KR102083396B1 - Target nucleic acids detection method using quantum dot for dispersed light - Google Patents

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Abstract

본 발명은 검출 프로브(detecting probe)가 표적 핵산에 혼성화될 시에 상태 변화하는 형광염료의 형광 특성을 기반으로 표적 핵산을 검출함에 있어, 양자점(QD : quantum dot)을 분산광원으로 하여 형광염료를 여기시킴으로써, 양자점을 생접합(bioconjugation)하지 아니하여도 되어 표적 핵산의 검출을 위한 시약을 쉽게 제조 사용할 수 있고, 양자점을 여기시킬 빛과 형광염료의 형광 빛을 상호 간섭되지 아니하게 하며 형광 빛을 분석하여 표적 핵산을 정확하게 검출할 수 있는 표적 핵산 검출 방법에 관한 것으로서, 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖는 검출 프로브를 양자점이 산재되어 있는 환경 하에 표적 핵산과 혼성화시켜 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하는 혼성화 단계; 및 산재되어 있는 양자점을 여기시킴에 따라 분산광원 역할을 하는 양자점의 방출 빛을 받는 형광염료의 형광 빛을 검출함으로써 표적 핵산을 검출하는 검출 단계; 를 포함한다.
본 발명과 관련된 연구는 산업통상자원부 핵심소재원천기술개발사업(펨토몰 수준의 암유전자 진단을 위한 PNA-나노하이브리드 융합소재 및 분자진단시스템 개발, 과제번호:10047831)의 지원을 받아 수행하였다.
또한, 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법을 실제 임상샘플에 적용한 검증 실험은 인천성모병원 인체유래물질 자원은행에서 임상 검체를 제공받아 수행하였다.
The present invention detects a target nucleic acid based on the fluorescence characteristics of a fluorescent dye which changes state when a detecting probe hybridizes to the target nucleic acid. Excitation does not require bioconjugation of the quantum dots, thereby making it possible to easily prepare and use reagents for detection of target nucleic acids, and to prevent the fluorescence of the fluorescent dye and the fluorescent light of the fluorescence dye from interfering with each other. The present invention relates to a method for detecting a target nucleic acid that can accurately detect a target nucleic acid. A detection probe having a nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid is hybridized with a target nucleic acid in an environment in which a quantum dot is interspersed, and thus, fluorescent characteristics are different depending on whether or not hybridization is performed. A hybridization step of inducing a state change of the fluorescent dye to be changed; And a detection step of detecting the target nucleic acid by detecting the fluorescent light of the fluorescent dye which receives the emission light of the quantum dot serving as a scattered light source by exciting the scattered quantum dots. It includes.
The research related to the present invention was performed with the support of the Ministry of Trade, Industry and Energy's core material source technology development project (development of PNA-nanohybrid fusion material and molecular diagnostic system for femtomol level oncogene diagnosis, task number: 10047831).
In addition, the verification experiment applying the target nucleic acid detection method according to the invention to the actual clinical sample was performed by receiving a clinical sample from Incheon St. Mary's Hospital human-derived material resource bank.

Description

양자점을 분산광원으로 하는 표적 핵산 검출 방법{TARGET NUCLEIC ACIDS DETECTION METHOD USING QUANTUM DOT FOR DISPERSED LIGHT}Target nucleic acid detection method using quantum dots as a scattered light source {TARGET NUCLEIC ACIDS DETECTION METHOD USING QUANTUM DOT FOR DISPERSED LIGHT}

본 발명은 검출 프로브(detecting probe)가 표적 핵산에 혼성화될 시에 상태 변화하는 형광염료의 형광 특성을 기반으로 표적 핵산을 검출함에 있어, 양자점(QD : quantum dot)을 분산광원으로 하여 형광염료를 여기시킴으로써, 양자점을 생접합(bioconjugation)하지 아니하여도 되어 표적 핵산의 검출을 위한 시약을 쉽게 제조 사용할 수 있고, 양자점을 여기시킬 빛과 형광염료의 형광 빛을 상호 간섭되지 아니하게 하며 형광 빛을 분석하여 표적 핵산을 정확하게 검출할 수 있는 표적 핵산 검출 방법에 관한 것이다.The present invention detects a target nucleic acid based on the fluorescence characteristics of a fluorescent dye which changes state when a detection probe hybridizes to the target nucleic acid. Excitation does not require bioconjugation of the quantum dots, thereby making it possible to easily prepare and use reagents for detection of target nucleic acids, and to prevent the fluorescence of the fluorescent dye and the fluorescent light of the fluorescence dye from interfering with each other. The present invention relates to a method for detecting a target nucleic acid capable of accurately detecting a target nucleic acid by analysis.

본 발명과 관련된 연구는 산업통상자원부 핵심소재원천기술개발사업(펨토몰 수준의 암유전자 진단을 위한 PNA-나노하이브리드 융합소재 및 분자진단시스템 개발, 과제번호:10047831)의 지원을 받아 수행하였다. 또한, 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법을 실제 임상샘플에 적용한 검증 실험은 인천성모병원 인체유래물질 자원은행에서 임상 검체를 제공받아 수행하였다.The research related to the present invention was carried out with the support of the Ministry of Trade, Industry and Energy's core material source technology development project (PNA-nanohybrid fusion material and molecular diagnostic system for femtomol level oncogene diagnosis, task number: 10047831). In addition, the verification experiment applying the target nucleic acid detection method according to the invention to the actual clinical sample was performed by receiving a clinical sample from Incheon St. Mary's Hospital human-derived material resource bank.

특정 유전자의 존재 또는 돌연변이 발생 여부와 질병 사이의 관계가 지속적으로 밝혀짐에 따라 전통적으로 질병의 증상이 있는 환자에 대해서 유전 질환을 확진하거나 감별하기 위해서 수행하던 유전자 검사가 질병의 예방, 조기 진단, 치료 및 관리를 통해 질환의 이환율과 사망률을 감소시키기 위한 목적으로 확장되고 있다. As the relationship between the presence or mutation of a particular gene and the disease continues to be identified, genetic testing, traditionally performed to confirm or discriminate genetic disease in patients with symptoms of the disease, may be used to prevent disease, diagnose early, Treatment and management are expanding to reduce the morbidity and mortality of the disease.

특히, 종양 유전자(Oncogenes) 변이(mutations), 종양 억제 유전자(tumorsuppressor genes) 변이, 탈조절(deregulations)과 염색체 이상(chromosomal abnormalities) 등의 유전자 이상이 암의 발병과 약물의 예후 판단에 관여한다는 사실이 밝혀지면서 다양한 연구가 보고되고 있다(Fearson ER et al., Cell., 1990; K.W Kinzler et al., Cell., 1996; Manuel Serrano et al., Cell., 1997; Amado RG et al., J. Clin. Oncol., 2008, Raponi M et al., Curr. Opin. Pharmacol., 2008; Siena S et al., J. Natl. Cancer Inst., 2009). 이에 따르면, 암에 특이적인 유전자를 분석함으로써, 암의 발병 여부를 간접적으로 확인할 수도 있다.In particular, gene abnormalities such as oncogenes mutations, tumorsuppressor genes variations, deregulations and chromosomal abnormalities are involved in the development of cancer and the prognosis of drugs. Various studies have been reported with this finding (Fearson ER et al., Cell., 1990; KW Kinzler et al., Cell., 1996; Manuel Serrano et al., Cell., 1997; Amado RG et al., J Clin.Oncol., 2008, Raponi M et al., Curr. Opin.Pharmacol., 2008; Siena S et al., J. Natl. Cancer Inst., 2009). According to this, by analyzing genes specific to cancer, it is possible to indirectly confirm whether the cancer has developed.

이와 같이 질환 관련 유전자, 특히 암 관련 유전자의 돌연변이 발생 여부가 암의 조기진단, 발병 여부 판단, 예후 판단은 물론 치료제의 선택 및 변경에까지 영향을 미치기 때문에 이를 정확히 검출하는 것은 임상적으로 매우 중요하다. 따라서 분석하고자 하는 목적 또는 유전자의 종류에 따른 다양한 돌연변이 검출 방법들이 개발되고 있다(Taylor CF, Taylor GR. Methods Mol. Med., 92:9, 2004). 하지만, 많은 경우에 분석 샘플에 존재하는 특정 돌연변이가 발생한 암세포의 수는 정상세포 및/또는 해당 돌연변이가 발생하지 않은 암세포와 대비하여 현저히 적기 때문에 검출하기 매우 어려우며 고도의 검출 기술을 필요로 한다(Chung et al, Clin Endocrinol, 2006/ Trovisco et al, J Pathol.,2004).As such, the occurrence of mutations in disease-related genes, in particular cancer-related genes, affects early diagnosis, onset of disease, and prognosis, as well as selection and modification of therapeutic agents. Therefore, various mutation detection methods have been developed according to the purpose of analysis or the type of gene (Taylor CF, Taylor GR.Method Mol. Med., 92: 9, 2004). In many cases, however, the number of cancer cells with a specific mutation present in the assay sample is significantly less than normal cells and / or cancer cells that do not have the mutation. et al, Clin Endocrinol, 2006 / Trovisco et al, J Pathol., 2004).

통상적으로 암 관련 유전자 돌연변이 검사는 침습적인 조직 생검(Tissue Biopsy) 검체로 수행해 왔는데, 이는 환자의 고통을 야기할 뿐만 아니라 아예 조직 생검이 불가능한 환자도 다수 존재하며, 이에 더하여 암 조직 세포의 불균질성(Heterogeneity)으로 인한 편향(bias) 위험성 등의 문제점이 존재하기 때문에 비침습적이면서도 균질성을 제공하는 액체 생검(Liquid Biopsy) 검체인 혈액 등으로부터 검사를 수행해야 할 필요성이 제기되었고, 이로 인해 더 적은 양의 유전자로부터 돌연변이를 정확히 검출할 필요성이 대두되고 있다.Traditionally, cancer-related gene mutation tests have been performed with invasive tissue biopsy specimens, which not only cause patient pain, but also many patients are unable to biopsy tissue at all, and in addition, heterogeneity of cancer tissue cells (Heterogeneity) Because of the risk of bias due to), the need arises for testing from non-invasive, homogeneous liquid biopsy specimens, such as blood, which results in smaller genes. There is a need for accurate detection of mutations.

유전자 변이 검사 방법으로는 전통적인 방법인 생어 시퀀싱(sanger sequencing), 파이로시퀀싱(pyrosequencing), 최근 개발된 리얼-타임 PCR(real-time PCR), 디지털 PCR(digital PCR) 등이 있다.Genetic variation testing includes traditional methods such as Sanger sequencing, pyrosequencing, recently developed real-time PCR, and digital PCR.

