KR100731913B1 - 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치 - Google Patents

생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자력에 반응하는 코어 입자 및 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 구비하며, 상기 나노하이브리드 입자는 생체분자와 반응하여 생체분자가 고정 또는 혼성화된 생체 복합 입자를 형성하고, 상기 생체 복합 입자는 자성체에 반응하는 특성을 갖는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 타겟 생체분자(단백질, DNA 등)와 탐침 생체분자 간의 혼성화를 이용하여 자성을 측정함으로서 정량분석할 수 있으며, 항원-항체 반응을 이용하는 생체분자 검출 등에 이용할 수가 있다.
생체분자, 생체분자 검출, 나노하이브리드 입자, 금속 나노입자

Description

생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치{Method for manufacturing nanohybrid particle using for biomolecule detection, biomolecule detection system, biomolecule detection method, and analysis apparatus using for biomolecule detection using nanohybrid particle}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노하이브리드 입자를 개략적으로 도시한 도면들이고, 도 1c 및 도 1d는 나노하이브리드 입자에 생체분자가 고정된 모습을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 2는 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)의 pH에 따른 제타포텐셜을 보여주는 그래프이다.
도 3은 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)이 반응하여 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)를 형성하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 파장(wavelength)에 따른 흡광도(absorbance)를 측정한 그래프이다.
도 5는 X-레이 회절 패턴(X-ray diffraction patterns)을 도시한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자의 투과 전자현미경(Transmission Electron Microscope) 사진들이다.
도 7은 티올 그룹을 가진 생체분자와 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)가 반응하여 생체 복합 입자를 이루는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 생체분자인 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)이 나노하이브리드 입자(SiO2/γ-Fe2O3)와 반응하여 생체 복합 입자를 이루는 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 글루타치온(glutachione)의 농도에 따른 흡광도(absorbance)를 측정한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10d는 생체분자 검출용 분석장치를 개략적으로 도시한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 나노하이브리드 입자 110: 코어 입자
120: 나노입자 130: 생체분자
200: 생체 복합 입자
210: 기판 220: 생체분자 담지셀
230a: 자력발생선 230b: 자력변화 감지선
240a: 전기 분급 수단 240b: 전기 분급 감지수단
250: 자력변화 감지장치 260: 전기 발생수단
본 발명은 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력에 반응하는 코어 입자와 상기 코어 입자의 주위에 코팅된 나노입자를 이용하여 생체분자를 검출하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출 방법 및 생체분자 검출용 분석장치에 관한 것이다.
동식물의 구성성분을 관찰하고 연구하기 위한 분자생물학 분야는 개개의 단백질이나 복합 생물학전 분자들의 특성 및 정량에 대한 분석에 의거하여 일정한 단백질의 존재나 농도에 따라 질병의 예방이나 진단, 병원균의 존재검출 등과 같이 광범위한 의학분야에 적용되고 있다.
바이오칩(bio chip)은 핵산 등 생물학적 물질이 기판(substrate) 위에 고정되어 있는 것으로, DNA 등을 포함한 생체분자에 대하여 생화학적 분석에 사용되는 탐침(probe)를 정렬시킨 물질 또는 장치를 말한다. 바이오칩의 일종인 DNA칩은 기판 위에 DNA가 고정되어 있고, 단백질칩은 기판 위에 단백질이 고정되어 있는 경우이다. 이러한 바이오칩의 원리는 기판에 고정된 탐침(probe) 분자와 표적(target) 분자 사이의 상호작용에 기초한다. 바이오칩은 기판에 고정된 핵산, 단백질 등과 결합할 수 있는 핵산, 단백질, 기타 물질을 탐색하는데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 탐침 분자와 결합하는 표적 분자가 시료속에 존재하는지에 대한 분석 등에도 이용이 가능하다. 이와 같이 바이오칩은 생물학 연구, 의료진단, 신약 탐색, 법의학 등에 널리 이용되고 있다.
바이오칩을 이용한 생체분자 검출 방법에는 블랏 혼성화 방법(blot hybridization method), 방사성 사진법(radioactive photograph), 레이저 유도 형광법(laser induced fluorescence), 표면 플라즈마 공명법(surface plasma resonance), 전기화학적 방법(electrochemical method) 등이 있다.
블랏 혼성화 방법은 많은 노동력과 시간 및 막대한 자원이 필요하다. 예컨대, 10개의 염기서열로 이루어진 DNA 단편의 경우 가능한 분자의 종류가 410개이므로 블랏 혼성화 방법을 이용하여 검출하는 데에는 많은 시간과 노력이 필요하다는 문제점이 있다.
방사성 사진법은 분석 시간이 몇 시간에서 하루 정도 소요되지만, 분해능이 0.1㎛∼10㎛ 차수(order) 밖에 안되며, 방사성 동위원소의 안정성 문제점이 있다.
레이저 유도 형광법은 시료의 DNA를 측정 전에 형광물질로 표지하고 분리 정제하는 공정이 복잡하며, 레이저, 광학측정용 부속장치 등 고가의 장비 및 이미지 스캐너가 필요하다.
표면 플라즈마 공명법은 1㎠의 표면에 약 1011 정도의 탐침 DNA가 고정화되어 있어야만 검출이 가능하므로 감도가 좋지 않다는 문제점이 있다.
전기화학적 방법은 검출 방법이 간단하고 저가형 측정장치를 사용하며 검출 방법이 간단하지만, 감도가 좋지 않다는 문제점이 있다.
