KR101035352B1 - Method for detecting target molecule using selective aggregation of quantum dots - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자점의 선택적 응집을 이용한 표적 물질의 탐지 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 표적 물질이 존재할 경우 양자점이 선택적으로 응집하는 현상을 이용함으로써 표적 물질이나 탐지 물질에 형광 물질을 태깅하거나, 나노입자를 표면 처리하는 등의 전처리 없이도 형광 감소 여부에 의해 표적 물질의 존재를 육안으로 쉽게 식별할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 방법을 이용하면 특별한 분석 기기 없이도 저비용으로 표적 물질을 쉽고 빠르게 탐지할 수 있어 매우 효율적이다. 특히, 본 발명의 방법을 DNA 내의 단일염기다형성의 분석에 이용할 경우 양자점의 응집이 일어나지 않는 점을 확인함으로써 신속하고 효율적으로 단일염기다형성의 존재 여부를 판별할 수 있으므로, 유전 질환의 진단 및 치료, 그리고 생물학적, 의학적 연구에서 매우 유용하게 이용될 수 있다. The present invention relates to a method for detecting a target substance using selective aggregation of quantum dots. According to the present invention, by using the phenomenon that the quantum dots selectively aggregate when the target material is present, the target material is detected by reducing the fluorescence even without pretreatment such as tagging the fluorescent material to the target material or the detection material or surface treatment of the nanoparticles. The existence can be easily identified with the naked eye. Therefore, the method of the present invention is very efficient because the target material can be easily and quickly detected at low cost without any special analytical device. In particular, when the method of the present invention is used for the analysis of monobasic polymorphism in DNA, it is possible to quickly and efficiently discriminate the presence of monobasic polymorphism by confirming that aggregation of quantum dots does not occur, so as to diagnose and treat genetic diseases, And it can be very useful in biological and medical research.

양자점, 응집, 표적 물질, 탐지 Quantum dots, flocculation, target substance, detection

Description

양자점의 선택적 응집을 이용한 표적 물질의 탐지 방법{Method for detecting target molecule using selective aggregation of quantum dots}Method for detecting target molecule using selective aggregation of quantum dots}

본 발명은 양자점의 선택적 응집을 이용한 표적 물질의 탐지 방법에 관한 것으로, 표적 물질과 탐지 물질의 결합에 따른 정전기적 인력에 의한 양자점의 선택적 응집, 또는 양자점 표면에 있는 탐지 물질과 표적 물질의 결합을 통한 cross-linking 응집 등 양자점의 선택적 응집으로 인한 발광강도의 감소를 분석함으로써 표적 물질의 존재를 육안으로 쉽게 탐지할 수 있는 양자점의 선택적 응집을 이용한 표적 물질의 탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a target material using selective agglomeration of quantum dots, wherein the selective aggregation of the quantum dots by electrostatic attraction due to the combination of the target material and the detection material, or the combination of the detection material and the target material on the surface of the quantum dot The present invention relates to a method of detecting a target substance using selective aggregation of quantum dots, which can easily detect the presence of the target substance by analyzing the decrease in luminescence intensity due to selective aggregation of quantum dots such as cross-linking aggregation.

1 내지 100nm 크기의 나노입자는 나노테크놀러지의 주요 연구 소재 중의 하나로서, 물리, 화학, 생물학, 의학 등 다양한 분야에서 여러 응용가능성을 보이고 있으며, 이를 위한 다양한 종류의 금속, 비금속, 반도체 나노입자들이 제조되고 있다.Nanoparticles of 1 to 100nm size are one of the major research materials of nanotechnology, and show various applications in various fields such as physics, chemistry, biology and medicine, and various kinds of metal, nonmetal, and semiconductor nanoparticles are manufactured for this purpose. It is becoming.

특히 나노입자들은 그 종류나 크기에 따라 특유의 물리화학적 혹은 광학적 특성을 나타내기 때문에 생명공학 분야를 비롯한 다양한 응용분야에서 각광을 받고 있다. 예를 들면, 수~수십 나노미터의 금 나노입자의 경우 520nm 부근에서 표면 플라즈몬 공명 파장(surface plasmon resonance band)을 나타내며, 주변의 환경이나 다른 물질의 부착여부에 따라 파장이 달라지는 특성을 갖는다. 반도체 나노입자의 경우 10nm 이내의 크기가 되면 UV에 의해 여기되어, 나노입자의 크기나 형태에 따라 다양한 가시광선 영역의 파장을 발광하는 양자점 특성을 보이게 된다. 또한, 양자점과 금나노입자에서는 형광 에너지 공명전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET)가 일어나는 것이 알려져 있다. 따라서 이러한 특성을 이용하여 이들은 화학, 물질 과학, 생물학 및 의약 분야에서 이미징 프로브, 바이오센서, 촉매, 디스플레이 물질 및 생물학적 태깅 물질로서 사용할 수 있다. In particular, nanoparticles are attracting attention in various applications including biotechnology because they exhibit unique physical, chemical or optical properties depending on their type and size. For example, gold nanoparticles of several tens to tens of nanometers exhibit surface plasmon resonance bands around 520 nm, and have wavelengths that vary depending on the surrounding environment or attachment of other materials. The semiconductor nanoparticles are excited by UV when they are within 10 nm in size, and exhibit quantum dot characteristics that emit wavelengths in various visible light regions depending on the size and shape of the nanoparticles. Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) is known to occur in quantum dots and gold nanoparticles. Thus using these properties they can be used as imaging probes, biosensors, catalysts, display materials and biological tagging materials in the chemical, material science, biology and medicine fields.

예를 들어, 금속 나노입자의 표면을 티올기로 개질한 프로브 DNA로 태깅하여 금속입자의 응집에 따른 광학적 특성의 변화를 통해 표적 DNA를 검출할 수 있는 방법이 보고되어 있다(K. Sato, K. Hosokawa, M. Maeda, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8102-8103; C. A. Mirkin, R. L. Letsinger, R. C. Mucic, J. J. Storhoff, Nature 1996, 382, 607-609). 그러나, 티올로 개질한 프로브를 이용한 금속 나노 입자의 표면 처리를 위해서는 이를 위한 별도의 복잡한 공정이 따로 요구되며, 특정 조건(온도 등)에서만 센싱이 되고, 태깅 반응이 비효율적일 뿐만 아니라 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다. For example, a method of tagging the surface of a metal nanoparticle with a probe DNA modified with a thiol group to detect a target DNA through a change in optical properties according to aggregation of metal particles has been reported (K. Sato, K. Hosokawa, M. Maeda, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8102-8103; CA Mirkin, RL Letsinger, RC Mucic, JJ Storhoff, Nature 1996, 382, 607-609). However, for the surface treatment of metal nanoparticles using thiol-modified probes, a separate and complicated process is required for this, and sensing is performed only under specific conditions (temperature, etc.), and the tagging reaction is inefficient and expensive. It has the disadvantage of being.