또한, 소량 함유된 돌연변이 유전자를 선택적으로 증가시키기 위해 돌연변이에 특이적인 프라이머(primer)를 이용하는 대립형질 특이적(allele specific) PCR 방법(Rhodes et al., Diagnmol pathol., 6:49, 1997), 스콜피언 실시간 대립형질 특이적 PCR(scorpion Real-time allele specific PCR, DxS' scorpions and ARMS) 방법 (Mark et al., Journal of Thoracic Oncology, 4:1466, 2009), 대립형질 특이적(allele specific) 프라이머 기술과 MGB(minor groove binder)-프로브를 이용하여 야생형 유전자의 증폭을 억제하고 돌연변이 유전자만을 선택적으로 증폭 후 택만(Taqman) 프로브를 이용하여 돌연변이가 일어난 위치를 포함하지 않고 증폭 산물을 검출하는 CAST PCR 방법 (Didelot A et al., Exp Mol Pathol., 92:275, 2012), 임계적 변성온도(critical denaturation temperature, Tc)를 이용하여 돌연변이의 민감도를 증가시킬 수 있는 콜드PCR(Cold-PCR) 방법(Zuo et al., Modern Pathol., 22:1023, 2009) 등의 실시간 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응) 기술에 기반을 둔 다양한 선택적인 증폭 방법이 소개되고 있다. 이러한 방법들을 통해 다양한 암 관련 유전자의 변이 진단 및 분석 결과를 비교적 쉽고 빠르게 제공할 수 있게 되었다(Bernard et al., Clinical Chemistry, 48:1178, 2002). In addition, allele specific PCR methods (Rhodes et al., Diagnmol pathol., 6:49, 1997), using primers specific for mutations to selectively increase small amounts of mutated genes, Scorpion Real-time allele specific PCR (DxS 'scorpions and ARMS) method (Mark et al., Journal of Thoracic Oncology, 4: 1466, 2009), allele specific primer CAST PCR suppresses amplification of wild-type genes using technology and minor groove binder (MGB) probes, selectively amplifies only mutant genes, and then detects amplification products without using the Taqman probe. Method (Didelot A et al., Exp Mol Pathol., 92: 275, 2012), Cold-PCR method that can increase the sensitivity of mutations using critical denaturation temperature (Tc) (Zuo et al, Modern Pathol, 22:.. 1023, 2009) There are a variety of selective amplification method based on the real-time PCR (polymerase chain reaction, polymerase chain reaction) technology has been introduced and the like. These methods make it possible to provide relatively easy and fast results of diagnosis and analysis of mutations in various cancer-related genes (Bernard et al., Clinical Chemistry, 48: 1178, 2002).

이러한 실시간 PCR 기술에 기반을 둔 선택적인 증폭 방법에서는 표적 유전자 돌연변이를 검출하기 위한 방법으로 프로브에 표지한 형광 물질의 형광 빛을 사용하는 경우가 일반적이다. In the selective amplification method based on the real-time PCR technology, it is common to use fluorescent light of a fluorescent substance labeled with a probe as a method for detecting a target gene mutation.

특히 형광 물질과 근접할 시에 형광 빛을 흡수하여 형광 빛의 세기를 감소시키는 소광자(quencher)를 이용한 기술들이 종종 사용되는데, 등록특허 제10-1496671호에 따르면, 프로브가 단일 가닥으로 있을 시에 산화그래핀에 흡착되어 프로브의 형광 물질을 소광시키고, 프로브와 표적 핵산이 결합하여 이중 가닥으로 있을 시에 산화그래핀에 흡착되지 아니하여 프로브의 형광 물질을 형광 회복시키는 특성을 이용한다.In particular, techniques using quenchers that absorb fluorescent light and reduce the intensity of fluorescent light when in proximity to the fluorescent material are often used. According to Patent No. 10-1496671, when the probe is in a single strand, Adsorbed to graphene oxide, the fluorescent material of the probe is quenched, and when the probe and the target nucleic acid are combined and double stranded, the fluorescent material of the probe is not absorbed by the graphene oxide.

또한, 공개특허 제10-2015-0139096호에 따르면, 관심 질병으로 의심되는 세포로부터 나온 엑소좀에 관심 질병과 연관된 특이적인 유전자를 상보적으로 결합할 수 있는 분자 비컨을 사용하되, 분자 비컨의 일측 단부에는 검출라벨(형광 물질)을 결합시키고, 분자 비컨의 타측 단부에는 검출라벨과 대응하는 소광자를 결합시켰다. 이에, 분자 비컨이 특이 유전자와 결합되지 아니할 시에는 검출라벨과 소광자의 결합에 의해 검출라벨을 소광시키고, 특이 유전자와 결합할 시에는 검출라벨이 소광자와 이격되어 형광을 회복하므로, 형광의 회복 여부로 유전자를 검출할 수 있다.In addition, according to Patent Publication No. 10-2015-0139096, using a molecular beacon capable of complementarily binding a specific gene associated with the disease of interest to exosomes from cells suspected of the disease of interest, one side of the molecular beacon At the end, a detection label (fluorescent material) was bound, and at the other end of the molecular beacon, a detection label and a corresponding quencher were bound. Therefore, when the molecular beacon is not bound to the specific gene, the detection label is quenched by the binding of the detection label and the quencher. When the molecular beacon is bound to the specific gene, the detection label is spaced apart from the quencher to recover the fluorescence. The gene can be detected.

통상적으로 사용되는 형광 물질들은 여기시키기 위한 광 흡수 스펙트럼이 좁아서 형광물질에 따라 서로 다른 광원을 사용하거나 해당 파장의 빛만 투과 또는 반사시키는 광학 편광 필터를 사용해야만 하고 이로 인해 적용할 수 있는 형광물질의 종류나 개수가 제한되거나 검출 장치가 복잡해지는 문제점을 가진다.Commonly used fluorescent materials have a narrow light absorption spectrum to excite, and therefore, use a different light source or an optical polarizing filter that transmits or reflects only light of a corresponding wavelength depending on the fluorescent material. B has a problem that the number is limited or the detection apparatus is complicated.

이에 더하여 형광물질이 표지된 프로브는 실시간 PCR 기술 기반의 선택적 증폭방법과 결합하여 사용되곤 하는데 프로브가 PCR 증폭을 저해하여 민감도를 저하시킬 가능성이 상존하는 문제점도 존재한다.In addition, a fluorescently labeled probe is often used in combination with a real-time PCR technology-based selective amplification method. However, there is a problem in that the probe may inhibit the PCR amplification to decrease the sensitivity.

이에 따라 좀 더 정확하고 민감한 검출 방법에 대한 임상 현장에서의 요구를 충족하기 위한 노력이 지속되고 있다.As a result, efforts are continuing to meet the clinical needs of more accurate and sensitive detection methods.

최근에는 다형(polymorphism)의 검출 방법으로서 융해점(융해온도, Tm : melting temperature) 해석 방법이 제시되고 있다. 융해점 해석을 통한 다형의 검출 방법은 검출하려는 다형을 포함하는 영역에 상보적인 프로브를 사용하여, 핵산과 프로브의 상보적 결합에 의한 하이브리드(이중 가닥 핵산)을 형성시킨 다음 하이브리드를 가열 처리하여, 온도 상승에 따라 하이브리드가 단일 가닥 핵산으로 분리되는 융해점을 흡광도 등의 시그널을 측정하여 얻고, 이로부터 다형을 판단한다. 일반적으로 측정된 융해곡선으로부터 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)에 의해 융해점을 도출한 다음 이로부터 다형을 판단한다.Recently, a melting point (Tm: melting temperature) analysis method has been proposed as a polymorphism detection method. The polymorphism detection method through melting point analysis uses a probe complementary to the region containing the polymorphism to be detected, forms a hybrid (double stranded nucleic acid) by complementary binding of the nucleic acid and the probe, and then heats the hybrid to heat the temperature. As the temperature rises, the melting point at which the hybrid is separated into single-stranded nucleic acids is obtained by measuring signals such as absorbance, and the polymorphism is determined therefrom. In general, the melting point is derived from the measured melting curve by melting curve analysis, and then the polymorphism is determined from the melting curve.

융해점은 하이브리드화한 양 단일 가닥 핵산의 상보성이 높을수록 높고, 상보성이 낮을수록 낮아지므로 유전자와 프로브의 상보적 결합에 의해 생성된 하이브리드에 대해서 융해점을 검출하여 평가 기준치로 선정하고, 검사 대상의 핵산과 프로브에 의한 하이브리드의 융해점을 평가 기준치와 비교하여서, 핵산의 검출 대상 부위가 목적의 유전자와 동일한 것인지를 판별할 수 있다. 또한, 측정치가 검사 평가 기준치보다도 낮을 경우, 피검 핵산의 검출 대상 부위가 다른 형인 것으로 판별할 수 있다. 이에 따라, 검출 프로브를 첨가하여 PCR 반응시킨 이후 시그널 측정을 수행하는 것만으로, 다형을 검출할 수 있다.The melting point is higher as the complementarity of both hybridized single-stranded nucleic acids and lower as the complementarity is low, so that the melting point is detected and selected as an evaluation reference value for the hybrid generated by the complementary coupling of the gene and the probe. By comparing the melting point of the hybrid by the probe with the evaluation reference value, it is possible to determine whether the site of detection of the nucleic acid is the same as the target gene. In addition, when the measured value is lower than the test evaluation reference value, it can be discriminated that the detection target site of the test nucleic acid has a different type. Accordingly, the polymorphism can be detected by only performing signal measurement after the PCR reaction by adding the detection probe.

융해점 측정을 위한 측정 시그널로는 프로브에 표지한 형광 물질의 형광 빛을 사용하는 경우가 일반적인데, 통상적으로 사용되는 형광 물질들은 여기시키기 위한 광 흡수 스펙트럼이 좁아 형광물질에 따라 서로 다른 광원을 사용하거나 해당 파장의 빛만 투과 또는 반사시키는 광학 편광 필터를 사용해야만 하고 이로 인해 적용할 수 있는 형광물질의 종류나 개수가 제한되거나 장치가 복잡해지는 문제점을 가지게 된다.As a measurement signal for measuring the melting point, it is common to use fluorescent light of a fluorescent material labeled on a probe. Typically, fluorescent materials have a narrow light absorption spectrum for excitation, so that different light sources may be used depending on the fluorescent material. An optical polarizing filter that transmits or reflects only light having a corresponding wavelength must be used, which causes a problem in that the type or number of fluorescent materials to be applied is limited or the device is complicated.

아울러 통상 검체 내 표적 핵산의 농도가 매우 낮아서 PCR 또는 실시간 PCR 등으로 표적 핵산을 증폭 또는 돌연변이 선택적으로 증폭한 다음 융해점 측정을 수행하게 되므로, 융해점 측정을 위한 프로브가 증폭을 저해하여 민감도를 저하시킬 위험성은 여전히 존재하고 있다.In addition, since the concentration of the target nucleic acid in the sample is very low, the target nucleic acid is amplified or mutated selectively by PCR or real-time PCR, and the melting point measurement is performed. Still exists.

양자점(QD : quantum dot)은 사이즈에 따른 스펙트럼 변화(즉, 사이즈 변화에 따라 다른 파장의 빛을 방출하는 특성), 개선된 휘도, 광 표백(photo bleaching)에 대한 우수한 안정성, 동시 다중 형광 여기 등과 같은 특유의 유용한 광학 특성을 가지고 있어 최근 바이오 분야에서 많은 주목을 받아온 나노 소재이다. Quantum dots (QDs) are characterized by spectral changes in size (i.e., characteristics that emit light of different wavelengths as the size changes), improved brightness, excellent stability against photo bleaching, simultaneous multiple fluorescence excitation, etc. It is a nano material that has attracted a lot of attention recently in the bio field because of its unique useful optical properties.