DNA 검출방법에 대하여 개시된 선행 기술 문헌으로는, DNA 탐침으로 광화학 반응을 이용하는 방법(PCT 특허공개번호 WO 9984813호 A1 19990826 참조) 등이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체분자를 검출하는데 사용되는 나노하이브리드 입자의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 제작이 간단하고 적은 시간과 비용으로 간단하게 생체분자를 검출할 수 있는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 적은 시간과 비용으로 간단하게 생체분자를 검출할 수 있는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제작이 간단하고 적은 시간과 비용으로 간단하게 생체분자를 검출할 수 있는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 자력에 반응하는 코어 입자와 상기 코어 입자의 주위에 코팅하거나 흡착할 나노입자를 준비하는 단계와, 상기 코어 입자와 상기 나노입자에 대하여 전구간의 pH에 대한 제타포텐셜을 측정하는 단계와, 상기 코어 입자와 상기 나노입자에 대하여 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 조사하는 단계와, 상 기 코어 입자와 상기 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 갖도록 상기 코어 입자와 상기 나노입자가 혼합될 용액의 pH를 적정하는 단계와, 상기 코어 입자와 상기 나노입자를 상기 용액에 혼합하여 상기 나노입자가 상기 코어 입자 주위에 코팅되거나 흡착된 나노하이브리드 입자를 형성하는 단계와, 자력을 이용하여 나노하이브리드 입자를 포집하는 단계와, 포집된 나노하이브리드 입자를 건조하여 나노하이브리드 입자 분말을 얻는 단계를 포함하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 자력에 반응하는 코어 입자 및 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 포함하며, 상기 나노하이브리드 입자는 생체분자와 반응하여 생체분자가 혼성화된 생체 복합 입자를 형성하고, 상기 생체 복합 입자는 자성체에 반응하는 특성을 갖는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 자력에 반응하는 코어 입자와, 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 준비하는 단계와, 생체분자를 상기 나노하이브리드 입자에 반응시켜 혼성화시키는 단계와, 자력을 이용하여 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 추출하는 단계와, 추출된 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 자력을 이용한 분석장치를 이용하여 분석하는 단계를 포함하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 기판과, 자력에 반응하는 코어 입자와 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자에 생체분자가 혼성화된 생체복합 입자 또는 생체분자를 담을 수 있도록 상기 기판의 전면에 구비되고, 가로 및 세로 방향으로 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 생체분자 담지셀과, 상기 기판의 전면에 가로 또는 세로 방향으로 배열된 자력변화감지 배선과, 기판의 후면에 상기 자력변화감지 배선과 수직한 방향으로 배열된 자력발생 배선을 포함하며, 상기 자력변화감지 배선과 상기 자력발생 배선이 교차하는 영역은 각각 상기 생체분자 담지셀에 대응하도록 구비되는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
생체분자의 검출 및 분석은 특정 유전자의 검색 및 염기서열 분석, 바이러스, 병원성 미생물의 감염 여부 판정 등 생물학 연구나 의료진단, 시약탐색, 법의학 등에 있어 매우 중요하다.
종래의 생체분자 분석법들은 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 많은 인력이 필요하며, 고가의 장비가 필요하기 때문에 새로운 생체분자 분석법이 요구되고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 나노입자가 코팅(또는 흡착)된 철(Fe) 산화물에 타겟(target) 생체분자를 고정시켜 자성체의 자성 특성을 측정함으로써 생체분자 분석 공정을 단순화하고, 짧은 시간에 분석을 마칠 수 있는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기, 생체분자 검출방법 및 생체분자 검출용 분석장치를 제시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노하이브리드 입자를 개략적으로 도시한 도면들이고, 도 1c 및 도 1d는 나노하이브리드 입자에 생체분자가 고정된 모습을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체분자 검출기는 나노하이브리드 입자(100)를 포함하며, 상기 나노하이브리드 입자(100)는 자력에 반응하는 코어 입자(110)와, 코어 입자(110)의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자(120)를 포함한다. 나노하이브리드 입자(100)는 생체분자(130)와 반응하여 생체분자(130)가 혼성화(hybridization)된 생체 복합 입자(200)를 형성하며, 생체 복합 입자(200)는 전자기력에 반응하는 특성을 갖는다. 상기 생체분자(130)는 나노입자(120)에 고정(immobilized) 또는 혼성화된다. 상기 코어 입자(110)는 자성체에 반응하는 산화철계 물질인 γ-Fe2O3 또는 Fe3O4 등 일 수 있다. 상기 나노입자(120)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 아연(Zn) 등의 금속 나노입자 또는 산화실리콘(SiO2) 등일 수 있다. 도 1a는 금(Au) 등의 금속 나노입자(120)가 코어 입자(110) 주위에 흡착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 1c는 금속 나노입자(120)에 생체분자가 고정된 모습을 보여주는 도면이다. 도 1b는 산화실리콘(SiO2)(120)이 코어 입자(110) 주위에 코팅된 모습을 보여주는 도면이고, 도 1d는 산화실리콘(SiO2)(120)에 생체분자가 고정된 모습을 보여주는 도면이다.
이하에서, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn)과 같은 금속 나노입자(nanoparticle)는 특허출원 제10-2003-0037065호 '전기분해법을 이용한 금속나노입자 제조방법'에 의하여 제조할 수도 있고, 일반 상용화된 금속나노입자를 이용하여도 무방하다.
이하에서는 코어 입자 주위에 나노입자가 코팅 또는 흡착된 형태를 갖는 나노하이브리드 입자를 제조하는 방법을 설명한다.
