KR101582110B1 - Method for detecting microorganism using metal nanoparticle and kit for detecting microorganism - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법 및 미생물 검출키트에 관한 것으로 금나노입자에 항체를 부착하여 미생물을 검출하는 번거로움과 육안으로 미생물 검출이 불가능하여 고가의 장비로 미생물을 검출하는 방법과 달리, 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합 반응시켜 분산액의 색상이 변화하므로 육안으로 미생물을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 전이에 의한 색 변화가 일어나 별도의 처리 없이 광학적으로도 미생물을 검출할 수 있다.The present invention relates to a method for detecting microorganisms using metal nanoparticles and a method for detecting microorganisms using expensive equipment because it is difficult to detect microorganisms by attaching antibodies to gold nanoparticles, Alternatively, since the color of the dispersion is changed by mixing and reacting the metal nanoparticle aqueous dispersion with the microorganism, microorganisms can be detected by the naked eye, and the color change due to energy transfer occurs, so that the microorganism can be optically detected without any additional treatment .

Description

금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법 및 미생물 검출키트{Method for detecting microorganism using metal nanoparticle and kit for detecting microorganism} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for detecting microorganisms using metal nanoparticles and a kit for detecting microorganisms using metal nanoparticles,

본 발명은 금속나노입자 수성 분산액과 미생물의 혼합 반응 시 분산액의 색상이 변화하므로 육안으로 미생물을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 전이에 의한 색 변화(red-shift)가 일어나 별도의 처리 없이 분광학적으로도 미생물을 검출할 수 있는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법 및 미생물 검출키트에 관한 것이다.Since the color of the dispersion changes during the mixing reaction of the metal nanoparticle aqueous dispersion and the microorganism, not only the microorganism can be detected with the naked eye, but also the color change (red-shift) A method for detecting microorganisms using metal nanoparticles capable of detecting microorganisms, and a microorganism detection kit.

산업이 발달함에 따라 다양한 환경오염 사고로부터 인류가 노출되면서 건강과 위생상의 심각한 문제에 직면하기에 이르렀다. 여러 가지 환경오염 사고 중 인간과 모든 생명체의 근원이 되는 식수에서 빈번히 발생하고 있는 문제는 바로 미생물에 의한 감염사고이다. As the industry has developed, humanity has been exposed to various environmental pollution accidents, leading to serious health and hygiene problems. Among the various environmental pollution accidents, microorganisms are the most frequent problem in drinking water that is the source of human and all living things.

과거와 비교하여 수인성 전염병의 감염사고가 현저히 줄어들고 있으나, 아직 세계 어느 나라에서도 수인성 전염병을 근절하지는 못하고 있는 실정이다. 수인성 전염병에 의한 오염이 심각한 문제를 일으키는 점은 바로 단기간에 있어서 그 유해효과가 나타난다는 점이다. Compared with the past, infectious diseases of waterborne infectious diseases have been remarkably reduced, but it is not yet able to eradicate waterborne infectious diseases in any country in the world. The fact that contamination by waterborne infectious diseases causes serious problems is that the harmful effects appear in a short period of time.

화학물질에 의해 수질오염사고가 발생할 경우, 오랜 세월에 걸쳐 누적되어 나타나는 만성적인 질병을 유발하게 되는 반면, 수인성 미생물에 의한 오염사고는 급성질병을 유발하여 단기간에 결과가 나타나고 2차 감염에 의한 확산의 우려가 있기 때문에 예방이 매우 중요하다. Water pollution accidents caused by chemical substances cause chronic diseases that accumulate over a long period of time. On the other hand, pollution accidents caused by water-borne microorganisms cause acute illness, resulting in short-term results, Prevention is very important because there is a danger of spreading.

따라서 수질 내에 존재하는 미생물의 존재여부를 미리 검출할 수 있다면, 이러한 수인성 질병을 미연에 방지할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, if it is possible to detect in advance the presence of microorganisms present in the water quality, it is expected that such waterborne diseases can be prevented in advance.

미생물의 검출 및 감시 방법으로 면역 형광법, 특히 ELISA 법과 PCR 증폭을 통한 유전자 검출법, 스테인리스 스틸(stainless steel)을 이용하는 방법, 중합 효소 연쇄반응(PCR; Polymerase Chain Reaction), 초소형 전자기계 시스템(MEMS) 센서, 표면 플라즈몬 공명(SPR; surface plasmon resonance)센서 등 다양한 응용 원리를 기반으로 하여 많은 기술이 개발되고 있으며, 이미 상용화된 제품도 다량 존재한다. Immunofluorescence, in particular ELISA and gene detection using PCR amplification, using stainless steel, polymerase chain reaction (PCR), microelectromechanical system (MEMS) sensors, , Surface plasmon resonance (SPR) sensors, and the like, and a large number of commercially available products exist.

그러나 상기 면역 형광법은 미생물 방법 중에서 검출능은 우수한 편이나 시료의 전 처리 등의 단점이 존재하며, 스테인리스 스틸(stainless steel)을 이용하는 방법은 스테인리스 스틸 표면에 미생물이 많이 부착될수록 그 도전율이 커지는 것을 이용하여 도전율을 측정함으로써 미생물의 농도를 추정하는 방식으로서 구성이 매우 복잡하여 미생물을 검출하는데 어려움이 있다.However, the immunofluorescence method has a disadvantage in that the microorganism method is superior in detection ability, but has disadvantages such as pretreatment of a sample, and the method using stainless steel has a drawback that the more the microorganisms are adhered to the stainless steel surface, And the concentration of the microorganism is estimated by measuring the conductivity, so that it is difficult to detect microorganisms.