특히 넓은 흡수 스펙트럼 및 좁은 방출 스펙트럼을 갖고 있어서, 기존 형광물질의 대체뿐만 아니라 FRET(fluorescence resonance energy transfer) 현상을 기반으로 하는 바이오센서 또는 진단 시스템 내에서 도너(donor) 또는 어셉터 (acceptor)로 활용하려는 시도도 많이 진행되었다.In particular, it has a broad absorption spectrum and a narrow emission spectrum, and is used as a donor or acceptor in a biosensor or diagnostic system based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) as well as replacing a conventional fluorescent substance. Many attempts have been made.

FRET 현상은 두개의 서로 다른 파장 영역의 형광 물질이 인접했을 경우에 여기된 어느 하나의 형광 물질에서 다른 하나의 형광 물질로 비복사 과정을 통해 에너지가 전이되어 다른 하나의 형광 물질의 고유 형광을 나타내는 물리적인 현상이다. 이때, 에너지를 주는 물질을 도너(donor, 공여체)라 하고, 에너지를 받는 물질을 어셉터(acceptor, 수용체)라 한다. The FRET phenomenon indicates that when fluorescent materials in two different wavelength regions are adjacent to each other, energy is transferred from one of the excited fluorescent materials to another fluorescent material through non-radiation, thereby representing the intrinsic fluorescence of the other fluorescent material. It is a physical phenomenon. In this case, a substance that gives energy is called a donor, and a substance that receives energy is called an acceptor.

이와 같은 FRET 현상은 통상적으로 대부분의 생물 내 매크로 분자의 치수(dimension)에 상당하는 대략 10Å 내지 100Å 범위 내로 도너와 어셉터가 근접하였을 시에 일어나기 때문에, 생접합 기술 등을 적용하여 도너와 어셉터 간의 국지적 거리를 보장해야 한다.Since the FRET phenomenon generally occurs when the donor and the acceptor are in a range of approximately 10 kV to 100 kV corresponding to the dimensions of most macromolecules in living organisms, the donor and acceptor may be applied by applying a bioconjugation technique. The local distance between them must be guaranteed.

양자점을 이용한 FRET 기반 센서의 다수는 단백질-양자점 접합체(conjugates) 또는 스트렙타비딘(Streptavidin)-양자점 시스템을 사용하고 있으며, 비특이적 흡착, 정전기적 상호작용 및 공유 결합 등을 통해 생분자를 양자점에 접합시킨 경우도 보고되었다. 양자점을 이용한 FRET 기반 센서 관련 기술로서, siRNA 서열을 스크리닝하기 위한 양자점-접합된(conjugated) 혼성화 프로브, 고감도 DNA 나노센서, DNA-양자점 접합에 기반하는 뉴클레아제 내성(nuclease tolerant) FRET 프로브 등이 보고되었다. Many of the FRET-based sensors using quantum dots use protein-quantum dot conjugates or streptavidin-quantum dot systems and conjugate biomolecules to quantum dots through nonspecific adsorption, electrostatic interactions and covalent bonds. Cases have also been reported. FRET-based sensor-related techniques using quantum dots include quantum dot-conjugated hybridization probes for screening siRNA sequences, high sensitivity DNA nanosensors, and nuclease tolerant FRET probes based on DNA-quantum dot conjugation. Reported.

양자점을 이용한 종래기술의 구체적인 예로서, 등록특허 제10-0704011호 및 등록특허 제10-1510513호가 있다.As a specific example of the prior art using the quantum dots there is a Patent No. 10-0704011 and Patent No. 10-1510513.

상기 종래기술을 비롯한 대부분의 양자점을 이용한 FRET 기반 기술은, 도너인 양자점에 접합시키기에 앞서 대부분 표적 물질(핵산, 유전물질, 예를 들면 DNA)을 먼저 염료(dye)로 라벨링할 것을 요구할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 복수의 프로브를 사전에 제조하거나 접합에 앞서 표적 물질 및 양자점에 각각 바이오틴 처리 및 스트렙타비딘 처리를 수반하기 때문에 절차가 상대적으로 매우 복잡하다. 또한, 프로브를 양자점에 생접합하는 경우, 프로브와 표적 물질 간의 혼성화를 방해하기도 한다.FRET-based techniques using most quantum dots, including the prior art, require not only to label most target materials (nucleic acid, genetic material, for example DNA) with dye prior to conjugation to donor quantum dots, In some cases, the procedure is relatively complicated because a plurality of probes have been previously prepared or involved in biotin treatment and streptavidin treatment, respectively, to the target material and quantum dots prior to conjugation. In addition, bioconjugation of the probe to quantum dots may interfere with hybridization between the probe and the target material.

KR 10-0704011 B1 2007.03.29.KR 10-0704011 B1 2007.03.29. KR 10-1510513 B1 2015.04.02.KR 10-1510513 B1 2015.04.02. KR 10-1496671 B1 2015.02.23.KR 10-1496671 B1 2015.02.23. KR 10-2015-0139096 A 2015.12.11.KR 10-2015-0139096 A 2015.12.11.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 생접합의 어려움, 형광 물질의 검출 시 부정확성, 광학계의 복잡도 및 형광 물질의 제한적 문제점을 해소하여, 보다 간편하면서도 신속 정확하게 표적 물질을 검출할 수 있는 표적 핵산 검출 방법을 제공하는 데 목적을 둔다.The present invention solves the problems of conventional bioconjugation, inaccuracy in detecting fluorescent materials, complexity of optical system, and limitations of fluorescent materials as described above, and thus provides a target nucleic acid detection method that can detect target materials more simply and quickly and accurately. The purpose is to provide.

본 발명은 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖는 검출 프로브를 표전 핵산과 혼성화시켜 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하는 혼성화 단계; 및 형광염료의 형광 빛을 측정하여 표적 핵산을 검출하는 검출 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 방법에 있어서, 상기한 목적을 달성하기 위한 표적 핵산 검출 방법을 제공하는 발명으로서, 양자점을 검출 프로브와 함께 산재되도록 혼합하여, 양자점이 산재되어 있는 환경 하에 검출 프로브가 표적 핵산과 혼성화되게 하고, 검출 프로브와 표적 핵산의 혼성화에 따라 생성된 하이브리드의 주변에 산재되어 있는 양자점을 여기시켜 분산광원의 역할을 하게 하며, 양자점의 여기에 의해 방출된 빛이 형광염료에 흡광되어 방출되는 형광염료 고유의 형광 빛을 측정함으로써, 표적 핵산을 검출한다. The present invention provides a hybridization step of hybridizing a detection probe having a nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid with a target nucleic acid to induce a state change of a fluorescent dye whose fluorescence properties vary depending on whether or not to hybridize; And a detection step of detecting a target nucleic acid by measuring fluorescent light of a fluorescent dye. The invention provides a method for detecting a target nucleic acid for achieving the above object. The mixture is interspersed so that the detection probe hybridizes with the target nucleic acid in an environment in which the quantum dots are scattered, and excites the quantum dots scattered around the hybrid generated by the hybridization of the detection probe and the target nucleic acid to serve as a scattering light source. The target nucleic acid is detected by measuring the fluorescent light inherent in the fluorescent dye which is emitted by excitation of the quantum dots by absorbing the fluorescent dye.

이에 따라, 양자점을 검출 프로브에 생접합하지 아니하여도 되고, 검출 프로브와 표적 핵산의 혼성화를 방해하지도 아니하며, 외부에서 여기시킬 대상과 검출할 대상이 분리되어 있으므로, 여기시킬 대상인 양자점을 자외선 또는 레이저로 여기시켜 간섭 없이 형광 빛을 검출할 수 있다. Accordingly, the quantum dots do not need to be bioconjugated to the detection probes, do not interfere with the hybridization of the detection probes and the target nucleic acids, and the object to be excited and the object to be detected are separated from each other. Can be excited to detect fluorescent light without interference.

이에, 광학계를 간소화할 수 있고, 협대역의 방출 스펙트럼을 갖는 양자점의 특성에 따라 특정 형광염료를 타겟으로 한 양자점을 사용함으로써, 형광염료가 갖는 고유 형광 파장의 빛을 측정하며 정확하게 표적 핵산을 검출할 수 있는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.Accordingly, the optical system can be simplified, and by using quantum dots targeted to a specific fluorescent dye according to the characteristics of the quantum dots having a narrow band emission spectrum, the target nucleic acid is accurately measured and the target nucleic acid is accurately detected. It provides a target nucleic acid detection method that can be.

또한, 흡광 및 방출 형광 빛의 파장대가 상이한 형광염료를 표지한 서로 다른 프로브와 각 형광염료의 흡광 파장대에 맞는 서로 다른 크기의 양자점을 투입하여서, 다중 검출(multiplex detection)이 가능한 표적 핵산 검출 방법을 제공할 수 있다.In addition, a target nucleic acid detection method capable of multiplex detection is provided by inserting different probes labeled with fluorescent dyes having different wavelengths of absorbing and emitting fluorescent light and quantum dots of different sizes corresponding to the absorbing wavelengths of each fluorescent dye. Can provide.

또한, 일측 단부에 형광염료를 결합하고 타측 단부에 소광자를 결합한 검출 프로브를 사용하여서, 검출 프로브가 표적 핵산에 혼성화되지 아니할 시에 형광 빛을 소광하고 표적 핵산에 혼성화될 시에 형광 빛을 방출하게 되는 특성을 활용하는 검출 방식, 일측 단부에 형광염료를 결합한 검출 프로브와 함께 검출 프로브를 흡착하는 소광자를 사용하여 검출 프로브가 표적 핵산에 혼성화될 시에 소광자와 분리되어 형광 빛을 방출하게 되는 특성을 활용하는 검출 방식, 등의 다양한 검출 방식에 적용할 수 있는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.In addition, a detection probe having a fluorescent dye coupled to one end and a quencher at the other end is used to extinguish fluorescent light when the detection probe is not hybridized to the target nucleic acid and to emit fluorescent light when hybridized to the target nucleic acid. A detection method that utilizes a characteristic that is characterized in that it is used, and a detection probe that combines a fluorescent dye at one end with a quencher adsorbing the detection probe is separated from the quencher when the detection probe hybridizes to the target nucleic acid to emit fluorescent light It provides a target nucleic acid detection method that can be applied to a variety of detection methods, such as detection method utilizing.