용액에 분산되어 있거나 부유되어 있는 입자는 입자표면의 표면극성기의 해리와 이온의 흡착에 의하여 전기적으로 음극 또는 양극으로 대전하고 있다. 따라서, 입자 주변에는 계면전하를 중화하기 위하여 과잉으로 존재하는 반대부호를 갖는 이온과 소량의 동부호를 갖는 이온이 확산적으로 분포하고 있으며, 계면으로부터 전기적 포텐셜을 보이며 완만한 포텐셜 구배를 가지고 있다. 따라서, 전하를 띤 입자에는 상대이온이 흡착되어 상대적으로 움직이지 않은 층(stern layer)이 형성되고, 상대이온과 극성 액체 분자들이 이온 확산층(diffused layer)에서 정상상태 배열(steady-state configuration)를 갖는 농도 구배를 보인다. 용액에서 전하를 띤 입자는 외부에서 가해준 전기장에 반응하여 일정한 속도를 가지고 움직이게 되는데 이 속도를 전기영동속도(electrophoretic velocity)라고 부른다. 이러한 전기 장에 의하여 입자가 전기영동하는 동안 이중층(double layer)에서 슬립이 일어나는 유체역학적 면이 나타나게 되는데, 즉 입자가 이동할 때 압축된 고정층(stern layer)은 파티클과 같이 움직이게 되지만, 이온확산층은 액상과 같이 움직인다. 이러한 경계면(shear plane)에서 미끄러지는 면이 생기고, 이 경계면에서의 전기적인 포텐셜을 제타포텐셜(zeta-potential)이라 한다.
용액의 한 부분에 전기장을 가해줌에 따라 그 결과 발생하는 입자의 유동 속도(drift velocity)를 측정함으로써 입자의 이동도와 제타포텐셜이 측정될 수 있다. 제타포텐셜은 pH와 전해액의 농도의 함수이며, pH와 전해액 농도의 증가에 의하여 대체적으로 감소하며, 계면활성제와 같은 물질의 첨가에 의하여 영향을 받는다. pH가 높아질수록 제타포텐셜은 일반적으로 점점 값이 작아져서 결국 마이너스 값을 갖게 된다. 제타포텐셜이 0(zero)이 되는 pH를 등전점(isoelectric point; iP)이라 한다. 입자와 표면 또는 입자와 입자 사이의 제타포텐셜이 같은 부호이면 서로 반발력이 작용하고, 다른 부호이면 인력이 작용한다.
도 2는 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)의 pH에 따른 제타포텐셜을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 금(Au)의 제타포텐셜이 0(zero)이 되는 pH, 즉 등전점은 pH 2.1로서, pH 2.1 이하에서는 제타포텐셜이 양의 값을 갖는다. γ-산화철(γ-Fe2O3)의 제타포텐셜은 pH 1.6까지는 음의 값을 갖는다. 따라서, pH 2.1 이하에서는 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖기 때문에 인력 이 작용하여 혼성화(hybridization)가 일어날 수 있다.
이하에서, pH와 제타포텐셜을 이용하여 나노하이브리드 입자를 제조하는 방법을 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 코어 입자와 코팅(또는 흡착)할 나노입자에 대하여 전구간의 pH에 대한 제타포텐셜(zeta-potential)을 측정한다. pH의 전구간에 대하여 제타포텐셜을 조사함으로서, 코어 입자와 코팅할 나노입자 사이에 반응이 가능한 영역(pH 구간)을 파악하기 위함이다. 코어 입자는 자성체에 반응하는 γ-산화철(γ-Fe2O3), 산화철(Fe3O4) 등일 수 있고, 코팅할 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 산화실리콘(SiO2) 등일 수 있다.
코어 입자는 γ-산화철(γ-Fe2O3)이고, 코팅할 나노입자는 금(Au)일 경우, γ-산화철(γ-Fe2O3)은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 pH가 1.6 보다 클 때에는 음의 제타포텐셜값을 갖고, 금(Au)은 pH가 2.1 보다 클 때에는 음의 제타포텐셜값을 갖고 pH가 2.1 보다 작을 때에는 양의 제타포텐셜값을 갖는다.
코어 입자와 코팅할 나노입자에 대하여 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 조사한다. 코어 입자와 코팅할 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 가는 영역에서는 서로 인력이 작용하므로, 코어 입자와 코팅할 나노입자가 반응하여 나노하이브리드 입자를 형성할 수 있다. 코어 입자가 γ-산화철(γ-Fe2O3)이고, 코팅할 나노입자가 금(Au)일 경우, pH 2.1 이하에서는 금(Au)과 γ-산화철(γ- Fe2O3)의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는다.
코어 입자와 코팅할 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 갖도록 코어 입자와 코팅할 나노입자가 혼합될 용액(예컨대, 탈이온수)의 pH를 적정한다. pH는 염산(HCl), 수산화나트륨(NaOH) 등을 이용하여 조절할 수 있으며, 코어 입자와 코팅할 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 가는 pH 구간값을 갖도록 적정한다. 코어 입자가 γ-산화철(γ-Fe2O3)이고, 코팅할 나노입자가 금(Au)일 경우, 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖도록 pH를 2.1 이하가 되도록 염산(HCl), 수산화나트륨(NaOH) 등을 이용하여 조절한다.
코어 입자와 코팅할 나노입자를 혼합한다. 상기 pH 적정에 의하여 코어 입자와 코팅할 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH로 설정되어 있으므로, 코어 입자와 코팅할 나노입자는 서로 인력이 작용하여 혼성화가 일어나며, 코팅할 나노입자는 코어 입자를 중심으로 코팅 또는 흡착되게 된다. 금(Au)(120)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)(110)이 반응하여 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)를 형성하는 모습을 도 3에 도시하였다.
