KR102032647B1 - 미생물 검출용 구조체, 그의 제조 방법, 및 그 미생물 검출용 구조체를 이용한 미생물 검출 방법 - Google Patents

미생물 검출용 구조체, 그의 제조 방법, 및 그 미생물 검출용 구조체를 이용한 미생물 검출 방법 Download PDF

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Abstract

니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA) 및 산무수물(acid anhydride)을 반응시켜, 제1 화합물을 제조하는 단계, 상기 제1 화합물에 금속 이온을 결합시켜, 제2 화합물을 제조하는 단계, 상기 제2 화합물과 미생물 검출체를 결합시켜, 제3 화합물을 제조하는 단계, 및 박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물 및 상기 제3 화합물을 혼합하여, 상기 제3 화합물의 상기 금속 이온이 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된, 미생물 검출용 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법이 제공된다.

Description

미생물 검출용 구조체, 그의 제조 방법, 및 그 미생물 검출용 구조체를 이용한 미생물 검출 방법{Structure for detection of microorganism, manufacturing method thereof, and method for detecting microorganism using the structure}
본 발명은 미생물 검출용 구조체, 그의 제조 방법, 및 그 미생물 검출용 구조체를 이용한 미생물 검출 방법에 관련된 것으로, 상세하게는, 박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물에 결합된 금속 이온, 상기 금속 이온과 결합된 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), 및 상기 니트릴로트리아세트산에 결합된 미생물 검출체를 포함하는 미생물 검출용 구조체, 그의 제조 방법 및 그 미생물 검출용 구조체를 이용한 미생물 검출 방법에 관련된 것이다.
종래의 미생물 및 균(菌)을 검출하는 방법으로, 선택배지법이 사용되고 있다. 상기 선택배지법은 특정 미생물 및 균을 선택적으로 배양할 수 있는 특정 배지를 이용해, 상기 특정 미생물 및 균을 증식시킨 후에, 증식된 상기 특정 미생물 및 균 중에서 분석하고자 하는 대상을 선별하여 분석하는 방법이다. 하지만, 상기 선택배지법은 상기 미생물 및 균을 검출하는 과정이 복잡하며, 긴 시간이 소요되는 단점이 있다.
이에 따라, 상기 선택배지법의 단점이 보완된, PCR(Polymerase chain reaction)법이 제안되었다. 상기 PCR법은 상기 미생물 및 균의 군집에서 추출한 유전자를 증폭시키는 것을 통해 강한 신호를 유발하여 검출하는 방법이다. 예를 들어, 대한민국특허공개공보 KR 20140071968 A에는, 피험체의 샘플에, 비 박테리아 DNA 서열을 가지는 5' 말단부와, 상기 표적 미생물 DNA 일부에 상보성인 서열을 가지는 3' 말단부로 이루어진, 다수개의 융합 프로브를 첨가하는 단계, 상기 융합 프로브를 샘플 중 미생물 DNA에 혼성화하는 단계, 미생물 DNA의 임의의 미결합 3' 말단부 및 비 혼성화 융합 프로브를 제거하는 단계, 미생물 DNA와 융합 프로브의 3' 말단을 연장하여 이중 가닥의 프라이머 연장된 주형을 형성하는 단계, 융합 프로브의 비 박테리아 서열에 상보성인 비 박테리아 서열을 가지는 정방향 프라이머 1개 이상을 포함하는 프라이머 세트를 사용하여 PCR 방법을 수행함으로써 프라이머 연장된 주형을 증폭하는 단계, 및 증폭된 PCR 생성물을 분석하여 미생물의 존재 또는 부재를 확인하는 단계를 포함하는 PCR에 의한 피험체 내 미생물 감염을 검출하는 방법이 개시되어 있다.
하지만, 상기 PCR법은 PCR primer의 확보가 어려우며, PCR fragment bias 현상으로 인해 비특이적 DNA가 증폭되어 위양성(false positive)으로 판정되는 문제가 있다.
이에 따라, 상기 PCR법의 문제점이 보완된, 항체기반의 면역분석법이 제안되었다. 상기 항체기반의 면역분석법은 상기 미생물 및 균을 항원으로 작용하는 항체를 이용하여 분석하는 방법이다. 그러나, 상기 항체기반의 면역분석법은 목표 항원을 인식할 수 있는 항체가 매우 고가이며, 주변환경에 민감한 단점이 있다.
이에 따라, 저가의 비용으로 단시간 내에 정확하게 상기 미생물 및 균을 검출하는 방법에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저가의 비용으로 단 시간 내에 정확하게 수행되는 미생물 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물에 결합된 금속 이온, 상기 금속 이온과 결합된 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), 및 상기 니트릴로트리아세트산에 결합된 미생물 검출체를 포함하는 미생물 검출용 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 형광 및 라만 산란 특성을 포함하는 미생물 검출용 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 형광 및 라만 산란 특성을 포함하는 미생물 검출용 구조체를 이용해, 형광 및 라만 산란 특성이 미생물 검출 신호로 나타나는 미생물 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 특정 미생물을 선택적으로 검출하는 미생물 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물에 결합된 다당류 고분자를 포함하는 균 검출용 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 형광 및 라만 산란 특성을 포함하는 균 검출용 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 형광 및 라만 산란 특성을 포함하는 균 검출용 구조체를 이용해, 형광 및 라만 산란 특성이 균 검출 신호로 나타나는 균 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 특정 균을 선택적으로 검출하는 미생물 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하기 위한 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 미생물 검출용 구조체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미생물 검출용 구조체의 제조 방법은, 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA) 및 산무수물(acid anhydride)을 반응시켜, 제1 화합물을 제조하는 단계, 상기 제1 화합물에 금속 이온을 결합시켜, 제2 화합물을 제조하는 단계, 상기 제2 화합물과 미생물 검출체를 결합시켜, 제3 화합물을 제조하는 단계, 및 박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물 및 상기 제3 화합물을 혼합하여, 상기 제3 화합물의 상기 금속 이온이 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된, 미생물 검출용 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 화합물을 제조하는 단계는, 상기 니트릴로트리아세트산을 용매에 용해하는 단계, 상기 니트릴로트리아세트산이 용해된 상기 용매에, 상기 산무수물 및 비친핵성(non-nucleophilic)의 염기성 물질을 첨가하고 교반하여, 예비 제1 화합물을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계, 상기 혼합 용액에 과량의 에스터(ester)를 첨가하여, 상기 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물을 침전시키는 단계, 및 침전된 상기 예비 제1 화합물을 세척하고, 동결건조하여, 상기 제1 화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 화합물을 제조하는 단계는, 상기 제1 화합물을 용매 중에 용해하고, 상기 금속 이온을 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 화합물을 제조하는 단계는, 3.7 초과 6.0 미만 범위의 pH에서 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 화합물을 제조하는 단계는, 상기 제2 화합물에 카르보디이미드(carbodiimide)를 포함하는 가교제를 첨가하는 단계, 및 상기 가교제가 첨가된 상기 제2 화합물에 상기 미생물 검출체를 첨가하여 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 화합물에 상기 가교제를 첨가하는 단계는, 상기 가교제 외에, 상기 가교제의 활성화 물질을 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미생물 검출체는, 펩타이드(peptide), DNA 또는 RNA를 포함하는 생체분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 미생물 검출용 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미생물 검출용 구조체는, 박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물, 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된 미생물 검출용 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미생물 검출용 화합물은, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물에 결합된 금속 이온, 상기 금속 이온과 결합된 니트릴로트리아세트산, 및 상기 니트릴로트리아세트산에 결합된 미생물 검출체를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 미생물 검출 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미생물 검출 방법은, 상기 미생물 검출용 구조체의 상기 미생물 검출체에, Escherichia coli, 또는 Salmonella 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 미생물이 결합되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 균 검출 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 균 검출 방법은, 수산기(-OH)를 포함하는 다당류 고분자를 준비하는 단계, 상기 다당류 고분자 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 용매 중에서 혼합하여, 상기 다당류 고분자의 상기 수산기에 의해 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되고, 상기 다당류 고분자 및 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 결합된, 균 검출용 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 