또한, 검출 단계에서 융해곡선(melting curve) 분석을 함에 있어, 형광염료를 안정적으로 여기시키는 분산광원을 이용하는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting a target nucleic acid using a dispersed light source stably exciting a fluorescent dye in performing a melting curve analysis in a detection step.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 양자점을 히드록시기(-OH), 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 또는 티올기(-SH)로 표면 개질하여, 수용성을 나타내도록 함으로써, 시약에 고르게 산재되어 있도록 한다. 이를 통해, 형광염료를 고르게 형광시킬 수 있는 분산광원을 갖는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the surface of the quantum dot is modified with a hydroxyl group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH2), or a thiol group (-SH) to show water solubility, Keep it evenly distributed. This provides a method for detecting a target nucleic acid having a dispersed light source capable of uniformly fluorescing a fluorescent dye.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 표적 핵산이 함유된 시료를 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응) 증폭하는 증폭 단계를 포함하며, 상기 혼성화 단계에서는 검출 프로브와 양자점이 각자 고르게 산재되어 있는 시약을 준비한 후, 증폭 단계에 의해 PCR 증폭된 시료에 검출용 시약을 투입한다. 이를 통해, PCR 증폭과정에의 양자점 열화 문제가 발생하지 아니하므로, 검출 정확성을 보장하는 표적 핵산 검출 방법을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, amplification step of amplifying a polymerase chain reaction (PCR) amplification of the sample containing the target nucleic acid, the hybridization step is a reagent in which the detection probe and the quantum dots are evenly distributed After preparing, the detection reagent is added to the PCR amplified sample by the amplification step. Through this, since the problem of quantum dot degradation in the PCR amplification process does not occur, it is possible to provide a target nucleic acid detection method that guarantees detection accuracy.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 검출 단계는 상기 양자점을 여기시키기 위한 여기 광을 자외선 또는 레이저로 하되, 여기 광을 반사시키고 형광염료의 형광 빛을 투과시키는 다이크로익 미리(dichroic mirror)의 도움을 받아 여기 광의 광축 및 형광 빛을 광축을 일치시킨다. 이를 통해, 단순한 광학계에 의해서도 표적 핵산을 정확하게 검출하는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the detecting step may include an excitation light for exciting the quantum dots using an ultraviolet ray or a laser, and a dichroic mirror for reflecting the excitation light and transmitting the fluorescent light of a fluorescent dye. With help, the optical axis of the excitation light and the fluorescent light are matched to the optical axis. This provides a target nucleic acid detection method for accurately detecting a target nucleic acid even by a simple optical system.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은 혼성화가 이루어지는 시료 시약 반응액 내에 고르게 분포시킨 양자점을 새로운 개념의 분산광원으로 하여 형광염료를 고르게 여기시킬 수 있고, 넓은 입사 스펙트럼 및 협대역 방출 스펙트럼을 갖는 양자점의 특성에 의해서 양자점을 여기시키기 위한 광원의 제약을 덜 받으며, 특정 형광염료를 타겟으로 하여 형광 빛을 방출시킴으로써, 검출하려는 표적 핵산을 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 정확한 다중 검출도 가능하고, 생접합 기술이 필요치 아니하여 간편하다.According to the present invention as described above, the fluorescent dyes can be excited evenly by using a quantum dot evenly distributed in the hybridization sample reagent reaction solution as a new concept of distributed light source, and have characteristics of a quantum dot having a broad incident spectrum and a narrow band emission spectrum. It is less constrained by the light source to excite the quantum dots, and by emitting a fluorescent light to target a specific fluorescent dye, not only can accurately detect the target nucleic acid to be detected, but also accurate multiple detection, bioconjugation technology It is simple because it is not necessary.

또한, 본 발명은 여기시키기 위해 조사하는 빛과 검출되는 형광 빛 사이의 간섭을 일으키지 아니하게 할 수 있어, 검출 정확성을 높일 수 있고, 광학계를 간소화할 수 있으며, 형광물질의 선택폭도 넓고, 다양한 형광물질을 동시 사용하여 한 번에 여러 표적 핵산을 동시 검출하는 다중 검출을 용이하게 수행할 수 있고, 검출 프로브를 사용한 다양한 표적 핵산 검출 방법에도 쉽게 적용할 수 있다.In addition, the present invention can prevent the interference between the irradiated light and the fluorescent light to be detected to excite, thereby increasing the detection accuracy, simplify the optical system, wide selection of fluorescent materials, and various fluorescence The simultaneous use of the materials can facilitate multiple detections that simultaneously detect multiple target nucleic acids at once, and can also be readily applied to various target nucleic acid detection methods using detection probes.

도 1은 형광염료 및 소광자를 결합한 프로브를 이용하는 표적 핵산 검출 방법에 본 발명을 적용한 실시 예를 보여주는 모식도이다.
도 2는 형광염료를 결합한 프로브를 소광자 기능의 물질에 흡착되게 한 표적 핵산 검출 방법에 본 발명을 적용한 실시 예를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시를 위한 키트(100)이다. 키트(100)는 유동 칩(110) 및 커버(120)를 기구적 구성요소로 하며, 유동 칩(110) 및 커버(120)의 사시도, 상면도 및 단면도를 도시하되, 유동 칩(110)은 상면 사시도(a) 및 상면도(b)를 도시하고, 커버(120)는 저면 사시도(d) 및 저면도(e)로 도시하여, 유동 칩(110)의 상면측과 접하는 커버(120)의 저면측을 자세히 보여준다.
도 4는 도 3의 키트(100)에 광학계(200) 및 히터(300)를 더하여 구성한 표적 핵산 검출 장치의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 키트(100)를 포함한 핵산 검출 장치에 의해 이루어지는 표적 핵산 검출 방법의 순서도이다.
도 7은 Cell line으로부터 추출된 KRAS G12D 돌연변이(Mutant) DNA와 야생형(wild) DNA를 이용하여, 돌연변이 비율에 따라 얻은 융해곡선 그래프이다.
도 8은 실제 임상샘플에 적용한 실험 결과를 얻기 위해서, 인천성모병원 인체유래물질 자원은행에서 제공받은 임상검체를 진단한 결과로 얻은 융해곡선 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a method for detecting a target nucleic acid using a probe combining a fluorescent dye and a quencher.
Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a method for detecting a target nucleic acid in which a probe incorporating a fluorescent dye is adsorbed to a material having a quencher function.
3 is a kit 100 for practicing the present invention. Kit 100 shows the flow chip 110 and cover 120 as a mechanical component, showing a perspective view, a top view and a cross-sectional view of the flow chip 110 and cover 120, the flow chip 110 The top perspective view (a) and the top view (b) are shown, and the cover 120 is shown by the bottom perspective view (d) and the bottom view (e), of the cover 120 which is in contact with the top surface side of the flow chip 110. Show the bottom side in detail.
4 is a block diagram of a target nucleic acid detection apparatus configured by adding an optical system 200 and a heater 300 to the kit 100 of FIG. 3.
5 and 6 are flowcharts of a target nucleic acid detection method performed by a nucleic acid detection apparatus including a kit 100.
7 is a melting curve graph obtained according to a mutation rate using KRAS G12D mutant DNA and wild type DNA extracted from a cell line.
8 is a melting curve graph obtained as a result of diagnosing a clinical sample provided by Incheon St. Mary's Hospital Human-Derived Material Resource Bank in order to obtain an experimental result applied to an actual clinical sample.

도 1 및 도 2의 모식도로 보여준 실시 예를 참조하면, 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법은 검출 프로브(detecting probe)와 표적 핵산 사이의 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료(fluorescent dye)의 상태 변화를 검출하여 표적 핵산을 검출함에 있어서, 형광염료의 흡광 파장대의 빛을 사방으로 방출하는 양자점(QD : quantum dot)을 분산광원으로 사용한다. Referring to the embodiment shown in the schematic diagram of Figures 1 and 2, the method for detecting a target nucleic acid according to the present invention of the fluorescent dye (fluorescent dye) that varies in the fluorescent properties depending on whether the hybridization between the detection probe (detecting probe) and the target nucleic acid In detecting a target nucleic acid by detecting a change in state, a quantum dot (QD) that emits light in an absorption wavelength band of a fluorescent dye in all directions is used as a scattering light source.

구체적으로, 본 발명은 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖고 있는 검출 프로브를 양자점이 산재되어 있는 환경 하에 표적 핵산과 혼성화시켜 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하는 혼성화 단계; 및 산재되어 있는 양자점을 여기시킴에 따라 분산광원 역할을 하는 양자점의 방출 빛을 받는 형광염료의 형광 빛을 검출함으로써 표적 핵산을 검출하는 검출 단계; 를 포함한다.Specifically, the hybridization step of hybridizing a detection probe having a complementary base sequence for the target nucleic acid with the target nucleic acid in the environment interspersed with the quantum dots to induce a state change of the fluorescent dye, the fluorescence properties vary depending on whether or not hybridization ; And a detection step of detecting the target nucleic acid by detecting the fluorescent light of the fluorescent dye which receives the emission light of the quantum dot serving as a scattered light source by exciting the scattered quantum dots; It includes.

표적 핵산은 검출하고자 하는 모든 종류의 핵산을 의미하며, 다양한 DNA, RNA, 염색체, 대사물질 등이 있다. 표적 핵산은 예를 들어 질병 발생 가능성 및 발병 위험도와 관련된 돌연변이 유전자를 포함할 수 있다. 이러한 표적 핵산을 함유하는 시료를 채취하여 표적 핵산을 검출한다.Target nucleic acid means any kind of nucleic acid to be detected, and there are a variety of DNA, RNA, chromosomes, metabolites, and the like. Target nucleic acids may include mutant genes that are associated with, for example, the likelihood of disease development and the risk of development. A sample containing the target nucleic acid is taken to detect the target nucleic acid.

채취한 시료에는 표적 핵산이 소량 함유되어 있는 것이 일반적이며, 본 발명의 실시 예에서는 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응) 증폭을 선행하여 시료 내의 표적 핵산을 증폭하는 증폭 단계를 상기 혼성화 단계 이전에 수행한 이후, 검출 프로브 및 양자점이 각자 고르게 산재되어 있게 함유된 혼합액을 검출을 위한 시약으로서 증폭 결과물 함유 시료에 투입하여 혼성화 단계를 수행한다. It is common for a sample to contain a small amount of the target nucleic acid, in the embodiment of the present invention prior to the PCR (polymerase chain reaction, polymerase chain reaction) amplification step to amplify the target nucleic acid in the sample before the hybridization step Then, the hybridization step is performed by adding a mixed solution containing the detection probe and the quantum dots evenly distributed to the sample containing the amplification result as a reagent for detection.

이를 통해, PCR 증폭 과정에서의 열적 영향이 양자점 및 검출 프로브에 미치지 아니하므로, 양자점의 열화 문제 또는 PCR 시약과 검출 프로브 사이의 열적 특성 차이에 따른 문제가 생기지 아니한다.Through this, since the thermal effect in the PCR amplification process does not extend to the quantum dots and the detection probes, there is no problem of deterioration of the quantum dots or a problem due to the thermal characteristics difference between the PCR reagent and the detection probes.

한편, PCR 증폭은 PCR 증폭 시약을 투입한 상태에서 변성(Denaturation), 결합(Annealing) 및 신장(Elongation)으로 이루어지는 일련의 과정을 반복하여, 표적 핵산을 증폭하는 공지의 기술인 바, 상세한 설명을 생략한다.On the other hand, PCR amplification is a well-known technique for amplifying a target nucleic acid by repeating a series of processes including denaturation, annealing, and elongation in a state in which a PCR amplification reagent is added. do.

< 검출 프로브(detecting probe) ><Detecting probe>

검출 프로브(detecting probe)는 표적 핵산에 상보적으로 결합하여 혼성화하는 모든 핵산 또는 핵산 유사체로서, 올리고뉴클레오티드 (oligonucleotide), PNA(peptide nucleic acids) 및 LNA (Locked nucleic acid)로 이루어진 군에서 각각 선택될 수 있다. PCR 증폭을 위한 중합효소에 일반적으로 뉴클레아제(nuclease) 활성이 있어서, 검출 프로브의 손상이 생길 가능성도 있으므로, 뉴클레아제에 대해 안정한 PNA와 같은 합성 핵산을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 검출 프로브는 표적 핵산의 유전자를 선택적으로 검출시키는 역할을 하므로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 핵산 검출을 위한 검출 프로브를 사용할 수 있다.The detecting probe is any nucleic acid or nucleic acid analog that binds to and hybridizes to a target nucleic acid, and may be selected from the group consisting of oligonucleotides, peptide nucleic acids (PNA), and locked nucleic acids (LNA), respectively. Can be. Since a polymerase for PCR amplification generally has nuclease activity, which may cause damage to the detection probe, it is preferable to use a synthetic nucleic acid such as PNA that is stable against nucleases. In addition, since the detection probe serves to selectively detect the gene of the target nucleic acid, a detection probe for detecting a nucleic acid well known in the art to which the present invention pertains may be used.