자석을 이용하여 나노하이브리드 입자를 포집한다. 코어 입자는 자성체에 반응하는 성질을 갖고 있으며, 코어 입자와 코팅할 나노입자가 혼성화되어 생성된 나노하이브리드 입자도 코어 입자에 의해 여전히 자기적 특성을 유지하고 있으므로 자성체(자석)에 의해 포집될 수가 있다. 예컨대, 코어 입자가 γ-산화철(γ-Fe2O3) 이고 코팅할 나노입자가 금(Au)일 경우, γ-산화철(γ-Fe2O3)은 여전히 자기적 특성을 유지하고 있다.
자석에 의해 포집된 나노하이브리드 입자를 건조하여 나노하이브리드 입자 분말을 얻는다.
파장(wavelength)에 따른 흡광도(absorbance)를 측정하여 pH에 따라 코팅할 나노입자가 코어 입자에 반응하는 정도를 관찰하여 도 4에 나타내었다.
도 4는 파장(wavelength)에 따른 흡광도(absorbance)를 측정한 그래프이다. 도 4는 코팅할 나노입자로서 금(Au)을 사용하고, 코어 입자로서 γ-산화철(γ-Fe2O3)을 사용한 경우로서, 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)을 반응시킨 후 생성된 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)를 제거하고 잔류하는 금(Au) 나노입자의 자외선-가시광선 분광(UV-visible spectrometry)을 측정한 그래프이다. 도 4에서 (a)는 pH 1.74에서 반응시킨 경우이고, (b)는 pH 2.28에서 반응시킨 경우이며, (c)는 pH 6.39에서 반응시킨 경우이고, (d)는 pH 9.66에서 반응시킨 경우이다.
도 4를 참조하면, pH 1.74에서 반응시킨 경우에는 흡광도가 거의 0(zero)의 값을 가지며, pH가 2.28, 6.39, 9.66으로 증가함에 따라 흡광도가 높아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)의 제타포텐셜이 같은 부호를 지니는 pH 영역(도 4에서 (b), (c), (d)의 경우에 해당)에서는 금(Au)이 거의 γ-산화철(γ-Fe2O3)에 코팅(또는 흡착)되지 않으나, 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 지니는 영역(도 4에서 (a)에 해당)에서는 전량의 금(Au)이 반응하였다는 것을 알 수 있다.
도 5는 X-레이 회절 패턴(X-ray diffraction patterns)을 도시한 그래프이다. 도 5에서, (a)는 γ-산화철(γ-Fe2O3), (b)는 금(Au), (c)는 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자의 X-레이 회절 패턴을 각각 나타낸다. 금(Au)은 앞서 상술한 전기분해법을 이용하여 얻은 것을 사용하였고, γ-산화철(γ-Fe2O3)은 나노페이즈 테크사(NanoPhase Tech. Co.)의 상업용 분말(commercial powder)를 사용하였다.
도 5를 참조하면, 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)의 강도(intensity)가 피크(peak)를 이루는 부분에서 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자도 피크를 이루고 있음을 알 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope; 이하 'TEM'이라 함) 사진이다. 도 6a 내지 도 6c는 금(Au)과 γ-산화철(γ-Fe2O3)을 이용하여 pH 1.74에서 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자를 제조하여 찍은 TEM 사진이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 금(Au)의 평균 입자 크기(mean particle size)는 7nm이고, γ-산화철(γ-Fe2O3)의 평균 입자 크기는 20nm인 것으로 측정되 었다. 도 6a 내지 도 6c에서 나타난 바와 같이, 코어 입자인 γ-산화철(γ-Fe2O3) 입자에 금(Au)이 코팅(또는 흡착)되어 있음을 알 수 있다.
이하에서, 생체분자를 나노하이브리드 입자에 고정(또는 혼성화)시키는 방법을 설명한다.
먼저, 생체분자를 용액(예컨대, 탈이온수)에 용해시킨다.
상기 생체분자는 나노하이브리드 입자가 금/γ-산화철(Au/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자 또는 금/산화철(Au/Fe3O4) 나노하이브리드 입자일 경우에는 글루타치온(glutathione; GSH), 렉틴(lectin), 단백질 A(protein A), HIV 바이러스(HIV virus), 탄저균(anthrax) 등과 같은 생체분자일 수 있다.
또한, 나노하이브리드 입자가 은/γ-산화철(Ag/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자 또는 은/산화철(Ag/Fe3O4) 나노하이브리드 입자일 경우에 상기 생체분자는 유린 단백질(urine protein) 등일 수 있다.
또한, 나노하이브리드 입자가 산화실리콘/γ-산화철(SiO2/γ-Fe2O3) 나노하이브리드 입자 또는 산화실리콘/산화철(SiO2/Fe3O4) 나노하이브리드 입자일 경우에 상기 생체분자는 리소자임(lysozyme), 소혈청 알부민(bovine serum albumin) 등일 수 있다.
위에서 열거한 경우 이외에도, 나노하이브리드 입자와 반응하여 고정(혼성화)될 수 있는 생체분자들은 모두 포함될 수 있음은 물론이다.
생체분자가 용해된 탈이온수에 나노하이브리드 입자를 혼합시킨다. 생체분자 는 나노하이브리드 입자에 혼성화되게 된다. 일 예로서 DNA와 같은 생체분자는 일반적으로 메르캅토기(-SH)를 갖는 티올 그룹(thiol group)을 포함하여 이루어져 있으며, 용매(용액)에 용해된 생체분자의 메르캅토기(-SH)는 코어 입자 주위에 코팅된 금(Au)과 반응하게 되는데, 이를 아래의 반응식 1에 나타내었다.
