KR100785655B1 - Self-assembled monolayers prepared by using a aminocalixarene derivatives, and protein chip using the self-assembled monolayers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물을 이용하여 유리나 금 기질 등의 고체기질에 단분자 층으로 제조되는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 및 그를 이용하여 아미노캘릭스아렌 유도체의 단분자층 표면에 단백질이 단백질 외부에 있는 이온성 혹은 수소결합성 작용기의 비가역적인 이온/분자인식에 의해 고정화되어, 모든 종류의 단백질을 단백질의 변성 없이 용액상에서 직접적으로 단분자층의 표면에 고정화되어 제조되는 단백질 칩 및 그의 제조방법에 관한 것이다. According to the present invention, a compound of the aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared as a monomolecular layer on a solid substrate such as a glass or a gold substrate using the compound of Formula 1 or Formula 2, and the protein on the surface of the monomolecular layer of the aminocalixarene derivative using the same Protein chips prepared by immobilization by irreversible ion / molecular recognition of ionic or hydrogen-bonding functional groups external to the protein, and immobilized on the surface of the monomolecular layer directly in solution without denatured protein It is about.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112005066532371-pat00001
Figure 112005066532371-pat00001

(식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R'1, R'2, R'3, R'4, R'5, R'6, R'7 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 및 C6H5 은 페닐기로 정의됨)). Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R ' 1 , R' 2 , R ' 3 , R' 4 , R ' 5 , R' 6 , R ' 7 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = -SH, -CHO, -COOH, -NH 2 , and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined as phenyl groups).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112005066532371-pat00002
Figure 112005066532371-pat00002

(식 중, R1, R'1, R2, R'2, R3, R'3, R4, R'4, R5, R'5, R6, R'6, R7, R'7, R8 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 및 C6H5 은 페닐기로 정의됨)). Wherein R 1 , R ' 1 , R 2 , R' 2 , R 3 , R ' 3 , R 4 , R' 4 , R 5 , R ' 5 , R 6 , R' 6 , R 7 , R ' 7 , R 8 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = -SH, -CHO, -COOH, -NH 2 , and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined as phenyl groups).

아미노캘릭스아렌 유도체, 단백질 칩 Aminocalixarene derivatives, protein chips

Description

아미노캘릭스아렌 유도체를 이용하여 제조된 자기조립단분자층 및 상기 자기조립단분자층을 이용하여 제조되는 단백질 칩{SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS PREPARED BY USING A AMINOCALIXARENE DERIVATIVES, AND PROTEIN CHIP USING THE SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS}SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS PREPARED BY USING A AMINOCALIXARENE DERIVATIVES, AND PROTEIN CHIP USING THE SELF-ASSEMBLED MONOLAYERS}

도 1 은 논문(Langmuir,1996년, Vol 12, pp 5338-5342)에 발표된 방법에 따라 아민 슬라이드 글래스를 제조하는 모식도이다.1 is a schematic diagram of preparing an amine slide glass according to the method published in the paper (Langmuir, 1996, Vol 12, pp 5338-5342).

도 2 는 제조된 아민 슬라이드 글래스와 아미노캘릭스아렌 유도체와의 화학결합에 의해 제조되는 아미노캘릭스아렌 유도체 자기조립 단분자층의 모식도이다. FIG. 2 is a schematic diagram of an aminocalixarene derivative self-assembled monolayer prepared by chemical bonding between the prepared amine slide glass and an aminocalixarene derivative.

도 3 은 아미노캘릭스아렌 유도체로서 화학식 1 과 화학식 2 의 유도체 중 티올기가 부착된 유도체가 금 기질 위에서 형성하는 자기조립 단분자층의 제조과정을 보여주는 모식도이다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process for preparing a self-assembled monomolecular layer in which a thiol group attached derivative of a derivative of Formula 1 and Formula 2 is an aminocalixarene derivative.

도 4 는 본 발명에서 제안한 단백질 칩을 보여주는 모식도로서, 아미노캘릭스아렌 유도체가 단분자층으로 자기조립되어있는 금 혹은 유리슬라이드 등의 고체기질 표면에 아무런 화학적 변화를 가하지 않은 무변성 단백질 용액을 도포하면, 단백질이 암모늄 이온인식 및 구아니딘기 등의 수소결합 가능한 작용기의 분자인식에 의해 고체기질의 표면에 자발적으로 고정화되어 이론적 최고밀도로 빈자리 없이 단백질이 고정화되어 형성되는 단백질 단분자층, 즉 단백질 칩을 제조하는 신기술 을 보여주고 있으며 실제 실험결과는 도 6 에 나타낸 바와 같다. Figure 4 is a schematic diagram showing the protein chip proposed in the present invention, when the amino acid solution is applied to a denatured protein solution without any chemical change on the surface of the solid substrate, such as gold or glass slide self-assembled into a monolayer, New technology to manufacture protein monolayer, that is, protein chip, in which protein is spontaneously immobilized on the surface of solid substrate by molecular recognition of hydrogen bondable functional groups such as ammonium ion recognition and guanidine group, so that protein is immobilized without vacancy at theoretical maximum density. The actual experimental results are as shown in FIG. 6.

도 5 는 본 발명에서 제안한 단백질 고정화에 의한 단백질 단분자층, 즉 단백질 칩 제조 중 단백질의 고정화시에 아미노캘릭스아렌 유도체의 내부에 단백질의 암모늄기 또는 알기닌 등의 수소결합이 가능한 말단기가 인식될 때, 나머지 빈자리를 암모늄이온 등의 양이온이 채워서 단백질의 고정화가 진행되는 것을 나타내는 모식도이다. Figure 5 shows the protein monomolecular layer by protein immobilization proposed in the present invention, that is, when the end group capable of hydrogen bonding such as an ammonium group or arginine of the protein in the aminocalixarene derivative during immobilization of the protein during protein chip production, the rest It is a schematic diagram which shows that immobilization of a protein advances by filling a vacancy with a cation, such as ammonium ion.

도 6 은 실시예 3에 따라 항체 단백질 고정화시, NH4 +의 이온농도에 따라 단백질의 고정화 속도가 영향을 받는다는 것을 보여주는 실제 실험결과이며, 본 발명이 NH4 + 이온 200 ~ 400 mM 에서 최고밀도로, 그리고 10-30 분 정도의 단시간 안에 초고속으로 단백질이 고정화되어 단백질칩을 제조할 수 있는 신기술임을 보여주는 결과이다. 고정화된 단백질의 밀도는 형광부착된 항원을 결합시켜 확인하였으며, 도 7 에서 보이는 이론적 최고밀도의 형광감도와 비교하여 이론적 최고밀도에 가깝게 단백질 고정화가 진행된다는 것을 보여주는 결과이다.Figure 6 is an actual experimental result showing that the immobilization rate of the protein is affected by the ion concentration of NH 4 + , when the antibody protein immobilization according to Example 3, the present invention is the highest density at 200 ~ 400 mM NH 4 + ion The result is a new technology that can manufacture protein chips by immobilizing proteins at high speed in a short time of 10-30 minutes. The density of the immobilized protein was confirmed by binding the fluorinated antigen, and the result shows that the protein immobilization proceeds closer to the theoretical maximum density compared with the fluorescence sensitivity of the theoretical highest density shown in FIG. 7.

도 7 은 본 발명에서 실시예 3 에 따라 자발적인 단백질 고정화를 수행한 결과인 도 6 에 기재된 결과를 고정화된 단백질 이론적 최고밀도의 결과와 비교 분석하기 위하여, 최고밀도의 단백질과 결합되는 양의 2 배, 1 배 및 0.5 배의 형광부착된 항원을 동일한 공간에 도포한 뒤 말려서 측정한 형광감도이다. 도 6 에서 암모늄이온 400 mM 을 이용하여 1 시간에 측정된 결과가 1 배의 형광 부착된 항원 을 사용한 경우의 형광감도와 거의 동일한 수준으로 나타나서, 초고속 그리고 고밀도로 단백질 고정화가 진행되었다는 것을 보여 주는 실제실험 결과이다.FIG. 7 is twice the amount combined with the protein of highest density in order to compare and analyze the result of FIG. 6, which is the result of spontaneous protein immobilization according to Example 3, with the result of immobilized protein theoretical highest density. , Fluorescence sensitivity measured by drying after 1x and 0.5x fluorinated antigen in the same space. In FIG. 6, the results measured at 1 hour using 400 mM of ammonium ion appeared almost the same as the fluorescence sensitivity when using 1-fold fluorescent antigen, indicating that protein immobilization proceeded at a very high speed and high density. Experimental results.

도 8 은 본 발명의 아미노캘릭스아렌 유도체 자기조립단분자층에서의 단백질 고정화가 단백질의 외부에 노출된 라이신 등의 말단기에 존재하는 아민, 즉 암모늄이온과 단백질의 N-말단, 즉 아민말단기 등에 부착된 암모늄이온이 비가역적으로 이온인식되어 궁극적으로 단백질을 고정화시킨다는 것을 보여주기 위해, 아민작용기가 부착된 아민화합물과 단백질 간의 경쟁반응을 진행하여 아민화합물의 농도에 따라 단백질의 고정화가 방해받는다는 것을 보여주는 모식도이다.8 shows amines present in the terminal groups such as lysine exposed to the outside of the protein, in which the protein immobilization in the aminocalixarene derivative self-assembled monolayer of the present invention, that is, the ammonium ion and the N-terminus of the protein, ie, the amine terminal In order to show that the attached ammonium ion is irreversibly ion-recognized and ultimately immobilizes the protein, a competition reaction between the amine compound to which the amine functional group is attached and the protein is performed, which impedes the immobilization of the protein according to the concentration of the amine compound. It is a schematic diagram showing.

도 9 는 실시예 5 에 따라 진행된 실험결과이며, 본 발명의 아미노캘릭스아렌 유도체 자기조립단분자층에서 단백질을 고정화시킬 때, 라이신, 벤질아민 등의 암모늄기가 부착된 화합물은 고정화되는 단백질과 이온인식을 경쟁적으로 수행하여 실제 단백질의 고정화 속도를 감소시키는 반면, 완충용액에서 암모늄이온이 아닌 아민상태로 존재하는 아닐린과 같은 방향족아민은 아미노캘릭스아렌 내부에 인식되지 않아 경쟁반응을 진행하지 않는다는 것을 보여주는 경쟁반응 결과이다. 수소결합을 잘하는 알기닌 말단에 부착된 구아니딘 작용기를 이용하여 이러한 경쟁반응을 수행하는 경우에도 단백질 고정화 속도가 감소되는 결과를 얻을 수 있어서, 본 발명에서 제안된 단백질 단분자층 제조기술은 암모늄이온, 수소결합 등의 이온인식/분자인식 등이 함께 작용하여 무변성 단백질을 아미노캘릭스아렌 단분자층(단백질칩 기판)에 고정화한 단백질 단분자층을 형성하는 것임을 보여준다.9 is an experimental result according to Example 5, when the protein is immobilized in the aminocalixarene derivative self-assembled monolayer of the present invention, a compound with an ammonium group, such as lysine and benzylamine, is immobilized to the protein and ion recognition While competing to reduce the rate of immobilization of the actual protein, competition shows that aromatic amines such as aniline, which are present in the amine as non-ammonium ions in the buffer, are not recognized inside the aminocalixarene and do not undergo a competitive reaction. Reaction result. Even when this competition reaction is carried out using a guanidine functional group attached to an arginine terminal having good hydrogen bonding, the protein immobilization rate can be reduced. Therefore, the proposed protein monolayer layer production technique of ammonium ion, hydrogen bonding, etc. It is shown that ion recognition / molecular recognition of the C-D-H-M-C may work together to form a protein monolayer in which an immutable protein is immobilized on an aminocalixarene monolayer (protein chip substrate).

도 10 은 형광판독을 위하여, 항체 단백질과 결합되는 항원 단백질에 Cy-5( 텔레켐,미국) 형광물질을 부착시키는 모식도이다.  10 is a schematic diagram of attaching a Cy-5 (Telechem, USA) fluorescent material to the antigenic protein bound to the antibody protein for fluorescence reading.

