KR100963539B1 - 비행시간이차이온질량분광법 이미징을 이용한 나노입자상의물질간의 결합 평가방법 - Google Patents

비행시간이차이온질량분광법 이미징을 이용한 나노입자상의물질간의 결합 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)의 이미징을 이용한 물질간의 결합 평가방법은 a) 유기, 바이오 또는 무기 물질에서 선택된 결합물질 및 상기 결합물질이 결합된 나노입자를 함유하는 복합체로 기판 상에 자발적으로 패턴을 형성시키는 단계; b) 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여 기판 상 위치에 따른 상기 결합물질 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 각각 얻는 단계; 및 c) 상기 결합물질의 이온 검출 패턴과 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 비교하여 상기 결합물질과 상기 나노입자의 결합여부를 판별하는 단계를 포함하여 수행된다.
본 발명의 두 물질간의 평가방법은 나노입자와 유기, 무기 또는 바이오 물질간의 결합 여부를 평가할 수 있으며, 나노입자에 결합된 유기-무기, 무기-무기, 유기-유기 또는 유기-바이오 물질간의 결합 여부 또한 평가할 수 있으며, 결합의 정도 및 결합된 물질의 양에 대한 정성, 정량 분석이 가능하며, 결합이 진행되는 과정에 대한 판별 또한 가능하다. 무엇보다, 다단계의 결합 및 치환이 수반되는 경우, 각 단계별로 특정 물질의 결합(또는 치환) 여부 및 결합(또는 치환)된 물질의 종류를 알 수 있을 뿐 아니라, 다른 물질의 결합(또는 치환)으로 나노입자에서 떨어져 나간 후에도 여전히 정제 되지 않고 용액에 남아 있는 물질도 존재 여부를 확인할 수 있고, 이를 두 물질간 결합의 공간 분포에 따라 평가할 수 있다.
나노입자, 질량분광미터법이미징, 비행시간이차이온질량분광법, 결합, 바이오센서, 검출

Description

비행시간이차이온질량분광법 이미징을 이용한 나노입자상의 물질간의 결합 평가방법{Evaluation Method of Organic or Bio- Conjugation on Nanoparticles Using Imaging of Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry}
본 발명은 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)의 이미징 기술을 이용하여 나노입자상에서의 유기-무기물질간, 무기-무기물질간, 유기-유기물질간, 또는 유기-바이오물질간의 결합 여부를 평가하는 방법에 관한 것이며, 결합의 정도 및 결합된 물질의 양에 대한 정성, 정량 분석이 가능한 평가 방법에 관한 것이다.
대부분의 바이오칩이나 나노입자 분석에 있어서 레이저 유발 형광법(laser induced fluorescence)을 이용한 스캐너를 많이 사용하고 있다. DNA 및 단백질간의 결합반응만으로는 전기적 신호를 얻을 수 없기 때문이다. 이 경우 측정하고자 하는 시료를 미리 형광을 내는 물질과 결합시켜 어레이화 된 생체물질과 반응시키게 되면 결합된 부위의 형광 유무를 측정함으로서 생화학반응 정도를 판가름 할 수 있게 된다. 그러나 이러한 형광 측정법은 값비싼 레이저를 이용해야 하고, 초미세 어레 이 시스템에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
최근 CdSe와 같은 수용성의 형광을 발하는 반도체 양자점을 형광물질 대신 사용하는 검출방법이 개발된 바 있다.
일반적으로 유기물로 이루어진 형광물질의 경우 화학적으로 불안정하고, 특정 파장의 레이저를 이용하여 형광을 유발시켜야 하지만 이러한 나노입자(양자점)의 경우 레이저가 없이도 쉽게 여기(excitation)될 수 있어 측정장치가 간단해 지는 장점이 있고, 고감도의 분석능을 가지며, 크기 조절이 가능한 광발광(PL)과 훌륭한 광안정성 때문에 바이오 이미징에서 형광표지의 새로운 분류로써 관심이 증대되고 있다.
또한, 자성 비즈, 자성 나노입자, 자기 센서를 이용한 바이오센서의 경우, 소비 전력이 적고, 크기가 작으며, 가벼우면서 집적화가 가능하여 값싼 센서를 대량으로 재현성 있게 생산할 수 있으며, 극 미량의 시료를 검출할 수 있는 높은 민감도와 신뢰도를 갖는 장점이 있으나, 자성 나노입자와 특정 생물학적 물질이 결합된 복합체의 제조가 어려워 실질적인 활용에 걸림돌로 작용하고 있다.
형광 나노입자 또는 자성 나노입자의 합성에 대한 많은 연구가 이루어졌음에도 불구하고, 이러한 나노입자( 또는 양자점)와 단백질 추출물, 항체, 뉴클레오티드와 같은 생물학적 물질과의 결합에 대한 화학적 특징에 대한 연구는 아직 미미한 상태이다.
지금까지, 나노입자에 결합된 리간드 분자를 식별하려는 많은 노력이 있어왔다. 핵자기공명(NMR)과 광학 분광법, 푸리에 변환-적외선(FT-IR) 분광법등이 이용 하여 리간드 치환과 바이오결합의 진행을 시험하는데 쓰여 왔다. 그러나, 이러한 거시적인 분석법으로는 나노입자에 실제 배위결합된 리간드를 구별하기 어려우며, 실질적인 결합 양, 결합의 분포등을 알기 어렵다.
본 발명에서는 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry), 특히 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) 이미징 기술을 이용하여, 물질간의 결합 여부, 결합 반응의 진행과정, 결합된 물질의 정량 분석이 가능한 평가방법을 제안하고자 한다.
일반적으로 이차이온질량분광법(SIMS)은 일본 공개특허 제1995-153808호와 같이 반도체 소자의 제조 단계에서 특정 불순물의 깊이에 따른 농도(depth profile) 또는 동일면에서의 농도 분포(lateral profile)를 얻기 위한 수단으로 사용되어왔다.