따라서 간단하게 미생물을 검출할 수 있는 검출방법이 요구되고 있다.Therefore, a detection method that can easily detect microorganisms is required.

한국등록특허 제1256628호Korean Patent No. 1256628 한국공개특허 제2011-0062825호Korea Patent Publication No. 2011-0062825 한국공개특허 제2012-0124902호Korea Patent Publication No. 2012-0124902

본 발명의 목적은 간단하게 육안 및 분광학적으로 미생물을 검출할 수 있는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for detecting microorganisms using metal nanoparticles capable of detecting microorganisms in a simple manner and spectroscopically.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 금속나노입자를 이용한 미생물 검출키트를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a kit for detecting microorganisms using the metal nanoparticles.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법은 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합 반응시켜 미생물을 검출할 수 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for detecting microorganisms using metal nanoparticles, comprising: reacting a metal nanoparticle aqueous dispersion with a microorganism;

상기 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합시켜 수성분산액의 색변화 또는 분광광도계(spectrometer)로 수성분산액의 스펙트럼 변화를 관찰 및 확인을 통하여 미생물을 검출할 수 있다. The microorganisms can be detected by observing and confirming the color change of the aqueous dispersion or the spectral change of the aqueous dispersion by a spectrometer by mixing the metal nanoparticle aqueous dispersion and the microorganism.

상기 금속나노입자의 금속은 금 또는 은일 수 있다.The metal of the metal nanoparticles may be gold or silver.

상기 금속전구체는 사염화금산(HAuCl4), 사염화금산나트륨(NaAuCl4), 삼염화금(AuCl3), 사염화금산칼륨(K(AuCl4)), 질산은(AgNO3), 과염소산은(AlClO4), 염소산은(AgClO3), 탄산은(Ag2CO3) 및 황산은(Ag2SO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.Wherein the metal precursor is selected from the group consisting of HAuCl 4 , NaAuCl 4 , AuCl 3 , K (AuCl 4 ), AgNO 3 , AlClO 4 , And may be one selected from the group consisting of silver chlorate (AgClO 3 ), silver carbonate (Ag 2 CO 3 ), and silver sulfate (Ag 2 SO 4 ).

상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자의 농도는 2 나노몰(nM) 미만일 수 있다. The concentration of the metal nanoparticles in the metal nanoparticle aqueous dispersion may be less than 2 nanomolar (nM).

상기 금속나노입자의 평균입경은 200 nm 이하일 수 있다.The average particle diameter of the metal nanoparticles may be 200 nm or less.

상기 미생물은 분비물로 산(acid) 또는 알코올(alcohol)을 배출하는 것일 수 있다. The microorganism may be an acid or an alcohol as a secretion.

상기 미생물은 대장균(E. coli), 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyce cerevisiae), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 클로스트리디움(Chlostridium) 및 아세토박테리움 우디(Acetobacterium woodii)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The microorganism is selected from the group consisting of E. coli, Saccharomyce cerevisiae, Bacillus megaterium, Chlostridium and Acetobacterium woodii It may be at least one selected.

상기 미생물의 농도는 5.0 × 108 cell/㎖이하일 수 있다.The concentration of the microorganism may be not more than 5.0 × 10 8 cell / ㎖.

상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자의 농도는 0.025 내지 2 nM미만이며, 미생물의 농도는 5.0 × 103 내지 5.0 × 108 cell/㎖이다.The concentration of the metal nanoparticles in the metal nanoparticle aqueous dispersion is less than 0.025 to 2 nM and the concentration of the microorganism is 5.0 x 10 3 to 5.0 x 10 8 cells / ml.

상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속나노입자를 이용한 미생물 검출키트는 투명기판; 및 상기 투명기판 상부에 구비된 금속나노입자 수성 분산액;을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a kit for detecting microorganisms using metal nanoparticles, comprising: a transparent substrate; And a metal nanoparticle aqueous dispersion on the transparent substrate.

본 발명은 금속나노입자와 미생물이 반응하면 금속나노입자 수성 분산액의 색상이 변화하므로 육안으로 쉽게 미생물을 검출할 수 있으며, 분광광도계를 이용 시 색 변화가 일어나므로 간단하게 미생물을 검출할 수 있다.Since the color of the aqueous dispersion of the metal nanoparticles changes when the metal nanoparticles react with the microorganisms, microorganisms can be easily detected by the naked eye, and microorganisms can be detected simply because the color change occurs when the spectrophotometer is used.

이러한 본 발명의 미생물 검출방법으로는 수질 내에 있는 미생물을 검출할 수 있다. The microorganism detection method of the present invention can detect microorganisms in the water quality.

