KR102006426B1 - Multi-detection Biosensor of Alzheimer's Disease Based on Rayleigh Scattering with Colorimetric Assay and Multi-detecting Method Using The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혈액 내에 존재하는 알츠하이머 발병 표지인자인 베타 아밀로이드 40, 베타 아밀로이드 42, 타우 단백질을 인지하는 항체 또는 앱타머가 결합된 금 나노입자를 기반으로 한 나노 플라즈모닉 센서 및 상기 센서의 레일리 산란 현상과 비색적 분석법을 이용한 알츠하이머의 다중검지법에 관한 것이다. 본 발명은 혈액을 이용한 간단한 진단방법으로 여러 개의 발병 표지인자에 대한 동시적 다중검지가 가능하고 카오트로픽 용제를 이용하여 진단의 민감도가 향상된 장점이 있다. The present invention relates to a nano plasmonic sensor based on Alzheimer's disease markers present in the blood, beta amyloid 40, beta amyloid 42, tau protein-recognized gold plasmon nanoparticles, and the Rayleigh scattering phenomenon of the sensor Alzheimer's multiple detection method using colorimetric analysis. The present invention is a simple diagnostic method using the blood is capable of simultaneous multiple detection of several onset markers and has the advantage of improved sensitivity of the diagnosis using chaotropic solvent.

Description

금 나노입자의 레일리 산란 현상 및 비색적 분석법을 이용한 알츠하이머 진단용 바이오센서 및 상기 바이오센서를 이용한 다중검지법{Multi-detection Biosensor of Alzheimer's Disease Based on Rayleigh Scattering with Colorimetric Assay and Multi-detecting Method Using The Same}Multi-detection Biosensor of Alzheimer's Disease Based on Rayleigh Scattering with Colorimetric Assay and Multi-detecting Method Using The Same}

본 발명은 금 나노입자의 레일리 산란 현상 및 비색적 분석법을 이용한 알츠하이머 진단용 바이오센서 및 상기 바이오센서를 이용한 다중검지법에 관한 것으로, 더 상세하게는 혈액 내에 존재하는 알츠하이머 발병 표지인자인 베타 아밀로이드 40, 베타 아밀로이드 42, 타우 단백질을 인지하는 나노 플라즈모닉 센서 및 상기 센서를 이용한 알츠하이머의 다중검지법에 관한 것이다.The present invention relates to Alzheimer's diagnostic biosensor using Rayleigh scattering phenomenon and colorimetric analysis of gold nanoparticles and multiple detection method using the biosensor, and more specifically beta amyloid 40, an Alzheimer's disease marker in blood, It relates to a beta amyloid 42, a nano plasmonic sensor that recognizes tau protein and a multi-detection method of Alzheimer's using the sensor.

알츠하이머 질환은 해마 및 피질부위에 아밀로이드 반(amyloid plaque) 및 신경섬유의 꼬임(neurofibrillar tangle)을 가지는 것을 조직학적 특징으로 하는 질환으로, 환자의 기억에 영향을 미치는 인지 장애를 악화시켜 환자의 사회적 기능을 약화시키는 퇴행성 질환이다. 알츠하이머 질환은 일정 수준 이상으로 질환이 진행될 경우 병세 진행속도를 늦출 수만 있을 뿐 회복이 불가능한 질환이기 때문에 조기 진단이 매우 중요하다. 현재까지의 진단법으로는 뇌 영상촬영, 인지기능검사, 뇌척수액을 통한 검사법 등이 존재하나 이러한 방법들은 알츠하이머 질환의 증상이 발현된 후에야 적용해 볼 수 있어 조기진단에는 역부족이라 할 것이다. 또한, 경제적으로도 많은 진단비용을 필요로 하며, 수술적인 방법이 동반되어 위험성이 매우 높다. 따라서 알츠하이머 질환을 조기에 진단할 수 있는 간편한 방법에 대한 개발의 중요성이 대두되고 있으며, 그 일환으로 혈액에 존재하는 미량의 발병 생체표지인자를 검지하기 위한 민감도 높은 진단법의 개발이 절실한 실정이다. Alzheimer's disease is a histological feature of having amyloid plaque and neurofibrillar tangle in the hippocampus and cortex, and worsening cognitive impairment that affects the patient's memory. It is a degenerative disease that weakens. Alzheimer's disease can only slow the progression of the disease if the disease progresses above a certain level, so early diagnosis is very important. Until now, diagnosis methods such as brain imaging, cognitive function test and cerebrospinal fluid test are available, but these methods can be applied only after the symptoms of Alzheimer's disease can be applied. In addition, it requires a large diagnostic cost economically, accompanied by a surgical method is very high risk. Therefore, the development of an easy method for early diagnosis of Alzheimer's disease is emerging, and as a part of this, there is an urgent need for the development of a highly sensitive diagnostic method for detecting a small amount of pathogenic biomarker present in the blood.

현재 알츠하이머 질환의 병인론에서 원인 물질로 가장 중요하게 지적되는 물질로는 베타 아밀로이드 40, 베타 아밀로이드 42 펩티드, 타우 단백질 등이 있다.At present, the most importantly pointed causative agents in the pathogenesis of Alzheimer's disease include beta amyloid 40, beta amyloid 42 peptide, and tau protein.

베타 아밀로이드 펩티드는 아밀로이드 전구단백질이 베타 세크레타제와 감마 세크레타제에 의해 잘려져 생성된다. 그래서 이들 효소의 활성이 높아지면 베타 아밀로이드 펩티드의 생성이 증가하게 되고 이는 알츠하이머 치매 질환과 밀접하게 관련이 되어 있다. 그러나 알파 세크레타제는 베타 아밀로이드 펩티드의 중간 부위를 잘라내게 되어 이의 활성이 증가하게 되면 오히려 베타 아밀로이드 펩티드의 생성이 줄어들게 된다. 정상인에서는 알파 세크레타제가 우세하여 베타 세크레타제에 의한 아밀로이드 베타 절단을 방해한다. 이러한 베타 아밀로이드 펩티드가 뇌 내에 축적되면 활성산소를 다량 생산하여 산화적인 손상을 일으켜 신경세포의 죽음을 일으킨다. 또한 베타 아밀로이드 펩티드는 과량의 세포 내 칼슘 축적을 일으켜 흥분 독성으로 세포사를 일으키기도 한다. 이러한 베타 아밀로이드 펩티드로 인한 신경세포의 죽음, 특히 기억과 관련된 부위인 해마에서의 세포사는 치매의 대표적인 증상인 기억력 감퇴를 유발한다. 세크레타제에 의하여 순차적으로 절단되어 생성되는 베타 아밀라아제 중 주요 플라크 성분은 알츠하이머 질환 발병기전에서 신경독성 올리고머의 형성 및 플라크 형성에 관여하는 베타 아밀로이드 42 펩티드의 동형체(isoform)로 알려져 있다. Beta amyloid peptides are produced by cleaving amyloid proproteins by beta secretase and gamma secretase. Therefore, the activity of these enzymes increases the production of beta amyloid peptide is closely related to Alzheimer's dementia disease. However, the alpha-secretase cleaves the beta-amyloid peptide at its intermediate portion, and the activity of beta-amyloid peptide is increased, thereby reducing the production of beta-amyloid peptide. Alpha secre- tase predominates in normal subjects and interferes with amyloid beta cleavage by beta-secretase. When these beta amyloid peptides accumulate in the brain, they produce large amounts of active oxygen, causing oxidative damage and causing death of nerve cells. In addition, beta amyloid peptide causes excessive accumulation of intracellular calcium, resulting in excitotoxicity and cell death. Neuronal cell death caused by the beta amyloid peptide causes cell death in memory of the hippocampus, a memory-related site, and memory loss, a representative symptom of dementia. The major plaque component of beta amylase, which is produced by cleaving sequentially by secretase, is known as an isoform of beta amyloid 42 peptide that is involved in the formation of neurotoxic oligomers and plaques in the pathogenesis of Alzheimer's disease.

최근에 들어서는 베타 아밀로이드 외에도 타우 단백질이 비정상적인 구조를 가지면서 내포체(inclusion body)를 형성하고 이로 인한 퇴행성 뇌질환이 발생된다고 보고된 바 있는데, 타우 단백질은 철도의 연결 철근처럼 미세소관을 안정화시키는 데 필요한 물질로서 타우 단백질이 과도하게 축적되면 미세소관이 붕괴되면서 정상 신경세포의 네트워크가 와해되는 것으로 알려져 있다. 타우 단백질이 축적되는 원인으로는 타우 단백질에 인이 과도하게 부착되어 인산화로 인한 중량체를 형성하는 데에 있으며, 이들 타우 단백질이 축적되고 신경세포의 응집으로 인한 질환을 타우병증(tauopathy)이라 불리고 있으며 여러 가지의 퇴행성 뇌질환의 원인으로 지목되고 있다.Recently, in addition to beta amyloid, it has been reported that the tau protein has an abnormal structure and forms an inclusion body, which causes degenerative brain disease. The tau protein is used to stabilize microtubules such as railroad connecting bars. Excessive accumulation of tau protein as a necessary substance is known to disrupt the network of normal neurons as microtubules collapse. The cause of accumulation of tau protein is the excessive attachment of phosphorus to tau protein to form a weight due to phosphorylation.The disease caused by the accumulation of these tau proteins and the aggregation of nerve cells is called tauopathy It is also indicated as the cause of various degenerative brain diseases.

한편, 최근 바이오센서의 기술은 표지물질을 사용하지 않는 비표지 측정기술 개발에 초점이 맞추어져 있으며, 대표적으로는 금속 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 방법(R. Q. DUAN et al., Neoplasma, 59(3):348, 2012; Wei Zhou et al., International Journal of Nanomedicine, 6:381, 2011), 3차원 미세 구조물인 캔틸버러의 휨 현상에 의한 빛의 굴절률 변화를 측정하는 방법(Balle, MK. et al., Ultramicroscopy, 82;1, 2000), 생체분자의 질량 변화에 따른 수정 크리스탈의 공명주파수 변화를 측정하는 방법(Marx, KA., Biomacromolecules, 4;1099, 2003), 반도체 공정에 기반을 둔 전기장 효과를 측정하는 방법(Yuqing, M. et al., Biotechnol. Adv., 21;527, 2003) 및 전기화학적 측정 방법(Hanahan, G. et al., J. Environ. Monit., 6; 657, 2004; Sang Hee Han et al., Analytica Chimica Acta, 665:79, 2010) 등이 있다.Recently, the technology of biosensor is focused on the development of non-label measurement technology that does not use a labeling material, and typically, the method using surface plasmon resonance phenomenon occurring on the metal surface (RQ DUAN et al., Neoplasma, 59 (3): 348, 2012; Wei Zhou et al., International Journal of Nanomedicine, 6: 381, 2011), A method for measuring the change of refractive index of light due to the bending phenomenon of three-dimensional microstructure Cantilever (Balle, MK. Et al., Ultramicroscopy, 82; 1, 2000), a method for measuring the resonance frequency change of a quartz crystal with a change in the mass of biomolecules (Marx, KA., Biomacromolecules, 4; 1099, 2003), Method for measuring electric field effects based on (Yuqing, M. et al., Biotechnol. Adv., 21; 527, 2003) and electrochemical measurement methods (Hanahan, G. et al., J. Environ. Monit., 6, 657, 2004; Sang Hee Han et al., Analytica Chimica Acta, 665: 79, 2010).