균 검출용 구조체의 상기 다당류 고분자에 피검출체가 결합되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 피검출체는 Escherichia coli를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예 1에 따르면, 수산기(-OH)를 포함하는 다당류 고분자를 준비하는 단계, 상기 다당류 고분자 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 용매 중에서 혼합하여, 상기 다당류 고분자의 상기 수산기에 의해 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되고, 상기 다당류 고분자 및 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 결합된, 균 검출용 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 균 검출용 구조체의 상기 다당류 고분자에 피검출체가 결합되는 단계를 포함하는 균 검출 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체가, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것에 따라, 라만 산란 특성을 신호로 감지하여 용이하게 균을 검출하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시 예 1에 따른 미생물 검출용 구조체가, 상기 다당류 고분자를 포함하는 것에 따라, 특정 미생물을 선택적으로 검출하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA) 및 산무수물(acid anhydride)을 반응시켜, 제1 화합물을 제조하는 단계, 상기 제1 화합물에 금속 이온을 결합시켜, 제2 화합물을 제조하는 단계, 상기 제2 화합물과 미생물 검출체를 결합시켜, 제3 화합물을 제조하는 단계, 및 박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물 및 상기 제3 화합물을 혼합하여, 상기 제3 화합물의 상기 금속 이온이 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된, 미생물 검출용 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체가, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것에 따라, 라만 산란 특성을 신호로 감지하여 용이하게 미생물을 검출하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체가, 상기 미생물 검출체를 포함하는 것에 따라, 특정 미생물을 선택적으로 검출하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따른 제1 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 제2 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 2에 따른 제2 화합물의 pH에 따른 특성 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 2에 따른 제3 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 TEM(transmission electron microscope) 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 두께 측정 결과이다.
도 13은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 UV-Vis 흡광도 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 라만 산란 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 2차원 형광 신호 매핑 이미지이다.
도 17은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 흡광도 측정 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해, 균을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20 a)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 광학 이미지이다.
도 20 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균을 라만 분석을 이용해 매핑한 사진이다.
도 21은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 라만 신호 강도를 나타낸 그래프이다.
도 22 a)는 Escherichia coli, Salmonella, 및 Staphylococcus aureus의 광학 이미지(optical image)이다.
도 22 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 라만 매핑이다.
도 23 a) 및 b)는 Escherichia coli의 SEM 사진이다.
도 24 a) 및 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 Escherichia coli의 SEM 사진이다.
도 25는 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 UV-Vis 흡광도 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 라만 산란 그래프이다.
도 27은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법에서, 미생물 검출용 구조체에 결합된 다양한 금속 이온의 도입량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 29는 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해, 미생물을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이다.
도 31은 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이다.
도 32는 본 발명의 실험 예 2-3에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이다.
도 33은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 미생물을 검출한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법 및 균 검출 방법이 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수산기(-OH, 121)를 포함하는 다당류 고분자(120)를 준비할 수 있다(S110). 본 발명의 실시 예 1에 따르면, 상기 다당류 고분자(120)는 덱스트란(dextran)일 수 있다. 상기 다당류 고분자(120)는 상기 수산기(121)를 복수로 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 다당류 고분자(120) 및 복수의 층상 구조 물질이 반응할 경우, 상기 다당류 고분자(120) 및 복수의 층상 구조 물질 사이에 다중 수소 결합(multivalent hydrogen bonding)이 형성되어, 상기 복수의 층상 구조 물질이 단일층으로 박리될 수 있다.
상기 다당류 고분자(120) 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물(transition metal-dichalcogenide, TMD, 110)을 용매 중에서 혼합하여, 상기 다당류 고분자(120)의 상기 수산기(121)에 의해 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 박리되고, 상기 다당류 고분자(120) 및 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 결합된, 균 검출용 구조체(130)를 제조할 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 다당류 고분자(120) 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)을 용매 중에서 혼합하여 혼합 용액을 제조한 후에, 상기 혼합 용액을 초음파 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 용액을 ice bath 상에 배치하고, probe tip sonicator를 이용해 초음파 처리할 수 있다. 상기 혼합 용액을 초음파 처리하는 단계는, 170 W로 6 초 동안 초음파 처리한 후에, 2 초 간격의 pulse를 제공하여 5 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예 1에 따르면, 상기 다당류 고분자(120)의 상기 수산기(121)에 의해, 벌크 상태의 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(bulk TMDs, 110)이 박리되는 단계는, 상술된 바와 같이, 상기 다당류 고분자(120)가 상기 수산기(121)를 복수로 포함하는 것에 따라, 상기 다당류 고분자(120) 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 사이에 다중 수소 결합이 형성되고, 이에 따라, 벌크 상태의 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 단일층으로 박리될 수 있다. 벌크 상태의 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 박리된 이후에, 도 2에 도시된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)에 상기 다당류 고분자(120)가 결합된 구조의 균 검출용 구조체(130)가 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예 1에 따르면 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은, 전이금속 원소로 Mo 및 W를 포함할 수 있고, 디칼코게나이드 원소로 S 및 Se를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예 1에 따른 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은 WS2, WSe2, 및 MoSe2일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 다당류 고분자(120)가 덱스트란인 경우, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체(130)는 dex-WS2, dex-WSe2, 및 dex-MoSe2일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은 반도체 특성을 가질 수 있고, 이에 따라, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은 라만 산란 특성을 가질 수 있다. 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성으로 인해, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)에 결합된 물질을 용이하게 검출할 수 있다.
