KR101003534B1 - Quantative detection method of biomolecules using magnetic nano particle and frequency mixing magnetic reader - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성나노입자와 주파수 혼합 자기 판독기(frequency mixing magnetic reader)를 이용한 생체물질의 정량적 검출방법에 관한 것이다. 본 발명의 검출방법에 의하면, 자성나노입자의 수에 대한 신호의 검출로서 간단하게 생체물질의 존재를 정량적으로 측정할 수 있고, ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) 보다 안정하면서 그와 유사한 고민감도의 신뢰성있는 데이터를 확보할 수 있다. 또한 본 발명의 검출방법에 따르면, 1회용의 스트립 유형의 기판부가 센서로 이용되므로 공정 및 비용 측면에서 매우 경제적이다.The present invention relates to a method for quantitative detection of biomaterials using magnetic nanoparticles and a frequency mixing magnetic reader. According to the detection method of the present invention, the presence of a biological material can be measured quantitatively as a detection of a signal for the number of magnetic nanoparticles, and is more stable than ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay), and has similar sensitivity. Reliable data can be obtained. In addition, according to the detection method of the present invention, since the disposable strip type substrate is used as a sensor, it is very economical in terms of process and cost.

자성나노입자, 주파수 혼합 자기 판독기, 스트립 Magnetic Nanoparticles, Frequency Mixed Magnetic Readers, Strips

Description

자성 나노 입자와 주파수 혼합 자기 판독기를 이용한 생체물질의 정량적 검출방법{QUANTATIVE DETECTION METHOD OF BIOMOLECULES USING MAGNETIC NANO PARTICLE AND FREQUENCY MIXING MAGNETIC READER}QUANTATIVE DETECTION METHOD OF BIOMOLECULES USING MAGNETIC NANO PARTICLE AND FREQUENCY MIXING MAGNETIC READER}

본 발명은 자성 나노 입자와 주파수 혼합 자기 판독기를 이용한 생체물질의 정량적 검출방법에 관한 것이다. 본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-074-02, 과제명: 나노 입자를 이용한 고성능 바이오 센서 시스템].The present invention relates to a method for quantitative detection of a biomaterial using magnetic nanoparticles and a frequency mixed magnetic reader. The present invention is derived from research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task Management Number: 2006-S-074-02, Title: High-performance biosensor system using nanoparticles ].

생명공학, 의학, 화학 분야에서 미량의 생체물질 분석은 매우 중요한 과제 중의 하나이다. 이러한 측면에서, 좀 더 쉬운 분석 방법(tool)을 개발하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, 혁신적인 분석 방법의 개발은 생명공학이나 이에 연관된 분야의 학문적 경향을 바꿀 정도로 영향력이 매우 크다고 할 수 있다(예: 거대분자(macoromolecule)에 대한 MALDI-TOF, HPLC-MS, PCR 등). 이러한 실험실 수준의 장비 개발 이외에 현장에서 간편하게 측정/분석할 수 있는 장비의 개발에서도 많은 연구가 있어 왔는데, 흔히 랩온어칩(Lab on a Chip, LoC), 시스템온칩(System on Chip, SoC) 등으로 불리는 어레이(array) 분석이 가능한 칩(chip)의 개발이 그 일례이다.Analysis of trace biomaterials is one of the most important challenges in biotechnology, medicine and chemistry. In this respect, much research has been conducted to develop easier analytical tools, and the development of innovative analytical methods is very influential enough to change the academic trends in biotechnology and related fields (eg : MALDI-TOF, HPLC-MS, PCR for macromolecules). In addition to the development of laboratory-level equipment, a lot of research has been conducted in the development of equipment that can be easily measured / analyzed in the field, such as Lab on a Chip (LoC) and System on Chip (SoC). One example is the development of chips capable of array analysis.

이 중에서 1970년대에 개발된 거대자기저항(Giant MagnetoResistance, GMR)은 하드디스크 뿐만 아니라 센서(sensor)의 개발에도 많은 영향을 미쳤다. 이러한 이유로, 자성 나노 입자는, 1) 기존에 사용되는 바이오 센서의 표지(label) 물질보다 물리/화학적인 측면에서 훨씬 더 안정적이고, 2) 신호의 생성과 표적(target) 물질의 포획(capturing)을 동시에 할 수 있다는 장점으로 인하여 매우 각광을 받았다.Among them, the Giant MagnetoResistance (GMR) developed in the 1970s had a great influence on the development of sensors as well as hard disks. For this reason, magnetic nanoparticles are: 1) much more stable in physical / chemical terms than conventional biosensor labeling materials, and 2) signal generation and capturing of target materials. It was very popular because of its ability to do it at the same time.

종래 나노 입자 또는 비드를 이용한 기술로는, 마이크로 또는 나노 입자의 한쪽에 고상의 지지물(support)이 붙을 수 있도록 하고, 나머지 한쪽에 DNA가 붙을 수 있도록 한, 입자를 이용한 DNA의 고정화 방법이 있다. 상기의 고정화 방법은, 일반적인 표면에 고정화 시키는 것보다 많은 양의 DNA를 입자의 표면에 부착하여, 좁은 면적에 많은 DNA를 농축시킬 수 있는 고정화 방법이다. 그러나, 상기 방법에서 입자는 단지 DNA의 포획만을 담당할 뿐이었다. Conventional techniques using nanoparticles or beads include a method of immobilizing DNA using particles in which a solid support can be attached to one side of the micro or nanoparticles, and the DNA can be attached to the other side. The immobilization method described above is an immobilization method in which a large amount of DNA is attached to the surface of particles rather than immobilized on a general surface, and a large amount of DNA can be concentrated in a small area. However, in this method the particles were only responsible for the capture of DNA.

또한, 비드(bead)를 이용하여 어레이를 제작한 후 여기에 DNA 증폭을 위한 각종 효소를 이용하여 다양한 종류의 DNA를 효율적으로 분석하게끔 하는 방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 방법에서는 DNA 증폭 반응 자체가 각각의 비드 표면에서 일어나게끔 하는 것에 그칠 뿐이었다.In addition, a method of making an array using beads and efficiently analyzing various types of DNA using various enzymes for DNA amplification has been disclosed. However, the method only allowed the DNA amplification reaction to occur on each bead surface.

한편 자성나노입자를 이용한 종래의 기술로는, 1) GMR 센서를 이용하는 방법, 2) 스핀 밸브(spin valve)를 이용하는 방법, 3) 홀 프로브(Hall probe)를 이용하는 방법, 4) 인덕션 코일(induction coil)을 사용하는 방법과 5) 민감도가 가장 높다는 초전도 양자 간섭 소자(Super conducting quantum interface device, SQUID)를 이용하는 방법 등이 있다.Meanwhile, conventional techniques using magnetic nanoparticles include 1) a method using a GMR sensor, 2) a method using a spin valve, 3) a method using a Hall probe, and 4) an induction coil. coils) and 5) superconducting quantum interface devices (SQUIDs), which have the highest sensitivity.