그 중 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance: LSPR) 방법은 복잡한 사전 정제 및 표지화 공정 없이 정량적으로 반응을 감지할 수 있기 때문에, 표면에 고정된 생체분자 사이의 상호작용에 관한 많은 연구에서 다양하게 사용되어 왔다. LSPR 방법은 금속 나노입자와 같이 국소적인 표면이 존재하는 재료에 다양한 파장을 갖는 빛을 조사하면 벌크 금속과는 달리 금속 나노입자 표면에 분극이 발생하게 되고 전기장의 강도를 중대하는 특이한 성질을 보인다. 이러한 LSPR 광학특성은 나노입자 근처에서 발생하는 유전율(굴절율) 변화에 민감하게 응답한다. 이러한 유전율(굴절율) 변화를 이용하여 생체분자 간의 흡착을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 지난 수십 년 동안 항원/항체, 리간드/수용체, 단백질/단백질 반응 및 DNA 혼성체화를 포함하여 특정 생체 피분석물에 대한 생체재료 농도, 두께 및 결합 반응속도 데이터를 측정하기 위하여 LSPR의 광학특성을 기초로 다양한 생체분자 상호작용 분석이 수행되어 왔다.Among them, localized surface plasmon resonance (LSPR) method can detect the reaction quantitatively without complicated pre-purification and labeling process, and thus, various studies on the interaction between biomolecules immobilized on the surface have been varied. Has been used. In the LSPR method, when light having various wavelengths is applied to a material having a local surface, such as metal nanoparticles, unlike the bulk metal, polarization occurs on the surface of the metal nanoparticles, and has a unique property of important electric field strength. These LSPR optical properties are sensitive to changes in dielectric constant (refractive index) occurring near nanoparticles. This change in dielectric constant (refractive index) can be used to detect adsorption between biomolecules. Based on LSPR's optical properties to measure biomaterial concentration, thickness, and binding kinetics data for specific biological analytes, including antigen / antibody, ligand / receptor, protein / protein reaction, and DNA hybridization over the past decades Various biomolecular interaction assays have been performed.

이에, 본 발명자들은 알츠하이머를 조기에 진단할 수 있는 새로운 다중검출 플랫폼을 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 혈액 내에 존재하는 알츠하이머 질환 발병의 표지인자 3가지인 베타 아밀로이드 40, 베타 아밀로이드 42, 타우 단백질을 나노 플라즈모닉 센서를 이용하려 검출할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop a new multi-detection platform for early diagnosis of Alzheimer's disease. The present invention has been completed by confirming that the plasmonic sensor can be detected using the plasmonic sensor.

대한민국 등록특허 제10-1003124호Republic of Korea Patent No. 10-1003124

본 발명의 목적은 항체가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서의 레일리 산란 현상 및 비색적 분석법을 이용하여 알츠하이머를 진단하는 방법 및 알츠하이머 진단용 바이오센서를 제공하는데 있다. Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a method for diagnosing Alzheimer's disease using a Rayleigh scattering phenomenon and a colorimetric analysis method of a plasmonic sensor based on gold nanoparticles to which an antibody is immobilized, and a biosensor for diagnosing Alzheimer's disease.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,(A) 알츠하이머 환자에서 특이적으로 발현이 증가 또는 감소하는 표적 단백질에 대한 항체 또는 앱타머가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 검체로부터 분리된 시료를 접촉시켜 상기 표적 단백질과 상기 항체 또는 앱타머와의 결합을 유도하는 단계; 및(B) 상기 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(△λmax) 분석을 통해 알츠하이머 발병 여부를 확인하는 단계를 포함하는 알츠하이머 진단 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, (A) is isolated from the sample to the plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with an antibody or aptamer to a target protein that specifically increases or decreases expression in Alzheimer's patients Contacting the sample to induce binding of the target protein with the antibody or aptamer; And (B) measuring light scattering spectra according to the binding, and determining whether Alzheimer's disease occurs through analysis of the maximum wavelength mobility (Δλ max) obtained therefrom.

본 발명은 또한, 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 표적 단백질의 항체 또는 앱타머가 금 나노입자에 고정되어 있는 알츠하이머 진단용 바이오센서를 제공한다. The present invention also provides an Alzheimer's diagnostic biosensor in which an antibody or aptamer of at least one target protein selected from the group consisting of beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide and tau protein is immobilized on gold nanoparticles.

본 발명에 따른 알츠하이머 진단 방법은 인체로부터 용이하게 수득할 수 있는 혈액을 이용하여 알츠하이머를 진단하도록 하여 알츠하이머 진단을 위한 복잡한 수술 절차를 필요로 하지 않으면서도 객관적인 분석이 가능하고, 여러 가지 크기 및 형태의 금 나노입자를 적용하면 여러 개의 발병 표지인자를 단 하나의 플랫폼에서 확인이 가능하여 다중 검지가 가능하며, 혈액에 존재하는 발병 표지인자가 다른 단백질과 결합하여 검출도가 감소되는 것을 보완하기 위하여 카오트로픽 용제를 전처리하여 진단의 민감도를 향상시킨 장점이 있다.The method for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention allows the diagnosis of Alzheimer's disease using blood readily obtainable from the human body, thereby enabling an objective analysis without requiring complicated surgical procedures for diagnosing Alzheimer's disease. The application of gold nanoparticles allows multiple detection markers to be identified on a single platform, enabling multiple detections, and cao to compensate for the reduced detection of disease markers in the blood with other proteins. Pretreatment with tropic solvents has the advantage of improving diagnostic sensitivity.

도 1은 실시예 1-1로부터 제조된 50nm 크기의 원형 금 나노입자의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 2는 실시예 1-2로부터 제조된 종횡비 1.73의 막대형 금 나노입자의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 실시예 1-3으로부터 제조된 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 4는 실시예 1-1로부터 제조된 50nm 크기의 원형 금 나노입자의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 실시예 1-2로부터 제조된 종횡비 1.73의 막대형 금 나노입자의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 실시예 1-3으로부터 제조된 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 1000배 배율에서 노출된 실시예 1-1로부터 제조된 50nm 크기의 원형 금 나노입자의 암시야 이미지를 나타낸다.
도 8은 1000배 배율에서 노출된 실시예 1-2로부터 제조된 종횡비 1.73의 막대형 금 나노입자의 암시야 이미지를 나타낸다.
도 9는 1000배 배율에서 노출된 실시예 1-3으로부터 제조된 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자의 암시야 이미지를 나타낸다.
도 10은 50nm 크기의 원형, 종횡비 1.73의 막대형, 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자가 혼합된 혼합물의 HR-TEM 이미지를 나타낸다.
도 11은 50nm 크기의 원형, 종횡비 1.73의 막대형, 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자가 혼합된 혼합물의 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 12는 50nm 크기의 원형, 종횡비 1.73의 막대형, 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자가 혼합된 혼합물의 암시야 이미지를 나타낸다.
도 13은 50nm 크기의 원형, 종횡비 1.73의 막대형, 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자가 혼합된 혼합물의 국소 표면 플라즈모닉 공명현상 스펙트럼을 나타낸다.
도 14는 원형 금 나노입자에 PEG 및 항체를 결합하는 각 단계별로 나타나는 UV-Vis 변화 스펙트럼을 나타낸다.
도 15는 원형 금 나노입자에 PEG 및 항체를 결합하는 각 단계별로 나타나는 LSPR 광산란 변화 스펙트럼을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서에서 항원 특이적 결합에 따른 LSPR 최대산란파장 이동을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서에서 베타 아밀로이드40 농도에 따른 LSPR 최대산란파장 이동 및 민감도 확인 그래프를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서에서 카오트로픽 용제 존재하의 베타 아밀로이드40 농도에 따른 LSPR 최대산란파장 이동 및 민감도 확인 그래프를 나타낸다.
도 19는 카오트로픽 용제 농도에 따른 베타 아밀로이드 42의 검출량을 나타낸다.
도 20은 카오트로픽 용제 농도에 따른 타우 단백질의 검출량을 나타낸다.
도 21은 카오트로픽 용제 농도에 따른 베타 아밀로이드 40의 검출량을 나타낸다.
1 shows an HR-TEM image of 50 nm size circular gold nanoparticles prepared from Example 1-1.
2 shows HR-TEM images of rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 1.73 prepared from Examples 1-2.
3 shows an HR-TEM image of rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 3.59 prepared from Examples 1-3.
4 shows UV-Vis spectra of 50 nm size circular gold nanoparticles prepared from Example 1-1.
5 shows the UV-Vis spectra of rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 1.73 prepared from Examples 1-2.
6 shows the UV-Vis spectra of rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 3.59 prepared from Examples 1-3.
FIG. 7 shows a dark field image of 50 nm size circular gold nanoparticles prepared from Example 1-1 exposed at 1000 × magnification.
FIG. 8 shows a dark field image of rod-shaped gold nanoparticles with an aspect ratio of 1.73 prepared from Examples 1-2 exposed at 1000 × magnification.
FIG. 9 shows a dark field image of rod-shaped gold nanoparticles with an aspect ratio of 3.59 prepared from Examples 1-3 exposed at 1000 × magnification.
FIG. 10 shows an HR-TEM image of a mixture of 50 nm circular, rod-shaped aspect ratio 1.73, rod-shaped gold nanoparticles with aspect ratio 3.59.
FIG. 11 shows UV-Vis spectra of a mixture of 50 nm circular, rod-shaped aspect ratio 1.73, rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 3.59.
FIG. 12 shows a dark field image of a mixture of 50 nm circular, rod-shaped aspect ratio 1.73, rod-shaped gold nanoparticles with aspect ratio 3.59. FIG.
FIG. 13 shows localized surface plasmonic resonance spectra of a mixture of 50 nm circular, rod-shaped aspect ratio 1.73, rod-shaped gold nanoparticles having aspect ratio 3.59. FIG.
FIG. 14 shows the UV-Vis change spectra that appear in each step of binding PEG and antibodies to circular gold nanoparticles.
FIG. 15 shows the LSPR light scattering change spectrum for each stage of binding PEG and antibody to circular gold nanoparticles.
16 shows LSPR maximal scattering wavelength shift according to antigen-specific binding in the nanoplasmonic biosensor of the present invention.
17 is a graph showing LSPR peak scattering wavelength shift and sensitivity according to beta amyloid 40 concentration in the nanoplasmonic biosensor according to the present invention.
18 is a graph showing LSPR peak scattering wavelength shift and sensitivity according to beta amyloid 40 concentration in the presence of chaotropic solvent in the nanoplasmonic biosensor according to the present invention.
19 shows the detection amount of beta amyloid 42 according to the chaotropic solvent concentration.
20 shows the detection amount of tau protein according to the chaotropic solvent concentration.
Figure 21 shows the detection amount of beta amyloid 40 according to the chaotropic solvent concentration.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 알츠하이머 발병 표지인자를 동시에 검출할 수 있는 알츠하이머 진단용 나노 플라즈모닉 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to an Alzheimer's diagnostic nanoplasmonic biosensor capable of detecting Alzheimer's disease markers at the same time.

