KR102043622B1 - Lateral Flow Assay-based Biosensors Using Surface Modified Gold Nanoparticles - Google Patents

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Abstract

본 개시 내용의 구체예에 따르면, 금 나노입자의 표면을 머캅토운데칸산(mercaptoundecanoic acid; MUA) 또는 L-라이신(L-lysine) 단분자로 개질시켜 항원에 대한 강화된 면역 반응을 유도함으로써 항원에 대한 정량적 및/또는 정성적 감도(sensitivity)를 개선시킨 측방유동 분석-기반의 바이오센서, 그리고 이를 이용한 B형 간염 센서의 검출 방법이 기재된다.According to an embodiment of the present disclosure, the surface of the gold nanoparticles is modified with mercaptoundecanoic acid (MUA) or L-lysine single molecule to induce an enhanced immune response to the antigen. A lateral flow assay-based biosensor with improved quantitative and / or qualitative sensitivity to and a hepatitis B sensor using the same are described.

Description

표면 개질된 금 나노입자를 이용한 측방유동 분석-기반 바이오센서{Lateral Flow Assay-based Biosensors Using Surface Modified Gold Nanoparticles}Lateral Flow Assay-based Biosensors Using Surface Modified Gold Nanoparticles

본 개시 내용은 표면 개질에 의하여 기능화된 금 나노입자를 이용한 측방유동 분석-기반 바이오센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 금 나노입자를 머캅토운데칸산(mercaptoundecanoic acid; MUA) 또는 L-라이신(L-lysine)으로 표면 개질시킴으로써 정량적 및/또는 정성적 감도(sensitivity)를 개선시킨 측방유동 분석-기반의 바이오센서, 그리고 이를 이용한 B형 간염 바이러스의 검출(진단) 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to lateral flow analysis-based biosensors using gold nanoparticles functionalized by surface modification. More specifically, the present disclosure discloses lateral flow that improves quantitative and / or qualitative sensitivity by surface modifying gold nanoparticles with mercaptoundecanoic acid (MUA) or L-lysine. An analysis-based biosensor and a method for detecting (diagnosing) hepatitis B virus using the same.

질병 진단용 디바이스 분야에서는 신속하고 간단하게 측정할 수 있는 기능을 요구하고 있다. 현재, 대표적으로 활용되고 있는 질병 검출 방법으로 면역분석법(immunoassay)-기반 기술이 널리 활용되고 있는 바, 항체를 사용하여 진단하고자 하는 샘플을 항원과 항체 간의 반응을 통하여 질병을 검출하는 방법이다. 면역분석-기반의 방법으로서, 항원과 항체 간의 결합을 효소 반응에 의하여 나타내는 색을 이용하여 분석하는 효소면역 측정법(enzyme-linked immunosorbent assay), 방사성 동위원소의 항체와 항원의 반응을 사용하여 질병을 진단하는 방사면역측정법(radioimmunoassay), 항체와 항원의 반응을 화학발광을 통하여 분석하는 화학발광 면역분석법(chemiluminescence immunoassay) 등이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법들은 통상적으로 분석 시간이 길고 고가의 장비와 전문 인력이 필요한 단점을 갖고 있다.In the field of disease diagnosis devices, there is a demand for a function that can be quickly and simply measured. Currently, immunoassay-based technology is widely used as a disease detection method, which is a representative method of detecting diseases through a reaction between an antigen and an antibody. As an immunoassay-based method, an enzyme-linked immunosorbent assay, which analyzes the binding between an antigen and an antibody using a color indicated by an enzymatic reaction, uses a radioisotope antibody to react with the antigen. Diagnosing radioimmunoassays, chemiluminescence immunoassays for analyzing the reaction of antibodies and antigens through chemiluminescence are known. However, these methods typically have the disadvantage of long analysis time and expensive equipment and specialized personnel.

최근에는 소량의 샘플을 이용하여 검출할 수 있는 현장진료 기기(point of care; POC) 관련 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있는 바, 이러한 POC 테스트는 현재 각종 병원, 연구기관 등에서 널리 적용되고 있다. POC 테스트를 수행하기 위하여 다양한 종류의 디바이스를 기반으로 제품화가 이루어지고 있다. Recently, research on a point of care (POC) related technology that can be detected using a small amount of samples has been actively conducted. Such POC testing is widely applied in various hospitals and research institutes. In order to perform the POC test, commercialization is being made based on various kinds of devices.

현재, 바이오센싱 및 POC 시스템에 적용하는 기술로서, (i) 고분자 기반의 미세유체 디바이스, (ii) 멤브레인 기반의 디바이스 등이 이용되고 있는 바, 상술한 기술은 작은 스케일로 짧은 시간 내에 분석을 수행할 수 있고, 샘플 및 시약(reagent)의 소비량이 적고, 또한 높은 분석 재현성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이때, 분석 또는 검출 가능한 물질은 글루코오스, 콜레스테롤, 단백질, 항원, 효소, 박테리아, 바이러스, 핵산 서열 등이다.Currently, as a technique applied to biosensing and POC systems, (i) a polymer-based microfluidic device, (ii) a membrane-based device, and the like are used, the above-described technique performs analysis in a short time on a small scale. It is known that the consumption of the sample and the reagent is small and the analysis reproducibility is high. At this time, the substance that can be analyzed or detected is glucose, cholesterol, protein, antigen, enzyme, bacteria, virus, nucleic acid sequence and the like.

전술한 분석 테크닉에 있어서, 멤브레인-기반 디바이스의 경우에는 미세다공성 멤브레인의 모세관 작용을 이용하는 것으로, 예를 들면, 이동상 시료 용액에 포함된 검체(analytes)는 다른 화합물로부터 분리되는데, 이는 고정된 고체상에 고정화된 포획 분자(capture molecules)와의 결합 친화도(affinity)에 의존한다. 멤브레인-기반 디바이스는 바이오 물질을 용이하게 고정하고 저렴한 비용으로 바이오 물질을 간편하게 검출할 수 있기 때문에, 여러 연구 및 산업 분야에서 활용되고 있다. 통상적으로 사용하는 멤브레인 타입의 재료로서, 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)가 널리 알려져 있다. 니트로셀룰로오스는 기본적으로 친수성의 다공성(porous) 구조를 가질 것이 요구되는데, 이는 종래의 POCT 또는 신속 진단 키트(rapid kit) 등에서 검체에 대한 흡수 현상을 이용하기 때문이다. 또한, 니트로셀룰로오스는 비교적 저렴한 단가, 모세관 유동 특성, 높은 단백질 결합능, 상대적으로 용이한 조작 등의 장점을 갖고 있다. 이외에도, 나일론 및 PVDF 막을 비롯한 다른 타입의 재료를 사용하려는 시도 역시 이루어진 바 있다.In the analytical technique described above, in the case of membrane-based devices, the capillary action of the microporous membrane is used, for example, the samples contained in the mobile phase sample solution are separated from other compounds, which are fixed phases. It depends on the binding affinity with immobilized capture molecules. Membrane-based devices have been used in a number of research and industries because of the ease of fixing biomaterials and the simple detection of biomaterials at low cost. As a commonly used membrane type material, nitrocellulose is widely known. Nitrocellulose is basically required to have a hydrophilic porous structure, because it uses the absorption phenomenon to the sample in the conventional POCT or rapid diagnostic kit (rapid kit). In addition, nitrocellulose has advantages such as relatively low cost, capillary flow characteristics, high protein binding capacity, and relatively easy operation. In addition, attempts have been made to use other types of materials, including nylon and PVDF membranes.

멤브레인 기반의 바이오센서의 대표적인 예로서 측방유동 분석(lateral flow assay; LFA) 기반의 바이오센서를 들 수 있다. 측방유동 분석 테크닉의 경우, 외력에 의하여 검출하고자 하는 검체를 함유하는 액상 샘플(fluid sample)을 검체와 상호작용할 수 있는 화학 성분 또는 분자가 부착되어 있는 다양한 영역의 테스트 스트립을 통하여 이동시키는 원리를 이용하는 바, 샘플은 테스트 스트립 상의 화학 성분 또는 분자와 반응하여 스트립이 특성 변화를 일으키도록 한다. Representative examples of membrane-based biosensors include lateral flow assay (LFA) -based biosensors. In the case of lateral flow analysis technique, a liquid sample containing a sample to be detected by an external force is used to move through a test strip of various regions to which chemical components or molecules are attached that can interact with the sample. Bars, samples react with chemical components or molecules on the test strips to cause the strips to change properties.

측방유동 분석 테크닉은 일반적으로 분석하고자 하는 샘플을 스트립 안에 흐르게 함으로써 항원과 항체 간의 특이적 반응(예를 들면, 면역 반응)을 이용하여 진단한다. 이때, 스트립 내측의 샘플이 모세관 현상에 의하여 멤브레인 방향으로 이동한다. 측방유동 분석 테크닉에 있어서, 검출은 가정용 임신 검사기 등과 같이 육안 식별이 가능한 표시자를 사용할 수도 있고, 또는 감응성 광학 센서(예를 들면, 미국특허번호 제7,297,529호), 열 대조 분석 판독기(예를 들면, 국내특허공개번호 제2014-127275호)와 같은 판독 장치를 이용하여 진단의 정확도를 높일 수 있다. Lateral flow analysis techniques generally make use of specific reactions (eg, immune responses) between the antigen and the antibody by flowing the sample to be analyzed into the strip. At this time, the sample inside the strip moves in the membrane direction by capillary action. In lateral flow analysis techniques, detection may use visually identifiable indicators, such as home pregnancy testers, or sensitive optical sensors (eg US Pat. No. 7,297,529), thermal contrast analysis readers (eg, A reading device such as Korean Patent Publication No. 2014-127275) may be used to increase the accuracy of the diagnosis.

이처럼, 신속한 현장진단(point-of-care)용 디바이스 또는 시스템에 대한 필요성이 증가하는 상황 하에서 측방유동 분석-기반의 바이오센서는 비교적 저렴하면서 간단하고, 또한 휴대 가능한 장점을 갖고 있기 때문에 활용 범위가 점차 확대되는 추세에 있다. 또한, AIDS-관련 크립토코쿠스성 뇌수막염, 폐렴구균 폐렴, 결핵 등과 같은 다양한 감염성 질병의 진단에도 사용되고 있다. 이외에도, 측방유동 분석 테크닉은 고가의 장비 및 전문인력이 필요 없고, 검출 시간이 빠르고 가격이 저렴한 장점을 갖고 있다. As such, under the increasing need for rapid point-of-care devices or systems, lateral flow analysis-based biosensors are relatively inexpensive, simple, and portable, and thus have a wide range of applications. The trend is gradually expanding. It is also used in the diagnosis of various infectious diseases such as AIDS-associated Cryptococcus meningitis, pneumococcal pneumonia, tuberculosis and the like. In addition, the lateral flow analysis technique does not require expensive equipment and human resources, and has the advantage of fast detection time and low cost.

그러나, 대부분의 측방유동 분석-기반의 바이오센서에 있어서 분석 감도(또는 검출 한계)는 1000 μg/mL 내지 100 ng/mL의 범위로서 효소면역 측정법과 같은 다른 분자생물학적 테크닉에 비하여 낮은 검출 한계(limit of detection)를 나타낸다. 따라서, 항원(antigen)의 농도가 낮은 경우에는 측방유동 분석 테크닉을 이용한 질병 단계의 초기 검출 또는 진단은 곤란할 수 있다. However, for most lateral flow assay-based biosensors, the assay sensitivity (or detection limit) is in the range of 1000 μg / mL to 100 ng / mL, which is lower than other molecular biological techniques such as enzyme immunoassay. of detection). Thus, when the concentration of antigen is low, early detection or diagnosis of disease stages using lateral flow analysis techniques can be difficult.

측방유동 분석-기반의 센서의 스트립은 통상적으로 샘플 패드(sample pad), 접합 패드(conjugation pad), 멤브레인(membrane) 및 흡수 패드(absorbent pad)로 구성되는 바, 특히 접합 패드에 담지되는 금 나노입자(gold nanoparticle, AuNP)와 항체 간의 상호 인력에 따라 스트립 센서의 민감도는 많은 영향을 받게 된다. 이와 같이 금 나노입자를 사용하는 이유는 합성이 용이하고, 다른 금속 나노입자에 비하여 안정적인 특성을 나타내기 때문이다. 또한, 금 나노입자의 물리적 및 광학적 특성은 질병 진단, 질병 치료, 약물 전달 등에 있어서 유용하다. Strips of lateral flow analysis-based sensors typically consist of sample pads, conjugation pads, membranes and absorbent pads, in particular gold nanoparticles supported on the bond pads. The sensitivity of the strip sensor is greatly affected by the mutual attraction between the gold nanoparticle (AuNP) and the antibody. The reason for using the gold nanoparticles as described above is that they are easy to synthesize and exhibit stable characteristics compared to other metal nanoparticles. In addition, the physical and optical properties of gold nanoparticles are useful in disease diagnosis, disease treatment, drug delivery, and the like.

금 나노입자의 물리적 특성으로서 520 nm의 파장대를 흡수하는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance) 현상을 예시할 수 있는 바, 이로 인하여 금 나노입자는 매우 강한 흡광 특성을 나타낸다. 또한, 금 나노입자는 마이크로 또는 나노 사이즈에서 각각 다른 색상을 나타내는 광학 특성을 갖는데, 측방유동 분석 기반의 바이오센서는 금 나노입자의 응집으로부터 생성되는 색상 시그널의 변화를 기반으로 한다. 특히, 바이오센서의 감도는, 예를 들면 샌드위치-타입의 면역 반응을 통하여 항체-고정 사이트 상에 포획된 금 나노입자의 축적량에 의존한다. As a physical property of the gold nanoparticles, the surface plasmon resonance phenomenon that absorbs the wavelength range of 520 nm can be exemplified, whereby the gold nanoparticles exhibit very strong absorption characteristics. In addition, gold nanoparticles have optical properties that show different colors in micro or nano size, respectively, and lateral flow analysis based biosensors are based on changes in color signals resulting from aggregation of gold nanoparticles. In particular, the sensitivity of the biosensor depends on the accumulation of gold nanoparticles trapped on the antibody-fixed site, for example, through a sandwich-type immune response.

이와 관련하여, 금 나노입자의 합성 방법으로는 대표적으로 Turkevich-Frens 합성법을 예시할 수 있는 바, 반응 조건의 변화를 통하여 다양한 사이즈의 금 나노입자를 제조할 수 있다. 그러나, 금 나노입자를 이용한 측방유동 분석-기반 바이오센서는 여전히 검출 한계를 개선하고 정확도를 높이는데 제한적이다.In this regard, as a method of synthesizing gold nanoparticles, typical Turkevich-Frens synthesis method can be exemplified, and gold nanoparticles of various sizes can be manufactured by changing reaction conditions. However, lateral flow analysis-based biosensors using gold nanoparticles are still limited in improving detection limits and increasing accuracy.

한편, B형 간염은 가장 흔하고 심각한 간 감염 질환으로서, B형 간염 바이러스(hepatitis B virus; HBV)는 헤파드나바이러스(Hepadnaviridae) 과에 속하는 DNA 바이러스로서, 간 세포를 공격하여 간 기능 상실, 간경화 또는 간암을 유발하는 주요 원인 인자이다. B형 간염 바이러스에 노출된 건강한 성인의 90%는 자가 회복되어 자신을 보호하는 표면 항체를 형성하나, 성인의 10%, 소아의 50% 및 유아의 90%에서는 만성 감염으로 발전하는 것으로 알려져 있다. 1980년대 이후 우리나라의 B형 간염 유병률은 백신의 보급으로 현저히 감소하고 있으나, HBV의 감염은 여전히 만성 간 질환의 가장 중요한 원인으로서, 간 질환은 국내에서 가장 중요한 사회문제 중 하나이다.On the other hand, hepatitis B is the most common and serious liver infection disease, hepatitis B virus (HBV) is a DNA virus belonging to the family Hepadnaviridae, attack liver cells to cause liver failure, cirrhosis or It is a major cause of liver cancer. It is known that 90% of healthy adults exposed to hepatitis B virus self-recover to form self-protecting surface antibodies but develop chronic infections in 10% of adults, 50% of children and 90% of infants. Since the 1980s, the prevalence of hepatitis B in Korea has decreased significantly due to the spread of vaccines. However, HBV infection is still the most important cause of chronic liver disease, and liver disease is one of the most important social problems in Korea.

HBV 감염 진단을 위한 기본 마커(marker)는 B형 간염 표면 항원(HBsAgs) 및 급성 또는 만성 감염 헤파토사이트의 B형 간염 외피 항원을 포함한다. HBV 감염 여부를 모니터링하기 위하여 몇 가지 생리적 및 생화학적 방법이 개발되었으며, DNA PCR 분석을 이용하여 HBV를 정량적으로 분석하는 기술도 알려져 있다.Basic markers for diagnosing HBV infection include hepatitis B surface antigen (HBsAgs) and hepatitis B envelope antigen of acute or chronically infected hepatocytes. Several physiological and biochemical methods have been developed to monitor HBV infection, and techniques for quantitatively analyzing HBV using DNA PCR analysis are also known.