그 중 현재 상용화에 가장 가까운 기술은 GMR을 이용하는 방법인데, 이 방법의 경우 센서 하나의 개당 가격이 매우 비쌀 뿐만 아니라 분석 장비도 비드의 농도에 따라 따로 만들어야 할 만큼 매우 고가이다. 다른 방법의 경우도 검출 한계(detection limit) 자체는 매우 낮으나, 현실적으로 장비의 가격 및 크기/유지 등의 문제로 실제로 상용화 하기는 매우 어려운 실정이다.Currently, the closest technology to commercialization is GMR, which is very expensive for each sensor, and it is very expensive to make analytical equipment according to the concentration of beads. In other methods, the detection limit itself is very low, but in reality, it is very difficult to commercialize it due to the cost and size / maintenance of equipment.

이러한 자성나노입자를 이용한 종래 분석방법으로는, 바이오센서 시스템에서 MRAM을 사용하는, 자기 바이오센서를 위한 여기 및 측정 방법이 개시된 바 있다. 이 방법에서는 적어도 하나의 디지털 자기 센서 요소를 사용하며, 자기 비드(bead)의 자화 정도를 측정함으로써 생체 물질의 분석이 가능하다.As a conventional analysis method using such magnetic nanoparticles, an excitation and measurement method for a magnetic biosensor using MRAM in a biosensor system has been disclosed. In this method, at least one digital magnetic sensor element is used, and biomaterials can be analyzed by measuring the degree of magnetization of magnetic beads.

또한 SQUID와 40 ㎛의 비드를 이용하여, 항체-항원의 결합 여부를 측정하며, 약 2만~5만개 정도의 비드를 재현성 있게 분석할 수 있도록 하는 방법이 개시된 바 있다. 그러나, SQUID의 경우는 이론적으로도 휴대 장비를 만들 수 없고 반드시 장비 내로 시료를 집어 넣어주어야 하는 점에서 간단하지 않은 단점이 있다. In addition, a method of measuring the binding of antibody-antigen using SQUID and 40 µm beads and reproducing about 20,000 to 50,000 beads has been disclosed. However, SQUID has a disadvantage in that it cannot theoretically make a portable device and in that a sample must be put into the device.

또한, 여시니아 페스티스(Yersinia pestis)라는 세균에 대해 자기 비드와 자기 판독기(magnetic reader)를 이용힌 분석 방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 방법은 센서의 개발과는 차이가 있는 것으로, 시료의 분석을 위하여 ABICAP(Antibody Immuno Column for Analytical Processes)이라는 PE 재질의 항체 면역 컬럼을 이용한다. In addition, an analysis method using magnetic beads and a magnetic reader has been disclosed for a bacterium called Yersinia pestis. However, the method is different from the development of a sensor, and uses an antibody immune column made of PE called Antibody Immuno Column for Analytical Processes (ABICAP) for analysis of a sample.

이와 같이 자성 나노 입자를 신호 물질로 사용하는 데에는, 1) 나노 입자의 분석을 위해 매우 큰 분석 장비가 필요하고, 2) GMR, 터널자기저항(Tunneling MagnetoResistance, TMR), 스핀 밸브(Spin Valve) 등에 사용되는 센서 또는 칩의 제작이 매우 까다롭고 고가라는 점에서, 결정적인 단점이 존재한다. In order to use magnetic nanoparticles as signal materials, 1) very large analysis equipment is required for the analysis of nanoparticles, and 2) GMR, Tunneling MagnetoResistance (TMR), Spin Valve, etc. There is a decisive disadvantage in that the fabrication of the sensor or chip used is very demanding and expensive.

이에 본 발명자들은 스트립 유형의 기판부와 자성나노입자 및 주파수 혼합 방식의 자기 판독기를 사용하는 경우, 공정 및 비용 면에서 경제적이고, 또한 자성나노입자의 수에 대한 신호의 검출로서 매우 간단하고 안정적으로 생체물질의 존재를 정량 측정할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention are economical in terms of process and cost when using a strip type substrate, magnetic nanoparticles, and frequency-mixing magnetic readers, and are very simple and stable as detection of signals for the number of magnetic nanoparticles. It was found that the presence of a biomaterial can be quantitatively determined and the present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 기존의 고가의 센서 또는 분석장비가 필요 없으면서, 실내나 야외 모두에서 간단하고 안정적으로 신뢰성 있는 데이터를 확보할 수 있는, 새로운 생체물질의 정량적 검출방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new method for quantitative detection of a biological material, which can easily and reliably obtain reliable data both indoors and outdoors without requiring an existing expensive sensor or analysis equipment.

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

스트립 유형의 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계; 및Labeling the biomaterial immobilized on the strip-type substrate with magnetic nanoparticles; And

상기 생체물질을 표지한 자성나노입자를 주파수 혼합 방식의 자기 판독기를 이용하여 측정하는 단계;Measuring magnetic nanoparticles labeled with the biomaterial using a magnetic reader of a frequency mixing method;

를 포함하는 생체물질의 정량적 검출방법을 제공한다.It provides a quantitative detection method of a biological material comprising a.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기판부는 자성을 띠지 않는 재질로 되어 있다.According to one embodiment of the invention, the substrate portion is made of a material that is not magnetic.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 기판부는 반도체 웨이퍼, 유리, 또는 석영이다.According to another embodiment of the present invention, the substrate portion is a semiconductor wafer, glass, or quartz.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 자성나노입자는 1nm 내지 200nm의 입경을 갖는다.According to another embodiment of the present invention, the magnetic nanoparticles have a particle diameter of 1nm to 200nm.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계는, 상기 생체물질에 대한 제1 포획자 및 제2 포획자 를 이용하여 샌드위치 면역반응에 의해 수행한다.According to another embodiment of the present invention, the labeling of the biomaterial immobilized on the substrate with magnetic nanoparticles may be performed on a sandwich immune response using a first capturer and a second capturer for the biomaterial. Performed by

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 기판부는 생체물질에 대한 제1 포획자가 고정 가능하도록 표면처리되어 있다.According to another embodiment of the invention, the substrate portion is surface-treated to be fixed to the first trap for the biological material.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 제1 포획자 및 제2 포획자는 각각 항원, 항체, DNA, RNA, PNA, LNA, 합텐(hapten), 앱타머(aptamer), 아비딘, 비오틴, 스트렙트아비딘, 뉴트라비딘(neturavidin), 렉틴, 셀렉틴(selectin), 효소, 호르몬, 단백질, 수용체, 리간드, 아미노산, 올리고뉴클레오티드, 펩티드 및 올리고펩티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이고, 서로 동일하거나 상이하다.According to another embodiment of the invention, the first and second capturers are antigen, antibody, DNA, RNA, PNA, LNA, hapten, aptamer, avidin, biotin, streptavidin, respectively. , At least one selected from the group consisting of neutravidin, lectin, selectin, enzyme, hormone, protein, receptor, ligand, amino acid, oligonucleotide, peptide and oligopeptide, and the same or different from each other.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 생체물질은 DNA, RNA, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 바이러스, 호르몬, 병원성 세균, 바이러스, 세포, 당 및 휘발성 유기물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.According to another embodiment of the invention, the biomaterial is selected from the group consisting of DNA, RNA, oligonucleotides, peptides, proteins, antigens, antibodies, viruses, hormones, pathogenic bacteria, viruses, cells, sugars and volatile organics. More than one.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 검출방법은 표지 단계 뒤에 여분의 자성나노입자를 제거하는 단계를 더 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the detection method of the present invention further comprises removing excess magnetic nanoparticles after the labeling step.