상기 균 검출용 구조체(130)의 상기 다당류 고분자(120)에 피검출체가 결합될 수 있다(S130). 본 발명의 실시 예 1에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 다당류 고분자(120)의 상기 수산기(121)에 의해, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 박리되고, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)에 상기 다당류 고분자(120)가 결합된 상기 균 검출용 구조체(130)가 제조될 수 있다. 또한, 상기 균 검출용 구조체(130)의 상기 다당류 고분자(120)에, 상기 피검출체가 결합될 있다. 다시 말해, 상기 균 검출용 구조체(130)는, 피검출체에 결합된 상기 다당류 고분자(120), 및 상기 다당류 고분자(120)에 결합된 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성으로 인해, 상기 균 검출용 구조체(130)에 결합된 상기 피검출체를 용이하게 검출할 수 있다. 다시 말해, 상기 다당류 고분자(120)를 매개체로, 상기 피검출체 및 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 연결된 구조를 가지는 것에 따라, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성으로 상기 피검출체를 용이하게 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 균 검출용 구조체(130)에 결합된 상기 피검출체를 라만 분석(Raman analysis)을 이용해 라만 신호 매핑하는 경우, 상기 균 검출용 구조체(130)의 상기 다당류 고분자(120)에 의해, 상기 피검출체에 결합된, 상기 균 검출용 구조체(130)의 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성이 신호로 나타나는 것에 따라, 상기 피검출체가 용이하게 검출될 수 있다.
본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체(130)는, 상기 피검출체를 선택적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 피검출체가 Escherichia coli, Salmonella, 및 Staphylococcus aureus를 포함하는 경우, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체(130)는 Escherichia coli를 선택적으로 검출할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법 및 균 검출 방법이 상세하게 설명되었고, 이하, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법을 응용하여, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법이 설명된다. 본 발명의 실시 예 1을 응용한 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체는, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체 즉, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 및 상기 다당류 고분자(120)가 결합된 구조체, 또는 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따른 제1 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 제2 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예 2에 따른 제2 화합물의 pH에 따른 특성 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시 예 2에 따른 제3 화합물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA, 210) 및 산무수물(acid anhydride, 220)을 반응시켜, 제1 화합물(230)을 제조할 수 있다(S210). 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 제1 화합물(230)을 제조하는 단계는, 상기 니트릴로트리아세트산(210)을 용매에 용해하는 단계, 상기 니트릴로트리아세트산(210)이 용해된 상기 용매에, 상기 산무수물(220) 및 비친핵성(non-nucleophilic)의 염기성 물질을 첨가하고 교반하여, 예비 제1 화합물을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계, 상기 혼합 용액에 과량의 에스터(ester)를 첨가하여, 상기 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물을 침전시키는 단계 및 침전된 상기 예비 제1 화합물을 세척하고, 동결건조하여, 상기 제1 화합물(230)을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 니트릴로트리아세트산(210)은 금속 이온(310)에 대해 친화성을 가지며, 이에 따라, 상기 금속 이온(310)과 용이하게 결합하여 화합물을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 니트릴로트리아세트산(210)에 첨가되는 상기 산무수물(220)은 석신산무수물(succinic anhydride, SA), 프탈산무수물(phthalic anhydride), 또는 말레산 무수물(maleic anhydride) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 비친핵성의 상기 염기성 물질은 N,N-디이소프로필에틸아민(N,N-Diisopropylethylamine, N,N-DIEA), 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene), 또는 1,5-디아자비시클로[4.3.0]논-5-엔(1,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따라, 상기 니트릴로트리아세트산(210)이 용해된 상기 용매에, 상기 산무수물(220) 및 비친핵성의 염기성 물질을 첨가하고 교반하는 경우, 비친핵성의 상기 염기성 물질에 의해, 상기 니트릴로트리아세트산(210)의 양성자(proton)가 제거될 수 있고, 상기 양성자가 제거된 상기 니트릴로트리아세트산(210)의 아미노기(-NH2)가 전자와 결합을 형성하는 것이 용이할 수 있다. 이에 따라, 비친핵성의 상기 염기성 물질에 의해, 상기 니트릴로트리아세트산(210)의 상기 아미노기에 상기 산무수물(220)이 용이하게 결합되어, 상기 예비 제1 화합물을 포함하는 상기 혼합 용액이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 니트릴로트리아세트산(210)이 용해된 상기 용매에, 상기 산무수물(220) 및 비친핵성의 염기성 물질을 첨가하고 교반하는 단계는, 18 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 교반하는 단계 이후에, 과량의 상기 에스터를 첨가할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 에스터는 아세트산에틸(ethyl acetate)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 에스터는 상기 예비 제1 화합물은 용해시키지 않으면서, 상기 예비 제1 화합물 이외의 불순물은 용해시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합 용액에 포함된 상기 예비 제1 화합물을, 상기 혼합 용액에 포함된 상기 예비 제1 화합물 이외의 상기 불순물로부터, 용이하게 분리할 수 있다. 다시 말해, 상기 예비 제1 화합물을 포함하는 상기 혼합 용액에 포함된 상기 예비 제1 화합물 이외의 상기 불순물이, 상기 에스터에 용해되되, 상기 혼합 용액에 포함된 상기 예비 제1 화합물은 상기 에스터에 용해되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 예비 제1 화합물을 제외하고, 상기 불순물이 용해된 상기 혼합 용액의 액상 물질을 제거하여, 침전된 상기 예비 제1 화합물을 용이하게 분리할 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물 및 불순물을 분리하는 단계는 총 3 회에 걸쳐 수행될 수 있다. 상기 혼합 용액의 상기 불순물과 분리된 상기 예비 제1 화합물을 세척하고, 동결건조하여 본 발명의 실시 예 2에 따른 상기 제1 화합물(230)을 제조할 수 있다. 상기 동결건조하는 단계를 통해, 상기 예비 제1 화합물에 잔류된 상기 불순물을 제거하여, 본 발명의 실시 예 2에 따른 상기 제1 화합물(230)이 제조될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 화합물(230)에 금속 이온(310)을 결합시켜, 제2 화합물(320)을 제조할 수 있다(S220). 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 이온(310)은 2가 금속 양이온일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 이온(310)은 Fe2 +, Cu2+, Ni2 +, Co2 +, 또는 Zn2 + 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 금속 이온(310)은 3가 금속 양이온 또는 4가 금속 양이온일 수 있다.