본 발명은 아미노캘릭스아렌 유도체를 이용하여 제조된 자기조립단분자층, 이에 이온인식 혹은 분자인식을 이용하여 단백질을 단분자층으로 고정화하는 방법 및 그를 이용하여 제조된 단백질 칩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물을 이용하여 유리나 금 기질 등의 고체기질에 단분자 층으로 제조하는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 그의 표면에 항원, 항체 등의 단백질, 특히 10 kD 이상의 분자량을 가진 단백질을 분자인식에 의해 단분자층의 표면에 고밀도로 고정화하는 방법 및 상기 단백질의 고정화에 의해 제조되는 단백질 칩(protein chip)에 관한 것이다. The present invention relates to a self-assembled monomolecular layer prepared using an aminocalixarene derivative, a method of immobilizing a protein into a monomolecular layer using ion recognition or molecular recognition thereto, and a protein chip prepared using the same. More specifically, the present invention provides an aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared as a monomolecular layer on a solid substrate such as glass or a gold substrate using a compound of Formula 1 or Formula 2, and proteins such as antigens and antibodies on its surface, particularly 10 kD. The present invention relates to a method of immobilizing a protein having the above molecular weight on the surface of a single molecule layer by molecular recognition and a protein chip produced by immobilization of the protein.

생명현상의 발생 및 분화는 단백질-단백질, 단백질-리간드(혹은 약물), 항원-항체, 효소-기질 등의 기능적인 상호작용에 의해서 조절되어진다. 따라서 특정 단백질이나 리간드와 특이적으로 상호 작용하는 생체분자의 기능이나 역할을 밝히는 연구는 생명과학, 보건 및 의료분야 등에서 주된 과제가 되고 있다. 이러한 다양한 단백질들을 하나의 고체기질, 즉 칩 상에 고정화하고, 단백질-단백질 혹은 단백질-리간드 간의 상호작용을 측정하기 위해, 다수의 단백질을 동일 칩 상에 고정화한 단백질 칩이 많이 연구되고 있다.  The occurrence and differentiation of life phenomena is controlled by functional interactions of protein-proteins, protein-ligands (or drugs), antigen-antibodies, enzyme-substrates, and the like. Therefore, researches on the function or role of biomolecules that specifically interact with specific proteins or ligands have become a major challenge in the life sciences, health and medical fields. In order to fix these various proteins on one solid substrate, that is, a chip, and to measure protein-protein or protein-ligand interaction, many protein chips immobilized on the same chip have been studied.

특히, 효소, 항원, 항체 등을 고체기질에 고정화하는 방법은 단백질을 이용 하여 질병을 판단하는 진단 키트 등, 다양한 단백질을 사용하여 제품화하는 분야에서 가장 기초적인 기반기술이 된다. 예를 들어 진단에서 많이 사용되고 있는 효소면역측정법(Enzyme-Linked Immunoassay, EIA)은 특정한 단백질 혹은 병원(病原)이 되는 특이 단백질을 분석하기 위하여 항체를 플라스틱으로 제조된 96-마이크로타이터 웰(96 microtiter well)의 바닥에 물리흡착시키거나 혹은 항체 외부에 존재하는 다양한 작용기를 플라스틱의 표면에 존재하는 작용기와 화학결합시키는 방식에 의해 항체를 고정화시켜 제품을 제조하고, 여기에 혈청 내에 존재하는 특정 항원을 반응시킨 후, 이차항체-효소 결합체를 이용하여 발색 및 형광분석 등으로 항원의 농도를 측정하여 진단하는 방식으로서, 상기 방식을 이용한 다양한 질병 진단용 키트가 시중에서 판매되고 있다.  In particular, the method of immobilizing enzymes, antigens, antibodies, etc. on a solid substrate is the most basic technology in the field of using a variety of proteins, such as diagnostic kits for determining diseases using proteins. For example, Enzyme-Linked Immunoassay (EIA), which is widely used in diagnosis, is a 96-microtiter well (96 microtiter) in which antibodies are made of plastic to analyze specific proteins or specific proteins that are pathogenic. The product is prepared by immobilizing the antibody by physisorption at the bottom of the well or by chemically bonding various functional groups present on the outside of the antibody with the functional groups on the surface of the plastic, and the specific antigen present in the serum After the reaction, as a method of diagnosing by measuring the concentration of the antigen by color development and fluorescence analysis using a secondary antibody-enzyme conjugate, various disease diagnosis kits using the above method are commercially available.

이러한 물리흡착이나 화학결합 방식 외에도 스트렙토에버딘이라는 단백질을 바이오틴이 화학결합된 고체기질 상에 바이오틴과 스트렙토에버딘간의 결합에 의해 고정화시킨 후, 스트렙토에버딘에 존재하는 바이오틴 부착위치에 바이오틴이 결합된 항체 등의 단백질을 바이오틴-스트렙토에버딘간의 결합력에 의해 고정화시키는 방식 등이 알려져 있다. In addition to the physical adsorption or chemical binding method, a protein called streptoberdine is immobilized on the solid substrate to which biotin is chemically bonded by biotin and streptoberdine, and then biotin is bound to the biotin attachment site in streptoberdine. The method of immobilizing proteins, such as an antibody, by the binding force between biotin and streptoberdine is known.

기존에 사용하던 물리흡착 방식이나 화학결합 방식, 및 최근에 사용되기 시작한 바이오틴-스트렙토에버딘 결합력을 이용한 방식 등의 단백질 고정화 기술에서 나타나고 있는 문제점은 다음과 같다.  Problems appearing in the protein immobilization technology, such as the conventional physical adsorption method, chemical bonding method, and the method using the biotin-streptoberdine binding force recently used as follows.

1. 고정화 밀도 : 단백질 고정화 기술에서 가장 많은 노력이 기울여지고 있는 분야이나 현재까지도 고정화를 위해 사용되는 다양한 종류의 단백질들이 용액상 에서 도포된 전체공간을 빈 공간 없이 완전히 단백질로 덮을 정도의 고밀도로 고정화된, 즉 단백질 단분자층 수준의 고정화가 가능한 단백질 칩 제조기술이 거의 발표되지 않고 있다. 표면의 고정화된 단백질의 밀도가 완전한 수준의 단분자층을 이루는 밀도(항체인 경우 1.1-1.4 ㎍/cm2)가 되지 않으면, 여러 가지의 단백질이 고정화되어 있는 고체기질의 표면 중 단백질로 덮이지 않아 노출된 고체기질의 표면, 즉 빈 공간에는 정해진 항원이 항체에 고정화되지 않고 고체기질이 그대로 노출된 표면에 비특이적인 고정화가 진행되는 현상 또는 고정화된 항체의 양이 적어서 결합된 항원의 양이 적게 나타나고 결과적으로 미량 단백질 분석 혹은 정량적인 판독이 어려워지는 문제점 등이 나타나고 있다. 1. Immobilization Density: The area where most efforts are being made in protein immobilization technology, but various kinds of proteins used for immobilization are immobilized at such a high density that the entire space applied in solution is completely covered with protein without empty space. In other words, little technology has been published for the production of protein chips capable of immobilizing protein monolayers. If the density of the immobilized protein on the surface is not the density of the monolayer (1.1-1.4 ㎍ / cm 2 in the case of antibodies) of the complete level, the various proteins are not covered with the protein on the surface of the solid substrate immobilized Nonspecific immobilization occurs on the surface of a solid substrate, that is, a fixed antigen is not immobilized on the antibody and the surface where the solid substrate is exposed as it is, or a small amount of immobilized antibody results in a small amount of bound antigen. The problem is that trace protein analysis or quantitative reading becomes difficult.

2. 재현성 : 단백질을 고정화하여 진단 및 연구 등에 사용되는 제품화를 하는데 가장 중요한 기술로서, 수종-수십종의 단백질을 고정화했을 때 고정화된 단백질이 동일한 수준의 고정화 밀도 및 활성을 나타내어야 정확한 진단결과를 획득할 수 있다. 하지만, 현재 사용되고 있는 단백질 고정화 기술은 고체 기질 상에서 물리흡착이나 화학결합, 혹은 바이오틴-스트렙토에버딘 결합방식 등을 사용하는 것으로서, 대부분이 단백질과 특정 작용기와의 반응을 필요로 하고, 여러 번의 불완전한 반응을 진행하면 고정화되는 단백질이 동일한 밀도로 동일한 활성을 유지할 수가 없게 되어, 동일한 농도의 항원 단백질과 반응하여도 동일한 결과를 보이지 못하는 문제점을 가지고 있다. 즉, 기존 기술로 단백질을 고정화하여 제조된 단백질 칩은 제품화가 가능한 수준의 재현성을 확보하는데 많은 문제점을 가지고 있다. 2. Reproducibility: The most important technology for immobilization of proteins to be used for diagnosis and research. When immobilized dozens of dozens of proteins, immobilized proteins must show the same level of immobilization density and activity for accurate diagnosis. Can be obtained. However, currently used protein immobilization techniques use physisorption, chemical bonding, or biotin-streptoberdine binding on solid substrates, most of which require reactions between proteins and specific functional groups, and several incomplete reactions. Proceed with the problem that the immobilized protein can not maintain the same activity at the same density, even if reacted with the same concentration of antigen protein does not show the same result. In other words, protein chips prepared by immobilizing proteins using existing techniques have many problems in ensuring reproducibility at a level that can be commercialized.

3. 초고속 고정화 : 고정화시에는 용액상에서 고체기질의 표면으로 고정화가 진행되는데 용액상에 단백질이 녹아 있는 경우 시간이 흐름에 따라 용액상에서 단백질의 활성이 점진적으로 감소하는 경향을 나타낸다. 하지만 고정화된 후에는 활성감소가 거의 없기 때문에 고정화시의 활성 감소를 최소화하기 위하여 1 시간 이내에 고정화를 완전하게 수행하는 초고속 고정화가 가능한 고체기질의 개발이 필요하나 아직까지 개발된 예가 거의 없다. 3. Ultra-fast immobilization: Immobilization proceeds from the solution phase to the surface of the solid substrate. When the protein is dissolved in the solution, the activity of the protein gradually decreases over time. However, since immobilization hardly decreases after immobilization, in order to minimize the decrease in activity during immobilization, it is necessary to develop a solid substrate capable of ultrafast immobilization which completely performs immobilization within 1 hour, but few examples have been developed so far.

4. 극미량 단백질 분석기술 : 현재까지 알려진 단백질 고정화 기술을 이용하여 분석가능한 항원 단백질 등의 농도가 수 ng/㎖ 수준에 머물고 있어서, 그 이하 농도로 존재하는 단백질에 대한 정량적인 분석이 가능한 진단용 제품이 개발되지 못하고 있다. 수 ng/㎖ 이하 농도의 단백질도 정량적으로 분석이 가능한 기술이 개발되면, 기존기술로는 분석이 불가능하던 새로운 암표지 단백질 등의 발굴이 가능하며, 동시에 암표지 단백질의 농도가 미량일 때에도 측정이 정량적으로 진행되어 조기진단 및 질병예방을 가능하게 하는 신개념의 진단용 단백질 칩 개발이 가능할 것으로 예측되고 있으나, 현재까지는 개발되지 못하고 있다. 4. Ultra trace protein analysis technology: By using the protein immobilization technology known to date, the concentration of the antigenic protein, etc., which can be analyzed remains at the level of several ng / ml, and a diagnostic product capable of quantitative analysis of the protein present at a lower concentration is available. It is not developed. When a technology that can quantitatively analyze proteins with concentrations of several ng / ml or less is developed, it is possible to discover new cancer marker proteins that cannot be analyzed using existing technologies. It is predicted that the development of a new concept of protein chips for quantitative progress and early diagnosis and disease prevention is possible, but has not been developed until now.

5. 변성 없는 단백질 고정화 : 단백질 고정화 밀도, 즉 고정화되는 단백질의 개수가 일정한 수치 내에서 동일하게 유지되는 재현성을 확보하고, 동일한 단백질의 개수가 고정화된 경우에도 단백질의 활성이 일정오차 내인 동일한 수준에서 고정화를 진행하려면 제어가 가능한 용액상에서 고정화가 진행되어야 하고, 이를 위해서는 단백질의 활성에 문제를 일으킬 가능성이 있는 화학결합 단계가 불필요한 단백질이 용액상에서 아무런 화학적 조작 없이 직접 고정화되는 기술의 개발이 필수적이다. 그러나, 본 연구진이 수년 전에 발표한 크라운화합물을 이용한 기술 외에는 아직 무변성 단백질 고정화 기술이 개발되지 못하고 있어서, 작용기 부착을 필요로 하지 않는 단백질 고정화 기술의 개발이 필요하다.5. Protein immobilization without denaturation: protein immobilization density, ie, the reproducibility that the number of proteins to be immobilized remains the same within a certain value, and even if the number of identical proteins is immobilized at the same level within which the activity of the protein is within a certain error In order to proceed with immobilization, immobilization must be performed in a controllable solution. Therefore, it is essential to develop a technology in which a protein that does not need a chemical bonding step that may cause a problem of protein activity is directly immobilized in the solution without any chemical manipulation. However, in addition to the technology using the crown compound published several years ago by the researchers, no denatured protein immobilization technology has yet been developed. Therefore, it is necessary to develop a protein immobilization technology that does not require functional group attachment.