RSH(solv)＋Au(s)⇔RSAu(s)＋H2(solv)
반응식 1에서 R은 탄화수소기를 의미한다. 탈이온수에 용해된 DNA는 금(Au)과 티올 반응이 일어나 코어 입자 주위에 코팅된 금(Au)에 고정(또는 혼성화)되게 된다. 도 7은 DNA와 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)가 반응하여 생체 복합 입자를 이루는 모습을 보여주는 도면이다.
다른 예로서 코어 입자 주위에 코팅된 나노 입자가 SiO2일 경우, 생체분자는 탄화수소기를 포함하는 물질이며, 상기 생체분자는 용액 내에서 코어 입자 주위에 코팅된 산화실리콘(SiO2)의 표면기인 Si-OH와 반응하게 되는데, 이를 아래의 반응식 2에 나타내었다.
SiOH(s)＋R(solv)⇔SiOR'(s)
반응식 2에서 R 및 R'은 제1 및 제2 탄화수소기를 의미한다.
코어 입자 주위에 코팅된 나노 입자가 SiO2일 경우의 구체적인 예로서, 생체 분자가 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane; 이하 'APTES'라 함)이고, APTES가 나노하이브리드 입자(SiO2/γ-Fe2O3)와 반응하여 생체 복합 입자를 이루는 경우를 도 8에 개략적으로 나타내었다. 산화실리콘(SiO2)의 표면기인 Si-OH와 APTES가 도 8에 나타낸 바와 같이 커플링 반응을 하게 된다.
생체분자와 나노하이브리드 입자가 혼성화된 입자를 자력을 이용하여 포집한다. 코어 입자는 자성체에 반응하는 성질을 갖고 있으며, 생체분자가 고정된 나노하이브리드 입자도 코어 입자에 의해 여전히 자기적 특성을 유지하고 있으므로 자력에 의해 포집될 수가 있다. 예컨대, 코어 입자가 γ-산화철(γ-Fe2O3)이고 코팅할 나노입자가 금(Au)일 경우, 생체분자가 고정된 나노하이브리드 입자는 γ-산화철(γ-Fe2O3)에 의해 여전히 자기적 특성을 유지하고 있다.
포집된 입자를 건조시킨다. 상기 건조는 상온에서 이루어질 수 있다.
도 9는 글루타치온(glutachione; 이하 'GSH'라 함)의 농도에 따른 흡광도(absorbance)를 측정한 그래프이다. 도 9는 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)에 GSH를 고정(또는 혼성화)시킨 생체분자-나노하이브리드 입자에 디티오니트로 벤젠(Dithionitrobenzene; 이하 'DTNB'라 함)을 반응시켜 생성된 2-니트로-5-티오벤조익산(2-nitro-5-thiobenzoic acid)의 흡광도를 자외선-가시광선(UV-visible) 영역에서 측정한 결과이다.
도 9를 참조하면, GSH는 DTNB와 반응하여 노란색의 부산물을 만든다. GSH의 농도를 변화시키면서 DTNB의 반응 정도를 특정 파장의 흡수도를 측정함으로써 반응한 GSH의 농도를 흡수도에 대하여 정량화한 것으로서, GSH의 농도가 증가함에 따라 흡수도도 증가한다는 것을 알 수 있다.
표 1은 나노하이브리드 입자(Au/γ-Fe2O3)에 GSH를 고정된(immobilized) GSH의 양을 나타낸 표이다.
Au(mg) Au/γ-Fe2O3(mg) 흡수된(absorbed) GSH(mM) GSH/(Au/γ-Fe2O3) 매트릭스(mM/g) GSH/Au(mM/g)
2.3 12.3 18.22 1.48 7.92
4.6 14.6 46.20 3.16 10.04
6.9 16.9 78.74 4.66 11.41
10.6 20.6 138.61 6.73 12.05
이하에서, 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법을 설명한다.
먼저, 자력에 반응하는 코어 입자와, 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 준비한다. 다음에, 생체분자를 상기 나노하이브리드 입자에 반응시켜 혼성화(hybridization)(또는 고정(immobilization))시킨다. 이어서, 자력(자석)을 이용하여 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 추출하거나 분석한다. 추출된 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 분석장치를 이용하여 분석한다. 상기 분석장치는 입자 크기를 측정할 수 있고 입자 구조를 관찰할 수 있는 TEM, 흡광도를 측정할 수 있는 분광기(spectrometer), X-레이 회전 패턴을 관찰할 수 있는 X-레이, 플럭스게이트(fluxgate) 센서 등일 수 있다. 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 추출한 후, 상기 생체분자와 반응하는 항원(antigen) 또는 항체(antibody)에 투입하여 항원·항체 반응을 관찰하여 분석할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의할 경우, 철(Fe) 산화물(γ-Fe2O3 또는 Fe3O4)에 나노입자를 코팅(또는 흡착)하여 나노하이브리드 입자를 만들고, 상기 나노하이브리드 입자에 타겟(target) 생체분자를 고정시켜 자성체의 자성 특성을 측정함으로써 생체분자 분석 공정을 단순화하고, 짧은 시간에 분석을 마칠 수 있다. 나노하이브리드 입자에 생체분자를 고정시켜 분리 정제(또는 추출)할 수도 있으며, 타겟 생체분자가 고정된 나노하이브리드 입자를 바이오칩으로 이용할 수도 있다. 예를 들면, 금(Au)이 증착된 유리판에 실제 항원(antigen)을 고정시키고, 타겟 생체분자가 나노하이브리드 입자에 혼성화된 생체 복합 입자와 상기 항원과의 혼성화를 자기력 현미경(magnetic force microscope)으로 측정할 수 있다. 상기 자기력 현미경과 같은 외부적인 측정 장치 외에도 각종 자기저항, AC(alternating current), DC(direct current) 또는 도 10a와 같이 설계된 플럭스게이트(fluxgate) 센서(자력을 이용한 생체분자 검출장치)를 이용하여 간편하게 측정할 수 있으며, 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노하이브리드 입자가 바이오칩으로서 실용 가능성이 있음을 보여주는 것이다.