이러한 방법이 정확하고 높은 감도를 제공함에도 불구하고, 상당한 시간 및 숙련된 분석을 필요로 하기 때문에, 보다 신속하고 간단하면서도 감도가 높은 현장진단 방식의 HBV 감염 테스트를 위한 진단 시스템에 대한 요구가 존재한다.Although these methods provide accurate and high sensitivity, there is a need for a diagnostic system for faster, simpler and more sensitive on-site HBV infection testing, as it requires considerable time and skilled analysis. .

따라서, 종래의 측방유동 분석 테크닉에서 문제시되는 낮은 감도 특성을 개선하고, 더 나아가 이를 간염 바이러스에 대한 효과적인 검출 또는 진단 수단으로 활용할 수 있는 측방유동 분석 기반의 바이오센서가 개발될 경우, 현장 진단 테스트 테크닉으로 유용성이 높을 것으로 기대된다. Therefore, if a lateral flow analysis based biosensor can be developed that can improve the low sensitivity characteristic of the conventional lateral flow analysis technique and further use it as an effective detection or diagnosis means for hepatitis virus, a field diagnostic test technique. This is expected to be useful.

본 개시 내용에 따른 구체예에서는 종래의 금 나노입자를 이용한 측방유동 분석-기반의 바이오센서의 낮은 검출 한계에 따른 기술적 한계를 극복하고, 간편하고 저비용으로 제조 가능한 신규 현장 진단용 바이오센서를 제공하고자 한다.In an embodiment according to the present disclosure to overcome the technical limitations due to the low detection limit of the conventional lateral flow analysis-based biosensor using gold nanoparticles, and to provide a novel on-site diagnostic biosensor that can be manufactured in a simple and low cost .

본 개시 내용에 따른 다른 구체예에서는 개선된 감도 특성을 갖는 금 나노입자를 이용한 측방유동 분석-기반의 바이오센서를 이용하여 간편하고 저비용으로 HBV를 효율적으로 검출 또는 진단하는 방법을 제공하고자 한다. Another embodiment according to the present disclosure is to provide a method for efficiently detecting or diagnosing HBV efficiently and at low cost using a lateral flow analysis-based biosensor using gold nanoparticles having improved sensitivity characteristics.

본 개시 내용의 제1 면에 따르면, According to the first aspect of the present disclosure,

타겟 검체의 진단용 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서를 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing a lateral flow analysis-based biosensor in the form of a diagnostic strip of a target sample,

a) 13 내지 40 nm의 사이즈를 갖고, 표면이 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자를 제조하는 단계;a) producing functionalized gold nanoparticles having a size of 13 to 40 nm and whose surface is modified with mercaptodecanoic acid or L-lysine;

b) 타겟 검체에 특이적인 제1 바인더와 상기 기능화된 금 나노입자가 접합되어 있는 접합체(conjugates)를 제조하는 단계; 및b) preparing conjugates to which the first binder specific for the target sample and the functionalized gold nanoparticles are conjugated; And

c) 일단으로부터 타단 방향으로 순차적으로 (i) 흡수성 샘플 패드, (ii) 상기 단계 b)에서 제조된 접합체를 포함하는 접합 패드, (iii) 상기 접합체의 제1 바인더와 결합된 타겟 검체와 특이적으로 결합하는 제2 바인더가 고정된 테스트 영역 및 상기 타겟 검체에는 특이적으로 결합하지 않으나 상기 제1 바인더와 결합하는 제3 바인더가 고정된 컨트롤 영역을 포함하는 다공성 멤브레인 재질의 검출 영역, 및 (iv) 흡수 패드를 포함하는 측방유동 분석-기반의 센서를 제조하는 단계;c) sequentially from one end to the other end (i) an absorbent sample pad, (ii) a conjugate pad comprising the conjugate prepared in step b), (iii) specific with a target sample bound to the first binder of the conjugate A detection region of the porous membrane material including a test region to which the second binder to be bonded is fixed and a control region to which the third binder is bound to the first binder but not to specifically bind to the target sample, and (iv) ) Manufacturing a lateral flow analysis-based sensor comprising an absorption pad;

를 포함하는 방법이 제공된다.There is provided a method comprising a.

예시적 구체예에 있어서, 상기 단계 a)는,In an exemplary embodiment, step a) is

a1) 금 나노입자의 분산액을 제공하는 단계; 및a1) providing a dispersion of gold nanoparticles; And

a2) 상기 금 나노입자의 분산액에 머캅토운데칸산 또는 L-라이신을 첨가하여 상기 분산액 내 금 나노입자를 기능화하는 단계;a2) functionalizing the gold nanoparticles in the dispersion by adding mercaptodecanoic acid or L-lysine to the dispersion of the gold nanoparticles;

를 포함할 수 있다.It may include.

예시적 구체예에 있어서, 상기 머캅토운데칸산 또는 L-라이신은 용액 형태로 첨가되며, 이때 머캅토운데칸산 용액의 농도는 0.1 내지 3 mM, 그리고 L-라이신 용액의 농도는 0.5 내지 20 mM 범위일 수 있다.In an exemplary embodiment, the mercaptodecanoic acid or L-lysine is added in the form of a solution, wherein the concentration of mercaptodecanoic acid solution is in the range of 0.1 to 3 mM, and the concentration of the L-lysine solution is in the range of 0.5 to 20 mM. Can be.

예시적 구체예에 있어서, 상기 금 나노입자의 분산액 내 금 나노입자의 함량은 0.1 내지 2 mg/mL일 수 있다.In an exemplary embodiment, the content of gold nanoparticles in the dispersion of the gold nanoparticles may be 0.1 to 2 mg / mL.

예시적 구체예에 있어서, 금 나노입자의 분산액 : 머캅토운데칸산 용액의 체적 비는 20 내지 70 : 1의 범위이고, 그리고 금 나노입자의 분산액 : L-라이신 용액의 체적 비는 1 내지 20 : 1의 범위일 수 있다.In an exemplary embodiment, the volume ratio of the dispersion of gold nanoparticles: mercaptodecanoic acid solution is in the range of 20 to 70: 1, and the volume ratio of the dispersion of gold nanoparticles: L-lysine solution is 1-20 :. It may be in the range of 1.

예시적 구체예에 따르면, 제1 바인더와 기능화된 금 나노입자와의 접합체를 제조하기 위하여 상기 기능화된 금 나노입자의 분산액 내에 pH 5 내지 10 및 0.5 내지 20 μg/mL의 제1 바인더의 농도 조건 하에서 제1 바인더를 접촉시키는 단계를 수행할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the concentration conditions of the first binder at pH 5 to 10 and 0.5 to 20 μg / mL in a dispersion of the functionalized gold nanoparticles to prepare a conjugate of the first binder and the functionalized gold nanoparticles Contacting the first binder can be performed under the following conditions.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a1)은,According to an exemplary embodiment, the step a1)

(i) 시드 금 나노입자의 수분산물을 제공하는 단계;(i) providing an aqueous product of seed gold nanoparticles;

(ii) 상기 시드 금 나노입자 수분산물에 캡핑제(capping agent) 및 금 전구체를 첨가하는 단계; 및(ii) adding a capping agent and a gold precursor to the seed gold nanoparticle aqueous product; And

(iii) 상기 수분산물에 함유된 시드 금 나노입자를 성장시켜 증가된 사이즈의 금 나노입자를 형성하는 단계;(iii) growing seed gold nanoparticles contained in the aqueous product to form gold nanoparticles of increased size;

를 포함할 수 있다. It may include.

예시적 구체예에 있어서, 상기 시드 금 나노입자는 5 내지 18 nm 범위의 사이즈(또는 직경)을 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the seed gold nanoparticles may have a size (or diameter) in the range of 5-18 nm.

다른 예시적 구체예에 있어서, 상기 단계 a1)은,In another exemplary embodiment, the step a1) is

액상 매질 내에서 HAuCl4를 금 전구체로 하고, 소디움 시트레이트를 환원제로 하여 pH 3.7 내지 7.7 및 80 내지 100℃의 조건 하에서 HAuCl4를 환원시켜 금 나노입자로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다.Reducing HAuCl 4 to gold nanoparticles under conditions of pH 3.7 to 7.7 and 80 to 100 ° C. with HAuCl 4 as the gold precursor and sodium citrate as the reducing agent in the liquid medium.

본 개시 내용의 제2 면에 따르면, According to a second aspect of the present disclosure,

금 나노입자를 이용한 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서로서,A lateral flow analysis-based biosensor in the form of a strip using gold nanoparticles,

일단으로부터 타단 방향으로 순차적으로 배치된 (i) 흡수성 샘플 패드, (ii) 타겟 검체에 특이적으로 결합하는 제1 바인더와 금 나노입자가 접합되어 있는 접합체(conjugates)를 포함하는 접합(conjugation) 패드, (iii) 상기 접합체의 제1 바인더와 결합되는 타겟 검체를 특이적으로 결합하는 제2 바인더가 고정된 테스트 영역 및 상기 타겟 검체에는 특이적으로 결합하지 않으나 상기 제1 바인더와는 결합하는 제3 바인더가 고정된 컨트롤 영역을 포함하는 다공성 멤브레인 재질의 검출 영역, 및 (iv) 흡수 패드;A conjugation pad comprising (i) an absorbent sample pad sequentially arranged from one end to the other end, and (ii) conjugates to which gold nanoparticles are conjugated with a first binder specifically binding to a target sample. (iii) a test region in which a second binder specifically binding to a target sample bound to the first binder of the conjugate is fixed, and a third that does not specifically bind to the target sample but binds to the first binder A detection zone of the porous membrane material comprising a control zone to which the binder is fixed, and (iv) an absorbent pad;

를 포함하고,Including,

여기서, 상기 금 나노입자는 13 내지 40 nm의 사이즈를 갖고, 표면이 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자인 바이오센서가 제공된다. Here, the gold nanoparticles have a size of 13 to 40 nm, the surface is provided with a biosensor that is functionalized gold nanoparticles modified with mercaptodecanoic acid or L-lysine.

본 개시 내용의 제3 면에 따르면,According to a third aspect of the present disclosure,

A) 액상의 분석용 샘플을 제공하는 단계;A) providing a sample for analysis of the liquid phase;

B) 전술한 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 센서를 제공하는 단계, 상기 타겟 검체는 B형 간염 바이러스(HBV) 항원임;B) providing a lateral flow assay-based sensor in the form of a strip as described above, wherein said target sample is a hepatitis B virus (HBV) antigen;

C) 상기 샘플을 상기 측방유동 분석-기반의 센서의 샘플 패드에 로딩시키는 단계; 및C) loading said sample into a sample pad of said lateral flow analysis-based sensor; And

D) 상기 센서의 검출 영역 내 테스트 영역으로부터 상기 접합체에 의하여 생성된 시그널을 측정하여 상기 분석용 시료 내에 B형 간염 바이러스(HBV) 항원을 정성적으로, 정량적으로, 또는 정성적 및 정량적으로 분석하는 단계;D) qualitatively, quantitatively, or qualitatively and quantitatively the analysis of hepatitis B virus (HBV) antigen in the assay sample by measuring a signal generated by the conjugate from a test region in the detection region of the sensor. step;

를 포함하는 B형 간염 바이러스의 진단방법이 제공된다.Provided is a method for diagnosing hepatitis B virus comprising a.

예시적 구체예에 있어서, 상기 B형 간염 바이러스 항원은 HBsAgs를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the hepatitis B virus antigen may comprise HBsAgs.

본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 특정 물질, 즉 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 표면 개질되어 기능화된(functionalized) 금 나노입자와 타겟 검체에 특이적으로 결합하는 바인더의 접합체를 측방유동 분석-기반의 바이오센서 내 접합 패드에 적용함으로써 종래의 측방유동 분석-기반의 바이오센서에 비하여 검출 감도를 개선할 수 있는 신규 플랫폼을 제공한다. 특히, 본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 바이오센서는 측방유동 분석-기반의 바이오센서 고유의 장점(휴대 편리성, 비용 경쟁력 등) 뿐만 아니라, 가장 흔하고 심각한 간 감염 질환을 유발하는 B형 간염 바이러스의 정성적 및/또는 정량적 분석에 효과적으로 적용할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 향후 광범위한 활용이 기대된다.Lateral flow analysis of a conjugate of a specific material provided according to an embodiment of the present disclosure, namely a conjugated functionalized gold nanoparticle with mercaptodecanoic acid or L-lysine and a binder that specifically binds to a target sample Application to bonding pads in -based biosensors provides a novel platform that can improve detection sensitivity compared to conventional lateral flow analysis-based biosensors. In particular, biosensors provided in accordance with embodiments of the present disclosure not only have advantages inherent in lateral flow analysis-based biosensors (portability, cost competitiveness, etc.), but also hepatitis B, which causes the most common and serious liver infection diseases. It has the advantage that it can be effectively applied to qualitative and / or quantitative analysis of viruses. Therefore, widespread use is expected in the future.

도 1a는 본 개시 내용의 일 구체예에 따른 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서의 개략적인 구성을 도시하는 도면이고;
도 1b는 측방유동 분석-기반의 바이오센서 중 테스트 영역에서 타겟 검체(항원)가 샌드위치 방식으로 포획된 형태를 보여주는 도면이고;
도 2는 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자의 제조 방법을 개략적으로 보여주는 도면이고;
도 3a는 실시예에 따라 제조된 금 나노입자(AuNP)의 투과전자현미경(transmission electron microscopy; TEM) 사진이고,
도 3b는 실시예에 따라 제조된 금 나노입자(AuNP), 머캅토운데칸산으로 기능화된 금 나노입자(AuNP/MUA), 및 L-라이신으로 기능화된 금 나노입자(AuNP/L-lysine)의 UV-vis 스펙트럼이고;
도 4는 실시예에 따라 제조된 (a) MUA, AuNP 및 AuNP/MUA의 Fourier transform infrared(FT-IR) 스펙트럼, 그리고 (b) L-lysine, AuNP 및 AuNP/L-lysine의 Fourier transform infrared(FT-IR) 스펙트럼이고;
도 5는 실시예에 따라 제조된 (a) AuNP, (b) AuNP/MUA, 및 (c) AuNP/L-lysine 각각의 X선 광전자분광기(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 서베이 스캔을 나타내는 그래프이고;
도 6은 실시예에 있어서 (a) 상이한 pH 값(5.75-10) 및 (b) 항체 농도(0.5-10 μg/mL)에 따른, 10 중량% NaCl을 첨가 후의 기능화된 금 나노입자의 흡광도(OD520) 변화를 나타내는 그래프이고;
도 7a는 실시예에서 사용된 측방유동 분석-기반 바이오센서의 치수를 나타내는 도면이고; 그리고
도 7b 내지 도 7d 각각은 베어(bare) AuNP, AuNP/MUA 및 AuNP/L-lysine에 기반한 측방유동 분석 결과를 나타내는 사진이다.
1A is a diagram showing a schematic configuration of a lateral flow analysis-based biosensor in strip form according to one embodiment of the present disclosure;
FIG. 1B is a diagram showing the capture of a target sample (antigen) in a sandwich region in a test region of a lateral flow analysis-based biosensor; FIG.
FIG. 2 is a schematic view showing a method for preparing functionalized gold nanoparticles modified with mercaptodecanoic acid or L-lysine; FIG.
3A is a transmission electron microscopy (TEM) photograph of gold nanoparticles (AuNP) prepared according to the embodiment,
FIG. 3B shows gold nanoparticles (AuNP) prepared according to Examples, gold nanoparticles functionalized with mercaptodecanoic acid (AuNP / MUA), and gold nanoparticles functionalized with L-lysine (AuNP / L-lysine) UV-vis spectrum;
4 shows (a) Fourier transform infrared (FT-IR) spectra of MUA, AuNP and AuNP / MUA prepared according to the examples, and (b) Fourier transform infrared (L-lysine, AuNP and AuNP / L-lysine). FT-IR) spectrum;
FIG. 5 is a graph showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) survey scans of (a) AuNP, (b) AuNP / MUA, and (c) AuNP / L-lysine, respectively prepared according to the Examples ego;
FIG. 6 shows the absorbance of functionalized gold nanoparticles after addition of 10 wt.% NaCl according to (a) different pH values (5.75-10) and (b) antibody concentration (0.5-10 μg / mL) in Examples. OD 520 ) is a graph showing change;
7A is a diagram showing the dimensions of the lateral flow analysis-based biosensor used in the examples; And
7B to 7D are photographs showing lateral flow analysis results based on bare AuNP, AuNP / MUA, and AuNP / L-lysine.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.The present invention can all be achieved by the following description. The following description is to be understood as describing preferred embodiments of the invention, but the invention is not necessarily limited thereto. In addition, the accompanying drawings are for ease of understanding, and the present invention is not limited thereto. Details of individual components may be appropriately understood by specific gist of the related description to be described later.

본 명세서에서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.The terminology used herein may be defined as follows.