양자점을 이용한 기존의 센서의 경우 대부분 형광 공명 에너지 전이 현상(FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer)를 이용한 경우가 대부분이었 다. FRET 현상은 양자점과 다른 물질(금 나노입자, 글루코스 등)의 거리가 가까워지면, 양자점이 전자 공여체 역할을 하면서 형광 강도(fluorescence intensity)가 감소되는 현상을 말하는 것으로, 기존의 센서들에서는 양자점이 표적 물질 또는 탐지 물질에 결합되어 있었으며, 표적 물질과 탐지 물질간의 직접적인 결합에 의해 FRET 현상이 일어남으로써 표적 물질의 존재 여부를 검출하는 방법을 이용하고 있었다. 그러나, 표적 물질이나 탐지 물질에 양자점을 태깅하는 방법은 금속 나노입자의 표면 처리와 마찬가지로 태깅 반응이 비효율적이고 시간과 비용이 많이 소모된다는 문제점이 있다.Most of conventional sensors using quantum dots have used fluorescence resonance energy transfer (FRET). FRET phenomenon refers to a phenomenon in which the fluorescence intensity decreases as the quantum dot acts as an electron donor when the distance between the quantum dot and another material (gold nanoparticles, glucose, etc.) becomes close. It was bound to a substance or a detection substance, and the FRET phenomenon was caused by the direct binding between the target substance and the detection substance, and a method of detecting the presence of the target substance was used. However, the method of tagging a quantum dot to a target material or a detection material has a problem that the tagging reaction is inefficient and time-consuming and costly as with the surface treatment of metal nanoparticles.

한편, 동종에 속하는 생물체 개체의 게놈에 포함된 유전자 코드는 서로 일치하지 않고, 다형성(polymorphism)으로 불리는 염기서열상의 차이가 존재한다. 다형성에는 1개 이상의 염기가 결실되거나(deletion) 삽입된 것(insertion), 특정 염기 서열이 중복된(repeat) 것 등이 알려져 있다. 하나의 염기가 또 다른 염기로 치환된 것은 단일염기다형성(Single nucleotide polymorphism, 이하 "SNP"라 약칭함)으로 명명된다. On the other hand, the genetic codes included in the genomes of organisms belonging to the same species do not coincide with each other, and there are differences in nucleotide sequences called polymorphisms. Polymorphisms are known in which one or more bases have been deleted or inserted, and certain base sequences have been duplicated. Substitution of one base with another is called single nucleotide polymorphism (hereinafter abbreviated as "SNP").

SNP는 개인과 개인간의 DNA에 존재하는 단일 염기쌍의 차이(single base-pair variation)로 DNA 서열 다형성(polymorphism)중에서 가장 많이 존재하는 형태이다(약 1개/1kb). 이러한 SNP는 개개인의 질병에 대한 민감성 차이의 원인이 되므로, 유전질환의 진단, 치료 및 예방에 효과적으로 이용될 수 있다. 따라서, 유전자에서 개인차, 인종간 차이와 질병에 대한 민감성 차이 등을 가져오는 부분인 SNP를 빠르고 간편하게 찾아내는 방법에 대한 필요성이 제기되어 왔다.SNP is a single base-pair variation in DNA between individuals and is the most common form of DNA sequence polymorphism (about 1 kb). Since SNPs cause a difference in sensitivity to individual diseases, they can be effectively used for diagnosis, treatment and prevention of genetic diseases. Therefore, there has been a need for a quick and easy way to find SNPs, which are parts of genes that bring about individual differences, race differences, and "sensitivity" differences to diseases.

지금까지 SNP의 분석 방법으로 TaqMan PCR 방법, MALDI-TOF/MS(Matris assisted laser desorption-time of flight/mass spectrometry) 방법, PCR-제한된 절편 길이 다형성 분석(PCR-restriction fragment length polymorphism analysis), 단일-가닥 형성 다형성 검출(single-strand conformation polymorphism detection), 다이데옥시 미니 염기서열 결정(dideoxy minisequencing), 올리고뉴클레오타이드 라이게이션 분석(oligonucledtide ligation assays), 대립형질 특이적 중합효소 연쇄반응(allele-specific polymerase chain reaction, 이하 "AS PCR"이라 약칭함), 라이게이즈 중합 반응(ligase chain reaction), 프라이머-요구된 뉴클레오타이드 결합 분석(primer-required nucleotide incorporation assays) 및 형광 에너지 전달-기초된 분석(fluorescence energy transfer-based assays) 등이 제시되었다(Landegren, U, M Nilsson, and P-Y Kwok., 1998, Genome Res, 8:769-776; Gut, I.G., 2001, Hum Mutat, 17:475-492; Shi,M.M., 2001, Clin Chem, 47:164-172). 이외에도 짧은 단일 DNA 절편의 질량을 정확하게 직접적으로 결정할 수 있는 질량 분광법(mass spectrometry)(Ross P et al., 2000, BioTechniques, 29:620-629)과 올리고뉴클레오타이드 마이크로어레이-기초 분석(oligonucleotide microarray-based analysis)(Wang, D.G. et al.,1998, Science, 280:1077-1082)도 알려져 있다. SNP를 분석하기 위한 상기 방법들은 특정 목적에 따라 상대적인 장점과 단점을 가지고 있기 때문에 어떠한 방법이 다른 방법보다 더 우월한지에 대해서는 단정적으로 말할 수 없다. 예를 들어, TaqMan PCR 방법은 PCR 반응을 사용하는 SNP 분석법으로서, 분석 단계의 수가 적으며 분석이 가장 빠르다는 이점을 지니고 있다[참조: T.Morris et al., J. Clin. Microbiol., 1996, 34, 2933., K. J. Livak et al., Genet. Anal., 1999, 14, 143]. 그러나, 이 방법은 1가지 종류의 SNP를 분석하기 위해 2가지 종류의 형광 표식 프로브가 필요하기 때문에, 표식 프로브 제작 비용이 높다는 단점이 있다. 다른 예로, MALDI-TOF/MS(Matris assisted laser desorption-time of flight/mass spectrometry) 방법은 하나의 SNP 분석에 대해 전혀 표식을 필요로 하지 않으면서 하나의 프라이머를 사용하는 이점을 지니고 있지만[참조: L, A. Haff et al., Genome Res., 1997, 7,378. P. Ross et al., Nat. Biotechnol., 1998, 16, 1347], 표적 영역의 PCR 증폭, PCR 생성물의 정제, 프라이머 신장 반응, 프라이머 신장 반응 생성물의 정제, 질량 측정 샘플의 스폿팅, 질량 분석 등의 작동단계 수가 너무 많다는 단점이 있다.So far, SNP analysis methods include TaqMan PCR, Matassis assisted laser desorption-time of flight / mass spectrometry (MALDI-TOF / MS), PCR-restriction fragment length polymorphism analysis, and single- Single-strand conformation polymorphism detection, dideoxy minisequencing, oligonucleotide tigation assays, allele-specific polymerase chains reactions, abbreviated as "AS PCR"), ligase chain reactions, primer-required nucleotide incorporation assays and fluorescence energy transfer-based assays. -based assays) (Landegren, U, M Nilsson, and PY Kwok., 1998, Genome Res , 8: 769-776; Gut, IG, 2001, Hum Mutat , 17: 475-492; Shi, MM, 2001, Clin Chem , 47: 164-172). In addition, mass spectrometry (Ross P et al., 2000, BioTechniques , 29: 620-629) and oligonucleotide microarray-based analysis can be used to directly and accurately determine the mass of a single short DNA fragment. analysis (Wang, DG et al ., 1998, Science , 280: 1077-1082) is also known. Since the methods for analyzing SNPs have relative advantages and disadvantages for specific purposes, it cannot be asserted as to which method is superior to other methods. For example, the TaqMan PCR method is an SNP assay using a PCR reaction, which has the advantage of having a small number of analysis steps and the fastest analysis (T. Morris et al ., J. Clin. Microbiol ., 1996, 34, 2933., KJ Livak et al ., Genet. Anal ., 1999, 14, 143]. However, this method has a disadvantage in that the cost of producing a labeled probe is high because two types of fluorescent labeled probes are required to analyze one type of SNP. In another example, the MALDI-TOF / MS (Matris assisted laser desorption-time of flight / mass spectrometry) method has the advantage of using one primer without requiring any labeling for one SNP analysis [see: L, A. Haff et al., Genome Res ., 1997, 7,378. P. Ross et al., Nat. Biotechnol. , 1998, 16, 1347], PCR amplification of the target region, purification of the PCR product, primer extension reaction, purification of the primer extension reaction product, spotting of the mass measurement sample, mass spectrometry, etc. has a disadvantage in that there are too many operating steps.