본 발명의 일 실시예에서는 바람직하게 PNA 프로브를 사용하였으며, PNA 프로브는 인공합성 DNA로서 타겟 DNA 또는 타겟 RNA와의 특이적 결합이 가능하고, 뉴클레아제에 대해 안정하기 때문에 프로브를 기반으로 한 융해곡선(melting curve) 분석이 가능하다. In one embodiment of the present invention, a PNA probe is preferably used. Since the PNA probe is a synthetic DNA, specific binding with target DNA or target RNA, and stable to nuclease, is based on a probe melting curve. Melting curve analysis is possible.

이때의 검출 프로브는 표적 핵산의 특정 위치 유전자에만 혼성화하는 것일 수도 있다. 예를 들어 야생형(wild) 유전자는 제외하고 돌연변이(mutant) 유전자와 혼성화하는 검출 프로브일 수도 있다.The detection probe at this time may be to hybridize only to a specific position gene of the target nucleic acid. For example, it may be a detection probe that hybridizes with a mutant gene except for a wild-type gene.

혼성화는 잘 알려진 바와 같이 상보적인 단일 가닥 핵산들이 상보적 결합하여 이중 가닥 핵산, 즉, 하이브리드(hybrid)를 형성하는 것을 의미한다. 표적 핵산이 이중 가닥인 경우, 검출 프로브와의 혼성화 반응을 일으키기 위해서 표적 핵산을 단일 가닥으로 분리하여야 하는 데, 이러한 방법으로서, 열, 알카리, 포름아미드, 우레아 또는 글리콕살 처리, 효소적 방법, 결합 단백질 등이 알려져 있으나, 본 발명의 실시 예 설명에서는 히터(300)에 의한 열처리에 의해서 달성하는 것으로 이해해도 좋다.Hybridization means that complementary single stranded nucleic acids, as is well known, complementarily bind to form a double stranded nucleic acid, ie a hybrid. If the target nucleic acid is double stranded, the target nucleic acid must be separated into single strands to cause a hybridization reaction with the detection probe, such as heat, alkali, formamide, urea or glycoxal treatment, enzymatic methods, binding Proteins and the like are known, but in the description of the embodiments of the present invention, it may be understood that they are achieved by heat treatment by the heater 300.

형광염료(fluorescent dye)는 특정 파장의 빛을 흡수 및 방출하여 형광을 발하는 물질로서, 표적 핵산 검출 기술분야에 있어서, 표적 핵산과 검출 프로브 사이의 혼성화가 이루어졌는지 확인하는 데 사용된다. Fluorescent dyes are materials that fluoresce by absorbing and emitting light of a particular wavelength, and are used in the target nucleic acid detection arts to determine whether hybridization has occurred between target nucleic acids and detection probes.

이러한 형광 염료는 플루오레신 (fluorescein), 플루오레신 클로로 트리아지닐(fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), FITC, 오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, JOE, ROX, HEX, 텍사스 레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌(thiadicarbocyanine) 염료로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 형광 물질을 사용할 수 있다.Such fluorescent dyes are fluorescein, fluorescein chlorotriazinyl, rhodamine green, rhodamine red, tetramethylrhodamine, FITC, oregon green (Oregon green), Alexa Fluor, FAM, JOE, ROX, HEX, Texas Red, TET, TRITC, TAMRA, Cyanine-based dyes and thiadicarbocyanine dyes It may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto, and fluorescent materials known in the art may be used.

여기서 사용하는 형광염료는 특정 파장의 빛을 흡수 및 방출하는 특성이 있으므로, 적절한 파장의 빛을 흡수하여 형광 빛을 방출되게 하여야 하며, 본 발명에 따르면, 양자점(QD : quantum dot)이 형광염료의 형광 빛을 방출시키기 위한 적절한 파장의 광을 제공한다.Since the fluorescent dye used herein has the property of absorbing and emitting light of a specific wavelength, the fluorescent dye must be absorbed to emit light of an appropriate wavelength, and according to the present invention, a quantum dot (QD) is formed of the fluorescent dye. It provides light of a suitable wavelength for emitting fluorescent light.

한편, 검출 프로브와 표적 핵산 사이 혼성화 여부에 따라 형광 특성, 즉, 형광 빛을 방출하거나 형광 빛을 소광하는 특성이 달라지도록, 혼성화 여부에 따라 형광염료의 상태 변화(예를 들면 도 1,2에 예시한 혼성화 전후의 상태 변화)를 유도하여 하며, 이를 위해 본 발명의 실시 예에서는 소광자(quencher)를 사용한다.On the other hand, the state of the fluorescent dye changes depending on whether or not the hybridization between the detection probe and the target nucleic acid, that is, the characteristics of emitting fluorescent light or quenching the fluorescent light are different (for example, in FIGS. State change before and after the hybridization) is induced, and an embodiment of the present invention uses a quencher.

소광자(quencher)는 형광염료에서 방출하는 형광 빛을 흡수하여 형광 세기를 감소시키는 물질을 의미하며, 형광염료와의 거리에 따라 소광(quenching) 량이 달라지며, 그 종류에 따라 상이하지만 소정 거리 이내로 형광염료와 근접할 시에 광학계로 식별 가능한 소광 특성을 발휘한다.Quencher refers to a material that absorbs fluorescent light emitted from a fluorescent dye and reduces the fluorescence intensity. The amount of quenching varies depending on the distance from the fluorescent dye, and varies depending on the type, but within a predetermined distance. When it comes close to the fluorescent dye, it exhibits an extinction characteristic that can be identified by the optical system.

이러한 소광자는 답실(Dabcyl), TAMRA, Eclipse, DDQ, QSY, 블랙베리 퀸처(Blackberry Quencher), 블랙홀 퀸처(Black Hole Quencher), Qxl, 아이오와 블랙(Iowa black) FQ, 아이오와 블랙 RQ, IRDye QC-1 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 종류에 따라 형광세기를 감소시키는 범위가 다르므로 이를 고려하여 선택 사용할 수 있다.These quenchers are: Dabcyl, TAMRA, Eclipse, DDQ, QSY, Blackberry Quencher, Black Hole Quencher, Qxl, Iowa black FQ, Iowa Black RQ, IRDye QC-1 It may be one or more selected from the group, but is not limited thereto, and the range of reducing the fluorescence intensity varies depending on the type thereof, and may be selected and used in consideration of this.

도 1에 예시한 본 발명의 실시 예에 따르면, 일측 단부에 형광염료를 표지하고 타측 단부에 소광자를 결합한 검출 프로브를 사용하여, 검출 프로브가 표적 핵산에 혼성화되기 이전에는 검출 프로브의 특성에 따라 형광염료와 소광자 사이의 거리가 근접하므로, 외부 광(본 발명에서는 양자점의 방출 빛)을 흡광하더라도 형광염료의 형광 빛이 소광자에 의해 소광된다. 그렇지만, 검출 프로브가 표적 핵산에 혼성화될 시에 펴져 표적 핵산과 결합하게 되므로 형광염료와 소광자 사이의 간격이 멀어지고, 이에, 소광자에 의한 소광 특성을 발휘할 수 없게 되고, 외부 광에 의한 형광염료의 형광 빛이 방출된다. 이러한 검출 프로브는 예를 들어 선행기술문헌 공개특허 제10-2015-0139096호에 개시된 것을 사용하여도 좋으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, by using a detection probe labeled with a fluorescent dye at one end and a quencher at the other end, before the detection probe hybridizes to the target nucleic acid, the fluorescent probe may be fluorescence according to the characteristics of the detection probe. Since the distance between the dye and the quencher is close, the fluorescent light of the fluorescent dye is quenched by the quencher even when the external light (the emission light of the quantum dot in the present invention) is absorbed. However, when the detection probe hybridizes to the target nucleic acid, it is unfolded and bound to the target nucleic acid, so that the distance between the fluorescent dye and the quencher becomes farther, and thus the extinction characteristic by the quencher cannot be exerted and the fluorescence by external light is prevented. Fluorescent light of the dye is emitted. Such a detection probe may be, for example, those disclosed in the prior art document 10-2015-0139096, but is not limited thereto.

도 2에 예시한 본 발명의 실시 예에 따르면, 일측 단부에 형광염료가 표지되어 있되, 소광자에 흡착되는 검출 프로브를 사용한다. 이에 따르면, 외부 광에 의한 형광염료의 형광 빛을 소광하고, 검출 프로브가 표적 핵산에 혼성화될 시에 소광자로부터 분리되며 혼성화되므로, 소광 특성이 발휘되지 아니하고, 외부 광에 의한 형광염료의 형광 빛이 소광되지 아니함에 따라 방출된다. 이러한 검출 프로브 및 소광자는 예를 들어 선행기술문헌 등록특허 제10-1496671호에 개시된 것을 사용하여도 좋으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2, a fluorescent dye is labeled at one end, and a detection probe that is adsorbed to a quencher is used. According to this, the fluorescent light of the fluorescent dye by external light is quenched, and when the detection probe hybridizes to the target nucleic acid, it is separated from the quencher and hybridized, so that the quenching property is not exhibited, and the fluorescent light of the fluorescent dye by external light It is released as it is not quenched. Such detection probes and quencher may be, for example, those disclosed in the prior art document 10-1496671, but is not limited thereto.

한편, 도면으로 도시하지 아니하였고 선행기술문헌으로 언급하지는 아니하였지만, 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하는 방법으로서, 공개특허 제10-2017-0058780호의 도 3에 예시한 바와 같이 형광염료 및 소광자가 결합된 검출 프로브가 표적 핵산과 혼성화할 시에 형광염료가 결합된 부위가 분리되게 하는 방법, 또는 검출 프로브와 표적 핵산의 혼성화에 따라 형성된 이중 가닥의 하이브리드에 흡착하여 소광하는 형광물질을 사용하는 방법 등에서도 양자점을 분산광원으로 하는 본 발명을 적용할 수 있을 것이다.On the other hand, although not shown in the drawings and not mentioned in the prior art, as a method of inducing a change in the state of the fluorescent dye, the fluorescence properties vary depending on whether hybridization, as shown in FIG. 3 of Publication No. 10-2017-0058780 As described above, when the detection probe combined with the fluorescent dye and the quencher hybridizes with the target nucleic acid, the site where the fluorescent dye is bound is separated or adsorbed to a double strand hybrid formed by hybridization of the detection probe and the target nucleic acid. In the method of using a fluorescent material, etc., the present invention using the quantum dot as a scattered light source may be applied.