도 10a 내지 도 10d는 생체분자 검출용 분석장치를 개략적으로 도시한 도면들이다. 도 10a는 생체분자 검출용 분석장치의 레이아웃(layout)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10b는 도 10a의 'A' 영역을 확대하여 도시한 도면이며, 도 10c는 도 10b의 일정 부분 영역을 절단하여 도시한 도면이고, 도 10d는 도 10b의 Ⅰ-Ⅰ' 단면을 보여주는 도면이다. 이하에서, 도 10a 내지 도 10d와 같이 설계된 플럭스게이트(fluxgate) 센서(생체분자 검출용 분석장치)를 설명한다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 유리, 폴리머 등과 같은 기판(210)을 준비하고, 기판(210)을 선택적으로 식각하여 생체분자 또는 생체복합 입자를 담을 수 있는 구덩이(220)(이하, '생체분자 담지셀'이라 함)들을 형성한다. 이때, 생체분자 담지셀(220)들이 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배열된 매트릭스(matrix) 형태를 이루도록 구현한다. 즉, 하나의 생체분자 담지셀(220)이 주변의 다른 생체분자 담지셀(220)과 동일한 간격으로 이격되도록 형성하고, 이렇게 형성된 생체분자 담지셀(220)들이 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배열되도록 형성한다.
생체분자 담지셀(220)이 형성된 기판(210)의 전면에 금속막을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 가로 또는 세로 방향으로 배열된 자력변화감지 배선(230b)들을 형성한다. 상기 금속막은 금(Au) 또는 알루미늄막(Al) 등과 같은 금속막일 수 있다. 금속막으로 구리(Cu)를 사용할 경우, 다마신(damascene) 공정을 이용하여 자력변화감지 배선(230b)을 형성할 수도 있다. 즉, 자력변화감지 배선(230b)이 형성될 영역 패턴(예컨대, 트렌치)을 형성한 후에 구리막을 증착하고 화학기계적 연마하여 자력변화감지 배선(230b)을 형성할 수 있다.
상술한 실시예에서는 생체분자 담지셀(220)을 형성한 후에 자력변화감지 배선(230b)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 자력변화감지 배선(230b)을 형성한 후에 생체분자 담지셀(220)을 형성할 수도 있음은 물론이다.
자력변화감지 배선(230b)은 각 생체분자 담지셀(220)을 둘러싸는 n각형(n≥4) 또는 원 형태로 구현하고 각 생체분자 담지셀(220) 사이의 구간은 직선 형태로 구현할 수 있다. 이때, 자력변화감지 배선(230a)의 턴수(turn)는 1 이상이 되도록 한다.
생체분자 담지셀(220)이 형성된 기판(210)의 후면에 금속막을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 자력변화감지 배선(230b)과 수직한 방향으로 배열된 자력발생 배선(230a)을 형성한다. 상기 금속막은 금(Au) 또는 알루미늄막(Al) 등과 같은 금속막일 수 있다. 금속막으로 구리(Cu)를 사용할 경우, 다마신(damascene) 공정을 이용하여 자력발생 배선(230a)을 형성할 수도 있다. 즉, 자력발생 배선(230a)이 형성될 영역 패턴(예컨대, 트렌치)을 형성한 후에 구리막을 증착하고 화학기계적 연마하여 자력발생 배선(230a)을 형성할 수 있다.
자력발생 배선(230a)이 이루는 궤도의 중심부는 생체분자 담지셀(220)의 중심부에 대응되도록 형성한다. 자력발생 배선(230a)은 각 생체분자 담지셀(220)에 대응되는 부분은 n각형(n≥4) 또는 원 형태로 구현하고 각 생체분자 담지셀(220)에 대응되는 부분 이외의 구간은 직선 형태로 구현할 수 있다. 이때, 자력발생 배선(230a)의 턴수(turn)는 1 이상이 되도록 한다.
자력변화감지 배선(230b)과 자력발생 배선(230a)이 교차하는 각각의 영역은 각 생체분자 담지셀(220)에 대응하고, 이와 같은 교차 영역은 규칙적으로 배열되어 전체적으로 매트릭스 형태를 이루게 된다.
상술한 실시예에서는 자력변화감지 배선(230b)을 자력발생 배선(230a) 보다 먼저 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 자력발생 배선(230a)을 형성한 후에 자력변화감지 배선(230b)을 형성할 수도 있음은 물론이다.
각 자력발생 배선(230a)은 전기분급 수단(240a)에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 또한, 각 자력변화감지 배선(230b)도 전기분급 감지수단(240b)에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 전기분급 수단(240a)은 전기 발생수단(260)에 연결되고, 전기분급 감지수단(240b)은 자력변화 감지수단(250)에 연결된다.