본 발명의 목적은 양자점을 이용한 표적 물질의 탐지에 있어서 태깅 반응이나 표면 처리 등의 전처리를 필요로 하지 않고, 쉽고 빠르게 표적 물질을 탐지하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for easily and quickly detecting a target material without the need for a pretreatment such as a tagging reaction or surface treatment in the detection of the target material using quantum dots.

특히, 본 발명은 양자점을 이용하여 단일염기다형성을 지닌 핵산을 간단하고 쉽게 탐지하는 방법을 제공하고자 한다. In particular, the present invention is to provide a simple and easy method for detecting a nucleic acid having a single nucleotide polymorphism using quantum dots.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

표적 물질의 존재를 조사하고자 하는 시료를 양자점을 함유하는 용액에 첨가하는 단계; 및 Adding a sample to be examined for the presence of the target substance to a solution containing quantum dots; And

양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 표적 물질의 탐지 방법을 제공한다. It provides a method of detecting a target material comprising analyzing the selective aggregation of the quantum dots.

본 발명은 또한 The invention also

단일염기다형성을 지닌 핵산의 존재를 조사하고자 하는 시료를 탐지 물질과 혼성화시키는 단계;Hybridizing a sample to be examined for the presence of a nucleic acid with monobasic polymorphism with a detection agent;

혼성화된 이중가닥 DNA를 양자점을 함유하는 용액에 가하는 단계; 및 Adding hybridized double stranded DNA to a solution containing quantum dots; And

양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법을 제공한다.Provided is a method for detecting nucleic acids with monobasic polymorphism comprising analyzing selective aggregation of quantum dots.

본 발명에 의하면, 표적 물질의 존재 시 양자점이 선택적으로 응집하는 현상을 이용함으로써 표적 물질이나 탐지 물질에 형광 물질을 태깅하는 등의 전처리 없이도 발광강도의 감소 여부에 의해 표적 물질의 존재를 육안으로 쉽게 식별할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 방법을 이용하면 특별한 분석기기 없이도 저비용으로 표적 물질을 쉽고 빠르게 탐지할 수 있어 매우 효율적이다. 특히, 본 발명의 방법을 DNA 내의 단일염기다형성의 분석에 이용할 경우 양자점의 응집이 일어나지 않는 점을 확인함으로써 신속하고 효율적으로 단일염기다형성의 존재 여부를 판별할 수 있으므로, 유전 질환의 진단 및 치료, 그리고 생물학적, 의학적 연구에서 매우 유용하게 이용될 수 있다. According to the present invention, by using the phenomenon that the quantum dots selectively aggregate in the presence of the target material, the presence of the target material can be easily visually observed by reducing the emission intensity without pretreatment such as tagging the fluorescent material to the target material or the detection material. Can be identified. Therefore, using the method of the present invention, it is very efficient to detect the target material easily and quickly at low cost without a special analyzer. In particular, when the method of the present invention is used for the analysis of monobasic polymorphism in DNA, it is possible to quickly and efficiently discriminate the presence of monobasic polymorphism by confirming that aggregation of quantum dots does not occur, so as to diagnose and treat genetic diseases, And it can be very useful in biological and medical research.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.

본 발명은 The present invention

표적 물질의 존재를 조사하고자 하는 시료를 양자점을 함유하는 용액에 첨가하는 단계; 및 Adding a sample to be examined for the presence of the target substance to a solution containing quantum dots; And

양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 표적 물질의 탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a target substance comprising analyzing selective aggregation of quantum dots.

본 발명은 표적 물질의 존재 시 양자점의 선택적 응집이 일어나는 현상을 이용하여 표적 물질을 탐지함을 특징으로 한다.The present invention is characterized by detecting the target material by using the phenomenon that selective aggregation of the quantum dots occurs in the presence of the target material.

표적 물질의 존재 시 양자점의 선택적 응집이 일어나는 현상은 표적 물질이 탐지 물질(즉, 프로브)과 결합할 경우 정전기적 안정화가 일어나 양자점에 결합하지 않는 반면, 표적 물질이 탐지 물질과 결합하지 못하는 경우 탐지 물질이 정전기적 안정화를 위해 양자점에 흡착하는 것에 기인한다. 표적 물질이 탐지 물질과 결합할 경우에는 양자점에 흡착되는 물질이 존재하지 않으므로 양자점의 선택적 응집이 일어나게 되는 반면, 표적 물질이 탐지 물질과 결합하지 못하는 경우에는 탐지 물질이 양자점에 흡착하게 되어 양자점 간의 응집이 일어나지 않는다. 따라서, 양자점의 선택적 응집을 분석함으로써 표적 물질의 존재 여부를 간단하고 쉽게 탐지할 수 있게 된다.Selective aggregation of quantum dots in the presence of the target material occurs when the target material binds to the detection material (i.e., the probe), so that electrostatic stabilization occurs and does not bind to the quantum dot, while the target material does not bind to the detection material. The material is due to adsorption on quantum dots for electrostatic stabilization. If the target material binds to the detection material, there is no substance adsorbed on the quantum dot, so that selective aggregation of the quantum dots occurs. On the other hand, if the target material fails to bind to the detection material, the detection material is adsorbed on the quantum dot, causing aggregation between the quantum dots. This does not happen. Therefore, by analyzing the selective aggregation of the quantum dots it is possible to simply and easily detect the presence of the target material.

또는, 양자점 표면을 표면 안정제(capping agent) 또는 탐지 물질로 기능화하여 표적 물질과의 결합을 통한 양자점의 cross-linking 응집을 통해 양자점의 선택적 응집을 분석함으로써 표적 물질의 존재 여부를 간단하고 쉽게 탐지할 수 있게 된다.Alternatively, the surface of the quantum dot can be functionalized as a surface capping agent or a detection material to analyze the selective aggregation of the quantum dots through cross-linking aggregation of the quantum dots through binding with the target material, thereby making it simple and easy to detect the presence of the target substance. It becomes possible.

본 발명의 표적 물질의 탐지 방법을 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The detection method of the target substance of the present invention will be described in detail step by step.

제1단계는 표적 물질을 함유하는 시료를 양자점을 포함하는 용액에 가하는 단계이다.The first step is adding a sample containing a target substance to a solution containing quantum dots.