도 1은 금나노입자 수성 분산액을 분광광도계로 측정한 그래프이다.
도 2A는 본 발명의 실시예에 따라 금나노입자 수성 분산액에 대장균을 혼합시킨 후 혼합액을 분광광도계로 측정한 그래프이다.
도 2B는 대장균을 증류수에 분산시킨 후 분광광도계로 측정한 그래프이다.
도 2C는 도 2A에 도 2B를 뺀 후 미생물과 혼합 후 금나노입자 수성 분산액에서 나타나는 흡광도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3A 내지 3E는 시간별로 실시예 및 비교예에 따라 금나노입자 수성 분산액과 대장균을 혼합시킨 후 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 그래프이다.
도 3F는 수성 분산액에 존재하는 금나노입자의 농도에 따라 수성분산액과 대장균을 혼합시 시간에 따라 금나노입자 스펙트럼의 봉우리(peak)에서의 파장변화를 나타낸 그래프이다.
도 4A 내지 4E는 시간별로 실시예 및 비교예에 따라 금나노입자 수성 분산액과 대장균을 혼합시킨 후의 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 그래프이다.
도 4F는 수성분산액에 투입되는 대장균의 농도에 따라 시간별로 금나노입자 스펙트럼의 봉우리(peak)에서의 파장변화를 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is a graph of a gold nanoparticle aqueous dispersion measured with a spectrophotometer.
FIG. 2A is a graph of a mixed solution obtained by mixing Escherichia coli with gold nanoparticle aqueous dispersion according to an embodiment of the present invention, and measuring the resultant mixture with a spectrophotometer.
FIG. 2B is a graph of a colloidal suspension obtained by dispersing Escherichia coli in distilled water and measuring it with a spectrophotometer.
FIG. 2C is a graph showing the change in absorbance of the gold nanoparticle aqueous dispersion after mixing with microorganisms after subtracting FIG. 2B from FIG. 2A.
3A to 3E are absorbance graphs of a gold nanoparticle aqueous dispersion after mixing gold nanoparticle aqueous dispersion and E. coli according to Examples and Comparative Examples over time.
FIG. 3F is a graph showing changes in wavelength at the peaks of the gold nanoparticle spectrum with time when the aqueous dispersion and E. coli were mixed according to the concentration of gold nanoparticles present in the aqueous dispersion. FIG.
Figs. 4A to 4E are absorbance graphs of gold nanoparticle aqueous dispersions obtained by mixing gold nanoparticle aqueous dispersion and E. coli according to Examples and Comparative Examples over time.
FIG. 4F is a graph showing changes in wavelength at the peaks of gold nanoparticle spectra with time in accordance with the concentration of E. coli injected into the aqueous dispersion. FIG.

본 발명은 금속나노입자 수성 분산액과 미생물의 혼합시 분산액의 색상이 변화하므로 육안으로 미생물을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 분산액의 분광학적인 변화가 자발적으로 발생하여 별도의 처리 없이 분광학적으로도 미생물을 검출할 수 있는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법 및 미생물 검출키트에 관한 것이다.
In the present invention, since the color of the dispersion changes when the metal nanoparticle aqueous dispersion and the microorganism are mixed, not only the microorganism can be detected with the naked eye but also the spectroscopic change of the dispersion occurs spontaneously. And a microorganism detection kit using the metal nanoparticles.

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

본 발명에 따라 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합하면 미생물에서 배출되는 산(acid)으로 인해 금속나노입자의 수상에서 배열변화를 유발하여 분산액의 색상이 매우 다르게 변화함으로써 육안으로 쉽게 미생물을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 분산액의 분광학적 변화도 관찰할 수 있어 이를 통해 미생물을 별도의 공정없이 매우 간편하게 검출할 수 있다.According to the present invention, when the metal nanoparticle aqueous dispersion is mixed with the microorganism, the acid released from the microorganism causes an arrangement change in the water phase of the metal nanoparticle, so that the color of the dispersion changes very differently, In addition, spectroscopic changes of the dispersion can be observed, and the microorganism can be detected very easily without any additional process.

본 발명에 사용되는 금속나노입자 수성 분산액의 제조방법은 통상의 방법에 따라 제조하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.The method for producing the aqueous dispersion of metal nanoparticles used in the present invention is not particularly limited as long as it can be produced by an ordinary method.

상기 금속나노입자 수성 분산액에 함유된 금속나노입자로는 금 또는 은을 사용할 수 있는데, 금나노입자를 이용하는 경우에는 미생물과 반응 후 분산액이 분홍색에서 파란색으로 변화되며, 은나노입자를 이용하는 경우에는 노란색에서 주황색으로 변화된다. As the metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle aqueous dispersion, gold or silver can be used. When gold nanoparticles are used, the dispersion after the reaction with the microorganism changes from pink to blue. When silver nanoparticles are used, It changes to orange.

상기 금속전구체로는 CF3COOAg, CH3CH2C(CH3)2COOAg, (CH3)3SiCH2COOAg, C2H5COOAg, C6F13COOAg, (CF2)3(COOAg)2, KAuO2, HAuCl4, KAu(NO2)4, AuCl3, NaAuCl4, KAu(OAc)3(OH), HAu(NO3)4 및 Au(OAc)3로 이루어진 군에서 선택된 1종을 들 수 있다.As the metal precursor is CF 3 COOAg, CH 3 CH 2 C (CH 3) 2COOAg, (CH 3) 3SiCH 2 COOAg, C 2 H 5 COOAg, C 6 F 13 COOAg, (CF 2) 3 (COOAg) 2, KAuO 2, HAuCl 4, KAu ( NO 2) 4, AuCl 3, NaAuCl 4, KAu (OAc) 3 (OH), HAu (NO 3) 4 , and Au (OAc) include one member selected from the group consisting of 3 have.