"바이오센서"는 생물학적 요소와 분석 대상 물질과의 반응에서 나타나는 전기화학적 변화, 열 에너지 변화, 형광 또는 색의 변화 등을 인식가능한 신호로 변환시켜주는 디바이스와 결합하여 제작된 디바이스를 의미할 수 있다.The term "biosensor" may refer to a device manufactured by combining an electrochemical change, a change in thermal energy, a change in fluorescence or color, etc., generated in a reaction between a biological element and an analyte, into a recognizable signal. .

"바인더"는 항체, 항원, 핵산, 압타머, 합텐, 항원 단백질, DNA, DNA 결합성 단백질 또는 호르몬-수용체일 수 있다.A "binder" can be an antibody, antigen, nucleic acid, aptamer, hapten, antigenic protein, DNA, DNA binding protein or hormone-receptor.

"항원"은 특이한 면역 반응을 일으킬 수 있는 임의의 물질(substance)로서, 구체적으로 적어도 하나의 항체에 의하여 인식 가능한 임의의 분자 또는 분자 그룹을 의미할 수 있다. 항원은 적어도 하나의 에피토프(epitope; 항체의 의하여 인식될 수 있는 특정 생화학적 유닛)을 함유한다."Antigen" is any substance capable of eliciting a specific immune response, and may specifically mean any molecule or group of molecules recognizable by at least one antibody. The antigen contains at least one epitope (a specific biochemical unit that can be recognized by the antibody).

"항체"는 완전한 다클론(또는 폴리클론) 또는 단클론(모노클론) 항체뿐만 아니라, 이의 단편(예를 들면, Fab, Fab', F(ab')2, Fv), 단일사슬 (ScFv), 다이아바디, 항체 단편들로 형성된 다중특이적 항체, 그의 돌연변이, 항체 부분을 포함하는 융합 단백질, 요망되는 특이성의 항체 인식 부위를 포함하는 면역 글로불린 분자의 임의의 기타 변형 배열을 의미할 수 있다. 항체로는 임의의 범주에 해당되는 항체, 예를 들면 IgG, IgA, 또는 IgM (또는 그의 서브클래스), 및 특정 클래스에 속하지 않는 항체를 포함할 수 있다. An "antibody" refers to a complete polyclonal (or polyclonal) or monoclonal (monoclonal) antibody, as well as fragments thereof (eg, Fab, Fab ', F (ab') 2, Fv), single chain (ScFv), Diabodies, multispecific antibodies formed from antibody fragments, mutations thereof, fusion proteins comprising antibody portions, any other modified configuration of immunoglobulin molecules comprising antibody recognition sites of the desired specificity. Antibodies may include antibodies falling into any category, such as IgG, IgA, or IgM (or subclasses thereof), and antibodies that do not belong to a particular class.

"특이적으로 결합한다"는 표현은 결합 시약(reagent), 예를 들면 항체의 특이성을 의미하는 것으로, 정의된 검체 또는 타겟 물질에 우선적으로 결합하는 것을 의미할 수 있다. 다른 잠재적인 타겟의 존재 하에서 특정 검체 또는 타겟 물질의 결합 시약 또는 항체에 의하여 인식되는 것은 이러한 결합의 일 특징일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 검체에 특이적으로 결합하는 결합 시약은 검사하고자 하는 샘플 내의 다른 간섭 부분 또는 부분들과의 결합을 회피할 수 있다.The expression “specifically binds” refers to the specificity of a binding reagent, eg, an antibody, and may mean preferentially binding to a defined sample or target substance. Recognition by a specific reagent or binding agent or antibody of a particular sample in the presence of another potential target may be a feature of such binding. In some embodiments, binding reagents that specifically bind to a sample may avoid binding with other interfering moieties or moieties in the sample to be tested.

"샘플"은 검출하고자 하는 검체를 함유할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 샘플은 생물학적 샘플, 예를 들면 생물학적 유체(fluid) 또는 생물학적 조직일 수 있다. 생물학적 유체의 예로서, 뇨, 혈액(전혈), 혈장, 혈청, 타액, 정액, 대변, 가래, 뇌척수액, 눈물, 점액, 양수 등을 들 수 있다. 생물학적 조직은 세포의 집괴로서, 대체적으로 인간, 동물, 식물, 세균, 진균 또는 바이러스 구조물의 구조적 물질의 하나를 형성하는 세포 내 물질들과 특정 종류의 집합으로서 연결 조직, 상피 조직, 근육 조직 및 신경 조직 등이 이에 해당될 수 있다. 또한, 생물학적 조직의 예에는 장기, 종양, 림프절, 동맥 및 개별적인 세포(들)도 포함될 수 있다."Sample" is not particularly limited as long as it can contain a sample to be detected. By way of example, the sample may be a biological sample, for example a biological fluid or biological tissue. Examples of biological fluids include urine, blood (whole blood), plasma, serum, saliva, semen, feces, sputum, cerebrospinal fluid, tears, mucus, amniotic fluid, and the like. Biological tissue is a collection of cells, usually a collection of certain kinds of intracellular substances that form one of the structural substances of human, animal, plant, bacterial, fungal or viral structures, as connective tissue, epithelial tissue, muscle tissue and nerves. This may be an organization. Examples of biological tissue may also include organs, tumors, lymph nodes, arteries and individual cell (s).

"검체(analyte)"는 검출될 샘플 내 분자 또는 기타 물질을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 검체는 항원성 물질, 리간드(모노- 또는 폴리에피토프), 합텐(haptens), 항체 및 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 구체적으로, 검체는, 예를 들면 독소, 유기 화합물, 단백질, 펩티드, 미생물, 아미노산, 핵산, 호르몬, 스테로이드, 비타민, 약물, 약물 중간체 또는 부산물, 세균, 바이러스 입자, 효모, 진균, 원생 동물 및 상기 물질들의 대사물 또는 그에 대한 항체를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 통상적으로 항원 또는 항체일 수 있다. 이와 관련하여, 예시적인 검체로서, 페리틴; 크레아티닌키나아제 MB(CK-MB); 디곡신; 페니토인; 페노바르비톨; 카르바마제핀; 반코마이신; 젠타마이신; 테오필린; 발프로산; 퀴니딘; 황체화 호르몬(LH); 소포 자극 호르몬(FSH); 에스트라디올, 프로게스테론; C-반응성 단백질(C-reactive protein; CRP); 리포칼린; IgE 항체; 사이토카인; 비타민 B2 마이크로-글로블린; 당화 헤모글로빈(Gly.Hb); 코르티졸; 디지톡신; N-아세틸프로카인아미드(NAPA); 프로카인아미드; 풍진-IgG 및 풍진 IgM과 같은 풍진에 대한 항체, 예를 들면 톡(톡소-IgG) 및 톡소포자충증 IgM과 같은 톡소포자충증에 대한 항체; 테스토스테론; 살리실레이트; 아세트아미노펜; 간염 B 바이러스 표면 항원(HBsAg); 간염 B 코어 항원에 대한 항체, 예를 들면 항-간염 B 코어 항원 IgG 및 IgM(항-HBC); 인간 면역 결핍 바이러스 1 및 2(HIV 1 및 2); 인간 T-세포 백혈병 바이러스 1 및 2(HTLV); 간염 B e 항원(HBeAg); 간염 B e 항원에 대한 항체(항-HBe); 인플루엔자 바이러스; 갑상선 자극 호르몬(TSH); 티록신(T4); 총 트리요오도티로닌(총 T3); 자유 트리요오도티로닌(자유 T3); 암종배아 항원(CEA); 지질 단백질, 콜레스테롤, 및 트리글리세리드; 및 알파 페토단백질(AFP)을 예시할 수 있다. 오용 및 제어 물질의 약물로서, 구체적으로 암페타민; 메타암페타민; 바르바투레이트, 예를 들면 아모바르비탈, 세코바르비탈, 펜토바르비탈, 페노바르비탈 및 바르비탈; 벤조디아제핀, 예를 들면 리브리움 및 발리움; 칸나비노이드, 예를 들면 하쉬쉬 및 마리주아나; 코카인; 펜타닐; LSD; 메타쿠알론; 아편제, 예를 들면 헤로인, 몰핀, 코데인, 히드로몰폰, 히드로코돈, 메타돈, 옥시코돈, 옥시몰폰 및 오피움; 펜시클리딘; 및 프로폭시헨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A "analyte" can be understood to mean a molecule or other substance in a sample to be detected. For example, the sample may include antigenic substances, ligands (mono- or polyepitopes), haptens, antibodies, and combinations thereof. Specifically, the sample may be, for example, toxins, organic compounds, proteins, peptides, microorganisms, amino acids, nucleic acids, hormones, steroids, vitamins, drugs, drug intermediates or by-products, bacteria, virus particles, yeasts, fungi, protozoa and said Metabolites of substances or antibodies thereto, but are not necessarily limited thereto. However, it may be conventionally an antigen or an antibody. In this regard, exemplary specimens include ferritin; Creatinine kinase MB (CK-MB); Digoxin; Phenytoin; Phenobarbitol; Carbamazepine; Vancomycin; Gentamycin; Theophylline; Valproic acid; Quinidine; Progesterone (LH); Vesicle stimulating hormone (FSH); Estradiol, progesterone; C-reactive protein (CRP); Lipocalin; IgE antibodies; Cytokines; Vitamin B2 micro-globulin; Glycated hemoglobin (Gly.Hb); Cortisol; Digitoxins; N-acetylprocaineamide (NAPA); Procaineamide; Antibodies against rubella, such as rubella-IgG and rubella IgM, for example, antibodies against toxoplasmosis, such as toxo (toxo-IgG) and toxoplasmosis IgM; Testosterone; Salicylates; Acetaminophen; Hepatitis B virus surface antigen (HBsAg); Antibodies to hepatitis B core antigens such as anti-hepatitis B core antigen IgG and IgM (anti-HBC); Human immunodeficiency virus 1 and 2 (HIV 1 and 2); Human T-cell leukemia virus 1 and 2 (HTLV); Hepatitis B e antigen (HBeAg); Antibodies to hepatitis B e antigen (anti-HBe); Influenza virus; Thyroid stimulating hormone (TSH); Thyroxine (T4); Total triiodothyronine (total T3); Free triiodotyronine (free T3); Carcinoma embryonic antigen (CEA); Lipid proteins, cholesterol, and triglycerides; And alpha fetoprotein (AFP). Drugs of misuse and control substances, specifically amphetamine; Metaamphetamine; Barbaturates such as amobarbital, secobarbital, pentobarbital, phenobarbital and barbital; Benzodiazepines such as librium and valerium; Cannabinoids such as hashish and marijuana; cocaine; Fentanyl; LSD; Metaqualon; Opiates such as heroin, morphine, codeine, hydromorphone, hydrocodone, methadone, oxycodone, oxymolphone and opium; Penciclidine; And propoxyhen, but are not limited thereto.

"접합체(cojugate)"는 광의로는 특정 물질 및 이에 접합된 검출 가능한 표지(label)를 의미할 수 있는 바, 본 개시 내용에서는 표지로서 금 나노입자(구체적으로, 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 표면처리되어 기능화된 금 나노입자)를 사용하고, 이에 바인더 성분(구체적으로 제1 바인더, 보다 구체적으로 항체)이 접합된 것을 의미할 수 있다."Cojugate" can broadly mean a specific substance and a detectable label conjugated thereto, and in the present disclosure, gold nanoparticles (specifically, mercaptodecanoic acid or L-lysine as a label) Surface-treated with functionalized gold nanoparticles), which may mean that a binder component (specifically, a first binder, more specifically an antibody) is bonded thereto.

"접촉한다"는 용어는 협의 상 2개의 물질간의 직접적인 접촉을 의미하기는 하나, 광의로는 구성 요소와 액체 흐름 간의 접촉이 이루어지는 한, 임의의 추가 구성 요소가 개재될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.The term "contacts" means, in consultation, direct contact between two materials, but in broad terms it can be understood that any additional component may be interposed, as long as contact between the component and the liquid flow is made. .

본 개시 내용의 일 구체예에 따르면, 특정 물질(구체적으로 머캅토운데칸산 또는 L-라이신)으로 표면개질되어 기능화된 금 나노입자를 타겟 검체와 특이적으로 결합하는 바인더(구체적으로 제1 바인더, 보다 구체적으로 항체)와 접합시킨 접합체를 스트립 형태의 측방유동 분석(LFA) 기반의 바이오센서의 접합 패드에 적용함으로써 종래의 LFA-기반 기술에 비하여 우수한 검출 감도를 달성할 수 있는 바이오센서 구조가 제공된다. According to one embodiment of the present disclosure, a binder (specifically, a first binder, which specifically binds a functionalized gold nanoparticle to a target sample by surface modification with a specific substance (specifically mercaptodecanoic acid or L-lysine) More specifically, by applying a conjugate conjugated with an antibody) to a bonding pad of a strip-type side flow analysis (LFA) -based biosensor, a biosensor structure capable of achieving excellent detection sensitivity compared to conventional LFA-based technologies is provided. do.

이와 관련하여, 도 1a는 예시적인 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서의 개략적인 구성을 도시한다.In this regard, FIG. 1A shows a schematic configuration of an lateral flow analysis-based biosensor in the form of an exemplary strip.

도시된 바와 같이, 바이오센서(100)의 전형적인 예는 스트립의 길이를 기준으로 하여 일단에서부터 타단 방향으로, (i) 샘플 패드(101), (ii) 접합 패드(conjugation pad; 102), (iii) 테스트 영역(104) 및 컨트롤 영역(105)이 형성되어 있는 멤브레인을 포함하는 검출 영역(103), 및 (iv) 흡수 패드(adsorbent pad; 107)가 순차적으로 배열되어 있다. 이러한 측방유동 분석-기반의 바이오센서를 구성하는 4개의 영역은 전형적으로 플라스틱 접착제에 의하여 백킹 카드 또는 백킹 시트(106) 상에 적층되어 있다. 또한, 각각의 패드는 상호 간에 접촉되거나 중첩된(overlapped) 형태로 배치될 수 있는 바, 이는 분석 과정에서 샘플 용액이 측방유동 분석-기반 바이오센서를 따라 이동할 수 있도록 하기 위함이다. 전형적으로, 중첩된 영역의 폭은, 예를 들면 약 0.3 내지 5 mm, 구체적으로 약 0.5 내지 4 mm 범위일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.As shown, a typical example of the biosensor 100 is (i) sample pad 101, (ii) conjugation pad 102, (iii) from one end to the other, based on the length of the strip. ), The detection area 103 including the membrane on which the test area 104 and the control area 105 are formed, and (iv) an absorbent pad 107 are sequentially arranged. The four regions that make up this lateral flow analysis-based biosensor are typically stacked on the backing card or backing sheet 106 by plastic adhesive. In addition, each pad may be arranged in contact or overlapped form with one another to allow sample solution to move along the lateral flow assay-based biosensor during the analysis. Typically, the width of the overlapped areas may range from about 0.3 to 5 mm, specifically about 0.5 to 4 mm, but the present invention is not limited thereto.

도시된 구체예에 있어서, 샘플(또는 샘플 용액)은 샘플 패드(101)를 거쳐 접합(conjugate) 패드(102)을 통과하고, 또한 멤브레인 형태의 검출 영역(103)을 거치면서 테스트 영역(104) 및 컨트롤 영역(105)에 도달할 때까지 흐르게 된다. 이처럼, 샘플 패드(101), 접합 패드(102), 멤브레인 형태의 검출 영역(103) 및 흡수 패드(107)는 모두 유체 연통되어 있다. In the embodiment shown, the sample (or sample solution) passes through the sample pad 101, through the conjugate pad 102, and also through the detection region 103 in the form of a membrane, and thus the test region 104. And flow until it reaches the control region 105. As such, the sample pad 101, the bonding pad 102, the detection region 103 in the form of a membrane, and the absorption pad 107 are all in fluid communication.

예시적 구체예에 있어서, 샘플 내 타겟 검체의 최소량(즉, 검출 한계; 검출 시 샘플 또는 샘플 용액에 존재해야 하는 타겟 검체의 최소량)은, 예를 들면, 적어도 약 1 ng/mL, 구체적으로 약 3 내지 100 ng/mL, 보다 구체적으로 약 5 내지 10 ng/mL 범위일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로서 타겟 검체의 종류, 특성 등에 따라 변화 가능하다.In an exemplary embodiment, the minimum amount of target sample in the sample (ie, the limit of detection; the minimum amount of target sample that must be present in the sample or sample solution upon detection) is, for example, at least about 1 ng / mL, specifically about It may range from 3 to 100 ng / mL, more specifically about 5 to 10 ng / mL, which is exemplary and can vary depending on the type, characteristics, etc. of the target sample.