본 발명의 검출방법은, 표지물질로서 ELISA의 샌드위치 면역반응에서와 같은 HRP(Horse Radish Peroxidase) 효소 대신 안정한 자성나노입자를 이용하고, 검출기로 휴대 가능한 주파수 혼합 방식의 자기 판독기를 이용함으로써, 기타 다른 분석 방법과 비교하여, 자성 입자의 수에 대한 신호의 검출로서 매우 간단하게 바이오 물질의 존재를 정량적으로 측정할 수 있고, 보다 안정적인 데이터를 확보할 수 있으며, 실험실이 아닌 야외에서도 생체물질을 측정할 수 있다. 또한 ELISA에서와 같은 고민감도의 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 ELISA와는 달리 반응시간이 틀려도 동일한 결과 확보가 가능하며, 추후에 동일한 시료를 다시 측정할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명의 검출방법은, 스트립 유형의 1회용 기판부를 이용하므로 GMR 방법과 같이 기판부 상에 복잡한 패턴을 형성할 필요가 없으며, 사용되는 기판부의 재료가 자성 물질을 제외하고는 매우 다양하여 공정 및 비용 면에서도 경제적인 우수한 효과를 제공한다.The detection method of the present invention uses stable magnetic nanoparticles instead of HRP (Horse Radish Peroxidase) enzyme as a labeling substance in ELISA sandwich, and uses a frequency-mixing magnetic reader that is portable as a detector. Compared with the analytical method, it is very simple to quantitatively measure the presence of biomaterials as a signal detection for the number of magnetic particles, to obtain more stable data, and to measure biomaterials outside the laboratory. Can be. In addition, as well as obtaining a reliable result of the same sensitivity as in ELISA, unlike the ELISA can be obtained the same result even if the reaction time is different, there is an advantage that can be measured again the same sample later. In addition, since the detection method of the present invention uses a strip type disposable substrate part, it is not necessary to form a complicated pattern on the substrate part like the GMR method, and the material of the substrate part used is very diverse except for magnetic materials. And cost effective in terms of cost.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail step by step.

도 1은 본 발명에 따른 생체물질의 정량적 검출방법을 개략적으로 나타낸 개요도이다. 도 1에 표시된 바와 같이, 본 발명의 검출방법은, 1 is a schematic diagram schematically showing a method for quantitative detection of a biomaterial according to the present invention. As shown in Figure 1, the detection method of the present invention,

스트립 유형의 기판부(10) 상에 고정화된 생체물질(30)을 자성나노입자(50)로 표지하는 단계; 및Labeling the biomaterial 30 immobilized on the strip-type substrate part 10 with the magnetic nanoparticles 50; And

상기 생체물질(30)을 표지한 자성나노입자(50)를 주파수 혼합 방식의 자기 판독기를 이용하여 측정하는 단계;를 포함한다.And measuring the magnetic nanoparticles 50 labeled with the biomaterial 30 using a frequency reader type magnetic reader.

본 발명에서, 상기 기판부(10) 상에 고정화된 생체물질(30)을 자성나노입자(50)로 표지하는 단계는, 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 생체물질(30)에 대한 제1 포획자(20) 및 제2 포획자(40)를 이용한 샌드위치 면역반응에 의해 수행될 수 있다.In the present invention, the step of labeling the biomaterial 30 immobilized on the substrate portion 10 with the magnetic nanoparticles 50 is not necessarily limited thereto, but the first capture of the biomaterial 30. It can be carried out by a sandwich immune response using the ruler 20 and the second capturer (40).

도 2는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부(10) 상에 고정화된 생체물질(30)을 자성나노입자(50)로 표지하는 단계를 보여주는 개략도로서, 도 2에 의하면, 상기 단계는 기판부(10) 표면에 제1 포획자(20)를 고정화하는 단계; 고정화된 상기 제1 포획자(20)와 시료 내 생체물질(30)을 결합시키는 단계; 상기 결합된 생체물질(30)과 제2 포획자(40)를 결합시키는 단계; 및 상기 결합된 제2 포획자(40)에 자성나노입자(50)를 표지하는 단계로 수행될 수 있다.FIG. 2 is a schematic view showing a step of labeling the biomaterial 30 immobilized on the substrate portion 10 with the magnetic nanoparticles 50 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Immobilizing the first trapper 20 on the surface of the substrate portion 10; Coupling the immobilized first capturer (20) with the biomaterial (30) in a sample; Coupling the combined biomaterial 30 and the second capturer 40 to each other; And labeling the magnetic nanoparticles 50 on the combined second capturer 40.

본 발명에서, 상기 기판부(10)로는 1회용의 스트립 유형을 사용한다. 이와 같이 스트립 유형을 사용하는 경우에는, GMR 방법 등과 같이 기판부 상에 복잡한 패턴을 형성할 필요가 없어 제작이 간편하고, 취급이 용이하며, 가격 면에서 저렴한 장점이 있다. 이 때, 상기 기판부(10)의 길이 및 폭은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 길이 3cm 내지 20cm, 폭 1mm 내지 15mm일 수 있다.In the present invention, the substrate portion 10 uses a disposable strip type. When using the strip type as described above, there is no need to form a complex pattern on the substrate portion, such as the GMR method, there is an advantage that the production is simple, easy to handle, and low in cost. At this time, the length and width of the substrate portion 10 is not particularly limited, but may be, for example, length 3cm to 20cm, width 1mm to 15mm.

또한 상기 기판부(10)는 자성나노입자에 대한 신호에 영향을 주지 않도록 자성을 띠지 않는 재질로 되어 있는 것을 사용한다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼(silicone wafer) 등의 반도체 웨이퍼; 커버 글래스(cover glass), 슬라이드 글래스(slide glass) 등의 유리; 또는 석영(quartz) 재질의 플레이트 등을 사용할 수 있으며, 그 외에도 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 감압접착제(PSA) 등의 폴리머를 사용할 수 있다.In addition, the substrate portion 10 is made of a material that is not magnetic so as not to affect the signal to the magnetic nanoparticles. For example, semiconductor wafers, such as a silicon wafer; Glass such as cover glass and slide glass; Alternatively, a quartz plate may be used. In addition, a polymer such as polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and pressure-sensitive adhesive (PSA) may be used.

