KR100724314B1 - Ball shaped photonic crystal attaching with bioreceptor, preparation method thereof and using method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 기공을 균일하게 복수개 포함하고 기공 주위가 매질로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 기공 내 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구; 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 매질부가 복수개 균일하게 응집되고 매질부 주위가 기공부로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 매질부 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구; 이의 제조 방법; 및 상기 광결정구를 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서를 제공한다.The present invention provides a photonic crystal sphere comprising a plurality of spherical pores uniformly to form a spherical diffraction grating and formed of a sphere filled with a medium around the pores, the photonic crystal sphere having a biosensing material fixed to the surface of the pore; A photonic crystal sphere formed of a spherical body in which a plurality of spherical medium portions are uniformly aggregated to form a spherical diffraction grating and filled with pores around the medium portion, the photonic crystal sphere having a biosensing material fixed to the surface of the medium portion; Its preparation method; And it provides a biochip or a biosensor comprising the photonic crystal sphere.

바이오칩, 바이오센서, label-free, 광회절, 광결정, 광결정구Biochip, biosensor, label-free, optical diffraction, photonic crystal, photonic crystal sphere

Description

생체감지물질이 고정된 광결정구 및 이의 제조방법 및 이용방법{BALL SHAPED PHOTONIC CRYSTAL ATTACHING WITH BIORECEPTOR, PREPARATION METHOD THEREOF AND USING METHOD THEREOF } Photonic crystals immobilized with biological sensing materials and methods for manufacturing and using the same {BALL SHAPED PHOTONIC CRYSTAL ATTACHING WITH BIORECEPTOR, PREPARATION METHOD THEREOF AND USING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 핵심 소재인 광결정구의 전자현미경 사진으로, 도 1a는 역오팔구조를 갖는 광결정구이고, 도 1b는 오팔구조를 갖는 광결정구이다.1 is an electron micrograph of a photonic crystal sphere which is a core material of the present invention, FIG. 1A is a photonic crystal sphere having an inverse opal structure, and FIG. 1B is a photonic crystal sphere having an opal structure.

도 2는 규칙적인 회절격자를 갖는 물질들이 빛을 반사하여 색을 띠는 것을 보여주는 사진으로, 평면의 회절 격자를 갖는 물질이 측정각도(좌측도: -30도, 우측도: +30도)에 따라 반사 스펙트럼이 변화함을 보여준다. FIG. 2 is a photograph showing that materials having a regular diffraction grating reflect color and have a plane diffraction grating at a measurement angle (left: -30 degrees, right: +30 degrees). The reflection spectrum changes accordingly.

도 3은 규칙적인 회절격자를 갖는 물질들이 빛을 반사하여 색을 띠는 것을 보여주는 사진으로, 구형의 회절 격자를 갖는 광결정구(도 1b의 오팔 구조를 갖는 광결정구임)가 측정각도에 상관없이 일정한 반사광을 내는 것을 보여준다(하단좌측도: -15도, 하단중간도: 0도, 하단우측도: +15도).FIG. 3 is a photograph showing that materials having a regular diffraction grating reflect light and have a color. The photonic crystal sphere having the spherical diffraction grating (the photonic crystal sphere having the opal structure of FIG. 1B) is constant regardless of the measurement angle. It shows reflected light (lower left side: -15 degrees, lower middle: 0 degrees, lower right: +15).

도 4a와 4b는 본 발명에 따라 생물학적 분석이 가능한 광결정구의 응용 예를 보여주는 모식도로서, 도 4a는 역오팔구조의 광결정구를 응용한 예이고, 도 4b는 오팔구조의 광결정구를 응용한 예이다. Figure 4a and 4b is a schematic diagram showing an example of the application of the photonic crystal can be biologically analyzed according to the present invention, Figure 4a is an example of applying the opal crystal photonic sphere, Figure 4b is an example of applying the opal crystal photonic sphere .

도 5a는 전기수력학적 분무장치를 이용하여 구형의 콜로이드 광결정을 얻는 과정을 나타낸 모식도이다. Figure 5a is a schematic diagram showing the process of obtaining a spherical colloidal photonic crystal using an electro-hydraulic spraying device.                 

도 5b는 전기수력학적 분무장치의 모식도이다.5B is a schematic diagram of an electrohydraulic spraying device.

도 5c는 콜로이드 템플레이팅법(colloidal templating method)을 이용하여 역오팔구조의 광결정구를 제조하는 방법을 도시한 모식도이다.FIG. 5C is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a photonic crystal sphere having an inverse opal structure using a colloidal templating method.

도 6은 3종류의 표면 활성화 화학물질(아민, 알데히드, 니켈)과 이에 대응하여 다양한 종류의 생체감지물질을 광결정구에 공유결합시킬 수 있는 화학적 링커 분자를 예시한 것이다.6 illustrates chemical linker molecules capable of covalently binding three types of surface-activated chemicals (amines, aldehydes, nickel) and correspondingly various types of biosensors to photonic crystals.

도 7은 본 발명에 따라 생물학적 분석을 수행하였을 때 나타나는 색깔의 변화를 UV-VIS 분광계를 이용하여 얻은 결과이다. 7 is a result obtained by using a UV-VIS spectrometer the change in color when performing a biological analysis according to the present invention.

본 발명은 바이오칩 또는 바이오센서에 사용가능한 생체감지물질이 고정된 광결정구, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표적 생체분자의 검출 방법, 상기 광결정구를 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to a photonic crystal sphere having a biosensing material usable in a biochip or a biosensor, a manufacturing method thereof, and a method for detecting a target biomolecule using the same, a biochip or a biosensor including the photonic crystal sphere.

바이오칩은 다양한 종류의 생체감지물질(bioreceptor)을 단위면적의 고체상 지지체의 표면에 고집적 미세배열 (High-Density Microarraying)한 것으로서, 표면에 붙이는 생체감지물질에 따라서 DNA칩, 단백질 칩, 셀 칩, 뉴론 칩 등 다양한 종류의 칩으로 나뉠 수 있다.Biochip is a high-density microarraying of various types of bioreceptors on the surface of a solid support of unit area, and according to the biosensing materials attached to the surface, DNA chips, protein chips, cell chips, neurons It can be divided into various kinds of chips such as chips.

바이오센서는 생체감지물질과 신호변환기(signal transducer)로 구성되어 있는 것으로, 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있다. The biosensor is composed of a biosensing substance and a signal transducer, and can selectively detect a substance to be analyzed.                         

