KR101990426B1 - Composition for quantifying target material comprising metal nanoparticle assembled template particle, and quantification method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 표적 물질의 검출방법을 제공한다.
본 발명의 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 표적 물질의 검출방법은 바이오 물질 검출 분야에서 고감도 면역 측정 기술로 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention provides a composition for detecting a target substance comprising template particles into which metal nanoparticles are introduced, and a method for detecting a target substance using the composition.
The composition for detecting a target substance containing the template particles into which the metal nanoparticles of the present invention are introduced and the method for detecting the target material using the composition can be usefully used as a high sensitivity immunoassay technique in the field of biomaterial detection.

Description

금속 나노입자 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 검출방법{Composition for quantifying target material comprising metal nanoparticle assembled template particle, and quantification method using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composition for detecting a target substance containing template particles having metal nanoparticles incorporated therein, and a detection method using the composition,

본 발명은 바이오 표적 물질 검출용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for detecting a target substance, and more particularly, to a composition for detecting a target substance containing template particles into which metal nanoparticles are introduced and a detection method using the same.

면역학적 방법은 조기 진단뿐만 아니라 질병 치료의 효능을 모니터링하는 데 가장 탁월한 분석 기술이 되었다. 민감도를 향상시키기 위해, 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance), 석영 크리스탈 마이크로밸런스(quartz crystal microbalance), 표면 강화 라만 분광법, 형광, 전기화학, 화학발광(chemiluminescence), 비색 분석법(colorimetric assay) 관련된 다양한 분석 기술을 면역학과 결합시키기 위한 많은 노력이 시도되고 있다. 이러한 방법들 중 효소-연관 면역흡착 분석법(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)은 간편함, 실용성, 저비용 및 육안 관찰에 따른 신속/즉각 판별성 때문에 임상적으로 중요한 생물 표적 분자를 측정하기 위하여 광범위하게 사용되는 비색 면역 측정법이다(비특허문헌 1-4). 이에 따라, 효소-매개 신호 증폭 방법의 개발에 많은 관심이 집중되어 왔다. 종래의 ELISA 방법은 피코몰(pM) 수준의 검출 한계를 나타내어, 체액 또는 조직 중의 미량의 단백질 검출에 적용될 수 없었으며(비특허문헌 5), 정량 검출을 수행하기에는 좁은 분석 범위를 나타냈다(비특허문헌 6).Immunologic methods have become the most prominent analytical technique for monitoring the efficacy of disease treatment as well as early diagnosis. In order to improve the sensitivity, various analyzes related to surface plasmon resonance, quartz crystal microbalance, surface enhanced Raman spectroscopy, fluorescence, electrochemistry, chemiluminescence, colorimetric assay Much effort has been sought to combine technology with immunology. Among these methods, the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is widely used to measure clinically important biological target molecules because of its simplicity, practicality, low cost, and rapid / prompt discrimination due to visual observation (Non-patent documents 1-4). Accordingly, much attention has been focused on the development of an enzyme-mediated signal amplification method. Conventional ELISA methods showed detection limits at the picomole (pM) level and could not be applied to the detection of trace amounts of proteins in body fluids or tissues (Non-Patent Document 5), indicating a narrow assay range for performing quantitative detection Document 6).

또한, 종래의 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 DNA 증폭 방법으로서 미량의 DNA 검출에 유용하게 사용되고 있지만, 단백질 검출에 있어서는 단백질 증폭 등의 기술을 적용시킬 수 없는 문제점이 있으므로, 미량의 단백질 검출에는 한계가 있었다.In addition, the conventional polymerase chain reaction (PCR) is a DNA amplification method, which is useful for detecting a trace amount of DNA. However, since there is a problem in that a technique such as protein amplification can not be applied in protein detection, There was a limit to protein detection.

최근 나노 물질 기반의 신호 증폭은 이들 기술의 초-고감도(ultra-high sensitivity)로 인해 상당한 주목을 받고 있다. 나노 물질은 촉매 활성, 전도성 및 생체 적합성과 결합하여 신호 전달을 가속화할 뿐만 아니라 신호를 증폭시키므로 시너지 효과를 낼 수 있다. 가장 중요한 점은, 나노 크기의 물질은 단일 분자 검출 수준의 화학적 및 생물학적 센서로 사용될 수 있다는 것이다. 그 중에서도 금 나노입자(Au nanoparticle, Au NP)는 쉽게 제조될 수 있고, 변형이 간편하고, 이들의 생체적합성으로 인해 생체분석 분야에서 널리 사용되고 있다. 현재까지 단분산 또는 응집된 Ag NP에 기반한 고감도 면역 측정법이 다수 보고되었다(비특허문헌 7-11). 그러나 이들 대부분이 좁은 직선성 분석 범위로 인해 표적 분자 농도를 정량적으로 측정하기 어려웠다. Au NP를 사용하는 고감도의 정량적 면역측정법의 개발 필요성이 여전히 존재한다.Recent nanomaterial-based signal amplification has received considerable attention due to the ultra-high sensitivity of these technologies. Nanomaterials can combine catalytic activity, conductivity, and biocompatibility to accelerate signal transduction as well as amplify signals, resulting in synergistic effects. Most importantly, nanoscale materials can be used as chemical and biological sensors at single molecule detection levels. Among them, gold nanoparticles (Au nanoparticles, Au NP) can be easily produced, are easily deformed, and are widely used in the field of biometrics due to their biocompatibility. To date, a number of highly sensitive immunoassays based on monodispersed or agglomerated Ag NPs have been reported (Non-Patent Documents 7-11). However, most of them have difficulty in quantitatively measuring the target molecule concentration due to the narrow linearity analysis range. There is still a need for the development of highly sensitive quantitative immunoassays using Au NP.

미국공개특허 제2013-0040292호 (공개일 : 2013.02.14.)U.S. Published Patent Application No. 2013-0040292 (published on February 23, 2013). 한국공개특허 제10-2010-0061603호 (공개일 : 2010.06.08.)Korean Patent Publication No. 10-2010-0061603 (published on June 6, 2010). 한국공개특허 제10-2014-0103875호 (공개일 : 2014.08.27.)Korean Patent Publication No. 10-2014-0103875 (Disclosure Date: 2014.08.27.)

Clinical Chemistry, 47 (2001) 747-749Clinical Chemistry, 47 (2001) 747-749 General physiology and biophysics, 26 (2007) 62-65General physiology and biophysics, 26 (2007) 62-65 JACS, 135 (2013) 14462-14472JACS, 135 (2013) 14462-14472 Scientific Reports, 4 (2014) 3796Scientific Reports, 4 (2014) 3796 Anal. Chem., 79 (2007) 3810-3820Anal. Chem., 79 (2007) 3810-3820 Clinical Chemical Laboratory Medicine, 2008, pp. 264Clinical < / RTI > Chemical Laboratory Medicine, 2008, pp. 264 Anal. Chem., 85 (2013) 6945-6952Anal. Chem., 85 (2013) 6945-6952 Anal. Chem., 86 (2014) 5800-5806Anal. Chem., 86 (2014) 5800-5806 Analytical and bioanalytical chemistry,408 (2016) 1015-1022Analytical and bioanalytical chemistry, 408 (2016) 1015-1022 Nat. Protocols, 8 (2013) 1759-1764Nat. Protocols, 8 (2013) 1759-1764 Analyst, 141 (2016) 2955-2961Analyst, 141 (2016) 2955-2961 Lett., 59 (2005) 3672-3677Lett., 59 (2005) 3672-3677 J. Phys. Chem. B, 105 (2001) 2743-2746J. Phys. Chem. B, 105 (2001) 2743-2746 Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 101 (2004) 17930-17935Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 101 (2004) 17930-17935 Langmuir, 24 (2008) 11147-11152Langmuir, 24 (2008) 11147-11152 J. Phys. Chem. B, 107 (2003) 12411-12415J. Phys. Chem. B, 107 (2003) 12411-12415 Bull. Korean Chem. Soc., 36 (2015) 963-978Bull. Korean Chem. Soc., 36 (2015) 963-978 J. Nanosci. Nanotech., 11 (2011) 579-583J. Nanosci. Nanotech., 11 (2011) 579-583 ACS Appl. Mater. Interfaces, 5 (2013) 12804-12810ACS Appl. Mater. Interfaces, 5 (2013) 12804-12810 J. Mater. Chem. B, 2 (2014) 4415-4421J. Mater. Chem. B, 2 (2014) 4415-4421 ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 11859-11863ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 11859-11863 ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 12541-12549ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 12541-12549 ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 1272-1278ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 1272-1278 J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 8870-8874J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 8870-8874 Langmuir, 14 (1998) 5396-5401Langmuir, 14 (1998) 5396-5401 Mater. Chem. Phys., 105 (2007) 419-425Mater. Chem. Phys., 105 (2007) 419-425 Chem. Commun., (2002) 1604-1605Chem. Commun., (2002) 1604-1605 Langmuir, 19 (2003) 7003-7011Langmuir, 19 (2003) 7003-7011 Langmuir, 22 (2006) 5604-5610Langmuir, 22 (2006) 5604-5610 Langmuir, 19 (2003) 9490-9493Langmuir, 19 (2003) 9490-9493 TrAC Trends in Analytical ChemistryTrAC Trends in Analytical Chemistry J. Colloid Interface Sci., 26 (1968) 62-69 RSC Adv., 6 (2016) 48644-48650J. Colloid Interface Sci., 26 (1968) 62-69 RSC Adv., 6 (2016) 48644-48650 RSC Advances, 7 (2017) 7015-7021RSC Advances, 7 (2017) 7015-7021 Langmuir, 9 (1993) 2301-2309Langmuir, 9 (1993) 2301-2309 Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids, 29 (2013) 15076-15082Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids, 29 (2013) 15076-15082 Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids, 27 (2011) 11098-11105Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids, 27 (2011) 11098-11105