본 발명에서는 하루 500㎖의 뇌척수액이 혈액으로 흘러들어감에 따라 뇌에서 일어나는 알츠하이머 발병 기작이 혈액에 충분히 반영된다는 점에 착안하여 혈액 시료 내 알츠하이머 발병 표지인자를 동시에 검출할 수 있는 나노플라즈모닉 바이오센서를 개발하고자 하였다. The present invention focuses on the fact that as the cerebrospinal fluid of 500 ml per day flows into the blood, the mechanism of Alzheimer's disease occurring in the brain is sufficiently reflected in the blood, and thus a nanoplasmonic biosensor capable of simultaneously detecting the Alzheimer's disease marker in the blood sample. I wanted to develop.

본 발명에서는 알츠하이머 발병 표지인자인 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질과 결합하는 항체 또는 앱타머를 각각 원형, 종횡비 1.73 및 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자에 고정시키고 금 나노입자의 서로 다른 광학 및 시각적 특성을 이용하여 알츠하이머 발병 표지인자를 확인하였다. 형태 및 크기가 다른 금 나노입자는 서로 다른 최대파장을 나타내는 표면 공명 플라즈모닉 스펙트럼 및 암시야 이미지를 통해 비색적 분석이 가능하게 한다. 이 때 발병 표지인자의 항체 또는 앱타머는 헤테로기능적 폴리에틸렌 글리콜(SH-PEG-COOH)를 금 나노입자에 처리하여 연결하여 주었다. 금 나노입자가 발병 표지인자와 결합함에 따라 보다 큰 파장영역에서 공명현상이 일어남을 이용하여 특정 발병 표지인자의 항체 또는 앱타머와 결합한 나노입자 스펙트럼의 변화를 통해 해당 발병 표지인자의 존재 여부를 확인하였다. 한편, 인위적으로 합성된 표지인자를 센서에 가함에 따라 일어나는 최대파장 이동도를 스탠다드화하여 발병 표지인자의 정량화도 가능함을 확인함으로써, 본원발명의 나노플라즈모닉 바이오센서가 상기 알츠하이머 발병인자를 매우 높은 민감도와 정확도를 가지고 검출할 수 있음을 확인하였다. In the present invention, the antibody or aptamer binding to beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide and tau protein, which are markers for the development of Alzheimer's disease, is immobilized on rod-shaped gold nanoparticles having a circular, aspect ratio of 1.73 and aspect ratio of 3.59, respectively. Different optical and visual characteristics were used to identify Alzheimer's onset markers. Gold nanoparticles of different shapes and sizes enable colorimetric analysis through surface resonance plasmonic spectra and dark field images showing different maximum wavelengths. At this time, the antibody or aptamer of the onset marker was linked to the heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) by treating the gold nanoparticles. As the gold nanoparticles bind to the onset markers, resonance occurs in a larger wavelength region, and the presence or absence of the onset markers is confirmed by changing the spectrum of the nanoparticles bound to antibodies or aptamers of specific onset markers. It was. On the other hand, by quantifying the onset markers by standardizing the maximum wavelength mobility generated by applying the artificially synthesized markers to the sensor, the nanoplasmonic biosensor of the present invention is very high in the Alzheimer's pathogens It was confirmed that it can be detected with sensitivity and accuracy.

따라서 본 발명은 일 관점에서, (A) 알츠하이머 환자에서 특이적으로 발현이 증가 또는 감소하는 표적 단백질에 대한 항체 또는 앱타머가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 검체로부터 분리된 시료를 접촉시켜 상기 표적 단백질과 상기 항체 또는 앱타머와의 결합을 유도하는 단계; 및 (B) 상기 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(△λmax) 분석을 통해 알츠하이머 발병 여부를 확인하는 단계를 포함하는 알츠하이머 진단 방법을 제공한다. Therefore, in one aspect, the present invention provides a sample isolated from a specimen in a plasmonic sensor based on gold nanoparticles in which an antibody or aptamer is immobilized to a target protein that specifically increases or decreases expression in an Alzheimer's patient. Contacting to induce binding of the target protein with the antibody or aptamer; And (B) measuring light scattering spectra according to the binding, and determining whether Alzheimer's disease is detected through analysis of the maximum wavelength mobility (Δλ max) obtained therefrom.

본 발명에 있어서, 상기 시료는 인체로부터 배출되는 체액은 모두 활용할 수 있으며, 뇌척수액이 혈액으로 흘러들어간다는 점에 비추어 상기 시료는 혈액인 것이 특히 바람직하다.In the present invention, it is particularly preferable that the sample is blood in view of the fact that all the body fluid discharged from the human body can be utilized and cerebrospinal fluid flows into the blood.

본 발명에 있어서, 상기 표적 단백질은 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the target protein may be any one or more selected from the group consisting of beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide, and tau protein, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 금 나노입자는 고정되어 있는 항체 또는 앱타머의 종류에 따라 형태 및/또는 크기가 서로 상이할 수 있다. 즉, 복수 개의 표적단백질에 각각 결합하는 항체 또는 앱타머의 수만큼 형태 및/또는 크기가 서로 상이한 금 나노입자를 제작하여 사용함으로써 다양한 표적단백질을 동시에 검출하고 이로써 알츠하이머 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다. In the present invention, the gold nanoparticles may be different in shape and / or size depending on the type of antibody or aptamer immobilized. That is, by preparing and using gold nanoparticles having different shapes and / or sizes as many as the number of antibodies or aptamers respectively binding to a plurality of target proteins, it is possible to simultaneously detect various target proteins and thereby improve the accuracy of Alzheimer's diagnosis. .

본 발명에 있어서, 상기 표적 단백질과 상기 항체 또는 앱타머와의 결합은 카오트로픽 용제가 포함된 반응시료에서 유도함으로써 혈액에 존재하는 발병 표지인자와 다른 단백질과의 결합으로 인한 검출도 감소를 보완할 수 있다. 이 경우 상기 카오트로픽 용제는 용매에 존재하는 물분자의 배열을 방해함으로써 분자 간의 비공유결합을 약화시키는 성질을 가지고 있으므로, 혈액에 가하면 알츠하이머 발병 표지인자의 민감도를 높여주는 역할을 한다. In the present invention, the binding of the target protein with the antibody or aptamer may be induced in a reaction sample containing a chaotropic solvent to compensate for the decrease in detection due to the binding of the onset marker present in the blood to another protein. Can be. In this case, since the chaotropic solvent has a property of weakening non-covalent bonds between molecules by interfering with the arrangement of water molecules present in the solvent, it acts to increase the sensitivity of the Alzheimer's disease marker when added to the blood.

본 발명에 있어서, 상기 표적 단백질과 상기 항체 또는 앱타머와의 결합은 카오트로픽 용제가 포함된 반응시료에서 유도하는 것일 수 있다.In the present invention, the binding between the target protein and the antibody or aptamer may be induced in a reaction sample containing a chaotropic solvent.

또한 본 발명에 있어서, 상기 혈액은 혈액 내에 존재하는 표적 단백질이 상기 항체 또는 앱타머와 결합하기 전 단계에서 카오트로픽 용제가 포함된 용액과 반응시키는 전처리 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. In the present invention, the blood may further comprise a pretreatment step of reacting a target protein present in the blood with a solution containing a chaotropic solvent in a step before binding to the antibody or aptamer.

본 발명에 있어서, 상기 카오트로픽 용제는 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate), 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate) 및 트리클로로아세트산염(sodium trichloroacetate)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the chaotropic solvent any one selected from the group consisting of guanidine hydrocholoride, guanidine thiocyanate, potassium thiocyanate and trichloroacetate (sodium trichloroacetate) It may be more than, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 베타 아밀로이드 42의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 5~7M의 구아니딘염산 또는 2~5M의 구아니딘티오시안염인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the chaotropic solvent for the detection of beta amyloid 42 is preferably 5-7 M guanidine hydrochloride or 2-5 M guanidine thiocyanate, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 타우 단백질의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 5~7M의 구아니딘염산 또는 4~6M의 구아니딘티오신안산염인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the chaotropic solvent for detecting the tau protein is preferably 5-7 M guanidine hydrochloride or 4-6 M guanidine thiocyanate, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 베타아밀로이드 40의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 1.5~3.5M의 칼륨티오시안산염 염산 또는 5~7M의 구아니딘염산인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the chaotropic solvent for the detection of beta amyloid 40 is preferably 1.5-3.5 M potassium thiocyanate hydrochloride or 5-7 M guanidine hydrochloride, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 최대파장의 이동도는 상기 플라즈모닉 센서의 표면에 결합된 발병인자의 농도에 의해 나타나는 것일 수 있다.In the present invention, the mobility of the maximum wavelength may be represented by the concentration of the onset factor coupled to the surface of the plasmonic sensor.

한편, 본 발명은 다른 관점에서 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 표적 단백질의 항체 또는 앱타머가 금 나노입자에 고정되어 있는 알츠하이머 진단용 바이오센서를 제공한다.On the other hand, the present invention provides an Alzheimer's diagnostic biosensor in which an antibody or aptamer of at least one target protein selected from the group consisting of beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide and tau protein is fixed to gold nanoparticles.

본 발명에 있어서, 상기 금 나노입자는 고정되어 있는 항체 또는 앱타머의 종류에 따라 형태 및/또는 크기가 서로 상이한 것일 수 있다. In the present invention, the gold nanoparticles may be different from each other in shape and / or size depending on the type of antibody or aptamer immobilized.