바이오칩 또는 바이오센서에 사용될 수 있는 생체감지물질로는 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 항체, 항원, 렉틴, 호르몬, 수용체 등이 있다. Biosensors that can be used in biochips or biosensors include enzymes, antibodies, antigens, lectins, hormones, receptors and the like that can selectively react and bind with specific materials.

한편, 바이오칩 또는 바이오센서 상에서 생체감지물질과 반응 또는 결합하는 표적 생체분자를 검출하는 방법으로는 형광물질을 이용한 방법, cantilever의 진동을 이용한 방법, 표면 플라즈몬공명(surface plasmon resonance, SPR)을 이용한 방법, 석영결정 미량천칭 (quartz crystal microbalance)을 이용한 방법, 전기화학적 방법 등 여러 가지가 있다. 이중 현재 가장 많이 쓰이는 방법은 형광을 이용한 방법과 전기화학적인 방법이다. 그러나, 이 두 가지 방법 모두는 특정한 형태의 표지자(label)를 생체분자에 부착시켜 그 시그널을 탐지하는 방법이다. On the other hand, a method for detecting a target biomolecule that reacts or binds with a biosensor on a biochip or biosensor is a method using a fluorescent material, a method using a vibration of cantilever, a method using surface plasmon resonance (SPR) There are a variety of methods, such as using a quartz crystal microbalance, electrochemical methods. Currently, the most commonly used methods are fluorescence and electrochemical methods. However, both of these methods attach specific types of labels to biomolecules and detect the signal.

최근 표지자를 부착하지 않고 생체분자를 검출하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있는데 대표적인 것으로 SPR, 엘립소메트리 (ellipsometry), reflectance interference spectroscopy 등이 있다. Recently, interest in methods for detecting biomolecules without attaching markers is increasing. Representative examples include SPR, ellipsometry, and reflectance interference spectroscopy.

이 중 reflectance interference spectroscopy 방법은 간섭을 일으키는 격자구조를 만들고 생체분자가 격자구조 표면에 부착됨에 따라서 간섭 스펙트럼의 변화를 관찰하는 것이다. 감도는 10 fM 정도까지 얻을 수 있다고 알려져 있으며 격자 구조를 이루는 물질은 고분자 하이드로젤, 실리카, 타이타니아 등 다양하다.Among them, the reflectance interference spectroscopy method is to create an interfering lattice structure and observe the change in the interference spectrum as the biomolecule is attached to the lattice surface. It is known that the sensitivity can be obtained up to about 10 fM, and the materials forming the lattice structure are various such as polymer hydrogel, silica, and titania.

이와 같이 빛의 간섭을 이용한 격자 구조는 광결정 (photonic crystal)과 개념적으로 많은 유사성을 가진다. 광결정이란 유전체를 주기적으로 배열한 물질을 말한다. As such, the grating structure using the interference of light has a lot of conceptual similarities with the photonic crystal. Photonic crystal refers to a material in which dielectrics are arranged periodically.                         

일반적으로 결정 구조를 갖는 물질들은 그 물질을 구성하는 원자나 분자들의 규칙적인 배열로 인하여 주기적인 포텐셜이 생겨 전자들의 움직임(propagation)에 영향을 미친다. 이로 인하여 생기는 중요한 현상이 바로 띠간격(band gap)의 형성이다. 이러한 개념은 광자에서도 마찬가지로 적용되는데 이 때는 유전체가 광자에 대한 퍼텐셜의 역할을 한다. 이 경우도 전자의 경우와 마찬가지로 띠간격(band gap)이 형성되는데 이를 전자의 띠간격(band gap)과 구별하여 광자 띠간격(photonic band gap)이라고 부른다. 띠간격(band gap)이라는 말이 특별한 photonic 물질에 적용되는 이유는 이것의 구성요소들이 반도체의 optical analogs와 같이 기능하는 것으로 예상되기 때문이다. 어느 정도의 에너지를 가지는 전자들이 에너지 band gap 때문에 반도체를 통과하여 이동할 수 없는 것과 마찬가지로 어떤 진동수의 빛은 optical frequency(또는 wavelength) band gap 때문에 photonic band-gap crystals 속으로 퍼져 나갈 수 없다. 반도체의 경우, gap은 재료의 전자 구조 때문이나 광결정(photonic crystals)의 경우는 특정 파장들을 강력하게 산란시키는 결정 구조 때문이다. In general, materials with a crystalline structure have a periodic potential due to the regular arrangement of atoms or molecules that make up the material, which affects the movement of electrons. An important phenomenon that arises is the formation of a band gap. This concept applies to photons as well, with the dielectric acting as a potential for the photons. In this case, as in the case of the former, a band gap is formed, which is distinguished from the band gap of the electron, and is called a photonic band gap. The term band gap is applied to a particular photonic material because its components are expected to function like optical analogs in semiconductors. Just as electrons with some energy cannot move through a semiconductor because of an energy band gap, light of any frequency cannot spread into photonic band-gap crystals because of the optical frequency (or wavelength) band gap. In semiconductors, the gap is due to the electronic structure of the material, or in the case of photonic crystals, because of the crystal structure that strongly scatters certain wavelengths.

이러한 광결정 구조를 가지는 물질은 결국 dye 없이 색깔을 낼 수 있는데 이는 결정격자 면에서의 Bragg diffraction에 의한 것이다. 기존의 광회절을 이용한 검출 기법들은 기판소재 위에 증착이나 엠보싱 방법 등으로 2차원의 광회절 격자를 형성시킨다. 이때, 색깔은 보는 각도에 따라서 여러 가지 색깔이 나타날 수 있는데(도 2 참조) 일반적인 2차원 광결정 구조는 광의 입사 각도에 따라서 격자의 간격이 달라지기 때문이다. The material with this photonic crystal structure can eventually be colored without dyes by Bragg diffraction in terms of crystal lattice. Conventional optical diffraction detection techniques form two-dimensional optical diffraction gratings on substrate materials by deposition or embossing. In this case, the color may appear in various colors depending on the viewing angle (see FIG. 2) because the spacing of the lattice varies according to the incident angle of light in the general two-dimensional photonic crystal structure.

본 발명은 표지자가 필요 없는 광회절을 이용한 검출 기법에서 모든 각도에서 같은 색깔을 나타내기 위해 2차원의 광회절 격자 대신 구형의 회절격자에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구(photonic ball)를 사용하고자 한다.The present invention uses a photonic ball in which a biosensing material is fixed to a spherical diffraction grating instead of a two-dimensional diffraction grating in order to display the same color at all angles in a detection technique using an optical diffraction without a marker. I would like to.