구체적으로, 샘플 패드(101)는 전형적으로 샘플(구체적으로 액상의 분석용 샘플)을 균일하게 분포시키고, 또한 이를 인접하는 접합 패드(102)로 전달하는 복수의 기능을 담당한다. 샘플은 모세관 현상에 의하여 샘플 패드(101)로부터 화살표로 표시된 바와 같이 흡수 패드(107) 방향으로 이동하게 된다. 예시적 구체예에 따르면, 샘플 패드(101)는 완충 염, 단백질, 계면 활성제 및 샘플의 유속을 조절할 수 있는 다른 액체를 포함하는 조성물로 함침될 수 있다. 또한, 샘플 패드(101)의 포어는 잉여 성분(예를 들면, 적혈구 세포)을 필터링하는 기능을 수행할 수 있다.Specifically, the sample pad 101 is typically responsible for a plurality of functions of uniformly distributing a sample (specifically, a liquid analytical sample) and delivering it to an adjacent bonding pad 102. The sample is moved from the sample pad 101 toward the absorbent pad 107 by capillary action as indicated by the arrow. According to an exemplary embodiment, the sample pad 101 may be impregnated with a composition comprising a buffer salt, a protein, a surfactant, and another liquid capable of adjusting the flow rate of the sample. In addition, the pore of the sample pad 101 may perform a function of filtering excess components (eg, red blood cells).

접합 패드(102)의 경우, 기능화된 금 나노입자와 제1 바인더의 접합체를 보유하고, 테스트가 수행될 때까지 접합체가 기능적으로 안정하도록 유지하는 역할을 담당할 수 있다. 구체적으로, 접합체가 건조된 상태로 존재하다가 타겟 검체를 함유하는 샘플(또는 샘플 용액)이 흡수됨에 따라 유동성을 부여하여 하류에 위치하는 멤브레인 재질의 검출 영역(103)으로 이동하도록 한다. 이를 위하여, 예를 들면 탄수화물(예를 들면, 수크로오스) 및 재용해제(resolubilization agent)를 함유하는 접합 완충액 조성을 이용할 수 있다. 이 경우, 접합체 입자가 당의 존재 하에서 건조될 경우에는 당 분자가 입자 주변에 층을 형성하여 안정화시킬 수 있다. 샘플 용액이 접합 패드(102)로 도입됨에 따라, 당 분자는 신속하게 용해되어 접합체 입자를 유체 흐름 내로 운반할 수 있다.In the case of the bond pad 102, it may be responsible for retaining the conjugate of the functionalized gold nanoparticles and the first binder and keeping the conjugate functionally stable until the test is performed. Specifically, the conjugate is present in a dried state, and as the sample (or sample solution) containing the target sample is absorbed, fluidity is imparted to move to the detection region 103 of the membrane material located downstream. To this end, a conjugate buffer composition containing, for example, carbohydrates (eg sucrose) and a resolubilization agent can be used. In this case, when the conjugate particles are dried in the presence of sugars, the sugar molecules may form a layer around the particles to stabilize them. As the sample solution is introduced into the bond pad 102, the sugar molecules can quickly dissolve to transport the conjugate particles into the fluid stream.

일 구체예에 있어서, 접합 패드(102)는 제1 바인더에 부착(접합)된 기능화된 금 나노입자, 즉 접합체(conjugates)를 포함하는 바, 이를 위하여 스프레이, 함침 등의 방법을 이용할 수 있다. 이때, 제1 바인더는 타겟 검체와 특이적으로(또는 선택적으로) 결합할 수 있는 것일 수 있고, 이러한 특이적 결합은 상보적 결합을 수반할 수 있다. 즉, 제1 바인더는 특정 타겟 검체에만 결합하고(즉, 특이적으로 결합하고), 샘플 내에 있는 다른 분자 등과는 결합하지 않는 것일 수 있다. 예시적으로, 제1 바인더는 항체(또는 항체 단편)일 수 있으며, 상기 항체는 타겟 검체인 항원에 특이적으로(또는 선택적으로) 결합할 수 있는 것이다. 접합체 내에서 제1 바인더와 접합되는, 기능화된 금 나노입자의 경우, 검출 가능한 특성은 색상이며, 예를 들면 오렌지색, 적색, 자주색 등일 수 있다.In one embodiment, the bonding pad 102 comprises functionalized gold nanoparticles, ie conjugates, attached to (bonded) to the first binder, for which spray, impregnation, or the like can be used. In this case, the first binder may be one capable of specifically (or selectively) binding to the target sample, and the specific binding may involve complementary binding. That is, the first binder may bind only to a specific target sample (ie, specifically bind), and may not bind to other molecules in the sample. In exemplary embodiments, the first binder may be an antibody (or an antibody fragment), and the antibody may specifically (or selectively) bind to an antigen that is a target sample. For functionalized gold nanoparticles conjugated with a first binder in the conjugate, the detectable property is color, for example orange, red, purple, and the like.

예시적 구체예에 따르면, 상기 접합체(즉, 제1 바인더와 기능화된 금 나노입자 간의 접합체)는 샘플 내 타겟 검체와 결합되어(샘플 내에 타겟 검체가 존재하는 경우) 검출 영역(103)으로 이동한다. According to an exemplary embodiment, the conjugate (ie, the conjugate between the first binder and the functionalized gold nanoparticles) is coupled to the target sample in the sample (if a target sample is present in the sample) and moves to the detection region 103. .

도시된 구체예에 있어서, 상기 검출 영역(103)은 멤브레인, 구체적으로 다공성의 멤브레인 형태로 이루어지는 바, 예시적으로 셀룰로오스, 유리 섬유, 니트로셀룰로오스, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 전하변형된 나일론, 폴리에테르 설폰 등으로부터 선택될 수 있다. 보다 전형적으로는 니트로셀룰로오스가 사용될 수 있다. 상기 검출 영역(103)에는 샘플의 흐름 방향으로 순차적으로 테스트 영역(104) 및 컨트롤 영역(105)이 배열되어 있는 바, 예시적으로 상기 테스트 영역(104) 및 컨트롤 영역(105) 각각은 멤브레인 상에서 가로질러 연장되는 라인 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 컨트롤 영역(105)은 샘플의 흐름 방향 기준으로 테스트 영역(104)의 하류에 위치할 수 있다.In the illustrated embodiment, the detection zone 103 consists of a membrane, specifically a porous membrane, for example cellulose, glass fiber, nitrocellulose, polyvinylidene fluoride, charge modified nylon, polyether Sulfones and the like. More typically nitrocellulose can be used. The test area 104 and the control area 105 are sequentially arranged in the detection area 103 in the flow direction of the sample. For example, each of the test area 104 and the control area 105 may be disposed on the membrane. It may be formed in a line pattern extending across. In addition, the control region 105 may be located downstream of the test region 104 relative to the flow direction of the sample.

상기 테스트 영역(104)에서는 전술한 접합체(제1 바인더와 기능화된 금 나노입자의 접합체) 내 제1 바인더와 결합되는 타겟 검체를 특이적으로 결합하는 제2 바인더가 고정되어 있다. 이때, 제2 바인더 역시 제1 바인더와 유사하게 타겟 검체에 특이적으로(또는 선택적으로) 결합할 수 있는 바, 구체적으로 접합체의 제1 바인더와 특이적으로 결합되어 있는 타겟 검체(샘플 내에 타겟 검체가 존재하는 경우)를 경유하여 접합체를 포획할 수 있다(샌드위치 방식). 이와 관련하여, 타겟 검체가 항원인 경우에 제2 바인더는 항체일 수 있다(도 2b 참조). In the test region 104, a second binder that specifically binds a target sample bound to the first binder in the above-described conjugate (a conjugate of the first binder and the functionalized gold nanoparticles) is fixed. In this case, the second binder may also specifically (or selectively) bind to the target sample similarly to the first binder, specifically, a target sample specifically bound to the first binder of the conjugate (a target sample in the sample). Conjugates can be captured (if present) (sandwich method). In this regard, when the target sample is an antigen, the second binder may be an antibody (see FIG. 2B).

예시적 구체예에 따르면, 접합체는 모세관 현상을 통하여 다공성 재질의 검출 영역(103) 내에서 흡수 패드(107) 방향으로 이동한다. 이때, 다공성 재질의 멤브레인의 포어 사이즈는, 예를 들면 약 10 내지 40 ㎛, 구체적으로 약 15 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the conjugate moves in the direction of the absorbent pad 107 within the detection region 103 of the porous material through capillary action. In this case, the pore size of the membrane of the porous material may be, for example, in the range of about 10 to 40 μm, specifically about 15 to 30 μm.

샘플 내에 타겟 검체가 존재할 경우, 접합체에 결합된 제1 바인더와 특이적으로 결합하여 일종의 복합체(예를 들면, 항원-항체-기능화된 금 나노입자)를 형성한다. 이와 같이 형성된 복합체는 테스트 영역(104) 상에 고정되어 있는 제2 바인더(예를 들면, 타겟 검체와 특이적으로 결합하는 항체)에 의하여 포획되며, 그 결과 테스트 영역(104)에 금 나노입자가 축적하여 특정 색상을 발현하게 된다(양성 테스트 결과). 이때, 금 나노입자의 사이즈는 다공성 멤브레인의 검출 영역(103)의 포어를 통하여 이동할 수 있도록 설계된다. 또한, 금 나노입자는 제1 바인더(예를 들면, 항체)에 용이하게 결합 또는 코팅될 수 있다.If a target sample is present in the sample, it specifically binds to the first binder bound to the conjugate to form a complex (eg, antigen-antibody-functionalized gold nanoparticles). The complex thus formed is captured by a second binder (eg, an antibody that specifically binds to a target sample) immobilized on the test region 104, and as a result, gold nanoparticles are deposited in the test region 104. Accumulation results in a specific color (positive test results). At this time, the size of the gold nanoparticles is designed to move through the pore of the detection region 103 of the porous membrane. In addition, the gold nanoparticles can be easily bound or coated onto a first binder (eg, an antibody).

이와 같이, 테스트 라인(104)에 기능화된 금 나노입자가 포획될 경우, 가시광선과 상호작용하여 육안 또는 다양한 검출 장치(또는 분석 장치)에 의하여 검출 가능한 변화(구체적으로 색상)를 일으키게 된다. 반면, 접합체가 타겟 검체와 결합되지 않은 경우, 상기 접합체는 샘플의 흐름과 함께 테스트 영역(104)을 통과하게 된다. As such, when the functionalized gold nanoparticles are captured in the test line 104, they interact with visible light to cause a change (specifically, color) detectable by the naked eye or various detection devices (or analysis devices). On the other hand, when the conjugate is not bound to the target sample, the conjugate passes through the test region 104 with the flow of the sample.

한편, 검출 영역(103) 중 컨트롤 영역(105)의 경우, 타겟 검체에는 특이적으로 결합하지 않으나, 제1 바인더와 결합하는 제3 바인더가 고정될 수 있다. 예를 들면, 제3 바인더는 제1 바인더와 특이적으로 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 바인더는 타겟 검체와 결합되어 있는 1차 항체일 수 있다. 따라서, 접합체가 타겟 검체와 결합되지 않은 관계로 테스트 영역(104)을 지나치더라도 제3 바인더와 결합되어 컨트롤 영역(105) 상에서 포획될 수 있다. 예를 들면, 샘플 내에 타겟 검체가 존재하지 않는 경우, 테스트 영역(104)에서 색상 등이 발현하지 않더라도 컨트롤 영역(105)에서는 색상 등이 발현하게 된다. 이처럼, 상기 컨트롤 영역(105)에서의 응답(response)은 액상 샘플이 센서를 적절히 통과하고 있음(즉, 컨트롤 영역으로부터의 시그널은 접합체가 존재하고 제3 바인더가 이러한 접합체와 결합(binding)되어 있음을 지시하므로 바이오센서가 적절히 작동하고 있음)을 지시한다.Meanwhile, in the control region 105 of the detection region 103, a third binder that binds to the first binder may be fixed, although not specifically bound to the target sample. For example, the third binder can be specifically bound to the first binder. In this regard, the first binder may be a primary antibody bound to the target sample. Therefore, even if the conjugate passes through the test region 104 without being bound to the target sample, it may be combined with the third binder and captured on the control region 105. For example, when the target sample does not exist in the sample, the color and the like are expressed in the control region 105 even though the color and the like are not expressed in the test region 104. As such, the response in the control region 105 is such that the liquid sample is properly passing through the sensor (i.e., the signal from the control region has a conjugate present and a third binder is bound to this conjugate). Biosensor is operating properly).

구체적으로, 제3 바인더는 샘플에 타겟 검체의 존재에 관계없이, 접합체 중 금 나노입자와 접합되어 있는 제1 바인더와 결합하여 컨트롤 영역 상에 축적된다. 예시적 구체예에 따르면, 상기 제3 바인더는 2차 항체로서 Fc 영역 또는 Fab 영역과 같은 항체 단편(antibody fragments) 또는 전체 Ig 분자에 대하여 특이성을 나타내는 다클론 항체 또는 단클론 항체일 수 있다. 예를 들면, 접합체로서 금 나노입자와 마우스 항-휴먼 IgG(mouse-anti human IgG)의 접합체가 사용될 경우, 컨트롤 영역(105)에서의 제3 바인더는 항체로서 항-마우스 IgG(anti-mouse IgG), 예를 들면 염소 항-마우스(goat anti-mouse) IgG 항체 등일 수 있다.Specifically, the third binder is bonded to the first binder bonded to the gold nanoparticles in the conjugate and accumulated on the control region, regardless of the presence of the target sample in the sample. According to an exemplary embodiment, the third binder may be a polyclonal antibody or monoclonal antibody that exhibits specificity for antibody fragments such as Fc region or Fab region or whole Ig molecule as secondary antibody. For example, when a conjugate of gold nanoparticles and a mouse anti-human IgG is used as the conjugate, the third binder in the control region 105 is an anti-mouse IgG as an antibody. ), For example goat anti-mouse IgG antibodies and the like.

전술한 바와 같이, 컨트롤 영역(105)을 통과한 샘플(또는 샘플 용액)은 하류에 위치하면서 멤브레인 재질의 검출 영역(103)에 접촉되어 있는 흡수 패드(107) 내로 흡수된다. 흡수 패드(107)는 스트립 형태의 측방유동 분석-기반 바이오센서의 단부에 부착되어 과량의 반응 시약을 흡수하여 액체의 역흐름(backflow)을 방지하고 처리된 액체를 수집하는 기능을 하는 바, 흡수 패드(107)는 보다 큰 샘플 용액의 체적의 사용을 허용함으로써 테스트의 감도를 증가시킨다. 예시적 구체예에 있어서, 흡수 패드(107)는 셀룰로오스 필터 등의 재질일 수 있다.As described above, the sample (or sample solution) that has passed through the control region 105 is absorbed into the absorbent pad 107 located downstream and in contact with the detection region 103 of the membrane material. Absorption pad 107 is attached to the end of the lateral flow assay-based biosensor in the form of a strip to absorb excess reaction reagent to prevent backflow of the liquid and to collect the treated liquid. The pad 107 increases the sensitivity of the test by allowing the use of a larger volume of sample solution. In an exemplary embodiment, the absorbent pad 107 may be a material such as a cellulose filter.

예시적 구체예에 따르면, 접합체 내 표면개질(기능화)된 금 나노입자를 제조하기 위하여는 1차적으로 금 나노입자를 제조한 후에 표면개질이 수행되는 바, 이러한 금 나노입자는 하기와 같은 시드 성장법, 구체적으로 금(Au) 시드로부터 증가된 사이즈를 갖는 금 나노입자를 형성하는 방식으로 제조될 수 있다. 이와 같은 방식은 입자 사이즈를 정밀하게 조절할 수 있기 때문에 균일한 입자 사이즈를 갖는 금 나노입자를 제조할 수 있고, 이는 후술하는 바와 같이 머캅토운데칸산 또는 L-라이신을 이용한 표면 개질을 통하여 기능화될 경우, 추가적인 바이오센서의 감도 개선 효과를 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment, in order to prepare the surface-modified (functionalized) gold nanoparticles in the conjugate, the surface modification is first performed after the production of the gold nanoparticles, such gold nanoparticles are seed growth as follows Method, specifically, in a manner to form gold nanoparticles with increased size from gold (Au) seeds. In this way, since the particle size can be precisely controlled, gold nanoparticles having a uniform particle size can be prepared, which is functionalized through surface modification using mercaptodecanoic acid or L-lysine as described below. In addition, it can provide a sensitivity improvement effect of additional biosensors.

시드 성장법의 일 예로서, 먼저 액상 매질 또는 용매(예를 들면, 물)의 존재 하에서 금 전구체와 캡핑제(capping agent)를 반응시켜 금(Au) 시드의 분산물(예를 들면, 수성 매질 내 금 시드 나노입자의 분산물)을 제조할 수 있다. 통상적으로, 캡핑제는 이온 결합 또는 공유 결합에 의하여 금 시드 나노입자의 표면 원자에 결합할 수 있는 관능기를 갖는 유기 분자를 의미할 수 있는 바, 예시적으로 특정 캡핑제는 환원제로도 작용할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 캡핑제로서 시트레이트(citrate), 말레이트(malate), 옥살레이트(oxalate), 아스파르테이트(aspartate) 및/또는 글루타메이트(glutamate)를 사용할 수 있는 바, 이때 시트레이트, 구체적으로 소디움 시트레이트는 캡핑제 및 환원제로 기능하기 때문에 유리할 수 있다. As an example of the seed growth method, a dispersion of gold (Au) seeds (eg, an aqueous medium) is first reacted with a gold precursor and a capping agent in the presence of a liquid medium or a solvent (eg, water). Dispersion of gold seed nanoparticles). Typically, the capping agent may refer to an organic molecule having a functional group capable of binding to the surface atoms of the gold seed nanoparticles by ionic or covalent bonds, for example, specific capping agents may also act as reducing agents. . According to an exemplary embodiment, citrate, malate, oxalate, aspartate and / or glutamate can be used as the capping agent, wherein citrate In particular, sodium citrate may be advantageous because it functions as a capping and reducing agent.