본 발명자들은 정량적 면역측정법에 사용되는 나노 입자의 대안으로서 2금속성의(bimetallic) Au-Ag NP를 착안하였다. 2금속성의 Au-Ag 합금 NP는 Au-Ag NP의 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)이 NP 표면 주위의 전자기장을 강화시키므로, 높은 플라즈몬 효율, 은에 의한 높은 굴절 지수 감도, 및 Au에 의한 장기간 안정성 및 생체 적합성을 포함하는 몇 가지 장점을 제공할 수 있다. 특히, 실리카 NP 템플릿 상에 Au 및/또는 Ag NP 도입 복합체에 있어서, Au-Ag NP의 광학 특성은 Au NP 상에 Ag 쉘 두께의 성장을 조절함으로써 조정할 수 있으며, 이를 이용하여 Au 및/또는 Ag NP의 밀도 및 2개 NP 사이의 갭을 제어함으로써, 단일 NP에 비하여 보다 강한 LSPR 특성을 얻을 수 있을 것으로 착안하였다.We have focused on the bimetallic Au-Ag NP as an alternative to the nanoparticles used in the quantitative immunoassay. 2 Metallic Au-Ag alloy NP is characterized by high plasmon efficiency, high index of refraction index due to silver, and Au (Ag) NP because Au-Ag NP's localized surface plasmon resonance (LSPR) strengthens the electromagnetic field around the NP surface. Long-term stability and biocompatibility by < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > In particular, the optical properties of Au-Ag NPs in Au and / or Ag NP-incorporating complexes on silica NP templates can be controlled by controlling the growth of the Ag shell thickness on Au NPs and using Au and / or Ag By controlling the density of the NP and the gap between the two NPs, it was pointed out that stronger LSPR characteristics can be obtained compared to a single NP.

이에, 본 발명자들은 ELISA 신호를 증폭시키고 비색 면역 측정법의 민감도를 향상시키기 위한 검출방법에 대하여 추가 연구함으로써, 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 조성물을 이용하여 바이오 표적 물질을 검출하면 고감도 및 넓은 분석 범위에서 표적 물질을 검출할 수 있다는 것을 발견하였다.Thus, the present inventors have further studied a detection method for amplifying an ELISA signal and improving the sensitivity of a colorimetric immunoassay, so that when a bio-target substance is detected using a composition containing template particles into which metal nanoparticles are introduced, And that the target substance can be detected in a wide range of analysis.

따라서, 본 발명은 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 표적 물질의 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a composition for detecting a target substance comprising template particles into which metal nanoparticles are introduced, and a method for detecting a target substance using the composition.

본 발명의 일 측면에 따라, 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자, 제2금속의 양이온 및 환원제의 전구체를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a composition for detecting a target substance comprising template particles into which nanoparticles of a first metal are introduced, a cation of a second metal, and a precursor of a reducing agent.

일 구현예에서, 상기 템플릿 입자는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 단백질, 바이러스, 실리카, TiO2, 그래핀, 탄소 나노 튜브 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 재질의 입자일 수 있다.In one embodiment, the template particles may be particles of a material selected from the group consisting of polystyrene, polymethylmethacrylate, proteins, viruses, silica, TiO 2 , graphene, carbon nanotubes, and mixtures thereof.

일 구현예에서, 제1금속은 구리, 팔라듐, 은, 금, 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속일 수 있다.In one embodiment, the first metal may be a metal selected from the group consisting of copper, palladium, silver, gold, and alloys thereof.

일 구현예에서, 상기 제2금속의 양이온은 구리이온, 팔라듐이온, 은이온, 금이온, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 양이온일 수 있다.In one embodiment, the cation of the second metal may be a cation selected from the group consisting of copper ions, palladium ions, silver ions, gold ions, and mixtures thereof.

일 구현예에서, 상기 제1금속의 나노입자는 제2금속이 코팅된 제1금속의 나노입자일 수 있다.In one embodiment, the nanoparticles of the first metal may be nanoparticles of the first metal coated with the second metal.

일 구현예에서, 상기 환원제의 전구체는 2-포스포-L-아스코르브산일 수 있다.In one embodiment, the precursor of the reducing agent may be 2-phospho- L -ascorbic acid.

본 발명의 다른 측면에 따라, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물; 및 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 포함하는 표적 물질 검출용 키트가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for the preparation of a compound of formula I, comprising: reacting a first reactant comprising a precursor of a reducing agent; And a second reactant including template particles into which nanoparticles of the first metal are introduced and cations of the second metal.

일 구현예에서, 상기 키트는 표적 물질에 대한 포획항체 및 효소-결합된 검출항체를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment, the kit may further comprise a capture antibody and an enzyme-bound detection antibody for the target material.

일 구현예에서, 상기 효소는 알칼라인 포스파타제일 수 있다.In one embodiment, the enzyme may be an alkaline phosphatase.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, (a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계; (b) 상기 표적 물질에 효소-결합된 검출항체를 결합시키는 단계; (c) 상기 검출항체에 결합된 효소에, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물, 및 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및 (d) 상기 결과물의 흡광도를 측정하는 단계를 포함하는 표적 물질의 검출방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention there is provided a method of detecting a target substance comprising: (a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform; (b) binding the enzyme-bound detection antibody to the target material; (c) reacting the enzyme bound to the detection antibody with a first reactant comprising a reducing agent precursor, and a second reactant comprising template particles into which nanoparticles of the first metal are introduced and cations of the second metal, To obtain a resultant product; And (d) measuring the absorbance of the resultant.

일 구현예에서, 상기 검출방법은 (a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계; (b) 상기 표적 물질에 알칼라인 포스파타제-결합된 검출항체를 결합시키는 단계; (c) 상기 검출항체에 결합된 알칼라인 포스파타제에, 2-포스포-L-아스코르브산을 포함하는 제1반응물, 및 금 나노입자 도입된 실리카 입자 및 질산은을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및 (d) 상기 결과물의 흡광도를 430 nm에서 측정하는 단계를 포함하는 표적 물질의 검출방법일 수 있다.In one embodiment, the method of detection comprises the steps of: (a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform; (b) binding the alkaline phosphatase-bound detection antibody to the target material; (c) reacting the alkaline phosphatase bound to the detection antibody with a first reactant comprising 2-phospho- L -ascorbic acid, and a second reactant comprising silver nanoparticle-introduced silica particles and silver nitrate, Obtaining the result; And (d) measuring the absorbance of the resultant at 430 nm.