본 발명에 사용되는 금속나노입자는 미생물과 혼합 시 용이한 색상변화 및 광학적인 변화를 위하여 사각형의 금속나노큐브; 구형의 금속나노입자; 5 각형 이상의 금속나노입자, 바람직하게는 5 내지 8각형의 금속나노입자; 금속나노막대; 또는 금속나노선일 수 있다.The metal nanoparticles used in the present invention can be used as a metal nanocube having a rectangular shape for easy color change and optical change when mixed with microorganisms. Spherical metal nanoparticles; Metal nanoparticles having a pentagonal shape or larger, preferably 5 to 8 angstroms; Metal nanorods; Or metal nanowires.

상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자의 농도는 15 내지 20 nm 크기의 나노입자를 기준으로 2 nM 미만, 바람직하게는 0.025 내지 2 nM 미만이다. 상기 상한치 초과인 경우에는 미량의 미생물은 검출되지 못하고, 과량의 금속나노입자에 의하여 오랜 시간 동안 많은 수의 미생물과 반응시켜야 색상이 변화한다. 하지만 이와 같이 많은 수의 미생물이 사용되는 경우에는 본 발명의 미생물 검출방법인 분광학적인 방법을 사용하지 않고도 육안으로 미생물의 존재를 확인할 수 있다.The concentration of the metal nanoparticles in the metal nanoparticle aqueous dispersion is less than 2 nM, preferably 0.025 to 2 nM, based on nanoparticles having a size of 15 to 20 nm. If the upper limit value is exceeded, a trace amount of microorganisms can not be detected. The excessive amount of metal nanoparticles reacts with a large number of microorganisms for a long time to change color. However, when a large number of microorganisms are used, the presence of the microorganism can be confirmed visually without using the spectroscopic method as the microorganism detection method of the present invention.

상기 금속나노입자의 농도는 구형의 금나노입자인 경우에 해당되며, 금 또는 은 나노입자의 크기 및 모양에 따라 농도가 다르게 정해진다.The concentration of the metal nanoparticles corresponds to the case of spherical gold nanoparticles, and the concentration is different depending on the size and shape of the gold or silver nanoparticles.

또한, 상기 금속나노입자 수성 분산액에 함유된 금속나노입자의 평균입경은 200 nm 이하이다. 금속나노입자의 평균입경이 상기 상한치 초과인 경우에는 육안 또는 분광학적으로 변화를 관찰하기 힘들다.
The average particle diameter of the metal nanoparticles contained in the aqueous dispersion of the metal nanoparticles is 200 nm or less. When the average particle diameter of the metal nanoparticles exceeds the upper limit value, it is difficult to observe changes visually or spectroscopically.

본 발명에 사용되는 미생물은 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid), 피루브산(pyruvic acid), 젖산(lactic acid), 발레르산(valeric acid), 헥사노익산(hexanoic acid), 부티르산(butyric acid), 헵탄산(heptanoic acid), 옥탄산(octanoic acid), 숙신산(succinic acid) 및 옥살산(oxalic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산(acid); 또는 부탄올(butanol) 및 에탄올(ethanol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 알코올(alcohol);을 배출하는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 대장균(E. coli), 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyce cerevisiae), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 클로스트리디움(Chlostridium) 및 아세토박테리움 우디(Acetobacterium woodii)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. The microorganism used in the present invention may be selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, pyruvic acid, lactic acid, valeric acid, hexanoic acid, butyric acid At least one acid selected from the group consisting of heptanoic acid, octanoic acid, succinic acid and oxalic acid; And at least one alcohol selected from the group consisting of ethanol, butanol, and ethanol is preferably used. Examples of the alcohol include esters of E. coli, saccharomyces cerevisiae, Saccharomyce cerevisiae, Bacillus megaterium, Chlostridium, and Acetobacterium woodii. [0027] In the present invention,

상기 미생물의 농도는 5.0 × 108 cell/㎖ 이하이며, 바람직하게는 5.0 × 103 내지 5.0 × 108 cell/㎖, 더욱 바람직하게는 5.0 × 106 내지 5.0 × 107 cell/㎖이다. 미생물의 농도가 상기 하한치 미만일 경우에는 흡광도의 이동과 색이 변하는데 시간이 오래 걸리기 때문에 금나노입자의 농도를 적게 사용해야 하며, 금나노입자의 농도를 적게 사용할 경우 검출시간이 오래 걸리며 육안으로 색변화를 관찰하기가 어렵다. 또한, 상한치 초과인 경우에는 미생물 관찰이 육안으로 가능하기 때문에 금나노입자를 혼합하여 검출할 필요가 없다.The concentration of the microorganism is 5.0 × 10 8 cells / ml, preferably 5.0 × 10 3 to 5.0 × 10 8 cells / ml, more preferably 5.0 × 10 6 to 5.0 × 10 7 cells / ml. When the concentration of the microorganism is less than the lower limit value, the concentration of the gold nanoparticles must be reduced because the absorbance shifts and the color change takes a long time. When the concentration of the gold nanoparticles is small, the detection time is long. Is difficult to observe. Further, in the case of exceeding the upper limit value, microbial observation is possible with the naked eye, so it is not necessary to mix and detect the gold nanoparticles.