6. 장기보존 기술 : 단백질은 3 내지 6 개월 정도의 장기간 보존시에는 활성이 상당폭 감소되는데, 그 감소폭이 일정하지 않아서 제품화에 많은 문제점을 가지고 있다. 이러한 장기보존시에도 동일한 진단결과를 얻기 위해서, 최근 단백질칩 연구회 등에서 제안되는 기술은 주로 단백질을 빈 공간 없이 고밀도로 고정화하여, 단백질이 저밀도로 고정화될 때 혹은 물리흡착으로 고정화될 때 나타나는 고체기질에 비특이적 인력에 의해 고정화된 단백질이 표면으로 끌리게 되는 현상, 즉 단백질의 형태를 유지하기가 어려워져서 나타나는 단백질 활성위치의 변성에 의한 활성감소를 최소화하는 기술개발, 즉 빈 공간 없는 고밀도 고정화가 가능한 단백질 칩 제조기술의 개발이 필요하다는데 연구방향이 일치되고 있다.6. Long-term preservation technology: protein is significantly reduced in activity during long-term storage of about 3 to 6 months, the reduction is not constant, there are many problems in the commercialization. In order to obtain the same diagnosis result even in long-term preservation, the technique proposed by the recent protein chip research group mainly fixes the protein to high density without empty space, and thus is applied to the solid substrate that appears when the protein is fixed at low density or by physical adsorption. Development of technology that minimizes the phenomenon that the immobilized protein is attracted to the surface by non-specific attraction, that is, the deactivation caused by the degeneration of the protein active site due to difficulty in maintaining the shape of the protein, that is, the protein chip capable of high-density immobilization without empty space There is a need for development of manufacturing technology, and the research direction is in agreement.

본 발명의 목적은 기존의 다양한 단백질 고정화 방법에서 발생하는 문제점 중 제품화를 어렵게 하는 제품의 재현성 문제를 해결하기 위하여, 단백질 고정화 밀도의 균일성 확보 및 동일 활성유지를 위한 빈 공간 없는 고밀도 고정화기술을 제공하는 것이다. 추가로 용액상에서 고정화가 진행될 때 용액상에서 시간이 지남에 따라 단백질의 활성이 감소되어 고정화 후에도 단백질의 활성이 동일하지 않아서 나타나는 판독결과 불균일성 문제를 해결하는 기술을 제공하는 것이다. 추가로 단백질의 활성을 나타내는 활성위치는 주로 수소결합에 의해 유지되는데 화학결합시 수소결합력보다 강력한 고체기질과의 화학결합력에 의해 활성위치 변성이 일어나 나타나는 활성감소에 의한 활성 불균일성 문제를 해결하고, 동시에 극미량의 단백질도 정량적으로 분석이 가능하게 하는 신개념의 무변성 단백질 고정화기술을 제공하는 것이며, 상기 기술들이 접목되어 제품화를 가능하게 하는 재현성 있는 단백질칩을 개발하는데 필수적인 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 그를 이용하여 제조되는 단백질 칩 및 관련기술을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a high-density immobilization technology without empty space for ensuring the uniformity of protein immobilization density and maintaining the same activity in order to solve the problem of reproducibility of the product which makes it difficult to commercialize among the problems occurring in the existing various protein immobilization method It is. In addition, as the immobilization proceeds in solution, the activity of the protein decreases over time in the solution, thereby providing a technique for solving the problem of non-uniformity in readings, which occurs because the activity of the protein is not the same after immobilization. In addition, the active site showing the activity of the protein is mainly maintained by hydrogen bonding, which solves the problem of activity non-uniformity caused by the decrease in activity caused by the change in activity site caused by chemical bonding force with a solid substrate that is stronger than the hydrogen bonding force. It provides a new concept of denatured protein immobilization technology that enables the analysis of very small amount of protein quantitatively, and the aminocalaxarene derivative monolayer, which is essential for developing a reproducible protein chip that can be commercialized by combining the above technologies, is used. To provide a protein chip and related technology to be produced.

추가로, 본 발명의 목적은 상기화합물을 아민 작용기가 부착된 유리기질(아민 슬라이드 글래스), 실리콘웨이퍼, 용융실리카(fused silica) 혹은 금 기질 등에 부착함으로서 모든 종류의 단백질이 아무런 가공과정 없이 10 ~ 800 mM 농도의 양이온이 포함된 용액상에서 30 분 내지 1 시간 정도의 짧은 시간 내에 초고속으로, 그리고 고밀도로 고체기질에 고정화하여 단백질 단분자층을 제조할 수 있는 아미노캘릭스아렌 유도체의 단분자층을 제공하는 것이다. In addition, it is an object of the present invention by attaching the compound to glass substrates (amine slide glass), silicon wafers, fused silica or gold substrates with amine functional groups, and all kinds of proteins without any processing 10 ~ To provide a monomolecular layer of an aminocalixarene derivative which can be immobilized on a solid substrate at a high speed and high density in a short time of about 30 minutes to 1 hour on a solution containing a cation of 800 mM concentration to prepare a protein monolayer.

추가로 본 발명의 목적은 모든 종류의 단백질이 아무런 변성과정 없이 빽빽하게 고밀도 및 초고속으로 고정화되는 단백질 단분자층, 즉 단백질 칩과 그의 제조기술을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide a protein monolayer, ie, protein chip and its manufacturing technology, in which all kinds of proteins are densely fixed at high density and high speed without any denaturation.

단백질이 아무런 가공과정 없이 30 분 내지 1 시간 이내에 초고속으로 고정화되는 자기조립단분자층 제조에 필수적인 아미노캘릭스아렌 유도체는 하기 화학식 1 혹은 2 의 구조를 가지는 화합물이다. The aminocalixarene derivative, which is essential for the preparation of self-assembled monolayers in which proteins are immobilized at high speed within 30 minutes to 1 hour without any processing, is a compound having the structure of Formula 1 or 2.

Figure 112005066532371-pat00003
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(식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R'1, R'2, R'3, R'4, R'5, R'6, R'7 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 및 C6H5 는 페닐기로 정의됨)). Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R ' 1 , R' 2 , R ' 3 , R' 4 , R ' 5 , R' 6 , R ' 7 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = —SH, —CHO, —COOH, —NH 2 , and —C 6 H 4 — and C 6 H 5 are defined as phenyl groups).

Figure 112005066532371-pat00004
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(식 중, R1, R'1, R2, R'2, R3, R'3, R4, R'4, R5, R'5, R6, R'6, R7, R'7, R8 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 및 C6H5 는 페닐기로 정의됨)). Wherein R 1 , R ' 1 , R 2 , R' 2 , R 3 , R ' 3 , R 4 , R' 4 , R 5 , R ' 5 , R 6 , R' 6 , R 7 , R ' 7 , R 8 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = —SH, —CHO, —COOH, —NH 2 , and —C 6 H 4 — and C 6 H 5 are defined as phenyl groups).

본 발명의 화학식 1 및 2 의 화합물은 하기 화학식 3의 물질을 출발물질로 하여 합성할 수 있다.Compounds of formulas (1) and (2) of the present invention can be synthesized using starting materials of the following formula (3).

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상기 화학식 3 의 테트라아미노캘릭스[4]아렌은 캘릭스[4]아렌 (calix[4]- arene)을 하기 참고문헌 1 의 방법에 따라 테트라니트로캘릭스[4]아렌으로 변환한 뒤 환원반응에 의해서 합성한다 [참고문헌 1: Journal of Organic Chemistry, 1990년 Vol 55, pp 5639-5643; Journal of Organic Chemistry, 1979년 Vol 44, pp 1233-1238].The tetraaminocalix [4] arene of Formula 3 is converted to tetranitrocalix [4] arene according to the method of Reference 1 below by reducing the calligraphy [4] arene (calix [4] arene) [Reference 1: Journal of Organic Chemistry, 1990 Vol 55, pp 5639-5643; Journal of Organic Chemistry, 1979 Vol 44, pp 1233-1238].

본 발명은 상기 화학식 1 및 화학식 2 의 화합물을 금 기질 또는 아민 작용기등의 화학결합이 가능한 작용기가 부착된 유리, 실리콘웨이퍼, 용융석영 등의 고체기질에 부착하여 제조한 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 및 이에 모든 종류의 단백질을 고밀도로 고정화시킨 단백질 단분자층, 즉 단백질 칩 제조기술을 제공하는 것이다. The present invention is an aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared by attaching a compound of Formula 1 and Formula 2 to a solid substrate such as glass, silicon wafer, molten quartz, etc., with a functional group capable of chemical bonding such as a gold substrate or an amine functional group, And to provide a protein monolayer, that is, protein chip manufacturing technology to immobilize all kinds of proteins at high density.

도 1 은 고체기질에 아미노캘릭스아렌 유도체를 부착하기 위해 다양한 작용기를 고체기질에 도입하는 방법 중 하나로서 아민 작용기를 유리 슬라이드 글래스에 도입하는 방법을 보여주고 있으며, 이를 제조하는 구체적인 방법은 다음과 같 다.   1 shows a method of introducing various functional groups into a solid substrate in order to attach an aminocalixarene derivative to a solid substrate, and shows a method of introducing an amine functional group into a glass slide glass. same.

아민 작용기가 부착된 유리기질(유리 슬라이드 글래스)은 논문(Langmuir, 1997년 Vol 13, pp 4305-4308; Langmuir,1996년 Vol 12, pp 5338-5342)에 발표된 방법에 따라 실라놀(-Si-OH) 작용기가 표면에 풍부한 유리기질의 표면에 화학반응을 통하여 아민 말단기를 가진 유리기질(아민 슬라이드 글래스, 혹은 아민 칩)형태로 제조하였다. Glass substrates with amine functionality (glass slide glass) were prepared using silanol (-Si) according to the method published in Langmuir (1997 Vol 13, pp 4305-4308; Langmuir, 1996 Vol 12, pp 5338-5342). -OH) functional group was prepared in the form of a glass substrate (amine slide glass, or amine chip) having an amine end group through a chemical reaction on the surface of the glass substrate rich in the surface.

도 2 는 본 발명에서 제안된, 단백질을 고정화하여 단백질 단분자층을 제조하는데 사용되는 고체기질 중 하나인 아민슬라이드 글래스에 화학식 1, 화학식 2 의 유도체 중 알데히드 작용기를 가진 화합물을 부착하는 방법을 보여주고 있다. 화학식 1, 화학식 2 의 화합물을 0.1 내지 5 mM 농도로 녹인 클로로포름과 THF의 혼합용액(CHCl3 : THF = 9 : 1)에 아민 작용기가 부착된 유리기질, 즉 아민 슬라이드 글래스를 넣어둔다. 1 내지 5 시간 뒤 클로로포름과 아세톤, 에탄올 순으로 세척한 후 건조시키면, 도 2 와 같은 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층이 완성된다. 단분자층의 생성은 표면반사 적외선 분광분석법을 이용하여 확인한다. 여기에 사용되는 유리기질은 일반적으로 시판되는 모든 종류의 슬라이드 글래스 혹은 유리이다. 단백질과 같은 생체물질은 대부분 PH가 7 내지 8 사이의 완충용액에 녹여서 제조하기 때문에, 이러한 용도로 사용할 때에는 아미노캘릭스아렌 유도체가 아민 슬라이드 글래스와 이민결합된 상태로 사용하여도 문제가 없다는 연구결과를 확인하였다. 장기간 사용을 요하는 제품개발시에는 유도체가 고체기질 에 결합된 이민결합을 잘 알려진 환원반응인 BH3/THF, 혹은 NaBH4 가 1-3 % 로 녹아있는 THF 혹은 메탄올 용매에서 1-5 분정도 담구어 이민을 아민작용기로 환원시키는 반응을 이용하여 고체기질과 아민결합된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층을 제조하여 사용한다. FIG. 2 shows a method for attaching a compound having an aldehyde functional group in a derivative of Formula 1 or 2 to an amine slide glass, which is one of the solid substrates used to prepare a protein monolayer by immobilizing a protein proposed in the present invention. . A glass substrate having an amine functional group, that is, an amine slide glass, is placed in a mixed solution of chloroform and THF (CHCl 3 : THF = 9: 1) in which the compounds of Formula 1 and Formula 2 are dissolved at a concentration of 0.1 to 5 mM. After 1 to 5 hours, washed with chloroform, acetone, and ethanol, and then dried, and the aminocalixarene derivative monolayer as shown in FIG. 2 is completed. The formation of monolayers is confirmed using surface reflection infrared spectroscopy. Glass substrates used here are generally all kinds of slide glass or glass commercially available. Most biomaterials, such as proteins, are prepared by dissolving pH in buffers between 7 and 8, so it is safe to use aminocalixarene derivatives imine-bonded with amine slide glass when used for this purpose. It was confirmed. When developing products that require long-term use, the derivatives are immobilized to solid substrates for 1-5 minutes in THH or methanol solvents with 1-3% of BH 3 / THF or NaBH 4 , which is a well known reduction reaction. A monomolecular layer of aminocalixarene derivatives amine-bonded with a solid substrate is prepared by using a reaction of reducing guarine imine with an amine functional group.