본 발명에 의해, 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 조성물을 이용하는 플라즈몬 면역 측정법은 6.67 x 10-13 M 내지 6.67 x 10-8 M 범위에서 IgG 농도에 선형적으로 비례하는 흡광도를 나타내어, 기존 효소 기반 비색 면역 측정법보다 100 배 넓은 동적 범위로 바이오 표적 물질을 검출할 수 있다는 것이 밝혀졌다.According to the present invention, the plasmon immunoassay using a composition comprising template particles into which metal nanoparticles are introduced exhibits an absorbance linearly proportional to the IgG concentration in the range of 6.67 x 10 -13 M to 6.67 x 10 -8 M, It has been found that bio-target substances can be detected with a dynamic range 100 times wider than conventional enzyme-based colorimetric immunoassays.

따라서, 본 발명의 금속 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물 및 이를 이용하는 표적 물질의 검출방법은 바이오 물질 검출 분야에서 고감도 면역 측정 기술로 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the composition for detecting a target substance including the template particles into which the metal nanoparticles of the present invention are introduced and the method for detecting the target material using the template particle can be usefully used as a high sensitivity immunoassay technique in the field of biomaterial detection.

도 1은 플라즈몬 기반의 비색 면역 측정법 과정을 일반화한 개략도이다.
도 2는 (a) SiO2 NP, 및 (b) NH2 기(APTS) 또는 (c) SH 기(MPTS)로 개질된 SiO2에 따른 SiO2@Au NP의 투과 전자 현미경 사진이다.
도 3은 상이한 아스코르브산의 농도에서의 SiO2@Au@Ag 용액의 (A) TEM 이미지 및 (B) 광학 특성을 나타낸 것이다[(A) 0 μM, (B) 10 μM 및 (C) 100 μM; SiO2@Au 및 질산은(AgNO3)은 각각 100 ㎍ 및 1 nmol임].
도 4는 아스코르브산의 상이한 농도에서 합성된 SiO2@Au@Ag의 TEM 사진이다[(a) 0, (b) 2, (c) 4, (d) 6, (e) 8, (f) 10, (g) 20, (h) 40, (i) 60, (k) 80, (l) 100 μM; SiO2@Au 및 AgNO3는 각각 100 ㎍ 및 1 nmol임].
도 5는 아스코르브산의 상이한 농도에 따른 SiO2@Au@Ag의 검량선이다.
도 6은 6.67 x 10-15 내지 6.67 x 10-8 M 범위의 상이한 농도의 IgG에 따른 플라즈몬 효소 연관 면역 흡광도 측정법의 (A) 색 변화 및 (B) 이에 대응되는 UV-Vis 흡광도 플롯(plot)을 나타낸 것이다[내부도는 6.67 x 10-13 내지 6.67 x 10-8 M IgG 검량선의 선형 구간임].
도 7은 6.67 x 10-15 내지 6.67 x 10-8 M 범위의 상이한 IgG 농도에 따른 플라즈몬 효소 연관 면역 흡광도 측정법의 UV-Vis 스펙트럼이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma-based colorimetric immunoassay process.
2 is a transmission electron micrograph of SiO 2 @ Au NP according to SiO 2 modified with (a) SiO 2 NP and (b) NH 2 group (APTS) or (c) SH group (MPTS).
3 shows TEM images (A) and optical characteristics (B) of a SiO 2 @ Au @ Ag solution at different concentrations of ascorbic acid [(A) 0 μM, (B) 10 μM and (C) 100 μM ; SiO 2 @Au and silver nitrate (AgNO 3) was 100 ㎍ and 1 nmol each Im.
4 is a TEM photograph of SiO 2 @ Au @ Ag synthesized at different concentrations of ascorbic acid [(a) 0, (b) 2, (c) 4, 10, (g) 20, (h) 40, (i) 60, (k) 80, (1) 100 μM; SiO 2 @Au and AgNO 3 is 100 ㎍ and 1 nmol each Im.
FIG. 5 is a calibration curve of SiO 2 @ Au @ Ag with different concentrations of ascorbic acid.
Figure 6 shows the color change (A) of the plasmon enzyme-linked immunosorbant assay according to different concentrations of IgG ranging from 6.67 x 10 -15 to 6.67 x 10 -8 M and (B) the corresponding UV-Vis absorbance plot. (Internal figure is a linear section of the 6.67 x 10 -13 to 6.67 x 10 -8 M IgG calibration curve).
Figure 7 is a UV-Vis spectrum of a plasmonzyme-linked immunosorbent assay according to different IgG concentrations ranging from 6.67 x 10 -15 to 6.67 x 10 -8 M.

본 발명은 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자, 제2금속의 양이온 및 환원제의 전구체를 포함하는 표적 물질 검출용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for detecting a target substance comprising a template particle into which nanoparticles of a first metal are introduced, a cation of a second metal and a precursor of a reducing agent.

일 구현예에서, 상기 템플릿 입자는 통상적인 나노입자 제조방법에 의해 나노크기의 입자로 제조될 수 있는 재질이라면 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 등의 고분자; 단백질, 바이러스 등의 생체고분자; 실리카, TiO2; 그래핀, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT) 등의 탄소 기반 물질 등의 입자(나노입자)일 수 있다. 또한, 상기 템플릿 입자의 크기는 50 nm - 250 nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 nm - 200 nm, 가장 바람직하게는 150 nm일 수 있다.In one embodiment, the template particles are not limited as long as they can be made into nano-sized particles by conventional nanoparticle preparation methods. For example, polystyrene (PS), polymethyl methacrylate methacrylate, and PMMA); Biopolymers such as proteins and viruses; Silica, TiO 2; Carbon nanotubes (CNTs), and other carbon-based materials (nanoparticles). In addition, the size of the template particles may be 50 nm - 250 nm, preferably 100 nm - 200 nm, and most preferably 150 nm.

제1금속의 나노입자가 도입되는 템플릿 입자의 제조는 실리카 나노입자를 템플릿 입자로 하는 공정을 예로 들어 이하에 설명한다. 실리카 나노입자에 금 나노입자를 도입하는 공정을 수행할 때는 실리카 표면을 아민으로 개질시킨 후에 수행할 수 있다. 구체적으로, 실리카 NP를 제조한 후, 이를 용매(예를 들어, 무수 EtOH)에 분산시키고, 통상적으로 사용되는 아미노기 개질 시약[3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTS) 및 NH4OH]을 상기 분산액에 첨가하여 SiO2 표면을 아미노기로 개질시킨다. 상기 혼합물을 교반한 후 원심분리하여 아민화된 실리카 NP를 얻고, EtOH로 수회 세척하여 과량의 시약을 제거한다.The preparation of the template particles into which the nanoparticles of the first metal are introduced will be described below taking as an example the process of using the silica nanoparticles as template particles. When the process of introducing gold nanoparticles into the silica nanoparticles is carried out, it is possible to carry out after the surface of the silica is modified with an amine. Specifically, after silica NP is prepared, it is dispersed in a solvent (for example, anhydrous EtOH), and a commonly used amino group-modifying reagent [3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) and NH 4 OH] is added to the dispersion to modify the surface of the SiO 2 to an amino group. The mixture is stirred and centrifuged to obtain aminated silica NP, which is then washed several times with EtOH to remove excess reagent.

일 구현예에서, 상기 제1금속은 통상적인 나노입자 제조방법에 의해 나노크기의 입자로 제조될 수 있는 금속이라면 제한되지 않으며, 예를 들어, 구리, 팔라듐, 은, 금, 및 이들의 합금일 수 있다. 상기 템플릿 입자에 도입되는 제1금속의 나노입자 크기는 0.1 - 10 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 1 - 5 nm, 더욱 바람직하게는 2 - 3 nm일 수 있다. 또한, 상기 템플릿 입자 1개당 도입되는 제1금속의 나노입자는 100 - 10,000개, 바람직하게는 1,000 - 5,000개, 더욱 바람직하게는 2,000 - 3,000개이다.In one embodiment, the first metal is not limited as long as it is a metal that can be made into nano-sized particles by conventional nanoparticle preparation methods, for example, copper, palladium, silver, gold, . The nanoparticle size of the first metal introduced into the template particles may be 0.1-10 nm, preferably 1-5 nm, more preferably 2-3 nm. Also, the number of nanoparticles of the first metal introduced per one template particle is 100 to 10,000, preferably 1,000 to 5,000, more preferably 2,000 to 3,000.

