Determination of $Ca^{2+}$ by Fiber Optic Fluorosensor Based on the Conformational Change of the Protein Calmodulin

Calmodulin 단백질의 형태변화를 이용한 광섬유 형광센서에 의한 $Ca^{2+}$의 정량

The fiber optic fluorosensor that shows a specific selectivity for calcium ion is studied. This sensor employs protein Calmodulin(CaM) which forms a fluorescent chelate with $Ca^{2+}$. A dialysis membrane is used to entrap a fluorescein isothiocyanate-labeled CaM solution at the common end of a bifurcated fiber optic bundle. The sensing mechanism of this sensor is based on the shifts in the fluorescence spectrum of metal-calmodulin complexes which FCaM forms a chelate with $Ca^{2+}$. Upon binding with $Ca^{2+}$, CaM undergoes a conformational change which induces a change in the fluorescence of FCaM. This change in fluorescence signal which is measured by photomultiflier tube is related to the concentration of $Ca^{2+}$ for calibration curve. Detection limit for $Ca^{2+}$ and the interference effects by $Mg^{2+}$, $Eu^{3+}$ and $La^{3+}$ for this sensor are studied. Response time and life time for this fluorosensor are also investigated.

$Ca^{2+}$에 대하여 특이한 선택성을 보이는 광섬유형광센서에 대하여 연구하였다. 이 센서는 $Ca^{2+}$과 형광성 킬레이트를 형성하는 단백질 Calmodulin(CaM)을 사용하였으며, 두 갈래로 된 광섬유 다발의 끝면에 플루오르세인 이소티오시아네이트로써 형광 표지된 Calmodulin(FCaM)으로 만든 용액을 투석막 안에 넣어서 제작하였다. 이 센서의 감응 메카니즘은 FCaM이 $Ca^{2+}$과 결합하여 킬레이트를 형성할 때에 나타나는 형광 스펙트럼의 이동 현상을 바탕으로 한다. CaM은 $Ca^{2+}$과 결합할 때에 형태변화를 일으키며, 이로 인해 유발되는 FCaM의 형광세기 변화로써 농도를 결정하였다. 광전자증배관으로 형광의 세기를 측정하여 $Ca^{2+}$에 대한 검정곡선을 작성하였으며, 센서의 $Ca^{2+}$에 대한 검출한계와 $Mg^{2+}$, $Eu^{3+}$, $La^{3+}$들에 의한 방해효과, 감응 시간 및 수명을 조사하였다.