바람직하게는 검출 프로브의 변형은 없으면서 상태 변화에 따라 형광 빛의 발광 및 소광이 결정되게 하는 도 1 또는 도 2의 검출 프로브를 사용하는 것이고, 더욱 바람직하게는 양자점을 분산광원으로 한다는 점을 고려하여 검출 프로브와 양자점을 함유한 혼합액을 사용하는 도 1의 검출 프로브를 사용하는 것이라 하겠다.Preferably, the detection probe of FIG. 1 or FIG. 2 is used to determine the emission and quenching of the fluorescent light according to the change of state without any modification of the detection probe, and more preferably in consideration of the fact that the quantum dot is a scattered light source. The detection probe of FIG. 1 using a mixed solution containing a detection probe and a quantum dot will be used.

이하, 설명의 편의를 위해서 도 1에 예시한 바와 같이 말단에 형광염료 및 소광자를 구비한 검출 프로브를 사용하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 형광염료의 상태 변화를 유도하는 여타 다른 방법에도 적용될 수 있음은 자명하다.Hereinafter, for convenience of description, as illustrated in FIG. 1, a detection probe having a fluorescent dye and a quencher is used, but the present invention is not limited thereto, and other methods of inducing a state change of the fluorescent dye may be used. It is obvious that it can be applied.

< 양자점(QD : quantum dot) ><Quantum dot (QD)>

양자점(QD : quantum dot)은 나노 사이즈의 입자로서, 입자 크기별로 빛 파장이 다르게 나타난다. Quantum dots (QDs) are nano-sized particles, and light wavelengths vary according to particle size.

종래 핵산 검출 기술분야에 있어서, FRET(fluorescence resonance energy transfer) 기반으로 양자점을 활용하기 위해 양자점을 프로브에 접합 또는 링크시켜야 하였으나, 본 발명에 있어서는 FRET 기반으로 하지 아니하므로, 프로브와의 접합 또는 링크가 필요치 아니한다.In the conventional nucleic acid detection technology, quantum dots have to be conjugated or linked to probes in order to utilize quantum dots based on fluorescence resonance energy transfer (FRET), but in the present invention, they are not based on FRET. It is not necessary.

즉, 본 발명에 따르면, 양자점은 검출 프로브 혼합액 내에 독립적으로 고르게 산재되어 있어 검출 프로브와 결합되지 아니하게 하고, 검출 프로브와 표적 핵산이 혼성화할 시에도 혼성화에 따라 발생한 하이브리드와 함께 각자 고르게 산재되어 있게 한다.That is, according to the present invention, the quantum dots are scattered independently and evenly in the detection probe mixture so that they do not bind to the detection probe, and even when the detection probe and the target nucleic acid hybridize, the quantum dots are evenly distributed together with the hybrid generated by the hybridization. do.

이에, 혼성화 이전 검출 프로브가 함유된 수용액 내에서 뿐만 아니라 혼성화가 이루어지는 수용액 내에서도 양자점이 독립적으로 고르게 산재되어 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예에서는 수용성(water-soluble)을 나타내도록 양자점을 표면 처리한다. 이때의 양자점 표면 처리는 히드록시기(-OH), 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 티올기(-SH) 등의 친수성 작용기로 표면 개질(modification)하는 것일 수 있다.Accordingly, in order to independently scatter quantum dots evenly in an aqueous solution containing hybridization detection probes as well as in an aqueous solution in which hybridization is performed, embodiments of the present invention surface-treat the quantum dots so as to be water-soluble. . In this case, the quantum dot surface treatment may be surface modification with hydrophilic functional groups such as a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2), a thiol group (-SH), and the like.

그리고, 양자점을 여기시켜 양자점을 발광시킴으로써 분산광원 역할을 하게 하고, 양자점에서 방출되는 빛이 사방으로 조사됨에 따라 주변 형광염료에 흡광되어 형광염료 고유의 형광 빛을 발하게 한다.Then, the quantum dots are excited to emit quantum dots to serve as a scattered light source, and as the light emitted from the quantum dots is irradiated in all directions, they are absorbed by the surrounding fluorescent dyes to emit fluorescent light unique to the fluorescent dyes.

양자점의 입자 크기는 여기될 시에 형광염료의 특정 입사 파장대의 빛을 방출하도록 형광염료의 입사 파장대에 맞게 선정한다. 이와 같이 양자점을 형광염료에 매칭시킴으로써, 양자점은 특정 파장대의 빛을 흡광하여 고유의 형광 빛을 방출하는 형광염료를 타겟으로 하여 빛을 방출함으로써 타겟이 되는 형광염료의 형광 빛을 방출되게 할 수 있다.The particle size of the quantum dot is selected according to the wavelength range of incidence of the fluorescent dye so as to emit light at a specific incident wavelength range of the fluorescent dye when excited. By matching the quantum dots with the fluorescent dyes as described above, the quantum dots can absorb the light of a specific wavelength band and emit light by targeting the fluorescent dyes emitting the unique fluorescent light to emit the fluorescent light of the target fluorescent dye. .

본 발명의 실시 예에 따르면, 시료 내에 2 종류 이상의 표적 핵산이 존재하여 각 종류의 표적 핵산에 혼성화할 수 있는 2 종류 이상의 검출 프로브를 사용하는 다형의 표적 핵산 검출 방법에 적용할 수 있으며, 이를 위해서, 검출 프로브의 종류별로 흡광(흡수 또는 수광) 빛의 파장대는 물론이고 방출 형광 빛의 파장대도 상이한 형광염료를 표지하며, 검출 프로브의 종류별로 표지한 서로 다른 형광염료와 일대일 매칭되는 상호 다른 크기의 양자점을 투입 사용한다. 이에, 2 종류 이상의 검출 프로브는 각각 자신과 상보적인 표적 핵산과 혼성활할 시에 표지된 형광염료의 흡광 파장대의 빛을 발산하는 양자점의 빛을 받아 형광 빛을 방출하게 되어서, 다중 검출(multiplex detection)이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, two or more types of target nucleic acids are present in a sample, and thus they can be applied to a polymorphic target nucleic acid detection method using two or more types of detection probes capable of hybridizing to each type of target nucleic acid. In addition, the wavelength bands of absorbing (absorption or receiving) light as well as the emission wavelengths of the fluorescent probes are different depending on the types of detection probes. Input and use quantum dots. Accordingly, the two or more types of detection probes emit fluorescent light by receiving light from a quantum dot that emits light in the absorption wavelength band of the labeled fluorescent dye when hybridizing with a target nucleic acid complementary to itself, and thus, multiplex detection. Is possible.

물론, 서로 다른 크기의 양자점을 투입 사용하더라도 넓은 흡수 스펙트럼을 갖는 양자점의 특성에 의해서, 서로 다른 크기의 양자점을 단일 여기 광으로 동시 여기시킬 수 있다.Of course, even when quantum dots of different sizes are used, quantum dots of different sizes can be simultaneously excited by a single excitation light by the characteristics of the quantum dots having a broad absorption spectrum.

< 검출 ><Detection>

이와 같이 양자점이 주변에 산재되어 있는 상황에서, 검출 프로브와 표적 핵산이 혼성화되면, 형광염료가 소광자로부터 이격되어 형광 빛을 방출할 수 있는 상태로 되므로, 혼성화 여부를 형광 빛으로 검출할 수 있고, 결국, 표적 핵산을 검출할 수 있게 된다.In this situation where the quantum dots are scattered around, when the detection probe and the target nucleic acid are hybridized, the fluorescent dye is spaced apart from the quencher to emit fluorescent light, and thus the hybridization can be detected by the fluorescent light. Finally, the target nucleic acid can be detected.

본 발명의 실시 예에 따르면, 양자점을 여기시키기 위한 여기 광은 형광 빛과 간섭을 일으키지 아니하는 자외선 또는 레이저로 한다. 이에, 광학계는 하나의 대물렌즈를 통해 여기 광의 광축과 검출을 위한 형광 빛의 광축을 일치시키더라도 형광 빛을 정확하게 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the excitation light for exciting the quantum dots is ultraviolet or laser that does not interfere with the fluorescent light. Thus, the optical system can accurately detect the fluorescent light even though the optical axis of the excitation light and the optical axis of the fluorescent light for detection are matched through one objective lens.

도 1 및 도 2에 예시한 실시 예의 광학계(또는 광학 시스템)에 따르면, 양자점이 산재되어 있는 상황에서 검출 프로브와 표적 핵산이 혼성화되는 수용액에 조사되는 여기 광의 광축과 수용액 내에서 방출되는 형광 빛의 광축을 일치시키되, 이때의 일치된 광축 선상에 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 설치하여 여기 광 조사를 돕는다. According to the optical system (or optical system) of the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the optical axis of the excitation light irradiated onto the aqueous solution in which the detection probe and the target nucleic acid are hybridized in the interspersed state of quantum dots and the fluorescent light emitted in the aqueous solution The optical axes are matched, but a dichroic mirror is installed on the matched optical axis line at this time to help excitation light irradiation.

즉, 여기 광이 다이크로익 미러에 반사되어 수용액에 조사되고, 수용액 내에서 발생하는 형광염료의 형광 빛은 다이크로익 미러를 투과하여 형광 빛 검출부(예를 들어 CCD 센서 또는 PMT)에 의해 검출된다.That is, the excitation light is reflected on the dichroic mirror and irradiated to the aqueous solution, and the fluorescent light of the fluorescent dye generated in the aqueous solution passes through the dichroic mirror and is detected by a fluorescent light detector (for example, a CCD sensor or PMT). do.

여기서, 다이크로익 미러는 특정 파장을 초과하는 빛을 모두 통과시키고, 그 이하의 파장을 갖는 빛은 반사시키는 특성이 있으며, 여기 광 파장대 이하의 파장대를 갖는 빛은 반사시키고, 여기 광 파장대을 초과하는 파장대의 빛은 모두 통과시키는 것으로 선택 적용한다.Here, the dichroic mirror passes all the light exceeding a specific wavelength and reflects light having a wavelength less than that, and reflects light having a wavelength band below the excitation light wavelength and exceeds the excitation light wavelength. All the light in the wavelength range is selected to pass.

한편, 본 발명에 따르면, 여기 광으로 여기시켜 분산광원으로 사용하는 양자점의 방출 빛도 다이크로익 미러를 투과하여 검출될 수 있으므로, 검출부와 다이크로익 미러의 사이에 추가로 다이크로익 미러를 설치하여 양자점의 방출 빛을 반사시키고, 형광 빛을 투과되게 한다.On the other hand, according to the present invention, since the emitted light of the quantum dots excited by the excitation light and used as the scattered light source can also be detected by passing through the dichroic mirror, the dichroic mirror is additionally provided between the detection unit and the dichroic mirror. It is installed to reflect the emitted light of the quantum dot, and transmit the fluorescent light.

이를 통해, 양자점의 방출 빛을 검출함으로써, 양자점이 분산광원으로서의 역할을 제대로 하는지 검증할 수 있고, 또는, 혼성화 이전과 혼성화 이후의 빛을 비교하여 혼성화 전후의 상황 변화를 비교 분석할 수도 있다.Through this, by detecting the emitted light of the quantum dot, it is possible to verify whether the quantum dot plays a role as a scattered light source, or to compare and analyze the change of the situation before and after the hybridization by comparing the light before and after the hybridization.

본 발명의 실시 예에 따르면, 형광염료의 형광 빛을 검출하여 표적 핵산을 검출하는 방법은 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)에 의해 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, a method for detecting a target nucleic acid by detecting fluorescent light of a fluorescent dye is performed by melting curve analysis.