또한 상기 기판부(10)는 생체물질(30)에 대한 제1 포획자(20)가 고정가능하도록, 바이오센서 제작에 사용되는 일반적인 화학물질을 이용하여 표면처리가 가능한 것을 사용하는데, 상기의 표면처리는 측정하고자 하는 시료의 종류, 생체물질의 종류 및 제1 포획자의 종류 등에 따라 당업자가 공지된 방법을 적절히 이용하여 수행할 수 있다.In addition, the substrate unit 10 is used to enable the surface treatment using a common chemical used in the production of the biosensor, so that the first trap 20 for the biological material 30 can be fixed, the surface of the The treatment can be carried out using a method well known to those skilled in the art according to the kind of sample to be measured, the kind of biological material, the kind of the first trap, and the like.

이와 관련하여 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 기판부(10)의 모식도를 보여준다. 도 3에 나타나 있듯이, 본 발명에서는 기판부(10) 상에 실라놀(silanol) 형태로 변형된 실리콘 옥사이드층(Si-OHx)(11)을 형성하고, 상기 실리콘 옥사이드층(11) 상에 폴리에틸렌이민을 이용하여 아민기를 갖는 폴리머층(12)을 형성한 후, 그 위에 일단에 아민-반응성기를 갖고 타단에 비오틴을 갖는 링커를 통해 비오틴(13)을 고정화하고, 다시 상기 비오틴(13)에 스트렙트아비딘(14)을 고정화함으로써 기판부(10)를 표면처리할 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 경우에 따라 상기의 비오틴-스트렙트아비딘 컨쥬게이션(conjugation)을 항원-항체, DNA 상보 등 공지의 다른 바이오컨쥬게이션(bioconjugation) 시스템으로 대체할 수 있다. In this regard, Figure 3 shows a schematic diagram of the substrate portion 10 surface treatment according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the present invention, a silicon oxide layer (Si—OH x ) 11 modified in a silanol form is formed on the substrate portion 10, and on the silicon oxide layer 11. After forming the polymer layer 12 having an amine group using polyethyleneimine, the biotin 13 is immobilized through a linker having an amine-reactive group at one end and a biotin at the other end, and again to the biotin 13 The substrate portion 10 can be surface treated by immobilizing the streptavidin 14. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the biotin-streptavidin conjugation may be replaced by another known bioconjugation system such as antigen-antibody, DNA complement, and the like.

이렇게 표면처리된 본 발명의 기판부(10)는, 그 표면 위에 서로 동일하거나 상이한 종류의 제1 포획자(20)를 1개 이상 고정할 수 있도록 어레이(array) 함으로써, 시료 내 1개 이상의 생체물질(30)을 동시에 측정할 수도 있다.Thus, the substrate portion 10 of the present invention, which has been surface-treated, is arrayed to fix one or more first traps 20 of the same or different type on the surface thereof, thereby allowing one or more living bodies in the sample to be fixed. The substance 30 may be measured simultaneously.

이와 같은 기판부(10) 표면에 고정화되는 제1 포획자(20) 및 상기 제1 포획자(10)에 의해 포획된 생체물질(30)에 결합하는 제2 포획자(40)는, 생체물질(30)에 대하여 항원-항체반응, DNA 상보결합, 유기화합물질의 특이반응성 등으로 결합가능한 생체분자라면 모두 가능하다. 예를 들면, 상기 제1 포획자(20) 및 제2 포획 자(40)로서, 각각 항원, 항체, DNA, RNA, PNA, LNA, 합텐(hapten), 앱타머(aptamer), 아비딘, 비오틴, 스트렙트아비딘, 뉴트라비딘(neturavidin), 렉틴, 셀렉틴(selectin), 효소, 호르몬, 단백질, 수용체, 리간드, 아미노산, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 올리고펩티드 등에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 포획자 및 제2 포획자는 서로 동일하거나 상이한 것을 사용할 수 있다. The first capturer 20 immobilized on the surface of the substrate 10 and the second capturer 40 coupled to the biomaterial 30 captured by the first capturer 10 are biomaterials. Any biomolecule capable of binding to (30) by antigen-antibody reaction, DNA complementary binding, organic compound specific reactivity, etc. can be used. For example, as the first capturer 20 and the second capturer 40, antigen, antibody, DNA, RNA, PNA, LNA, hapten, aptamer, avidin, biotin, One or more selected from streptavidin, neutravidin, lectin, selectin, enzymes, hormones, proteins, receptors, ligands, amino acids, oligonucleotides, peptides, oligopeptides, etc. may be used, but is not limited thereto. It is not. The first capturer and the second capturer may use the same or different ones.

본 발명에서 표적이 되는 생체물질(30)은 제한이 없으나, 예를 들어 DNA, RNA, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 바이러스, 호르몬, 병원성 세균, 세포, 당, 휘발성 유기물질 등으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.The biomaterial 30 targeted in the present invention is not limited, but for example, DNA, RNA, oligonucleotides, peptides, proteins, antigens, antibodies, viruses, hormones, pathogenic bacteria, cells, sugars, volatile organic substances, and the like. One or more selected may be used.

또한 상기 생체물질(30)을 포함하는 시료는 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 배양된 바이러스, 박테리아, 세포 또는 조직 유래 추출물, 파쇄물(lysate) 또는 정제물, 혈액, 혈장, 혈청 등을 사용할 수 있다.In addition, the sample including the biological material 30 is not necessarily limited thereto, but may be a cultured virus, bacteria, cells or tissue-derived extracts, lysates or purified products, blood, plasma, serum and the like.

본 발명에서는, 이와 같은 생체물질(30)에 결합한 제2 포획자(4)에 대해 표지물질로서 자성나노입자(50)를 결합시키는데, 상기 자성나노입자(50)는, 기존의 표지물질인 효소, 형광물질 등에 비해 저렴하고 안정하여, 보다 신뢰성 있는 분석을 가능케 하고, 야외에서도 측정을 가능하게 하는 장점이 있다.In the present invention, the magnetic nanoparticles 50 are bound to the second capturer 4 bound to the biological material 30 as a labeling substance, and the magnetic nanoparticles 50 are enzymes which are existing labeling substances. In addition, it is inexpensive and stable compared to fluorescent materials, which enables more reliable analysis, and has the advantage of enabling measurement outdoors.