최근에는 질량분광법, 특히 MALDI-TOF(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry), 를 이용하여 생물학적 시료를 분석하는 방법이 대한민국 공개특허 제2005-0106323호, 일본 공개특허 제2004-251623호 및 미국 공개특허 제2007-0249060호에 기재되어 있으나, 반응이 완료된 후, 제조된 물질을 분석하기 위해 사용된 것이며, TOF-SIMS의 측정 결과를 이용하여 나노입자상의 두 물질간의 결합 여부를 판별하는 본 발명과는 차이가 있다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용하여, 나노입자와 유기, 무기 또는 바이오 물질간의 결합 여부, 결합 반응의 진행과정, 결합된 물질의 종류 및 결합된 물질의 양에 대한 정성/정량 분석이 가능한 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여, 나노입자상의 유기-무기, 무기-무기, 유기-유기 또는 유기-바이오 물질간의 결합 여부, 결합 반응의 진행과정, 결합된 물질의 종류 및 결합된 물질의 양에 대한 정성/정량 분석이 가능한 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여, 나노입자를 기반으로 한 다단계의 결합 또는 치환과정에 의해 제조되는 나노복합체의 단계별 결합 여부, 결합 반응의 진행과정, 결합된 물질의 종류 및 결합된 물질의 양에 대한 정성/정량 분석이 가능한 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여, 생물학적 검출대상과 특이적으로 결합하는 작용기와 나노입자간의 결합 여부, 결합 반응의 진행과정, 결합된 물질의 종류 및 결합된 물질의 양에 대한 정성/정량 분석이 가능한 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여, 생물학적 검출대상과 특이적으로 결합하는 작용기가 형성된 나노입자와 단백질, 세포, 세 포 추출물 및 뉴클레오티드를 포함하는 생물학적 검출 대상 간의 결합 여부 및 결합된 물질의 양에 대한 정성/정량 분석을 통해 상기 생물학적 검출 대상의 존재 여부, 존재량에 대한 정성/정량 분석이 가능한 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용한 물질간의 결합 평가방법을 구체적으로 상술하고자 한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용한 물질간의 결합 평가방법은 a) 바이오, 유기 또는 무기 물질에서 선택된 결합물질 및 상기 결합물질이 결합된 나노입자를 함유하는 복합체로 기판 상에 자발적인 패턴을 형성시키는 단계(도 1의 s10); b) 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS)을 이용하여 기판 상 위치에 따른 상기 결합물질 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 각각 얻는 단계(도 1의 s20); 및 c) 상기 결합물질의 이온 검출 패턴과 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 비교하여 상기 결합물질과 상기 나노입자의 결합여부를 판별하는 단계(도 1의 s30);를 포함하여 수행되는 특징이 있다. 이때, 상기 결합은 두 물질간의 화학적, 전기적 또는 물리적 결합을 의미한다.
상기 나노입자의 이온 검출 패턴은 나노입자에 함유된 물질의 양이온 또는 음이온의 기판상 위치에 따른(위치정보를 갖는) 검출 강도(intensity)이며, 상기 결합물질의 이온 검출 패턴은 결합물질에 함유된 물질의 양이온 또는 음이온의 기판상 위치에 따른(위치정보를 갖는) 검출 강도(intensity)이다.
상기 나노입자의 이온 검출 패턴은 결합물질에는 존재하지 않는 나노입자의 분자이온(parent ion, molecular ion), 클러스터이온(cluster ion), 또는 조각이온(fragment ion)의 비행시간이차이온질량분광법 검출 결과이며, 상기 결합물질의 이온 검출 패턴은 나노입자에는 존재하지 않는 결합물질의 분자이온, 클러스터이온, 또는 조각이온의 비행시간이차이온질량분광법 검출 결과이다.
따라서 상기 b) 단계(s20)에 의해 기판상의 위치정보를 갖는 나노입자에 기인한 특정 이온의 검출 강도(나노입자의 이온 검출 패턴)와 기판상의 위치정보를 갖는 결합물질에 기인한 특정 이온의 검출강도(결합물질의 이온 검출 패턴)를 얻게 된다.
상기 c) 단계(s30)는 상기 결합물질의 이온 검출 패턴 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴이 동일한 위치에 존재할 경우, 상기 결합물질과 상기 나노입자가 결합된 것으로 판별된다. 즉, 동일한 위치정보에서 상기 나노입자의 특정 이온이 검출됨과 동시에 상기 결합물질의 특정 이온이 검출된 경우, 상기 결합물질이 나노입자에 결합한 것으로 판별하며, 동일한 위치정보에서 상기 나노입자의 특정 이온 또는 결합물질의 특정 이온만이 검출된 경우, 상기 결합물질이 나노입자에 결합하 지 않은 것(비결합)으로 판별한다.
이때, 상기 위치정보는 포인트 위치 정보일 수 있으며, 1차원 위치 정보일 수 있으며, 2차원 위치정보일 수 있다. 1차원 또는 2차원의 위치정보를 갖는 경우, 상기 결합물질의 특정 이온이 검출된 위치정보에서 상기 나노입자의 특정 이온이 검출된 경우, 상기 결합 물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별되며, 모든 위치정보에 대해 상기 판별이 수행된다.
상기 결합으로 판별된 위치정보와 비결합으로 판별된 위치정보가 동시에 존재할 수 있다.