융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)은 온도를 높일수록 검출 프로브와 표적 핵산 간의 혼성화 강도가 약해지고, 소정 온도 이상으로 높이면 분리되는 특성을 이용하는 분석 방법으로서, 온도를 점차 높여가며 형광 빛 세기의 변동율을 산정하여 얻는 융해곡선을 패턴 분석(실제로는 융해 피크 분석)하여 표적 핵산의 유무, 또는 표적 핵산 중의 변이 유무 등을 판정할 수 있다. 일반적으로 융해곡선의 융해 피크(melting peak)가 형성되는 부분의 온도를 융해점 또는 Tm(Melting Temperature) 값으로 하여 판정한다.Melting Curve Analysis is an analysis method that uses the characteristic that hybridization strength between detection probe and target nucleic acid becomes weaker as the temperature is increased, and is separated when the temperature is higher than a predetermined temperature, and the rate of change of the fluorescence light intensity is gradually increased as the temperature is increased. The fusion curve obtained by the pattern analysis (actually, fusion peak analysis) can be used to determine the presence or absence of the target nucleic acid or the variation in the target nucleic acid. In general, the temperature of the portion where the melting peak of the melting curve is formed is determined as the melting point or Tm (Melting Temperature) value.

물론, 형광염료의 형광 빛 및 양자점의 발광 빛을 검출할 시에는 각각 해당 빛의 파장대를 선별적으로 투과하는 필터로 필터링한 후 해당 빛을 측정하는 것이 바람직하다.Of course, when detecting the fluorescent light of the fluorescent dye and the emission light of the quantum dot, it is preferable to filter the light after filtering with a filter that selectively transmits the wavelength band of the light, respectively.

이하, 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법의 구체적인 실시 예를 위해서 창안한 시약 시료 반응 분석용 키트 및 이를 이용한 표적 핵산 검출 장치와, 표적 핵산 검출 방법의 구체적인 실시 예를 설명한다.Hereinafter, a reagent sample reaction analysis kit, a target nucleic acid detection apparatus using the same, and a target nucleic acid detection method that are created for a specific embodiment of a target nucleic acid detection method according to the present invention will be described.

< 시약 시료 반응 분석용 키트 ><Reagent Sample Response Analysis Kit>

도 3을 참조하면, 키트(100)는 유동 칩(110) 및 커버(120)를 기구적 구성요소로 포함하여 구성된다. 키트(100)를 설명함에 있어, 예시적으로 시료는 표적 핵산을 함유한 시료이고, 시약은 표적 핵산을 검출하기 위한 시료로 하여, 상기한 표적 핵산 검출 방법에 이용할 수 있음을 보여준다.Referring to FIG. 3, the kit 100 includes a flow chip 110 and a cover 120 as mechanical components. In the description of the kit 100, the sample is illustratively a sample containing a target nucleic acid, and the reagent is a sample for detecting a target nucleic acid, which shows that the target nucleic acid detection method can be used.

상기 유동 칩(110)은 표적 핵산을 함유한 시료를 담아둘 제1 웰(111), 시약을 담아둘 제2 웰(112), 및 제2 웰(112)의 시약이 넘칠 시에 제1 웰(111)로 투입되게 할 유로(113)를 조성한 구성요소이다.The flow chip 110 includes a first well 111 to hold a sample containing a target nucleic acid, a second well 112 to hold a reagent, and a first well when the reagent of the second well 112 overflows. It is a component in which a flow path 113 to be introduced into the 111 is formed.

실시 예를 구체적으로 살펴보면, 상호 이격된 위치에 조성하는 제1 웰(111) 및 제2 웰(112)은 각각 상부가 열려 있고 하부로 갈수록 점차 줄어드는 우물 형태로 아래로 돌출되어 있고, 상부 열려 있는 개구 중에 상호 마주하는 방향에 노치(notch)를 조성한 후 노치 사이를 이어지게 한 장요홈 형태의 유로(113)를 조성하였다.Looking at the embodiment in detail, the first well 111 and the second well 112 to be formed in the mutually spaced apart position is projected downward in the form of a well, the top is open and gradually decreases toward the bottom, After forming a notch (notch) in the direction facing each other in the opening was formed a channel 113 in the form of a long groove to connect between the notches.

여기서, 유로(113)는 제1 웰(111)과 연결되는 부위와 제2 웰(112)에 연결되는 부위의 내부 바닥면을 각각 하향 경사지게 조성한 경사면(113a)으로 조성하여, 제2 웰(112)의 시약이 제1 웰(111)로 원활하게 유입되게 한다.Here, the flow passage 113 is formed by the inclined surface 113a formed to incline downwardly the inner bottom surface of the portion connected to the first well 111 and the portion connected to the second well 112, and the second well 112. The reagent of) is smoothly introduced into the first well 111.

한편, 유동 칩(110)의 상면 중에 제1,2 웰(111, 112)의 둘레, 유로(113)의 둘레, 및 테두리를 제외한 면을 하방으로 함몰시킨 함몰부(114)를 조성하여서, 후술하는 커버(120)의 끼움부(124)가 끼워지게 한다.On the other hand, in the upper surface of the flow chip 110 to form a recessed portion 114 in which the periphery of the first, second well (111, 112), the periphery of the flow path 113, and the surface except the rim is formed below, The fitting portion 124 of the cover 120 to be fitted.

상기 커버(120)는 시약 시료가 새지 아니하도록 유동 칩(110)의 상부를 덮어 실링하는 구성요소로서, 함몰부(114)의 조성에 따라 함몰부(114)의 바닥면으로 돌출되게 된 제1,2 웰(111, 112)의 상부 개구 둘레 및 유로(113)의 상부 개구 둘레에 밀착되며, 함몰부(114)의 형상에 맞게 하부로 돌출된 끼움부(124)를 저면에 구비하여, 끼움부(124)를 함몰부(114)에 끼우는 방식으로 유동 칩(110)의 상면에 겹쳐 고정시킬 수 있고, 이에, 제2 웰(112)에서 넘치는 시약이 다른 데로는 새지 아니하고 유로(113)를 통해서만 제1 웰(111)로 흐르게 한다. The cover 120 is a component that covers and seals the upper portion of the flow chip 110 so that the reagent sample is not leaked. The cover 120 protrudes to the bottom surface of the depression 114 according to the composition of the depression 114. It is in close contact with the upper periphery of the upper opening of the two wells (111, 112) and the upper opening of the flow path 113, and provided with a fitting portion 124 protruding downward to conform to the shape of the depression 114, The portion 124 may be fixed to the upper surface of the flow chip 110 by inserting the recess 114 into the upper surface of the flow chip 110. Accordingly, the reagent overflowing from the second well 112 may not leak elsewhere. Only through the first well 111.

아울러, 상기 커버(120)는 제1 웰(111)의 상부 개구를 덮는 부위를 절개 제거하여 조성한 투광창(121), 및 하부 방향으로의 눌림에 의해 제2 웰(112)에 담겨지도록 제2 웰(112)의 상부 개구를 덮는 부위에 조성한 담금 부재(122)를 구비한다.In addition, the cover 120 includes a light-transmitting window 121 formed by dissecting and removing a portion covering the upper opening of the first well 111, and the second cover 112 so as to be contained in the second well 112 by pressing downward. The immersion member 122 formed in the site | part which covers the upper opening of the well 112 is provided.

상기 투광창(121)을 페구하기 위한 수단을 구비하며, 구체적인 실시 예에 따르면, 투명한 실링 테이프(125)로 투광창(121)을 덮게 하며, 점착성 또는 접착성을 갖게 하여 이탈하지 않게 한다.Means for closing the light transmission window 121, and according to a specific embodiment, to cover the light transmission window 121 with a transparent sealing tape 125, it is to be adhesive or adhesive to prevent the separation.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 커버(120)는 탄성적으로 수축 가능한 재질로서 예를 들어 실리콘 재질처럼 고무탄성 특성을 갖는 재질로 구성되어, 끼움부(124)를 함몰부(114)에 억지끼움 방식으로 유동 칩(110)의 상면을 덮으면, 제1 웰(111), 제2 웰(112) 및 유로(113)의 상부 열린 부위를 덮어 실링할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cover 120 is made of a material that has rubber elastic properties such as, for example, a silicone material, which is elastically shrinkable, and the fitting part 124 is pressed against the recessed part 114. When the upper surface of the flow chip 110 is covered by the fitting method, the upper openings of the first well 111, the second well 112, and the flow path 113 may be covered and sealed.

담금 부재(122)는 커버(120) 중에 제2 웰(112)의 상부 개구를 덮는 부위로 구성되되, 하부로 돌출되어 있어 제2 웰(112)에 담길 수 있고, 하부로 돌출된 하부 구조를 제2 웰(112)의 하부측 내부의 형상으로 형태 유지할 수 있는 형상 유지부(122a)로 구성하고, 상부측 구조에 대해서는 형상 유지부(122a)의 눌림에 의해 하부로 늘어나거나 형상 유지부(122a)를 하부로 이동시키는 데 필요한 길이만큼 주름져 있어서, 형상 유지부(122a)를 상부측 노출된 부위를 하방으로 눌러 제2 웰(112)의 내부 바닥에 밀착시킬 수 있다. 이에, 제2 웰(112)의 시약을 최대한 많이 제1 웰(111)로 투입할 수 있다. The immersion member 122 includes a portion of the cover 120 that covers the upper opening of the second well 112, protrudes downward to be contained in the second well 112, and has a lower structure protruding downward. It consists of the shape holding part 122a which can hold | maintain the shape in the shape inside the lower side of the 2nd well 112, About the upper side structure, it extends to the lower part by pressing of the shape holding part 122a, or the shape holding part ( As the length required to move the bottom portion 122a) is corrugated, the shape maintaining portion 122a may be pressed down on the exposed portion of the upper side to be in close contact with the inner bottom of the second well 112. Thus, as much reagent as possible in the second well 112 may be introduced into the first well 111.

본 발명의 실시 예에서는 고무탄성 재질로 되어 있다고 하였고, 담금 부재(122)의 상부측 구조는 하부측 형상 유지부(122a)에서 연장되어 커버(120) 위로 돌출된 후 커버(120)의 평평한 면에 이어지도록 1회 굽어진 형태를 갖추므로, 담금 부재(122)는 하방으로 눌렀을 시에 눌어남과 동시에 굽어진 상부측 구조를 펴지게 하면서 제2 웰(112)의 내부 바닥까지 담겨진다.In the embodiment of the present invention, the rubber elastic material, said upper structure of the immersion member 122 extends from the lower side shape retaining portion (122a) and protrudes over the cover 120, the flat surface of the cover 120 Since the immersion member 122 has a bent shape so as to be continued, the immersion member 122 is pressed to the inner bottom of the second well 112 while being pushed down and spreading the curved upper side structure.

실시 예에 따르면, 담금 부재(122)의 형상 유지부(122a)는 제2 웰(112) 하부 측 내부면에 밀착할 수 있으면서 속이 채워진 형태를 이루어, 눌림에 의한 형태 변화는 적게 나타나게 하였다.According to the embodiment, the shape maintaining part 122a of the immersion member 122 may be in close contact with the inner surface of the lower side of the second well 112 and may be filled in to form a small shape, resulting in less change in shape due to pressing.