상기 제2 화합물(320)을 제조하는 단계는, 상기 제1 화합물(230)을 용매 중에 용해하고, 상기 금속 이온(310)을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 용매는 증류수일 수 있고, 상기 용매의 양은 11 mM일 수 있다. 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 제2 화합물(320)을 제조하는 단계는, 3.7 초과 6.0 미만 범위의 pH에서 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예 2에 따른 제2 화합물(320)의 pH에 따른 특성 변화를 관찰할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 화합물(320)의 상기 금속 이온(310)이 Cu2 +인 경우, 3.7의 pH에서 상기 제1 화합물에 결합되는 상기 Cu2 +의 몰비(molar ratio) 보다, 5.5의 pH에서 상기 제1 화합물에 결합되는 상기 Cu2 +의 몰비가 더 큰 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 제2 화합물(320)을 제조하는 단계가, 6.0 이상 범위의 pH에서 수행되는 경우, 상기 제1 화합물(230) 및 금속 이온(310)을 포함하는 응집체(aggregate)가 형성될 수 있고, 이에 따라, 상기 제2 화합물(320)을 형성시키는 반응이 불안정해 질 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상술된 바와 같이, 3.7 초과 6.0 미만 범위의 pH에서 상기 제2 화합물(320)을 제조하는 것에 따라, 상기 응집체가 형성되는 것을 방지할 수 있고, 안정된 반응으로 상기 제2 화합물(320)을 제조할 수 있다.
S210 단계에서 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 니트릴로트리아세트산(210)은 상기 금속 이온(310)에 대해 친화성을 가지며, 이에 따라, 상기 제1 화합물(230)의 상기 니트릴로트리아세트산(210)이 상기 금속 이온(310)과 용이하게 결합되어, 상기 제2 화합물(320)을 제조할 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 제2 화합물(320)과 미생물 검출체(410)를 결합시켜, 제3 화합물(420)을 제조할 수 있다(S230). 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 제3 화합물(420)을 제조하는 단계는, 상기 제2 화합물(320)에 카르보디이미드(carbodiimide)를 포함하는 가교제를 첨가하는 단계, 및 상기 가교제가 첨가된 상기 제2 화합물(320)에 상기 미생물 검출체(410)를 첨가하여 교반하는 단계를 포함할 수 있다. S220 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 제1 화합물(230)을 용매 중에 용해하고, 상기 금속 이온(310)을 첨가하여, 상기 제2 화합물(320)을 제조하는 것에 따라, 상기 제3 화합물(420)을 제조하는 단계의 상기 제2 화합물(320)은 용액 상태로 존재할 수 있고, 또한, 상술된 바와 같이, 상기 용액의 pH는 3.7 초과 6.0 미만 범위일 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 용액 상태의 상기 제2 화합물(320)에 상기 카르보디이미드를 포함하는 상기 가교제를 첨가할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 상기 카르보디이미드를 포함하는 상기 가교제는, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, EDC), 디시클로헥실카르보디이미드(Dicyclohexylcarbodiimide), 또는 N,N'-다이아이소프로필카르보디이미드(N,N'-Diisopropylcarbodiimide) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 가교제의 상기 카르보디이미드는 카르복시기(-COOH) 및 아미노기를 공액(conjugation)시키는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 가교제의 상기 카르보디이미드에 의해, 상기 카르복시기가 활성화되어, O-아실이소우레아 중간체(O-acylisourea intermediate)가 생성되고, 상기 미생물 검출체(410)의 아민과 반응을 일으킬 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 화합물(320)에 상기 카르보디이미드를 포함하는 상기 가교제가 결합된 구조체의 상기 가교제의 자리에, 상기 미생물 검출체(410)가 치환되어 본 발명의 실시 예에 따른 제3 화합물(420)을 제조할 수 있다. 즉, 상기 가교제를 상기 제2 화합물(320)에 첨가하는 것에 따라, 상기 제2 화합물(320) 및 상기 미생물 검출체(410)가 결합되는 것이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 제2 화합물(320)에 상기 가교제를 첨가하는 단계는, 상기 가교제 외에, 상기 가교제의 활성화 물질을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 가교제의 상기 활성화 물질은 N-히드록시숙신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS) 또는 술포-N-히드록시숙신이미드(sulfo-N-hydroxysuccinimide, sulfo-NHS) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 가교제의 상기 활성화 물질은, 상기 카르보디이미드를 포함하는 상기 가교제를 안정적으로 활성화시키는 역할을 할 수 있다. 다시 말해, 상기 활성화 물질에 의해, 상기 가교제의 상기 카르보디이미드가 상기 카르복시기 및 아미노기를 공액시키는 것이 안정적으로 활성화될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 카르보디이미드에 의해, 상기 카르복시기가 활성화되어, 상기 O-아실이소우레아 중간체가 생성되는 단계에서, 본 발명의 실시 예 2에 따른 상기 활성화 물질을 첨가하는 경우, 상기 활성화 물질에 의해, 상기 O-아실이소우레아 중간체 보다 안정한 N-히드록시숙신이미드 에스터(NHS ester)가 생성될 수 있다. 이에 따라, 상기 가교제를 단독으로 상기 제2 화합물(320)에 첨가하는 경우보다, 상기 가교제를 첨가한 후에, 상기 가교제의 상기 활성화 물질을 첨가하는 경우에, 상기 제2 화합물(320) 및 상기 미생물 검출체(410)가 용이하게 결합될 수 있다. 본 발명의 실시 예 2에 따르면 상기 가교제의 상기 활성화 물질을 첨가하는 단계는, 상기 가교제를 첨가한 이후에, 상기 활성화 물질을 첨가하는 일련의 과정으로 수행될 수 있는데, 상기 일련의 과정으로 수행되는 것에 따라, 상기 N-히드록시숙신이미드 에스터가 형성될 수 있고, 이에 따라, 상기 가교제의 상기 카르보디이미드가 상기 카르복시기 및 아미노기를 공액시키는 것이 안정적으로 활성화되어, 상기 제2 화합물(320) 및 상기 미생물 검출체(410)가 용이하게 결합될 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 미생물 검출체(410)는, 펩타이드(peptide), DNA 또는 RNA를 포함하는 생체분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 및 상기 제3 화합물(420)을 혼합하여, 상기 제3 화합물(420)의 상기 금속 이온(310)이 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)과 결합된, 미생물 검출용 구조체(510)를 제조할 수 있다(S240). 