효소 기반 바이오컴퓨팅 게이트의 잡음 최소화와 확장성 최적화

본 연구는 효소를 이용한 바이오컴퓨팅 AND 게이트의 확장성을 정량적으로 평가하고, “아날로그” 잡음 최소화를 위한 최적 파라미터를 도출한다. 서론에서는 화학·생물학적 논리 시스템의 현황을 정리하고, 특히 효소 기반 게이트가 전자식 회로와 결합될 가능성을 강조한다. 연구 동기로는 다중 게이트 연결 시 발생하는 오류와 잡음 문제를 실험·이론적으로 해결하고자 함을 제시한다. 실험 섹션에서는 글루코스 옥시다제(GOx)와 마이크로퍼옥시다제‑11(MP‑11)을 입력 신호로 사용한다. 두 효소는 각각 산소와 포도당을 이용해 과산화수소(H₂O₂)를 생성하고, H₂O₂가 MP‑11에 의해 ABTS를 산화시켜 색 변화를 일으킨다. 입력 농도는 0~4배(각 효소당 0, 3.1 × 10⁻⁹ M 및 2.7 × 10⁻⁷ M)로 조절했으며, 총 25가지 조합을 만든 뒤 145 s 후의 흡광도 변화(ΔA₄₁₅) 를 출력으로 측정했다. 결과는 AND 진리표와 일치했으며, 입력이 모두 0인 경우와 하나만 존재하는 경우에는 실질적인 출력이 관측되지 않았다. 이후 반응 속도 방정식을 도입한다. 산소 전달은 용액‑공기 계면을 통한 질량 전달 제한으로 모델링했으며, 1/R₁ · (O‑O_eq) 형태의 일차 소멸 항을 사용한다. H₂O₂ 생성과 ABTS 산화는 각각 1/R₂ ·