결합으로 판별된 위치정보와 비결합으로 판별된 위치정보가 동시에 존재하는 경우, 상기 나노입자의 특정 이온이 검출된 모든 위치정보에서 상기 결합물질의 특정 이온이 검출된 경우 또는 상기 결합물질의 특정 이온이 검출된 모든 위치정보에서 상기 나노입자의 특정 이온이 검출된 경우, 비결합으로 판별된 위치정보의 수에 관계없이 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
결합으로 판별된 위치정보와 비결합으로 판별된 위치정보가 동시에 존재하는 경우, 상기 결합으로 판별된 위치정보의 총수를 결합 물질의 특정 이온이 검출된 위치 정보의 총수로 나눈 결합 정도가 특정 임계치 이상인 경우, 모든 결합물질이 나노입자에 결합되어 있는 것으로 판별되고, 특정 임계치 이하인 경우, 상기 나노입자와 결합하지 않은 결합물질이 존재하는 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
나노입자와 결합하지 않은 결합물질이 존재하는 것으로 판별될 경우, 결합물질의 총량 중 나노입자와 결합한 결합물질의 분율은 결합물질의 특정 이온이 검출 된 위치정보의 총수로 상기 결합으로 판별된 위치정보의 총수를 나눈 값에 비례하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 판별 방법에 의해, 나노입자와 결합물질의 결합 여부를 정성적으로 판별 할 수 있을 뿐만 아니라, 정량적으로 결합의 정도 및 결합물질의 총 량등을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여 나노입자를 기반으로 한 두 물질 간의 결합 여부를 판별하는 방법에 관한 것이므로, 상기 결합물질은 바이오, 유기 또는 무기물질 일 수 있으며, 상기 결합물질은 바이오-유기, 유기-무기, 무기-무기 복합물질일 수 있다. 상기 결합물질과 상기 나노입자의 결합은 화학적, 물리적 결합일 수 있으며, 상기 결합은 자발적 반응 또는 비자발적 반응에 의한 결합일 수 있다. 상기 결합물질이 결합된 나노입자를 함유하는 복합체는 상기 결합물질이 결합된 나노입자가 분산된 액일 수 있으며, 상기 결합물질과 상기 나노입자가 용해된 액일 수 있으며, 상기 결합물질이 결합된 나노입자 자체일 수 있다.
상기 복합체로 기판 상에 패턴을 형성시키는 단계에서 상기 기판은 상기 복합체를 지지하는 역할을 수행하며, 상기 복합체와 화학 반응을 일으키지 않는 어떠한 물질을 기판으로 사용하여도 무방하다.
상기 복합체로 상기 기판 상에 패턴을 형성시키는 단계에서 상기 패턴의 형성은 상기 복합체에 함유된 상기 결합물질과 결합된 나노입자를 기판 상에 자발적으로 분포시키는 것이며, 상기 분포(패턴)는 상기 결합물질과 결합된 나노입자의 불규칙한 분포일 수 있다.
바람직하게, 상기 b) 단계의 상기 결합물질 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴은 각각 상기 기판 상 동일한 2차원의 측정영역에서 측정된 결과이며, 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS)의 영역 스캔(area scan)에 의해 측정된 2차원 위치정보를 갖는 각 이온의 검출 강도(intensity)이다.
이러한 영역 스캔에 의해 대 면적에서 상기 결합물질과 상기 나노입자와의 결합 여부를 단일한 측정을 통해 판별할 수 있으며, 결합 여부에 대한 측정의 정확성이 높아지며, 결합의 여부뿐만이 아니라, 결합의 진행 과정, 결합의 진행 정도도 판별 가능하다.
상기 c) 단계의 상기 복합물질과 상기 나노입자의 결합 여부 및 상기 복합물질과 상기 나노입자의 결합에 대한 바람직한 정량분석을 위해, 상기 비행시간이차이온질량분광법에 의한 측정 결과인 나노입자의 이온 검출 패턴은 나노입자 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1의 값으로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보(x, y)는 0의 값으로 처리된 바이너리(binary) 패턴으로 변환되며, 상기 비행시간이차이온질량분광법에 의한 측정 결과인 상기 결합물질의 이온 검출 패턴은 결합물질 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1의 값으로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0의 값으로 처리된 바이너리(binary) 패턴으로 변환되는 것이 바람직하다.
바이너리 패턴으로 변환된 경우에도, 상기 결합물질의 이온 검출 패턴 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴의 동일한 위치정보에서 모두 1의 값을 가질 경우 상 기 결합물질과 상기 나노입자가 결합된 것(결합)으로 판별되며, 동일한 위치정보에서 서로 다른 값(0,1 또는 1,0)이나 모두 0인 값을 갖는 경우, 상기 결합물질과 상기 나노입자가 결합되지 않은 것(비결합)으로 판별된다.
바이너리 패턴으로 변환된 경우에도, 상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴에서 1의 값을 갖는 모든 위치정보에서 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴이 1의 값을 갖는 경우 또는 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴에서 1의 값을 갖는 모든 위치정보에서 상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴이 1의 값을 갖는 경우, 비결합으로 판별된 위치정보의 수에 관계없이 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
바이너리 패턴으로 변환된 경우에도 마찬가지로 모든 위치정보에 대해 상기 결합과 비결합의 판별이 이루어지는데, 상기 결합으로 판별된 위치정보의 총수를 결합 물질의 특정 이온이 검출된 위치 정보의 총수(결합물질의 바이너리 패턴에서 1의 값을 갖는 위치 정보의 총수)로 나눈 결합 정도가 특정 임계치 이상인 경우, 모든 결합물질이 나노입자에 결합되어 있는 것으로 판별되고, 특정 임계치 이하인 경우, 상기 나노입자와 결합하지 않은 결합물질이 존재하는 것으로 판별한다.
결합 여부의 정량 및 정성 분석을 위해, 바이너리 패턴으로 변환하기 전과 유사하게, 상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 레퍼런스를 계산하는 단계; 상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴과 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 결합량을 계산하는 단계; 및 상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나누어 상기 결합물질이 상기 나노입자에 결합된 결합정도를 계산하는 단계;가 수행된다. 상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나눈 결합정도를 이용하여 상기 결합물질의 양 또는 농도를 알 수 있게 된다.
또한 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 총량을 계산하는 단계; 상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴과 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 결합량을 계산하는 단계; 및 상기 결합량을 상기 총량으로 나누어 상기 결합물질이 상기 나노입자에 결합된 결합정도를 계산하는 단계;가 수행되어, 상기 나노입자와 결합된 결합물질의 양과 결합되지 않은 결합물질의 양을 알 수 있게 된다.
