-coupled receptor (GPCR) 14

2.1.2. Ca²⁺ influx via DRD1 14

2.2. Measurements and Analysis 15

2.3. Methods 24

CHAPTER 3. Protein Aggregates Detection Using THz-TDS 26

3.1. Background and Motivation 26

3.1.1. Recombinant protein production in E. coli 26

3.1.2. Protein aggregation 26

3.1.3. Metamaterial-applied THz-TDS 27

3.2. Measurements and Analysis 27

3.3. Methods 36

CHAPTER 4. CONCLUSION 40

REFERENCES 41

List of Figures 10

Figure 1. Nanovesicle-based conical Au/PDMS biosensor (a) Schematic image of the... 17

Figure 2. Analysis of hDRD1 expression. (a) PCR. (b) RT-PCR. (c) Western blot (d)... 18

Figure 3. Characterization of hDRD1 nanovesicles focusing on Ca²⁺ influx dynamics.... 20

Figure 4. Sensing properties of the conical Au/PDMS optical biosensor. △T at a... 22

Figure 5. (a) SDS-PAGE and Western blot analysis of the insoluble... 29

Figure 6. Comprehensive metabolism induced by the overexpression of... 32

Figure 7. (a) THz transmittance spectrum of nano-slot metamaterial measured with... 33

Figure 8. Confirmation of the effect of the aggregation on THz transmittance, E. coli... 35

Figure 9. (a) Schematic image of the entire process of E. coli sample... 39

초록보기

 이 연구는 새로운 광학 바이오센싱 기술을 통해 다양한 생체 분자의 검출을 목표로 하였습니다. 먼저, 세포 자극에 의한 반응에서 중요한 역할을 하는 칼슘 이온(Ca²⁺)은 GPCR 등의 수용체를 통해 유입되며, 이는 신약 개발 연구에서 중요한 지표로 여겨집니다. 우리는 GPCR 계열 수용체인 DRD1을 통한 Ca²⁺ 유입을 새로운 원뿔형 Au/PDMS 플랫폼을 이용하여 가시광선 영역의 광 투과성 변화로 검출하였습니다.

또한, THz-TDS 를 활용하여 단백질 응집을 검출하는 방법을 제시했습니다. 단백질 응집은 대장균에서 재조합 단백질을 생산하는 시스템의 주요 단점으로 알려져 있습니다. 이는 분자 간의 상호작용 모드를 포함하는 THz 파장의 특성을 이용하여 단백질 응집에 의해 유도된 극성 변화를 광 투과성 변화를 통해 측정함으로써 검출하였습니다.

이러한 바이오센싱 기술들은 광학적 특성을 활용함으로써 높은 정확도와 민감도를 가진 생체 분자 검출을 가능하게 하며, Ca²⁺, 수용체, 단백질 응집체와 관련된 신약 개발 및 질병 진단에 중요한 잠재력을 가집니다.

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