도 3 은 금 기질 위에서 아미노캘릭스아렌 유도체가 자기조립단분자층으로 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸다. 금 기질에 아미노캘릭스아렌 유도체의 자기조립단분자층을 제조하기 위한 구체적인 방법은 다음과 같다.   3 schematically shows a process in which the aminocalixarene derivative is prepared as a self-assembled monolayer on a gold substrate. A specific method for preparing a self-assembled monolayer of aminocalixarene derivatives on a gold substrate is as follows.

클로로포름 (CHCl3) 등의 유기용매에 화학식 1 또는 2 의 화합물 중 티올 부착된 화합물을 0.1 내지 5 mM 농도로 녹인 용액을 제조한다. 금 기질을 상기 제조된 용액에 넣어 1 내지 5 시간 동안 담근 후 꺼내어 이를 클로로포름 및 아세톤 그리고 물로 각각 세척한 후 건조시키면 도 3 과 같은 아미노캘릭스아렌 유도체의 자기조립 단분자층이 완성된다. 여기에 사용되는 금 기질은 어떤 종류의 금 박막이라도 가능하나 일반적으로 유리, 용융 석영(fused silica), 실리콘 웨이퍼, 플라스틱 기질 등에 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti) 등을 2 내지 10 nm 로 진공증착 시킨 후, 금을 50 내지 200 nm 두께로 진공증착시킨 기질이다. 이렇게 제조된 금 기질은 사용 직전에 피라니아 용액 (Piranha solution : conc.H2SO2 : 30% H2O2 =3:1)에 1 분 정도 담근 뒤, 정제수에서 씻은 후, 질소를 불어주며 말려서 사용하는 것이 일반적이다. 단분자층의 생성은 표면반사 적외선 분광분석법을 이용하여 확인한다. A solution obtained by dissolving a compound attached with a thiol in a compound of Formula 1 or 2 in an organic solvent such as chloroform (CHCl 3 ) at a concentration of 0.1 to 5 mM is prepared. Gold substrate was immersed in the prepared solution for 1 to 5 hours and then taken out, washed with chloroform, acetone and water, respectively, and dried to complete the self-assembled monolayer of aminocalixarene derivatives as shown in FIG. 3. The gold substrate used here may be any kind of gold thin film, but generally, vacuum deposition of 2 to 10 nm of chromium (Cr) or titanium (Ti) on glass, fused silica, silicon wafers, plastic substrates, etc. After the deposition, the substrate was vacuum deposited to a thickness of 50 to 200 nm. The prepared substrate is gold piranha solution immediately prior to use (Piranha solution: conc.H 2 SO 2 : 30% H 2 O 2 = 3: 1), soak for 1 minute, wash in purified water, and dry with blowing with nitrogen. The formation of monolayers is confirmed using surface reflection infrared spectroscopy.

추가로, 본 발명은 아미노캘릭스아렌 유도체 자기조립 단분자층에 단백질의 암모늄기 혹은 알기닌의 구아니딘기의 하나 혹은 그 이상을 이온/분자 인식시켜, 다중 이온/분자 인식에 의한 무변성 단백질 고정화 방법을 제공하는 것이다. In addition, the present invention provides a method for immobilizing denatured protein by recognition of multiple ions / molecules by recognizing one or more of ammonium group of protein or guanidine group of arginine in ion self-assembled monolayer of aminocalixarene derivative will be.

추가로, 본 발명의 고정화 방식은 단백질 고정화를 이용한 모든 종류의 진단용 바이오칩, 연구용 단백질 칩 등을 제조하는, 즉 모든 종류의 단백질 고정화를 이용한 제품의 제조에 기반이 되는 기술로서 현재까지는 세계적으로 비슷한 연구결과조차도 발표된 적이 없는 발명이다. In addition, the immobilization method of the present invention manufactures all kinds of diagnostic biochips, research protein chips, etc. using protein immobilization, that is, a technology based on the production of products using all kinds of protein immobilization. Even results are inventions that have never been published.

도 4 는 본 발명에서 개발된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 항체 단백질이 자발적인 이온/분자 인식에 의해 고정화된 뒤, 고정화된 항체에 Cy-5 형광물질이 부착된 Cy-5-항원결합체(conjuate)를 항원-항체 반응을 통하여 결합시킴으로서, 고정화된 항체 단백질의 밀도와 활성을 확인하는 모식도이다. 4 is a Cy-5-antigen conjugate (conjuate) in which an antibody protein is immobilized by spontaneous ion / molecule recognition on an aminocalixarene derivative monomolecular layer developed in the present invention, and then a Cy-5 fluorescent substance is attached to the immobilized antibody. It is a schematic diagram confirming the density and activity of the immobilized antibody protein by binding to the antigen-antibody reaction.

도 5 는 도 4 의 모식도에서 진행되는 단백질의 고정화시, 아미노캘릭스아렌 유도체의 내부에 단백질의 암모늄기 또는 알기닌 등의 수소결합이 가능한 말단기가 인식될 때, 나머지 빈자리를 암모늄이온 등의 양이온이 채워서 단백질의 고정화가 진행되는 것을 나타내는 모식도이다. Figure 5 is when the immobilization of the protein proceeds in the schematic diagram of Figure 4, when the end group capable of hydrogen bonding, such as the ammonium group or arginine of the protein inside the aminocalix arene derivative, the remaining empty space filled with cations such as ammonium ion It is a schematic diagram which shows that fixation of a protein advances.

도 6 에서 나타내는 결과는 도 4 의 모식도에서 나타낸 바와 같이 C-반응성 단백질(C-reactive protein) (CRP)의 항원(Ag) 및 항체(Ab)를 사용하여 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 고정화를 진행한 실제 연구 결과이다. 이 결과는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에의 단백질의 고정화 속도 및 고정화 밀도, 그리고 고정화된 단백질의 활성까지도 동시에 보여주는 분석결과이다. 단백질의 고 정화는 NH4 + 이온 및 동일한 농도의 항체 단백질[표면에 고정화될 이론적 밀도(1.4 ㎍/cm2)의 3 배, 45 ㎍/㎖ 농도를 각각 3 ㎕씩 도포함]을 사용하여 진행하였다. 그리고, 고정화 시간을 10분, 30분 및 1시간으로 하여, 상기 시간동안 항체 단백질을 고정화하였다. 고정화된 항체단백질과 결합하기에 충분한 양의 형광부착된 항원단백질과 항체단백질이 항원-항체 반응에 의해 1:1 로 결합되게하여 고정화된 항체의 밀도분석을 수행하였다. 형광감도 분석은 스캐너(GSI lite, 미국)를 이용하여 결과를 확인하였다. 분석된 결과에 따르면 NH4 + 이온 0-100 mM 을 이용하여 고정화한 경우에는, 항체단백질 고정화가 1 시간 정도 진행되었을 때 이론적 최대치 형광의 40 % 정도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 반면, NH4 + 이온 400 mM 농도에서 항체단백질을 고정화한 실험 결과에서는, 1 시간에 도 7 에 나타나 있는 이론적 최대치 형광과 거의 동일한 수준을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히 400 mM 농도에서는 30 분 정도의 고정화에서도 이론적 최대치 형광의 약 65% 수준이 나타나며, 이는 30 분에서 1 시간 정도의 단시간 내에 단백질 단분자층 수준으로의 단백질의 고정화가 고밀도로 이루어진다는 것을 보여주는 실제 실험결과이다. 또한, 상기 결과들은 단백질의 작용기들이 인식된 후 나머지 공간을 채워주는 이온의 농도가 높을수록 고정화가 빠르게 진행된다는 것을 보여주는 결과로서, 도 5에 제시된 모식도에서의 이온농도의 효과를 확인시켜주는 실제 연구결과이 다. 다만, 800 mM 농도의 결과는 400 mM 보다 더 낮은 수준으로 나타나는데, 이와 관련하여 고이온 농도에서는 항체 단백질의 활성 위치에 변성이 생겨 활성을 잃어버리는 경우가 많다는 것이 잘 알려진 사실이어서, 도 6에 나타난 800 mM의 결과는 고정화는 빠르게 고밀도로 진행되었지만 고정화된 단백질의 활성이 상당히 감소된 결과로 보인다. 한편, 본 실험에서는 항체 단백질을 아무런 변성 없이 그대로 사용하였다.As shown in the schematic diagram of FIG. 4, the immobilization was carried out on the aminocalixarene derivative monolayer using the antigen (Ag) and the antibody (Ab) of C-reactive protein (CRP). One real study is the result. This result shows the immobilization rate and the immobilization density of the protein in the aminocalixarene derivative monolayer, and the activity of the immobilized protein. High purification of the protein was carried out using NH 4 + ions and the same concentration of antibody protein (3 times the theoretical density to be immobilized on the surface (1.4 μg / cm 2 ) and 3 μl each of 45 μg / ml concentration). It was. The immobilization time was set to 10 minutes, 30 minutes, and 1 hour, and the antibody protein was immobilized during this time. Density analysis of the immobilized antibody was performed by allowing a sufficient amount of the fluorinated antigen protein and antibody protein to bind with the immobilized antibody protein in a 1: 1 manner by an antigen-antibody reaction. Fluorescence sensitivity analysis confirmed the results using a scanner (GSI lite, USA). According to the analysis results, when immobilized using NH 4 + ions 0-100 mM, it was confirmed that the antibody showed about 40% of the theoretical maximum fluorescence when the antibody protein immobilization proceeded for about 1 hour. On the other hand, in the experimental results of immobilizing the antibody at 400 mM concentration of NH 4 + ion, it can be seen that it shows almost the same level as the theoretical maximum fluorescence shown in FIG. In particular, at 400 mM concentration, about 65% of the theoretical maximum fluorescence was observed even after 30 minutes of immobilization, which indicates that the protein was immobilized to a high level of protein monolayer in a short period of 30 minutes to 1 hour. to be. In addition, the results show that the higher the concentration of ions filling the remaining space after the functional groups of the protein is recognized, the faster the immobilization, the actual study confirming the effect of the ion concentration in the schematic diagram shown in FIG. The result is However, the result of the 800 mM concentration is lower than 400 mM, in connection with this, it is well known that high ion concentrations often cause degeneration at the active site of the antibody protein and thus lose activity. The results of 800 mM show that immobilization proceeded rapidly and at high density, but the activity of immobilized proteins was significantly reduced. In the present experiment, the antibody protein was used as it is without any degeneration.

추가로, 본 발명은 무변성 단백질을 사용하여, 초고속으로, 높은 재현성으로, 그리고 최고밀도 수준으로 단백질 단분자층(즉, 단백질 칩)을 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층 위에 생성하여 제조되는 단백질칩 및 그의 제조 기술에 관한 것이다. In addition, the present invention provides a protein chip prepared by producing a protein monolayer (i.e., a protein chip) on an aminocalixarene derivative monolayer by using an invariant protein, at an ultrafast, high reproducibility, and at the highest density level. It's about technology.