본 발명에 있어서, 상기 금 나노입자의 평균입자 크기는 10~150nm인 것이 바람직하고, 40~130인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 원형의 금 나노입자의 경우 40~60 nm인 것이 바람직하고, 약 50nm인 것이 더욱 바람직하며, 상기 금 나노입자가 막대형인 경우 종횡비는 1~5인 것이 바람직하고, 1.6~3.7인 것이 더욱 바람직하다. In the present invention, the average particle size of the gold nanoparticles is preferably 10 ~ 150nm, more preferably 40 ~ 130. On the other hand, the circular gold nanoparticles are preferably 40 to 60 nm, more preferably about 50 nm, and when the gold nanoparticles are rod-shaped, the aspect ratio is preferably 1 to 5, and more preferably 1.6 to 3.7. desirable.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1: 금 나노입자 제작Example 1 Gold Nanoparticles Fabrication

본 발명의 표면 플라즈몬 공명 현상을 기반으로 한 나노플라즈모닉 바이오센서를 제작하기 위해, 약 50nm 크기의 원형, 종횡비 1.73의 막대형 및 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자를 당업계에 공지된 방법(Wet synthesis)으로 합성하였으며, 합성에 사용된 재료는 시그마 알드리치(Sigma Aldrich, 미국)에서 구입하여 사용하였다.In order to fabricate the nanoplasmonic biosensor based on the surface plasmon resonance phenomenon of the present invention, a circular gold nanoparticle having a size of about 50 nm, a rod of 1.73 aspect ratio and a rod of 3.59 aspect ratio is known in the art. synthesis), and the material used for the synthesis was purchased from Sigma Aldrich (USA).

1-1. 50nm 크기의 원형 금 나노입자 제작1-1. Fabrication of 50nm Circular Gold Nanoparticles

20ml 바이알(vial)에 0.1M HAuCl4 10㎖과 멸균수 9.9㎖ 혼합하고, 200℃에서 1000~1500rpm으로 교반하며 끓을 때까지 가열하였다. 끓은 금 수용액에 0.04M Sodium citrate 1㎖를 넣고, 노란색이었던 수용액이 와인색으로 바뀌면 5분간 유지한 후, 상온에서 1150rpm으로 교반하였다. 반응이 완료된 용액에서 응집된 생성물을 제거하기 위해 0.2㎕ 필터를 이용하여 여과하고, 크기 및 모양은 고분해능 투과전자현미경(high resolution transmission electron microscopy; HR-TEM, jEOL JEM-3011) 및 UV/VIS 분광 광도계(UV/VIS 3600, Shimadzu)를 사용하여 측정하였다.10 ml of 0.1 M HAuCl 4 and 9.9 ml of sterile water were mixed in a 20 ml vial, and heated at 200 ° C. with stirring at 1000˜1500 rpm. 1 ml of 0.04M Sodium citrate was added to the boiled gold aqueous solution, and when the aqueous solution turned yellow was maintained for 5 minutes, the mixture was stirred at 1150 rpm at room temperature. Filtration was performed using a 0.2 μl filter to remove aggregated product from the reaction solution, and the size and shape were high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM, jEOL JEM-3011) and UV / VIS spectroscopy. It was measured using a photometer (UV / VIS 3600, Shimadzu).

1-2. 종횡비 1.73의 막대형 금 나노입자 제작1-2. Fabrication of rod-shaped gold nanoparticles with an aspect ratio of 1.73

금 나노입자 시드용액은 0.5mM HAuCl4 5㎖과 0.2M CTAB 5㎖을 혼합한 후, 0.006M NaBH4 1㎖를 첨가하고, 1200rpm으로 Au(Ⅲ)-CTAB 수용액을 교반하였다. 노란색에서 노란 갈색으로 바뀌면 사용하였고, 사용하기 전에 30분 동안 상온에서 시드용액을 Aged 시켜 사용하였다.The gold nanoparticle seed solution was mixed with 5 ml of 0.5 mM HAuCl 4 and 5 ml of 0.2 M CTAB, followed by 0.006 M NaBH 4 1 mL was added and the Au (III) -CTAB aqueous solution was stirred at 1200 rpm. Yellow to yellow brown color was used. The seed solution was used at room temperature for 30 minutes before use.

성장용액은 50℃의 멸균수에 1.4g의 CTAB과 0.2468g의 NaOL을 용해시키고, 용해액을 30℃까지 온도를 낮추어 준 후, 4mM AgNO3 2.4㎖ 첨가하고 교반 없이 15분을 방치하였다. 이후 1mM HAuCl4 50㎖을 첨가하고 700rpm으로 90분간 교반하면 수용액의 색이 없어지게 된다(colorless). 37 wt.%(12.1M) HCl 0.3㎖ 첨가하여 400rpm으로 15분간 교반하여 pH를 조절하고, 0.064M ascorbic acid 0.25㎖ 첨가하고 30초 동안 격력하게 교반하였으며, 0.04㎖ 시드용액을 첨가하고 30초 동안 격렬하게 교반한 후 30℃로 12시간 동안 교반없이 성장시켰다. 이 때 색이 자주색으로 바뀌게 된다. 이 후 7000rpm으로 30분 동안 원심분리하여 생성물을 분리하고 상층액을 제거한 후, 크기 및 모양은 고분해능 투과전자현미경(high resolution transmission electron microscopy; HR-TEM, jEOL JEM-3011) 및 UV/VIS 분광 광도계(UV/VIS 3600, Shimadzu)를 사용하여 측정하였다.1.4 g of CTAB and 0.2468 g of NaOL were dissolved in sterile water at 50 ° C., the solution was cooled to 30 ° C., 2.4 ml of 4 mM AgNO 3 was added, and the mixture was left for 15 minutes without stirring. After 50 ml of 1 mM HAuCl 4 was added and stirred at 700 rpm for 90 minutes, the color of the aqueous solution was lost (colorless). 0.3 ml of 37 wt.% (12.1 M) HCl was added and stirred at 400 rpm for 15 minutes to adjust the pH, 0.25 ml of 0.064M ascorbic acid was added thereto, vigorously stirred for 30 seconds, 0.04 ml of seed solution was added, and the mixture was stirred for 30 seconds. After vigorous stirring, the mixture was grown to 30 DEG C without stirring for 12 hours. At this time, the color turns purple. After centrifugation at 7000 rpm for 30 minutes to separate the product and remove the supernatant, the size and shape of the high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM, jEOL JEM-3011) and UV / VIS spectrophotometer (UV / VIS 3600, Shimadzu).

1-3. 종횡비 3.59의 막대형 금 나노입자 제작1-3. Rod-shaped gold nanoparticles with an aspect ratio of 3.59

금 나노입자 시드용액은 0.5mM HAuCl4 5㎖과 0.2M CTAB 5㎖을 혼합한 후, 0.006M NaBH4 1㎖를 첨가하고, 1200rpm으로 Au(Ⅲ)-CTAB 수용액을 교반하였다. 노란색에서 노란 갈색으로 바뀌면 사용하였고, 사용하기 전에 30분 동안 상온에서 시드용액을 Aged 시켜 사용하였다.The gold nanoparticle seed solution was mixed with 5 ml of 0.5 mM HAuCl 4 and 5 ml of 0.2 M CTAB, followed by 0.006 M NaBH 4 1 mL was added and the Au (III) -CTAB aqueous solution was stirred at 1200 rpm. Yellow to yellow brown color was used. The seed solution was used at room temperature for 30 minutes before use.

성장용액은 50℃의 멸균수에 1.8g의 CTAB과 0.2468g의 NaOL을 용해시키고, 용해액을 30℃까지 온도를 낮추어 준 후, 4mM AgNO3 4.8㎖ 첨가하고 교반없이 15분을 방치하였다. 이후 1mM HAuCl4 50㎖을 첨가하고 700rpm으로 90분간 교반하면 수용액의 색이 없어지게 된다(colorless). 37wt.%(12.1M) HCl 0.42㎖ 첨가하여 400rpm으로 15분간 교반하여 pH를 조절하고, 0.064M ascorbic acid 0.25㎖ 첨가하고 30초 동안 격렬하게 교반하였으며, 0.04㎖ 시드용액 첨가하고 30초 동안 격렬하게 교반한 후 30℃로 12시간 동안 교반없이 성장시켰다. 이 때 색이 자주색으로 바뀌게 된다. 이 후 7000rpm으로 30분 동안 원심분리하여 생성물을 분리하고 상층액을 제거한 후, 크기 및 모양은 고분해능 투과전자현미경(high resolution transmission electron microscopy; HR-TEM, jEOL JEM-3011) 및 UV/VIS 분광 광도계(UV/VIS 3600, Shimadzu)를 사용하여 측정하였다.The growth solution was dissolved 1.8g of CTAB and 0.2468g of NaOL in 50 ℃ sterilized water, the solution was lowered to 30 ℃ temperature, 4mM AgNO 3 4.8ml was added and left for 15 minutes without stirring. After 50 ml of 1 mM HAuCl 4 was added and stirred at 700 rpm for 90 minutes, the color of the aqueous solution was lost (colorless). 37 wt.% (12.1M) of HCl was added thereto and stirred at 400 rpm for 15 minutes to adjust the pH, 0.25 ml of 0.064M ascorbic acid was added and stirred vigorously for 30 seconds, 0.04 ml of seed solution was added, and vigorously for 30 seconds. After stirring, the mixture was grown to 30 DEG C without stirring for 12 hours. At this time, the color turns purple. After centrifugation at 7000 rpm for 30 minutes to separate the product and remove the supernatant, the size and shape of the high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM, jEOL JEM-3011) and UV / VIS spectrophotometer (UV / VIS 3600, Shimadzu).

그 결과, 각각 약 50nm 크기의 원형(도 1), 종횡비 1.73의 막대형(도 2) 및 종횡비 3.59의 막대형(도 3) 금 나노입자가 제조된 것을 확인하였으며, 상기 원형 및 막대형 금 나노입자에서 서로 다른 광학 및 시각적 특성이 유도됨을 확인할 수 있었다(도 4 내지 도 9). 한편, 상기 원형 및 막대형 금 나노입자를 혼합(도 10)하여 관찰함으로써 이들 각각의 금 나노입자가 혼합된 상태에서도 서로 다른 최대파장을 나타내는 표면 공명 플라즈모닉 스펙트럼(도 11) 및 암시야 이미지를 통한 비색(도 12)이 관찰됨을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that circular (Fig. 1), bar (Fig. 2), and bar (Fig. 3) gold nanoparticles having an aspect ratio of 1.73 and an aspect ratio of 3.59 were prepared, respectively. It was confirmed that different optical and visual properties are induced in the particles (FIGS. 4 to 9). Meanwhile, the circular and rod-shaped gold nanoparticles are mixed (FIG. 10) and observed to show surface resonance plasmonic spectra (FIG. 11) and dark field images showing different maximum wavelengths even when the respective gold nanoparticles are mixed. Through colorimetric (Fig. 12) was confirmed to be observed.