본 발명의 실시 예 2에 따르면, S110 및 S120 단계에서 상술된 바와 같이, 수산기(121)를 포함하는 다당류 고분자(120)를 준비하고, 상기 다당류 고분자(120) 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)을 용매 중에서 혼합하여, 상기 다당류 고분자(120)의 상기 수산기(121)에 의해 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)이 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 및 상기 제3 화합물(420)을 혼합하는 단계는, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)을 용매에 첨가하여 혼합 용액을 제조한 후에, 상기 혼합 용액에 상기 제3 화합물(420)을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 혼합 용액에 상기 제3 화합물(420)이 첨가된 이후에 교반되는 것에 따라, 상기 제3 화합물(420)의 상기 금속 이온(310)이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)과 결합된, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체(510)를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상술된 바와 같이 예를 들어, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은, 상기 전이금속 원소로 Mo 및 W를 포함할 수 있고, 상기 디칼코게나이드 원소로 S 및 Se를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예 2에 따른 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)은 WS2, WSe2, 및 MoSe2일 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 금속 이온(310)은 Fe2 +, Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, 또는 Zn2 + 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 금속 이온(310)이 Cu2 +인 경우, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체(510)는 WS2-Cu-AA, WSe2-Cu-AA, 및 MoSe2-Cu-AA 일 수 있다. 상기 미생물 검출용 구조체(510)의 상기 "AA"는, 상기 미생물 검출용 구조체(510)의 상기 미생물 검출체(410)이고, 본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 "AA"는 펩타이드(peptide), DNA 또는 RNA를 포함하는 생체분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체(510)의 제조 방법을 이용해, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체(510)가 제조될 수 있다. 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체(510)는, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110), 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)과 결합된 미생물 검출용 화합물을 포함하되, 상기 미생물 검출용 화합물은, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)에 결합된 상기 금속 이온(310), 상기 금속 이온(310)과 결합된 상기 니트릴로트리아세트산(210), 및 상기 니트릴로트리아세트산(210)에 결합된 상기 미생물 검출체(410)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상술된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성으로 인해, 상기 미생물 검출용 구조체(510)에 결합된 상기 미생물을 용이하게 검출할 수 있다. 다시 말해, 상기 금속 이온(310) 및 니트릴로트리아세트산(210)을 매개체로, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110) 및 상기 미생물 검출체(410)가 연결된 구조를 가질 수 있다(즉, TMD-금속 이온-NTA-미생물 검출체가 연결된 구조). 이에 따라, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성을 이용해, 상기 미생물 검출체(410)에 선택적으로 결합되는 상기 미생물을 용이하게 검출할 수 있다(즉, TMD-금속 이온-NTA-미생물 검출체가 연결된 구조를 포함하는 상기 미생물 검출용 구조체의 상기 미생물 검출체에 상기 미생물이 선택적으로 결합됨). 예를 들어, 상기 미생물 검출용 구조체(510)의 상기 미생물 검출체(410)에 상기 미생물이 결합된 상태에서, 라만 분석을 이용해 라만 신호 매핑하는 경우, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물(110)의 라만 산란 특성이 신호로 나타나는 것에 따라, 상기 미생물이 용이하게 검출될 수 있다.
본 발명의 실시 예 2에 따르면, 상기 미생물 검출용 구조체(510)의 상기 미생물 검출체(410)에 Escherichia coli, 또는 Salmonella 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 미생물이 결합되어, 검출될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법 및 미생물 검출 방법이 상세하게 설명되었고, 이하, 상술된 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법
수산기를 포함하는 다당류 고분자로 덱스트란을 준비하였다.
전이금속-디칼코게나이드 화합물로 WS2를 준비하였다.
증류수에, 상기 덱스트란 및 WS2를 첨가하고, 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다.
상기 혼합 용액을 ice bath 상에 배치하고, probe tip sonicator를 이용해, 170 W로 6 초 동안 초음파 처리한 후에, 2 초 간격의 pulse를 제공하여 5 시간 동안 초음파 처리하여, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체(dex-WS2)를 제조하였다.
실험 예 1-2에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법
상술된 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 균 검출용 구조체를 제조하되, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물로 WSe2를 준비하여, 본 발명의 실험 예 1-2에 따른 균 검출용 구조체(dex-WSe2)를 제조하였다.
실험 예 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법
상술된 실험 예 1-1과 동일한 방법으로 균 검출용 구조체를 제조하되, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물로 MoSe2를 준비하여, 본 발명의 실험 예 1-3에 따른 균 검출용 구조체(dex-MoSe2)를 제조하였다.
본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 실험 예는 하기 [표 1]과 같이 정리될 수 있다.