템플릿 입자에 제1금속의 나노입자가 도입되는 과정을 실리카 나노입자를 템플릿 입자로 하고, 금을 제1금속의 예로 들어 이하에 설명한다. 환원제(예를 들어, THPC[테트라키스(히드록시메틸)포스포늄 클로라이드])를 사용하여 AuCl3를 환원시켜 콜로이드성 Au NP를 제조한다. 제조된 Au NP와 아민화된 SiO2 용액을 혼합하고, 초음파 처리한 후, 진탕기 내에서 인큐베이션한 다음, 원심분리하여 Au NP가 도입된 실리카 NP를 수득하고, 용매(예를 들어, EtOH)로 수회 세척하여 결합되지 않은 Au NP를 제거하여 금 나노입자 도입된 실리카 입자를 얻는다.The process in which the nanoparticles of the first metal are introduced into the template particles is described below as the template particles of the silica nanoparticles and the gold as an example of the first metal. AuCl 3 is reduced using a reducing agent (for example THPC [tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride]) to produce colloidal Au NP. The prepared Au NP and the aminated SiO 2 solution were mixed, sonicated, incubated in a shaker, and then centrifuged to obtain Au NP-introduced silica NP, and a solvent (for example, EtOH) To remove unbound Au NP to obtain silica nanoparticle-incorporated silica particles.

상기 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자는 표적 물질 검출용 조성물에 0.01 - 100 mg/mL, 바람직하게는 0.1 - 10 mg/mL, 더욱 바람직하게는 1 mg/mL의 농도로 포함된다. 반응 용기에 첨가하는 부피를 조절하여, 반응 용기 당 1 - 1000 ㎍, 바람직하게는 10 - 100 ㎍, 더욱 바람직하게는 100 ㎍에 해당하도록 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자를 첨가하여 반응을 진행시킨다.The template particles into which the nanoparticles of the first metal are introduced are contained in the target substance detection composition at a concentration of 0.01 to 100 mg / mL, preferably 0.1 to 10 mg / mL, more preferably 1 mg / mL. The volume added to the reaction vessel is adjusted so that the template particles having the nanoparticles of the first metal introduced therein are added so as to correspond to 1 to 1000 μg, preferably 10 to 100 μg, more preferably 100 μg per reaction vessel, .

일 구현예에서, 제2금속의 양이온에 있어서, 제2금속은 양이온의 이온 형태로 존재할 수 있는 금속이라면 제한되지 않으며, 예를 들어, 구리, 팔라듐, 은, 금 등일 수 있다. 따라서, 제2금속의 양이온은 구리이온, 팔라듐이온, 은이온, 금이온 등일 수 있으며, 바람직하게는 은이온, 더욱 바람직하게는 질산은 유래 은이온일 수 있다. 상기 제2금속의 양이온 포함 물질(예를 들어, 질산은)의 농도는 0.1 - 1000 mM, 바람직하게는 1 - 100 mM, 더욱 바람직하게는 10 mM일 수 있다. 반응 용기에 첨가하는 부피를 조절하여, 반응 용기 당 0.01 - 100 nmole, 바람직하게는 0.1 - 10 nmole, 더욱 바람직하게는 1 nmole에 해당하도록 제2금속의 양이온 포함 물질을 첨가하여 반응을 진행시킨다.In one embodiment, for the cation of the second metal, the second metal is not limited as long as it is a metal that can be present in the ionic form of the cation, for example, copper, palladium, silver, gold, and the like. Therefore, the cation of the second metal may be copper ion, palladium ion, silver ion, gold ion, etc., preferably silver ion, more preferably silver nitrate silver ion. The concentration of the cation-containing material of the second metal (for example, silver nitrate) may be 0.1-1000 mM, preferably 1-100 mM, more preferably 10 mM. The amount of the cation-containing material of the second metal is adjusted so as to correspond to 0.01 to 100 nmole, preferably 0.1 to 10 nmole, and more preferably 1 nmole per reaction vessel.

일 구현예에서, 상기 제1금속의 나노입자는 제2금속이 코팅된 제1금속의 나노입자일 수 있다.In one embodiment, the nanoparticles of the first metal may be nanoparticles of the first metal coated with the second metal.

일 구현예에서, 상기 환원제의 전구체는 환원제로서 작용할 수 있는 물질의 전구체를 말하며, 예를 들어, 2-포스포-L-아스코르브산일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 2-포스포-L-아스코르브산은 검출항체에 결합된 효소(즉, 알칼라인 포스파타제)에 의해 아스코르브산으로 전환된다. 전환된 아스코르브산은 제2금속의 양이온을 환원시켜 제1금속의 나노입자 표면에 제2금속의 쉘을 형성한다.In one embodiment, the precursor of the reducing agent refers to a precursor of a substance that can act as a reducing agent, for example, but not limited to, 2-phospho- L -ascorbic acid. The 2-phospho- L -ascorbic acid is converted to ascorbic acid by the enzyme (i.e., alkaline phosphatase) bound to the detection antibody. The converted ascorbic acid reduces the cations of the second metal to form a shell of the second metal on the surface of the nanoparticles of the first metal.

또한, 본 발명은 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물; 및 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 포함하는 표적 물질 검출용 키트를 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of a compound of formula I comprising: reacting a first reactant comprising a precursor of a reducing agent; And a second reactant including template particles into which nanoparticles of the first metal are introduced and cations of the second metal.

일 구현예에서, 상기 키트는 표적 물질에 대한 포획항체 및 효소-결합된 검출항체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 포획항체 및 효소-결합된 검출항체는 검출하고자 하는 표적 물질에 특이적으로 결합하는 에피토프를 포함하는 항체이다.In one embodiment, the kit may further comprise a capture antibody and an enzyme-bound detection antibody for the target material. The capture antibody and the enzyme-bound detection antibody are antibodies comprising an epitope that specifically binds to a target substance to be detected.

일 구현예에서, 상기 효소는 환원제의 전구체를 환원제로 전환시킬 수 있는 효소라면 제한되지 않으며, 예를 들어, 알칼라인 포스파타제일 수 있다. 상기 효소가 알칼라인 포스파타제인 경우에는 2-포스포-L-아스코르브산을 아스코르브산으로 전환시킨다.In one embodiment, the enzyme is not limited as long as it is an enzyme capable of converting the precursor of the reducing agent to a reducing agent, for example, alkaline phosphatase. When the enzyme is an alkaline phosphatase, 2-phospho- L -ascorbic acid is converted to ascorbic acid.

일 구현예에서, 상기 표적 물질은 펩티드, 단백질, 바이러스, 핵산 등 항원-항체 반응에서 항원으로 작용할 수 있는 물질이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 전립선 특이 항원(prostate specific antigen, PSA), 대장암, 유방암, 폐암, 간암 등에 대한 종양표지 항원(carcinoembryonic antigen, CEA), 간세포암, 난소, 정소의 난소낭종양, 태아성암 등에 대한 지표인 알파페토프로테인(Alphafetoprotein, AFP) 등의 질병 관련 항원; 순환 종양 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA), RNA 등의 핵산; 미소낭포, 엑소좀(exosome) 등의 세포 소기관; 순환 종양 세포(circulating tumor cell, CTC) 등의 세포; 리포좀류일 수 있다.In one embodiment, the target material is not limited as long as it is capable of acting as an antigen in an antigen-antibody reaction such as a peptide, a protein, a virus, a nucleic acid and the like. For example, a prostate specific antigen (PSA) Related antigens such as alpha-fetoprotein (AFP), which is an indicator for carcinoembryonic antigen (CEA), hepatocellular carcinoma, ovarian cyst, ovarian cyst in testis, fetal carcinoma, etc. for breast cancer, lung cancer and liver cancer; Nucleic acids such as circulating tumor DNA (ctDNA) and RNA; Cell organelles such as microcysts and exosomes; Cells such as circulating tumor cells (CTC); Liposomes.

또한, 본 발명은 (a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계; (b) 상기 표적 물질에 효소-결합된 검출항체를 결합시키는 단계; (c) 상기 검출항체에 결합된 효소에, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물, 및 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및 (d) 상기 결과물의 흡광도를 측정하는 단계를 포함하는 표적 물질의 검출방법을 제공한다.The present invention also relates to a method of detecting a target substance comprising: (a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform; (b) binding the enzyme-bound detection antibody to the target material; (c) reacting the enzyme bound to the detection antibody with a first reactant comprising a reducing agent precursor, and a second reactant comprising template particles into which nanoparticles of the first metal are introduced and cations of the second metal, To obtain a resultant product; And (d) measuring the absorbance of the resultant.