실시예 2: 기판제작Example 2 Substrate Fabrication

유리기판은 나노 플라즈모닉 센서의 지지체로 아민 또는 알킬 말단기를 포함하는 실란 화합물로 표면처리 하였다. 상기 실란 화합물은 (3-Aminopropyl)triethoxysilane으로, 5% (3-Aminopropyl)triethoxysilane 용액에 15분간 유리 기판을 담금으로써 기판에 아민기를 부착시켰다. The glass substrate was surface-treated with a silane compound containing an amine or an alkyl end group as a support of the nano plasmonic sensor. The silane compound was (3-Aminopropyl) triethoxysilane, and the amine group was attached to the substrate by immersing the glass substrate in a 5% (3-Aminopropyl) triethoxysilane solution for 15 minutes.

실시예Example 3: 원형 금 나노입자에 항체가  3: antibodies to circular gold nanoparticles 결합된Combined 나노플라즈모닉Nanoplasmonic 바이오센서 제작기판제작 Bio sensor manufacturing board manufacturing

Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)를 막대형 금 나노입자에 처리하고, 베타 아밀로이드 40의 알츠하이머 질환 발명 표지 인자에 대한 항체를 결합하였다. 이때 사용된 Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)은 분자량 2000이며 Laysan Bio. Ltd에서 구입하여 사용하였다. Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)은 stabilizer로서 역할을 하였으며, 금 나노입자가 유리 기판에 잘 붙으며 항체와도 결합할 수 있는 작용기를 제공한다. 분자량 2000의 SH-PEG-COOH 2mg를 멸균수 1ml에 용해시켜 1mM로 제조한다. 그 후 실시예 1-1에서 합성한 50nm 원형 금 나노입자 수용액 1ml에 상기 제조액 20 ul를 넣고 24시간 동안 교반시키고, 7000rpm으로 15분 동안 원심분리를 하여 표면처리된 금 나노입자를 분리하였다. 분리된 펠렛을 optical density 2로 맞추어 멸균수에 재분산(resuspend) 시키고 금 수용액 100ul 기준으로 0.7M 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodi-imide/N-hydrosuccimide (EDC/NHS) 1ul를 넣고 잘 섞어준 뒤 15분 동안 인큐베이션 하였다. 그 사이 금 나노입자 표면에 붙힐 베타아밀로이드 40 항체 50ul를 50ug/ml 농도로 PBS에 희석하였다. 15분 뒤 항체 희석액을 PEG처리한 금 수용액에 넣고 피펫팅하고 4시간 동안 교반없이 반응하였다. 4시간 후 5000rpm으로 10분 동안 원심분리하고 멸균수 100ul에 재분산 하였다. Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) was treated with rod-shaped gold nanoparticles and bound to antibodies against the beta amyloid 40 Alzheimer's disease invention marker. Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) was used at a molecular weight of 2000 and Laysan Bio. It was purchased from Ltd. and used. Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) acted as a stabilizer and provided a functional group that could bind gold nanoparticles to glass substrates and bind to antibodies. 2 mg of SH-PEG-COOH having a molecular weight of 2000 was dissolved in 1 ml of sterile water to prepare 1 mM. Thereafter, 20 μl of the prepared solution was added to 1 ml of the 50 nm circular gold nanoparticle aqueous solution synthesized in Example 1-1, stirred for 24 hours, and centrifuged at 7000 rpm for 15 minutes to separate the surface-treated gold nanoparticles. The separated pellets were resuspended in sterile water at an optical density of 2, and 1ul of 0.7M 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodi-imide / N-hydrosuccimide (EDC / NHS) based on 100ul of aqueous gold solution. Mix well and incubate for 15 minutes. Meanwhile, 50ul of beta amyloid 40 antibody to be attached to the surface of gold nanoparticles was diluted in PBS at a concentration of 50ug / ml. After 15 minutes, the antibody dilution was added to PEG-treated gold solution and pipetted, and reacted without stirring for 4 hours. After 4 hours, the mixture was centrifuged at 5000 rpm for 10 minutes and redispersed in 100ul of sterile water.

항체를 결합시킨 원형 금 나노입자 수용액이 포함된 금 나노입자 수용액을 optical density 0.05로 맞추어 희석한 뒤 유리기판에 10㎕ 떨어뜨렸다. 그 후, 50초 정도 이후에 금 나노입자 수용액을 다시 제거하였다. Gold nanoparticle aqueous solution containing the circular gold nanoparticle aqueous solution to which the antibody was bound was diluted to an optical density of 0.05, and dropped by 10 µl onto a glass substrate. Then, after about 50 seconds, the gold nanoparticles aqueous solution was removed again.

원형 금 나노입자에 항체를 결합하는 각 단계별로 나타나는 UV-Vis 스펙트럼 파장의 변화를 살펴보면, 실시예 1-1에서 제조된 원형 50nm 금 나노입자의 플라즈모닉 스펙트럼 (도 14, 50nm bare AuNPs)은 530.5nm에 피크가 존재하였으나, 분자량 2000 heterofunctional PEG 1mM로 표면처리 한 후의 동일 단일 나노입자의 레일리빛산란 스펙트럼(도 14, PEGylated 50nm AuNPs)은 533nm에 피크가 존재하고, 50ug/ml 농도의 항체 50ul를 금 나노입자 표면에 붙힌 뒤 4시간 동안 반응시키자(도 14, 50ug/ml antibody binding) 537.2nm에 피크가 존재하는 것으로 나타났다. 즉, 원형 금 나노입자 대비 PEG부착후 2.5nm, 항체 부착후 4.2nm의 UV-Vis 최대파장이동이 일어난 것을 확인할 수 있었다. Looking at the change in the wavelength of the UV-Vis spectrum appearing at each step of binding the antibody to the circular gold nanoparticles, the plasmonic spectrum of the circular 50nm gold nanoparticles prepared in Example 1-1 (Fig. 14, 50nm bare AuNPs) is 530.5 Although there was a peak at nm, the Rayleigh light scattering spectrum (Fig. 14, PEGylated 50 nm AuNPs) of the same single nanoparticle after surface treatment with a molecular weight of 2000 heterofunctional PEG 1 mM showed a peak at 533 nm and a 50 μl / ml antibody 50ul. After attaching to the surface of gold nanoparticles and reacting for 4 hours (FIG. 14, 50 ug / ml antibody binding), a peak was found at 537.2 nm. That is, it was confirmed that UV-Vis maximum wavelength shift of 2.5 nm after PEG attachment and 4.2 nm after antibody attachment occurred compared to the circular gold nanoparticles.

한편, 원형 금 나노입자에 항체를 결합하는 각 단계별로 나타나는 LSPR 광산란 변화 스펙트럼의 경우, 실시예 1-1에서 제조된 원형 50nm 금 나노입자의 플라즈모닉 스펙트럼(도 15, 50nm bare AuNPs)에 비해 분자량 2000 heterofunctional PEG 1mM로 표면처리 한 후의 동일 단일 나노입자의 레일리빛산란 스펙트럼 (도 15, After SAM)과 50ug/ml 농도의 항체 50ul를 금나노입자 표면에 붙힌 뒤 스펙트럼 (도 15, After ab binding)에서 각각 17.3nm, 31nm의 LSPR 최대파장이동이 일어난 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of LSPR light scattering change spectrum which appears in each step of binding the antibody to the circular gold nanoparticles, the molecular weight compared to the plasmonic spectrum of the circular 50nm gold nanoparticles prepared in Example 1-1 (FIG. 15, 50nm bare AuNPs) Rayleigh light scattering spectrum (FIG. 15, After SAM) of the same single nanoparticle after surface treatment with 2000 heterofunctional PEG 1 mM and 50ul of antibody at 50 ug / ml concentration were attached to the surface of gold nanoparticles (FIG. 15, After ab binding) LSPR peak wavelength shifts of 17.3 nm and 31 nm occurred at, respectively.

실시예Example 4: 막대형 금 나노입자에 항체가  4: Antibodies to rod gold nanoparticles 결합된Combined 나노플라즈모닉Nanoplasmonic 바이오센서 제작 Bio sensor manufacture

Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)를 막대형 금 나노입자에 처리하고, 베타 아밀로이드 42, 타우 단백질의 알츠하이머 질환 발명 표지 인자 2가지에 대한 항체를 결합하였다. 이때 사용된 Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)은 각각 분자량 2000, 3400이며 Laysan Bio. Ltd에서 구입하여 사용하였다. Heterofunctional polyethylene glycol(SH-PEG-COOH)은 stabilizer로서 역할을 하였으며, 종횡비 1.73과 3.59의 막대형 금나노입자 표면의 CTAB를 대신하여 금 나노입자가 유리기판에 잘 붙으며 항체와도 결합할 수 있는 작용기를 제공한다. 멸균수 1946.5㎕에 300㎍ Au/ml의 종횡비 3.59의 막대형 금나노입자 53.5㎕와 분자량 3400 SH-PEG-COOH 50㎎을 첨가하였다. 종횡비 1.72의 막대형 금나노입자의 경우 멸균수 1962.95㎕에 300㎍ Au/ml기준 농도로 37.05㎕와 분자량 3400 SH-PEG-COOH 40㎎을 첨가하였다. 그 용액을 4일 동안 상온에서 200rpm으로 회전 교반시키고 그 이후 5000rpm으로 4분동안 원심 분리하였다. 원심분리를 통해 금에 결합하지 않은 SH-PEG-COOH을 제거하고 1㎖의 멸균수에 재분산(resuspend) 시켰다. 이후 EDC와 NHS를 이용하여 금 나노입자와 항체 사이를 연결하였다. 막대형 금 나노입자 수용액이 포함된 금 나노입자 수용액을 optical density 0.1로 맞추어 희석한 뒤 유리기판에 10㎕ 떨어뜨렸다. 그 후, 5분 정도 이후에 금 나노입자 수용액을 다시 제거하였다.Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) was treated with rod-shaped gold nanoparticles and bound to antibodies against beta amyloid 42, two marker markers of Alzheimer's disease invention of tau protein. Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) was used at a molecular weight of 2000 and 3400, respectively, Laysan Bio. It was purchased from Ltd. and used. Heterofunctional polyethylene glycol (SH-PEG-COOH) acted as a stabilizer, and instead of CTAB on the surface of rod-shaped gold nanoparticles with aspect ratios 1.73 and 3.59, gold nanoparticles adhere well to the glass substrate and can bind to antibodies. To provide functional groups. To 1946.5 µl of sterile water, 53.5 µl of rod-like gold nanoparticles having an aspect ratio of 3.59 of 300 µg Au / ml and 50 mg of molecular weight 3400 SH-PEG-COOH were added. In the case of rod-shaped gold nanoparticles having an aspect ratio of 1.72, 37.05 µl and a molecular weight of 3400 SH-PEG-COOH 40 mg were added to 1962.95 µl of sterile water at a concentration of 300 µg Au / ml. The solution was stirred for 4 days at room temperature at 200 rpm and then centrifuged at 5000 rpm for 4 minutes. Centrifugation removed SH-PEG-COOH that was not bound to gold and was resuspended in 1 ml of sterile water. Afterwards, EDC and NHS were used to connect gold nanoparticles with antibodies. Gold nanoparticles aqueous solution containing rod-shaped gold nanoparticles aqueous solution was diluted to an optical density of 0.1 and dropped to 10 μl on a glass substrate. Thereafter, after about 5 minutes, the aqueous gold nanoparticles were removed again.