따라서, 본 발명의 목적은 구형의 회절격자에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a photonic crystal sphere in which a biosensing material is fixed to a spherical diffraction grating and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 광결정구 상의 구형의 회절격자에 고정된 생체감지물질과 표적 분자 간의 결합을 분석하는 방법 및 이를 이용한 바이오칩이나 바이오센서를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a method for analyzing the binding between a biosensing material immobilized on a spherical diffraction grating on a photonic crystal sphere and a target molecule, and a biochip or biosensor using the same.

본 발명은 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 기공을 균일하게 복수개 포함하고 기공 주위가 매질로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 기공 내 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구; 이의 제조 방법; 및 상기 광결정구를 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서를 제공한다.The present invention provides a photonic crystal sphere comprising a plurality of spherical pores uniformly to form a spherical diffraction grating and formed of a sphere filled with a medium around the pores, the photonic crystal sphere having a biosensing material fixed to the surface of the pore; Its preparation method; And it provides a biochip or a biosensor comprising the photonic crystal sphere.

또한, 본 발명은 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 매질부가 복수개 균일하게 응집되고 매질부 주위가 기공부로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 매질부 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구; 이의 제조 방법; 및 상기 광결정구를 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a photonic crystal sphere formed of a spherical body in which a plurality of spherical medium portions are uniformly aggregated to form a spherical diffraction grating, and a periphery of the medium portion is filled with pores, wherein the photonic crystal is fixed to the surface of the medium portion. phrase; Its preparation method; And it provides a biochip or a biosensor comprising the photonic crystal sphere.

나아가, 본 발명은 상기 광결정구 상에 고정되어 있는 생체 감지물질과 결합하는지 여부를 분석할 표적물질을 포함하는 시료를 적용하는 제1 단계;와 상기 생 체감지물질에 특이적으로 결합된 표적 물질을 검출하는 제2 단계를 포함하는, 광결정구 상에 고정된 생체감지물질과 표적 물질간의 결합을 분석하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention is a first step of applying a sample containing a target material to analyze whether or not bound to the bio-sensing material is fixed on the photonic crystal sphere; and a target material specifically bound to the bio-sensing material It provides a method for analyzing the binding between the target material and the biosensors immobilized on the photonic crystal sphere, comprising a second step of detecting.

이하 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

1. 구형의 회절격자를 갖는 광결정구의 종류 및 이의 제조 방법 . 1. Types of photonic crystal spheres having spherical diffraction gratings and methods for their preparation .

본 발명에 따라 생체감지물질이 고정될 수 있는 구형의 회절격자로 구성된 광결정구의 형태로는 (1) 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 기공을 균일하게 복수개 포함하고 기공 주위가 매질로 충진된 구형체로 형성된 광결정구(역오팔 구조, 도 4a 참조)와, (2) 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 매질부가 복수개 균일하게 응집하고 매질부 주위가 기공부로 충진된 구형체로 형성된 광결정구(오팔 구조, 도 4b 참조)가 있다. According to the present invention, a photonic crystal sphere composed of a spherical diffraction grating to which a biosensing substance can be fixed includes (1) a spherical sphere having a plurality of spherical pores uniformly formed to form a spherical diffraction grating and filled with a medium around the pores. Photonic crystal sphere (inverse opal structure, see FIG. 4A) formed of a sieve, and (2) photonic crystal sphere formed of a spherical body in which a plurality of spherical medium portions are uniformly agglomerated to form a spherical diffraction grating, and the periphery of the medium is filled with pores (opal) Structure, see FIG. 4B).

이때, 역오팔 구조의 광결정구에서는 규칙적으로 형성된 매질부가 격자 역할을 하고, 오팔 구조의 광결정구에서는 규칙적으로 형성된 구형의 기공이 격자 역할을 한다. At this time, in the opal crystal photonic sphere, the regularly formed medium portion serves as a lattice, and in the opal photonic crystal sphere, the regularly formed spherical pores serve as a lattice.

기공부와 매질부의 굴절율(refractive index) 차이는 광회절로 인해 반사가 가능할 정도이면 충분하다. The difference between the refractive index of the pores and the medium is sufficient to be able to reflect due to optical diffraction.

3차원 역오팔구조의 경우 일반적으로 굴절율 차이가 2.8 이상이 될 때 모든 방향의 빛을 같은 조건으로 산란시킬 수 있다.In the case of a three-dimensional inverse opal structure, when the refractive index difference is more than 2.8, light in all directions can be scattered under the same conditions.

매질부를 형성할 수 있는 재료는 졸겔 공정으로 제조 가능한 금속 또는 비금속의 물질 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로 실리콘 옥사이드(실 리카), 티타늄 옥사이드(티타니아), 알루미늄 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 나노파티클, Cd-Se 나노파티클, 골드 파티클, 고분자 하이드로젤 또는 이들의 혼합물 등이 있다. UV-VIS 스펙트럼의 충분한 변화를 주어 육안으로 색깔이 변하는 것을 관찰할 수 있도록 티타늄 옥사이드나 골드 등의 파티클을 사용하는 것이 바람직하다.The material capable of forming the medium portion is preferably selected from metal or nonmetallic materials that can be produced by the sol-gel process, and non-limiting examples include silicon oxide (silica), titanium oxide (titania), aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon nano. Particles, Cd-Se nanoparticles, gold particles, polymeric hydrogels or mixtures thereof. It is preferable to use particles such as titanium oxide or gold to give a sufficient change in the UV-VIS spectrum to observe the color change with the naked eye.