도 7 은 최대치로 고정화된 항체 (1.4 ㎍/cm2)와 항원(35 ng/0.0314 cm2, 직경 2 mm 건상 스팟(dry spot), 결합밀도는 1.1 ㎍/cm2)을 1:1 로 결합시킨 후, 동일한 양의 형광부착된 항원을 고체기질에 도포한 뒤 말려서 형광측정한 것과, 각각 그것의 2 배 및 1/2 배를 도포하여 형광밀도를 분석한 실제 실험 결과이다. 상기 실험결과 중 1 배 및 2 배의 양을 도포한 경우, 형광부착된 항원의 밝기는 도 6 에서 NH4 + 400 mM 를 사용하면서 1 시간 고정화시킨 항체에 대하여 형광부착된 항원이 나타내는 결과와 거의 동일한 반면, 1/2 배를 도포한 경우에는 형광이 절반으로 줄어있음을 보여준다. 7 is 1: 1 binding of the immobilized antibody (1.4 μg / cm 2 ) to the maximum and the antigen (35 ng / 0.0314 cm 2 , dry spot 2 mm in diameter, binding density 1.1 μg / cm 2 ) After fluorescence, the same amount of fluorinated antigen was applied to a solid substrate and dried, followed by fluorescence measurement. When 1 and 2 times the amount of the above test results were applied, the brightness of the fluorinated antigen was almost the same as that of the fluorinated antigen with respect to the antibody immobilized for 1 hour using NH 4 + 400 mM in FIG. 6. On the other hand, the application of 1/2 fold shows that the fluorescence is reduced by half.

도 8 은 항체 단백질의 고정화가 실제로 이온 인식을 통하여 일어나는지를 확인하기 위해, 암모늄 작용기를 가진 화합물들을 고정화 단계에서 첨가하여, 고정화 밀도에 미치는 영향을 분석하는 과정을 보여주는 경쟁반응의 모식도이다. PH 7에서 아민 화합물은 100 % 암모늄 이온형태로 존재하며, 이러한 아민 화합물을 적정량 넣어주면 단백질의 고정화가 방해받을 것이라는 것을 보여주는 모식도이다.8 is a schematic diagram of a competition reaction showing the process of analyzing the effect on the immobilization density by adding compounds having an ammonium function in the immobilization step to confirm whether immobilization of the antibody protein actually occurs through ion recognition. At pH 7, the amine compound is present in the form of 100% ammonium ions, and it is a schematic showing that immobilization of the protein will be hindered by adding an appropriate amount of such amine compound.

도 9 는 도 8 의 모식도에 따라 실제로 진행된 연구결과를 보여주고 있다. 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 암모늄 작용기를 가진 벤질아민(benzylamine), 암모늄 말단기를 가진 라이신(lysine), 그리고 아민작용기는 있으나 PH 7정도의 완충용액에서 암모늄이온으로 바뀌지 않는 아민 작용기를 가진 아닐린(aniline)을 10 mM 첨가하여 진행시킨 항체단백질 고정화 반응의 실제연구결과이다. 경쟁반응의 결과와 비교하기 위하여 아무런 아민화합물도 첨가하지 않은 채 고정화하는 실험도 함께 진행하였다(대조). 고정화된 항체 단백질과 1:1 수준으로 형광부착된 항원단백질을 결합시켜 고정화된 항체 단백질의 밀도를 정량적으로 분석하였다. 라이신과 벤질아민을 10 mM 첨가하여 고정화를 진행한 경우에는, 대조의 고정화에 비하여 항체 단백질 고정화가 1/4 수준밖에 진행되지 않아서 단백질의 고정화가 암모늄 작용기를 가진 화합물에 의해 심각한 방해를 받았음을 보여주고 있다. 구아니딘 말단기를 가진 알기닌을 첨가한 경우에도 고정화를 방해하는 결과가 나타났다. 이에 비해 고정화 조건에서는 암모늄으로 변하지 않는 아민 작용기를 가진 아닐린을 첨가한 경우에는, 아무것도 첨가하지 않은 경우와 비슷한 고정화 밀도를 보여주고 있어서, 아닐린은 고정화 과정을 전혀 방해 하지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 결과들은 항체 단백질 고정화시에 실제로 단백질의 외부에 있는 암모늄 작용기 등이 실제로 아미노캘릭스아렌 유도체들의 내부에 이온/분자인식되어 고정화가 진행된다는 것을 보여주는 실제 실험결과이다. FIG. 9 shows the results of the research actually conducted according to the schematic diagram of FIG. 8. Benzylamine with ammonium functional group, lysine with ammonium end group, and aniline with amine functional group but not changed to ammonium ion in pH 7 buffer This is the actual study result of antibody protein immobilization reaction by adding 10 mM aniline). In order to compare with the result of the competition reaction was also carried out with the immobilization without adding any amine compound (control). The density of the immobilized antibody protein was quantitatively analyzed by binding the immobilized antibody protein to the fluorescent protein at a 1: 1 level. In the case of immobilization with 10 mM lysine and benzylamine, the immobilization of the protein was only 1/4 of the antibody protein immobilization compared to the control immobilization, indicating that the immobilization of the protein was severely hampered by a compound having an ammonium functional group. Giving. Addition of arginine with guanidine end groups also resulted in impeding immobilization. In contrast, when aniline having an amine functional group that does not change to ammonium was added under immobilization conditions, the immobilization density was similar to that of no addition, and thus, aniline did not interfere with the immobilization process. These results are the actual experimental results showing that the immobilization proceeds by the ion / molecule recognition inside the aminocalixarene derivatives when the antibody protein is actually immobilized outside the protein.

도 10 은 형광판독을 위해 항체 단백질과 결합되는 항원 단백질에 Cy-5(텔리켐,미국) 형광물질을 부착하는 것을 보여주는 모식도이다. 10 is a schematic diagram showing the attachment of Cy-5 (Telichem, USA) fluorescent material to the antigenic protein bound to the antibody protein for fluorescence reading.

추가로, 본 발명은 1 시간 이내의 단시간 내에 단백질의 고밀도 고정화가 가능한 초고속 고정화 기술, 단백질에 아무런 조작을 가하지 않은 단백질 그 자체, 즉 무변성 단백질 고정화를 가능하게 하는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 그의 표면에 단백질을 고정화하는 기술, 및 이를 이용하여 제조된 단백질 칩을 제공한다. In addition, the present invention provides an ultrafast fixation technique capable of high-density immobilization of proteins within a short time within 1 hour, an aminocalixarene derivative monolayer which enables immobilized protein immobilization without any manipulation to the protein itself, Techniques for immobilizing proteins on surfaces, and protein chips prepared using the same are provided.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited thereto.

[실시예]EXAMPLE

실시예 1 Example 1

도 2의 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층 제조 Preparation of aminocalix arene derivative monolayer of Figure 2

CHCl3 등의 유기용매에 화학식 1, 화학식 2의 아미노캘릭스아렌 유도체 중 알데히드 말단기가 부착된 유도체를 0.1-5 mM 농도로 녹인 용액을 제조한다. 도 1과 같이 제조된 아민작용기가 부착된 슬라이드글래스(아민칩)를 상기 제조된 용액에 1-24 시간 동안 담근 뒤 꺼내어, 이를 클로로포름, 아세톤, 및 물로 각각 세척한 뒤 건조시키면, 도 2 에 나타나 있는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층이 제조된다. A solution in which an aldehyde end group is attached to an organic solvent such as CHCl 3 in an aminocalixarene derivative of Formula 1 or Formula 2 is dissolved at a concentration of 0.1-5 mM. After immersing the slide glass (amine chip) attached to the amine functional group prepared as shown in Figure 1 for 1-24 hours, and washed with chloroform, acetone, and water, and then dried, it appears in Figure 2 An aminocalixarene derivative monolayer is prepared.

실시예 2Example 2

도 3 의 금 기질에서의 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층 제조 Preparation of Amino-Calixarene Derivative Monolayer on Gold Substrate of FIG.

CHCl3 등의 유기용매에 화학식 1, 화학식 2 의 아미노캘릭스아렌 유도체 중 티올 말단기를 가진 유도체를 0.1 내지 5 mM 농도로 녹인 용액을 제조한다. 도 3과 같이, 금 기질을 상기 제조된 용액에 1 내지 24 시간 동안 담근 뒤 꺼내어 이를 클로로포름, 아세톤, 및 물로 각각 세척한 후 건조시키면 도 3에 나타나 있는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층이 제조된다. 여기에서 사용되는 금 기질은 여러 가지 형태로 사용될 수 있으나, 일반적으로 유리, 용융석영(fused silica), 실리콘웨이퍼, 플라스틱 등에 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti) 등을 5 내지 20 nm 로 진공증착시킨 후 금을 100 내지 300 nm 두께로 진공증착 시킨 기질이다. 이와 같이 제조된 금 기질은 사용 직전에 피라니아(piranha) 용액 (진한황산:과산화수소수 30% = 3:1로 섞은 혼합용액)에 10 초 내지 1 분 정도 담근 후 물로 세척하고, 질소교류하에 건조시켜 곧바로 사용한다. 단분자층의 생성은 표면반사적외선분광분석법(FTIR-ERS)을 이용하여 분석한다. A solution obtained by dissolving a derivative having a thiol end group in an aminocalixarene derivative of Formula 1 or Formula 2 in an organic solvent such as CHCl 3 at a concentration of 0.1 to 5 mM is prepared. As shown in Figure 3, the gold substrate is immersed in the solution prepared for 1 to 24 hours and then taken out and washed with chloroform, acetone, and water, respectively, and dried to prepare the aminocalixarene derivative monolayer shown in Figure 3. The gold substrate used herein may be used in various forms, but generally, chromium (Cr) or titanium (Ti), such as glass, fused silica, silicon wafers, plastics, etc., is vacuum-deposited at 5 to 20 nm. The substrate is then vacuum deposited to 100 to 300 nm thick gold. The gold substrate thus prepared is dipped in a piranha solution (concentrated sulfuric acid: mixed solution of 30% hydrogen peroxide = 3: 1) for about 10 seconds to 1 minute, washed with water, and dried under nitrogen flow. Use immediately. The generation of monolayers is analyzed using surface reflection infrared spectroscopy (FTIR-ERS).

실시예 3 Example 3

도 4의 분자인식에 의한 무변성 단백질 고정화시 암모늄 이온농도의 영향Effect of Ammonium Ion Concentration on Immutable Protein Immobilization by Molecular Recognition of FIG.

암모늄 이온을 농도별로 포함한 항체 단백질의 고정화Immobilization of Antibody Proteins Containing Ammonium Ions by Concentration

실시예 2 에서 제조된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 즉 아미노캘릭스아렌 유도체 칩 위에 단백질을 고정화시키는데 사용되는 세척용액, 블록킹 용액의 농도, 조성 등은 표 1 과 같다. 항체 단백질의 고정화를 위해 사용되는 고정화 용액으로서 암모늄 이온이 농도별로 포함된 고정화 용액 및 형광 부착된 항원을 반응시킬 때 사용하는 반응 용액은 표 2 와 같다. 먼저 단백질의 고정화를 위하여 2 mm 직경으로 구멍이 뚫린 웰 플라스틱(well plastic)을 칩 위에 부착시켜 사용하였다. 동일한 농도(이론적 고정화 최대치의 3 배농도 135 ng/0.0314 cm2)의 CRP 항체 단백질 및 각각 상이한 농도의 암모늄 이온이 포함된 표 2의 고정화 용액 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7을 각각 마이크로파이펫을 이용하여 3 ㎕ 씩 칩 위에 도포한 후, 습도가 유지되는 항온조에서 각각 10 분, 30 분 및 1 시간 동안 상온에서 고정화하였다. 1 시간 이상의 고정화에서 고정화되는 단백질의 밀도는 1 시간에서의 결과와 큰 차이를 보이지 않았다. 항체 단백질이 도포되어 고정화된 스팟(spot) 이외의 부분을 블로킹(blocking)해 주기 위하여 표 1의 블로킹 용액에 담구는데, 칩 위에 부착된 웰 플라스틱은 탈착시킨 후 상온에서 30분 동안 담궈 두었다. 블로킹한 후 칩을 세척하기 위하여 표 1 의 세척용액 1 에 2 분 동안 담궈 둔 후, 표 1의 세척용액 2 에 2 분 동안 담궈 두었다가 꺼내어 건조시켰다. The concentration, composition, etc. of the washing solution, blocking solution used to immobilize the protein on the aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared in Example 2, ie, the aminocalixarene derivative chip, are shown in Table 1. As the immobilization solution used for immobilization of the antibody protein, the immobilization solution containing ammonium ions by concentration and the reaction solution used when reacting the fluorescently attached antigen are shown in Table 2. First, a well plastic punched into a 2 mm diameter was attached to the chip to fix the protein. Immobilization solutions 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 of Table 2 containing the same concentration (three times 135 ng / 0.0314 cm 2 of theoretical maximum immobilization) and different concentrations of ammonium ions Each 3 microliter was applied to the chip by using a micropipette, and then immobilized at room temperature for 10 minutes, 30 minutes and 1 hour in a thermostat maintained humidity. The density of the protein to be immobilized at the immobilization of 1 hour or more did not show a significant difference from the result at 1 hour. The antibody protein was applied and immersed in the blocking solution of Table 1 to block portions other than the immobilized spots. The well plastic attached to the chip was detached and soaked at room temperature for 30 minutes. After blocking, the chip was immersed in the washing solution 1 of Table 1 for 2 minutes, and then immersed in the washing solution 2 of Table 1 for 2 minutes, then taken out and dried.