이러한 자성나노입자(50)로는 자성을 띠며 나노 크기를 갖는 입자이면 어느 것이든 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 금속, 자성물질, 자성합금 또는 내부에 산화철을 포함하여 외부자기장에 대해 자화되는 폴리머 등을 사용할 수 있 다. 또한 상기 자성나노입자의 입경은 1nm 내지 200nm의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 20nm 내지 100nm 범위의 것을 사용한다. 이는 입자의 크기가 작으면 작을수록 비교적 좁은 기판 표면에 결합할 수 있는 개수가 늘어나고 분석가능한 범위 또한 확장되기 때문이다.As the magnetic nanoparticles 50, any particles having magnetic size and nano size may be used without limitation, and for example, metals, magnetic materials, magnetic alloys or iron oxides therein may be magnetized to an external magnetic field. Polymers and the like can be used. In addition, the particle diameter of the magnetic nanoparticles may be in the range of 1nm to 200nm, preferably used in the range of 20nm to 100nm. This is because the smaller the particle size, the larger the number of bonds to the relatively narrow substrate surface and the more the analytical range is expanded.

한편 본 발명에서, 상기한 제1 포획자(20)의 기판부(10)에의 고정화 및 제2 포획자(40)와 자성나노입자(50) 간의 결합은, 각각 결합물질 고정화 수단과 이에 결합하는 결합물질 간의 화학결합에 의해 이루어질 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the immobilization of the first capturer 20 to the substrate portion 10 and the coupling between the second capturer 40 and the magnetic nanoparticles 50 may be coupled to the binding material immobilization means and to each other. It can be achieved by chemical bonding between the binding materials.

이에 따라, 제1 포획자(20) 및 제2 포획자(40)는 사전에 결합물질(예: 비오틴)과 컨쥬게이션된 것을 사용하고, 자성나노입자(50)는 결합물질 고정화 수단(예: 스트렙트아비딘)으로 표면이 피복된 것을 사용한다. 기판부(10)는 전술하였듯이, 결합물질 고정화 수단인 스트렙트아비딘이 표면에 고정화되도록 표면처리할 수 있다.Accordingly, the first capturer 20 and the second capturer 40 may be ones previously conjugated with a binder (eg, biotin), and the magnetic nanoparticles 50 may be used to bind the binder (eg, a binder). Surface coated with streptavidin) is used. As described above, the substrate unit 10 may be surface treated so that the streptavidin, which is a binder immobilization means, is immobilized on the surface.

본 발명에서, 상기 결합물질 고정화 수단으로는 상술한 스트렙트아비딘을 사용할 수 있고, 그 외에 비오틴, 아비딘, 앱타머(aptamer), 렉틴(lectin), DNA, RNA, 리간드, 조효소(coenzyme), 무기이온, 효소보조인자(cofactor), 당, 지질, 기질 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 결합물질은 결합물질 고정화 수단에 화학결합할 수 있으면서, 제1 포획자 및 제2 포획자가 갖는 기능기, 예를 들어 일차아민기, 설프하이드릴(sulfhydryl)기, 카르보닐기, 카르복시기 등에 결합될 수 있는 물질이면 한정되지 않는다. In the present invention, the above-mentioned streptavidin may be used as the binding means for immobilizing, in addition to biotin, avidin, aptamer, lectin, DNA, RNA, ligand, coenzyme, inorganic Any one of an ion, an enzyme cofactor, a sugar, a lipid, and a substrate may be used, but is not limited thereto. In addition, the binder may be chemically bonded to the binder immobilization means, and may be bonded to a functional group possessed by the first trapper and the second trap, such as a primary amine group, a sulfhydryl group, a carbonyl group, a carboxyl group, and the like. It will not be limited if it is a substance which can be used.

이 때, 상기 기능기와 반응하여 결합물질을 결합시킬 수 있는 물질의 일부 예는 다음과 같다. 즉, 아민기와 반응하는 물질로는 이미도에스테르(imidoester) 화합물, N-하이드록시숙신이미드 등을 들 수 있고, 설프하이드릴기와 반응하는 물질로는 말레이미드(malemide), 할로아세틸류(haloacetyls), 피리딜 디설파이드(pyridyl disulfide) 등을 들 수 있으며, 카르보닐기와 반응하는 물질로는 카르보디이미드(carbodiimides)류 등을 들 수 있고, 카르복시기와 반응하는 물질로는 일차아민류 또는 히드라지드(hydrazides) 등을 들 수 있다.At this time, some examples of the material that can bind the binding material by reacting with the functional group are as follows. That is, a substance reacting with an amine group may include an imidoester compound, N-hydroxysuccinimide, and the like, and the substance reacting with a sulfhydryl group may include maleimide and haloacetyls. And pyridyl disulfide, and the like. Examples of the material that reacts with the carbonyl group include carbodiimides. Examples of the material that react with the carboxyl group include primary amines and hydrazides. Can be mentioned.

본 발명의 일 실시예에서는, 결합물질 고정화 수단으로 스트렙트아비딘을 사용하고, 결합물질로 비오틴을 사용함에 따라, 상기 비오틴을 포획자에 결합시키는 물질로 N-하이드록시숙신이미드를 사용하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, by using streptavidin as a binding material immobilization means and biotin as a binding material, N-hydroxysuccinimide was used as a material for binding the biotin to the trapper. It is not necessarily limited thereto.

한편 본 발명에서, 상기 기판부(10) 상에 고정화된 생체물질(30)을 자성나노입자(50)로 표지하는 단계는, 시료 내 생체물질(30)을 제2 포획자(40)로 먼저 포획한 후, 기판부(10)에 고정화된 제1 포획자(20)에, 상기 제2 포획자(40)가 결합된 생체물질(30)을 결합시키고, 그에 자성나노입자(50)를 표지하는 단계로 수행될 수도 있다. 이 때의 기판부(10)의 표면처리는 제1 포획자(20)를 기판부(10)에 고정화하는 단계까지 포함한다.Meanwhile, in the present invention, the labeling of the biological material 30 immobilized on the substrate part 10 with the magnetic nanoparticles 50 may be performed by first placing the biological material 30 in the sample as the second capturer 40. After capturing, the biomaterial 30 to which the second capturer 40 is coupled is bonded to the first capturer 20 immobilized on the substrate 10, and the magnetic nanoparticles 50 are labeled. It may be performed in a step. The surface treatment of the board | substrate part 10 at this time includes the step of fixing the 1st trap 20 to the board | substrate part 10. FIG.

이어서 상기와 같이 고정화된 생체물질(30)을 표지한 자성나노입자(50)를, 주파수 혼합 방식의 자기 판독기를 이용하여 정량적으로 측정한다.Subsequently, the magnetic nanoparticles 50 labeled with the immobilized biological material 30 are quantitatively measured using a magnetic reader of a frequency mixing method.

상기 주파수 혼합 방식의 자기 판독기는 2 종류의 상이한 파장, 즉 저주파 수(고에너지)와 고주파수(저에너지)를 반복적으로 금속 물체 또는 자성 입자에 적용할 경우 발생되는 소형의 필드(fringe field)를 감지하여 금속 또는 자성입자 등의 유무를 측정하는 원리의 검출기이다. The frequency-mixing magnetic reader detects a small fringe field generated by repeatedly applying two different wavelengths, that is, low frequency (high energy) and high frequency (low energy) to a metal object or magnetic particle. It is a detector of the principle of measuring the presence or absence of metal or magnetic particles.