본 발명에 있어서, 표적 물질이란 시료 내의 존재 여부를 탐지하고자 하는 대상이 되는 물질로서, 탐지 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 의미한다. 한편, 탐지 물질(또는 프로브)이란 상기 표적 물질을 선택적으로 인식하여 결합할 수 있는 물질을 의미한다. In the present invention, the target substance is a substance to be detected in the sample, and means a substance that can specifically bind to the detection substance. On the other hand, the detection material (or probe) means a material that can selectively recognize and bind the target material.

본 발명에서 사용할 수 있는 표적 물질과 탐지 물질은 그들 간의 결합에 의해 양자점의 선택적 응집을 유도할 수 있는 것이면 어떠한 것이든 가능하다. 즉, 표적 물질의 부재 시에는 양자점의 응집이 일어나지 않으며, 표적 물질의 존재 시에만 선택적으로 양자점의 응집이 일어나도록 하는 표적 물질과 탐지 물질이라면 본 발명의 방법이 적용될 수 있다. The target material and the detection material that can be used in the present invention may be any material as long as it can induce selective aggregation of quantum dots by binding therebetween. That is, the method of the present invention may be applied to a target material and a detection material that do not cause aggregation of quantum dots in the absence of the target material and selectively cause aggregation of quantum dots only in the presence of the target material.

한 구체예에서, 표적 물질은 핵산이고, 탐지 물질은 이에 상보적인 핵산일 수 있다. In one embodiment, the target agent is a nucleic acid and the detection agent can be a nucleic acid complementary thereto.

다른 구체예에서, 표적 물질은 중금속이고, 탐지 물질은 이러한 중금속에 의해 혼성화가 일어날 수 있는 비상보적인 DNA의 쌍일 수 있다.In other embodiments, the target material is a heavy metal, and the detection material can be a pair of non-complementary DNAs where hybridization can occur by such heavy metals.

상기 양자점은 용매에 분산되어 콜로이드 상으로 존재하는 양자점이라면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 유기상에서 합성된 양자점의 경우에는 리간드 교환(ligand exchange)을 통해 수분산이 가능하다. 예를 들어, CdS, CdSe, CdTe, 또는 PbS 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.The quantum dot is not particularly limited as long as it is a quantum dot dispersed in a solvent and present in a colloidal phase. In the case of the quantum dots synthesized in the organic phase, it is possible to disperse through ligand exchange (ligand exchange). For example, CdS, CdSe, CdTe, or PbS may be used alone or in combination of two or more.

상기 양자점의 표면은 시료 내의 표적 물질 외에 바람직하지 못한 흡착 가능성을 배제하기 위해 표면 안정제(capping agent)를 사용하여 하이드록실기, 카르복 실기, 또는 아민기 등의 소수성 친수성 작용기로 수식(modify)할 수 있다.The surface of the quantum dots may be modified with hydrophobic hydrophilic functional groups such as hydroxyl groups, carboxyl groups, or amine groups using surface capping agents to exclude the possibility of undesirable adsorption in addition to the target material in the sample. Can be.

상기 표면 안정제로는 머캅토프로피온산(MPA), 머캅토아세트산(MAA), 머캅토석신산(MSA), 디티오트리에톨(DTT), 글루타티온, 히스티딘, 또는 티올-함유 실란 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다. As the surface stabilizer, mercaptopropionic acid (MPA), mercaptoacetic acid (MAA), mercaptosuccinic acid (MSA), dithiotriitol (DTT), glutathione, histidine, thiol-containing silane, or the like or two or more kinds Can be used.

또한, 상기 양자점을 함유하는 용액은 양자점이 물 또는 유기용매에 분산되어 있는 용액을 말하는 것으로, 상기 유기용매로, 사이클로헥산, 또는 톨루엔 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.The solution containing the quantum dots refers to a solution in which the quantum dots are dispersed in water or an organic solvent. Cyclohexane, toluene, or the like may be used alone or in combination of the above organic solvents.

또한, 상기 양자점을 함유하는 용액에는 탐지 물질이 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탐지 물질은 양자점의 표면에 결합되어 있을 수 있으나 이에 제한하지는 않는다. 이는 탐지 물질과 표적 물질 간의 결합이 특정 조건 하에서 잘 이루어지는 경우라면 양자점에 노출되기 전에 표적 물질과 접촉될 수 있기 때문이다. 이 경우 표적 물질과 탐지 물질 간의 결합은 정전기적 안정화에 따른 양자점의 선택적 응집이 일어날 수 있다. 또한, 탐지 물질이 양자점의 표면에 결합되어 있는 경우라면, 탐지 물질과 표적 물질의 결합은 양자점의 cross-linking 응집을 유발할 수 있다.In addition, the solution containing the quantum dots may include a detection material. More specifically, the detection material may be coupled to the surface of the quantum dot, but is not limited thereto. This is because if the binding between the detection material and the target material works well under certain conditions, the target material may be contacted before being exposed to the quantum dots. In this case, the coupling between the target material and the detection material may cause selective aggregation of quantum dots due to electrostatic stabilization. In addition, if the detection material is bound to the surface of the quantum dots, the combination of the detection material and the target material may cause cross-linking aggregation of the quantum dots.

따라서, 본 발명의 표적 물질의 탐지 방법은 탐지 물질이 양자점 표면에 결합되어 있거나, 또는 그렇지 않은 경우에도 제한없이 양자점의 선택적 응집을 통해 표적 물질의 존재 여부를 탐지할 수 있는 특징을 갖는다.Accordingly, the detection method of the target material of the present invention has the feature that the presence or absence of the target material can be detected through the selective aggregation of the quantum dots without limitation, even if the detection material is bound to the quantum dot surface.

한 구체예에서, 표적 물질은 핵산이고, 탐지 물질은 이에 상보적인 핵산일 수 있다. 상기 핵산과 이에 상보적인 핵산은 양자점에 노출하기 전에 혼성화시켜 양자점의 응집 여부를 분석하여 표적 물질의 존재 여부를 쉽게 탐지할 수 있다.In one embodiment, the target agent is a nucleic acid and the detection agent can be a nucleic acid complementary thereto. The nucleic acid and the nucleic acid complementary thereto may be hybridized prior to exposure to the quantum dots to analyze whether the quantum dots are aggregated to easily detect the presence of a target substance.

다른 구체예에서, 표적 물질은 중금속이고, 탐지 물질은 이러한 중금속에 의해 혼성화가 일어날 수 있는 비상보적인 DNA의 쌍일 수 있다. 양자점 표면에 결합되어 있는 서로 상보적이지 않은 DNA의 쌍은 Hg2+의 존재 시 Hg2+에 의해 혼성화될 수 있다(J.-S. Lee, M. S. Han, C. A. Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4093-4096). 따라서 중금속이 존재할 경우 비상보적인 DNA의 쌍이 혼성화되어 양자점의 선택적 응집을 유도하게 되므로, 양자점의 선택적 응집을 분석하면 중금속의 존재를 탐지할 수 있게 된다.In other embodiments, the target material is a heavy metal, and the detection material can be a pair of non-complementary DNAs where hybridization can occur by such heavy metals. Pair that is not complementary to each other are coupled to the quantum dot surface DNA can be hybridized by the presence of Hg 2+ Hg 2+ (J.-S. Lee, MS Han , CA Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4093-4096). Therefore, when heavy metals are present, non-complementary pairs of DNA hybridize to induce selective aggregation of quantum dots, and thus analysis of selective aggregation of quantum dots enables the detection of heavy metals.