실시예 5: 나노플라즈모닉 바이오센서 효과 검증Example 5 Nanoplasmonic Biosensor Effect Verification

금 나노입자가 생체분자와 결합함에 따라 보다 큰 파장영역에서 공명현상이 일어남을 이용하여 상기 베타 아밀로이드 40, 베타 아밀로이드 42, 타우 단백질이 항체와 결합한 나노입자의 스펙트럼 변화를 관찰하고, 해당 알츠하이머 질환의 발병 인자 존재 유무를 확인하였다. As gold nanoparticles bind to biomolecules, resonance occurs in a larger wavelength region, and the spectral changes of the nanoparticles in which the beta amyloid 40, the beta amyloid 42, and the tau protein are bound to the antibody are observed. The presence or absence of a pathogen was confirmed.

즉, 실시예 3 및 4에서 제작된 바이오센서에 누화 현상 (cross-talk) 없이 항원 특이적 결합이 확실히 일어남을 확인해 보았는데, 이 때 모든 항원은 100nM로 첨가되었고, PBS를 희석용액으로 사용하였다. That is, it was confirmed that the antigen-specific binding occurs without cross-talk in the biosensors prepared in Examples 3 and 4, wherein all antigens were added at 100 nM, and PBS was used as a diluting solution.

실시예 3에 의해 제작된 50nm 원형 금 나노입자 바이오센서의 경우 표면에 고정시킨 베타아밀로이드 40 항체에 의해 100nM 베타아밀로이드 40에만 반응하여 약10nm의 최대 레일리빛산란 파장 이동이 일어나며, 100nM 베타아밀로이드 42와 타우단백질에 대해서는 각각 1.4nm, 1.1nm의 이동만 일어나는 것으로 확인되었다. 한편, 실시예 4에 의해 제작된 종횡비 1.73 막대형 금 나노입자 바이오센서의 경우에는 베타아밀로이드42를 입자표면에 고정시켰기에 100nM 베타아밀로이드 42에 대해서는 17nm의 최대산란파장 이동이 일어났으나 동일한 농도의 베타아밀로이드 40과 타우 단백질에 대해서는 약 1.95nm, 1.93nm의 이동만 일어났다. 그리고, 실시예 4에 의해 제작된 종횡비 3.53 막대형 금 나노입자 바이오센서의 경우에는 타우 단백질 항체를 고정 시켜 100nM 타우 단백질에 대해 19nm의 최대산란파장이 이동하였으나 동일 농도 베타아밀로이드 2가지에 대해서는 2.45nm와 2.5nm의 이동만 일어나는 것으로 확인되었다(도 16).In the case of the 50 nm circular gold nanoparticle biosensor manufactured by Example 3, only 10 nM beta amyloid 40 was reacted by the beta amyloid 40 antibody immobilized on the surface, resulting in a maximum Rayleigh light scattering wavelength shift of about 10 nm, and 100 nM beta amyloid 42 and For tau protein, only 1.4 nm and 1.1 nm of migration occurred, respectively. Meanwhile, in the aspect ratio 1.73 bar gold nanoparticle biosensor manufactured by Example 4, beta amyloid 42 was fixed to the surface of the particle, so that the maximum scattering wavelength shift of 17 nm occurred for 100 nM beta amyloid 42, but the same concentration was achieved. For beta amyloid 40 and tau protein, only 1.95 nm and 1.93 nm of migration occurred. In the aspect ratio 3.53 rod-type gold nanoparticle biosensor manufactured by Example 4, the maximum scattering wavelength of 19 nm was shifted to 100 nM tau protein by immobilizing the tau protein antibody, but 2.45 nm to the same concentration of beta amyloid. It was confirmed that only a shift of 2.5 nm occurs (FIG. 16).

또한, 상기 베타 아밀로이드 40을 일정량 센서에 가함에 따라 일어나는 최대파장 이동도를 확인하여 발병 표지인자를 정량화할 수 있음을 확인하였다. 이를 위하여 희석하지 않은 Plasma에 베타아밀로이드 40을 5pM~50nM까지 각 농도별로 spiking하여 유리기판 위 고정화시킨 금 나노입자 센서에 반응시켰다. In addition, it was confirmed that the beta amyloid 40 can be quantified by identifying the maximum wavelength mobility generated by applying a certain amount of the sensor. To this end, beta amyloid 40 in undiluted plasma was spiked at each concentration from 5pM to 50nM and reacted with a gold nanoparticle sensor immobilized on a glass substrate.

베타아밀로이드 40 농도에 따른 최대파장 (LSPR Δλmax(nm))이동정도와 LOD값 Maximum Wavelength (LSPR Δλ max (nm)) Shift and LOD Values According to Beta Amyloid 40 Concentration Conc.Conc. ΔλΔλ maxmax (nm) (w/o pretreatment) (nm) (w / o pretreatment) ΔλΔλ maxmax (nm) (w/ pretreatment) (nm) (w / pretreatment) 5pM5 pM 2.50132.5013 2.927912.92791 50pM50 pM 2.87462.8746 3.043.04 500pM500 pM 5.16645.1664 6.06626.0662 5nM5 nM 7.75867.7586 8.85758.8575 50nM50 nM 8.17958.1795 8.9066560338.906656033 LOD (pM)LOD (pM) 8.45pM8.45pM 5.67pM5.67pM

LOD (검출 한계)는 반복 실험을 통해 (아밀로이드 베타 40가 없는) 기본선에서 되돌아온 피크 - 투 - 피크 파장 편이의 세 번의 표준 편차로부터 다음 식에 따라 계산된다:The LOD (detection limit) is calculated according to the following equation from three standard deviations of the peak-to-peak wavelength shift back from the baseline (without amyloid beta 40) through repeated experiments:

LOD =

Figure 112017041932337-pat00001
, 여기서 δ는 대조군의 표준 편차, slope는 센서의 감도이다. LOD =
Figure 112017041932337-pat00001
Where δ is the standard deviation of the control and slope is the sensitivity of the sensor.

본 발명에 따른 바이오센서만으로도 8.45pM의 최소검지농도를 가지는 센서로 활용할 수 있으며, 하기 실시예 8의 카오트로픽 용제를 이용할 경우 5.67pM의 더 낮은 최소검지농도를 가질수 있음을 확인하였다. 즉, 카오트로픽 용제를 사용하였을 때 더 많은 최대파장이동이 일어났으며, 그에 따라 용제를 사용하지 않았을 때에 비해 약 3pM정도 더 높은 민감도를 나타내었다(도 17, 도 18).Only the biosensor according to the present invention can be used as a sensor having a minimum detection concentration of 8.45pM, it was confirmed that the chaotropic solvent of Example 8 can have a lower minimum detection concentration of 5.67pM. That is, when the chaotropic solvent was used, more maximal wavelength shift occurred, and thus the sensitivity was about 3pM higher than when the solvent was not used (Fig. 17 and Fig. 18).

실시예 6: 카오트로픽 용제에 따른 베타 아밀로이드 42의 효소면역반응 분석Example 6 Enzyme Immune Response Analysis of Beta Amyloid 42 According to Chaotropic Solvents

탄산수소 암모늄(Ammonium bicarbonate, ABC)을 물에 녹여 25mM 수용액을 제조하고, 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate), 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate)을 상기 제조된 25mM 탄산수소 암묘늄(ABC) 수용액에 20M로 용해시켜 모액(Stock solution)을 제조하였다.Ammonium bicarbonate (ABC) was dissolved in water to prepare a 25 mM aqueous solution, and guanidine hydrocholoride, guanidine thiocyanate, potassium thiocyanate and 25 mM hydrogen carbonate prepared above. Stock solution was prepared by dissolving in ammonium (ABC) aqueous solution at 20M.

베타 아밀로이드 42 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제의 농도Chaotropic Solvent Concentration for Beta-amyloid 42 Enzyme Immune Response Analysis 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 구아니딘염산(20M)
구아니딘티오시안산염(20M)
칼륨티오시안산염(20M)
Guanidine hydrochloride (20M)
Guanidine thiocyanate (20M)
Potassium Thiocyanate (20M)
-- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l
최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

카오트로픽 용제의 농도를 상기와 같이 하여 베타 아밀로이드 42의 효소면역반응분석 키트(SensoLyteTM, Catalog #AS-55552)의 지시법에 따라 분석을 진행하였다. 샘플로는 인간에서 채취한 혈액을 사용하였으며, 혈액에서 응집소가 제거된 혈장(plasma)을 이용하여 실험을 진행하였다. The concentration of the chaotropic solvent was analyzed as described above in the enzyme immunoassay kit (SensoLyte , Catalog # AS-55552) of beta amyloid 42. As a sample, blood collected from humans was used, and experiments were performed using plasma from which agglomerates were removed from blood.

실험방법을 간략히 기술하면, 인간 베타 아밀로이드 42 스탠다드(Component B)를 1ml의 펩타이드 표준 재구성 버퍼(Component G)로 재구성하였다. 즉, 펩타이드를 10분간 수화시키고 위아래로 뒤집으며 가볍게 섞어준 후, 바이알(vial) 당 100㎕씩 재구성된 스탠다드를 분주하고 사용시까지 -80℃에 보관하였다. Briefly describing the experimental method, human beta amyloid 42 standard (Component B) was reconstituted with 1 ml of peptide standard reconstitution buffer (Component G). That is, the peptide was hydrated for 10 minutes, upside down and gently mixed, and then 100 μl of the reconstituted standard was dispensed per vial and stored at −80 ° C. until use.

스탠다드와 샘플에 사용되는 웰의 갯수에 따라 스트립(Component A)를 정렬하고 레이블 한 후, 희석 스탠다드와 샘플은 각각 이중(duplicate) 분주하여 실험을 진행하였다. 인간 베타 아밀로이드 42 스탠다드의 순차적 희석은 실험 직전에 준비하였으며, 이는 하기 표 3에 기재된 바와 같이 진행하였다.After aligning and labeling the strips (Component A) according to the standard and the number of wells used for the samples, the diluted standard and the samples were each duplicated (duplicate) and the experiment was performed. Sequential dilution of human beta amyloid 42 standard was prepared immediately before the experiment, which proceeded as described in Table 3 below.