일 구현예에서, 상기 검출방법은 (a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계; (b) 상기 표적 물질에 알칼라인 포스파타제-결합된 검출항체를 결합시키는 단계; (c) 상기 검출항체에 결합된 알칼라인 포스파타제에, 2-포스포-L-아스코르브산을 포함하는 제1반응물, 및 금 나노입자 도입된 실리카 입자 및 질산은을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및 (d) 상기 결과물의 흡광도를 430 nm에서 측정하는 단계를 포함하는 표적 물질의 검출방법일 수 있다.In one embodiment, the method of detection comprises the steps of: (a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform; (b) binding the alkaline phosphatase-bound detection antibody to the target material; (c) reacting the alkaline phosphatase bound to the detection antibody with a first reactant comprising 2-phospho- L -ascorbic acid, and a second reactant comprising silver nanoparticle-introduced silica particles and silver nitrate, Obtaining the result; And (d) measuring the absorbance of the resultant at 430 nm.

구체적으로, 상기 검출방법은 하기와 같이 수행될 수 있다. Specifically, the detection method can be performed as follows.

단계(a)는 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계이다. 즉, 표적 물질에 특이적으로 결합하는 항체(포획항체)를 플랫폼(예를 들어, 96-웰 마이크로플레이트, 반응 용기)에 고정시키고, 비특이적 흡착을 방지하기 위해 플랫폼 표면(마이크로플레이트 표면)을 통상적으로 사용되는 차단제(예를 들어, BSA)로 차단(블록킹)시킨다. 이 후, 표적 물질이 포함되어 있는 검출 대상 시료를 반응 용기에 주입하고 항체-항원 상호작용을 진행시킨 다음, 완충액(PBST)으로 세척함으로써 수행될 수 있다.Step (a) is the step of binding the target substance to the capture antibody immobilized on the platform. That is, an antibody (capture antibody) that specifically binds to a target substance is immobilized on a platform (for example, a 96-well microplate, a reaction container), and a platform surface (microplate surface) (Blocking) with a blocking agent (e.g. Thereafter, the detection target sample containing the target substance may be injected into the reaction container, and the antibody-antigen interaction may be advanced, followed by washing with a buffer (PBST).

단계(b)는 상기 표적 물질에 효소-결합된 검출항체를 결합시키는 단계이다. 즉, 효소-결합된 검출항체를 반응 용기에 주입하여 검출항체를 표적 물질에 결합시킨 후, 표적 물질에 결합되지 않은 검출항체를 세척에 의하여 제거함으로써 수행될 수 있다.Step (b) is the step of binding the enzyme-bound detection antibody to the target substance. That is, this can be performed by injecting an enzyme-bound detection antibody into a reaction container, binding the detection antibody to the target substance, and then removing the detection antibody not bound to the target substance by washing.

단계(c)는 상기 검출항체에 결합된 효소에, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물, 및 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계이다. 즉, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물을 반응 용기에 주입하고 인큐베이션한 후, 제1금속의 나노입자가 도입된 템플릿 입자 및 제2금속의 양이온을 포함하는 제2반응물을 반응 용기에 첨가하여 인큐베이션함으로써 수행될 수 있다.Wherein step (c) comprises adding to the enzyme bound to the detection antibody a first reactant comprising a precursor of a reducing agent and a second reactant comprising template particles into which nanoparticles of the first metal have been introduced and cations of the second metal, To obtain the final product. That is, a first reactant containing a precursor of a reducing agent is injected into a reaction vessel, followed by incubation. Then, a second reactant containing template particles into which nanoparticles of the first metal are introduced and cations of the second metal is added to the reaction vessel ≪ / RTI > incubation.

단계(d)는 상기 결과물의 흡광도를 측정하는 단계이다. 즉, 반응이 수행된 결과물의 흡광도(예를 들어, 430 nm에서의 흡광도)를 측정하여 검량선으로부터 시료 중의 표적 물질 여부 및 그 농도를 계산하여 얻을 수 있다.Step (d) is a step of measuring the absorbance of the resultant. That is, it can be obtained by measuring the absorbance (for example, the absorbance at 430 nm) of the result of the reaction, calculating the target substance in the sample and its concentration from the calibration curve.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example >>

1. 실험 방법1. Experimental Method

(1) 재료(1) Material

테트라에틸오르소실리케이트(Tetraethylorthosilicate, TEOS), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane, APTS), 질산은(silver nitrate, AgNO3), 테트라키스(하이드록시메틸)포스포늄 클로라이드[tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium chloride, THPC], 염화 금(III) 트리하이드레이트(gold(III) chloride trihydrate, HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid, AA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), PBS 정제(PBS tablet), 트윈 20(Tween 20), 2-포스포-L-아스코르브산(2-phospho-L-ascorbic acid), 염소 항-토끼 IgG(goat anti-rabbit IgG), 토끼 IgG(rabbit IgG) 및 알칼라인 포스파타제(AP) 결합된 염소 항-토끼 IgG[alkaline phosphatase(AP) conjugated goat anti-rabbit IgG]를 시그마-알드리치사(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)로부터 구입하여, 추가 정제 없이 사용하였다. 에탄올(EtOH) 및 수성 수산화 암모늄(aqueous NH4OH, 27 %)은 대정(시흥, 한국)에서 구입하였다.Tetraethylorthosilicate (TEOS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS), silver nitrate (AgNO 3 ), tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride [tetrakis ), phosphonium chloride (THPC), gold (III) chloride trihydrate, HAuCl 4 , ascorbic acid, polyvinylpyrrolidone (PVP), PBS tablet), tween 20 (tween 20), 2- phospho-L-ascorbic acid (2-phospho- L -ascorbic acid) , goat anti-rabbit IgG (goat anti-rabbit IgG) , rabbit IgG (rabbit IgG) and Alkaline phosphatase (AP) conjugated goat anti-rabbit IgG was purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Respectively. Ethanol (EtOH) and aqueous ammonium hydroxide (aqueous NH 4 OH, 27%) were purchased from Dae Jung (Siheung, Korea).

(2) 금 나노입자가 도입된 실리카 나노입자(SiO(2) Silica nanoparticles into which gold nanoparticles are introduced (SiO 22 @Au NP)의 제조@Au NP)

선행문헌에 기재된 방법(Stober 방법, 비특허문헌 32)에 따라 약 150 nm 크기의 실리카 NP를 제조하였다. 제조된 실리카 NP(50 mg mL- 1)를 4 mL의 무수 EtOH에 분산시키고, 250 μL APTS 및 40 μL NH4OH를 상기 콜로이드 용액에 첨가하여 SiO2 표면을 아미노기로 개질시켰다. 상기 혼합물을 25 ℃에서 6시간 동안 격렬하게 교반한 다음, 70 ℃에서 1시간 동안 교반하였다. 원심분리하여 아민화된 실리카 NP를 얻었고, EtOH로 수회 세척하여 과량의 시약을 제거하였다(비특허문헌 33, 34).Silica NP having a size of about 150 nm was prepared according to the method described in the prior art (Stober method, non-patent document 32). The prepared silica NP (50 mg mL - 1 ) was dispersed in 4 mL of anhydrous EtOH, 250 μL of APTS and 40 μL of NH 4 OH were added to the colloid solution to modify the SiO 2 surface with an amino group. The mixture was vigorously stirred at 25 &lt; 0 &gt; C for 6 hours and then at 70 &lt; 0 &gt; C for 1 hour. After centrifugation, aminated silica NP was obtained, and excess reagent was removed by washing with EtOH several times (Non-Patent Documents 33 and 34).

환원제로서 THPC[테트라키스(히드록시메틸)포스포늄 클로라이드]를 사용하여 AuCl3를 환원시켜 콜로이드성 Au NP를 제조하였다. THPC 캡핑된 Au NP는 선행문헌에 기재된 방법에 따라 제조하였다(비특허문헌 33, 35). 제조된 용액을 사용 전 3일 동안 4 ℃에서 저장했다.AuCl 3 was reduced using THPC [tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride] as a reducing agent to prepare colloidal Au NP. THPC capped Au NP was prepared according to the method described in the prior art (Non-Patent Documents 33, 35). The prepared solution was stored at 4 캜 for 3 days before use.