상기 탐지 물질은 전술한 바와 같이 표적 물질을 선택적으로 인식하여 결합하는 물질로 특별히 제한하지는 않는다.As described above, the detection material is not particularly limited to a material that selectively recognizes and binds a target material.

제2단계는 표적 물질과 탐지 물질의 결합에 따른 양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계이다.The second step is to analyze the selective aggregation of the quantum dots according to the combination of the target material and the detection material.

상기 양자점의 선택적 응집은 양자점을 함유하는 용액의 발광강도의 감소를 조사하여 분석할 수 있다. 양자점은 UV에 노출되면 입자가 발광하게 된다. 이러한 양자점의 발광은 양자 구속(quantum confinement)에 의한 것인데, 양자점의 응집이 일어날 경우 이러한 양자 구속이 없어지게 되어 발광강도의 감소가 일어나게 되며, 결국에는 입자가 침전을 형성하게 되어 양자점을 함유하는 용액은 투명해지게 된다. 그러므로 본 발명의 방법을 이용하면 특별한 분석기기 없이도 표적 물질의 존재를 육안으로 쉽게 식별해 낼 수 있게 된다. Selective aggregation of the quantum dots can be analyzed by investigating a decrease in the emission intensity of the solution containing the quantum dots. Quantum dots emit particles when exposed to UV light. The luminescence of the quantum dots is due to quantum confinement, and when the aggregation of the quantum dots occurs, the quantum dots are eliminated and the emission intensity decreases, and eventually, the particles form a precipitate, so that the solution containing the quantum dots Becomes transparent. Therefore, using the method of the present invention, it is possible to easily identify the presence of the target material without a special analyzer.

또한, 양자점의 선택적 응집은 공지된 방법을 이용하여 양자점의 크기 또는 형태의 변화, 양자점의 결정 입자의 직경의 변화, 제타 포텐셜의 변화, 또는 UV-visible absorption spectroscopy를 조사하여 분석할 있다. 하기 실시예에서는 이에 대한 구체적인 방법을 예시적으로 보여준다.  In addition, selective aggregation of quantum dots can be analyzed by using known methods by investigating changes in the size or shape of the quantum dots, the change in the diameter of the crystal grains of the quantum dots, the change in zeta potential, or UV-visible absorption spectroscopy. The following example shows a specific method for this example.

본 발명은 또한 The invention also

단일염기다형성을 지닌 핵산의 존재를 조사하고자 하는 시료를 탐지 물질과 혼성화시키는 단계;Hybridizing a sample to be examined for the presence of a nucleic acid with monobasic polymorphism with a detection agent;

혼성화된 이중가닥 DNA를 양자점을 함유하는 용액에 가하는 단계; 및 Adding hybridized double stranded DNA to a solution containing quantum dots; And

양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a nucleic acid having a monobasic polymorphism comprising analyzing selective aggregation of quantum dots.

일 구체예에서, 단일염기다형성을 지닌 핵산은 탐지 물질과 혼성화되어 이중가닥을 이룰 수 있으나 양자점에 노출될 경우 탈혼성화되면서 정전기적 안정화가 이루어지지 않아 양자점의 표면에 흡착되게 된다. 이에 따라 단일염기다형성을 지닌 핵산의 존재 시에는 양자점의 선택적 응집이 일어나지 않는 반면, 완전히 매치된 이중가닥 DNA만 존재할 경우에는 양자점의 선택적 응집이 일어나게 된다. 따라서 표적 물질의 존재시 양자점의 선택적 응집이 일어나는 경우를 설명한 상기 방법 을 역으로 이용하면, 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지는 양자점의 응집이 일어나지 않음을 확인함으로써 수행될 수 있다. In one embodiment, the nucleic acid having a single nucleotide polymorphism may be hybridized with the detection material to form a double strand, but when exposed to the quantum dots, dehybridized and not electrostatically stabilized, thereby adsorbing to the surface of the quantum dots. Accordingly, selective aggregation of quantum dots does not occur in the presence of a nucleic acid having a single nucleotide polymorphism, whereas selective aggregation of quantum dots occurs when only completely matched double stranded DNA is present. Thus, by using the above described method where the selective aggregation of quantum dots occurs in the presence of a target substance, detection of nucleic acids with monobasic polymorphism can be performed by confirming that aggregation of quantum dots does not occur.

하기 실시예에서는 표적 물질이 핵산이고 탐지 물질이 이에 상보적인 프로브 핵산인 경우 표적 물질인 핵산과 단일염기다형성을 지닌 핵산을 탐지하는 방법에 대해 구체적으로 예시한다. The following examples specifically illustrate a method for detecting a nucleic acid having a monobasic polymorphism with a nucleic acid as a target material when the target material is a nucleic acid and the detection material is a probe nucleic acid complementary thereto.

하기 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.The following examples are only intended to illustrate the invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

<실시예 1> BRCA2 유전자의 단일염기다형성 탐지Example 1 Detection of BRCA2 Gene Monobasic Polymorphism

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험의 개요를 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an overview of an experiment according to an embodiment of the present invention.

먼저, Mao 등이 제시한 방법(J. Mao, J.-N. Yao, L.-N. Wang, W.-S. Liu, J. Colloid Interface Sci.2007, 319, 353-356)에 따라 머캅토아세트산 안정화된 가용성 CdS 양자점을 제조하였다. First, Mao et al. (J. Mao, J.-N. Yao, L.-N. Wang, W.-S. Liu, J. Colloid Interface Sci. 2007, 319, 353-356) to prepare mercaptoacetic acid stabilized soluble CdS quantum dots.

산전 생육성(prenatal viability)과 유방암 위험도와 관련이 있는 것으로 알려져 있는 BRCA2 유전자의 단일염기다형성에 대해 탐지하고자, BRCA2 (GenBank number: NM_000059)에 기초하여 단일가닥 올리고뉴클레오타이드 프로브, 그에 완전히 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드 및 단일염기다형성 돌연변이의 형성을 위해 티민 대신 구아닌으로 치환된 단일 미스매치 염기를 갖는 올리고뉴클레 오타이드를 표 1과 같이 디자인하였다(Bioneer Inc.) To detect single nucleotide polymorphisms of the BRCA2 gene, which is known to be associated with prenatal viability and breast cancer risk, single stranded oligonucleotide probes based on BRCA2 (GenBank number: NM_000059), sequences completely complementary to Oligonucleotides with oligonucleotides having a single mismatched base substituted with guanine instead of thymine for the formation of oligonucleotides and monobasic polymorphism mutations were designed as shown in Table 1 (Bioneer Inc.)