Figure 112017041932337-pat00002
Figure 112017041932337-pat00002

검출 항체 희석 버퍼(Component I)에 검출 항체(Component H)를 200배로 희석하였다. 상기 항체 용액 50㎕를 각 웰에 분주하고 각 웰에 100㎕의 희석된 베타 아밀로이드 42 스탠다드를 블랭크를 포함하여 이중 분주하였다. 한편, 상기 표 2에서와 같이 희석된 샘플 100㎕를 각 웰에 첨가하고 상기 항체 용액 50㎕를 각 웰에 첨가하였다. 접착성 플레이트 커버(Component J)를 덮고, 4℃에서 밤새(overnight) 빛을 차단하여 반응시켰다. 10X 세척용 버퍼(Component D)를 증류수로 희석하여 1X 세척용 버퍼를 준비하고, 밤새 반응시킨 플레이트의 용액을 제거한 후 각 웰에 350㎕의 1X 세척용 버퍼를 이용하여 6~7회 세척하였다. 세척 용액을 제거하기 전의 각 세척 과정 사이에는 20초간 충분히 세척용 버퍼가 작용할 수 있도록 시간을 두었다. 정확한 광학 판독을 위하여 종이 타월을 이용하여 플레이트를 닦아 주었다. 100㎕의 TMB 칼라 기질 용액(Component E)를 각 웰에 첨가하고 플레이트를 가볍게 탭핑한 후 웰을 따라 파란색 색깔 구배가 나타날 때까지 상온에서 약 5~15분간 반응하였다. 50㎕의 종결 용액(Component F)를 각 웰에 첨가하고 플레이트를 가볍게 탭핑하여 푸른색이 노란색으로 변하도록 하였다. 종결 용액을 첨가한 후 20분 안에 마이크로플레이트 흡광도 판독기를 이용하여 450nm에서 흡광도(OD)를 측정하였다. The detection antibody (Component H) was diluted 200-fold in the detection antibody dilution buffer (Component I). 50 μl of the antibody solution was dispensed into each well, and 100 μl of diluted beta amyloid 42 standard in each well was dispensed with blanks. Meanwhile, 100 μl of the diluted sample was added to each well as shown in Table 2, and 50 μl of the antibody solution was added to each well. The adhesive plate cover (Component J) was covered and reacted by blocking the overnight light at 4 ° C. The 10X washing buffer (Component D) was diluted with distilled water to prepare a 1X washing buffer, and the solution of the plate reacted overnight was removed, and then washed 6 to 7 times using 350 μl of 1X washing buffer in each well. Allow enough 20 seconds for the wash buffer to work between each wash before the wash solution is removed. Plates were wiped using paper towels for accurate optical readings. 100 μl of TMB color substrate solution (Component E) was added to each well and the plate was tapped lightly and reacted for about 5-15 minutes at room temperature until a blue color gradient appeared along the well. 50 μl of termination solution (Component F) was added to each well and the plate was lightly tapped to turn blue to yellow. Absorbance (OD) was measured at 450 nm using a microplate absorbance reader within 20 minutes after addition of the termination solution.

그 결과, 구아니딘염산 6M, 구아니딘티오시안염 3~4M에서 베타 아밀로이드 42의 검출양이 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 19).As a result, it was confirmed that the detection amount of beta amyloid 42 was higher in 6M of guanidine hydrochloride and 3-4M of guanidine thiocyanate (FIG. 19).

실시예 7: 카오트로픽 용제에 따른 타우 단백질의 효소면역반응 분석Example 7 Analysis of Enzyme Immune Response of Tau Proteins According to Chaotropic Solvents

탄산수소 암모늄(Ammonium bicarbonate, ABC)을 물에 녹여 25mM 수용액을 제조하고, 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate), 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate)을 상기 제조된 25mM 탄산수소 암묘늄(ABC) 수용액에 20M로 용해시켜 모액(Stock solution)을 제조하였다. Ammonium bicarbonate (ABC) was dissolved in water to prepare a 25 mM aqueous solution, and guanidine hydrocholoride, guanidine thiocyanate, potassium thiocyanate and 25 mM hydrogen carbonate prepared above. Stock solution was prepared by dissolving in ammonium (ABC) aqueous solution at 20M.

타우 단백질 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(구아니딘 염산)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Guanidine Hydrochloride) for Analysis of Tau Protein Enzyme Immune Response 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 구아니딘염산(20M)Guanidine hydrochloride (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

타우 단백질 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(구아니딘티오시안산염)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Guanidine Thiocyanate) for Analysis of Tau Protein Enzyme Immune Response 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 구아니딘티오시안산염(20M)Guanidine thiocyanate (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

타우 단백질 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(칼륨티오시안산염 염산)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Potassium Thiocyanate Hydrochloride) for Analysis of Tau Protein Enzyme Immune Response 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 칼륨티오시안산염(20M)Potassium Thiocyanate (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

카오트로픽 용제의 농도를 상기와 같이 하여 타우 단백질의 효소면역반응분석 키트(invitrogen, Catalog nos. KHB0041, KHB0042)의 지시법에 따라 분석을 진행하였다. 샘플로는 인간에서 채취한 혈액을 사용하였으며, 혈액에서 응집소가 제거된 혈장(plasma)을 이용하여 실험을 진행하였다. The concentration of chaotropic solvent was analyzed as described above according to the instructions of the enzyme immunoassay kit (invitrogen, Catalog nos. KHB0041, KHB0042) of the tau protein. As a sample, blood collected from humans was used, and experiments were performed using plasma from which agglomerates were removed from blood.

실험방법을 간략히 기술하면, 색원체 블랭크를 제외하고 zero 웰에 스탠다드 희석 버퍼 100㎕를 첨가하였다. 스탠다드 커브를 위한 적정 웰에 100㎕의 스탠다드를 첨가하고, 샘플 분석을 위한 웰에는 50㎕의 샘플과 50㎕의 스탠다드 희석 버퍼를 첨가하였다. 플레이트를 커버로 덮고 상온에서 2시간 반응시킨 후, 용액을 철저히 흡입 제거하고 1X 세척용 버퍼로 4회 세척하였다. 이후 100㎕의 인간 FGF-b Biotin Conjugate 용액을 색원체 블랭크를 제외한 각 웰에 첨가하고 플레이트 옆면을 가볍게 탭핑하여 혼합하였다. 플레이트를 커버로 덮고 상온에서 1시간 반응시킨 후 용액을 철저히 흡입 제거하고 1X 세척용 버퍼로 4회 세척하였다. 색원체 블랭크를 제외하고 각 웰에 100㎕의 Stre ptavidin-HRP를 첨가하고 플레이트를 거버로 덮은 후 상온에서 30분간 반응하였다. 각 웰의 용액을 철저히 흡입 제거하고 1X 세척용 버퍼로 4회 세척하였다. 100㎕의 Stabilized Chromogen을 각 웰에 첨가하여 각 기질 용액이 푸른색으로 변하도록 하였다. 어두운 조건의 상온에서 30분간 반응하였다. 100㎕의 종결 용액을 각 웰에 첨가하고 혼합을 위하여 플레이트의 옆면을 가볍게 탭핑하여 각 웰의 용액이 푸른색에서 노란색으로 변하도록 하였다. Briefly describing the experimental method, 100 μl of standard dilution buffer was added to the zero well, except for the color source blank. 100 μl of standard was added to the titration wells for the standard curve and 50 μl of sample and 50 μl of standard dilution buffer were added to the wells for sample analysis. After the plate was covered with a cover and reacted at room temperature for 2 hours, the solution was thoroughly removed by suction and washed 4 times with 1 × washing buffer. 100 μl of human FGF-b Biotin Conjugate solution was then added to each well, except for the colorant blank, and mixed by gently tapping the side of the plate. After the plate was covered with a cover and reacted at room temperature for 1 hour, the solution was thoroughly removed by suction and washed 4 times with 1 × wash buffer. 100 μl of Stre ptavidin-HRP was added to each well, except for the chromogen blank, and the plate was covered with gerber and reacted at room temperature for 30 minutes. The solution in each well was thoroughly aspirated off and washed four times with 1 × wash buffer. 100 μl of Stabilized Chromogen was added to each well so that each substrate solution turned blue. The reaction was carried out for 30 minutes at room temperature in dark conditions. 100 μL of the termination solution was added to each well and the sides of the plate were tapped lightly for mixing so that the solution of each well changed from blue to yellow.

그 결과, 구아니딘염산 6M 또는 구아니딘티오신안산염 4M를 사용하였을 떼 타우 단백질이 높게 검출되는 것을 확인하였다(도 20).As a result, it was confirmed that tau protein was detected high when guanidine hydrochloric acid 6M or guanidinethiocinan acid salt 4M was used (FIG. 20).

실시예 8: 카오트로픽 용제에 따른 아밀로이드베타 40의 효소면역반응 분석Example 8 Analysis of Enzyme Immune Response of Amyloid Beta 40 by Chaotropic Solvents

탄산수소 암모늄(Ammonium bicarbonate, ABC)을 물에 녹여 25mM 수용액을 제조하고, 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate), 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate)을 상기 제조된 25mM 탄산수소 암묘늄(ABC) 수용액에 20M로 용해시켜 모액(Stock solution)을 제조하였다.Ammonium bicarbonate (ABC) was dissolved in water to prepare a 25 mM aqueous solution, and guanidine hydrocholoride, guanidine thiocyanate, potassium thiocyanate and 25 mM hydrogen carbonate prepared above. Stock solution was prepared by dissolving in ammonium (ABC) aqueous solution at 20M.

아밀로이드베타40의 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(구아니딘 염산)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Guanidine Hydrochloride) for Enzyme Immune Response Analysis of Amyloid Beta40 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 구아니딘염산(20M)Guanidine hydrochloride (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

아밀로이드베타40 의 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(구아니딘티오시안산염)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Guanidine Thiocyanate) for Enzyme Immune Response Analysis of Amyloid Beta40 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 구아니딘티오시안산염(20M)Guanidine thiocyanate (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

아밀로이드베타40의 효소면역반응 분석을 위한 카오트로픽 용제(칼륨티오시안산염 염산)의 농도Concentration of Chaotropic Solvent (Potassium Thiocyanate Hydrochloric Acid) for Enzyme Immune Response Analysis of Amyloid Beta40 혈액blood 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 50㎕50 μl 희석용액Dilution solution 50㎕50 μl 47.5㎕47.5 μl 45㎕45 μl 40㎕40 쨉 l 35㎕35 μl 30㎕30 μl 25㎕25 μl 20㎕20 쨉 l 10㎕10 μl 칼륨티오시안산염(20M)Potassium Thiocyanate (20M) -- 2.5㎕2.5 μl 5㎕5 μl 10㎕10 μl 15㎕15 μl 20㎕20 쨉 l 25㎕25 μl 30㎕30 μl 40㎕40 쨉 l 최종농도(M)Final concentration (M) 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

카오트로픽 용제의 농도를 상기와 같이 하여 아밀로이드베타40의 효소면역반응분석 키트(Cusabio, Catalog no.CSB-E08299h)의 지시법에 따라 분석을 진행하였다. 샘플로는 인간에서 채취한 혈액을 사용하였으며, 혈액에서 응집소가 제거된 혈장(plasma)을 이용하여 실험을 진행하였다. The concentration of the chaotropic solvent was analyzed as described above using the enzyme immunoassay kit (Cusabio, Catalog no. CSB-E08299h) of amyloid beta 40. As a sample, blood collected from humans was used, and experiments were performed using plasma from which agglomerates were removed from blood.