테트라메틸오르토실리케이트(TMOS), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 메틸트리메톡시실란(MTrMOS), 에틸트리에톡시실란(ETrEOS), 테트라메톡시실리케이트(TMS), 메틸트리메톡시실리케이트(MTMS), 3-아미노프로필트리메톡시실리케이트 중에서 선택되는 1종 이상의 실리케이트 유도체로부터 매질부를 형성시킬 수 있다. 또한 실리콘 이외에도 실리콘보다 기계적 특성이 우수하고 굴절율이 높은 지르코니아, 알루미늄, 티타늄 등의 졸 전구체로부터 매질부를 형성시킬 수 있으며, 모든 금속, 금속산화물, 세라믹물질의 나노입자를 분산시킨 형태의 매질부용 물질도 사용 가능하다.Tetramethylorthosilicate (TMOS), Tetraethylorthosilicate (TEOS), Methyltrimethoxysilane (MTrMOS), Ethyltriethoxysilane (ETrEOS), Tetramethoxysilicate (TMS), Methyltrimethoxysilicate (MTMS) The medium portion can be formed from one or more silicate derivatives selected from among 3-aminopropyltrimethoxysilicates. In addition to the silicon, it is possible to form a medium part from sol precursors such as zirconia, aluminum, and titanium, which have better mechanical properties and higher refractive index than silicon, and a material for medium parts in which nanoparticles of all metals, metal oxides, and ceramic materials are dispersed. Can be used

본 발명의 광결정구 중 기공부를 채우는 것은 공기(n=1.0)도 가능하고 광결정구가 분산되어 있는 용매도 가능하다. 용매의 경우 이론적으로 굴절율의 차이가 2.8 이상되는 용매는 모두 가능하다. 본 발명의 광결정구가 응용될 수 있는 생화학적 반응을 가능하게 할 수 있는 용매가 바람직하다. 비제한적인 예로, 물, 알코올, 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸설폭시드 (dimethyl sulfoxide, DMSO), 헥산(hexane), 톨루엔(toluene), 에테르류(ethers), 오일류 등이 있다. Filling the pores of the photonic crystal sphere of the present invention may be air (n = 1.0), and may be a solvent in which the photonic crystal sphere is dispersed. In the case of solvents, in principle, all solvents having a difference in refractive index of 2.8 or more are possible. Preference is given to solvents which can enable biochemical reactions in which the photonic crystal spheres of the present invention can be applied. Non-limiting examples include water, alcohols, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), hexane, toluene, ethers, oils and the like.

역오팔구조의 광결정구(도 4a)와 오팔구조의 광결정구(도 4b)의 제조 방법 일례가 한국 공개특허번호 제10-2004-0028360호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서의 일부를 구성한다. An example of a method of manufacturing the opal crystal photonic sphere (FIG. 4A) and the opal photonic crystal sphere (FIG. 4B) is described in Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0028360, which forms a part of the present specification.

상기 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. Looking at the manufacturing method in detail as follows.

오팔구조의 광결정구(도 4b)의 제조 방법은 현탁액을 함유하는 금속모세관과 접지전극 사이에 교류전원을 인가하여 균일한 크기의 액적을 유도하는 단계와, 액적으로부터 용매를 제거하여 콜로이드 결정을 형성하는 단계를 포함한다(도 5a 참조).In the method of manufacturing the opal crystal photonic sphere (FIG. 4B), an AC power is applied between the metal capillary containing the suspension and the ground electrode to induce droplets of uniform size, and the solvent is removed from the droplets to form colloidal crystals. (See FIG. 5A).

역오팔구조의 광결정구(도 4a)의 제조 방법은 콜로이드 결정을 주형으로 하여 다공성 구조체를 제조하는 것으로서, 고분자 및 무기물 입자가 혼합 분산된 현탁액을 함유하는 금속모세관과 접지전극 사이에 교류전원을 인가하여 균일한 크기의 액적을 유도하는 단계와, 액적으로부터 용매를 제거하여 콜로이드 결정을 형성하는 단계 및 콜로이드 결정을 소결하는 단계(바람직하게는 100 ~ 1500 ℃의 온도에서 소결함)를 포함한다(도 5a 참조).The method of manufacturing a photonic crystal sphere having a reverse opal structure (FIG. 4A) is to prepare a porous structure using a colloidal crystal as a template. An AC power source is applied between a metal capillary and a ground electrode containing a suspension in which polymer and inorganic particles are mixed and dispersed. To induce droplets of uniform size, to remove the solvent from the droplets to form colloidal crystals, and to sinter the colloidal crystals (preferably at a temperature of 100 to 1500 ° C.) (FIG. 5a).

도 5 a, b에는 상기 콜로이드 결정을 제조하기 위해 사용되는 전기수력학적 분무장치의 일례가 도시되어 있다. 전기수력학적 분무장치는 금속모세관(1), 접지전극(2)을 포함하며, 금속모세관과 접지전극의 사이에 교류전원(3)이 접속된 구조로서 교류전원으로부터 유도되는 주기적인 전기장의 변화에 따라 즉 표면에 작용하는 전기 응력에 의해 주파수와 연동하여 모세관의 끝에서 액적이 생성되며, 균일한 크기의 구형 액적이 유도될 수 있다. 5A and 5B show an example of an electrohydraulic spraying apparatus used to make the colloidal crystals. The electro-hydraulic spraying device includes a metal capillary tube (1) and a ground electrode (2), and is connected to an alternating current power source (3) between the metal capillary tube and the ground electrode to change the periodic electric field induced from the alternating current source. Accordingly, droplets are generated at the end of the capillary in association with frequency by electrical stress acting on the surface, and spherical droplets of uniform size can be induced.

도 5a에는 현탁액을 모세관에 침투시켜 교류전원을 인가하여 균일한 크기의 액적을 유도하고, 수득한 액적으로부터 용매를 증발시키면 자기조립과정에 의해 먼저 낮은 에너지 상태의 면심입방구조로 밀집되는 단계를 거쳐 구형의 콜로이드 광결정으로 되는 과정이 도시되어 있다. 또, 고분자 및 무기물 입자가 혼합 분산된 현탁액에 전기수력학적 분무장치를 구동하여 얻어진 고분자 콜로이드 결정체의 틈새에 무기물 입자가 채워진 구형의 고분자-무기물 콜로이드 결정체가 도시되어 있다. 이때 구형의 다공성 구조체는 상기 고분자-무기물 콜로이드 결정체를 소결시켜 얻어진다.In FIG. 5A, the suspension penetrates into the capillary tube to apply AC power to induce droplets of uniform size, and when the solvent is evaporated from the droplets, the self-assembly process first concentrates into a low-energy face-centered cubic structure. The process of spherical colloidal photonic crystal is shown. Also shown is a spherical polymer-inorganic colloidal crystal in which inorganic particles are filled in a gap of the polymer colloidal crystal obtained by driving an electrohydrodynamic spraying apparatus in a suspension in which polymer and inorganic particles are mixed and dispersed. At this time, the spherical porous structure is obtained by sintering the polymer-inorganic colloidal crystals.