예시적 구체예에 있어서, 금(Au) 시드 입자의 분산물을 제조하기 위하여 캡핑제(및/또는 환원제)를 함유하는 수용액을 제조한다. 이때, 수용액 내 캡핑제의 농도는, 예를 들면 약 1.5 내지 60 mM, 구체적으로 약 2 내지 10 mM, 보다 구체적으로 약 2.1 내지 5 mM 범위일 수 있다. In an exemplary embodiment, an aqueous solution containing a capping agent (and / or reducing agent) is prepared to prepare a dispersion of gold (Au) seed particles. At this time, the concentration of the capping agent in the aqueous solution may be, for example, in the range of about 1.5 to 60 mM, specifically about 2 to 10 mM, more specifically about 2.1 to 5 mM.

상기 캡핑제의 수용액을, 예를 들면 비점 이상의 온도(구체적으로 약 100℃까지)로 승온시킨 다음, 금 전구체를 첨가할 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 캡핑제의 수용액을 가열한 후에 금 전구체를 첨가할 수 있다. 이때, 상기 금 전구체는, 전형적으로 Au(III) 이온을 함유하는 형태로서, 예를 들면 금(III) 염화물 형태일 수 있다. 예시적으로, 금 전구체는 HAuCl4, AuCl, AuCl2, AuCl3, Na2Au2Cl8, NaAuCl2, 및 이의 수화물로 이루어진 군으로부터 1 또는 2 이상이 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로는 HAuCl4일 수 있다.The aqueous solution of the capping agent may, for example, be raised to a temperature above the boiling point (specifically up to about 100 ° C.) and then a gold precursor may be added. According to certain embodiments, the gold precursor may be added after heating the aqueous solution of the capping agent. In this case, the gold precursor, typically containing Au (III) ions, for example, may be in the form of gold (III) chloride. In exemplary embodiments, the gold precursor may be selected from the group consisting of HAuCl 4 , AuCl, AuCl 2 , AuCl 3 , Na 2 Au 2 Cl 8 , NaAuCl 2 , and a hydrate thereof, and more specifically, HAuCl Can be four .

예시적 구체예에 따르면, 금 전구체 : 캡핑제의 비(몰 기준)가, 예를 들면 약 0.4 내지 12 : 1, 구체적으로 약 0.7 내지 10 : 1, 보다 구체적으로 약 1 내지 7 : 1의 범위에서 금 전구체의 첨가량을 조절할 수 있다. 또한, 반응 시간은, 예를 들면 약 5 내지 120분, 구체적으로 약 10 내지 60분, 보다 구체적으로 약 15 내지 40분 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the ratio of gold precursor to capping agent (in moles) is for example in the range of about 0.4 to 12: 1, specifically about 0.7 to 10: 1, more specifically about 1 to 7: 1 The amount of gold precursor added can be controlled. In addition, the reaction time may range from, for example, about 5 to 120 minutes, specifically about 10 to 60 minutes, more specifically about 15 to 40 minutes.

반응 결과, 생성된 시드 금 나노입자의 수분산물에 함유된 시드 금 나노입자의 사이즈(평균 입경; 복수의 나노입자에 있어서 나노입자 사이즈 분포의 산술 평균)는, 예를 들면 약 5 내지 18 nm, 구체적으로 약 8 내지 17 nm, 보다 구체적으로 약 10 내지 15 nm 범위일 수 있다.As a result of the reaction, the size (average particle diameter; arithmetic mean of the nanoparticle size distribution in the plurality of nanoparticles) of the seed gold nanoparticles contained in the aqueous product of the generated seed gold nanoparticles is, for example, about 5-18 nm, Specifically about 8 to 17 nm, more specifically about 10 to 15 nm.

전술한 바와 같이, 시드 금 나노입자의 수분산물이 제조되면, 이에 캡핑제 및 금 전구체를 동시에 또는 순차적으로 투입하여 반응시킴으로써 증가된 사이즈의 금 나노입자를 제조할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 상기 시드 금 나노입자의 수분산물이, 예를 들면 약 80 내지 97℃, 구체적으로 약 85 내지 95℃, 보다 구체적으로 약 88 내지 92℃로 냉각된 후에 캡핑제 및 금 전구체를 투입할 수 있다. 예시적 구체예에 있어서, 금 전구체 : 캡핑제의 비(몰 기준)가, 예를 들면 약 0.4 내지 12 : 1, 구체적으로 약 0.7 내지 10 : 1, 보다 구체적으로 약 1 내지 7 : 1의 범위에서 금 전구체의 첨가량을 조절할 수 있다. As described above, when the aqueous product of the seed gold nanoparticles is prepared, gold nanoparticles of increased size may be prepared by reacting the capping agent and the gold precursor simultaneously or sequentially. According to an exemplary embodiment, the capping agent and the gold are cooled after the aqueous product of the seed gold nanoparticles is cooled to, for example, about 80-97 ° C., specifically about 85-95 ° C., more specifically about 88-92 ° C. Precursors can be added. In an exemplary embodiment, the ratio of gold precursor to capping agent (in moles) is, for example, in the range of about 0.4 to 12: 1, specifically about 0.7 to 10: 1, more specifically about 1 to 7: 1. The amount of gold precursor added can be controlled.

상기 캡핑제 및 금 전구체의 투입과 함께 성장 반응이 개시되며, 이때 반응 온도는, 예를 들면 약 80 내지 97℃, 구체적으로 약 85 내지 95℃, 보다 구체적으로 약 88 내지 92℃ 범위에서 유지되도록 조절될 수 있고, 또한 반응 시간(반응 사이클 당)은, 예를 들면 약 10 내지 150분, 구체적으로 약 20 내지 100분, 보다 구체적으로 약 30 내지 90분 범위일 수 있다. A growth reaction is initiated with the addition of the capping agent and the gold precursor, wherein the reaction temperature is maintained at, for example, about 80 to 97 ° C., specifically about 85 to 95 ° C., more specifically about 88 to 92 ° C. The reaction time (per reaction cycle) can also be adjusted, for example, in the range of about 10 to 150 minutes, specifically about 20 to 100 minutes, more specifically about 30 to 90 minutes.

상기 반응 결과, 시드 금 나노입자 상에 금(Au) 층이 성장하면서 금 나노입자의 사이즈는 증가하게 된다. 이때, 수 분산물 내에서 금 나노입자의 표면은 -OH기가 분포될 수 있다. As a result of the reaction, as the gold (Au) layer grows on the seed gold nanoparticles, the size of the gold nanoparticles increases. At this time, the surface of the gold nanoparticles in the aqueous dispersion may be -OH groups.

이러한 금 나노입자의 성장 단계는 원하는 금 나노입자의 사이즈에 도달할 때까지 1회에 걸쳐 수행될 수도 있으나, 택일적으로 2회 이상의 사이클로 반복하여 수행될 수 있으며, 예를 들면 2 내지 15회, 구체적으로 3 내지 14회의 사이클로 반복 가능하다. 상술한 반응 회수의 범위는 예시적인 것으로서 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The growth step of the gold nanoparticles may be performed one time until the size of the desired gold nanoparticles is reached, but may alternatively be repeated in two or more cycles, for example, 2 to 15 times, Specifically, it can be repeated in 3 to 14 cycles. The range of the reaction recovery mentioned above is an illustration, and this invention is not necessarily limited to this.

이와 관련하여, 금 나노입자의 사이즈는 약 13 내지 40 nm, 구체적으로 약 14 내지 35 nm, 보다 구체적으로 약 15 내지 30 nm 범위일 수 있다. 상기 금 나노입자의 사이즈 범위는 검출 강도에 영향을 미치는 요인으로 작용하는 바, 전술한 바와 같이 시드 성장법에 따라 조절된 사이즈를 갖는 금 나노입자를 이용할 경우, 측방유동 분석-기반의 바이오센서의 감도 개선에 유리할 수 있다. In this regard, the size of the gold nanoparticles may range from about 13 to 40 nm, specifically about 14 to 35 nm, more specifically about 15 to 30 nm. The size range of the gold nanoparticles acts as a factor influencing the detection intensity. When using gold nanoparticles having a size controlled by the seed growth method as described above, the lateral flow analysis-based biosensor It may be advantageous to improve the sensitivity.

예시적 구체예에 있어서, 상기 금 나노입자는, 예를 들면 약 10% 미만, 구체적으로 약 5% 미만, 보다 구체적으로 약 2% 미만의 표준 편차를 갖는 사이즈 분포 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 금 나노입자는 6각형, 로드형, 구형, 삼각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으나, 구형을 갖는 것이 바람직할 수 있다. In an exemplary embodiment, the gold nanoparticles may have a size distribution characteristic having a standard deviation of, for example, less than about 10%, specifically less than about 5%, more specifically less than about 2%. In addition, the gold nanoparticles may have various shapes such as hexagonal, rod-shaped, spherical, and triangular, but may have a spherical shape.

택일적 구체예에 있어서, 금 나노입자는 당업계에서 알려진 Turkevich-Frens법에 따라 단일 단계 합성법으로도 제조될 수 있다. Turkevich-Frens법은 전구체인 HAuCl4(hydrogen tetrachloroaurate) 용액에 환원제인 시트레이트를 첨가하여 Au3+이온을 Au 나노입자로 형성하는 방법(화학적 환원 프로세스)으로서, Turkevich, J., Gold Bulletin, 1985. 18(4): p. 125-131. 및 Turkevich, J., P.C. Stevenson, and J. Hillier, Discussions of the Faraday Society, 1951. 11(0): p. 55-75 등에 상세히 기재되어 있는 바, 상기 문헌은 본 명세서의 참고자료로 포함된다. Turkevich-Frens법은 전형적으로는 액상 매질에 금 전구체로서 HAuCl4를 첨가하여 제조된 용액을 승온시키고(예를 들면, 약 100℃까지, 구체적으로 약 80 내지 100℃, 구체적으로 약 90 내지 100℃), 상기 승온 조건 하에서 환원제로서 소디움 시트레이트를 첨가함으로써 금 전구체를 환원시키는 과정을 수반한다. 이때, 액상 매질 내 금 전구체의 농도는 앞서 설명한 시드 성장법에서 사용된 량의 범위 내일 수 있다. 이 경우, 금 나노입자의 크기는 첨가되는 환원제의 량을 변화시키면서 조절할 수 있다. 구체적으로, 소디움 시트레이트의 첨가량이 증가함에 따라 핵 형성(nucleation)이 촉진되므로 금 나노입자의 사이즈가 감소하는 경향을 나타낼 것이다.In an alternative embodiment, the gold nanoparticles can also be prepared by single step synthesis according to the Turkevich-Frens method known in the art. The Turkevich-Frens method is a method of forming Au 3+ ions into Au nanoparticles by adding citrate as a reducing agent to a solution of precursor HAuCl 4 (hydrogen tetrachloroaurate) .Turkevich, J., Gold Bulletin, 1985 18 (4): p. 125-131. And Turkevich, J., PC Stevenson, and J. Hillier, Discussions of the Faraday Society, 1951. 11 (0): p. 55-75 et al., Which are incorporated by reference herein. The Turkevich-Frens method typically warms up a solution prepared by adding HAuCl 4 as a gold precursor to a liquid medium (e.g., up to about 100 ° C, specifically about 80 to 100 ° C, specifically about 90 to 100 ° C) ), Followed by a process of reducing the gold precursor by adding sodium citrate as the reducing agent under the above elevated temperature conditions. At this time, the concentration of the gold precursor in the liquid medium may be in the range of the amount used in the seed growth method described above. In this case, the size of the gold nanoparticles can be adjusted while changing the amount of reducing agent added. Specifically, since the nucleation is promoted as the amount of sodium citrate is increased, the size of the gold nanoparticles will tend to decrease.

예시적 구체예에 따르면, Turkevich-Frens법에 의한 금 나노입자 제조 시 매질 내 pH는, 첨가되는 소디움 시트레이트의 농도에 의존하는 바, 예를 들면 약 3.7 내지 7.7 범위에서 조절될 수 있다. 다만, 상기 pH 범위 중 pH 값이 비교적 낮은 범위(예를 들면 약 6.5 이하, 구체적으로 약 4 내지 6)에서는 핵 형성 및 후속 입자 간 부착이 신속한 특성을 나타내는 한편, pH가 비교적 높은 경우(예를 들면 약 6.5 초과, 구체적으로 약 6.7 내지 7.5)에는 핵 형성 및 후속 성장이 다소 느리게 이루어질 수 있다. 다만, Turkevich-Frens법에 따라 단일 단계로 제조된 금 나노입자는 전술한 사이즈 범위(예를 들면, 약 13 내지 40 nm)를 가질 수 있으나, 시드 성장법에 비하여 입자 사이즈 분포 편차가 클 수 있고, 이를 후술하는 바와 같이 개질에 의한 기능화시켜 접합체를 제조할 경우에 측방유동 분석-기반의 바이오센서의 검출 감도가 다소 낮아질 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 제조방법을 배제하는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment, the pH in the medium in the preparation of gold nanoparticles by the Turkevich-Frens method may be adjusted in the range of about 3.7 to 7.7, depending on the concentration of sodium citrate added. However, in the range where the pH value is relatively low (for example, about 6.5 or less, specifically about 4 to 6) in the pH range, nucleation and subsequent interparticle adhesion show rapid characteristics, while the pH is relatively high (for example, For example greater than about 6.5, specifically about 6.7 to 7.5), nucleation and subsequent growth may occur somewhat slowly. However, the gold nanoparticles prepared in a single step according to the Turkevich-Frens method may have a size range (for example, about 13 to 40 nm) described above, but the particle size distribution variation may be larger than that of the seed growth method. When the conjugate is prepared by functionalization by modification as described below, the detection sensitivity of the lateral flow analysis-based biosensor may be somewhat lowered. However, the present invention does not exclude such a manufacturing method.

한편, 금 나노입자는 전형적으로 다른 금속 나노입자에 비하여 용이하게 표면 개질할 수 있는 특성을 갖고 있다. 본 구체예에서는 전술한 특성을 이용하여 금 나노입자를 표면 개질시킴으로써 금 나노입자가 응집(aggregation)되는 현상을 최소화함과 동시에 수용액 내에서 안정적인 콜로이드(colloid) 형태를 나타내도록 할 수 있다.On the other hand, gold nanoparticles typically have properties that can be easily surface modified compared to other metal nanoparticles. In the present embodiment, surface modification of the gold nanoparticles using the above-described characteristics may minimize the phenomenon of aggregation of the gold nanoparticles and at the same time, exhibit a stable colloidal form in an aqueous solution.

예시적 구체예에 따르면, 상술한 바와 같이 제조된 금 나노입자를 머캅토운데칸산 또는 L-라이신의 단분자를 사용하여 표면 개질하여 기능화하는 단계가 수행된다. According to an exemplary embodiment, the step of functionalizing the surface of the gold nanoparticles prepared as described above using a single molecule of mercaptodecanoic acid or L-lysine is performed.

도 2는 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자의 제조 방법을 개략적으로 보여준다.2 schematically shows a process for the preparation of functionalized gold nanoparticles modified with mercaptodecanoic acid or L-lysine.

상기 도면을 참조하면, 화학식으로부터 알 수 있듯이 머캅토운데칸산은 화학식 -COOH기를 함유하고 있으며, L-라이신은 -COOH기 및 -NH2기를 함유하고 있는 바, 상기 표면 개질 성분이 금 나노입자와 접촉하여 금 나노입자의 표면에 부착(접합)된다.Referring to the drawings, as can be seen from the formula, mercaptodecanoic acid contains a chemical formula -COOH group, and L-lysine contains -COOH group and -NH 2 group, and the surface modification component is in contact with the gold nanoparticles. To the surface of the gold nanoparticles.

이와 같이, 머캅토운데칸산 또는 L-라이신으로 금 나노입자의 표면을 기능화하기 위한 방법의 예는 하기와 같다.As such, examples of methods for functionalizing the surface of gold nanoparticles with mercaptodecanoic acid or L-lysine are as follows.

먼저, 기설명된 바와 같이 금 나노입자의 분산액(구체적으로 수분산액)을 제조한 후에, 머캅토운데칸산 또는 L-라이신을 첨가할 수 있는 바, 이때 머캅토운데칸산 또는 L-라이신은 용액 형태로 첨가될 수 있다. First, as described above, after preparing a dispersion of gold nanoparticles (specifically, an aqueous dispersion), mercaptodecanoic acid or L-lysine may be added, where mercaptodecanoic acid or L-lysine is in solution form. Can be added.