본 발명의 판별방법은 측정 오차와 물질 특성에 의한 평가의 오류를 방지하고 직관적인 정성분석을 가능하게 하며 상술한 정량분석 또한 가능한 상기 이온 검출 패턴의 이미지를 이용하여 판별이 수행되는 것이 바람직하다. 상기 이온 검출 패턴들이 각각 이미지로 변환되어 각 이미지의 오버랩에 의해 결합물질과 나노입자간의 결합의 여부, 결합 양등이 정량/정성 분석되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이 정성적으로 상기 결합물질과 상기 나노입자의 결합 여부를 판별하기 위해 상기 (c) 단계는 상기 위치정보가 이미지의 픽셀로 변환되는 단계; 및 상기 위치정보에 따른 이온의 강도에 따라 상기 픽셀에 색상, 명도, 채도 또는 이들의 조합이 부여되는 단계;를 통하여 상기 결합물질 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴이 각각 결합물질의 이온검출이미지 및 나노입자의 이온검출이미지로 변환되는 것이 바람직하며, 상기 나노입자의 이온검출이미지와 상기 결합물질의 이온검출이미지가 오버랩 되는 경우, 상기 결합물질이 상기 나노입자에 결합된 것으로 판별하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 나노입자의 이온검출이미지가 상기 결합물질의 이온검출이미지에 완전히 오버랩되는 경우, 또는 상기 결합물질의 이온검출이미지가 상기 나노입자의 이온검출이미지에 완전히 오버랩되는 경우, 모든 결합물질이 상기 나노입자에 결합된 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 나노입자의 이온검출이미지와 상기 결합물질의 이온검출이미지가 오버랩되지 않은 영역이 존재하는 경우, 나노입자의 이온검출이미지의 총면적(나노입자의 이온이 검출되어 색상, 명도, 채도 또는 이들의 조합이 부여된 총 픽셀 면적)을 기준으로 상기 결합물질의 이온검출이미지와 오버랩 된 면적을 나눈 값이 특정 임계치 이상인 경우, 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 나노입자의 이온검출이미지와 상기 결합물질의 이온검출이미지가 오버랩되지 않은 영역이 존재하는 경우, 결합물질의 이온검출이미지의 총면적(결합물질의 이온이 검출되어 색상, 명도, 채도 또는 이들의 조합이 부여된 총 픽셀 면적)을 기준으로 상기 나노입자의 이온검출이미지와 오버랩된 면적을 나눈 값이 특정 임계치 이상인 경우, 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별되는 것이 바람직하다.
이미지로 변환되는 경우에도 결합 여부에 대한 상술한 정량 분석이 가능하다. 이때, 상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나눈 결합정도는 상기 나노입자의 이온 검출이미지의 총면적으로 상기 오버랩된 면적을 나눈 값이 되며, 상기 결합량을 상기 총량으로 나눈 결합정도는 상기 검출물질의 이온검출이미지의 총면적으로 상기 오버랩된 면적을 나눈 값이 된다.
또한, 상술한 이온 검출 패턴의 바이너리 패턴화가 수행된 후, 바이너리 패턴의 상기 이미지화가 수행되어 이미지를 이용한 결합의 여부 및 결합 량등에 대한 정성/정량 평가가 수행될 수 있음은 당연한 사실이다.
도 3은 2차원 위치 정보를 갖는 이온 검출 패턴이 바이너리 패턴으로 변환된 후, 변환된 바이너리 패턴이 이미지로 변환된 본 발명의 판별 방법의 일예이다. 도 3(a)가 나노입자 이온의 바이너리 패턴 이미지이고, 도 3(b)가 결합물질이온의 바이너리 패턴 이미지이며, 특정 위치정보에 해당하는 픽셀은 1의 값을 가지는 경우 흰색이, 0의 값을 가지는 경우 검은색이 부여되었다. 도 3(c)는 도3(a) 및 도 3(b)가 중첩된(overlap) 이미지로, 두 이온 검출 패턴에 해당하는 이미지가 오버랩된 부분만이 흰색을 갖게 된다. 도 3(c)에서 검은 부분은 해당 픽셀의 값이 모두 0인 경우이며, 회색의 경우는 해당 픽셀의 값이 0과 1 또는 1과 0을 갖는 경우이다. 즉, 나노입자의 이온이나 검출물질의 이온만이 검출된 부분은 회색을 갖게 된다.
도 3(c)의 흰 부분의 면적을 도 3(b)의 흰 부분의 면적으로 나눌 경우, 총 결합물질의 양중 나노입자에 결합된 결합물질의 양을 의미하는 결합 정도를 알 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, 상기 결합 정도가 특정 값 이상일 경우, 실험 측정에 의한 오차 및 나노입자와 결합물질간의 동일 주사에너지에 따른 2차이온 발생 량, 산란정도 등의 물질 파라미터에 차이에 의한 오차로 판단하여 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판단한다.
3(c)의 흰 부분의 면적을 도 3(a)의 흰 부분의 면적으로 나눌 경우, 존재하는 결합물질의 양 또는 농도에 대한 정보를 알 수 있다. 결합물질의 양 또는 농도에 대한 정보를 얻을 수 있는 상기 방법은 바람직하게 모든 결합물질이 나노입자에 결합된 것으로 판별된 후에 수행된다.
상기 나노입자는 양자점을 포함하는 나노 입자인 것이 바람직하다.
상기 결합물질은 티올기를 가지며, 카르복시기, 히드록시기 및 아미노기에서 하나 이상 선택된 작용기를 더 가지는 두 작용기(bi-functional)를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
상기 결합물질은 항체 또는 뉴클레오티드인 것이 바람직하다.
본 발명의 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질간의 결합 평가방법을 이용하여 특정 나노 입자, 나노선 또는 나노로드와 리간드를 포함하는 특정 작용기의 결합 여부가 정성, 정량적으로 분석 가능하며, 더 나아가 결합 과정 또한 분석 가능하다.