현탁액에 포함된 입자는 용매의 증발로 자기조립을 통한 결정화가 가능한 물질로서 당해 결정이 산업적으로 유용한 것인 한 특별한 종류로 국한될 필요는 없다. 바람직한 입자의 예로는 라텍스 형태의 고분자가 있으며, 이의 비제한적인 예로는 폴리스타이렌, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리메틸아크릴레이트, 폴리 에틸아크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이소프렌, 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리에스터계, 폴리아미드계 등이 있다.Particles contained in the suspension are substances capable of crystallization through self-assembly by evaporation of the solvent and need not be limited to a particular kind as long as the crystals are industrially useful. Examples of preferred particles include latex type polymers, and non-limiting examples thereof include polystyrene, poly (methyl methacrylate), polymethylacrylate, polyethylacrylate, polyvinylchloride, polyacrylonitrile, polyisoprene, Polycarbonate, polyvinyl alcohol, polyester, polyamide, and the like.

현탁액에 함유되는 용매는 자기조립이 가능한 것으로 바람직하기는 선택된 입자의 유효밀도보다 큰 물질 중에서 선택된다. 이러한 용매의 비제한적인 예로는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오르메틸데칼린, 퍼플루오르노난, 퍼플루오르이소산, 퍼플루오르시클로헥산, 퍼플루오르1,2-디메틸시클로헥산, 퍼플루오르2-메틸2-펜텐, 퍼플루오르케로센 등이 있다.The solvent contained in the suspension is capable of self-assembly and is preferably selected from materials larger than the effective density of the selected particles. Non-limiting examples of such solvents include water, methanol, ethanol, ethylene glycol, glycerol, perfluorodecalin, perfluoromethyldecalin, perfluorononane, perfluoroisoacid, perfluorocyclohexane, perfluoro1,2-dimethyl Cyclohexane, perfluoro2-methyl2-pentene, perfluorokerosene and the like.

도 5b에 도시된 바와 같이, 생성된 액적은, 수용액 상의 액적과 섞이지 않도록 글리세롤, 에틸렌글리콜, 실리콘 오일, 불소화 실리콘 오일, mineral oil 등의 오일이 담겨져 있는 하부 배스에 담겨진다. 소수성이 강한 오일과 액적이 오일 내에서 안정하게 유지 될 수 있는 계면활성제와 함께 사용하면 더 효과적이다. As shown in FIG. 5B, the resulting droplets are contained in a lower bath containing oils such as glycerol, ethylene glycol, silicone oil, fluorinated silicone oil, mineral oil and the like so as not to mix with the droplets in the aqueous solution. It is more effective when used with highly hydrophobic oils and surfactants in which the droplets can remain stable in the oil.

일례로, 전기수력학적 분무장치에서 제조된 액적에서 라텍스 형태의 폴리스타이렌 입자들은 구형의 콜로이드 구조체를 형성하고 그 틈새가 졸겔 실리카 입자로 채워지는 구조를 가지게 된다. 이 구형의 폴리스타이렌-실리카 구조체를 섭씨 500도에서 소결(calcination)시키면 폴리스타이렌은 열화 제거되어 다공성 구조를 얻을 수 있다(도 5c 참조).In one example, the latex-type polystyrene particles in the droplets produced in the electro-hydraulic spraying device have a structure in which a spherical colloidal structure is formed and the gap is filled with sol-gel silica particles. When the spherical polystyrene-silica structure is sintered at 500 degrees Celsius, the polystyrene is deteriorated to obtain a porous structure (see FIG. 5C).

2. 구형의 회절격자에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구의 제조 방법. 2. Manufacturing method of photonic crystal in which a biosensing substance is fixed to a spherical diffraction grating .

생체감지물질을 광결정구 중 매질부 표면에 고정화시키는 방법으로는, 물리적 흡착(즉, 화학적 링커 사용하지 않음), 화학적 결합(즉 화학적 링커 사용), 전기화학적 결합, 정전기적 결합, 소수성 결합 및 친수성 결합이 있다. 이중 화학적 결합이 생체감지물질을 광결정구에 가장 안정하게 고정시킬 수 있는 방법이다.Methods of immobilizing the biosensing material on the surface of the medium in the photonic crystal include physical adsorption (i.e. no chemical linker), chemical bond (i.e. chemical linker), electrochemical bond, electrostatic bond, hydrophobic bond and hydrophilicity. There is a bond. Double chemical bonding is the most stable method of fixing the biosensing material to the photonic crystal.

한편, 화학적 결합(chemical binding)은 하기와 같은 작용기를 통해 결합되는 것을 포함한다: 아민기, 알데히드기, 니켈기, 산기, 알칸기, 알켄기, 알킨기, 방향족기, 알코올기, 에테르기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아미노산기, 니트로기, 니트릴기, 탄수화물기, 티올기, 유기 인산기, 지질기(lipid group), 인지질기, 스테로이드기.On the other hand, chemical binding includes those linked through the following functional groups: amine groups, aldehyde groups, nickel groups, acid groups, alkanes, alkenes, alkynes, aromatic groups, alcohol groups, ether groups, ketones Groups, ester groups, amide groups, amino acid groups, nitro groups, nitrile groups, carbohydrate groups, thiol groups, organic phosphate groups, lipid groups, phospholipid groups, steroid groups.

또, 이들 작용기를 갖는 광결정구 표면은 수개의 상이한 유형의 화학 링커를 광결정구에 고정시키는데 사용될 수 있다(도 6 참조). 예컨대, 아민 표면은 수개 유형의 링커 분자를 연결하는데 사용될 수 있으며, 알데히드 표면은 링커없이 단백 질을 직접 연결하는데 사용될 수 있다. 링커를 매개로 생체감지물질 고정하는 방법의 예가 도 6에 기재되어 있다.In addition, the photonic crystal surface having these functional groups can be used to fix several different types of chemical linkers to the photonic crystal (see FIG. 6). For example, amine surfaces can be used to link several types of linker molecules, and aldehyde surfaces can be used to link proteins directly without linkers. An example of a method of immobilizing a biosensor through a linker is described in FIG. 6.

일반적으로는 매질부의 메탈릭 히드록시기를 이용하여 생체감지물질을 고정할 수 있다.In general, the biosensing material may be fixed using a metallic hydroxyl group of the medium part.