이와 관련하여, 금 나노입자의 분산액은 전술한 금 나노입자의 형성 반응으로부터 수득된 수분산액일 수도 있고, 이로부터 금 나노입자를 분리한 후에 다시 물에 투입하여 제조된 수분산액일 수도 있다. 예시적으로, 상기 수분산된 금 나노입자의 광학밀도(UV Optical density)는, 예를 들면 약 4 이하, 보다 구체적으로 약 0.08 내지 1의 범위일 수 있다. In this regard, the dispersion of the gold nanoparticles may be an aqueous dispersion obtained from the formation reaction of the above-described gold nanoparticles, or may be an aqueous dispersion prepared by separating the gold nanoparticles therefrom and then putting it back into water. For example, the UV optical density of the dispersed gold nanoparticles may be, for example, about 4 or less, more specifically about 0.08 to 1.

한편, 분산액(구체적으로 수분산액) 내 금 나노입자의 함량은, 예를 들면 약 0.1 내지 2 mg/mL, 구체적으로 약 0.2 내지 1.5 mg/mL, 보다 구체적으로 약 0.3 내지 1 mg/mL 범위일 수 있다. On the other hand, the content of gold nanoparticles in the dispersion (specifically, aqueous dispersion) may be, for example, in the range of about 0.1 to 2 mg / mL, specifically about 0.2 to 1.5 mg / mL, and more specifically about 0.3 to 1 mg / mL. Can be.

또한, 머캅토운데칸산 용액의 농도는, 예를 들면 약 0.1 내지 3 mM, 구체적으로 약 0.2 내지 1.5 mM, 보다 구체적으로 약 0.3 내지 1 mM 범위일 수 있다. 또한, L-라이신 용액의 농도는, 예를 들면 약 0.5 내지 20 mM, 구체적으로 약 0.8 내지 15 mM, 보다 구체적으로 약 1 내지 10 mM 범위일 수 있다. 상기 용액 내 표면 개질 성분(머캅토운데칸산 또는 L-라이신)의 농도가 지나치게 낮거나 높은 경우에는 후술하는 금 나노입자와의 불충분한 접촉 또는 용액 내 개질 성분의 균일도 저하와 같은 문제점이 유발될 수 있는 만큼, 상술한 범위 내에서 적절히 조절하는 것이 유리할 수 있다.In addition, the concentration of the mercaptodecanoic acid solution may, for example, range from about 0.1 to 3 mM, specifically about 0.2 to 1.5 mM, more specifically about 0.3 to 1 mM. In addition, the concentration of the L-lysine solution may, for example, range from about 0.5 to 20 mM, specifically about 0.8 to 15 mM, more specifically about 1 to 10 mM. If the concentration of the surface modification component (mercaptodecanoic acid or L-lysine) in the solution is too low or high, problems such as insufficient contact with the gold nanoparticles described below or a decrease in the uniformity of the modification component in the solution may be caused. As far as possible, it may be advantageous to adjust appropriately within the above-described range.

예시적 구체예에 있어서, 금 나노입자의 분산액 : 머캅토운데칸산 용액의 체적 비는 약 20 내지 70 : 1, 구체적으로 약 25 내지 60 : 1, 보다 구체적으로 약 30 내지 50 : 1의 범위일 수 있다. 또한, 금 나노입자의 분산액 : L-라이신 용액의 체적 비는, 예를 들면 1 내지 20 : 1, 구체적으로 약 3 내지 15 : 1, 보다 구체적으로 약 5 내지 10 : 1의 범위일 수 있다. 이와 관련하여, 표면 개질 성분의 용액의 상대적인 량이 일정 수준에 미달하거나 지나치게 초과할 경우에는 금 나노입자의 분산이 불안정하여 응집되는 문제점이 발생할 수 있기 때문에 상술한 범위 내에서 적절히 조절하는 것이 유리할 수 있다.In an exemplary embodiment, the volume ratio of the dispersion of the gold nanoparticles to the mercaptodecanoic acid solution is in the range of about 20 to 70: 1, specifically about 25 to 60: 1, more specifically about 30 to 50: 1. Can be. Further, the volume ratio of the dispersion of the gold nanoparticles to the L-lysine solution may be, for example, in the range of 1 to 20: 1, specifically about 3 to 15: 1, and more specifically about 5 to 10: 1. In this regard, if the relative amount of the solution of the surface modification component is less than or exceeding a certain level, it may be advantageous to properly adjust within the above-described range because the dispersion of the gold nanoparticles may be unstable and may cause aggregation. .

일 구체예에 있어서, 전술한 바와 같이 기능화된 금 나노입자가 제조되면, 이를 이용하여 측방유동 분석-기반 바이오센서의 접합 패드에 적용하기 위한 제1 바인더와 금 나노입자의 접합체를 제조할 수 있다. In one embodiment, when the functionalized gold nanoparticles are prepared as described above, the conjugates of the first binder and the gold nanoparticles may be prepared for use in the bonding pad of the lateral flow analysis-based biosensor. .

일 구체예에 따르면, 제1 바인더와의 접합에 적합한 pH 범위를 유지하는 것이 바람직할 수 있는 바, 예시적인 pH 범위는, 예를 들면 약 5 내지 10, 구체적으로 약 6 내지 8, 보다 구체적으로 약 6.5 내지 7.5의 범위일 수 있다. 이때, pH가 일정 수준에 미달하거나 초과할 경우에는 항체와 기능화된 금 나노입자 간의 응집(aggregation) 현상이 발생할 수 있기 때문에 전술한 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.According to one embodiment, it may be desirable to maintain a suitable pH range for conjugation with the first binder, an exemplary pH range being, for example, about 5-10, specifically about 6-8, more specifically It may range from about 6.5 to 7.5. At this time, when the pH is less than or exceeds a certain level, since aggregation may occur between the antibody and the functionalized gold nanoparticles, the pH may be appropriately adjusted within the aforementioned range.

예시적 구체예에 따르면, 상술한 접합 과정 중 pH 범위를 조절하기 위하여, 선택적으로 염기 성분을 첨가할 수 있는 바, 이러한 염기 성분은, 예를 들면 탄산칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등일 수 있고, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 금 나노입자와 제1 바인더(특히, 항체)의 접합은 당업계에서 알려진 다양한 방법에 의하여 구현될 수 있는 바, 본 개시 내용의 구체예는 금 나노입자와 제1 바인더의 접합이 가능한 한, 특정 방법으로 한정되는 것은 아니다. According to an exemplary embodiment, in order to adjust the pH range during the aforementioned conjugation process, a base component may be optionally added, such a base component may be, for example, potassium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like. These may be used alone or in combination. Conjugation of the gold nanoparticles and the first binder (especially the antibody) may be implemented by various methods known in the art, specific embodiments of the present disclosure, as long as the conjugation of the gold nanoparticles and the first binder is possible, It is not limited to the method.

접합 방법의 일 예로서 화학적 관능기 및/또는 분자를 링커(예를 들면, 금 나노입자와 제1 바인더 사이에서 공유 또는 비공유 결합에 의한 연결할 수 있는 화합물로서 아미노기, 카르복시기, 옥소기 또는 티올기와 같은 작용기(functional group))를 가질 수 있음)로 사용하여 기능화된 금 나노입자와 제1 바인더를 접합하는 방법을 들 수 있다. 택일적으로, 제1 바인더의 말단에 바이오틴(biotin)을 부착하고, 기능화된 금 나노입자의 표면에 아비딘 또는 스트렙타비딘과 같은 단백질을 코팅하여 바이오틴과 아비딘 간의 강력한 결합력을 이용하는 방법 등을 이용할 수도 있다.As an example of the conjugation method, a chemical functional group and / or molecule may be linked to a linker (e.g., a covalent or non-covalent bond between gold nanoparticles and a first binder as a functional group such as an amino group, a carboxyl group, an oxo group or a thiol group). (functional group)) may be used to bond the functionalized gold nanoparticles with the first binder. Alternatively, biotin may be attached to the end of the first binder and a protein such as avidin or streptavidin may be coated on the surface of the functionalized gold nanoparticles to use a strong binding force between the biotin and avidin. have.

다른 예시적 구체예에 따르면, 기능화된 금 나노입자의 분산물(수분산물)에 제1 바인더(예를 들면, 타겟 검체가 항원인 경우, 이에 특이적으로 결합하는 항체)를 첨가하고 접촉시키되, pH 및 제1 바인더의 농도를 조절하면서 기능화된 금 나노입자의 표면에 직접 제1 바인더를 접합시킬 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 제1 바인더의 농도는, 예를 들면 약 0.5 내지 20 μg/mL, 구체적으로 약 5 내지 15 μg/mL, 보다 구체적으로 약 9 내지 11 μg/mL 범위 내에서 선정될 수 있다. According to another exemplary embodiment, a first binder (e.g., an antibody that specifically binds to the target sample if it is an antigen) is added to and contacted with the dispersion (water dispersion) of the functionalized gold nanoparticles, The first binder may be bonded directly to the surface of the functionalized gold nanoparticles while adjusting the pH and concentration of the first binder. According to an exemplary embodiment, the concentration of the first binder may be selected, for example, within the range of about 0.5 to 20 μg / mL, specifically about 5 to 15 μg / mL, more specifically about 9 to 11 μg / mL. Can be.

액상 매질 내 pH 및 제1 바인더의 농도 범위는 기능화된 금 나노입자의 성상에 따라 조절될 수 있는 바, 전술한 pH 범위 및/또는 제1 바인더의 농도는 특히 전술한 기능화된 금 나노입자에 대하여 유효하게 적용될 수 있다. 특히, 상술한 pH 범위 및/또는 제1 바인더(특히 항체)의 온도 범위는 Turkevich-Frens법에 의하여 단일 단계로 제조된 금 나노입자를 표면 개질시킨 경우에 비하여 시드 성장법에 의하여 단계적으로 제조된 금 나노입자를 표면 개질시킨 경우에 특히 유리할 수 있다. 또한, 제1 바인더 이외의 다른 성분(예를 들면, 단백질)이 결합되는 것을 방지하기 위하여, 선택적으로 소 혈청 알부민(BSA), 카세인(Casein), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 등을 첨가할 수도 있다.The pH in the liquid medium and the concentration range of the first binder can be adjusted according to the properties of the functionalized gold nanoparticles, the pH ranges described above and / or the concentrations of the first binder being especially for the functionalized gold nanoparticles described above. It can be applied effectively. In particular, the above-described pH range and / or temperature range of the first binder (especially the antibody) is prepared stepwise by the seed growth method as compared with the case where the surface of the gold nanoparticles prepared in a single step by the Turkevich-Frens method is surface modified. It may be particularly advantageous when the surface of the gold nanoparticles is modified. In addition, bovine serum albumin (BSA), casein, polyethylene glycol, or the like may be optionally added to prevent the binding of other components (eg, proteins) other than the first binder. .

일 구체예에 따르면, 전술한 바와 같이 기능화된 금 나노입자와 제1 바인더의 접합체를 제조한 후, 이를 측방유동 분석-기반의 바이오센서 구조 내 접합 패드에 함유시킬 수 있다. According to one embodiment, a conjugate of functionalized gold nanoparticles and a first binder can be prepared as described above and then incorporated into a conjugate pad in a lateral flow assay-based biosensor structure.

예시적 구체예에 따르면, 기능화된 금 나노입자와 제1 바인더의 접합체가 적용된 접합 패드를 사용하여, 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서를 제작할 수 있다. 구체적으로, 일단으로부터 타단 방향으로 순차적으로 (i) 흡수성 샘플 패드(101), (ii) 상술한 접합체를 포함하는 접합 패드(102), (iii) 테스트 영역(104) 및 컨트롤 영역(105)을 포함하는 다공성 멤브레인 재질의 검출 영역(103), 및 (iv) 흡수 패드(107)를 조립하여 스트립 형태의 바이오센서를 제작할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a lateral flow assay-based biosensor in the form of a strip can be fabricated using a bonding pad to which a conjugate of functionalized gold nanoparticles and a first binder is applied. Specifically, in order from one end to the other end, (i) the absorbent sample pad 101, (ii) the bonding pad 102 including the above-described conjugate, (iii) the test region 104 and the control region 105 A strip-shaped biosensor may be manufactured by assembling the detection region 103 and the (iv) absorbent pad 107 of the porous membrane material.

택일적 구체예에 따르면, 샘플 패드(101), 접합 패드(102), 검출 영역(103) 및 흡수 패드(107)를 조립하여 스트립 형태의 바이오센서를 제작하고, 이후 접합 패드(102)에 전술한 접합체를 스프레이, 함침 등의 방식으로 함유시킬 수 있다. 이와 별도로 또는 후속적으로, 상기 검출 영역(103)의 테스트 영역(103) 및 컨트롤 영역(104) 각각에 제2 바인더 및 제3 바인더를 고정시킴으로써 바이오센서를 제작할 수 있다.According to an alternative embodiment, the sample pad 101, the bonding pad 102, the detection region 103 and the absorbent pad 107 are assembled to produce a biosensor in the form of a strip, and then described in the bonding pad 102. One conjugate may be contained by spraying, impregnation, or the like. Separately or subsequently, the biosensor may be manufactured by fixing the second binder and the third binder to each of the test region 103 and the control region 104 of the detection region 103.

일 구체예에 따르면, 샘플 내에 함유된 타겟 검체와 결합된 접합체가 테스트 영역에 고정됨에 따라 기능화된 금 나노입자의 축적으로부터 생성되는 시그널(예를 들면, 색상 시그널)을 육안으로 또는 검출 장치를 이용하여 정성적 및/또는 정량적 분석을 수행할 수 있다.According to one embodiment, a signal (e.g., a color signal) resulting from the accumulation of functionalized gold nanoparticles as a conjugate bound to a target sample contained in a sample is immobilized in a test region, visually or using a detection device. Qualitative and / or quantitative analysis can be performed.

한편, 다른 구체예에 따르면, 전술한 측방유동 분석-기반의 바이오센서는 B형 간염 바이러스(HBV)를 정석적 및/또는 정량적으로 진단하는데 유용하게 적용될 수 있다. 이때, 타겟 검체는 B형 간염 바이러스 항원으로서, 구체적으로는 B형 간염 바이러스의 표면 항원일 수 있다. 본 발명이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 본 개시 내용의 구체예에 따른 측방유동 분석-기반의 바이오센서가 B형 간염 바이러스(HBV)의 검출에 특히 유리하게 적용 가능한 이유는 머캅토운데칸산 또는 L-라이신에 의한 표면 개질에 의하여 항원에 대한 강화된 면역 반응을 유도할 수 있고, 또한 측방유동 분석-기반 바이오센서의 제작 중 수반되는 분산액 내에서 금 나노입자의 응집을 최소화하고 안정적인 분산 특성을 제공하기 때문으로 판단된다. On the other hand, according to another embodiment, the above-described lateral flow assay-based biosensors can be usefully applied for diagnosing hepatitis B virus (HBV) positively and / or quantitatively. In this case, the target sample may be a hepatitis B virus antigen, specifically, a surface antigen of hepatitis B virus. Although the present invention is not bound to a particular theory, the reason why the lateral flow assay-based biosensor according to an embodiment of the present disclosure is particularly advantageously applicable to the detection of hepatitis B virus (HBV) is that mercaptodecanoic acid or Surface modification with L-lysine can induce an enhanced immune response to the antigen, and also minimizes the aggregation of gold nanoparticles in the dispersions involved in the construction of lateral flow assay-based biosensors and provides stable dispersion characteristics. It is judged because it is provided.

이와 관련하여, 샘플(또는 샘플 용액) 내 B형 간염 바이러스의 검출 한계는, 예를 들면 약 100 ng/mL 이하, 구체적으로 약 10 ng/mL 이하, 심지어 약 1 ng/mL의 낮은 수준일 수 있는 바, 이는 본 구체예에서 사용된 측방유동 분석-기반의 센서의 B형 간염 바이러스에 대한 검출 감도가 현저히 높은 수준임을 의미한다. In this regard, the limit of detection of hepatitis B virus in a sample (or sample solution) may be, for example, a level of about 100 ng / mL or less, specifically about 10 ng / mL or less, even about 1 ng / mL or lower. As indicated, this means that the lateral flow assay-based sensor used in this embodiment has a significantly high level of detection sensitivity for hepatitis B virus.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention, but the following examples are provided only for better understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

본 실시예에서 사용된 물질은 하기와 같다.The materials used in this example are as follows.

- Au(III) 클로라이드 트리하이드레이트(HAuCl4ㅇ3H2O), 트리소디움 시트레이트(S1804), 머캅토운데칸산(450561) 및 L-라이신(L5501)은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. Au (III) chloride trihydrate (HAuCl 4 -3H 2 O), trisodium citrate (S1804), mercaptodecanoic acid (450561) and L-lysine (L5501) were purchased from Sigma-Aldrich.

- 기능화된 금 나노입자와 항체 간의 접합을 위한 소 혈청 알부민(bovine serum albumin(A2153) 및 수크로오스(31367-9001)는 각각 Sigma-Aldrich 및 Junsei로부터 구입하였다. Bovine serum albumin (A2153) and sucrose (31367-9001) for conjugation between functionalized gold nanoparticles and antibodies were purchased from Sigma-Aldrich and Junsei, respectively.