Au NP(1 mM, 10 mL)와 아민화된 SiO2 용액(1 mg mL-1, 1 mL)을 혼합하고, 30 분간 초음파 처리한 후, 진탕기 내에서 밤새 인큐베이션하였다. 원심분리하여 Au NP가 도입된 실리카 NP를 수득하고, EtOH로 수회 세척하여 결합되지 않은 Au NP를 제거하였다. 얻어진 SiO2@Au NP를 무수 EtOH에 재분산시켜 1 mg mL-1 SiO2@Au NP 용액을 얻었다(비특허문헌 33, 34).Au NP (1 mM, 10 mL) and aminated SiO 2 solution (1 mg mL -1 , 1 mL) were mixed and sonicated for 30 minutes and then incubated overnight in the shaker. After centrifugation, Au NP-introduced silica NP was obtained and washed with EtOH several times to remove unbound Au NP. The obtained SiO 2 @ Au NP was re-dispersed in anhydrous EtOH to obtain a 1 mg mL -1 SiO 2 @ Au NP solution (Non-Patent Documents 33 and 34).

(3) SiO(3) SiO 22 @Au@Ag NP의 제조Manufacture of @ Au @ Ag NP

Au-Ag 코어-쉘 NP는 수성 매질에서 PVP 존재하에서 금 NP 상에 아스코르브산과 함께 Ag 소스를 환원 및 침착시켜 제조하였다. 요약하면, 100 μg의 SiO2@Au NP(100 μL)를 PVP(1 mg/mL) 0.7 mL에 분산시켰다. 질산은(10 mM, 100 μL)을 용액에 첨가한 다음 10 mM 아스코르브산(100 μL)을 첨가하였다. 이 용액을 1시간 동안 인큐베이션하여 Ag+ 이온을 Ag 금속으로 환원시켰다. 생성된 SiO2@Au@Ag NP은 8,500 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 얻었고, EtOH로 수회 세척하여 과량의 시약을 제거하였다. SiO2@Au@Ag NP를 1.0 mL의 무수 EtOH에 재분산시켰다(비특허문헌 33, 34).Au-Ag Core-Shell NP was prepared by reducing and depositing Ag source with ascorbic acid on gold NP in the presence of PVP in an aqueous medium. In summary, 100 μg of SiO 2 @ Au NP (100 μL) was dispersed in 0.7 mL of PVP (1 mg / mL). Silver nitrate (10 mM, 100 μL) was added to the solution followed by 10 mM ascorbic acid (100 μL). This solution was incubated for 1 hour to reduce Ag + ions to Ag metal. The resulting SiO 2 @ @ Au Ag NP is obtained by centrifugation for 15 minutes at 8,500 rpm, washed several times with EtOH to remove the excess reagent. SiO 2 @ Au @ Ag NP was redispersed in 1.0 mL of anhydrous EtOH (non-patent documents 33 and 34).

(4) 토끼 IgG의 검출(4) Detection of rabbit IgG

먼저 100 ㎕의 토끼 항 IgG 용액(10 ㎍/mL)을 96-웰 마이크로플레이트에 밤새 고정시켰다. 0.1 % 트윈20을 함유한 PBS(PBST)로 3회 세척한 후, 비특이적 흡착을 방지하기 위해 마이크로플레이트를 1% BSA 300 μL로 2시간 동안 차단(블록킹)시켰다. 이 후, 다양한 농도의 토끼 IgG(100 μL)를 마이크로플레이트에 주입하고 항체-항원 상호작용을 위해 37 ℃에서 1시간 동안 인큐베이션한 다음, PBST로 각 웰을 3 번 세척하였다. 다음으로 AP 결합된 항-토끼 IgG(100 μL)를 37 ℃에서 1시간 동안 인큐베이션하여 포획 IgG와 결합시키고 PBST로 세척하였다.First, 100 占 퐇 of a rabbit anti-IgG solution (10 占 퐂 / ml) was fixed overnight in a 96-well microplate. After washing three times with PBS (PBST) containing 0.1% Tween 20, the microplate was blocked (blocked) with 300 μL of 1% BSA for 2 hours to prevent nonspecific adsorption. Subsequently, rabbit IgG (100 [mu] L) at various concentrations was injected into a microplate and incubated for 1 hour at 37 [deg.] C for antibody-antigen interaction, and then each well was washed 3 times with PBST. AP-conjugated anti-rabbit IgG (100 [mu] L) was then incubated at 37 [deg.] C for 1 hour to bind to the captured IgG and washed with PBST.

마지막으로 중탄산 완충액(pH 8.5) 중의 2-포스포-L-아스코르브산(기질) 100 μL를 마이크로플레이트에 주입하고 실온에서 1시간 동안 인큐베이션하였다. 1 mg/mL의 SiO2@Au(100 μL) 및 PVP(1 mg/mL) 중의 10 mM AgNO3(100 μL)를 동시에 마이크로플레이트에 첨가하고 1시간 동안 인큐베이션하였다. 제조된 시료는 430 nm에서 UV-Vis 흡광도를 측정하였다.Finally, 100 μL of 2-phospho- L -ascorbic acid (substrate) in bicarbonate buffer (pH 8.5) was injected into the microplate and incubated at room temperature for 1 hour. 100 μL of 1 mg / mL SiO 2 @ Au (100 μL) and 10 mM AgNO 3 (100 μL) in PVP (1 mg / mL) were simultaneously added to the microplate and incubated for 1 hour. The UV-Vis absorbance of the prepared sample was measured at 430 nm.

2. 결과2. Results

(1) 효소 (1) Enzyme 촉매화된Catalyzed SiO SiO 22 @Au 상의 @Au Top AgAg 성장에  On growth 기반한Based 비색 면역 측정법 Colorimetric immunoassay

플라즈몬 기반의 비색 면역 측정법은 도 1에 나타나 있다. 이 방법에서는 효소에 의한 Ag+ 이온의 증폭된 환원 및 Au NP 도입된 구조체(SiO2@Au@Ag) 상에서의 Ag 성장이 결합되고, 이는 강한 색채 변화를 일으킨다. 모델로서, 토끼 IgG를 면역 측정법의 표적 물질로 사용하였다.Plasmon-based colorimetric immunoassay is shown in Fig. In this method, the amplified reduction of the Ag + ion by the enzyme and the Ag growth on the Au NP incorporated structure (SiO 2 @ Au @ Ag) are combined, which causes a strong color change. As a model, rabbit IgG was used as a target material for immunoassay.

먼저, 96-웰 마이크로플레이트 상에 다클론 염소 항-토끼 IgG(Ab1)를 고정화시켰고, 이것을 토끼 IgG(항원)를 포획하기 위한 플랫폼으로 사용하였다. 다음으로, 다클론 AP 결합된 염소 항-토끼 IgG(Ab2)를 플라즈몬 기반 비색 면역 분석법의 구축을 위한 추적항체(검출항체)로 사용하였다. 표적 IgG의 존재 하에, AP를 함유하는 Ab1-IgG-Ab2의 면역 복합체는 2-포스포-L-아스코르브산의 아스코르브산으로의 효소 촉매 전환을 유발할 수 있다. 생성된 아스코르브산은 질산은(AgNO3)을 Ag 금속으로 환원시키고, 이는 실리카 NP 상의 Au NP(SiO2@Au)의 표면에 침착된다.First, polyclonal goat anti-rabbit IgG (Ab 1 ) was immobilized on a 96-well microplate and used as a platform to capture rabbit IgG (antigen). Was used as a rabbit IgG (Ab 2) the tracking antibody (detection antibody), for the construction of the plasmon-based colorimetric immunoassay - Next, a polyclonal goat anti-AP-coupled. In the presence of the target IgG, the immunoconjugate of Ab 1 -IgG-Ab 2 containing AP can cause enzyme catalyzed conversion of 2-phospho- L -ascorbic acid to ascorbic acid. The resulting ascorbic acid reduces silver nitrate (AgNO 3 ) to Ag metal, which is deposited on the surface of Au NP (SiO 2 @ Au) on silica NP.