따라서, 특정 항원, 셀, 단백질 추출물, 뉴클레오티드등의 생물학적 분석 대상과 특이적으로 결합하는 작용기를 상기 나노 입자, 나노선 또는 나노로드에 형성시키기 위해 수행되는 다단계의 결합 및 치환에 대한 정성 및 정량 분석이 가능하며, 다수의 결합 및 치환에 대해 단계별 결합 과정을 상세히 알 수 있게 된다. 이러한 다단계의 결합 및 치환 시, 하나의 단계에서 서로 결합하는 두 물질이 각각 나노입자와 결합물질이 될 수 있으며, 전 단계에서 결합이 완료된 물질이 나노입자가 될 수 있다.
본 발명의 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질간의 결합 평가방법을 이용하여 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 존재 여부를 검출할 수 있으며, 그 정량 분석 또한 가능하다. 이를 위해, 상기 결합물질은 항원, 셀 또는 뉴클레오티드이며, 나노입자는 표면에 상기 항원 또는 셀과 특이적으로 결합하는 작용기, 또는 상기 뉴클레오티드와 상보적으로 결합하는 작용기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이때, 상술한 나노입자의 이온 검출 패턴은 상기 작용기의 이온 검출 패턴인 것이 바람직하며, 상술한 나노입자의 이온 검출 패턴의 바이너리 패턴으로의 변환과 유사하게, 상기 작용기의 이온 검출 패턴은 작용기 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1의 값으로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0의 값으로 처리된 바이너리(binary) 패턴으로 변환될 수 있다.
항원, 셀 또는 뉴클레오티드인 결합물질의 이온 검출 패턴 또한 결합물질 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1의 값으로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0의 값으로 처리된 바이너리(binary) 패턴으로 변환될 수 있다.
상기 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 정량 분석을 위해, 상기 작용기 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 레퍼런스를 계산하는 단계; 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴과 상기 작용기 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 개수인 결합량을 계산하는 단계; 및 상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나누어 상기 작용기와 상기 결합물질의 결합정도를 계산하는 단계;가 수행된다.
상기 결합량이 0인 경우, 상기 항원, 셀 또는 뉴클레오티드가 존재하지 않음을 알 수 있으며, 결합량이 0 이상의 값을 갖는 경우, 항원, 셀 또는 뉴클레오티드가 존재함을 알 수 있다. 또한 상기 결합정도에 의해 상기 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 양을 알 수 있다.
바이너리로 처리되지 않은 경우에도, 상술한 바와 유사하게 나노입자의 이온이 검출된 위치정보의 수, 검출물질의 이온이 검출된 위치정보의 수, 나노입자 및 검출물질의 이온이 모두 검출된 위치정보의 수를 이용하여 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 정성 및 정량 분석이 가능하며, 상술한 바와 유사하게 이미지로의 변환에 의해 정성적으로 상기 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 존재 유/무를 알 수 있으며, 상술한 바와 유사하게 오버랩되는 이미지의 면적을 이용하여 항원, 셀 또는 뉴클레오티드의 양을 알 수 있다.
상기 c) 단계의 정량 및 정성 판별은 통상적인 DSP(digital signal processor)를 이용하여 구현될 수 있으며,상기 바이너리 패턴으로 변환을 위한 특정 임계 강도, 실험 오차로 무시할 수 있는 특정 임계치등의 본 발명의 판별 방법을 효과적으로 수행하기 위한 파라미터 정보는 메모리에 저장되어, 필요에 의해 상기 DSP에 로드되어 사용되게 된다. 이때, 상기 메모리에 저장되는 각 파라미터는 나노입자의 종류, 결합물질의 종류, 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 측정 조건등에 의해 달라지는 적화된 값이다. 결합여부, 결합정도 등의 판별의 정성 및 정 량 결과는 상기 DSP에 연결된 통상의 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있으며, 이미지로의 변환이 수행되는 경우, 각각의 이미지 및 오버랩된 이미지의 결과 또한 상기 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있다.
본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, 이하 TOF-SIMS)을 이용한 물질간의 결합 평가 방법은 나노입자를 기반으로 바이오-유기물질간, 유기-무기물질간, 무기-무기물질간 또는 유기-유기물질간의 결합 여부를 평가할 수 있으며, 결합의 정도 및 결합된 물질의 양에 대한 정성, 정량 분석이 가능하며, 결합이 진행되는 과정에 대한 판별 또한 가능하다. 무엇보다, 다단계의 결합 및 치환이 수반되는 경우, 각 단계별로 특정 물질의 결합(또는 치환) 여부 및 결합(또는 치환)된 물질의 종류를 알 수 있으며, 두 물질간의 결합을 공간 분포에 따라 평가할 수 있다.
본 발명의 평가방법은 나노입자상의 물질간 결합에 대한 기초 연구의 수단을 제공할 뿐만 아니라, 특정 생물학적 물질의 검출을 목표로 하는 바이오-유-무기 복합체의 제조에 활용될 수 있으며, 특정 생물학적 물질을 검출하는 센서의 검출 단계에 활용될 수 있다.
센서의 검출단계에 활용되는 경우, 특정 생물학적 물질과의 결합에 의한 전기/자기적 신호 발생에 의한 검출이 아닌 본 발명의 결합평가 방법을 사용하여 특정 생물학적 물질의 존재 여부 및 특정 생물학적 물질의 양 또한 정량적으로 평가 할 수 있으며, 결합되지 않고 잔여물로 남아있는 물질과의 구분 또한 가능하다.
특히, 양자점을 포함한 나노입자에 결합된 리간드 또는 생물학적 물질을 무표지로 분석, 평가 가능하며, 단일한 측정을 통해 대면적의 분석, 평가가 가능하며, 나노입자에 결합된 리간드 또는 생물학적 물질에 대한 공간 분포 정보를 얻을 수 있다.