Figure 112009029776453-pat00001
Figure 112009029776453-pat00001

pH 7의 0.15M NaCl/0.1M 포스페이트 완충용액 중에서 표적 DNA 또는 SNP DNA(0.2mM, 2㎕)와 프로브(0.2mM, 2㎕)를 각각 혼성화시킨 후, 혼성화가 이루어진 dsDNA(0.1mM, 4㎕)를 1.3mL의 CdS 양자점을 함유하는 현탁액에 가했다. 그 후, 0.59mL의 멸균수와 0.1mL의 동일 완충용액을 가하여 갑작스러운 응집을 방지하였다. 완전히 매치된 쌍을 갖는 dsDNA가 선택적 응집을 야기하는 최적의 염 농도를 찾기 위해 NaCl의 양을 조정하였다. 최종적으로, 8×10-4 M, 1.2×10-3 M, 및 1.6×10-3 M의 농도를 갖는 NaCl 용액을 가하였다.The target DNA or SNP DNA (0.2 mM, 2 μl) and the probe (0.2 mM, 2 μl) were respectively hybridized in 0.15 M NaCl / 0.1M phosphate buffer at pH 7, followed by hybridization of the dsDNA (0.1 mM, 4 μl). ) Was added to a suspension containing 1.3 mL of CdS quantum dots. Thereafter, 0.59 mL of sterile water and 0.1 mL of the same buffer solution were added to prevent sudden aggregation. The amount of NaCl was adjusted to find the optimal salt concentration where dsDNA with a fully matched pair causes selective aggregation. Finally, a NaCl solution having a concentration of 8 × 10 −4 M, 1.2 × 10 −3 M, and 1.6 × 10 −3 M was added.

이중가닥 DNA 첨가 시 양자점의 응집은 UV 램프의 조사를 통해 육안으로, 그리고 투과 전자 현미경(TEM), 준탄성광산란(quasi-elastic light scattering, QELS), 제타 포텐셜(zeta potential) 및 발광 측정을 통해 관찰하였다. TEM (JEOL JEM-2100)을 이용하여 CdS 양자점의 형태를 관찰하였으며, QELS 및 제타 포텐셜 측정을 위해 Malvern Nano-ZS 기기로 입자의 유체역학 반경(hydrodynamic radius) 및 표면 포텐셜을 관찰하였다. CdS 양자점의 발광 스펙트럼은 PerkinElmer LS 50 발광 스펙트로미터를 이용하여 수득하였다. Aggregation of quantum dots with double-stranded DNA is visually determined by irradiation with UV lamps and through transmission electron microscopy (TEM), quasi-elastic light scattering (QELS), zeta potential and luminescence measurements. Observed. The shape of CdS quantum dots was observed using TEM (JEOL JEM-2100), and the hydrodynamic radius and surface potential of the particles were observed with a Malvern Nano-ZS instrument for QELS and zeta potential measurements. Emission spectra of CdS quantum dots were obtained using a PerkinElmer LS 50 emission spectrometer.

도 2는 UV 램프(365nm의 여기 파장) 하에서 1.2×10-3 M NaCl에서의 dsDNA의 첨가 전과 후의 용액의 사진을 보여준다[DNA 첨가 후 a) 10분, b) 20분, c) 30분; i) ssDNA(프로브), ii) dsDNA(SNP), iii) dsDNA(표적 DNA)]. DNA의 첨가 후, 색상 변화는 모든 경우에서 최초 30분 동안 무시해도 될 만큼 크지 않았다. 흥미롭게도 dsDNA 첨가 30분 후, 완전하게 매치된 쌍을 갖는 dsDNA를 함유하는 현탁액에서만 색상의 유의한 표백이 실질적으로 일어나 발광강도가 감소되었으며, 이는 대규모의 양자점 응집에 기인하는 것으로 보인다.Figure 2 shows a photograph of the solution before and after addition of dsDNA in 1.2 × 10 −3 M NaCl under UV lamp (excitation wavelength of 365 nm) [a) 10 minutes, b) 20 minutes, c) 30 minutes after DNA addition; i) ssDNA (probe), ii) dsDNA (SNP), iii) dsDNA (target DNA)]. After the addition of the DNA, the color change was not negligible for the first 30 minutes in all cases. Interestingly, after 30 minutes of dsDNA addition, significant bleaching of color occurred substantially only in suspensions containing dsDNA with perfectly matched pairs, resulting in reduced luminescence intensity, which appears to be due to large scale quantum dot aggregation.

도 3은 1.2×10-3 M NaCl에서의 dsDNA의 첨가 후의 양자점의 TEM 이미지를 보여준다. 각각의 TEM 사진 속의 삽입 이미지는 CdS 양자점의 격자구조를 보여준다. 도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이, 단일염기가 미스매치된 쌍을 갖는 dsDNA의 경우에서, 크기와 형태의 유의한 변화는 관찰되지 않았다. 그러나, 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 완전히 매치된 서열을 갖는 dsDNA의 첨가 후, CdS 양자점의 크기와 형태는 유의한 변화를 나타냈다. 이는 완전하게 매치된 서열을 갖는 dsDNA의 첨가가 CdS 양자점의 응집을 야기함을 나타낸다.3 shows TEM images of quantum dots after addition of dsDNA in 1.2 × 10 −3 M NaCl. The embedded image in each TEM photograph shows the lattice structure of CdS quantum dots. As can be seen in FIG. 3A, in the case of dsDNA with a single base mismatched pair, no significant change in size and shape was observed. However, as can be seen in Figure 3b, after addition of dsDNA with a fully matched sequence, the size and shape of the CdS quantum dots showed a significant change. This indicates that addition of dsDNA with a perfectly matched sequence causes aggregation of CdS quantum dots.

양자점의 선택적인 응집 양상을 조사하고자, QELS를 응집 과정의 모니터를 위해 사용하였다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 8×10-4 M NaCl에서, 나노결정의 평균 직경은 모든 경우에서 어떠한 유의한 증가도 나타내지 않았다[a) 8×10-4M; b) 1.2×10-3M; c) 1.6×10-3 M]. 이는 8×10-4 M NaCl의 첨가에 의해 야기되는 현탁액의 이온강도에서의 증가가 정전기적 반발력을 차단하고 CdS 나노결정의 응집을 유도하기에는 불충분함을 나타낸다. 1.6×10-3 M의 NaCl 농도에서는 모든 경우에서 평균 직경에서의 유의한 증가가 발견되었으며, 이는 높은 이온강도가 CdS 나노결정의 불안정화와 응집을 야기했음을 제시한다. 유의한 응집은 1.2×10-3 M 에서 완전히 매치된 dsDNA에 대해서만 배타적으로 관찰되었다. 이는 dsDNA는 정전기적 반발을 막는 전해질로서 작용하는 음으로 하전된 포스페이트 백본을 갖는 안정한 이중나선 구조를 갖고 있는 반면, 단일 염기 미스매치를 갖는 dsDNA는 탈혼성화를 나타내며, 정전기적 안정화를 위해 양자점의 표면에 흡착되기 때문이다. 상기 결과는 1.2×10-3 M 에서 프로브와 SNP DNA를 갖는 현탁액의 콜로이달 안정성을 설명해 주며, 이는 제타 포텐셜 측정에 의해 확인된다. To investigate the selective aggregation behavior of quantum dots, QELS was used to monitor the aggregation process. As can be seen in FIG. 4, in 8 × 10 −4 M NaCl, the average diameter of the nanocrystals did not show any significant increase in all cases [a) 8 × 10 −4 M; b) 1.2 × 10 −3 M; c) 1.6 × 10 −3 M]. This indicates that the increase in ionic strength of the suspension caused by the addition of 8 × 10 −4 M NaCl is insufficient to block the electrostatic repulsion and induce aggregation of CdS nanocrystals. A significant increase in mean diameter was found in all cases at NaCl concentrations of 1.6 × 10 −3 M, suggesting that high ionic strength caused destabilization and aggregation of CdS nanocrystals. Significant aggregation was observed exclusively for fully matched dsDNA at 1.2 × 10 −3 M. This indicates that dsDNA has a stable double helix structure with a negatively charged phosphate backbone that acts as an electrolyte to prevent electrostatic repulsion, whereas dsDNA with a single base mismatch exhibits dehybridization and the surface of the quantum dots for electrostatic stabilization It is because it is adsorbed on. The results illustrate the colloidal stability of the suspension with probe and SNP DNA at 1.2 × 10 −3 M, which is confirmed by zeta potential measurement.