상기 주파수 혼합 방식의 자기 판독기에 대해서는 미국공개특허 제2007/0155024A1에 그에 대한 내용이 개시되어 있는데, 이 기기는 저주파수 부위, 고주파수 부위 및 감지 부위(검출 부위)를 각각 코일로 구성함으로써, 종래의 자기 판독기(예: GMR, TMR, SQUID 등)와 달리 냉각장치나 증폭을 위한 앰프 등의 장치가 필요하지 않아, 소형화가 가능하고 휴대 가능한 장점이 있다. The contents of the frequency-mixing magnetic reader are disclosed in US Patent Application Publication No. 2007 / 0155024A1, which includes a low frequency portion, a high frequency portion, and a detection portion (detection portion), respectively, to form a conventional magnetic Unlike readers (eg GMR, TMR, SQUID, etc.), there is no need for devices such as a cooling device or an amplifier for amplification, so it can be miniaturized and portable.

본 발명에서는 이러한 주파수 혼합 자기 판독기를 검출기로 사용하고, 스트립 유형의 기판부를 센서로 사용함으로써, 실내나 야외 모두에서 생체물질의 존재를 간단하게 정량 측정할 수 있는 효과를 제공한다.In the present invention, by using such a frequency-mixed magnetic reader as a detector and using a strip-type substrate as a sensor, the present invention provides an effect of simply quantitatively measuring the presence of a biomaterial both indoors and outdoors.

상기의 주파수 혼합 자기 판독기로는 위와 같은 측정원리를 갖는 자기 판독기이면 어느 것이든 사용할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 저주파수로 50 내지 100 Hz 범위의 주파수를, 그리고 고주파수로 10 내지 100 KHz 범위의 주파수를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기의 자기 판독기로서 독일 세노바(Senova)사의 자기 판독기를 사용할 수 있는데, 도 4는 이러한 본 발명의 일 실시예에서 사용된 주파수 혼합 자기 판독기의 사진을 보여준다.As the frequency-mixed magnetic reader, any magnetic reader having the above-described measuring principle may be used, and the present invention is not limited thereto, but the frequency range is 50 to 100 Hz at the low frequency and 10 to 100 KHz at the high frequency. Frequency in the range can be used. For example, a magnetic reader of Senova, Germany may be used as the magnetic reader, and FIG. 4 shows a picture of the frequency mixed magnetic reader used in this embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 검출방법에서는, 상기 기판부(10) 상에 고정화된 생체물질(30)을 자성나노입자(50)로 표지하는 단계 뒤에, 반응하지 않은 여분의 자성나노 입자를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같이 여분의 자성나노입자를 제거하는 경우에는, 보다 정확한 측정결과를 얻을 수 있다. 상기 여분의 자성나노입자의 제거는 당업계에서 일반적으로 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들면 PBS 버퍼를 사용하여 수행할 수 있다.On the other hand, in the detection method of the present invention, after labeling the biological material 30 immobilized on the substrate portion 10 with the magnetic nanoparticles 50, the step of removing the extra magnetic nanoparticles that did not react It may further comprise. In this way, when the extra magnetic nanoparticles are removed, more accurate measurement results can be obtained. Removal of the excess magnetic nanoparticles can be carried out using a method generally known in the art, for example using a PBS buffer.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are provided to illustrate the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and may be variously modified and changed.

[실시예 1]Example 1

본 발명의 검출방법에 의해 연속된 농도의 자성 나노 입자를 측정할 수 있는지에 대한 정보를 획득하기 위해, 표면 처리 없이 기판부 위에 자성 나노 입자를 적용하여, 이를 농도별로 측정할 수 있는지를 확인하였다. In order to obtain information about whether the magnetic nanoparticles of continuous concentration can be measured by the detection method of the present invention, it was confirmed whether the magnetic nanoparticles were applied on the substrate without surface treatment and measured by concentration. .

사용된 자성 나노 입자는 독일의 Chemicell사로부터 구입한 50nm의 비드(bead)를 사용하였으며, 100 ㎕의 시료를 여러 농도로 (117, 234, 351, 468, 585, 936, 1053 개/㎖) 적용하여 측정하였다.The magnetic nanoparticles used were 50 nm beads purchased from Chemicell, Germany, and 100 μl samples were applied at various concentrations (117, 234, 351, 468, 585, 936, 1053 pcs / ml). It was measured by.

그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5로부터, 본 발명의 검출방법에 의하는 경우, 자성나노입자를 농도별로 정량 측정 가능함을 알 수 있다. The results are shown in Fig. From FIG. 5, it can be seen that magnetic nanoparticles can be quantitatively measured for each concentration in the case of the detection method of the present invention.

[실시예 2][Example 2]

(1) 기판부의 준비 - 표면처리(1) Preparation of substrate part-surface treatment

약 10 nm 두께의 실리콘 옥사이드(silicone oxide)층을 형성한 실리콘 웨이퍼(Nano fab center, 대전)를 폭 6mm, 길이 8 cm로 잘랐다. 상기 웨이퍼를, RCA 세정 방법 또는 플라즈마 세정법을 이용하여 유기물을 제거하였다. MeOH: HCl(1:1) 용액을 이용하여 상기 웨이퍼 표면을 실라놀(silanol) 형태로 변형시켰다. 상기와 같이 처리된 표면에 PEI 10% 용액(in 50 mM, calcium carbonate ,pH 8.0)을 처리하여 표면에 자유 아민(free amine)이 나타나게 하였다. Pierce 사에서 구입한 NHS-sulfo-비오틴을 이용하여, 기판 쪽은 N-하이드록시숙신이미드(NHS)가 자유 아민과 결합하도록 하였고, 나머지는 비오틴이 나올 수 있도록 하였다. 상기와 같이 준비된 기판에 스트렙트아비딘이 녹아 있는 PBS(pH 7.1) 용액을 적용한 후 실온에서 약 30분 내지 1시간 정도 정치하여 스트렙트아비딘을 고정화시켰다. A silicon wafer (Nano fab center, charging) having a silicon oxide layer having a thickness of about 10 nm was cut to a width of 6 mm and a length of 8 cm. The organic material was removed from the wafer by using an RCA cleaning method or a plasma cleaning method. The wafer surface was transformed into silanol form using a MeOH: HCl (1: 1) solution. PEI 10% solution (in 50 mM, calcium carbonate, pH 8.0) was treated on the treated surface as described above to allow free amine to appear on the surface. Using NHS-sulfo-biotin purchased from Pierce, the substrate side allowed N-hydroxysuccinimide (NHS) to bind free amines, while the rest allowed biotin to emerge. After applying the PBS (pH 7.1) solution in which streptavidin is dissolved on the substrate prepared as described above, the streptavidin was immobilized by standing at room temperature for about 30 minutes to 1 hour.