형광부착된 항원 단백질과의 반응 Reaction with Fluorescent Antigen Proteins

아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층 위에 고정화된 항체 단백질 단분자층의 항체와 결합되는 형광부착된 CRP 항원 단백질을 반응시키는 방법은 다음과 같다. 표 2 에 기재되어 있는 형광 부착된 항원 용액(항원농도1.4㎍/㎖) 15 ㎖ 에 단백질을 고정화한 아미노캘릭스아렌 유도체 칩을 담궈서, 습도가 유지되는 항온조에서 1 시간 동안 37 oC를 유지하며 결합반응을 진행하였다. 항원-항체 반응이 끝난 후, 칩을 표 1 의 세척 용액 1 에 2 분 동안 담궈 두었다가, 세척 용액 2 에 2 분 동안 담근 후에 건조시켜 형광스캐너 (GSI Lumonics,USA) 를 이용하여 분석하였다. 그 결과는 도 6 과 같다. 도 6 의 결과에 따르면 암모늄 이온농도(NH4 +)가 0 ~ 100 mM 정도의 저농도 수준으로 포함된 고정화 용액에서 고정화시에는, 1 시간 고정화하였을 때 단백질 고정화 밀도가 이론적 최대치 1 배양의 40 % 정도 수준으로서 약한 고정화 밀도를 나타낸다. 이에 비해 암모늄 이온농도(NH4 +)가 400 mM 정도인 경우에는 이론적 최대치의 90 % 수준으로 고정화 밀도를 나타내었으며, 고정화 시간 또한 30 분에서 1 시간 정도의 짧은 시간에서도 매우 고밀도로 단백질 고정화가 진행된다. 암모늄 이온농도가 800 mM 인 경우에는 이온 농도가 너무 높아서, 잘 알려진대로 항체 단백질의 활성 위치가 변성을 일으켜 활성 감소가 나 타나게 되므로, 단백질의 고정화는 400 mM 인 경우와 동일하게 최고밀도로 진행되었지만 고정화된 항체의 활성이 감소된 관계로 형광부착된 항원과의 결합반응이 400 mM 농도를 이용하였을 때보다 낮은 수준으로 나타나서, 실제로 부착된 형광부착된 항원은 이론적 최고치의 50 % 수준으로 나타나고 있다.The antibody protein immobilized on the aminocalixarene derivative monolayer is reacted with the fluorescent CRP antigen protein bound to the antibody of the monolayer. The protein was immobilized in 15 mL of the fluorescently attached antigen solution (antigen concentration 1.4 µg / ml) described in Table 2, and the aminocalixarene derivative chip immobilized was maintained at 37 ° C. for 1 hour in a humidified thermostat. The coupling reaction was carried out. After the antigen-antibody reaction was finished, the chip was soaked in Wash Solution 1 of Table 1 for 2 minutes, then dipped in Wash Solution 2 for 2 minutes, dried and analyzed using a fluorescent scanner (GSI Lumonics, USA). The result is shown in FIG. According to the results of FIG. 6, in the immobilization solution containing ammonium ion concentration (NH 4 + ) at a low concentration level of about 0 to 100 mM, when immobilized for 1 hour, the protein immobilization density was about 40% of the theoretical maximum 1 culture. As a level, a weak immobilization density is shown. In contrast, when the ammonium ion concentration (NH 4 + ) was about 400 mM, the immobilization density was shown to be 90% of the theoretical maximum, and the immobilization time was also very high even at a short time of 30 minutes to 1 hour. do. When the ammonium ion concentration is 800 mM, the ion concentration is too high, and as is well known, the active site of the antibody protein is denatured, resulting in a decrease in activity. Therefore, the immobilization of the protein proceeds at the highest density as in the case of 400 mM. However, due to the reduced activity of immobilized antibody, the binding reaction with the fluorinated antigen is lower than when using 400 mM concentration, so that the actually attached fluorinated antigen appears to be 50% of the theoretical maximum. .

세척용액 및 블록킹 용액Cleaning solution and blocking solution 1xPBS buffer1x PBS buffer (NaCl 8g, KCl 0.2g, Na2HPO4 1.44g, KH2PO4 0.24g )/ DW 1000㎖(NaCl 8g, KCl 0.2g, Na 2 HPO 4 1.44g, KH 2 PO 4 0.24g) / DW 1000ml 블록킹 용액Blocking solution 탈지분유 2.5g + 1xPBS  50㎖ = 50㎖Skim milk powder 2.5g + 1xPBS 50ml = 50ml 세척용액1Cleaning solution 1 트윈20 300㎕ + 1xPBS 1000㎖ =1000㎖Tween20 300µl + 1xPBS 1000ml = 1000ml 세척용액2Cleaning solution 2 (NaCl 8g, KCl 0.2g, Na2HPO4 1.44g, KH2PO4 0.24g )/ DW 1000㎖(NaCl 8g, KCl 0.2g, Na 2 HPO 4 1.44g, KH 2 PO 4 0.24g) / DW 1000ml

고정화 용액 및 형광 부착된 항원용액Immobilized Solution and Fluorescently Attached Antigen Solution NH4 + 농도와 NH4 +Cl 첨가한 양NH 4 + concentration and amount of NH 4 + Cl added (90 %) 글리세롤(90%) glycerol CRP Ab 300 ㎍/㎖300 μg / ml CRP Ab 증류수 (DW)Distilled Water (DW) 총부피Total volume 고정화용액1Immobilization Solution 1 0 mM0 mM 0 ㎕0 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 28.5 ㎕28.5 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액2Immobilization Solution 2 25 mM25 mM (0.5 M) 2.5 ㎕(0.5 M) 2.5 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 26 ㎕26 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액3Immobilization Solution 3 50 mM50 mM (0.5 M) 5 ㎕(0.5 M) 5 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 23.5 ㎕23.5 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액4Immobilization Solution 4 100 mM100 mM (0.5 M) 10 ㎕(0.5 M) 10 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 18.5 ㎕18.5 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액5Immobilization Solution 5 200 mM200 mM (0.5 M) 20 ㎕(0.5 M) 20 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 8.5 ㎕8.5 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액6Immobilization Solution 6 400 mM400 mM (4 M) 5 ㎕(4 M) 5 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 23.5 ㎕23.5 μl 50 ㎕50 μl 고정화용액7Immobilization Solution 7 800 mM800 mM (4 M) 10 ㎕(4 M) 10 μl 14 ㎕14 μl 7.5 ㎕7.5 μl 18.5 ㎕18.5 μl 50 ㎕50 μl 형광부착된 항원 용액Fluorescent Antigen Solution 항원농도 1.4 ㎍/㎖ = (5 % 우유 300 ㎕ + Cy5-CRP항원(818 ㎍/㎖) 27 ㎕ + 1xPBS 14.7 ㎖ = 15 ㎖)Antigen concentration 1.4 µg / ml = (300 µl 5% milk + 27 µl Cy5-CRP antigen (818 µg / ml) + 14.7 ml = 1xPBS = 15 ml)

실시예 4Example 4

단백질 고정화 최대밀도 분석을 위한 형광분석기술Fluorescence Analysis Technology for Maximum Density Analysis of Protein Immobilization

도 7 의 실험결과는 이론적 최고 밀도로 고정화된 CRP 항체 단백질과 1:1 로 결합하는데 필요한 형광부착된 항원 단백질 필요량의 2 배, 1 배 또는 0.5 배를 동일한 면적의 유리슬라이드에 도포한 뒤 말려서 측정한 형광감도이다. 이 분석은 실시예 3 에서 진행된 항체단백질의 고정화 밀도가 이론적 최대치와 얼마나 접근하는지, 그리고 고정화된 항체 단백질의 활성이 어느 수준인지를 분석하기 위한 비교데이터를 얻기 위해 진행되었다.The experimental results of FIG. 7 were measured by applying two times, one time, or 0.5 times the amount of fluorescent antigen protein required to bind 1: 1 with CRP antibody protein immobilized at the theoretical highest density onto glass slides of the same area, followed by drying. One is fluorescence sensitivity. This assay was conducted to obtain comparative data to analyze how the immobilization density of the antibody protein proceeded in Example 3 approached the theoretical maximum and what level of activity of the immobilized antibody protein is.

아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층 표면의 1 cm2 의 면적에 CRP 항체단백질로서 이론적 고정화 최대치의 1 배를 덮는데 필요한 1.4 ㎍/cm2 의 항체 (CRP Ab 160 kD/mol) 와 1:1로 결합하는데 필요한 형광부착된 항원(CRP Ag 115 kD/mol)의 양(1.1 ㎍/cm2)의 0.5 배, 1 배, 및 2 배를 도포한 뒤 말려서 직접 형광스캐너(GSI Lumonics,USA) 로 형광감도를 분석하였다. 형광부착된 항원 1 ㎕ 를 도포하면 직경 2 mm의 원형 스팟(spot)이 생기며 이 면적은 0.0314 cm2 이므로, 35 ㎍/ml 의 형광부착된 항원 1 ㎕를 도포하면 1.1 ㎍/cm2 의 표면밀도로 항원의 양이 존재하는 직경 2 mm의 측정점이 생겨서, 1 배 양의 형광부착된 항원이 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 고정화된 항체 단백질과 1:1 비율로 결합된 결과와 동일한 개수의 형광부착된 항원이 물리흡착되어 있는 측정점(spot)이 생성되어 스캐너를 이용하여 형광감도를 측정한 결과가 도 7 의 결과이며, 이 결과를 도 6 에서 얻어진 항원-항체 반응을 통하여 얻어진 결과와 비교분석할 수 있게 된다. 2 배와 0.5 배는 각각 두 배 농도 및 0.5 배 농도의 형광부착된 항원을 동일한 방법으로 도포하여 결과를 얻었다. 이론적 최대치 1 배인 경우에는 도 6 에서 암모늄 이온 400 mM 을 이용하여 1 시간 고정화하고 형광부착된 항원과 반응시켜 얻어진 형광감도와 거의 동일한 수준으로 나타났기 때문에, 도 6 의 결과에서 항체단백질 고정화 밀도가 이론적 최대치와 비슷한 수준으로 단분자층을 이루며, 동시에 항원과 1:1 결합을 수행할만큼 활성이 뛰어나다는 것을 보여주는 결과이다.It is used to bind 1: 1 with the 1.4 μg / cm 2 antibody (CRP Ab 160 kD / mol) required to cover 1 times the theoretical immobilization maximum as a CRP antibody protein at an area of 1 cm 2 of the surface of the aminocalixarene derivative monolayer. Apply 0.5 times, 1 times, and 2 times the amount of the required fluorinated antigen (CRP Ag 115 kD / mol) (1.1 μg / cm 2 ) and dry them to fluoresce directly with the fluorescence scanner (GSI Lumonics, USA). Analyzed. Application of 1 μl of fluorescently-labeled antigen results in a circular spot with a diameter of 2 mm and its area is 0.0314 cm 2. Therefore, when 1 μl of 35 μg / ml of fluorescently-labeled antigen is applied, a surface density of 1.1 μg / cm 2 is achieved. As a result, a measuring point having a diameter of 2 mm, in which the amount of the antigen is present, results in the same number of fluorescences as a result of binding a 1-fold amount of the fluorinated antigen to the antibody protein immobilized on the aminocalixarene derivative monolayer in a 1: 1 ratio. The result of FIG. 7 is a result of measuring a fluorescence sensitivity using a scanner by generating a spot in which the antigen is physically adsorbed, and comparing the result with the result obtained through the antigen-antibody reaction obtained in FIG. It becomes possible. 2 times and 0.5 times were obtained by applying the fluorinated antigens at twice the concentration and 0.5 times the concentration, respectively, in the same manner. In the case of the theoretical maximum value of 1 times, the antibody protein immobilization density was shown to be almost the same as the fluorescence sensitivity obtained by immobilizing with 400 mM ammonium ion for 1 hour and reacting with the fluorinated antigen. The result shows that the monomolecular layer is composed at a level similar to that of, and the activity is high enough to perform 1: 1 binding to the antigen.