- hepatitis B 표면 항원(surface antigen; 13101) 및 항체(antibody; 13200)는Boreda Biotech로부터 구입하였다.hepatitis B surface antigen (13101) and antibody (13200) were purchased from Boreda Biotech.

- 측방유동 면역분석 스트립 제조를 위한 샘플패드(grade 319), 접합패드(grade 805), 멤브레인(LFNC-C-SS2505) 및 흡수패드(grade 222) 각각은 Boreda Biotech로부터 구입하였다. Sample pads (grade 319), junction pads (grade 805), membranes (LFNC-C-SS2505) and absorbent pads (grade 222) for the preparation of lateral flow immunoassay strips were purchased from Boreda Biotech.

가. 금 나노입자(AuNP)의 제조end. Preparation of Gold Nanoparticles (AuNP)

본 실시예에서는 Turkevich-Frens 합성법을 기반으로 하되, 시드 입자를 이용한 다단 합성법인 시드 성장법에 의하여 금 나노입자를 합성하였다. In the present embodiment, based on the Turkevich-Frens synthesis method, gold nanoparticles were synthesized by the seed growth method, a multi-stage synthesis method using seed particles.

먼저, 3구 라운드 플라스크(three-necked round-bottomed flask)에 2.2 mM의 소디움 시트레이트(sodium citrate) 용액을 150 mL 첨가한 후에 98℃로 가열하였고, 이후 15분 동안 400 rpm으로 교반시켰다. 25 mM의 Au(III) 클로라이드 용액을 1 mL 첨가한 후에 10분 동안 교반한 결과, 금 나노입자 분산액 3 mL를 채취하였다. First, 150 mL of 2.2 mM sodium citrate solution was added to a three-necked round-bottomed flask, and then heated to 98 ° C., followed by stirring at 400 rpm for 15 minutes. After adding 1 mL of 25 mM Au (III) chloride solution and stirring for 10 minutes, 3 mL of the gold nanoparticle dispersion was collected.

상기 합성법에 따라 얻어진 금 나노입자 시드 분산액의 온도를 90℃로 낮추고 25 mM의 Au(III) 클로라이드 용액을 1 mL를 첨가한 후에 30분에 걸쳐 반응시켰으며, 상기 실험을 반복 수행하였다. 금 나노입자의 성장을 위하여 분산액을 55 mL 채취한 뒤 초순수 증류수 53 mL 및 60 mM의 소디움 시트레이트 용액 2 mL와 혼합한 후에 20분 동안 교반하였다. 마지막으로, 25 mM의 Au(III) 클로라이드 용액 1 mL를 추가적으로 투입한 후 30분 동안 교반하였으며, 이를 반복함으로써 금 나노입자 분산액을 제조하였다. 상기 제조된 분산액은 재료분석 및 센서 제작을 위하여 냉장 보관하였다. The temperature of the gold nanoparticle seed dispersion obtained according to the above synthesis method was lowered to 90 ° C., and 1 mL of 25 mM Au (III) chloride solution was added thereto, followed by reaction over 30 minutes, and the experiment was repeated. 55 mL of the dispersion was collected for growth of gold nanoparticles, and then mixed with 53 mL of ultrapure distilled water and 2 mL of 60 mM sodium citrate solution, followed by stirring for 20 minutes. Finally, 1 mL of 25 mM Au (III) chloride solution was further added, followed by stirring for 30 minutes, thereby repeating the gold nanoparticle dispersion. The prepared dispersion was refrigerated for material analysis and sensor fabrication.

제조된 금 나노입자의 입자 사이즈 및 구조는 투과전자현미경(transmission electron microscopy(TEM), JEOL Ltd., JEM-2100F)으로 분석하였으며, 광학적 특성은 UV-vis 스펙트로스코피(Optizen 2120UV)를 이용하였고, 표면 화학구조를 분석하기 위하여 X선 광전자분광기(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)를 사용하였다. 또한, 금 나노입자의 관능기 분석을 위하여 Fourier transform infrared spectroscopy (Jasco, FT/IR-4600)를 이용하여 분석하였다.The particle size and structure of the prepared gold nanoparticles were analyzed by transmission electron microscopy (TEM), JEOL Ltd., JEM-2100F, and optical properties were determined using UV-vis spectroscopy (Optizen 2120UV). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to analyze the surface chemical structure. In addition, Fourier transform infrared spectroscopy (Jasco, FT / IR-4600) was used for the functional group analysis of gold nanoparticles.

나. 표면 개질을 통한 기능화된 금 나노입자의 제조I. Preparation of Functionalized Gold Nanoparticles by Surface Modification

머캅토운데칸산(MUA) 및 L-라이신(L-lysine) 각각을 이용하여 앞서 제조된 금 나노입자의 표면 개질은 하기와 같이 수행되었다. Surface modification of gold nanoparticles prepared previously using mercaptodecanoic acid (MUA) and L-lysine, respectively, was carried out as follows.

3구 라운드 플라스크에 금 나노입자 분산액 50 mL를 투입하고 98℃로 가열한 후, 0.3 mM의 MUA 용액을 1 mL 첨가하고 1 시간 동안 교반한 후에 냉장 보관하였다. 이와 별도로, 금 나노입자 분산액 50 mL를 투입하고 98℃로 가열한 후, 5 mM의 L-라이신 용액을 10 mL 첨가하고 1 시간 동안 교반한 후에 냉장 보관하였다. 50 mL of the gold nanoparticle dispersion was added to a three-necked round flask, heated to 98 ° C., and then, 1 mL of 0.3 mM MUA solution was added thereto, stirred for 1 hour, and then refrigerated. Separately, 50 mL of the gold nanoparticle dispersion was added thereto, heated to 98 ° C., and then 10 mL of 5 mM L-lysine solution was added thereto, stirred for 1 hour, and then refrigerated.

다. 기능화 금 나노입자와 항체의 접합체를 이용한 면역 스트립 센서 제작All. Immune Strip Sensor Fabrication Using Conjugates of Functionalized Gold Nanoparticles and Antibodies

본 실시예에서는 앞서 제조된 표면개질 금 나노입자를 이용한 항체와의 접합체를 제조하고, 이를 기반으로 측방유동 분석-기반 바이오센서로서 면역 스트립 센서를 제작하였다. 이와 함께, pH(5 내지 10) 및 항체의 농도(1 내지 10 μg/ml)에서 UV-vis 스펙트로스코피를 이용하여 표면 개질된 기능화 금 나노입자와 항체 간의 접합의 최적화를 분석하였다.In the present embodiment, a conjugate with an antibody using the surface-modified gold nanoparticles prepared above was prepared, and an immunostrip sensor was prepared as a lateral flow analysis-based biosensor. In addition, optimization of the conjugation between the surface-modified functionalized gold nanoparticles and the antibody was analyzed using UV-vis spectroscopy at pH (5-10) and concentration of antibody (1-10 μg / ml).

면역스트립 센서는 샘플 패드, 접합 패드, 멤브레인 및 흡수 패드를 구성 요소로 하고, 이를 조립하여 제작하였다. The immunostrip sensor was manufactured by assembling a sample pad, a bonding pad, a membrane, and an absorption pad, and assembling them.

먼저, 접합 패드는 0.05 중량%의 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA) 및 0.05 중량% Tween 20 용액에 담지(포화)시킨 후, 진공오븐 내 60℃에서 2 시간 동안 건조시켜 사용하였다. 멤브레인의 테스트 라인(test line) 및 컨트롤 라인(control line)의 항체는 1 mg/mL씩 분주한 후 상온에서 건조시켰다. 백킹 카드(Backing card)를 골격 구조(back-bone structure)로 사용하여 각각의 구성 요소들을 조립함으로써 스트립 센서를 제작하였다. First, the bonding pad was supported (saturated) in 0.05% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) and 0.05% by weight of Tween 20 solution, followed by drying at 60 ° C. in a vacuum oven for 2 hours. Antibodies of the test line and control line of the membrane were dispensed at 1 mg / mL and dried at room temperature. Strip sensors were fabricated by assembling individual components using a backing card as a back-bone structure.

스트립 테스트를 위하여 항원의 농도(100 μg/mL에서 1 ng/mL)에 따라 100 ㎕씩 떨어뜨린 후, 테스트 라인 및 컨트롤 라인에서의 발색을 확인하였다. For strip testing, 100 μl was dropped according to the concentration of antigen (from 100 μg / mL to 1 ng / mL), and the color development was confirmed on the test line and the control line.

실시예 2Example 2

결과 및 분석Results and analysis

가. 투과전자현미경(TEM) 사진 분석end. Transmission Electron Microscopy (TEM) Photo Analysis

투과전자현미경을 사용하여 기능화된 금 나노입자를 분석한 결과를 도 3a에 나타내었다. 상기 도면으로부터, 기능화된 금 나노입자가 구형을 나타냄을 확인하였다. 특히, 균일한 평균입도 크기(16.7 ± 2.1 nm)를 나타냄을 확인하였다. The results of analyzing the functionalized gold nanoparticles using a transmission electron microscope are shown in FIG. 3A. From the figure, it was confirmed that the functionalized gold nanoparticles showed a spherical shape. In particular, it was confirmed to exhibit a uniform average particle size (16.7 ± 2.1 nm).

한편, 도 3b는 실시예에 따라 제조된 금 나노입자(AuNP), 머캅토운데칸산으로 기능화된 금 나노입자(AuNP/MUA), 및 L-라이신으로 기능화된 금 나노입자(AuNP/L-lysine)의 UV-vis 스펙트럼을 나타낸다. Meanwhile, FIG. 3B shows gold nanoparticles (AuNP) prepared according to the examples, gold nanoparticles functionalized with mercaptodecanoic acid (AuNP / MUA), and gold nanoparticles functionalized with L-lysine (AuNP / L-lysine UV-vis spectrum of

상기 도면을 참조하면, 표면 개질 전 금 나노입자와 대비할 때, 520 nm에서의 흡광도 세기가 감소하는 점이 관찰되었다. 이는 자외선 영역의 특정 파장의 흡수 및 산란 시 금 나노입자의 표면 개질에 의한 국소화된 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance; LSPR) 현상에 기인한 것이다. 머캅토운데칸산 또는 L-라이신 단분자에 의하여 기능화된 금 나노입자는 안정적인 콜로이드 형태로 수용상에 분산되어 있음을 확인하였다. 또한, TEM 사진을 통하여 기능화된 금 나노입자와 항체 간의 접합체의 표면을 분석한 결과, 항체가 기능화된 금 나노입자 표면을 균일하게 둘러싸고 있음을 확인하였다. Referring to the figure, it was observed that the absorbance intensity at 520 nm decreases in contrast to gold nanoparticles before surface modification. This is due to localized surface plasmon resonance (LSPR) phenomena due to surface modification of gold nanoparticles upon absorption and scattering of specific wavelengths in the ultraviolet region. Gold nanoparticles functionalized by mercaptodecanoic acid or L-lysine monomolecules were found to be dispersed in the aqueous phase in stable colloidal form. In addition, as a result of analyzing the surface of the conjugate between the functionalized gold nanoparticles and the antibody through a TEM image, it was confirmed that the antibody uniformly surrounds the surface of the functionalized gold nanoparticles.

나. Fourier transform infrared(FT-IR) 스펙트럼 분석I. Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum analysis

기능화된 금 나노입자의 표면 관능기를 분석하기 위하여 Fourier transform infrared(FT-IR) 스펙트로스코피를 이용하였다. 이와 관련하여, (a) MUA, AuNP 및 AuNP/MUA의 FT-IR 스펙트럼, 그리고 (b) L-lysine, AuNP 및 AuNP/L-lysine의 FT-IR 스펙트럼 각각을 도 4에 나타내었다.Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy was used to analyze the surface functionalities of the functionalized gold nanoparticles. In this regard, (a) FT-IR spectra of MUA, AuNP and AuNP / MUA, and (b) FT-IR spectra of L-lysine, AuNP and AuNP / L-lysine, respectively, are shown in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 순수한 금 나노입자의 표면 관능기와 대비하면, 머캅토운데칸산으로 표면 개질된 금 나노입자에서는 2850 cm-1 및 2916 cm-1에서 포화된 알킬(alkyl)에 대응하는 스트레칭 진동(stretching vibration) 피크가 관찰되었다(도 4a 참조). 또한, AuNP/MUA 표면에서는 -SH 리간드(2556 cm-1) 피크가 소멸된 것으로 관찰되었는 바, 이로부터 금 나노입자 표면의 -OH기와 머캅토운데칸산의 -SH기 사이에 결합(접합)이 일어났음을 확인할 수 있었다. 도 4b에 따르면, L-라이신으로 표면 개질된 금 나노입자에 있어서, 1407 cm-1 및 1582 cm-1는 각각 C-O 스트레칭 진동 및 C=O 스트레칭 진동 피크, 그리고 2937 cm-1 및 3342 cm-1는 각각 C-H 스트레칭 진동 및 N-H 스트레칭 진동 피크에 상당한다. Referring to FIG. 4, in contrast to the surface functional groups of pure gold nanoparticles, stretching vibrations corresponding to alkyl saturated at 2850 cm −1 and 2916 cm −1 in gold nanoparticles surface-modified with mercaptodecanoic acid (stretching vibration) peak was observed (see FIG. 4A). On the AuNP / MUA surface, the peak of the -SH ligand (2556 cm -1 ) was observed to disappear. From this, a bond (conjugation) was formed between the -OH group on the surface of the gold nanoparticle and the -SH group of mercaptodecanoic acid. It could be confirmed that it happened. According to FIG. 4B, for gold nanoparticles surface modified with L-lysine, 1407 cm −1 and 1582 cm −1 are CO stretching vibration and C═O stretching vibration peaks, and 2937 cm −1 and 3342 cm −1, respectively Correspond to CH stretching vibration and NH stretching vibration peak, respectively.

또한, N-H 스트레칭 진동 피크가 -OH 리간드에 의하여 3427 cm-1 피크에서 중접되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 AuNP/L-lysine의 표면 관능기는 -NH2 및 -COOH로서 L-라이신의 -NH2기가 AuNP의 -OH기와 결합(접합)되었음을 의미한다.In addition, it was confirmed that the NH stretching vibration peak was overlapped at the 3427 cm -1 peak by the -OH ligand. This means that the surface functional groups of AuNP / L-lysine are -NH 2 and -COOH, and the -NH 2 group of L-lysine is bonded (bonded) to the -OH group of AuNP.

다. X선 광전자분광기(XPS) 분석All. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis

제조된 금 나노입자(AuNP), AuNP/MUA, 및 AuNP/L-lysine 각각에 대한 XPS에 의하여 표면전자구조를 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The surface electronic structure was analyzed by XPS for each of the prepared gold nanoparticles (AuNP), AuNP / MUA, and AuNP / L-lysine, and the results are shown in FIG. 5.

도 5a에 따르면, 표면 개질 전 금 나노입자의 경우, C 1s 및 O 1s의 피크가 나타났는 바, 이로부터 시트레이트에 의한 환원 반응을 통하여 금 나노입자 표면이 코팅되어 있음을 의미한다.According to Figure 5a, in the case of gold nanoparticles before surface modification, the peaks of C 1s and O 1s appeared, which means that the surface of the gold nanoparticles is coated through a reduction reaction with citrate.

도 5b는 MUA로 표면 개질된 금 나노입자의 표면 화학상태를 나타내는 바, 표면 개질 전의 금 나노입자와 대비하면 C 1s 및 O 1s 피크 세기가 현저히 증가하였다. 이는 금 나노입자가 머캅토운데칸산(MUA)으로 표면 개질되었음을 지시한다. 5B shows the surface chemistry of the gold nanoparticles surface-modified with MUA, and the C 1s and O 1s peak intensities were significantly increased as compared with the gold nanoparticles before the surface modification. This indicates that the gold nanoparticles were surface modified with mercaptodecanoic acid (MUA).

도 5c는 L-lysine으로 표면 개질된 금 나노입자의 표면 화학상태를 나타내는 바, C1s, O1s 및 N1s에서 피크가 나타나는 점에 비추어 금 나노입자의 표면이 -COOH 및 -NH2로 개질되었음을 확인하였다.Figure 5c shows the surface chemistry of the gold nanoparticles surface-modified with L-lysine, it was confirmed that the surface of the gold nanoparticles were modified with -COOH and -NH 2 in view of the peak appearing in C1s, O1s and N1s. .

라. 흡광도 분석la. Absorbance analysis

기능화된(표면 개질된) 금 나노입자와 항체 간의 접합을 위하여 pH 및 항체의 농도에 따른 최적화 조건 및 금 나노입자의 안정성을 분석하였다. 구체적으로, 금 나노입자의 안정성을 위하여, pH 및 항체의 농도에 따라 적정된 표면개질 금 나노입자에 10 중량% NaCl 용액을 첨가한 후에 UV-vis 분광기(spectrophotometer)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.For the conjugation between functionalized (surface modified) gold nanoparticles and antibodies, the stability of gold nanoparticles and optimization conditions according to pH and antibody concentration were analyzed. Specifically, for the stability of the gold nanoparticles, the absorbance was measured by using a UV-vis spectrophotometer after adding a 10% by weight NaCl solution to the surface-modified gold nanoparticles titrated according to the pH and the concentration of the antibody. The results are shown in FIG.