(2) 생체물질의 표지 및 측정(2) Labeling and Measuring Biological Substances

1) 제1 포획자로서의 DCR-3 항체는 Santa Cruz사에서 구입하였고, 생체물질(항원)로 사용된 DCR-3 표준단백질, 및 제2 포획자로 사용된 비오틴이 컨쥬게이션된 이차 항체는 오스트리아 비에나(Vienna)의 Bender Medsystems사에서 구입하였다. 또한 자성 나노 입자는 독일 Chemicell사로부터 구입한 Fluidmag-BC-비오틴 (크기: 100nm, 농도: 10.0mg/㎖)을 PBS 용액에 100배 희석하여 사용하였다.1) DCR-3 antibody as a first capture was purchased from Santa Cruz, DCR-3 standard protein used as a biomaterial (antigen), and a biotin conjugated secondary antibody used as a second capture was Austrian non It was purchased from Bender Medsystems of Vienna. In addition, magnetic nanoparticles were used by diluting Fluidmag-BC-Biotin (size: 100 nm, concentration: 10.0 mg / ml) purchased from Chemicell, Germany, in PBS solution 100 times.

2) Santa Cruz사에서 구입한 DCR-3 항체를, Pierce 사에서 구입한 NHS-sulfo-비오틴을 이용하여 비오틴을 상기 DCR-3 항체에 컨쥬게이션 시켰다. 상기 비오틴이 컨쥬게이션된 DCR-3 항체를 PBS 용액에 녹여 상기 (1)에서 준비한 표면처리된 기판에 적용한 후 실온에서 약 30분간 정치하였다. 정치 후 반응하지 않은 물질들은 PBS(1% Tween 20을 포함한 PBS 용액) 용액을 이용하여 제거하였다.2) Biotin was conjugated to the DCR-3 antibody using a DCR-3 antibody purchased from Santa Cruz, and NHS-sulfo-biotin purchased from Pierce. The biotin-conjugated DCR-3 antibody was dissolved in PBS solution and applied to the surface-treated substrate prepared in (1), followed by standing at room temperature for about 30 minutes. Materials that did not react after standing were removed using a PBS (PBS solution containing 1% Tween 20) solution.

3) 이어서, DCR-3 항원을 초순수를 이용하여 1000 pg/50㎕가 되게 녹인 후, 준비된 용액을 상기 2)에서 준비된 기판에 적용한 후 실온에서 약 2시간 정도 배양(incubation)하였다.3) Next, DCR-3 antigen was dissolved to 1000 pg / 50 µl using ultrapure water, and then the prepared solution was applied to the substrate prepared in 2), and then incubated at room temperature for about 2 hours.

4) 이어서, 다시 비오틴이 컨쥬게이션된 이차 항체(in PBS)를 상기 3)에서 준비된 기판에 적용하여 ELISA의 샌드위치 구조를 완성하였다.4) Subsequently, biotin conjugated secondary antibody (in PBS) was applied to the substrate prepared in 3) to complete the sandwich structure of ELISA.

5) 상기 4)에서 준비된 기판에 스트렙트아비딘이 코팅된 비드(자성 나노 입자)를 얼려 상기 비드가 선택적으로 붙는지를 확인하였다. 이 때, 상기 비드는 ELISA에서 사용된 HRP 효소와 동일한 역할을 하는 것이다.5) The streptavidin-coated beads (magnetic nanoparticles) were frozen on the substrate prepared in 4) to confirm whether the beads were selectively attached. At this time, the beads play the same role as the HRP enzyme used in ELISA.

6) 이어서, PBS 버퍼를 이용하여 반응에 참가하지 않은 여액들을 제거하였다.6) The filtrates that did not participate in the reaction were then removed using PBS buffer.

7) 표지된 비드(자성 나노 입자)에 대한 신호를 주파수 혼합 자기 판독기(SENOVA, Germany)를 이용하여 저주파수를 61Hz, 고주파수를 49KHz로 하여 측정하였다. 7) The signal for labeled beads (magnetic nanoparticles) was measured using a frequency-mixed magnetic reader (SENOVA, Germany) with a low frequency of 61 Hz and a high frequency of 49 KHz.

[비교예 1 및 비교예 2]Comparative Example 1 and Comparative Example 2

비교를 위해, 실시예 2에서 실리콘 웨이퍼만 삽입한 경우를 무처리군(비교예 1)으로 하여 실험하였고, (2)-2)까지는 동일하나 DCR-3 항원 대신 일반 증류수만 사용한 경우를 무항원군(negative reference, 비교예 2)으로 하여 실험하였다.For comparison, the case where only the silicon wafer was inserted in Example 2 was tested as a non-treated group (Comparative Example 1), and the same procedure as in (2) -2) but using only distilled water instead of DCR-3 antigen was performed. The experiment was performed as a group (negative reference, Comparative Example 2).

상기 실시예 2 및 비교예 1, 2로부터 얻은 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6의 결과로부터, 본 발명의 검출방법에 의한 경우, 실제 생체물질의 존재를 매우 안정적으로 정량 측정 가능함을 확인할 수 있다.The results obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. 6. From the results of FIG. 6, it can be seen that the detection method of the present invention can quantitatively measure the presence of the actual biomaterial very stably.

[실시예 3]Example 3

또한 자성나노입자를 연속된 농도로 처리한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다. In addition, the experiment was performed in the same manner as in Example 2 except that the magnetic nanoparticles were treated at a continuous concentration.

[비교예 3]Comparative Example 3

실시예 3과 동일한 생체물질(DCR-3 항원) 및 동일한 제1, 제2 포획자(DCR-3 항체,이차 항체)를 사용하고, 자성나노입자 대신 HRP 효소를 표지물질로 사용하여 ELISA(Human DcR-3 BMS2031, Bender Med system) 분석을 수행한 후 450nm에서 흡광도를 측정하였다. ELISA (Human) using the same biomaterial (DCR-3 antigen) and the same first and second trappers (DCR-3 antibody, secondary antibody) as in Example 3, and using HRP enzyme as a label instead of magnetic nanoparticles DcR-3 BMS2031, Bender Med system) was analyzed and absorbance was measured at 450 nm.

상기 실시예 3 및 비교예 3에서 얻은 결과(정량분석 그래프)를 각각 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 상기 도 7a 및 도 7b의 결과로부터, 본 발명의 검출방법에 의한 경우 ELISA와 유사한 고민감도로 그보다 안정하게 생체물질을 측정 가능함을 확인할 수 있다.The results (quantitative analysis graphs) obtained in Example 3 and Comparative Example 3 are shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. From the results of FIGS. 7A and 7B, it can be confirmed that the biomaterial can be measured more stably with a similar sensitivity to ELISA in the case of the detection method of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 생체물질의 정량적 검출방법을 개략적으로 나타낸 개요도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a method for quantitative detection of a biomaterial according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계를 보여주는 개략도이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the step of labeling the biological material immobilized on the substrate portion with magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리된 기판부를 보여주는 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a surface treated substrate portion according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용된 주파수 혼합 자기 판독기의 사진이다. 4 is a photograph of a frequency mixed magnetic reader used in one embodiment of the present invention.