도 5는 세 가지 상이한 NaCl 농도에서의 시간의 함수에 따른 제타 포텐셜에서의 변화를 보여준다. 비변형된 CdS 양자점의 제타 포텐셜의 값은 -51.6 mV로 측정되었다. 8×10-4 M NaCl에서, 모든 시료는 제타 포텐셜에서 무시할만한 수준의 변화를 보였는데, 이는 CdS 현탁액의 안정성이 전해질이나 ssDNA의 첨가에 영향을 받지 않았음을 의미한다. 1.6×10-3 M NaCl에서, 모든 샘플에서 감소된 정전기적 반발력과 CdS 양자점의 응집을 이끄는 제타 포텐셜의 유의한 증가(ca. -30 mV)가 관찰되었다. 1.2×10-3 M NaCl에서, 오직 완전히 매치된 dsDNA를 갖는 시료에서 제타 포텐셜의 증가가 보였는데, 이는 dsDNA가 입자 표면에 흡착되지 않고, 정전기적 반발력을 차단하는 전해질로서 작용했기 때문이다. 제타 포텐셜의 측정은 낮은 콜로이드 안정성에 기인한 완전히 매치된 dsDNA의 선택적 응집을 확인해준다. 5 shows the change in zeta potential as a function of time at three different NaCl concentrations. The value of the zeta potential of the unmodified CdS quantum dots was determined to be -51.6 mV. At 8 × 10 −4 M NaCl, all samples showed negligible changes in zeta potential, indicating that the stability of the CdS suspension was not affected by the addition of electrolytes or ssDNA. At 1.6 × 10 −3 M NaCl, a significant increase (ca. −30 mV) of zeta potential was observed in all samples leading to reduced electrostatic repulsion and aggregation of CdS quantum dots. At 1.2 × 10 −3 M NaCl, an increase in zeta potential was seen in samples with only fully matched dsDNA, because the dsDNA did not adsorb to the particle surface and acted as an electrolyte to block electrostatic repulsion. Measurement of zeta potential confirms selective aggregation of fully matched dsDNA due to low colloidal stability.

도 6은 8×10-4M, 1.2×10-3M, 및 1.6×10-3 M의 상이한 NaCl 농도에서의 올리고뉴클레오타이드의 첨가 후 CdS 양자점의 발광 스펙트럼을 보여준다. DNA의 첨가 후, 모든 경우에서 8×10-4 M에서의 발광강도에서의 감소는 무시할만했던 반면, 1.6×10-3 M에서는 발광 강도에서의 유의한 감소가 모든 경우에서 관찰되었다. 따라서, 이들 농도에서 ssDNA 또는 단일염기 미스매치된 쌍을 갖는 dsDNA로부터 완전히 매치된 서열을 식별해 낼 수는 없었다. 그러나, 1.2×10-3 M에서는 완전히 매치된 서열을 갖는 dsDNA에 대해서만 30분 후 발광에서의 유의한 감소를 관찰할 수 있었으며, 이는 CdS 양자점의 선택적인 응집에 기인한 것이다. 또한, 입자 크기가 증가함에 따라 발광 피크 최대값이 더 긴 파장으로(530으로부터 570 nm으로) 이동했다. 6 shows the emission spectra of CdS quantum dots after addition of oligonucleotides at different NaCl concentrations of 8 × 10 −4 M, 1.2 × 10 −3 M, and 1.6 × 10 −3 M. After addition of DNA, in all cases the decrease in luminescence intensity at 8 × 10 −4 M was negligible, while at 1.6 × 10 −3 M a significant decrease in luminescence intensity was observed in all cases. Thus, it was not possible to identify fully matched sequences from dsDNA with ssDNA or single base mismatched pairs at these concentrations. However, at 1.2 × 10 −3 M, a significant decrease in luminescence after 30 minutes was observed only for dsDNAs with fully matched sequences, due to the selective aggregation of CdS quantum dots. In addition, the emission peak maximum shifted to longer wavelengths (from 530 to 570 nm) as the particle size increased.

<실시예 2> Sipa1의 단일염기다형성 탐지Example 2 Monobasic Polymorphism Detection of Sipa1

상기의 결과로부터 또 다른 유전자에서 재확인하기 위해, 전이 과정과 관련되는 Sipa1(signal-induced proliferation-associated gene 1)을 이용하여 유사한 실험을 수행하였다.In order to reconfirm in another gene from the above results, a similar experiment was carried out using Sipa1 (signal-induced proliferation-associated gene 1) related to the transfer process.

마우스 Sipa1 서열(GenBank number: NM_011379)에 기초하여, 단일가닥 올리고뉴클레오타이드 프로브, 그에 완전히 상보적인 서열을 갖는 올리고뉴클레오타이드, 및 단일염기다형성 돌연변이를 위해 구아닌 대신 아데닌으로 치환된 단일 미스매치 염기를 갖는 올리고뉴클레오타이드를 표 2와 같이 디자인하였다(Bioneer Inc.). 이후 과정은 위와 동일하게 진행하였다. Based on the mouse Sipa1 sequence (GenBank number: NM_011379), a single-stranded oligonucleotide probe, an oligonucleotide having a sequence completely complementary thereto, and an oligonucleotide having a single mismatch base substituted with adenine instead of guanine for a monobasic polymorphic mutation Was designed as shown in Table 2 (Bioneer Inc.). Since the process was the same as above.

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도 7 내지 10에서 보여주고 있는 결과는 CdS 양자점의 선택적인 응집에 기초한 SNP 탐지가 다른 유형의 DNA 서열에도 잘 적용될 수 있음을 확인해 준다.The results shown in FIGS. 7-10 confirm that SNP detection based on selective aggregation of CdS quantum dots can be well applied to other types of DNA sequences.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험의 개요를 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an overview of an experiment according to an embodiment of the present invention.

도 2는 BRCA2의 SNP 탐지와 관련하여 UV 램프(365nm의 여기 파장) 하에서 1.2×10-3 M NaCl에서의 dsDNA의 첨가 전과 후의 용액의 사진을 나타낸 것이다.FIG. 2 shows photographs of solutions before and after addition of dsDNA in 1.2 × 10 −3 M NaCl under UV lamp (excitation wavelength of 365 nm) with respect to SNP detection of BRCA2.

도 3은 BRCA2의 SNP 탐지와 관련하여 1.2×10-3 M NaCl에서의 dsDNA의 첨가 후의 양자점의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.3 shows TEM images of quantum dots after addition of dsDNA in 1.2 × 10 −3 M NaCl with respect to SNP detection of BRCA2.

도 4는 BRCA2의 SNP 탐지와 관련하여 8×10-4M, 1.2×10-3M, 및 1.6×10-3 M의 NaCl 농도에서의 시간에 따른 양자점의 평균 직경의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 4 shows the change in mean diameter of quantum dots over time at NaCl concentrations of 8 × 10 −4 M, 1.2 × 10 −3 M, and 1.6 × 10 −3 M with respect to SNP detection of BRCA2.