균 검출용 구조체
실험 예 1-1 dex-WS2
실험 예 1-2 dex-WSe2
실험 예 1-3 dex-MoSe2
도 10은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사진이고, 도 11은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 TEM(transmission electron microscope) 사진이고, 도 12는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 두께 측정 결과이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법에 따라, 수산기를 포함하는 다당류 고분자 즉, 덱스트란 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 용매 중에서 혼합하는 경우에, 상기 덱스트란에 의해 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되어, 상기 덱스트란을 혼합하기 전 무색의 상기 용매가, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것에 따라, 암색(暗色)으로 변화한 것을 확인할 수 있다. 반면에, 도 10을 통해, 상기 덱스트란 이외의 물질을 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 박리하기 위해 혼합하는 경우, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되지 않거나, 또는 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되는 경우에도 그 정도가 미약한 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 박리하기 위해, 글루코스(glucose) 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 상기 용매 중에서 혼합하는 경우, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되지 않아, 상기 용매가 무색으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG) 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 상기 용매 중에서 혼합하는 경우, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되는 정도가 미약한 것에 따라, 상기 용매의 색 변화가 미약한 것을 확인할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 크기 및 분포를 관찰할 수 있고, 도 12를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 두께를 관찰할 수 있다. 도 11 및 도 12를 통해, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체는, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법에 따라 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되어 단층으로 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 UV-Vis 흡광도 그래프이고, 도 14는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 라만 산란 그래프이고, 도 15는 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체는, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것에 따라, 벌크 상태의 전이금속-디칼코게나이드 화합물과는 달리, 박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 광학 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체는, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것에 따라, 박리되기 전 상기 벌크 상태의 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 광학 특성은 사라지고, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 광학 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체의 2차원 형광 신호 매핑 이미지이다.
도 16을 참조하면, 532 nm의 레이저를 이용해 상기 2차원 형광 신호 매핑을 수행하였고, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3에 따른 균 검출용 구조체가, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되어, 단층으로 형성된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 FT-IR 스펙트럼이고, 도 18은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 흡광도 측정 그래프이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란의 결합 특성을 확인할 수 있다. 도 17의 상기 FT-IR 스펙트럼에서, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란이 결합하기 전에, 1004 cm-1에서 관찰되는 투과도가, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란이 결합한 이후에, 상기 투과도가 1021 cm-1로 이동(shift)된 것을 통해, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란이 결합되어, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체가 제조된 것을 알 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란의 결합 안정성을 확인할 수 있다. 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란의 결합 안정성을 확인하기 위해서, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 덱스트란이 결합된, 본 발명의 실험 예1-1에 따른 구조체에, 원심분리하는 단계 및 분산시키는 단계를 반복 수행하여, 본 발명의 실험 예1-1에 따른 구조체의 흡광 변화를 관찰하였다. 도 18의 상기 그래프에서, 본 발명의 실험 예1-1에 따른 구조체를 원심분리하는 단계 및 분산시키는 단계를 반복 수행하여도, 흡광 특성에 변화가 없는 것을 통해, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 결합이 안정적으로 형성된 것을 알 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해, 균을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 상술된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성으로 인해, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체에 결합된 상기 균을 용이하게 검출할 수 있다. 다시 말해, 상기 덱스트란을 매개체로, 상기 균 및 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 연결된 구조를 가지는 것에 따라, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성으로 상기 균을 검출할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체에 결합된 상기 균을 라만 분석을 이용해 라만 신호 매핑하는 경우, 상기 균에 결합된 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성이 신호로 나타나는 것에 따라, 상기 균이 용이하게 검출될 수 있다.
도 20 a)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 광학 이미지이고, 도 20 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균을 라만 분석을 이용해 매핑한 사진이고, 도 21은 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 라만 신호 강도를 나타낸 그래프이다.
도 20 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 3 종의 상기 균의 검출에 이용한 것을 확인할 수 있다. 3 종의 상기 균은, Escherichia coli, Salmonella, 및 Staphylococcus aureus를 포함한다. 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 3종의 상기 균의 검출에 이용한 경우, 도 20 b)에서 도시된 바와 같이, 상기 Escherichia coli에 결합된 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체가 라만 산란 신호를 나타내는 것에 따라, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체는 상기 Escherichia coli를 선택적으로 검출하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 21을 참조하면, 3 종의 상기 균 중에서, 상기 Escherichia coli에 결합된 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체의 라만 신호 강도가 가장 큰 것에 따라, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체가 상기 Escherichia coli를 선택적으로 검출하는 것을 확인할 수 있다.
도 22 a)는 Escherichia coli, Salmonella, 및 Staphylococcus aureus의 광학 이미지(optical image)이고, 도 22 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 균의 라만 매핑이다.
도 22 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체는 단수의 균을 검출하는 것도 가능한 것을 확인할 수 있다. 특히, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체는, 상기 Escherichia coli를 선택적으로 검출할 수 있고, 단수의 상기 Escherichia coli도 선택적으로 검출하는 것을 확인할 수 있다.
도 23 a) 및 b)는 Escherichia coli의 SEM 사진이고, 도 24 a) 및 b)는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체를 이용해 검출된 Escherichia coli의 SEM 사진이다.
도 23 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체와 결합되기 전 상기 Escherichia coli의 표면은, 요철 없이 깨끗한 표면을 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면에 도 24 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체와 결합된 상기 Escherichia coli의 표면은, 상기 Escherichia coli 및 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 균 검출용 구조체가 결합 된 것에 따라, 상기 Escherichia coli의 표면이 요철 형상을 나타내는 것을 관찰할 수 있다.
이상, 상술된 본 발명의 실시 예 1에 따른 균 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 구체적인 실험 예가, 본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-3을 통해 상세히 설명되었다. 이하, 상술된 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법
다이메틸설폭시화물(dimethyl sulfoxide)이 담긴 플라스크(flask)에, 니트릴로트리아세트산(NTA)을 넣고, 용해시켜 제1 혼합 용액을 제조하였다.
산무수물로 석신산무수물(SA)을 준비하고, 비친핵성의 염기성 물질로 N,N-디이소프로필에틸아민(N,N-DIEA)을 준비하였다.
상기 제1 혼합 용액에 상기 석신산무수물 및 N,N-디이소프로필에틸아민을 첨가하고, 상온에서 18 시간 동안 교반하여, 예비 제1 화합물을 포함하는 제2 혼합 용액을 제조하였다.
상기 예비 제1 화합물을 포함하는 상기 제2 혼합 용액에 과량의 아세트산에틸을 첨가하여, 상기 제2 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물을 침전시키고, 불순물을 분리하였다.
상기 제2 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물 및 불순물을 분리하는 단계는 총 3 회에 걸쳐 수행되었다.