이와 같이 매트릭스 형태로 배치된 각각의 자력발생 배선(230a)과 자력변화감지 배선(230b)에 전기적 신호를 인가하여 감지하고자 하는 생체분자 담지셀(220)의 선택을 수행할 수 있다.
이와 같이 제작된 플럭스게이트 센서를 이용하여, 생체분자 담지셀(220)에 실제 항원(antigen)들을 담고, 용매에 분산된 타겟 생체분자가 나노하이브리드 입자에 혼성화된 생체 복합 입자를 각 생체분자 담지셀(220)에 담겨진 항원에 투여하여 항원과의 혼성화를 유도하여 목적하는 타겟 생체분자를 항원·항체 반응을 이용하여 고정화시킬 수 있다. 자력발생 배선(230a)과 자력변화감지 배선(230b)을 통하여 자력을 측정하고, 전기분급 수단(240a), 전기발생 수단(260), 전기분급 감지수단(240b), 자력변화 감지수단(250)을 통하여 셀의 위치를 파악하게 된다. 이를 통해 각각의 생체분자 담지셀(220)에 여러 종류의 항원을 투입한 경우, 각각의 항원·항체 반응에 따라 각종 생체분자의 종류를 파악할 수 있다.
또한, 여러 생체분자가 혼합된 용액 내에서 특정 생체분자를 감지하는 방법은 다음과 같다. 우선 기지(旣知)의 생체분자가 나노하이브리드 입자에 혼성화된 생체 복합 입자를 특정 생체분자를 포함한 여러 생체분자가 혼합된 용액 내에 혼합시키면, 특정 생체분자와 기지의 생체분자가 나노하이브리드 입자에 혼성화된 생체 복합 입자 간의 양끝단의 반응에 의해 고정화된다. 이를 기지의 항원이 담겨진 생체분자 담지셀(220)에 유동시킨 후 고정화시키면, 특정 생체분자가 고정화된 시스템을 얻을 수 있다. 이와 같이 자력을 이용한 생체분자 검출용 분석장치를 이용하여 여러 생체분자가 혼합된 용액 내에서 특정 생체분자만을 감지할 수가 있다.
본 발명의 의한 생체분자 검출기는 타겟 생체분자와 탐침 생체분자 간의 혼성화를 이용하여 자성을 측정함으로서 정량분석하는데 적용할 수 있으며, 항원-항체 반응을 이용하는 생체분자 검출 등에 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체분자 검출은 혼성화된 DNA를 추출하고 증폭하는 과정이 필요없고, 비접촉방식이며, 별도의 마커(marker)를 첨가할 필요가 없으므로 칩 제작이 단순하고 높은 감도를 갖는다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (31)

  1. 자력에 반응하는 코어 입자와 상기 코어 입자의 주위에 코팅하거나 흡착할 나노입자를 준비하는 단계;
    상기 코어 입자와 상기 나노입자에 대하여 전구간의 pH에 대한 제타포텐셜을 측정하는 단계;
    상기 코어 입자와 상기 나노입자에 대하여 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 조사하는 단계;
    상기 코어 입자와 상기 나노입자의 제타포텐셜이 서로 반대 부호를 갖는 pH 구간을 갖도록 상기 코어 입자와 상기 나노입자가 혼합될 용액의 pH를 적정하는 단계;
    상기 코어 입자와 상기 나노입자를 상기 용액에 혼합하여 상기 나노입자가 상기 코어 입자 주위에 코팅되거나 흡착된 나노하이브리드 입자를 형성하는 단계;
    자석을 이용하여 나노하이브리드 입자를 포집하는 단계; 및
    포집된 나노하이브리드 입자를 건조하여 나노하이브리드 입자 분말을 얻는 단계를 포함하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 생체분자를 탈이온수에 용해시키는 단계;
    상기 생체분자가 용해된 탈이온수에 나노하이브리드 입자를 혼합시켜 상기 생체분자를 상기 나노하이브리드 입자에 혼성화하는 단계; 및
    상기 생체분자와 상기 나노하이브리드 입자가 혼성화된 생체 복합 입자를 자석을 이용하여 포집하는 단계를 더 포함하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코어 입자는 산화철계 물질인 γ-Fe2O3 또는 Fe3O4인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 산화실리콘(SiO2)인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이며, 상기 생체분자는 글루타치온(glutathione), 렉틴(lectin), 중금속 이온(heavy metal ion), 칼륨 이온(potassium ion), 단백질 A(protein A), HIV 바이러스(HIV virus) 또는 DNA인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이고, 상기 생체분자는 메르캅토기(-SH)를 갖는 티올 그룹(thiol group)을 포함하여 이루어져 있으며, 상기 생체분자의 메르캅토기(-SH)는 코어 입자 주위에 코팅된 금(Au)과 아래의 반응식에 따라 반 응하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
    반응식
    RSH＋Au⇔RSAu＋H2 (R은 탄화수소기임).
  7. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 은(Ag)이며, 상기 생체분자는 유린 단백질(urine protein)인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이며, 상기 생체분자는 리소자임(lysozyme) 또는 소혈청 알부민(bovine serum albumin)인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이고, 상기 생체분자는 탄화수소기를 포함하는 물질이며, 상기 산화실리콘(SiO2)의 표면기인 Si-OH가 상기 생체분자와 아래의 반응식에 따라 반응하는 것을 특징으로 하는 생체분자 검출용 나노하이브리드 입자의 제조방법.