실시예 5 Example 5

단백질 고정화시 암모늄 작용기 화합물과의 경쟁반응을 통한 고정화 속도 감소측정 Measurement of immobilization rate decrease by competition with ammonium functional compound in protein immobilization

도 8 의 모식도에 나타낸 아미노캘릭스아렌 칩 위에서 아민 작용기 화합물과의 경쟁적인 단백질의 고정화는 실시예 3 의 암모늄 이온이 포함된 항체단백질 고정화 방법과 동일하게 400 mM 의 암모늄이온을 사용하여 1 시간 고정화하는 방식으로 진행하였으며, 사용한 아민 작용기 화합물이 포함된 샘플용액의 농도, 조성 등은 표 3 과 같다. 아민화합물이 없는 경우(대조)와 10 mM 의 아닐린(aniline), 벤질아민(benzylamine), 라이신(lysine) 등이 고정화용 항체 단백질과 혼합되어있는 경쟁용액 1, 2, 3 및 4 를 각각 3 ㎕ 씩 도포하여 1 시간 동안 고정화를 진행한 뒤, 실시예 3 의 항체단백질 고정화 후 처리방법과 동일하게 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층을 씻고 블로킹(blocking)을 진행하고, 표 2 의 형광부착된 항원용액을 이용하여 실시예 3 의 형광부착된 항원과의 반응과 동일하게 항체-항원 반응을 진행하였으며, 동일하게 처리하여 형광스캐너(GSI Lumonics,USA)를 이용하여 분석하였다. 결과는 도 9 와 같다. 아민화합물이 각각 10 mM 포함된 항체 단백질 고정화 조건에서 아민 작용기가 암모늄 작용기로 바뀌지 못하는 아닐린을 이용한 경우에는 항체 단백질 고정화 속도에 거의 영향을 미치지 못하여 아민화합물이 없는 경우와 동일한 수준의 항체 단백질 고정화 밀도를 나타냈다. 반면에 실험 조건에서 아민 작용기가 암모늄기로 존재하는 벤질아민 또는 라이신을 이용한 경우에는 형광의 급격한 감소가 나타나는데, 이는 아민화합물들이 항체 단백질과 경쟁적으로 아미노캘릭스아렌 유도체의 내부에 이온/분자인식되어 결과적으로 항체 단백질의 고정화를 방해하게 됨에 따라 고정화가 상당히 낮은 밀도로 이루어진 결과이다. 또한, 이는 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에서의 단백질의 고정화가 아민작용기(용액상에서 암모늄기)가 있는 부분이 비가역적인 이온/분자인식에 의해 고정화됨으로서 이루어진다는 것을 증명하는 결과이다. Immobilization of the competitive protein with the amine functional compound on the aminocalixarene chip shown in the schematic diagram of FIG. 8 was performed for 1 hour using 400 mM ammonium ion as in the antibody protein immobilization method including the ammonium ion of Example 3 Proceed in a manner that, the concentration, composition, etc. of the sample solution containing the amine functional compound used are shown in Table 3. 3 μl of competing solutions 1, 2, 3 and 4, each containing no amine compound (control) and 10 mM aniline, benzylamine, lysine, etc. After the application by immobilization for 1 hour, the antibody was immobilized in the same manner as in Example 3 after the immobilization of the antibody, and the aminocalaxarene derivative monolayer was washed and blocked. The antibody-antigen reaction was carried out in the same manner as the reaction with the fluorescent antigen of Example 3, and the same treatment was performed using a fluorescence scanner (GSI Lumonics, USA). The results are shown in FIG. In the case of using aniline in which the amine functional group is not changed to the ammonium functional group under the antibody protein immobilization conditions containing 10 mM each of the amine compounds, the aniline protein immobilization density is almost the same as that in the absence of the amine compound. Indicated. On the other hand, when using benzylamine or lysine in which the amine functional group is present in the ammonium group under the experimental conditions, a sharp decrease in fluorescence occurs, which results in the amine compounds being ion / molecularly recognized inside the aminocalixarene derivatives competitively with the antibody protein. This impedes the immobilization of the antibody protein, resulting in a significantly lower density. In addition, this is a result demonstrating that the immobilization of the protein in the aminocalixarene derivative monolayer is achieved by immobilization of an amine functional group (ammonium group in solution) by irreversible ion / molecular recognition.

10 mM 아민 작용기 화합물이 포함된 고정화 용액Immobilization Solution Containing 10 mM Amine Functional Compound 아민화합물 10 mM 포함Contains 10 mM amine compound 아민 화합물 넣어준 양Amount of amine compound (90 %) 글리세롤(90%) glycerol CRP Ab 300 ㎍/㎖300 μg / ml CRP Ab 증류수 (DW)Distilled Water (DW) (4 M) NH4 +Cl(4 M) NH 4 + Cl 총부피Total volume 경쟁용액1Competitive Solution 1 대조contrast 0 ㎕0 μl 28 ㎕28 μl 15 ㎕15 μl 47 ㎕47 μl 10 ㎕10 μl 100 ㎕100 μl 경쟁용액2Competitive Solution 2 아닐린aniline (100 mM) 10 ㎕10 μl (100 mM) 28 ㎕28 μl 15 ㎕15 μl 37 ㎕37 μl 10 ㎕10 μl 100 ㎕100 μl 경쟁용액3Competitive Solution 3 벤질아민Benzylamine (100 mM) 10 ㎕10 μl (100 mM) 28 ㎕28 μl 15 ㎕15 μl 37 ㎕37 μl 10 ㎕10 μl 100 ㎕100 μl 경쟁용액4Competitive Solution 4 라이신Lysine (100 mM) 10 ㎕10 μl (100 mM) 28 ㎕28 μl 15 ㎕15 μl 37 ㎕37 μl 10 ㎕10 μl 100 ㎕100 μl

추가로, 본 발명에서 제안된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에서의 단백질의 고정화는 분자/이온인식에 의해 단백질을 변성없이, 30분에서 1시간 정도의 짧은 시간에 이론적 최고밀도로, 즉 초고속/고밀도로 단분자층의 표면에 고정화가 진행되어 단백질 칩을 제작할 수 있는 무변성 단백질 고정화 기술이다.In addition, the immobilization of the protein in the aminocalixarene derivative monolayer proposed in the present invention is theoretically high density, i.e., ultrafast / high density, in a short time of about 30 minutes to 1 hour without denaturation of the protein by molecular / ion recognition. As a result of immobilization on the surface of the monomolecular layer, it is a denatured protein immobilization technology that can produce protein chips.

실시예 6Example 6

도 10의 항원 단백질에 형광부착을 위한 Cy5(형광물질)와 항원의 결합반응The binding reaction between Cy5 (fluorescent material) and antigen for fluorescence adhesion to the antigenic protein of FIG. 10

텔레켐사(미국)에서 제공되는 형광물질인 Cy-5를 제공된 단백질과의 결합반응 조건에 따라 다음과 같이 반응시켜 형광부착된 항원 단백질을 제조하였다. Fluorescent antigen protein was prepared by reacting Cy-5, a fluorescent substance provided by Telechem Co., Ltd., according to the binding reaction condition with the provided protein as follows.

탄산완충용액(Carbonate buffer)에 희석되어 있는 Cy-5 형광물질을 325 ㎕ 준비하여 tube에 넣었다. 상기 tube에 1 X PBS 완충용액에 희석되어 있는 CRP 항원 단백질(2.86 mg/ml) 175 ㎕ 를 넣은 후, 30 분 동안 상온에서 반응시켰다. 반응 후에 반응물은 칼럼정제(Column 정제, SephadexTM G-50)한 후, 텔레켐사에서 제공된 분석방법에 따라 단백질의 아미드작용기와 형광물질의 방향족 흡수밴드 비를 분석하여 각 단백질 당 부착된 형광의 수를 측정하여, 각 단백질 당 1 개 수준의 형광이 부착된 것을 확인한 후, 항체 단백질과의 결합반응에 사용하였다. 고정화된 항체 단백질과 결합된 형광부착된 항원단백질의 양은 형광 스캐너 (GSI Lumonics,USA)를 이용하여 측정한 후 형광분석을 통하여 고정화된 단백질의 밀도를 확인하였다. 325 μl of Cy-5 fluorescent material diluted in carbonate buffer was prepared and placed in a tube. 175 μl of CRP antigen protein (2.86 mg / ml) diluted in 1 × PBS buffer was added to the tube, followed by reaction at room temperature for 30 minutes. After the reaction, the reactants were purified by column (Column Purification, SephadexTM G-50), and the ratio of the amide functional groups of the protein and the aromatic absorption band of the fluorescent material was analyzed according to the analysis method provided by Telechem. After measurement, it was confirmed that one level of fluorescence was attached to each protein, and then used for binding reaction with the antibody protein. The amount of the fluorinated antigen protein bound to the immobilized antibody protein was measured using a fluorescence scanner (GSI Lumonics, USA), and then the density of the immobilized protein was confirmed by fluorescence analysis.

본 발명은 세계적으로 일반화되어 사용되어지고 있는 기존의 화학결합, 물리흡착, 바이오틴-스트렙토에버딘 등을 이용하여 단백질을 고정화하여 단백질 칩을 제작하는 방식과 완전히 차별화된 기술로서, 10-800 mM 농도의 양이온을 포함한 수용액 상에서 무변성 단백질을 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 도포하기만 하면 초고속일 뿐 아니라 비가역적으로 단백질이 이온/분자 인식을 통해 단분자층 표 면에 고정화되며, 동시에 최고밀도의 고정화를 가능하게 하는 신기술이다. 추가로, 언제나 최고밀도로 단백질이 표면에 고정화되기 때문에 고정화된 단백질의 양, 즉 밀도가 균일하고, 초고속으로 고정화되어 단백질의 활성이 균일하게 유지되어 높은 재현성이 확보된 단백질 칩 제조 신기술에 관한 것이다. The present invention is completely different from the method of manufacturing protein chips by immobilizing proteins using chemical bonds, physisorption, biotin-streptoberdine, etc., which are generally used worldwide, and have a concentration of 10-800 mM. By applying the denatured protein to the aminocalixarene derivative monolayer in an aqueous solution containing a cation of, it is not only fast but also irreversibly immobilized on the surface of the monomolecular layer through ion / molecule recognition, and at the same time, it can be immobilized at the highest density. It is a new technology. In addition, the present invention relates to a new protein chip manufacturing technology in which the amount of the immobilized protein, that is, the density is uniform, and the immobilization at high speed is maintained uniformly so that the protein activity is uniformly maintained, thus ensuring high reproducibility. .

본 발명에서 제안된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층을 이용하여 제조되는 단백질 단분자층, 즉 단백질칩은 기존의 다양한 단백질 고정화 방법에서 발생하는 고정화 밀도의 불균일성 및 활성감소 문제, 및 느린 속도로 고정화될 때 용액상에 오랜 시간 존재한 단백질의 활성 감소에 의한 고정화 단백질 활성의 불균일성 문제 등을 모두 해결할 수 있는 신기술이다. 추가로, 단백질의 활성을 나타내는 활성위치는 주로 수소결합에 의해 유지되며, 알데히드 칩 등을 이용하여 진행되는 화학결합시 수소결합력보다 강력한 고체기질과의 화학결합력에 의해 활성위치의 변성이 나타나 고정화된 단백질의 활성이 불규칙적으로 감소되는 문제가 나타나는데, 본 발명은 활성위치를 유지하는 수소결합력과 비슷한 힘인 분자/이온 인식을 고정화에 이용함으로써 상기 문제점의 해결을 가능하게 하는 신기술이다. The protein monolayer, i.e., the protein chip, prepared using the aminocalixarene derivative monolayer proposed in the present invention has a problem of non-uniformity and deactivation of immobilization density occurring in various conventional protein immobilization methods, and solution phase when immobilized at a slow rate. It is a new technology that can solve all the problems of non-uniformity of immobilized protein activity by reducing the activity of protein that has existed for a long time. In addition, the active site showing the activity of the protein is mainly maintained by hydrogen bonds, and the modification of the active site by the chemical bonds with the solid substrate stronger than the hydrogen bond forces during the chemical bonding proceeds using an aldehyde chip, etc. There is a problem that the activity of the protein is irregularly reduced, the present invention is a novel technology that can solve the problem by using a molecule / ion recognition for immobilization, a force similar to the hydrogen bonding force to maintain the active position.