예컨대, 광결정구 중 매질부를 이루는 실리카는 표면을 산 처리하여 활성을 갖는 실란올기로 수식할 수 있다. 표면의 실란올기는 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTS), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(GPTS)과 같은 실란 유도체에 의해 손쉽게 반응성 기능기(APTS의 경우는 아민기이고 GPTS의 경우는 에폭시기가 된다)를 갖는 표면층으로 개질되며, 이 반응성 기능기를 이용하여 링커를 도입할 수 있다. 링커는 실리카 표면의 입체 장애 효과를 최소화하고 물리적 혹은 화학적 결합의 연결부를 제공하는데, 수용체 또는 리간드와 같은 생체 물질은 이 링커를 매개로 하여 광결정구에 효과적으로 고정화될 수 있다.For example, silica constituting the medium portion of the photonic crystal can be modified with silanol groups having an active treatment on the surface thereof. The silanol groups on the surface can be easily reacted with silane derivatives such as 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTS) to form reactive functional groups (in the case of APTS, In the case of an epoxy group), a linker can be introduced using this reactive functional group. The linker minimizes the steric hindrance effect on the silica surface and provides a linkage of physical or chemical bonds, and biological materials such as receptors or ligands can be effectively immobilized on the photonic crystal via this linker.

3. 구형의 회절격자에 생체물질이 고정되어 있는 광결정구의 응용 . 3. Application of photonic crystal sphere in which a biomaterial is fixed to a spherical diffraction grating .

본 발명은 상기 광결정구 상에 고정되어 있는 생체 감지물질과 결합하는지 여부를 분석할 표적물질을 포함하는 시료를 적용하는 제1 단계;와 상기 생체감지물질에 특이적으로 결합된 표적 물질을 검출하는 제2 단계를 포함하는, 광결정구 상에 고정된 생체감지물질과 표적 물질간의 결합을 분석하는 방법을 제공한다.The present invention is a first step of applying a sample containing a target material to analyze whether or not bound to the bio-sensing material fixed on the photonic crystal sphere; and detecting the target material specifically bound to the bio-sensing material It provides a method for analyzing the binding between the target material and the biosensor immobilized on the photonic crystal sphere, comprising a second step.

본 발명의 광결정구(photonic ball)는 기공부 또는 매질부가 형성하는 회절격자가 구형의 3차원적인 구조를 가지면서 광결정구 자체도 또한 구형인 것이 특징이며, 광결정구 표면에 생체분자가 고정된 것이 특징이다. 광결정은 특정 파장들을 강력하게 산란시키는 결정 구조로서, i) bare 광결정구(생체감지물질이 고정되어 있지 않은 광결정구), ii) 생체감지물질이 고정된 광결정구, iii) 표적 분자가 상기 생체감지물질에 결합된 광결정구는, 반사되는 파장의 이동(shift)이 있다(도 7 참조). 즉, 광결정구의 표면에서의 생화학적 반응에 의하여 회절격자의 크기나 굴절율이 변화되어, UV-VIS 스펙트럼이 상기 변화를 측정할 수 있다. The photonic ball of the present invention is characterized in that the diffraction grating formed by the pore portion or the medium portion has a spherical three-dimensional structure, and the photonic crystal sphere itself is also spherical, and the biomolecule is fixed on the surface of the photonic crystal sphere. It is characteristic. Photonic crystals are crystal structures that strongly scatter specific wavelengths, i) bare photonic crystals (photonic crystals without biomaterials immobilized), ii) photonic crystals with biomaterials immobilized, and iii) target molecules are biosensitive. Photonic crystals bonded to the material have a shift in the reflected wavelength (see FIG. 7). That is, the size and refractive index of the diffraction grating are changed by the biochemical reaction on the surface of the photonic crystal, and the UV-VIS spectrum can measure the change.

따라서, 이러한 광결정구는 바이오칩 또는 바이오 센서에 사용할 수 있으며, 표지자 없이 광회절을 이용하여 광결정구에 고정되어 있는 생체감지물질과 표적 분자 간의 결합을 검출할 수 있다.Therefore, such photonic crystal spheres can be used in biochips or biosensors, and can detect binding between the biosensors immobilized on the photonic crystal spheres and the target molecules by using optical diffraction without a marker.

또, 본 발명에 따라 구형의 회절격자에 생체물질이 고정되어 있는 광결정구는 구형의 회절 격자를 사용하고 광결정구 자체도 구형이므로 보는 각도에 따라 반사 스펙트럼이 일정하여, 광결정구에 고정된 생체감지물질과 표적물질간의 결합여부가 육안식별 가능하게 된다. 따라서, 본 발명은 표지자가 필요 없는 둥근 입자상의 광결정구를 생화학 물질의 분석에 적용할 수 있다. 또한 표적물질에 콜로이드 형태의 금, 은이나 latex형태의 고분자 물질을 부착하게 되면 반사되는 파장의 이동을 극대화하여 육안식별이 보다 명확해질 수 있다.Further, according to the present invention, the photonic crystal sphere in which the biomaterial is fixed to the spherical diffraction grating uses a spherical diffraction grating, and since the photonic crystal sphere itself is spherical, the reflection spectrum is constant according to the viewing angle, so that the biosensing substance fixed to the photonic crystal sphere is fixed. Binding between the target material and the target material becomes possible. Therefore, the present invention can be applied to the analysis of biochemicals in the form of spherical photonic crystal spheres that do not require a marker. In addition, attaching the colloidal gold, silver, or latex polymer material to the target material may maximize the shift of the reflected wavelengths, thereby making the visual identification more apparent.

이와 같이 제조된 리간드와 같은 생체감지물질이 도입된 광결정구는 용액상에 분산된 형태로 사용하거나 기판소재나 미세유동 칩 내부에 패턴하여 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광결정구는 평평한 기판 혹은 미세유동 채널이 존재하고 의료, 환경, 식품용 진단, 고효율 스크리닝(HTS), 효소활성측정 등의 다양한 목적에 사용되는 바이오 칩이나 바이오센서에 사용되어, 각종 생체분자들의 반응결과를 labeling 없이 확인할 수 있다. Photonic crystal spheres in which a biosensing material such as a ligand is prepared may be used in a dispersed form in a solution or may be used as a pattern in a substrate material or microfluidic chip. Therefore, the photonic crystal sphere of the present invention is used in biochips or biosensors that have a flat substrate or microfluidic channel and are used for various purposes such as medical, environmental, food diagnostics, high efficiency screening (HTS), and enzyme activity measurement. The reaction results of biomolecules can be confirmed without labeling.

본 발명에 따라 생체감지물질이 고정된 광결정구가 적용된 바이오칩 또는 바이오센서는, 예컨대 생체감지물질이 고정된 광결정구가 존재하는 용액을 잉크젯 방법으로 평평한 기판 혹은 미세유동 채널이 존재하는 기판에 패터닝하여 제작할 수 있다.According to the present invention, a biochip or a biosensor to which a photonic crystal device in which a biosensing material is immobilized is applied, for example, by patterning a solution containing a photonic crystal device on which a biosensing material is fixed to a flat substrate or a substrate in which microfluidic channels are present. I can make it.