본 발명에 따른 금속나노입자 수성 분산액과 미생물의 혼합 시간은 금속나노입자 수성 분산액과 미생물이 혼합된 시점 내지 24시간, 바람직하게는 1분 내지 8시간이다.
The mixing time of the metal nanoparticle aqueous dispersion and the microorganism according to the present invention is from the time when the aqueous dispersion of the metal nanoparticles and the microorganism are mixed to 24 hours, preferably from 1 minute to 8 hours.

또한, 본 발명은 금속나노입자 수성 분산액을 포함하는 키트를 제공하여 키트에 미생물을 투입함으로써 쉽게 미생물을 검출할 수 있다.In addition, the present invention provides a kit including an aqueous dispersion of metal nanoparticles, and can easily detect microorganisms by injecting microorganisms into the kit.

본 발명의 키트는 유리기판, 수정기판, 사파이어 기판, 투명전도성기판, 또는 이들의 적층 기판인 투명기판; 및 상기 투명기판 상부에 구비된 금속나노입자 수성 분산액;을 포함한다.
The kit of the present invention may be a transparent substrate which is a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a transparent conductive substrate, or a laminated substrate thereof; And a metal nanoparticle aqueous dispersion on the transparent substrate.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

제조예Manufacturing example 1. 미생물 배양 1. Microbial Culture

대장균을 LB배지에서 37 ℃, 18시간 동안 배양한 후 원심분리하여 배지와 대장균을 분리한 다음 분리된 대장균을 깨끗한(또는 균을 배양하지 않은, 사용하지 않은) LB(Luria Bertani)배지로 분산하여 대장균을 배양하였다.
Escherichia coli was cultured in LB medium at 37 ° C for 18 hours and then centrifuged to separate the culture medium and E. coli. Then, the isolated Escherichia coli was dispersed in a clean (or unused) LB (Luria Bertani) medium Escherichia coli was cultured.

제조예Manufacturing example 2.  2. 금속나노입자Metal nanoparticles 수성 분산액의 제조 Preparation of aqueous dispersion

HAuCl4 10 mg를 3차 증류수 20 ㎖에 용해한 후 용해된 HAuCl4 수용액 20 ㎖에 3차 증류수 75 ㎖를 첨가하여 혼합한 다음 105 ℃에서 가열하였다. 가열한 HAuCl4 수용액에 0.5 wt% 시트르산나트륨 용액 5 ㎖를 첨가하여 105 ℃에서 가열한 다음 투석막을 이용하여 합성한 금나노입자 함유 수성 분산액을 정제하여 순수한 금나노입자 함유 수성 분산액을 제조하였다. 상기 제조된 금나노입자 수성 분산액을 분광광도계(Cary 60 UV-Vis, Agilent Technologies)를 이용하여 측정한 결과, 520 nm에서 스펙트럼 피크를 보였다(도 1).
10 mg of HAuCl 4 was dissolved in 20 ml of tertiary distilled water and dissolved HAuCl 4 75 ml of the third distilled water was added to 20 ml of the aqueous solution, and the mixture was heated at 105 캜. Heating the HAuCl 4 5 ml of a 0.5 wt% sodium citrate solution was added to the aqueous solution, and the solution was heated at 105 ° C, and then the aqueous dispersion containing gold nanoparticles synthesized using a dialysis membrane was purified to prepare an aqueous dispersion containing pure gold nanoparticles. The gold nanoparticle aqueous dispersion prepared above was measured using a spectrophotometer (Cary 60 UV-Vis, Agilent Technologies) and showed a spectral peak at 520 nm (FIG. 1).

실시예Example 1 내지 4 및  1 to 4 and 비교예Comparative Example 1. One.

농도가 6.67 × 106 cell/㎖인 제조예 1에서 제조된 대장균과, 금속나노입자의 농도가 0.12 nM, 0.24 nM, 0.4 nM, 1 nM 및 2 nM(비교예 1)인 제조예 2에서 제조된 금나노입자 수성 분산액을 각각 혼합하였다.
The E. coli prepared in Preparation Example 1 and having a concentration of 6.67 × 10 6 cells / ml were mixed with the metal nanoparticles prepared in Preparation Example 2 in which the concentrations of the metal nanoparticles were 0.12 nM, 0.24 nM, 0.4 nM, 1 nM and 2 nM (Comparative Example 1) The aqueous gold nanoparticles dispersions were each mixed.

실시예Example 5 내지 8 및  5 to 8 and 비교예Comparative Example 2 내지 3. 2 to 3.

금속나노입자의 농도가 0.4 nM인 제조예 2의 분산액과 대장균의 농도가 0 cell/㎖(비교예 2), 7.43 × 104 cell/㎖(비교예 3), 9.94 × 105 cell/㎖, 6.67 × 106 cell/㎖, 9.62 × 106 cell/㎖, 1.70 × 107 cell/㎖인 제조예 1에서 제조된 대장균을 각각 혼합하였다.
The dispersion of Preparation Example 2 in which the concentration of metal nanoparticles was 0.4 nM and the dispersion of E. coli were 0 cell / ㎖ (Comparative Example 2), 7.43 × 10 4 cell / ㎖ ( Comparative Example 3), 9.94 × 10 5 cell / ㎖, 6.67 × 10 6 cell / ㎖, 9.62 × 10 6 cell / ㎖, 1.70 × 10 7 cells / ml of Escherichia coli prepared in Preparation Example 1 were mixed.