실시예를 참조하여 본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS; Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, 이하 TOF-SIMS)을 이용한 물질간의 결합 평가 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 나노입자로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
CdSe의 코어 및 ZnS의 쉘을 갖는 CdSe-ZnS 코어쉘 양자점을 제조하여, CdSe-ZnS 코어쉘 양자점의 CdSe와 ZnS의 코어쉘 형성 여부(즉, 결합 여부)를 비행시간이차이온질량분광법을 이용하여 판별, 평가하였으며, CdSe-ZnS 코어쉘 양자점의 제조과정에서 형성될 수 있는 유기 리간드의 존재 여부 및 결합 여부를 판별, 평가하였다.
CdSe 양자점을 제조하기 위해, CdO 4mmol, 스테아르산 (stearic acid) 8mmol 및 옥틸아민(octylamine) 5mL를 1-옥타도데신(ODE) 5mL에 첨가한 후, 250℃로 가열하였다. 용액이 맑아지면 온도를 130℃로 낮추고 1-옥타도데신(ODE)을 용액의 총량이 50mL가 되도록 추가로 첨가하였다. 다음으로 200-mesh Se 분말 2mmol을 첨가한 뒤 온도를 분당 25-30℃의 속도로 240℃까지 승온하였다. CdSe가 Se이 용해되는 약 210℃부터 형성되기 시작함을 알 수 있으며. 상기 옥틸아민(octylamine)에 의해 나노결정의 크기를 조절하였다. 제조된 CdSe 양자점을 프로필아민(propylamine)이 들어있는 메탄올(methanol) 용액에서 여러 번 정제하여 남아있는 스테아르산염 (stearate)을 제거한 뒤 핵산(hexane)에서 보관하였다.
CdSe/ZnS 제조하기 위하여, 약 0.1~0.3 μmol (10mg)의 정제된 우르차이트(wurtzite)구조의 CdSe 양자점을 2mL 1-옥타도데신(ODE)과 4g 옥타데실아민(ODA)이 섞여 있는 용액에 넣어 분산시켰다. 이 용액을 격렬히 휘저으면서 190℃까지 가열하였다. CdSe 양자점 용액을 190~210℃까지 올리면서 0.05M의 Zn stock 용액과 0.05M의 황 stock 용액을 한 방울씩 첨가하였다. 이때, 0.05M의 Zn stock 용액은 1-옥타도데신(ODE) 용액에 ZnO와 올레산 (oleic acid)을 섞어 약 240℃에서 준비된 것이며, 0.05M의 S stock 용액은 황(S) 분말을 1-옥타도데신(ODE)에 용해시켜 준비된 것이다. Zn stock 용액과 황 stock 용액의 첨가에 의해, 약 3ML의 ZnS 쉘이 CdSe 핵 양자점에 입혀진 CdSe-ZnS 코어쉘 구조의 양자점을 제조하였다. 제조된 CdSe-ZnS 코어쉘 구조의 양자점은 메탄올로 정제되었다.
TOF-SIMS로 분석하기 위해, 콜로이드 상태의 CdSe-ZnS 양자점을 피라나(piranha) 용액에서 미리 클리닝 된 Si(100) 기판위에 떨어뜨린 후 진공에서 건 조시켰다.
TOF-SIMS를 이용한 측정 조건으로, TOF-SIMS V (ION-TOF GmbH, Germany) 장비를 이용하였으며, 25 keV Bi+ 이온총을 이용하였다. 이온총은 5 kHz에서 작동되었고, 패러데이 컵(Faraday cup)을 사용해 측정된 평균 이온 전류는 접지된 샘플 홀더에서 0.2 pA(Bi+)이었다. 번칭(bunching) 시스템으로부터 펄스 지속시간은 10.9 ns로 음의 모드에서 질량 분해능(M/△M)을 8000 이상 가능하게 한다. 일차이온에 의해 래스터(raster)된 면적은 200x200 ㎛2이고, 이온량은 1012 ionsㆍcm-2 이내로 유지하였다. 음의 모드에서 측정되었으며, 음이온 스펙트럼은 본질적으로 C-, CH-, C2H-, C4H- 픽들을 레퍼런스로 하여 보정(calibration)되었다. 위치정보간의 간격이 되는 공간분해능은 1.5㎛이며, 측정된 음이온 스펙트럼은 1.5㎛를 단위픽셀로 하여, 256x256 픽셀을 갖는 이미지로 변환되었다. 이미지에서 검은색은 해당 음이온이 검출되지 않은 것이며, 해당 음이온의 검출 강도(intensity)가 클수록 높은 명도를 갖는다.
도 4(a)는 Si(100) 기판상 형성된 상기 제조된 CdSe-ZnS 양자점의 ZnSCdSe-의 TOF-SIMS 이미지이다. 도 4(a)에서 알 수 있듯이 ZnS-CdSe 양자점이 제조되었으며, 실리콘 기판 상에 ZnS-CdSe 양자점이 불규칙한 패턴을 형성하는 것을 알 수 있다. 도 4(b)는 CdSe-ZnS 양자점의 제조에 사용된 유기화합물 중 스테아르산염(m/z 283)의 TOF-SIMS 이미지이다. 도 4(c)의 오버레이(도 4(a)와 도 4(b)의 오버레이 임)를 통해 CdSe-ZnS 양자점의 TOF-SIMS 이미지가 스테아르산염의 TOF-SIMS 이미지에 완전히 오버랩됨을 알 수 있으며, 이에 의해 제조된 CdSe-ZnS 양자점에 스테아르산염이 리간드로 결합되어 있는 것으로 평가된다.
도 4의 결과로 CdSe-ZnS 양자점이 제조되었으며, 스테아르산염이 리간드로 양자점 표면에 결합되어 있음을 알 수 있는데, 상기 제조된 양자점의 리간드 치환을 수행하였다.