기존의 광회절을 이용한 검출 기법들이 기판소재 위에 증착이나 엠보싱 방법 등으로 광회절 격자를 형성하는 데 반하여, 본 발명에 따라 구형의 회절격자에 생체물질이 고정되어 있는 광결정구는, 광회절 격자를 가지는 입자를 미리 제조하여 사용하므로 사용의 편리성이 증대 된다. While conventional optical diffraction detection techniques form optical diffraction gratings on a substrate material by deposition or embossing, photonic crystal spheres in which a biomaterial is fixed to a spherical diffraction grating according to the present invention have optical diffraction gratings. Since the particles are prepared and used in advance, the convenience of use is increased.

또한, 본 발명에 따라 구형의 회절격자에 생체물질이 고정되어 있는 광결정구는 둥근 입자상의 생화학적 분석 기법의 장점을 갖는다. 예컨대, 진단이나 고효율 스크리닝 분야에서 구형의 입자를 고상지지체로 많이 사용하고 있는데, 일반적인 microtiter-well based 방법에 비하여 여러 가지 장점을 가진다. 표면적을 증가 또는 조절 가능하고 입자가 유동성을 가지므로 이를 통한 생체분자 분석의 시간을 단축시키고 생체분자의 활성을 높이는 것이 가능하다. 또한, 입자가 서스펜션으로 분산된 상태에서 미리 배치공정으로 일괄적으로 표면처리를 하거나 생체분자를 부착하므로 micro-titer plate에 각각 부착하였을 때 생기는 오차를 최소화할 수 있다. 마지막으로 각 입자에 대해서 서로 다른 표지자를 부착하여 한번에 여러 개의 표적 분자를 분석할 수 있는 멀티플렉스 에세이가 가능하다.In addition, the photonic crystal sphere in which the biomaterial is fixed to the spherical diffraction grating according to the present invention has the advantage of the biochemical analysis technique of round particles. For example, spherical particles are often used as solid support in the field of diagnostics and high-efficiency screening. They have several advantages over general microtiter-well based methods. Since the surface area can be increased or adjusted and the particles are fluid, it is possible to shorten the time of biomolecule analysis and to increase the activity of the biomolecule. In addition, since the particles are surface-treated in a batch process or biomolecules are attached in advance in a state where the particles are dispersed in the suspension, an error generated when each is attached to the micro-titer plate can be minimized. Finally, it is possible to attach multiple markers to each particle to analyze multiple target molecules at once.

본 발명을 실시 예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1:  One: 광결정구의Photonic crystal 화학적 수식 Chemical formula

한국 공개특허번호 제10-2004-0028360호에 기재된 방법에 따라 제조된 실리카 광결정구(bare 광결정구)를 피라나 용액 (H2SO4:H2O2 (1/1))에서 10분 동안 정치하여 산 처리하였다. 증류수와 메탄올로 세척하고 진공 (30 ℃)에서 1시간 동안 건조하였다. Silica photonic crystal spheres (bare photonic crystal spheres) prepared according to the method described in Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0028360 for 10 minutes in a piranha solution (H 2 SO 4 : H 2 O 2 (1/1)). It was left to stand and acid treated. Washed with distilled water and methanol and dried in vacuo (30 ℃) for 1 hour.

상기 산 처리된 광결정구를 5%(v/v) 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTS) / 클로로포름 용액에서 30분 동안 30℃에서 반응한 후, 클로로포름과 메탄올로 세척하여, 표면 아미노기를 갖는 광결정구(APTS-처리된 광결정구)를 제조하였다. The acid treated photonic crystal was reacted at 30 ° C. in a 5% (v / v) 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) / chloroform solution for 30 minutes, and then washed with chloroform and methanol to have a surface amino group. Photonic crystal spheres (APTS-treated photonic crystal spheres) were prepared.

상기 제조된 광결정구를 5mM FMOC-아미노카프록산(Fmoc-ACA), 5mM 벤조트리아졸-1-일옥시트리스(디메틸아미노)포스포니움 헥사플루오로포스페이트 (Benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate(BOP)), 5mM 1-히드록시벤조트리아졸 (1-hydroxybenzotriazole(HOBt)), 10mM 디이소프로필에틸아민 (DIEA) / DMF 용액에서 2시간 동안 30℃에서 정치하였다(Fmoc-ACA 처리된 광결정구 형성). DMF로 수 차례 세척한 다음, 20%(v/v) 피페리딘 / DMF 용액으로 3시간 동안 30℃ 처리하여 FMOC기를 제거하였다. DMF와 메탄올로 세척하고 진공에서 건조하여 표면에 유리 아미노 알킬 사슬을 갖는 광결정구(FMOC-제거된 광결정구)를 준비하였다. 상기 유리 아미 노 알킬 사슬은 생체 물질의 표면 접근을 향상시키는 링커 역할을 한다.The prepared photonic crystal was 5mM FMOC-aminocaproxane (Fmoc-ACA), 5mM benzotriazol-1-yloxytris (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate (Benzotriazol-1-yloxytris (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate (BOP)), 5 mM 1-hydroxybenzotriazole (HOBt), 10 mM diisopropylethylamine (DIEA) / DMF solution for 2 hours at 30 ° C. (Fmoc-ACA treated photonic crystal) Sphere formation). After several washings with DMF, the FMOC group was removed by treatment with 20% (v / v) piperidine / DMF solution at 30 ° C. for 3 hours. Washed with DMF and methanol and dried in vacuo to prepare photonic crystal spheres (FMOC-depleted photonic crystal spheres) having free amino alkyl chains on the surface. The free amino alkyl chain acts as a linker to enhance the surface access of the biomaterial.

실시예Example 2:  2: 광결정구를Photonic crystal ball 이용한 생체 물질의 검출 Detection of Biomaterials Used

광결정구에 고정화된 바이오틴을 이용하여 분석 시료 내에 존재하는 스트렙타비딘을 선택적으로 검출하고자 하였다. 바이오틴-스트렙타비딘 반응은 대표적인 생체 물질의 인지 반응이다.Biotin immobilized on the photonic crystal was used to selectively detect streptavidin present in the assay sample. The biotin-streptavidin response is a cognitive response of representative biomaterials.