침전된 상기 예비 제1 화합물을 세척하고, 동결건조하여, 상기 제2 혼합 용액의 상기 니트릴로트리아세트산 및 석신산무수물이 결합된, 제1 화합물(NTA-SA)을 제조하였다.
금속 이온으로 Cu2+를 준비하였다.
상기 제1 화합물을 증류수에 용해시킨 후에, 상기 Cu2 +를 넣어 제3 혼합 용액을 제조하였다.
상기 제3 혼합 용액의 pH를 5.5로 유지하고, 1 시간 동안 상온에서 교반하여, 상기 제3 혼합 용액의 상기 Cu2 + 및 상기 제1 화합물의 상기 니트릴로트리아세트산이 결합된, 제2 화합물(Cu-NTA)을 제조하였다.
용액 상태의 상기 제2 화합물의 pH를 5.5로 유지하고, 상기 제2 화합물에 카르보디이미드를 포함하는 가교제로 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC)를 첨가하고, 상기 가교제의 활성화 물질로 N-히드록시숙신이미드(NHS)를 첨가하여, 30 분 동안 교반하여 제4 혼합 용액을 제조하였다.
미생물 검출체로 트리펩티드(tripeptide, AA)를 준비하였다.
상기 제4 혼합 용액에 상기 트리펩티드를 첨가하여, 상기 제2 화합물의 상기 Cu2+ 및 상기 제4 혼합 용액의 상기 트리펩티드가 결합된, 제3 화합물(Cu-AA)을 제조하였다.
박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물(TMD)로 WS2를 준비하였다.
증류수에 상기 WS2 및 상기 제3 화합물을 첨가하고, 상온에서 24 시간 동안 교반하여 제5 혼합 용액을 제조하였다.
상기 제5 혼합 용액을 원심분리하여, 상기 제5 혼합 용액의 상기 WS2 및 상기 제3 화합물의 상기 Cu2 +가 결합된, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체(WS2-Cu-AA)를 제조하였다.
실험 예 2-2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법
상술된 실험 예 2-1과 동일한 방법으로 미생물 검출용 구조체를 제조하되, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물로 WSe2를 준비하였다.
증류수에 상기 WSe2 및 상기 제3 화합물을 첨가하고, 60 ℃에서 4 시간 동안 교반하여 제6 혼합 용액을 제조하였다.
상기 제6 혼합 용액을 원심분리하여, 상기 제6 혼합 용액의 상기 WSe2 및 상기 제3 화합물의 상기 Cu2 +가 결합된, 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 미생물 검출용 구조체(WSe2-Cu-AA)를 제조하였다.
실험 예 2-3에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법
상술된 실험 예 2-1과 동일한 방법으로 미생물 검출용 구조체를 제조하되, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물로 MoSe2를 준비하였다.
증류수에 상기 MoSe2 및 상기 제3 화합물을 첨가하고, 60 ℃에서 4 시간 동안 교반하여 제7 혼합 용액을 제조하였다.
상기 제7 혼합 용액을 원심분리하여, 상기 제7 혼합 용액의 상기 MoSe2 및 상기 제3 화합물의 상기 Cu2 +가 결합된, 본 발명의 실험 예 2-3에 따른 미생물 검출용 구조체(MoSe2-Cu-AA)를 제조하였다.
본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 실험 예는 하기 [표 2]과 같이 정리될 수 있다.
미생물 검출용 구조체
실험 예 2-1 WS2-Cu-AA
실험 예 2-2 WSe2-Cu-AA
실험 예 2-3 MoSe2-Cu-AA
도 25는 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 UV-Vis 흡광도 그래프이고, 도 26은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 라만 산란 그래프이고, 도 27은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가, 트리펩티드 중 하나인 CHC를 포함하는 경우, 박리된 WS2의 흡광 강도와 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 흡광 강도가 유사한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 26을 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가, 상기 CHC를 포함하는 경우, 박리된 상기 WS2의 라만 신호 강도와 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 라만 신호 강도가 유사한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 상기 CHC를 포함하는 경우에도, 박리된 상기 WS2의 흡광 강도 및 라만 신호 강도 특성을 유지하는 것을 알 수 있다.
반면에, 도 27을 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가, 상기 CHC를 포함하는 경우, 박리된 상기 WS2의 형광 강도에 비해 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체의 형광 강도가 매우 낮은 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 상기 CHC를 포함하는 경우에는, 박리된 상기 WS2의 형광 특성이 사라진다는 것을 알 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법에서, 미생물 검출용 구조체에 결합된 다양한 금속 이온의 도입량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법을 이용해, 다양한 금속 이온이 결합된 미생물 검출용 구조체를 제조하였고, 제조된 미생물 검출용 구조체에 ICP 정량 분석을 수행하였다. 다양한 상기 금속 이온으로, Fe2 +, Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, 및 Zn2 +를 포함하는 2가 금속 양이온을 이용하였다. 상기 ICP 정량 분석을 통해, WS2에 결합된 상기 금속 이온의 비율을 계산함으로써, 다양한 상기 금속 이온 및 WS2의 결합 정도를 예측하였다. 도 28에 도시된 바와 같이, Fe2 +, Cu2 +, Ni2 +, Co2 +, 및 Zn2 +를 포함하는 다양한 상기 금속 이온이 이용되어, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체가 제조될 수 있으며, Cu2 +가 첨가된 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체를 제조하는 경우에, 상기 Cu2 +를 포함하는 제2 화합물의 농도는 약 20 %인 것을 확인할 수 있다.
도 29는 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해, 미생물을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29를 참조하면, 상술된 바와 같이, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성으로 인해, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체에 결합된 상기 미생물을 용이하게 검출할 수 있다. 다시 말해, 상기 금속 이온 및 니트릴로트리아세트산을 매개체로, 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물 및 상기 미생물 검출체가 연결된 구조를 가질 수 있다(즉, TMD-금속 이온-NTA-미생물 검출체가 연결된 구조). 이에 따라, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성을 이용해, 상기 미생물 검출체에 선택적으로 결합되는 상기 미생물을 검출할 수 있다(즉, TMD-금속 이온-NTA-미생물 검출체가 연결된 구조를 포함하는 상기 미생물 검출용 구조체의 상기 미생물 검출체에 상기 미생물이 선택적으로 결합됨). 예를 들어, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 상기 미생물 검출체에 상기 미생물이 결합된 상태에서, 라만 분석을 이용해 라만 신호 매핑하는 경우, 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물의 라만 산란 특성이 신호로 나타나는 것에 따라, 상기 미생물이 용이하게 검출될 수 있다.