도 6a에 따르면, pH 7.07 에서 가장 낮은 흡광도를 나타내었으며, 항체와의 접합 이후에도 가장 안정적인 분산 특성을 나타내었다. According to Figure 6a, it showed the lowest absorbance at pH 7.07, and showed the most stable dispersion properties even after conjugation with the antibody.

도 6b에 따르면, pH 7.07에서 항체의 농도에 따라 접합된 표면개질 금 나노입자를 분석하였는 바, 10 μg/ml의 항체 농도에서 가장 안정적인 접합체를 형성함을 확인하였다. AuNP/L-lysine의 경우에도, 상술한 방법으로 항체와의 접합체 형성을 위한 최적화 조건을 확인하였는 바, pH 약 7.0 및 항체 농도 약 10 μg/ml에서 가장 안정적인 분산액을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. According to Figure 6b, the surface-modified gold nanoparticles conjugated according to the concentration of the antibody at pH 7.07, it was confirmed that forms the most stable conjugate at an antibody concentration of 10 μg / ml. In the case of AuNP / L-lysine, the optimum conditions for conjugate formation with the antibody were confirmed by the above-described method. As a result, it was confirmed that the most stable dispersion was maintained at a pH of about 7.0 and an antibody concentration of about 10 μg / ml. .

마. B형 간염 검출 테스트hemp. Hepatitis B Detection Test

기능화된 금 나노입자가 면역센서에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 도 7a에 도시된 치수를 갖는 B형 간염의 표면항원 검출용 측방 유동 면역분석 스트립 센서를 제작하였다. 이때, 스트립 센서의 구성 요소로서, 코튼 재질의 샘플 패드, 폴리에스테르 재질의 접합 패드, 니트로셀룰로오스 재질의 멤브레인, 및 코튼 재질의 흡수 패드를 사용하였다. In order to confirm the effect of the functionalized gold nanoparticles on the immunosensor, a lateral flow immunoassay strip sensor for surface antigen detection of hepatitis B having the dimensions shown in Figure 7a was constructed. In this case, as a component of the strip sensor, a sample pad made of cotton, a bonding pad made of polyester, a membrane made of nitrocellulose, and an absorbent pad made of cotton were used.

상기 도면에 따르면, 샘플 패드 및 흡수 패드 각각은 0.4 cm ⅹ 1.8 cm, 접합 패드는 0.4 cm ⅹ 0.6 cm, 그리고 멤브레인은 0.4 cm ⅹ 2.0 cm로 절단한 후 사용하였으며, 0.4 cm ⅹ 6.0 cm로 절단한 백킹 카드를 골격 구조로 사용하였다. According to the drawings, the sample pad and the absorbent pad were each 0.4 cm cm 1.8 cm, the bonding pad 0.4 cm ⅹ 0.6 cm, and the membrane was used after being cut to 0.4 cm ⅹ 2.0 cm, and cut to 0.4 cm 한 6.0 cm. The backing card was used as a skeletal structure.

측방 유동 면역분석 스트립의 제작 순서는 하기와 같다.The construction sequence of the lateral flow immunoassay strip is as follows.

먼저, 맴브레인은 백킹 카드의 하단으로부터 2.1 cm 위에 위치하도록 고정하였다. 접합 패드는 고정된 멤브레인의 하단과 겹치는 부분이 0.1 cm가 되도록 부착하였으며, 고정된 접합 패드의 하단과 샘플 패드가 중첩되는 부분이 0.3 cm가 되도록 부착하였다. 마지막으로, 멤브레인 상단에 흡수 패드와 중첩되는 부분이 0.4 cm가 되도록 부착하였다.First, the membrane was fixed to be 2.1 cm above the bottom of the backing card. The bonding pads were attached to overlap the bottom of the fixed membrane with 0.1 cm, and the overlapping portions with the bottom of the fixed bonding pad and the sample pad were attached to 0.3 cm. Finally, the portion overlapping the absorbent pad was attached to the top of the membrane to be 0.4 cm.

다양한 B형 간염 표면항원 농도(100 μg/ml에서 1 ng/ml)에서 면역 스트립 센서의 테스트 라인으로부터 발색되는 금 나노입자의 색상을 관찰함으로써 센서의 성능을 측정하였다. 기능화되지 않은 AuNP-기반의 면역 스트립 센서의 경우, 검출한계가 100 ng/ml인 것으로 확인되었다(도 7b). The performance of the sensor was measured by observing the color of the gold nanoparticles developing from the test line of the immune strip sensor at various hepatitis B surface antigen concentrations (1 ng / ml at 100 μg / ml). For the unfunctionalized AuNP-based immune strip sensor, the detection limit was found to be 100 ng / ml (FIG. 7B).

반면, MUA 및 L-lysine 각각으로 표면 개질된 금 나노입자-기반의 면역 스트립 센서의 경우, 10 ng/ml의 낮은 항원 농도에서도 검출될 수 있음을 확인하였다(도 7c 및 도 7d 참조). On the other hand, it was confirmed that gold nanoparticle-based immune strip sensors surface-modified with MUA and L-lysine, respectively, can also be detected at low antigen concentrations of 10 ng / ml (see FIGS. 7C and 7D).

도 7d를 참조하면, AuNP/L-lysine의 경우에 보다 밝은 발색이 일어남을 확인할 수 있다. 이는 L-lysine의 -NH2기 및 -COOH기가 항체 간의 접합을 보다 용이하게 하여 면역 스트립 센서에서 보다 안정적으로 면역 반응이 일어날 수 있도록 유도하였기 때문으로 판단된다. Referring to FIG. 7D, in the case of AuNP / L-lysine, brighter color development may be confirmed. This is because the -NH 2 group and -COOH group of L-lysine facilitated the conjugation between the antibodies to induce a more stable immune response in the immune strip sensor.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications and variations of the present invention can be readily used by those skilled in the art, and all such variations or modifications can be considered to be included within the scope of the present invention.

100: 측방유동 분석-기반 바이오센서
101: 샘플 패드
102: 접합 패드
103: 검출 영역
104: 테스트 영역
105: 컨트롤 영역
106: 백킹 카드
107: 흡수 패드
100: lateral flow analysis-based biosensor
101: sample pad
102: bonding pad
103: detection area
104: test area
105: control area
106: backing card
107: absorbent pad

Claims (20)

타겟 검체의 진단용 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서를 제조하는 방법으로서,
a) 13 내지 40 nm의 사이즈를 갖고, 표면이 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자를 제조하는 단계;
b) 타겟 검체로서 B형 간염 바이러스(HBV) 항원에 특이적인 제1 바인더와 상기 기능화된 금 나노입자가 접합되어 있는 접합체(conjugates)를 제조하는 단계; 및
c) 일단으로부터 타단 방향으로 순차적으로 (i) 흡수성 샘플 패드, (ii) 상기 단계 b)에서 제조된 접합체를 포함하는 접합 패드, (iii) 상기 접합체의 제1 바인더와 결합된 타겟 검체와 특이적으로 결합하는 제2 바인더가 고정된 테스트 영역 및 상기 타겟 검체에는 특이적으로 결합하지 않으나 상기 제1 바인더와 결합하는 제3 바인더가 고정된 컨트롤 영역을 포함하는 다공성 멤브레인 재질의 검출 영역, 및 (iv) 흡수 패드를 포함하는 측방유동 분석-기반의 센서를 제조하는 단계;
를 포함하는 방법.
A method of manufacturing a lateral flow analysis-based biosensor in the form of a diagnostic strip of a target sample,
a) preparing functionalized gold nanoparticles having a size of 13 to 40 nm and whose surface is modified with L-lysine;
b) preparing conjugates to which the functionalized gold nanoparticles are conjugated with a first binder specific for hepatitis B virus (HBV) antigen as a target sample; And
c) sequentially from one end to the other end (i) an absorbent sample pad, (ii) a conjugate pad comprising the conjugate prepared in step b), (iii) specific with a target sample bound to the first binder of the conjugate A detection region of the porous membrane material including a test region to which the second binder to be bonded is fixed and a control region to which the third binder is bound to the first binder but not to specifically bind to the target sample, and (iv) ) Manufacturing a lateral flow analysis-based sensor comprising an absorption pad;
How to include.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)는,
a1) 금 나노입자의 분산액을 제공하는 단계; 및
a2) 상기 금 나노입자의 분산액에 머캅토운데칸산 또는 L-라이신을 첨가하여 상기 분산액 내 금 나노입자를 기능화하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein step a)
a1) providing a dispersion of gold nanoparticles; And
a2) functionalizing the gold nanoparticles in the dispersion by adding mercaptodecanoic acid or L-lysine to the dispersion of the gold nanoparticles;
Method comprising a.
제2항에 있어서, 상기 L-라이신은 용액 형태로 첨가되며, 이때 L-라이신 용액의 농도는 0.5 내지 20 mM 범위인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the L-lysine is added in the form of a solution, wherein the concentration of the L-lysine solution is in the range of 0.5 to 20 mM. 제3항에 있어서, 상기 금 나노입자의 분산액 내 금 나노입자의 함량은 0.1 내지 2 mg/mL 범위인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3, wherein the content of the gold nanoparticles in the dispersion of the gold nanoparticles is in the range of 0.1 to 2 mg / mL. 제4항에 있어서, 금 나노입자의 분산액 : L-라이신 용액의 체적 비는 1 내지 20 : 1의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 4, wherein the volume ratio of the dispersion of the gold nanoparticles: L-lysine solution is in the range of 1 to 20: 1. 제1항에 있어서, 제1 바인더와 기능화된 금 나노입자와의 접합체를 제조하기 위하여, 상기 기능화된 금 나노입자의 분산액 내에 pH 5 내지 10 및 0.5 내지 20 μg/mL의 제1 바인더의 농도 조건 하에서 제1 바인더를 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The concentration condition of the first binder at pH 5 to 10 and 0.5 to 20 μg / mL in the dispersion of the functionalized gold nanoparticles according to claim 1 to prepare a conjugate of the first binder and the functionalized gold nanoparticles. Contacting the first binder underneath. 제2항에 있어서, 상기 단계 a1)은,
(i) 시드 금 나노입자의 수분산물을 제공하는 단계;
(ii) 상기 시드 금 나노입자 수분산물에 캡핑제(capping agent) 및 금 전구체를 첨가하는 단계; 및
(iii) 상기 수분산물에 함유된 시드 금 나노입자를 성장시켜 증가된 사이즈의 금 나노입자를 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 2, wherein step a1)
(i) providing an aqueous product of seed gold nanoparticles;
(ii) adding a capping agent and a gold precursor to the seed gold nanoparticle aqueous product; And
(iii) growing seed gold nanoparticles contained in the aqueous product to form gold nanoparticles of increased size;
Method comprising a.
제7항에 있어서, 상기 시드 금 나노입자는 5 내지 18 nm 범위의 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the seed gold nanoparticles have a size in the range of 5-18 nm. 제7항에 있어서, 상기 금 전구체는 HAuCl4인 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the gold precursor is HAuCl 4 . 제7항에 있어서, 상기 캡핑제는 시트레이트(citrate), 말레이트(malate), 옥살레이트(oxalate), 아스파르테이트(aspartate) 및 글루타메이트(glutamate)로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 7, wherein the capping agent is at least one selected from the group consisting of citrate, malate, oxalate, aspartate and glutamate How to. 제7항에 있어서, 상기 금 전구체의 첨가량은, 금 전구체 : 캡핑제의 비(몰 기준)가 0.4 내지 12 : 1인 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 7, wherein the amount of the gold precursor added is controlled within a range of 0.4 to 12: 1 ratio of the gold precursor to the capping agent (based on moles). 제2항에 있어서, 상기 단계 a1)은,
액상 매질 내에서 HAuCl4를 금 전구체로 하고, 소디움 시트레이트를 환원제로 하여 pH 3.7 내지 7.7 및 80 내지 100℃의 조건 하에서 HAuCl4를 환원시켜 금 나노입자로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 2, wherein step a1)
Reducing HAuCl 4 to gold nanoparticles under conditions of pH 3.7 to 7.7 and 80 to 100 ° C. using HAuCl 4 as a gold precursor and sodium citrate as a reducing agent in a liquid medium. Way.
금 나노입자를 이용한 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 바이오센서로서,
일단으로부터 타단 방향으로 순차적으로 배치된 (i) 흡수성 샘플 패드, (ii) 타겟 검체로서 B형 간염 바이러스(HBV) 항원에 특이적으로 결합하는 제1 바인더와 금 나노입자가 접합되어 있는 접합체(conjugates)를 포함하는 접합(conjugation) 패드, (iii) 상기 접합체의 제1 바인더와 결합되는 타겟 검체를 특이적으로 결합하는 제2 바인더가 고정된 테스트 영역 및 상기 타겟 검체에는 특이적으로 결합하지 않으나 상기 제1 바인더와는 결합하는 제3 바인더가 고정된 컨트롤 영역을 포함하는 다공성 멤브레인 재질의 검출 영역, 및 (iv) 흡수 패드;
를 포함하고,
여기서, 상기 금 나노입자는 13 내지 40 nm의 사이즈를 갖고, 표면이 L-라이신으로 개질되어 기능화된 금 나노입자인 바이오센서.
A lateral flow analysis-based biosensor in the form of a strip using gold nanoparticles,
(I) Absorbent sample pads arranged sequentially from one end to the other, (ii) Conjugates in which a gold nanoparticle is conjugated with a first binder specifically binding to the hepatitis B virus (HBV) antigen as a target sample. A conjugation pad comprising (), (iii) a test region to which a second binder specifically binding a target sample bound to the first binder of the conjugate is fixed, and not specifically bound to the target sample, A detection region of the porous membrane material including a control region having a third binder bonded to the first binder, and (iv) an absorbent pad;
Including,
Here, the gold nanoparticles have a size of 13 to 40 nm, the surface of the biosensor is a functionalized gold nanoparticles modified with L- lysine.
제13항에 있어서, 상기 기능화된 금 나노입자의 개질 전 금 나노입자는 10% 미만의 표준 편차를 갖는 사이즈 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오센서.The biosensor of claim 13, wherein the gold nanoparticles prior to modification of the functionalized gold nanoparticles have a size distribution with a standard deviation of less than 10%. 제13항에 있어서, 상기 제1 바인더, 상기 제2 바인더 및 상기 제3 바인더는 각각 항체인 것을 특징으로 하는 바이오센서.The biosensor of claim 13, wherein the first binder, the second binder, and the third binder are antibodies. 삭제delete A) 액상의 분석용 샘플을 제공하는 단계;
B) 제13항에 따른 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 센서를 제공하는 단계;
C) 상기 샘플을 상기 측방유동 분석-기반의 센서의 샘플 패드에 로딩시키는 단계; 및
D) 상기 센서의 검출 영역 내 테스트 영역으로부터 상기 접합체에 의하여 생성된 시그널을 측정하여 상기 분석용 시료 내에 B형 간염 바이러스(HBV) 항원을 정성적으로, 정량적으로, 또는 정성적 및 정량적으로 분석하는 단계;
를 포함하는 B형 간염 바이러스의 진단방법.
A) providing a sample for analysis of the liquid phase;
B) providing a lateral flow analysis-based sensor in the form of a strip according to claim 13;
C) loading said sample into a sample pad of said lateral flow analysis-based sensor; And
D) qualitatively, quantitatively, or qualitatively and quantitatively the analysis of hepatitis B virus (HBV) antigen in the assay sample by measuring a signal generated by the conjugate from a test region in the detection region of the sensor. step;
Diagnosis method of hepatitis B virus comprising a.
제17항에 있어서, 상기 B형 간염 바이러스 항원은 HBsAgs을 포함하는 것을 특징으로 하는 B형 간염 바이러스의 진단방법.18. The method of claim 17, wherein the hepatitis B virus antigen comprises HBsAgs. 제18항에 있어서, 상기 접합체는 기능화된 금 나노입자와 마우스 항-휴먼 IgG(mouse-anti human IgG)의 접합체이며, 상기 컨트롤 영역 상의 제3 바인더는 항체로서 항-마우스 IgG(anti-mouse IgG)인 것을 특징으로 하는 B형 간염 바이러스의 진단방법.The conjugate of claim 18, wherein the conjugate is a conjugate of functionalized gold nanoparticles and a mouse anti-human human IgG, and the third binder on the control region is an anti-mouse IgG as an antibody. A method for diagnosing hepatitis B virus, characterized in that). 제17항에 있어서, 상기 스트립 형태의 측방유동 분석-기반의 센서의 B형 간염 바이러스(HBV) 항원에 대한 검출 한계는 1 내지 10 ng/ml 범위인 것을 특징으로 하는 B형 간염 바이러스의 진단방법.18. The method of claim 17, wherein the detection limit for hepatitis B virus (HBV) antigen of the strip-shaped lateral flow assay-based sensor is in the range of 1 to 10 ng / ml. .
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