SiO2@Au의 표면에 Ag 금속이 침착되면 UV-Vis 스펙트럼이 430 nm(Ag의 흡광도 피크)로 이동된다. 흡광도 변화는 시료 중의 IgG 농도에 의존하였다. 430 nm에서의 흡광도를 모니터링 함으로써 IgG 농도를 정량적으로 측정할 수 있다.When Ag metal is deposited on the surface of SiO 2 @ Au, the UV-Vis spectrum is shifted to 430 nm (absorbance peak of Ag). The change in absorbance was dependent on the IgG concentration in the sample. By monitoring the absorbance at 430 nm, the IgG concentration can be measured quantitatively.

(2) SiO(2) SiO 22 @Au 상에서의 On @Au AgAg 성장 growth

플라즈몬 기반 비색 면역 측정법의 성공적인 개발을 위해, 중요한 전제 조건 중 하나는 아스코르브산 환원 시스템 하에서 SiO2@Au의 표면에의 Ag 금속의 코팅이다. 이를 위해, 아민화된 실리카 NP(약 150 nm 직경) 상에 Au NP를 고정시킴으로써 SiO2@Au를 제조하였다. 선행문헌에 보고된 방법을 변형하여, 테트라키스(하이드록시메틸)포스포늄 클로라이드(THPC)로 HAuCl4를 환원시킴으로써 콜로이드성 Au NP(2 - 3 nm)를 제조하였다(비특허문헌 35). 약하게 흔들어서 Au NP를 아민화된 실리카 NP에 고정시켰다.For the successful development of plasmon-based colorimetric immunoassays, one important prerequisite is the coating of Ag metal on the surface of SiO 2 @ Au under an ascorbic acid reduction system. To this end, SiO 2 @ Au was prepared by immobilizing Au NP on aminated silica NP (about 150 nm diameter). The method reported in the prior art was modified to produce colloidal Au NP (2-3 nm) by reducing HAuCl 4 with tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC) (Non-Patent Document 35). The Au NP was immobilized on the aminated silica NP by shaking weakly.

도 2는 아민화된 실리카 NP 표면에 약 2300개의 Au NP들이 도입되었음을 나타낸다. 이 후, 질산은(AgNO3)이 아스코르브산 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)의 존재하에서 환원될 때 Ag 쉘은 실리카 상의 Au NP 표면에 선택적으로 형성되었다. Ag NP의 두께는 용액 중의 아스코르브산 농도에 의해 조절되었다. SiO2@Au NP의 양은 100 ㎍, 질산은(AgNO3)의 농도는 1 nmole로 고정하였고, 아스코르브산의 농도는 2 내지 100 μM 범위였다.Figure 2 shows that about 2300 Au NPs were introduced into the aminated silica NP surface. Thereafter, the Ag shell was selectively formed on the Au NP surface on silica when silver nitrate (AgNO 3 ) was reduced in the presence of ascorbic acid and polyvinylpyrrolidone (PVP). The thickness of Ag NP was controlled by the concentration of ascorbic acid in the solution. The amount of SiO 2 @ Au NP was 100 μg, the concentration of silver nitrate (AgNO 3 ) was fixed to 1 nmole, and the concentration of ascorbic acid was in the range of 2 to 100 μM.

대표적인 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 도 3A와 도 4에 나타내었다. 아스코르브산의 농도가 2에서 100 μM로 증가하면, 실리카 NP의 표면에서 Au@Ag NP의 크기가 증가된다. 생성된 SiO2@Au@Ag 용액의 UV-Vis 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. SiO2@Au@Ag NP의 UV-Vis 흡광도는 이들의 TEM 이미지와 일치하였다. 3 nm 크기 Au NP의 낮은 흡광도로 인해 SiO2@Au NP는 500 - 520 nm에서의 Au NP의 전형적인 UV 피크는 나타나지 않았다. 일반적으로 Au NP는 붉은 색을 나타내지만(플라즈몬 효과로 인해 푸른색 계열의 빛을 흡수함에 기인함), 3 nm 크기의 Au NP는 플라즈몬 현상이 나타나기에 너무 작은 입자라서 전형적인 Au NP와는 달리 푸른색 계열의 빛을 잘 흡수하지 못하기 때문에 푸른색 계열에서의 흡광도가 낮게 나타났다.Representative transmission electron microscopy (TEM) images are shown in Figures 3A and 4. As ascorbic acid concentration increases from 2 to 100 μM, the size of Au @ Ag NP increases on the surface of silica NP. The UV-Vis spectrum of the resulting SiO 2 @ Au @ Ag solution is shown in FIG. The UV-Vis absorbance of SiO 2 @ Au @ Ag NP was consistent with their TEM image. Due to the low absorbance of 3 nm Au NP, SiO 2 @ Au NP did not show typical UV peaks of Au NP at 500 - 520 nm. In general, Au NP exhibits red color (due to absorption of blue light due to plasmon effect), and Au NP of 3 nm size is too small for plasmon phenomenon to appear, unlike typical Au NP, The absorbance of the blue series was low because it could not absorb the light of the series.

SiO2@Au NP 상에 Ag 금속을 침착시킨 후, 약 430 nm에서 플라즈몬 침착 피크가 관찰되었고, 이는 SiO2@Au NP 표면 상에 Ag 쉘의 형성에 기인한다. 또한, 피크 강도는 2 ~ 100 μM의 넓은 범위에서 아스코르브산 농도에 비례하였고, 이는 SiO2@Au@Ag 상에 Ag 쉘이 비례적으로 성장함을 의미한다(도 3B 및 도 5). AP에 의해 2-포스포-L-아스코르브산으로부터 생성된 아스코르브산이 SiO2@Au 표면에서 Ag 쉘의 코팅을 촉진시킬 수 있었고, 430 nm에서 SiO2@Au@Ag의 새로운 흡광도 피크가 나타났다.After depositing Ag metal on SiO 2 @ Au NP, a plasmon deposition peak was observed at about 430 nm, which is due to the formation of an Ag shell on the SiO 2 @ Au NP surface. In addition, the peak intensity was proportional to ascorbic acid concentration over a wide range of 2-100 μM, which means that the Ag shell was grown proportionally on SiO 2 @ Au @ Ag (FIG. 3B and FIG. 5). By the AP 2- phospho - L - ascorbic acid is produced from the ascorbic acid was able to promote the coating of the Ag in the shell surface @Au SiO 2, the new absorbance peak of SiO 2 @ @ Au Ag was at 430 nm.

(3) 비색 면역 측정법의 (3) colorimetric immunoassay 분석능Analytical ability

플라즈몬 기반 비색 면역 측정법의 분석능을 조사하기 위해, AP 결합된 염소 항-토끼 IgG를 검출항체로서 이용하였다. 분석 조건을 최적화한 후, 다양한 IgG 농도를 갖는 반응 용액의 UV-Vis 흡광도 스펙트럼을 얻었다. 도 6A는 효소에 의한 비색 강화 후 SiO2@Au@Ag 용액의 색을 나타낸 것이다. IgG 농도가 6.67 x 10-15에서 6.67 x 10-7 M로 증가하면 용액의 색은 옅은 분홍색에서 갈색 및 어두운 회색으로 급격히 변화하였다. 이는 항-토끼 IgG에 결합된 AP에 의해, 용액에서 2-포스포-L-아스코르브산으로부터 아스코르브산이 생성되었음을 의미한다. 아스코르브산은 SiO2@Au의 표면에 Ag+ 이온을 Ag 금속으로 환원시켜 SiO2@Au@Ag를 생성시켰다. SiO2@Au@Ag를 함유한 반응 시료의 흡광 강도를 도 6B 및 도 7에 나타내었다. IgG 농도가 6.67 x 10-14 M 이하인 경우, 최대 흡광도 피크는 거의 관찰되지 않았고 430 nm에서의 흡광도는 약간 변화하였다. 이는 Ab2가 거의 존재하지 않기 때문에 용액에서 아스코르브산이 적게 생성되고 SiO2@Au 표면에 Ag 금속이 적게 코팅되기 때문이다. IgG의 농도가 6.67 x 10-13 M 이상일 때, SiO2@Au@Ag의 흡광도 스펙트럼이 430 nm에서 뚜렷이 관찰되었다. 용액의 흡광도 스펙트럼은 적색 이동의 경향을 보였다. IgG 농도가 증가할수록 흡광도 강도는 SiO2@Au의 표면에서의 Ag 성장에 의해 뚜렷하게 증가하였다(도 6B).To investigate the analytical ability of plasmon-based colorimetric immunoassays, AP-conjugated goat anti-rabbit IgG was used as a detection antibody. After optimization of the assay conditions, UV-Vis absorbance spectra of the reaction solutions with various IgG concentrations were obtained. FIG. 6A shows the color of the SiO 2 @ Au @ Ag solution after the color enhancement by the enzyme. As the IgG concentration increased from 6.67 x 10 -15 to 6.67 x 10 -7 M, the color of the solution changed sharply from light pink to brown and dark gray. This means that ascorbic acid was produced from 2-phospho- L -ascorbic acid in solution by AP coupled to anti-rabbit IgG. Ascorbic acid to the surface of the SiO 2 @Au by reducing Ag + ions to Ag metal was generated to SiO 2 @ Au @ Ag. The absorption intensity of the reaction sample containing SiO 2 @ Au @ Ag is shown in FIG. 6B and FIG. When the IgG concentration was 6.67 x 10 -14 M or less, the maximum absorbance peak was hardly observed and the absorbance at 430 nm slightly changed. This is because there is little Ab 2 and thus less ascorbic acid is formed in the solution and less Ag metal is coated on the SiO 2 @ Au surface. When the concentration of IgG was 6.67 x 10 -13 M or more, the absorbance spectrum of SiO 2 @ Au @ Ag was clearly observed at 430 nm. The absorbance spectrum of the solution showed a tendency to red shift. As the IgG concentration increased, the absorbance intensity was significantly increased by Ag growth on the surface of SiO 2 @ Au (FIG. 6B).