실시예 1에 따라 유리 아미노 알킬 사슬이 연결된 광결정구를 5mM 바이오틴, 5mM BOP, 5mM HOBt, 10mM DIEA / DMF 용액에서 2시간 동안 30℃에서 반응하여, 바이오틴을 고정화하였다(바이오틴이 고정된 광결정구). Photonic crystals linked with free amino alkyl chains according to Example 1 were reacted for 2 hours at 30 ° C. in 5 mM biotin, 5 mM BOP, 5 mM HOBt, 10 mM DIEA / DMF solution to fix the biotin (biotin-fixed photonic sphere) .

단백질의 비특이적 흡착을 방지하기 위하여 2%(w/v) 소혈청 알부민(BSA)으로 마이크로웰 플레이트를 미리 처리하였다. 진공에서 건조된 바이오틴-광결정구를 마이크로웰 플레이트에 충진한 다음, 10 μg/mL 스트렙타비딘을 포함하는 분석 시료를 떨어뜨렸다. 플레이트를 20분간 정치한 다음, 세척제인 0.1%(v/v) tween 20을 함유한 PBS로 세척한 후 건조하였다. Microwell plates were pretreated with 2% (w / v) bovine serum albumin (BSA) to prevent nonspecific adsorption of the protein. Biotin-photonic crystals dried in vacuo were charged to a microwell plate, and then the assay sample containing 10 μg / mL streptavidin was dropped. The plate was allowed to stand for 20 minutes, then washed with PBS containing 0.1% (v / v) tween 20 as a cleaning agent and dried.

UV-VIS 분광계를 이용하여 검출 전후 각 결정구의 반사 스펙트럼을 측정하여, 최대 반사 피크의 변이를 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다.The UV-VIS spectrometer was used to measure the reflection spectra of each crystal sphere before and after the detection, and the variation of the maximum reflection peak was measured. The results are shown in FIG. 7.

상기에서 본 발명은 기재된 구체 예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.While the invention has been described in detail above with reference to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the scope and spirit of the invention, and such modifications and variations fall within the scope of the appended claims. It is also natural.

본 발명의 광결정구는 보는 각도에 따라서 항상 같은 색깔을 내므로 육안으로 관찰할 필요가 있는 래피드 테스트의 경우 불확실성을 제거하여 전문가가 아닌 일반인들도 결과를 확인할 수 있다. 또한 기존의 콜로이달 골드나 라텍스 비드 등을 사용한 방법에 비하여 표지자 부착 과정을 생략할 수 있으므로 훨씬 간단한 바이오 칩 또는 바이오센서의 제작이 가능하다. 특히 기존의 스트립형태의 진단키트나 마이크로어래이 형태의 바이오칩 보다 미세유동을 이용한 이른바 랩온어 칩에 도입시 더욱 효과적이다. Since the photonic crystal device of the present invention always emits the same color according to the viewing angle, in the case of the rapid test that needs to be observed with the naked eye, uncertainty may be eliminated by ordinary people, not experts. In addition, compared to the conventional method using a colloidal gold or latex beads, it is possible to omit the labeling process, it is possible to manufacture a much simpler biochip or biosensor. In particular, it is more effective when introduced to a so-called lab-on-a-chip using microfluidics than conventional strip-type diagnostic kits or microarray-type biochips.

Claims (9)

구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 기공을 균일하게 복수개 포함하고 기공 주위가 매질로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 기공 내 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구.A photonic crystal sphere comprising a plurality of spherical pores uniformly so as to form a spherical diffraction grating, and formed of a spherical body filled with a medium around the pores, wherein the biosensing material is fixed to the surface of the pore. 구형의 회절격자를 형성하도록 구형의 매질부가 복수개 균일하게 응집되고 매질부 주위가 기공부로 충진된 구형체로 형성된 광결정구에 있어서, 매질부 표면에 생체감지물질이 고정되어 있는 광결정구.A photonic crystal sphere formed of a spherical body in which a plurality of spherical medium portions are uniformly aggregated so as to form a spherical diffraction grating, and the periphery of the medium portion is filled with pores, wherein the biosensing material is fixed to the surface of the medium portion. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광회절로 인해 반사가 가능할 정도로 기공부와 매질부의 굴절율(refractive index) 차이가 있는 것이 특징인 광결정구.The photonic crystal device according to claim 1 or 2, wherein there is a difference in refractive index between the pore portion and the medium portion so that reflection is possible due to the optical diffraction. 제3항에 있어서, 굴절율 차이가 2.8 이상인 것이 특징인 광결정구.The photonic crystal sphere according to claim 3, wherein the refractive index difference is 2.8 or more. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매질부는 실리콘 옥사이드(실리카), 티타늄 옥사이드(티타니아), 알루미늄 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 나노파티클, Cd-Se 나노파티클, 골드로 구성된 군에서 1종 이상 선택된 재료로 형성된 것이 특징인 광결정구.The material of claim 1 or 2, wherein the medium portion is at least one selected from the group consisting of silicon oxide (silica), titanium oxide (titania), aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nanoparticles, Cd-Se nanoparticles, and gold. Photonic crystal sphere characterized in that formed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생체감지물질은 물리적 흡착, 화학적 결합, 전기화학적 결합, 정전기적 결합, 소수성 결합 또는 친수성 결합을 통해 매질부 표면에 고정된 것이 특징인 광결정구.The photonic crystal device according to claim 1 or 2, wherein the biosensing material is immobilized on the surface of the medium through physical adsorption, chemical bonding, electrochemical bonding, electrostatic bonding, hydrophobic bonding, or hydrophilic bonding. 제1항 또는 제2항의 광결정구 상에 고정되어 있는 생체 감지물질과 결합하는지 여부를 분석할 표적물질을 포함하는 시료를 적용하는 제1 단계;와 상기 생체감지물질에 특이적으로 결합된 표적 물질을 검출하는 제2 단계를 포함하는, 광결정구 상에 고정된 생체감지물질과 표적 물질간의 결합을 분석하는 방법.A first step of applying a sample comprising a target material to be analyzed whether or not bound to the bio-sensing material immobilized on the photonic crystal of claim 1 or claim 2; and the target material specifically bound to the bio-sensing material And a second step of detecting the binding between the biosensing material immobilized on the photonic crystal sphere and the target material. 제7항에 있어서, 상기 표적 물질은 콜로이드 형태의 금, 은 또는 라텍스 형태의 고분자 물질을 부착시킨 표적물질인 것이 특징인 분석 방법.The method of claim 7, wherein the target material is a target material to which a colloidal gold, silver, or latex polymer material is attached. 제1항 또는 제2항의 광결정구를 포함하는 바이오칩 또는 바이오센서.A biochip or a biosensor comprising the photonic crystal sphere of claim 1.
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