    반응식
    SiOH＋R⇔SiOR'(R 및 R'은 제1 및 제2 탄화수소기임)
  10. 자력에 반응하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 포함하며,
    상기 나노하이브리드 입자는 생체분자와 반응하여 생체분자가 혼성화된 생체 복합 입자를 형성하고, 상기 생체 복합 입자는 자성체에 반응하는 특성을 갖는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 나노입자와 반응하여 상기 나노입자에 혼성화되는 생체분자를 더 포함하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 코어 입자는 산화철계 물질인 γ-Fe2O3 또는 Fe3O4인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  13. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 산화실리콘(SiO2)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  14. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이며, 상기 생체분자는 글루타치온(glutathione), 렉틴(lectin), 단백질 A(protein A), HIV 바이러스(HIV virus) 또는 DNA인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  15. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이고, 상기 생체분자는 메르캅토기(-SH)를 갖는 티올 그룹(thiol group)을 포함하여 이루어져 있으며, 상기 생체분자의 메르캅토기(-SH)는 코어 입자 주위에 코팅된 금(Au)과 아래의 반응식에 따라 반응하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
    반응식
    RSH＋Au⇔RSAu＋H2 (R은 탄화수소기임)
  16. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 은(Ag)이며, 상기 생체분자는 유린 단백질(urine protein)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  17. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이며, 상기 생체분자는 리소자임(lysozyme) 또는 소혈청 알부민(bovine serum albumin)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
  18. 제10항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이고, 상기 생체분자는 탄화수소기를 포함하는 물질이며, 상기 산화실리콘(SiO2)의 표면기인 Si-OH가 상기 생체분자와 아래의 반응식에 따라 반응하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출기.
    반응식
    SiOH＋R⇔SiOR'(R 및 R'은 제1 및 제2 탄화수소기임)
  19. 자력에 반응하는 코어 입자와, 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자를 준비하는 단계;
    생체분자를 상기 나노하이브리드 입자에 반응시켜 혼성화시키는 단계;
    자력을 이용하여 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 추출하는 단계; 및
    추출된 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 자력을 이용한 분석장치를 이용하여 분석하는 단계를 포함하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 생체분자가 혼성화된 나노하이브리드 입자를 추출한 후, 상기 생체분자와 반응하는 항원(antigen) 또는 항체(antibody)에 투입하여 항원·항체 반응을 관찰하여 분석하는 단계를 더 포함하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 코어 입자는 산화철계 물질인 γ-Fe2O3 또는 Fe3O4인 것을 특징으로 하는 생체분자 검출기를 이용한 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 산화실리콘(SiO2)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이며, 상기 생체분자는 글루타치온(glutathione), 렉틴(lectin), 단백질 A(protein A), HIV 바이러스(HIV virus) 또는 DNA인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 금(Au)이고, 상기 생체분자는 메르캅토기(-SH)를 갖는 티올 그룹(thiol group)을 포함하여 이루어져 있으며, 상기 생체분자의 메르캅토기(-SH)는 코어 입자 주위에 코팅된 금(Au)과 아래의 반응식에 따라 반응하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
    반응식
    RSH＋Au⇔RSAu＋H2 (R은 탄화수소기임).
  25. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 은(Ag)이며, 상기 생체분자는 유린 단백질(urine protein)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  26. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이며, 상기 생체분자는 리소자임(lysozyme) 또는 소혈청 알부민(bovine serum albumin)인 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
  27. 제19항에 있어서, 상기 나노입자는 산화실리콘(SiO2)이고, 상기 생체분자는 탄화수소기를 포함하는 물질이며, 상기 산화실리콘(SiO2)의 표면기인 Si-OH가 상기 생체분자와 아래의 반응식에 따라 반응하는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출방법.
    반응식
    SiOH＋R⇔SiOR'(R 및 R'은 제1 및 제2 탄화수소기임)
  28. 기판;
    자력에 반응하는 코어 입자와 상기 코어 입자의 주위에 코팅되거나 흡착된 나노입자를 포함하는 나노하이브리드 입자에 생체분자가 혼성화된 생체복합 입자 또는 생체분자를 담을 수 있도록 상기 기판의 전면에 구비되고, 가로 및 세로 방향으로 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 생체분자 담지셀;
    상기 기판의 전면에 가로 또는 세로 방향으로 배열된 자력변화감지 배선; 및
    기판의 후면에 상기 자력변화감지 배선과 수직한 방향으로 배열된 자력발생 배선을 포함하며,
    상기 자력변화감지 배선과 상기 자력발생 배선이 교차하는 영역은 각각 상기 생체분자 담지셀에 대응하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 자력변화감지 배선은, 각 생체분자 담지셀을 둘러싸는 n각형(n≥4) 또는 원 형태로 구비되고, 그 턴수(turn)는 적어도 1이 되며, 각 생체분자 담지셀 사이의 구간은 직선 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 자력발생 배선은, 그 궤도의 중심부가 생체분자 담지셀의 중심부에 대응되고, 각 생체분자 담지셀에 대응되는 부분은 n각형(n≥4) 또는 원 형태로 구비되며, 그 궤도는 턴수(turn)는 적어도 1이 되고, 각 생체분자 담지셀에 대응되는 부분 이외의 구간은 직선 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 자력변화감지 배선과 상기 자력발생 배선이 교차하는 영역인 상기 생체분자 담지셀에서의 자력변화를 감지할 수 있도록, 상기 자력발생 배선은 전기분급 수단과 전기 발생수단에 전기적으로 연결되고, 상기 자력변화감지 배선은 전기분급 감지수단과 자력변화 감지수단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 나노하이브리드 입자를 이용한 생체분자 검출용 분석장치.
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