리간드 치환을 위해, 상기 스테아르산염이 결합된 CdSe-ZnS 양자점 20mg을 3-메르캅토프로피오닉 산(3-mercaptopropionic acid, 이하 MPA) 10μL 첨가된 무수 메탄올 10mL에 용해시킨 후, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide)로 pH를 10으로 조절하였다. 이후, 용액색이 다홍색으로 변할 때까지 Ar을 흘려주면서 약 60℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이후, 40mL의 에틸아세테이트를 첨가한 후, 4000rpm, 5분동안 원심분리하여 양자점을 회수하였다. 회수된 양자점은 에틸아세테이트로 세척된 후 진공에서 건조되었으며, 상기 세척은 3회 이상 반복 수행되었다. 세척, 건조된 양자점을 함유하는 에틸아세테이트 용액을 피라나(piranha) 용액에서 미리 클리닝 된 Si(100) 기판위에 떨어뜨린 후 진공에서 건조시켰다.
도 5(a)는 ZnS-의 TOF-SIMS 이미지이며 도 5(a)를 통해 양자점이 실리콘 기판상 불규칙한 패턴을 형성함을 할 수 있다. 도 5(b)는 ZnㆍMPA-H-의 TOF-SIMS 이미지이다. 도 5(b)의 이미지가 도 5(a)에 완전히 오버랩되는 것으로 MPA가 양자점에 모두 결합되어 있는 것으로 평가되며, 이는 도 5(b)와 같이 양자점의 쉘 표면과 MPA의 결합에 의한 2차 이온인 ZnㆍMPA-H- 이온이 검출된 결과와 일치한다. 따라서, 상기 리간드 치환에 의해 스테아르산염이 카르복시기(-COOH)를 갖는 MPA로 치환된 것으로 평가된다.
또한, 상기 리간드 치환 전 양자점과 결합되어 있던 스테아르산염의 결합 여부를 판단하기 위해, 스테아르산염의 TOF-SIMS 이미지를 얻은 결과 도 5(c)와 같이 양자점과 MPA가 모두 검출되지 않은 영역 즉, 기판이 존재하는 영역에서 스테아르산염이 잔존하며, 도 5(d)의 ZnS-의 TOF-SIMS 이미지와 스테아르산염 이미지의 오버레이를 통해 알 수 있듯이 양자점과 결합되지 않은 것으로 평가된다. 이를 통해, 리간드 치환 및 3번이상의 세척에서도 스테아르산염이 에틸아세테이트 용액 내에 잔존하고 있었음을 알 수 있다.
상기의 리간드 치환에서, MPA 대신, 3-메르캅토프로판올(3-mercaptopropanol, 이하 MPO)이나 2-아미노에탄티올(2-aminoethanethiol, 이하 AET)을 사용하여 MPA의 치환과 유사하게 하이드록시기(-OH)를 갖는 MPO 혹은 아민기(-NH2)를 갖는 AET와 스테아르산염 간의 리간드 치환을 수행하였다. TOF-SIMS를 측정하여 분석한 결과, MPA를 이용한 리간드 치환과 유사하게 모든 양자점의 TOF-SIMS 패턴이 MPO-H- 혹은 AET-H-의 TOF-SIMS와 오버랩 되었으며, 스테아르산염은 양자점과 결합하지 않고, 기판 상에만 잔존하였다.
상기와 같이 MPA와 스테아르산염 간의 리간드 치환에 의해 MPA로 캡핑된 양자점을 제조하였으며, MPA 캡핑된 양자점에 트롬빈(thrombin)과 결합하는 DNA 압타머(aptamer)를 결합시켰다.
이를 위해, MPA 캡핑된 양자점(1 nmol)을 0.5mL 의 PBS 완충제(pH 5.4)에 용해시킨 후, MPA 캡핑된 양자점의 카르복시기는 0.15mg 의 1-에틸-3-[3-디메틸아미노프로필]카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-[3- dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride(EDC))와 0.21 mg의 N-하이드록시숙신이미드(N-hydroxysulfosuccinimide, Sulfo-NHS)를 첨가하여, 상온에서 15분 동안 반응 혼합을 배양하여 아민 반응이 있는 N-하이드록시숙신이미드 에스테르(N-hydroxysulfosuccinimide (Sulfo-NHS) esters)로 전환되는 것에 의해 활성화 되었다. 5 nmol의 트롬빈(thrombin)과 결합하는 DNA 압타머 (thrombin-binding aptamer DNAs, 5'-TTCACTGTGGTTGGTGTGGTTGG-3')를 활성화된 양자점 용액에 첨가하고 0.5μl의 β -메르캅토에탄올(β-mercaptoethanol) 용액에서 2시간 동안 상온 배양하였다. 배양 후, 0.5 mg 의 N-하이드록실아민 하이드로클로라이드(N-hydroxylamine hydrochloride)를 첨가하여 DNA 압타머가 결합된 양자점을 제조하였다.
DNA 압타머가 결합된 양자점 용액을 피라나(piranha) 용액에서 미리 클리닝 된 Si(100) 기판위에 떨어뜨린 후 진공에서 건조시켰다.
도 6(a)는 Se- TOF-SIMS 이미지이다. 실리콘 기판 상에 양자점이 불규칙한 패턴을 형성하는 것을 알 수 있다. 도 6(b)는 인산염(phosphate, PO3 -)의 TOF-SIMS 이미지이며, 도 6(c)는 티민염(thymine base, Thy-H-)의 TOF-SIMS 이미지이다. 도 6(a)의 양자점 패턴이 인산염 또는 티민염의 패턴과 완벽하게 일치함을 알 수 있으며, 이에 따라, 트롬빈(thrombin)과 결합하는 DNA 압타머가 CdSe-ZnS 양자점에 결합되어 있는 것으로 평가된다. 또한 도 6(d)는 스테아르산염의 TOF-SIMS 이미지이며, 인산, 티민염 및 양자점의 패턴이 존재하지 않는 기판 영역에 스테아르산염이 잔존하는 것으로 평가된다.