검량선 작성에는 곡선-적합법을 사용하였다. 6.67 x 10-13 M 내지 6.67 x 10-8 M의 실험 데이터 측정값에 대하여 흡광도 및 IgG 농도의 로그수치 사이에 유사 상관관계가 피팅될 수 있다. 검량선으로부터 y = 0.183 x + 4.93, R2 = 0.99 의 결과를 얻었다. 기존의 ELISA와 비교하여, 본 발명의 분석 범위는 100배 확장되었다. 이론적 검출 한계(theoretical detection limit, LOD)는 3Sblank 기준에서 5 x 10-13 M로 평가되었다.Curve - fitting method was used for the calibration curve. A similar correlation can be fitted between the logarithmic values of absorbance and IgG concentration for experimental data measurements of 6.67 x 10 -13 M to 6.67 x 10 -8 M. Y = 0.183 x + 4.93 and R 2 = 0.99 were obtained from the calibration curve. Compared with the existing ELISA, the scope of analysis of the present invention extended 100 times. The theoretical detection limit (LOD) was estimated to be 5 x 10 -13 M at 3 Sblank standard.

3. 결론3. Conclusion

본 발명에서는 2-포스포-L-아스코르브산의 아스코르브산으로의 전환을 촉매하는 AP 결합된 검출항체를 이용하여 고감도 및 넓은 분석 범위로 표적 물질을 검출하기 위한 신규한 플라즈몬 비색 면역 측정법을 개발하였다. 아스코르브산의 존재는 Ag+ 이온를 Ag 금속으로의 환원을 유도하고, SiO2@Au의 표면에 코팅시켜, 430 nm에서의 흡광도 피크 증가로 이어졌다. 그 결과, SiO2@Au@Ag의 흡광도는 6.67 x 10-13 M 내지 6.67 x 10-8 M 범위에서 IgG 농도에 선형적으로 비례하였다. 기존의 효소 기반 비색 면역 측정법과 비교하여, 플라즈몬 비색 면역 측정법은 100배 넓은 분석 범위로 5 x 10-13 M의 검출 한계를 갖는 고감도의 측정법이다.In the present invention, a novel plasmonic immunoassay method for detecting a target substance with high sensitivity and a broad analysis range using an AP-bound detection antibody that catalyzes the conversion of 2-phospho- L -ascorbic acid to ascorbic acid has been developed . The presence of ascorbic acid induced the reduction of the Ag + ion to the Ag metal and coated onto the surface of SiO 2 @ Au leading to an increase in the absorbance peak at 430 nm. As a result, the absorbance of SiO 2 @ Au @ Ag was linearly proportional to the IgG concentration in the range of 6.67 × 10 -13 M to 6.67 × 10 -8 M. Compared with conventional enzymatic-based colorimetric immunoassays, plasmonic colorimetric assays are highly sensitive methods with detection limits of 5 x 10 -13 M over a 100-fold broader assay range.

Claims (11)

금 나노입자가 도입된 실리카 템플릿 입자, 은 양이온, 환원제의 전구체, 표적 물질에 대한 포획항체 및 효소-결합된 검출항체를 포함하고, 상기 효소-결합된 검출항체의 효소가 상기 환원제의 전구체를 환원제로 전환시키는 것을 특징으로 하는, 표적 물질의 정량 검출용 조성물.
A silver cation, a precursor of a reducing agent, a capture antibody to a target substance, and an enzyme-bound detection antibody, wherein the enzyme of the enzyme-bound detection antibody binds a precursor of the reducing agent to a reducing agent To the target substance.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 금 나노입자가 은이 코팅된 금 나노입자인 것을 특징으로 하는 표적 물질의 정량 검출용 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the gold nanoparticles are silver-coated gold nanoparticles.
제1항에 있어서, 상기 환원제의 전구체가 2-포스포-L-아스코르브산인 것을 특징으로 하는 표적 물질의 정량 검출용 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the precursor of the reducing agent is 2-phospho- L -ascorbic acid.
환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물; 및
금 나노입자가 도입된 실리카 템플릿 입자 및 은 양이온을 포함하는 제2반응물
을 포함하고, 표적 물질에 대한 포획항체 및 효소-결합된 검출항체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 표적 물질의 정량 검출용 키트.
A first reactant comprising a precursor of a reducing agent; And
A silica template particle into which gold nanoparticles are introduced and a second reactant containing silver cation
Characterized in that the kit further comprises a capture antibody for the target substance and an enzyme-bound detection antibody.
삭제delete 제7항에 있어서, 상기 효소가 알칼라인 포스파타제인 것을 특징으로 하는 표적 물질의 정량 검출용 키트.
The kit for quantitative detection of a target substance according to claim 7, wherein the enzyme is an alkaline phosphatase.
(a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계;
(b) 상기 표적 물질에 효소-결합된 검출항체를 결합시키는 단계;
(c) 상기 검출항체에 결합된 효소에, 환원제의 전구체를 포함하는 제1반응물, 및 금 나노입자가 도입된 실리카 템플릿 입자 및 은 양이온을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및
(d) 상기 결과물의 흡광도를 측정하는 단계
를 포함하는 표적 물질의 정량 검출방법.
(a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform;
(b) binding the enzyme-bound detection antibody to the target material;
(c) a step of sequentially reacting an enzyme bound to the detection antibody with a first reactant containing a reducing agent precursor and a second reactant containing silver template particles and silver cations in which gold nanoparticles are introduced, ; And
(d) measuring the absorbance of the resultant
And detecting the target substance.
청구항 제10항에 있어서,
(a) 플랫폼에 고정된 포획항체에 표적 물질을 결합시키는 단계;
(b) 상기 표적 물질에 알칼라인 포스파타제-결합된 검출항체를 결합시키는 단계;
(c) 상기 검출항체에 결합된 알칼라인 포스파타제에, 2-포스포-L-아스코르브산을 포함하는 제1반응물, 및 금 나노입자 도입된 실리카 입자 및 질산은을 포함하는 제2반응물을 순차적으로 반응시켜 결과물을 얻은 단계; 및
(d) 상기 결과물의 흡광도를 430 nm에서 측정하는 단계
를 포함하는 표적 물질의 정량 검출방법.
11. The method of claim 10,
(a) binding a target substance to a capture antibody immobilized on a platform;
(b) binding the alkaline phosphatase-bound detection antibody to the target material;
(c) reacting the alkaline phosphatase bound to the detection antibody with a first reactant comprising 2-phospho- L -ascorbic acid, and a second reactant comprising silver nanoparticle-introduced silica particles and silver nitrate, Obtaining the result; And
(d) measuring the absorbance of the resultant at 430 nm
And detecting the target substance.
KR1020170070930A 2017-06-07 2017-06-07 Composition for quantifying target material comprising metal nanoparticle assembled template particle, and quantification method using the same KR101990426B1 (en)

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