시험예Test Example 1.  One. 금나노입자Gold nanoparticles 수성 분산액의  Of the aqueous dispersion 색변화Color change 확인  Confirm

1-1. 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 수성분산액과 대장균을 혼합 후 금나노입자 수성 분산액의 색변화를 관찰하였으며, 이를 하기 표 1에 나타내었다.1-1. The color change of the gold nanoparticle aqueous dispersion was observed after mixing the aqueous dispersion and the E. coli in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, and is shown in Table 1 below.

Figure 112013091586131-pat00001
Figure 112013091586131-pat00001

표 1에 나타낸 바와 같이, 금나노입자가 2 nM인 경우에는 대장균과 오랜 시간 반응시키더라도 색상이 변화되지 않았으나, 금나노입자가 2 nM미만인 경우에는 대장균과의 반응으로 인하여 분산액의 색상이 분홍색에서 파란색으로 변하였다. 특히, 금나노입자가 0.12 nM인 경우에는 대장균과 혼합 즉시 분산액의 색상이 변화되는 것을 확인하였다.
As shown in Table 1, when the gold nanoparticles were 2 nM, the color did not change even when they were reacted with Escherichia coli for a long time. When the gold nanoparticles were less than 2 nM, the color of the dispersion was changed to pink It turned blue. In particular, when the gold nanoparticles were 0.12 nM, the color of the dispersion immediately after mixing with E. coli was confirmed.

1-2. 실시예 5 내지 8 및 비교예 2 내지 3에서 수성분산액과 대장균을 혼합 후 금나노입자 수성 분산액의 색변화를 관찰하였으며, 이를 하기 표 2에 나타내었다.1-2. The color change of the gold nanoparticle aqueous dispersion was observed after mixing the aqueous dispersion and the E. coli in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 2 to 3, and is shown in Table 2 below.

Figure 112013091586131-pat00002
Figure 112013091586131-pat00002

표 2에 나타낸 바와 같이, 대장균의 농도가 7.43 × 104 cell/㎖이하인 경우에는 혼합 후 금나노입자와 오랜 시간 경과 후에도 색상이 변화되지 않았으나, 대장균의 농도가 7.43 × 104 cell/㎖초과인 경우 금나노입자와의 반응으로 인하여 분산액의 색상이 분홍색에서 파란색으로 변하였다. 특히, 대장균의 농도가 1.70 × 107 cell/㎖인 경우에는 금나노입자와 혼합 즉시 분산액의 색상이 변화되는 것을 확인하였다.
As shown in Table 2, when the concentration of E. coli was 7.43 × 10 4 cells / ml or less, the color did not change even after a long time with the gold nanoparticles after mixing. However, when the concentration of E. coli was 7.43 × 10 4 cells / The color of the dispersion changed from pink to blue due to the reaction with gold nanoparticles. Particularly, when the concentration of E. coli was 1.70 × 10 7 cells / ml, the color of the dispersion immediately after mixing with gold nanoparticles was confirmed.

시험예Test Example 2. 흡광도 측정 2. Absorption measurement

도 3 및 도 4에 나타낸 그래프는 대장균과 혼합 후의 금나노입자(금나노입자 수성 분산액)의 흡광도로서, 대장균과 혼합 후 금나노입자의 흡광도를 측정하는 과정은 도 2와 같다.The graphs shown in FIG. 3 and FIG. 4 show the absorbance of gold nanoparticles (gold nanoparticle aqueous dispersion) after mixing with Escherichia coli, and the process of measuring the absorbance of gold nanoparticles after mixing with Escherichia coli is shown in FIG.

먼저, 도 2A에 도시된 바와 같이 금나노입자 수성 분산액과 대장균을 혼합하여 분광광도계로 흡광도(Cary 60 UV-Vis, Agilent Technologies)를 측정 후 이 값을 기록(1)하고, 상기 반응에 이용되는 대장균의 흡광도(도 2B)도 측정값(2)을 기록한 후 (1)에서 (2)를 뺀 값, 예컨대 혼합 후의 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 값을 그래프화한 것이다(도 2C). 도 2는 금나노입자의 농도는 0.4 nM이고, 대장균의 농도는 6.67 × 106 cell/㎖일 때의 그래프이다.
First, as shown in FIG. 2A, the gold nanoparticle aqueous dispersion and Escherichia coli were mixed, and the absorbance (Cary 60 UV-Vis, Agilent Technologies) was measured with a spectrophotometer, and the value was recorded (1) The absorbance of the E. coli (FIG. 2B) is also a value obtained by subtracting (2) from (1) after recording the measured value 2, for example, the absorbance value of the mixed gold nanoparticle aqueous dispersion after the mixing. FIG. 2 is a graph showing a concentration of gold nanoparticles of 0.4 nM and a concentration of E. coli of 6.67 × 10 6 cells / ml.