추가로, 본 발명은 단백질 고정화용 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층, 및 그를 이용한 단백질 칩 및 그의 제조방법을 제공하여 기존의 단백질 칩 제품화에서 가장 문제시되었던 단백질 칩의 재현성 문제를 완전히 해결한 단백질 칩 제조기술을 제공한다. In addition, the present invention provides a protein chip manufacturing technology that completely solves the problem of reproducibility of protein chips, which has been the most problematic in the conventional protein chip production by providing a protein immobilized aminocalixarene derivative monolayer, and a protein chip using the same. To provide.

추가로, 본 발명은 다양한 화학결합을 통하여 화학식 1 또는 2 의 아미노캘릭스아렌 유도체를 아민, 알코올, 티올 등의 작용기가 부착된 유리기질(아민 슬라 이드 글래스), 실리콘웨이퍼, 용융실리카 (fused silica), 및 금 기질에 부착하여, 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층이 부착된 다양한 고체기질을 제공함으로서, 분자량에 관계없이 모든 종류의 단백질이 아무런 가공과정 없이 용액상에서 30 분~1 시간 정도의 짧은 시간 내에 초고속으로 고정화되는 다양한 고체기질과 그를 이용하여 제조된 단백질 단분자층 및 단백질 단분자층 제조기술을 제공한다. In addition, the present invention, the aminocalixarene derivative of the formula (1) or (2) through various chemical bonds are attached to functional groups such as amines, alcohols, thiols, glass substrates (amine slide glass), silicon wafers, fused silica (fused silica) ), And by attaching to the gold substrate to provide a variety of solid substrates attached with a monolayer of aminocalixarene derivatives, all kinds of proteins regardless of molecular weight in a short time of 30 minutes to 1 hour in solution without any processing The present invention provides a variety of solid substrates that are immobilized at high speed and a protein monolayer and a protein monolayer manufactured by using the same.

추가로, 본 발명은 도 6 의 이온농도에 따른 고정화나 도 9 의 경쟁반응 등을 이용하여, 이온농도를 증가시켜 고정화 속도를 더욱 빠르게 하거나, 아민화합물을 일부 포함시켜 고정화 속도를 최적 상태로 조절가능한 세계 최초의 고정화 속도조절 기능을 가진 단백질 고정화용 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층을 제공하여 10000(10kD) 이상의 다양한 크기 및 형태를 가진 단백질을 최적의 조건에서 최고 활성을 유지한 채 고정화를 진행하여 제조되는 단백질 칩 및 그의 제조기술을 제공한다.In addition, the present invention, by using the immobilization according to the ion concentration of Figure 6 or the competition reaction of Figure 9, etc., by increasing the ion concentration to increase the immobilization rate further, or by including a part of the amine compound to adjust the immobilization rate to the optimal state Providing the world's first single layer of aminocalixarene derivatives for protein immobilization with immobilization rate control function, it is manufactured by immobilizing proteins of various sizes and shapes of more than 10000 (10kD) while maintaining the highest activity under optimal conditions. Provided is a protein chip and its manufacturing technology.

추가로, 본 발명에서는 고정화 최고밀도를 이루는데 필요한 단백질 양의 3 배 수준의 소량의 단백질만으로도 초고속으로 단백질 칩의 제조가 가능하여, 단백질 칩 제조공정의 단순화 및 저가로 단백질 칩을 제조할 수 있는 단백질 칩 제조기술을 제공한다. In addition, the present invention enables the production of protein chips at a very high speed with only a small amount of protein that is three times the amount of protein required to achieve the highest immobilization density, which simplifies the protein chip manufacturing process and makes it possible to manufacture protein chips at low cost. Provide protein chip manufacturing technology.

특히, 실시예에 따르면 고정화된 단백질은 이론적 최대수준의 고밀도를 유지하며 항원과 결합하는 활성도 높게 유지되어, 최고 감도를 보이는 진단용 단백질 칩을 제조할 수 있는 기술을 제공한다. 이러한 기술은 다양한 종류의 단백질 칩, 진단용 항체칩, 바이오칩 제조 신기술 개발 등에 응용될 것이다.In particular, according to the embodiment, the immobilized protein maintains the theoretical high density and maintains high activity of binding to the antigen, thereby providing a technology for manufacturing a diagnostic protein chip having the highest sensitivity. This technology will be applied to development of various kinds of protein chips, diagnostic antibody chips, and biochip manufacturing new technologies.

Claims (10)

하기 화학식 1 또는 화학식 2의 아미노캘릭스아렌 유도체를 고체기질에 부착하여 제조한 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층:The aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared by attaching the aminocalixarene derivative of Formula 1 or Formula 2 to a solid substrate: [화학식 1][Formula 1]
Figure 112007071916296-pat00006
Figure 112007071916296-pat00006
(식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R'1, R'2, R'3, R'4, R'5, R'6, R'7 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 와 C6H5 는 페닐기로 정의됨). 다만, (ⅰ) R1 내지 R8, R'1 내지 R'8 이 동시에 H이고 Y1=Y3=H, Y2=Y4=-(CH2)n-CH=O 인 경우, 및 (ⅱ) R1 내지 R8, R'1 내지 R'8 이 동시에 H이고 Y1=Y3=H, Y2=Y4=-(CH2)n-SH 인 경우는 제외한다);Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R ' 1 , R' 2 , R ' 3 , R' 4 , R ' 5 , R' 6 , R ' 7 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = -SH, -CHO, -COOH, -NH 2 , and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined as phenyl groups, provided that (i) R 1 to R 8 , R ' 1 to R ' 8 is H at the same time and Y 1 = Y 3 = H, Y 2 = Y 4 =-(CH 2 ) n -CH = O, and (ii) R 1 to R 8 , R ' 1 to R' 8 are simultaneously H and Y 1 = Y 3 = H, Y 2 = Y 4 = -(CH 2 ) n -SH is excluded); [화학식 2][Formula 2]
Figure 112007071916296-pat00007
Figure 112007071916296-pat00007
(식 중, R1, R'1, R2, R'2, R3, R'3, R4, R'4, R5, R'5, R6, R'6, R7, R'7, R8 및 R'8 은 서로 독립적으로 -H, -CH3, -C2H5, -C3H7, -OCH3, -Cl, -C6H5 ,-OH, -OCH2CH3, -Br, -CF3, -OCH2C6H5, -OC6H5, -OC6H4CH3, -OC6H4C(CH3)3, -OC6H4CF3, -OC6H4Cl, -OCOCH3, -NHCOCH3,-CONHCH3, -CN, COOH, 및 -COOR 로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 -COOR 에서 R 은 -CH3 또는 -C2H5 를 나타낸다. 또한, 상기 Y1, Y2, Y3 및 Y4 는 서로 독립적으로 -H, -(CH2)n-CH=O, -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-Z 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-Z 로 이루어진 군으로부터 선택된다(n= 2~15, m= 1~10, c= 0~10, Z=-SH, -CHO, -COOH, -NH2, 그리고 -C6H4- 와 C6H5 는 페닐기로 정의됨). 다만, (ⅰ) R1 내지 R8, R'1 내지 R'8 이 동시에 H이고 Y1=Y3=H, Y2=Y4=-(CH2)n-CH=O 인 경우, 및 (ⅱ) R1 내지 R8, R'1 내지 R'8 이 동시에 H이고 Y1=Y3=H, Y2=Y4=-(CH2)n-SH 인 경우는 제외한다). Wherein R 1 , R ' 1 , R 2 , R' 2 , R 3 , R ' 3 , R 4 , R' 4 , R 5 , R ' 5 , R 6 , R' 6 , R 7 , R ' 7 , R 8 and R' 8 are independently of each other -H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -OCH 3 , -Cl, -C 6 H 5 , -OH, -OCH 2 CH 3 , -Br, -CF 3 , -OCH 2 C 6 H 5 , -OC 6 H 5 , -OC 6 H 4 CH 3 , -OC 6 H 4 C (CH 3 ) 3 , -OC 6 H 4 CF 3 , -OC 6 H 4 Cl, -OCOCH 3 , -NHCOCH 3 , -CONHCH 3 , -CN, COOH, and -COOR, wherein R in -COOR is -CH 3 or -C 2 And H 5 , wherein Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are each independently a -H,-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c- Z and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -Z (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, Z = -SH, -CHO, -COOH, -NH 2 , and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined as phenyl groups, provided that (i) R 1 to R 8 , R ' 1 to R ' 8 is H at the same time and Y 1 = Y 3 = H, Y 2 = Y 4 =-(CH 2 ) n -CH = O, and (ii) R 1 to R 8 , R ' 1 to R' 8 are simultaneously H and Y 1 = Y 3 = H, Y 2 = Y 4 = -(CH 2 ) n -SH is excluded).
삭제delete 제 1 항에 있어서, 화학식 1 또는 화학식 2의 식 중 Y1, Y2, Y3 및 Y4 가 서로 독립적으로 -(CH2)n-CH=O, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-CH=O, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-CH=O 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-CH=O 로 이루어진 군으로부터 선택되는 (n= 2~15, m= 1~10, c=0~10, 그리고 -C6H4- 와 C6H5 는 페닐기로 정의됨) 아미노캘릭스아렌 유도체를, 아민 작용기가 부착되어 있는 유리, 실리콘웨이퍼 및 용융석영으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고체기질에, 이민결합 및 이를 환원한 아민결합을 통해 부착하여 제조한 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층.A compound according to claim 1, wherein in formula (1) or formula (2), Y 1 , Y 2 , Y 3 and Y 4 are independently of each other-(CH 2 ) n -CH = O,-(CH 2 CH 2 O) m − CH 2 CH 2 -CH = O,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c -CH = O and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -CH = O (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined as phenyl groups) amino An aminocalixarene derivative monolayer prepared by attaching a callix arene derivative to a solid substrate selected from the group consisting of glass, silicon wafer, and molten quartz to which an amine functional group is attached, through an imine bond and a reduced amine bond. 제 1 항에 있어서, 화학식 1 또는 화학식 2의 식 중 Y1, Y2, Y3 및 Y4 가 서로 독립적으로 -(CH2)n-SH, -(CH2CH2O)m-CH2CH2-SH, -(CH2)m-C6H4-(CH2)c-SH 및 -CO-(CH2)m-1-C6H4-(CH2)c-SH 로 이루어진 군으로부터 선택되는 (n= 2~15, m= 1~10, c=0~10, 그리고 -C6H4- 와 C6H5 는 페닐기로 정의됨) 아미노캘릭스아렌 유도체를 금 기질에 부착하여 제조한 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층.The compound of claim 1, wherein in formula (1) or (2), Y 1 , Y 2 , Y 3, and Y 4 are independently of each other,-(CH 2 ) n -SH,-(CH 2 CH 2 O) m -CH 2 CH 2 -SH,-(CH 2 ) m -C 6 H 4- (CH 2 ) c -SH and -CO- (CH 2 ) m-1 -C 6 H 4- (CH 2 ) c -SH Aminocalixarene derivatives selected from the group (n = 2-15, m = 1-10, c = 0-10, and -C 6 H 4 -and C 6 H 5 are defined by phenyl groups) An aminocalixarene derivative monomolecular layer prepared by adhesion. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 아미노캘릭스아렌 유도체 단분자층에 단백질을 고정화하여 제조한 단백질 칩.A protein chip produced by immobilizing a protein on a monomolecular layer of the aminocalixarene derivative according to any one of claims 1, 3 and 4. 제 5 항에 있어서, 단백질이 항체인 단백질 칩.6. The protein chip of claim 5, wherein the protein is an antibody. 제 5 항에 있어서, 비가역적인 분자/이온 인식에 의해 자발적인 단백질 고정화에 의해 제조한 단백질 칩.6. The protein chip according to claim 5, prepared by spontaneous protein immobilization by irreversible molecule / ion recognition. 제 5 항에 있어서, 고정화되는 단백질의 분자량이 10 kD 이상인 단백질 칩.The protein chip according to claim 5, wherein the protein to be immobilized has a molecular weight of 10 kD or more. 제 5 항에 있어서, 양이온 10 mM 내지 800 mM 의 농도에서 제조한 단백질 칩.The protein chip of claim 5, wherein the protein chip is prepared at a concentration of 10 mM to 800 mM of cation. 제 9 항에 있어서, 양이온이 NH4 +인 단백질 칩.The protein chip of claim 9, wherein the cation is NH 4 + .
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