카오트로픽 용제의 농도에 따른 베타아밀로이드 40의 검출량을 확인해 본 결과, 카오트로픽 용제를 사용한 경우 모두 베타아밀로이드 40의 검출량이 증가하였으나, 그 중에서도 칼륨티오시안산염 염산을 2~3M 사용하였을 때와 구아니딘염산을 6M 사용하였을 때 베타아밀로이드 40의 검출량이 증가함을 확인할 수 있었다(도 21).As a result of confirming the detection amount of beta amyloid 40 according to the concentration of chaotropic solvent, the detection amount of beta amyloid 40 was increased in all cases of using chaotropic solvent. When 6M was used, it could be confirmed that the detection amount of beta amyloid 40 was increased (FIG. 21).

실시예Example 9:  9: 카오트로픽Chaotropic 용제에 따른 알츠하이머 발명  Alzheimer's invention according to solvent 표지인자의Of cover factor 폴리아크릴아마이드Polyacrylamide 겔 영동법을 이용한 분석 Analysis using gel electrophoresis

CAST GEL은 알츠하이머 발병 표지인자의 분자량에 따라 아크릴아마이드 함량을 결정하였다. 베타 아밀로이드 40과 베타밀로이드 42는 약 4kDa, 타우단백질은 동형체 종류에 따라 약 36.8~45.9kDa의 분자량을 참고하여 15% Tris-glycine polyacrylamide gel로 준비하였다. 15% Tris-glycine polyacrylamide gel은 멸균수 2.3㎖, 30% acrylamide mix 5.0㎖, 1.5M Tris buffer(pH 8.8) 2.5㎖, 10% ammonium persulfate 0.1㎖, TEMED 0.004㎖를 혼합하여 제조하였다. stacking gel의 구성성분은 멸균수 2.7㎖, 30% acrylamide mix 0.67㎖, 1.0M Tris buffer(pH 6.8) 0.5㎖, 10% ammonium persulfate 0.04㎖, TEMED 0.004㎖을 혼합하여 제조하였다. gel caster에 준비한 gel solution을 차례대로 넣고 casting시키고, 겔이 굳히는 동안 10X Tris-glycine buffer를 희석해두고 샘플과 단백질 weight standard marker를 준비하였다. 이때 샘플의 희석이 필요할 경우 1X Tris-glycine buffer로 희석하여 준비하였다. 겔 준비가 끝나면 첫 번째 라인에 스탠다드 마커를 두고 다른 라인에 샘플들을 setting 한 후, 20V로 약 10시간 동안 로딩하였다. 그 후 폴리아크릴아마이드 겔에서 stacking gel부분은 잘라서 제거하고 10배 희석한 brilliant blue G solution 50㎖에 담구어 로딩된 단백질을 염색시켰다. 이 때 orbital shaker위에서 50rpm으로 쉐이킹하면서 13시간 동안 염색시키고, 염색이 끝난 후 밴드가 보일 때까지 멸균수로 헹구어 주었다. CAST GEL determined acrylamide content according to the molecular weight of the Alzheimer's disease marker. Beta amyloid 40 and beta amyloid 42 were prepared as 15% Tris-glycine polyacrylamide gel with reference to the molecular weight of about 4kDa and tau protein, depending on the type of isoform, about 36.8 ~ 45.9kDa. 15% Tris-glycine polyacrylamide gel was prepared by mixing 2.3 ml of sterile water, 5.0 ml of 30% acrylamide mix, 2.5 ml of 1.5M Tris buffer (pH 8.8), 0.1 ml of 10% ammonium persulfate, and 0.004 ml of TEMED. The components of the stacking gel were prepared by mixing 2.7 ml of sterile water, 0.67 ml of 30% acrylamide mix, 0.5 ml of 1.0M Tris buffer (pH 6.8), 0.04 ml of 10% ammonium persulfate, and 0.004 ml of TEMED. The gel solution was added to the gel caster in turn, cast, and the sample was diluted with 10X Tris-glycine buffer and the protein weight standard marker was prepared. At this time, if dilution of the sample is necessary, it was prepared by diluting with 1X Tris-glycine buffer. After gel preparation, the standard marker was placed on the first line, the samples were set on the other line, and loaded at 20V for about 10 hours. After that, the stacking gel portion was removed from the polyacrylamide gel, and the loaded protein was stained by dipping in 50 ml of the brilliant blue G solution diluted 10-fold. At this time, the dye was shaken at 50 rpm on an orbital shaker for 13 hours, and rinsed with sterile water until the band was visible after dyeing.

한편, 탄산수소 암모늄(Ammonium bicarbonate, ABC)을 물에 녹여 25mM 수용액을 제조하고, 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate), 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate)을 상기 제조된 25mM 탄산수소 암묘늄(ABC) 수용액에 20M로 용해시켜 모액(Stock solution)을 제조하였다. 이를 이용하여 샘플을 제조하여 이를 전기영동하였다.Meanwhile, 25mM aqueous solution was prepared by dissolving ammonium bicarbonate (ABC) in water, and guanidine hydrocholoride, guanidine thiocyanate, and potassium thiocyanate 25mM prepared above. A stock solution was prepared by dissolving at 20 M in aqueous ammonium carbonate (ABC) solution. Samples were prepared using this and electrophoresed.

혈액blood 10㎕10 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 5㎕5 μl 희석용액
(Tris-glycine buffer)
Dilution solution
(Tris-glycine buffer)
-- 4.75㎕4.75 μl 4.5㎕4.5 μl 4㎕4 μl 3.5㎕3.5 μl 3㎕3 μl 2.5㎕2.5 μl 2㎕2 μl 1㎕1 μl
카오트로픽 용제 (20M)Chaotropic Solvent (20M) -- 0.25㎕0.25 μl 0.5㎕0.5 μl 1㎕1 μl 1.5㎕1.5 μl 2㎕2 μl 2.5㎕2.5 μl 3㎕3 μl 4㎕4 μl 최종농도Final concentration 00 0.50.5 1One 22 33 44 55 66 88

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (11)

(A) 알츠하이머 환자에서 특이적으로 발현이 증가 또는 감소하는 표적 단백질에 대한 항체 또는 앱타머가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 나노 플라즈모닉 센서에 검체로부터 분리된 시료를 접촉시켜 상기 표적 단백질과 상기 항체 또는 앱타머와의 결합을 유도하는 단계; 및
(B) 상기 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(△λ) 분석을 통해 알츠하이머 발병 여부를 확인하는 단계;를 포함하는 알츠하이머 진단 방법으로,
상기 표적 단백질은 상기 항체 또는 앱타머와 결합하기 전 단계에서 카오트로픽 용제가 포함된 용액과 반응시키는 전처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머 진단 방법.
(A) A sample isolated from a sample is contacted with a nanoplasmonic sensor based on gold nanoparticles to which an antibody or aptamer is immobilized to a target protein that specifically increases or decreases expression in an Alzheimer's patient. Inducing binding to the antibody or aptamer; And
A method for diagnosing Alzheimer's disease, comprising: measuring light scattering spectra according to the binding, and determining whether Alzheimer's disease occurs through analysis of the maximum wavelength mobility (Δλ) obtained therefrom,
The target protein Alzheimer's diagnostic method, characterized in that further comprising a pre-treatment step of reacting with a solution containing a chaotropic solvent in the step before binding to the antibody or aptamer.
제1항에 있어서,
상기 시료는 혈액인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
And said sample is blood.
제1항에 있어서,
상기 표적 단백질은 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The target protein is any one or more selected from the group consisting of beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide and tau protein.
제1항에 있어서,
상기 금 나노입자는 고정되어 있는 항체 또는 앱타머의 종류에 따라 형태 및/또는 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The gold nanoparticles are different in shape and / or size depending on the type of antibody or aptamer immobilized.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 카오트로픽 용제는 구아니딘염산(guanidine hydrocholoride), 구아니딘티오시안산염(guanidine thiocyanate) 및 칼륨티오시안산염(potassium thiocyanate)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The chaotropic solvent is guanidine hydrocholoride (guanidine hydrocholoride), guanidine thiocyanate (guanidine thiocyanate) and potassium thiocyanate (potassium thiocyanate) characterized in that any one or more selected from the group consisting of.
제6항에 있어서,
베타 아밀로이드 42의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 5~7M의 구아니딘염산 또는 2~5M의 구아니딘티오시안염인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Chaotropic solvent for the detection of beta amyloid 42 is characterized in that 5 to 7M guanidine hydrochloride or 2 to 5M guanidine thiocyanate.
제 6항에 있어서,
타우 단백질의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 5~7M의 구아니딘염산 또는 4~6 M의 구아니딘티오신안산염인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Chaotropic solvent for the detection of tau protein is characterized in that the 5 to 7M guanidine hydrochloride or 4 to 6M guanidine thiocin ansulfate.
제 6항에 있어서,
베타아밀로이드 40의 검출을 위한 카오트로픽 용제는 1.5~3.5M의 칼륨티오시안산염 염산 또는 5~7M의 구아니딘염산인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Chaotropic solvent for the detection of beta amyloid 40 is characterized in that the 1.5-3.5M potassium thiocyanate hydrochloric acid or 5-7M guanidine hydrochloric acid.
표적 단백질 전처리용 카오트로픽 용제; 및 베타 아밀로이드 40 펩티드, 베타 아밀로이드 42 펩티드 및 타우 단백질로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 표적 단백질의 항체 또는 앱타머가 고정되어 있는 금 나노입자를 포함하는, 알츠하이머 진단용 바이오센서.Chaotropic solvent for target protein pretreatment; And gold nanoparticles to which an antibody or aptamer of at least one target protein selected from the group consisting of beta amyloid 40 peptide, beta amyloid 42 peptide and tau protein is immobilized. 제10항에 있어서,
상기 금 나노입자는 고정되어 있는 항체 또는 앱타머의 종류에 따라 형태 및/또는 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 바이오센서.
The method of claim 10,
The gold nanoparticles are biosensor, characterized in that the shape and / or size is different from each other according to the type of the antibody or aptamer is fixed.
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