2-1. 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 수성분산액과 대장균 혼합 후 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 값을 획득하였으며, 이를 하기 도 3에 나타내었다.2-1. Absorbance values of the gold nanoparticle aqueous dispersion after mixing the aqueous dispersion and the E. coli in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were obtained and are shown in FIG.

도 3A 내지 3E는 시간별로 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 수성분산액과 대장균을 혼합 후 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 그래프이며, 도 3F는 금나노입자의 농도에 따른 스펙트럼 봉우리(peak) 파장(wavelength)를 나타낸 그래프이다. 이 때 각 도면에서 금나노입자의 농도는 (A) 0.12 nM, (B) 0.24 nM, (C) 0.4 nM, (D) 1 nM, (E) 2 nM이다.3A to 3E are graphs showing absorbance of the gold nanoparticle aqueous dispersion after mixing the aqueous dispersion and the E. coli according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 by time. FIG. 3F is a graph showing the spectral peaks ) Is a graph showing a wavelength. In this figure, the concentration of gold nanoparticles is (A) 0.12 nM, (B) 0.24 nM, (C) 0.4 nM, (D) 1 nM and (E) 2 nM.

도 3A 내지 도 3C는 도 1의 그래프에 비하여 혼합 후 1 내지 8시간 내에 눈에 띄게 스펙트럼의 변화가 관찰되었으며, 도 3D는 혼합후 8시간 경과 후 눈에 띠게 스펙트럼의 변화가 관찰되었다. 반면, 도 3E는 눈에 띠는 스펙트럼의 변화가 관찰되지 않았다.3A to 3C show a noticeable spectral change within 1 to 8 hours after mixing as compared with the graph of FIG. 1, and a visible spectral change was observed after 8 hours from the mixing in FIG. 3D. On the other hand, in FIG. 3E, no noticeable spectral change was observed.

도 3F는 금나노입자의 농도가 높으면 스펙트럼 봉우리가 변화하지 않았으며, 금나노입자의 농도가 낮으면 스펙트럼 봉우리가 변화하는 것을 확인하였다. 그러므로 금나노입자의 농도가 2 nM이상이면 미생물을 광학적으로 검출할 수 없다는 것을 알 수 있다.
FIG. 3F shows that spectral peaks do not change when the concentration of gold nanoparticles is high, while spectrum peaks change when the concentration of gold nanoparticles is low. Therefore, it can be seen that if the concentration of gold nanoparticles is 2 nM or more, the microorganism can not be optically detected.

2-2. 실시예 5 내지 8 및 비교예 3에서 수성분산액과 대장균을 혼합시 대장균의 농도에 따라 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 값을 획득하였으며, 이를 하기 도 4에 나타내었다.2-2. In Examples 5 to 8 and Comparative Example 3, when the aqueous dispersion and the Escherichia coli were mixed, the absorbance of the gold nanoparticle aqueous dispersion was obtained according to the concentration of Escherichia coli, which is shown in FIG.

도 4A 내지 4E는 시간별로 실시예 5 내지 8 및 비교예 3에 따라 혼합 후 금나노입자 수성 분산액에 대한 흡광도 그래프이며, 도 4F는 대장균의 농도에 따른 봉우리 파장을 나타낸 그래프이다. 이때 각 도면에서 대장균의 농도는 (A) 7.43 × 104 cell/㎖(비교예 3), (B) 9.94 × 105 cell/㎖, (C) 6.67 × 106 cell/㎖, (D) 9.62 × 106 cell/㎖, (E) 1.70 × 107 cell/㎖이다.FIGS. 4A to 4E are graphs showing absorbance of the gold nanoparticle aqueous dispersion after mixing according to Examples 5 to 8 and Comparative Example 3 with respect to time, and FIG. 4F is a graph showing the peak wavelength according to the concentration of E. coli. The concentration of E. coli in each of the figures is 7.43 × 10 4 cells / ml (Comparative Example 3), (B) 9.94 × 10 5 cells / ml, (C) 6.67 × 10 6 cells / × 10 6 cells / ml, and (E) 1.70 × 10 7 cells / ml.

도 4A는 도 1의 그래프에 비하여 흡광도가 이동하지 않은 것을 알 수 있으며, 도 4B는 4 내지 8시간 반응시 눈에 띄게 스펙트럼의 변화가 관찰되었으며, 도 4C 및 도 4D는 1 내지 8시간 반응시 눈에 띄게 스펙트럼의 변화가 관찰되었다. FIG. 4A shows that the absorbance did not move as compared with the graph of FIG. 1, FIG. 4B shows a spectral change remarkably in the 4 to 8 hour reaction, and FIGS. A noticeable spectral change was observed.

도 4F는 대장균 농도가 낮으면 봉우리 파장이 변화하지 않았으며, 대장균 농도가 높으면 봉우리 파장이 변화하는 것을 확인하였다. FIG. 4F shows that when the concentration of E. coli was low, the peak wavelength did not change, and when the concentration of E. coli was high, the peak wavelength changed.