도 30은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이고, 도 31은 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이고, 도 32는 본 발명의 실험 예 2-3에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 검출된 미생물의 2차원 매핑 분석표이다.
도 30 내지 도 32를 참조하면, 상기 2차원 매핑 분석표에서 적색에 해당할수록, 상기 미생물이 강하게 결합되어 라만 신호를 나타내는 것을 알 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체는, Escherichia coli 및 Salmonella에 강하게 결합되어, 상기 2차원 매핑 분석표가 적색으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도 31에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 미생물 검출용 구조체는, Escherichia coli에 강하게 결합되고, Salmonella와도 결합하며, 미약하게 Staphylococcus aureus와도 결합하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 32에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험 예 2-3에 따른 미생물 검출용 구조체도, Escherichia coli에 결합되고, 미약하게 Salmonella 및 Staphylococcus aureus와도 결합하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 트리펩티드 중 하나인 HAH를 포함하는 경우, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 Escherichia coli에 선택적으로 결합하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 트리펩티드 중 하나인 CHC를 포함하는 경우, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 Salmonella에 선택적으로 결합하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 다양한 트리펩티드가 결합된 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용하여 특정 미생물을 선택적으로 검출 가능한 것을 알 수 있다.
도 33은 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체를 이용해 미생물을 검출한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 33을 참조하면, 다양한 트리펩티드의 종류에 따라, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체에 결합되는 결합력이 가장 강한 상기 미생물을 기준으로 노말라이즈(normalize)하여, 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체에 결합되는 결합력이 그 다음으로 강한 상기 미생물과의 차이를 Max-Mid로 표현하였다. 도 33을 통해, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 상기 HAH를 포함하는 경우, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 Escherichia coli에 선택적으로 결합하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 상기 CHC를 포함하는 경우, 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 미생물 검출용 구조체가 Salmonella에 선택적으로 결합하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 다양한 트리펩티드가 결합된 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체는, 특정 미생물을 선택적으로 검출하는 데 이용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상, 상술된 본 발명의 실시 예 2에 따른 미생물 검출용 구조체의 제조 방법에 대한 구체적인 실험 예가, 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-3을 통해 상세히 설명되었다. 본 발명을 바람직한 실시 예 및 실험 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 전이금속-디칼코게나이드 화합물(transition metal-dichalcogenide, TMD)
120: 다당류 고분자
121: 수산기(-OH)
130: 균 검출용 구조체
210: 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA)
220: 산무수물(acid anhydride)
230: 제1 화합물
310: 금속 이온
320: 제2 화합물
410: 미생물 검출체
420; 제3 화합물
510: 미생물 검출용 구조체

Claims (11)

  1. 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA) 및 산무수물(acid anhydride)을 반응시켜, 제1 화합물을 제조하는 단계;
    상기 제1 화합물에 금속 이온을 결합시켜, 제2 화합물을 제조하는 단계;
    상기 제2 화합물과 미생물 검출체를 결합시켜, 제3 화합물을 제조하는 단계; 및
    박리된 전이금속-디칼코게나이드(transition metal-dichalcogenide, TMD) 화합물 및 상기 제3 화합물을 혼합하여, 상기 제3 화합물의 상기 금속 이온이 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된, 미생물 검출용 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 화합물을 제조하는 단계는,
    상기 니트릴로트리아세트산을 용매에 용해하는 단계;
    상기 니트릴로트리아세트산이 용해된 상기 용매에, 상기 산무수물 및 비친핵성(non-nucleophilic)의 염기성 물질을 첨가하고 교반하여, 예비 제1 화합물을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계;
    상기 혼합 용액에 과량의 에스터(ester)를 첨가하여, 상기 혼합 용액의 상기 예비 제1 화합물을 침전시키는 단계; 및
    침전된 상기 예비 제1 화합물을 세척하고, 동결건조하여, 상기 제1 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 화합물을 제조하는 단계는,
    상기 제1 화합물을 용매 중에 용해하고, 상기 금속 이온을 첨가하는 것을 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 화합물을 제조하는 단계는,
    3.7 초과 6.0 미만 범위의 pH에서 수행되는 것을 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 화합물을 제조하는 단계는,
    상기 제2 화합물에 카르보디이미드(carbodiimide)를 포함하는 가교제를 첨가하는 단계; 및
    상기 가교제가 첨가된 상기 제2 화합물에 상기 미생물 검출체를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 화합물에 상기 가교제를 첨가하는 단계는,
    상기 가교제 외에, 상기 가교제의 활성화 물질을 첨가하는 것을 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 미생물 검출체는, 펩타이드(peptide), DNA 또는 RNA를 포함하는 생체분자 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 미생물 검출용 구조체의 제조 방법.
  8. 박리된 전이금속-디칼코게나이드 화합물; 및
    상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물과 결합된 미생물 검출용 화합물을 포함하되,
    상기 미생물 검출용 화합물은,
    상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물에 결합된 금속 이온;
    상기 금속 이온과 결합된 니트릴로트리아세트산; 및
    상기 니트릴로트리아세트산에 결합된 미생물 검출체를 포함하는 미생물 검출용 구조체.
  9. 제8 항에 따른 상기 미생물 검출용 구조체의 상기 미생물 검출체에, 미생물이 결합되는지 여부에 따라서, 미생물의 검출 여부를 판단하되,
    상기 미생물은, Escherichia coli, 또는 Salmonella 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 미생물 검출 방법.
  10. 수산기(-OH)를 포함하는 다당류 고분자를 준비하는 단계;
    상기 다당류 고분자 및 전이금속-디칼코게나이드 화합물을 용매 중에서 혼합하여, 상기 다당류 고분자의 상기 수산기에 의해 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 박리되고, 상기 다당류 고분자 및 박리된 상기 전이금속-디칼코게나이드 화합물이 결합된, 균 검출용 구조체를 제조하는 단계; 및
    상기 균 검출용 구조체의 상기 다당류 고분자에 피검출체가 결합되는 단계를 포함하는 균 검출 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 피검출체는 Escherichia coli를 포함하는 균 검출 방법.
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