도 1은 본 발명의 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS)을 이용한 물질 간의 결합 평가방법의 순서를 도시한 순서도의 일 예이며,
도 2는 본 발명의 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법 중 이온 측정 패턴을 이미지로 변환시켜 평가하는 방법의 순서를 도시한 순서도의 일 예이며,
도 3은 본 발명의 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법에서, 바이너리 패턴으로 변환시킨 후, 이미지로 변환시켜 평가하는 방법의 일 예이며, 도 3(a)는 나노입자 이온의 바이너리 패턴 이미지이며, 도 3(b)는 결합물질의 바이너리 패턴 이미지이며, 도 3(c)는 도3(a)와 도3(b)의 오버레이(overlay)이며,
도 4는 CdSe-ZnS 양자점과 리간드의 결합을 평가한 실시예이며, 도 4(a)는 제조된 CdSe-ZnS 양자점의 ZnSCdSe-의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 ZnSCdSe- TOF-SIMS 이미지이며, 도 4(b)는 CdSe-ZnS 양자점의 제조에 사용된 유기화합물 중 스테아르산염 음이온의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 스테아르산염 TOF-SIMS 이미지이며, 도 4(c)는 도 4(a)와 도 4(b)의 오버레이이며,
도 5는 CdSe-ZnS 양자점에 결합된 스테아르산염과 3-메르캅토프로피오닉 산(3-mercaptopropionic acid, MPA)와의 리간드치환 후 결합여부를 평가한 실시예이며, 도 5(a)는 ZnS-의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 ZnS- TOF-SIMS 이미지이며, 도 5(b)는 ZnㆍMPA-H-의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 ZnㆍMPA-H- TOF-SIMS 이미지이며, 도 5(c)는 스테아르산염 음이온의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 스테아르산염 TOF-SIMS 이미지이며, 도 5(d)는 도 5(a)의 ZnS- TOF-SIMS 이미지와 도 5(c)의 스테아르산염 TOF-SIMS 이미지의 오버레이이며,
도 6은 MPA로 리간드 치환되어 MPA 캡핑된 CdSe-ZnS 양자점의 DNA 압타머와의 결합여부를 평가한 실시예이며, 도 6(a)는 Se-의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 Se- TOF-SIMS 이미지이며, 도 6(b)는 인산염(phosphate, PO3 -)의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 PO3 - TOF-SIMS 이미지이며, 도 6(c)는 티민염(thymine base, Thy-H-)의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 Thy-H- TOF-SIMS 이미지이며, 도 6(d)는 스테아르산염 음이온의 측정 패턴을 이미지로 변환시킨 스테아르산염 TOF-SIMS 이미지이다.

Claims (13)

  1. a) 바이오, 유기 또는 무기 물질에서 선택된 결합물질 및 상기 결합물질이 결합되는 나노입자를 함유하는 복합체로 기판 상에 패턴을 형성하는 단계;
    b) 상기 기판 상 동일한 영역을 측정 영역으로 하고, 비행시간이차이온질량분광법(TOF-SIMS)을 이용하여, 기판 상 위치에 따른 2차원 위치정보를 갖는 이온의 강도(intensity)인 상기 결합물질 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 각각 측정하는 단계;
    c) 상기 위치정보를 이미지의 픽셀로 변환하고 상기 위치정보에 따른 이온의 강도에 따라 상기 픽셀에 색상, 명도 또는 채도를 부여하여, 상기 결합물질의 이온검출 패턴 및 상기 나노입자의 이온 검출 패턴을 각각 결합물질의 이온검출이미지 및 나노입자의 이온검출이미지로 변환하는 단계; 및
    d) 상기 결합물질의 이온검출이미지 및 상기 나노입자의 이온검출이미지의 오버랩에 의해 상기 결합물질과 상기 나노입자의 결합여부를 판별하는 단계;
    를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질간의 결합 평가방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 나노입자의 이온 검출 패턴은 나노입자 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0으로 처리된 바이너리(binary) 패턴이며,
    상기 결합물질의 이온 검출 패턴은 결합물질 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0으로 처리된 바이너리(binary) 패턴인 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 레퍼런스를 계산하는 단계;
    상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴과 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 결합량을 계산하는 단계; 및
    상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나누어 상기 결합물질이 상기 나노입자에 결 합된 결합정도를 계산하는 단계;
    를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 총량을 계산하는 단계;
    상기 나노입자 이온의 바이너리 패턴과 상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 결합량을 계산하는 단계; 및
    상기 결합량을 상기 총량으로 나누어 상기 결합물질이 상기 나노입자에 결합된 결합정도를 계산하는 단계;
    를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 결합물질은 티올기를 가지며, 카르복시기, 히드록시기 및 아미노기에서 하나 이상 선택된 작용기를 더 갖는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 결합물질은 항체 또는 뉴클레오티드인 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 결합물질은 항원, 셀 또는 뉴클레오티드이며, 나노입자는 표면에 상기 항원 또는 셀과 특이적으로 결합하는 작용기, 또는 상기 뉴클레오티드와 상보적으로 결합하는 작용기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 나노입자의 이온 검출 패턴은 상기 작용기의 이온 검출 패턴인 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 작용기의 이온 검출 패턴은 작용기 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0으로 처리된 바이너리(binary) 패턴이며,
    상기 결합물질의 이온 검출 패턴은 결합물질 이온이 특정 임계강도 이상이 검출된 위치정보(x, y)는 1로, 특정 임계강도 이하로 검출된 위치정보는 0으로 처리된 바이너리(binary) 패턴인 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 작용기 이온의 바이너리 패턴 상 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 레퍼런스를 계산하는 단계;
    상기 결합물질 이온의 바이너리 패턴과 상기 작용기 이온의 바이너리 패턴이 동일 위치 정보에서 모두 1의 값을 갖는 위치정보의 총 수인 결합량을 계산하는 단계; 및
    상기 결합량을 상기 레퍼런스로 나누어 상기 작용기와 상기 결합물질의 결합정도를 계산하는 단계;
    를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비행시간이차이온질량분광법을 이용한 물질 간의 결합 평가방법.
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