도 5는 실시예 1에서 얻어진 상이한 농도의 50nm 자성나노입자를 이용한 정량 곡선의 작성 및 기본 통계 자료이다.5 is a basic statistical data of the quantitation curve using 50nm magnetic nanoparticles of different concentrations obtained in Example 1.

도 6은 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 얻어진 측정결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the measurement results obtained in Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG.

도 7a는 실시예 3에서 얻어진 정량분석 그래프이고, 도 7b는 비교예 3에서 얻어진 정량분석 그래프이다.7A is a quantitative graph obtained in Example 3, and FIG. 7B is a quantitative graph obtained in Comparative Example 3. FIG.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

10: 기판부 11: 실라놀 형태로 변형된 실리콘 옥사이드층10: substrate portion 11: silicon oxide layer modified to silanol form

12: 아민기를 갖는 폴리머층 13: 비오틴12: polymer layer having an amine group 13: biotin

14: 스트렙트아비딘 20: 제1 포획자14: streptavidin 20: first captor

30: 생체물질 40: 제2 포획자30: Biomaterial 40: Second Capturer

50: 자성나노입자 50: magnetic nanoparticles

Claims (9)

스트립 유형(strip type)의 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계; 및Labeling the biomaterial immobilized on a strip type substrate with magnetic nanoparticles; And 상기 생체물질을 표지한 자성나노입자를 주파수 혼합 방식의 자기 판독기(frequency mixing magnetic reader)를 이용하여 측정하는 단계;Measuring magnetic nanoparticles labeled with the biomaterial using a frequency mixing magnetic reader; 를 포함하는 생체물질의 정량적 검출방법.Quantitative detection method of a biological material comprising a. 제1항에 있어서, 상기 기판부는 자성을 띠지 않는 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 1, wherein the substrate portion is made of a non-magnetic material. 제2항에 있어서, 상기 기판부는 반도체 웨이퍼, 유리, 또는 석영(quartz)인 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 2, wherein the substrate portion is a semiconductor wafer, glass, or quartz. 제1항에 있어서, 상기 자성나노입자는 1nm 내지 200nm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 1, wherein the magnetic nanoparticles have a particle diameter of 1 nm to 200 nm. 제1항에 있어서, 상기 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계는, 상기 생체물질에 대한 제1 포획자 및 제2 포획자를 이용하여 샌드위치 면역반응에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 1, wherein the labeling of the biomaterial immobilized on the substrate with magnetic nanoparticles is performed by a sandwich immune reaction using a first capturer and a second capturer for the biomaterial. A quantitative detection method of a biological substance. 제5항에 있어서, 상기 기판부는 생체물질에 대한 제1 포획자가 고정 가능하도록 표면처리되어 있는 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 5, wherein the substrate portion is surface-treated to be fixable to a first trapper with respect to the biomaterial. 제5항에 있어서, 상기 제1 포획자 및 제2 포획자는 각각 항원, 항체, DNA, RNA, PNA, LNA, 합텐(hapten), 앱타머(aptamer), 아비딘, 비오틴, 스트렙트아비딘, 뉴트라비딘(neturavidin), 렉틴, 셀렉틴(selectin), 효소, 호르몬, 단백질, 수용체, 리간드, 아미노산, 올리고뉴클레오티드, 펩티드 및 올리고펩티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이고, 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.6. The method of claim 5, wherein the first and second capturers are antigen, antibody, DNA, RNA, PNA, LNA, hapten, aptamer, avidin, biotin, streptavidin, neutravidin, respectively. (neturavidin), lectins, selectins, enzymes, hormones, proteins, receptors, ligands, amino acids, oligonucleotides, peptides and oligopeptides, one or more selected from the group consisting of the same or different from each other, Quantitative Detection of Substances. 제1항에 있어서, 상기 생체물질은 DNA, RNA, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 바이러스, 호르몬, 병원성 세균, 바이러스, 세포, 당 및 휘발 성 유기물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 1, wherein the biomaterial is at least one selected from the group consisting of DNA, RNA, oligonucleotides, peptides, proteins, antigens, antibodies, viruses, hormones, pathogenic bacteria, viruses, cells, sugars and volatile organic substances. The quantitative detection method of a biological material, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 기판부 상에 고정화된 생체물질을 자성나노입자로 표지하는 단계 뒤에, 여분의 자성나노입자를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체물질의 정량적 검출방법.The method of claim 1, further comprising removing excess magnetic nanoparticles after labeling the biomaterial immobilized on the substrate with magnetic nanoparticles.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101135419B1 (en) * 2009-09-03 2012-04-12 전자부품연구원 Quantative analysis devide and method of biomolecules using magnetic nano particle
KR102265099B1 (en) * 2013-03-14 2021-06-15 한국전자통신연구원 Apparatus for detecting magnetic particle image
KR102545063B1 (en) 2015-09-07 2023-06-20 한국전자통신연구원 Apparatus of obtaing location coordinate of object using two measurement heads and method using the same
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US10139214B2 (en) 2015-09-07 2018-11-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for acquiring location coordinates of object using two measurement heads and method using the same
EP3139191A1 (en) 2015-09-07 2017-03-08 Electronics and Telecommunications Research Institute Apparatus and method for detecting nonlinear magnetic particle based on single excitation coil
KR101909928B1 (en) 2016-07-07 2018-10-19 한국전자통신연구원 Method for analyzing efficiency of heavy metal removal using analysis of phase difference and apparatus using the same
KR101984582B1 (en) * 2017-09-06 2019-05-31 (주)맥솔루션 Bio-diagnostic kits using nanomagnetic particles and frequency mixing magnetic reader including the same
KR20210004825A (en) 2019-07-04 2021-01-13 한국전자통신연구원 Apparatus and Method for Nano Magnetic Particle Imaging
US11561270B2 (en) 2019-08-30 2023-01-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for nano magnetic particle imaging
KR20210027049A (en) 2019-08-30 2021-03-10 한국전자통신연구원 Apparatus and Method for Nano Magnetic Particle Imaging
KR102543112B1 (en) * 2023-04-12 2023-06-13 주식회사 브레디스헬스케어 Method for detecting particles of a target substance contained in a small amount in a fluid sample

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809402B1 (en) 2007-01-29 2008-03-05 김정환 Nanoparticle mark, diagnosis kit using the same and diagnosis method using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809402B1 (en) 2007-01-29 2008-03-05 김정환 Nanoparticle mark, diagnosis kit using the same and diagnosis method using the same

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