상기도 3과 4를 통해서 대장균의 농도와 분산액에 존재하는 금나노입자의 농도비에 따라 검출 시간을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 금 나노입자의 농도에 비해 대장균의 수가 많을 경우 빠른 시간 안에 검출이 가능하다는 것이다. 따라서 본 실시예에서 사용한 것보다 더 낮은 금나노입자의 농도를 사용하면 훨씬 더 낮은 농도의 미생물을 검출할 수 있다. 3 and 4, it can be seen that the detection time can be controlled according to the concentration of E. coli and the concentration ratio of gold nanoparticles present in the dispersion. That is, when the number of E. coli is larger than the concentration of gold nanoparticles, detection is possible in a short time. Therefore, even lower concentrations of microorganisms can be detected using lower concentrations of gold nanoparticles than those used in this example.

Claims (13)

금속전구체와 시트르산나트륨을 함유한 수용액으로 제조된 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합하여 미생물을 검출하되,
상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자의 농도는 15 내지 20 nm 크기의 나노입자를 기준으로 0.025 이상 내지 2 nM미만이며, 상기 미생물의 농도는 5.0 × 103 내지 5.0 × 107 cell/㎖이고,
상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자는 치환기로 개질되지 않은 것이며, 상기 미생물은 유기산을 생성하는 미생물인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법.
A microorganism is detected by mixing an aqueous dispersion of metal nanoparticles prepared from an aqueous solution containing a metal precursor and sodium citrate with a microorganism,
The concentration of the metal nanoparticles in the metal nanoparticle aqueous dispersion is 0.025 or more to less than 2 nM on the basis of nanoparticles having a size of 15 to 20 nm, the concentration of the microorganism is 5.0 × 10 3 to 5.0 × 10 7 cells / ,
Wherein the metal nanoparticles in the aqueous dispersion of metal nanoparticles are not modified with substituents and the microorganisms are microorganisms that produce organic acids.
제1항에 있어서, 상기 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합시켜 수성 분산액의 색변화(colorimetric method)를 육안으로 관찰하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The method for detecting microorganisms using metal nanoparticles according to claim 1, wherein the aqueous dispersion of the metal nanoparticles is mixed with a microorganism to visually observe the colorimetric method of the aqueous dispersion. 제1항에 있어서, 상기 금속나노입자 수성 분산액과 미생물을 혼합시킨 후 분광학적 방법(spectroscopic method)을 통해 금속나노입자의 스펙트럼 변화를 관찰하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The method for detecting microorganisms using metal nanoparticles according to claim 1, wherein the aqueous dispersion of metal nanoparticles is mixed with a microorganism, and spectral changes of the metal nanoparticles are observed through a spectroscopic method. 제1항에 있어서, 상기 금속나노입자는 사각형의 금속나노큐브, 구형의 금속나노입자, 5 각형 이상의 금속나노입자, 금속나노막대 및 금속나노선으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The metal nano-particle according to claim 1, wherein the metal nano-particle is one selected from the group consisting of a quadrangular metal nano-cube, a spherical metal nano-particle, a pentagonal or higher metal nano- A method for detecting microorganisms using particles. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 금속나노입자의 금속은 금 또는 은인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The method of claim 1 or 4, wherein the metal of the metal nanoparticles is gold or silver. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 금속나노입자의 평균입경은 200 nm 이하인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The method of claim 1, wherein the average particle diameter of the metal nanoparticles is 200 nm or less. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 미생물은 대장균(E. coli), 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyce cerevisiae), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 클로스트리디움(Chlostridium) 및 아세토박테리움 우디(Acetobacterium woodii)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출방법. The microorganism according to claim 1, wherein the microorganism is selected from the group consisting of E. coli, Saccharomyce cerevisiae, Bacillus megaterium, Chlostridium and Acetobacterium wherein the metal nanoparticles are at least one selected from the group consisting of wood microspheres and woodii. 삭제delete 삭제delete 투명기판; 및
상기 투명기판 상부에 구비된 금속나노입자 수성 분산액;을 포함하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출키트로서,
상기 금속나노입자 수성 분산액은 금속전구체와 시트르산나트륨을 함유한 수용액으로 제조되며, 상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자의 농도는 15 내지 20 nm 크기의 나노입자를 기준으로 0.025 이상 내지 2 nM미만이고, 상기 미생물의 농도는 5.0 × 103 내지 5.0 × 107 cell/㎖이며,
상기 금속나노입자 수성 분산액에서 금속나노입자는 치환기로 개질되지 않은 것이고, 상기 미생물은 유기산을 생성하는 미생물인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출키트.
A transparent substrate; And
And a metal nanoparticle aqueous dispersion disposed on the transparent substrate, the kit comprising:
The metal nanoparticle aqueous dispersion is prepared from an aqueous solution containing a metal precursor and sodium citrate, and the concentration of the metal nanoparticles in the metal nanoparticle aqueous dispersion is 0.025 or more to less than 2 nM based on 15 to 20 nm nanoparticles , The concentration of the microorganism is 5.0 × 10 3 to 5.0 × 10 7 cells / ml,
Wherein the metal nanoparticles in the aqueous dispersion of metal nanoparticles are not modified with substituents and the microorganisms are microorganisms that produce organic acids.
제12항에 있어서, 상기 금속나노입자의 금속은 금 또는 은인 것을 특징으로 하는 금속나노입자를 이용한 미생물 검출키트.13. The kit according to claim 12, wherein the metal of the metal nanoparticles is gold or silver.
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