도 5는 BRCA2의 SNP 탐지와 관련하여 8×10-4M, 1.2×10-3M, 및 1.6×10-3 M의 NaCl 농도에서의 시간의 함수에 따른 제타 포텐셜에서의 변화를 나타낸 것이다.5 shows the change in zeta potential as a function of time at NaCl concentrations of 8 × 10 −4 M, 1.2 × 10 −3 M, and 1.6 × 10 −3 M with respect to SNP detection of BRCA2.

도 6은 BRCA2의 SNP 탐지와 관련하여 8×10-4M, 1.2×10-3M, 및 1.6×10-3 M의 NaCl 농도에서의 올리고뉴클레오타이드의 첨가 후 CdS 양자점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. FIG. 6 shows the emission spectra of CdS quantum dots after addition of oligonucleotides at NaCl concentrations of 8 × 10 −4 M, 1.2 × 10 −3 M, and 1.6 × 10 −3 M with respect to SNP detection of BRCA2.

도 7은 Sipa1의 SNP 탐지와 관련하여 UV 램프(365nm의 여기 파장) 하에서 1.2×10-3 M NaCl에서의 dsDNA의 첨가 전과 후의 용액의 사진을 나타낸 것이다.FIG. 7 shows photographs of solutions before and after addition of dsDNA in 1.2 × 10 −3 M NaCl under UV lamp (excitation wavelength of 365 nm) with respect to SNP detection of Sipa1.

도 8은 Sipa1의 SNP 탐지와 관련하여 4×10-4M, 8×10-4M, 및 1.2×10-3 M의 NaCl 농도에서의 시간에 따른 양자점의 평균 직경의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 8 shows the change in average diameter of quantum dots over time at NaCl concentrations of 4 × 10 −4 M, 8 × 10 −4 M, and 1.2 × 10 −3 M with respect to SNP detection of Sipa1.

도 9는 Sipa1의 SNP 탐지와 관련하여 4×10-4M, 8×10-4M, 및 1.2×10-3 M의 NaCl 농도에서의 시간의 함수에 따른 제타 포텐셜에서의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 9 shows the change in zeta potential as a function of time at NaCl concentrations of 4 × 10 −4 M, 8 × 10 −4 M, and 1.2 × 10 −3 M with respect to SNP detection of Sipa1.

도 10은 Sipa1의 SNP 탐지와 관련하여 4×10-4M, 8×10-4M, 및 1.2×10-3 M의 NaCl 농도에서의 올리고뉴클레오타이드의 첨가 후 CdS 양자점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. FIG. 10 shows the emission spectra of CdS quantum dots after addition of oligonucleotides at NaCl concentrations of 4 × 10 −4 M, 8 × 10 −4 M, and 1.2 × 10 −3 M with respect to SNP detection of Sipa1.

Claims (15)

표적 물질의 존재를 조사하고자 하는 시료를 양자점을 함유하는 용액에 첨가하는 단계; 및Adding a sample to be examined for the presence of the target substance to a solution containing quantum dots; And 양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 표적 물질의 탐지 방법.A method of detection of a target material comprising analyzing selective aggregation of quantum dots. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 표적 물질이 핵산 또는 중금속 이온인 표적 물질의 탐지 방법.A method for detecting a target substance, wherein the target substance is a nucleic acid or heavy metal ion. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 양자점은 CdS, CdSe, CdTe 및 PbS로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 표적 물질의 탐지 방법.A quantum dot is at least one selected from the group consisting of CdS, CdSe, CdTe and PbS. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 양자점의 표면은 하이드록실기, 카르복실기 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능기로 수식(modifiy) 되어 있는 표적 물질의 탐지 방법.The surface of the quantum dot is a detection method of a target substance modified by one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxyl group and an amine group. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 양자점을 함유하는 용액은 양자점이 물 또는 유기용매에 분산되어 있는 것인 표적 물질의 탐지 방법. A solution containing a quantum dot is a method for detecting a target material, wherein the quantum dot is dispersed in water or an organic solvent. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 양자점을 함유하는 용액이 탐지 물질을 포함하는 것인 표적 물질의 탐지 방법. A method of detecting a target substance, wherein the solution containing quantum dots comprises a detection substance. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 탐지 물질이 양자점의 표면에 결합되어 있는 것인 표적 물질의 탐지 방법. A detection method of a target substance, wherein the detection substance is bound to the surface of the quantum dot. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 양자점의 선택적 응집의 분석은 양자점을 함유하는 용액의 발광강도의 감소를 조사하는 것인 표적 물질의 탐지 방법. The analysis of selective aggregation of quantum dots is a method of detecting a target substance which investigates the decrease in the luminescence intensity of a solution containing quantum dots. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 양자점의 선택적 응집의 분석은 양자점의 크기 또는 형태의 변화, 양자점의 결정 입자의 직경의 변화, 제타 포텐셜의 변화, 또는 UV-visible absorption spectroscopy를 조사하는 것인 표적 물질의 탐지 방법. The analysis of selective aggregation of quantum dots is a method of detecting a target substance by examining the change in the size or shape of the quantum dots, the change in the diameter of the crystal grains of the quantum dots, the change in the zeta potential, or UV-visible absorption spectroscopy. 단일염기다형성을 지닌 핵산의 존재를 조사하고자 하는 시료를 탐지 물질과 혼성화시키는 단계;Hybridizing a sample to be examined for the presence of a nucleic acid with monobasic polymorphism with a detection agent; 혼성화된 이중가닥 DNA를 양자점을 함유하는 용액에 가하는 단계; 및 Adding hybridized double stranded DNA to a solution containing quantum dots; And 양자점의 선택적 응집을 분석하는 단계를 포함하는 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법.A method for detecting nucleic acids with monobasic polymorphism comprising analyzing selective aggregation of quantum dots. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 양자점은 CdS, CdSe, CdTe 및 PbS로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법.A quantum dot is a method for detecting a nucleic acid having a monobasic polymorphism is at least one selected from the group consisting of CdS, CdSe, CdTe and PbS. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 양자점의 표면은 하이드록실기, 카르복실기 및 아민기로 이루어진 군으로부 터 선택된 하나 이상의 기능기로 수식(modifiy) 되어 있는 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법. The surface of the quantum dot is a method for detecting a nucleic acid having a monobasic polymorphism modified by one or more functional groups selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl and amine groups. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 양자점을 함유하는 용액은 양자점이 물 또는 유기용매에 분산되어 있는 것인 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법.A solution containing a quantum dot is a method for detecting a nucleic acid having a monobasic polymorphism wherein the quantum dot is dispersed in water or an organic solvent. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 양자점의 선택적 응집의 분석은 양자점의 응집이 관찰되지 않음을 확인하는 것인 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법.The analysis of selective aggregation of quantum dots confirms that no aggregation of quantum dots is observed. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 양자점의 선택적 응집의 분석은 양자점의 크기 또는 형태의 변화, 양자점의 결정 입자의 직경의 변화, 제타 포텐셜의 변화, 또는 UV-visible absorption spectroscopy를 조사하는 것인 단일염기다형성을 지닌 핵산의 탐지 방법.Analysis of selective aggregation of quantum dots is a method for detecting nucleic acids with monobasic polymorphism by examining changes in the size or shape of the quantum dots, changes in the diameter of the crystal grains of the quantum dots, changes in zeta potential, or UV-visible absorption spectroscopy.
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