상기 커버(120)는 제1 웰(111)에서 제2 웰(112)로 역류하는 것을 방지하는 역류 방지 수단을 구비하며, 구체적인 실시 예에 따르면, 역류 방지 수단은 상기 유로(113)를 막은 상태에서 담금 부재(122)의 눌림으로 투입되는 시약의 유압에 의해 제1 웰(111) 방향으로 탄성 변형되며 유로(113)를 개방하는 역류방지 돌기(123)로 구성된다. The cover 120 includes backflow preventing means for preventing backflow from the first well 111 to the second well 112. According to a specific embodiment, the backflow preventing means blocks the flow path 113. It is composed of a backflow prevention protrusion 123 elastically deformed in the direction of the first well 111 by the hydraulic pressure of the reagent introduced by the pressing of the immersion member 122 to open the flow passage 113.

이때의 역류방지 돌기(123)는 유로(113) 내에 조성한 경사면(113a) 중에 제1 웰(111) 측의 경사면(113a)이 조성된 부위의 유로(113)를 막도록 저면에 돌출되어 있고, 제1 웰(111)에서 멀어질수록 하부로의 돌출 높이를 작게 하여서, 시약에 의한 유압이 가해질 시에 제1 웰(111) 방향으로 탄성 변형되며 유로(113)를 개방한다. 물론, 유압이 가해지지 아니하면 탄성 복원하여 유로(113)를 막게 되고, 제1 웰(111)에서의 역방향 압력이 가해져도 개방하지 아니하고 유로(113)를 막은 상태로 유지되게 한다.At this time, the backflow prevention protrusion 123 protrudes from the bottom surface of the inclined surface 113a formed in the flow passage 113 so as to block the flow passage 113 at the portion where the inclined surface 113a on the side of the first well 111 is formed. The farther away from the first well 111, the lower the height of the protrusion, the elastically deformed toward the first well 111 when the hydraulic pressure is applied by the reagent to open the flow passage 113. Of course, if the hydraulic pressure is not applied to the elastic restoring to block the flow path 113, even if the reverse pressure in the first well 111 is not opened, the flow path 113 is kept closed.

한편, 커버(120)의 재질적 특성에 의해 담금 부재(122)를 눌렀을 시에 유로(113)를 덮는 부위가 담금 부재(122) 쪽으로 당겨지게 되고, 이에 따라, 역류방지 돌기(123)를 개방 동작시키는 힘이 가해지게 하므로, 개방 동작을 원활하게 한다.On the other hand, when the immersion member 122 is pressed by the material property of the cover 120, a portion covering the flow path 113 is pulled toward the immersion member 122, thereby opening the backflow preventing protrusion 123. Since the operating force is applied, the opening operation is smoothed.

이와 같이 구성되는 키트(100)는 시료 및 시약을 독립적으로 상호 분리되어 있도록 제1,2 웰(111, 112)에 담아 두어 시료와 시약 간의 반응을 위한 세팅이 완료되므로, 다루기 쉽고, 시료 또는 시약에 대한 전처리 과정이 필요한 경우 해당되는 것만 독립적으로 전처리 과정을 수행할 수 있으며, 전처리 과정 이후 시료와 시약 간의 반응을 위한 혼합과정이 용이함은 물론이고, 반응으로 나타나는 결과도 관찰할 수 있게 되어 있어, 전반적으로 시약 시료 반응 분석용 키트에 유용하다.The kit 100 configured as described above is easy to handle because the sample and the reagents are separately contained in the first and second wells 111 and 112 so that the setting for the reaction between the sample and the reagent is completed. If the pretreatment process is required, the pretreatment process can be performed independently, and the mixing process for the reaction between the sample and the reagent after the pretreatment process is easy, and the result of the reaction can be observed. Overall useful for kits for reagent sample reaction analysis.

한편, 다중 검출(multiplex detection)을 위해 서로 다른 크기의 양자점을 키트의 구성품으로 하는 것이 좋다.On the other hand, it is preferable to use quantum dots of different sizes as components of the kit for multiplex detection.

이상에서 설명한 키트(100)는 표적 핵산을 함유한 시료를 제1 웰(111)에 넣고, 표적 핵산의 검출을 위한 시약을 제2 웰(112)에 넣으며, 시약을 시료에 투입한 후 투광창(121)을 통해 표적 핵산을 검출하는 키트로 사용할 수 있다. 여기서, 시약은 상기한 바와 같이 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖는 검출 프로브가 양자점과 함께 산재되어 있는 시약으로 하여서, 시약을 시료에 투입함에 따라 양자점이 산재되어 있는 환경 하에서 검출 프로브와 표적 핵산을 혼성화시켜 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하게 할 수 있다.In the kit 100 described above, the sample containing the target nucleic acid is placed in the first well 111, the reagent for detecting the target nucleic acid is placed in the second well 112, and the reagent is added to the sample, followed by the light transmission window. It can be used as a kit for detecting the target nucleic acid via (121). Here, the reagent is a reagent in which a detection probe having a nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid is interspersed with the quantum dots as described above, and the detection probe and the target nucleic acid are dispersed in the environment where the quantum dots are scattered as the reagent is introduced into the sample. By hybridizing it can be induced to change the state of the fluorescent dye, the fluorescence properties vary depending on whether or not hybridization.

이에 대해서는 하기의 표적 핵산 검출 장치에 대한 설명에서 상세하게 설명한다.This will be described in detail in the following description of the target nucleic acid detection device.

< 표적 핵산 검출 장치 ><Target nucleic acid detection device>

도 4를 참조하면, 상기 키트(100)에 광학계(또는 광학시스템, 200) 및 히터(300)를 더하여 표적 핵산 검출 장치를 구성한다.Referring to FIG. 4, an optical system (or an optical system 200) and a heater 300 are added to the kit 100 to configure a target nucleic acid detection apparatus.

히터(300)는 컨트롤러(미도시)에 의해 온도를 제어할 수 있는 구성요소로서, 상기 키트(100)를 올려놓는 안착대(301) 중에 제1 웰(111)이 끼워져 안착되는 부위에 장착된다. The heater 300 is a component capable of controlling the temperature by a controller (not shown), and is mounted on a portion where the first well 111 is inserted and seated in the seating stand 301 on which the kit 100 is placed. .

이때, 안착대(301)에 올려놓는 키트(100)는 표적 핵산을 함유한 시료 및 PCR 증폭 시약을 상기 제1 웰(111)에 넣고, 표적 핵산의 검출을 위한 시약을 제2 웰(112)에 넣은 후 커버(120)로 실링한 상태이다. 실시 예에 따르면, 시약은 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖는 검출 프로브와, 분산광원으로 사용할 양자점이 고르게 산재되어 있되, 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료가 검출 프로브에 표지되어 있다. In this case, the kit 100 placed on the mounting table 301 puts a sample containing a target nucleic acid and a PCR amplification reagent into the first well 111, and the second well 112 contains a reagent for detecting the target nucleic acid. After being put into the state, it is sealed with the cover 120. According to an embodiment, the reagent is labeled with a detection probe having a nucleotide sequence complementary to the target nucleic acid, and a fluorescence dye having a quantum dot to be used as a scattered light source evenly, depending on whether the hybridization is hybridized.

한편, 컨트롤러(미도시)에 의한 온도 제어는 시약을 투입하기 이전 제1 웰(111)의 시료에 대해 온도 변화를 주어 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응) 증폭하기 위한 온도 제어와, 제2 웰(112)의 시약을 제1 웰(111)에 투입한 상태에서 제1 웰(111)에 온도 변화를 주어 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis) 하기 위한 온도 제어이며, 이와 같은 온도 제어 방식은 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 기술인 바, 상세 설명을 생략한다.On the other hand, the temperature control by the controller (not shown) is a temperature control for amplifying a polymerase chain reaction (PCR) by giving a temperature change to the sample of the first well 111 before adding the reagent, In the state in which the reagents of the two wells 112 are injected into the first wells 111, the temperature control is performed to give a temperature change to the first wells 111 to perform a melting curve analysis. Since the present invention is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

여기서, 커버(120)의 담금 부재(122)를 누를 수 있는 누름 수단을 유압 실린더 등으로 구성하여, 시약의 투입을 컨트롤러에 의해 이루어지게 하여도 좋다.Here, the pressing means which can press the immersion member 122 of the cover 120 may be constituted by a hydraulic cylinder or the like, and the introduction of the reagent may be made by the controller.

상기 광학계(200)는 히터(300)에 안착된 키트(100)의 투광창(121) 위에 배치된다. 구체적으로, 투광창(121) 위에는 대물렌즈부(210), 제1 다이크로익 미러(220), 제2 다이크로익 미러(230), 형광 빛 검출용 필터(241) 및 형광 빛 검출부(240)의 순서로 연직방향으로 배치되어, 형광 빛을 검출할 수 있고, 양자점을 여기시키는 여기 광원(221)이 제1 다이크로익 미러(220)의 반사에 의한 도움을 받아 형광 빛의 광축과 일치되어 대물레즈부(210)를 통해 제1 웰(111)에 조사되게 한다. The optical system 200 is disposed on the light transmission window 121 of the kit 100 mounted on the heater 300. Specifically, the objective lens unit 210, the first dichroic mirror 220, the second dichroic mirror 230, the fluorescent light detection filter 241 and the fluorescent light detector 240 on the light transmission window 121 The excitation light source 221 which is disposed in the vertical direction and detects fluorescent light and excites a quantum dot coincides with the optical axis of the fluorescent light with the help of the reflection of the first dichroic mirror 220. To be irradiated to the first well 111 through the objective portion 210.

양자점에서 방출되는 빛이 형광염료의 형광 빛과 함께 제1 웰(111)로부터 방출되므로, 제2 다이크로익 미러(230)로 양자점의 방출 빛을 반사시킨 후 필터(232)로 필티링하여 양자점 빛 검출부(231)로 검출되게 한다.Since the light emitted from the quantum dot is emitted from the first well 111 together with the fluorescent light of the fluorescent dye, the second dichroic mirror 230 reflects the emission light of the quantum dot and then fills it with a filter 232 to quantum dot It is detected by the light detector 231.

여기서, 제1,2 다이크로익 미러(220)는 특정 파장을 초과하는 빛을 모두 통과시키고, 그 이하의 파장을 갖는 빛은 반사시키는 특성이 있는 다이크로익 미러(dichroic mirror)로서, 제1 다이크로익 미러(220)는 형광 빛과 양자점 방출 빛을 포함하는 파장대는 통과시키지만 여기 광의 파장대 빛은 반사시키고, 제2 다이크로익 미러(230)는 형광 빛의 파장대 빛은 통과시키지만 양자점 방출 빛의 파장대 빛은 반사시키도록 적절하게 선택 사용한다. 또한 다중 검출에서와 같이 검출하고자 하는 파장대의 검출부를 추가하려는 경우 다이크로익 미러를 추가 설치할 수도 있고 방향을 달리하여 설치할 수도 있음을 밝혀 둔다.Here, the first and second dichroic mirror 220 is a dichroic mirror having a characteristic of passing all light exceeding a specific wavelength and reflecting light having a wavelength less than the first and second dichroic mirrors. The dichroic mirror 220 transmits the wavelength band including the fluorescent light and the quantum dot emission light, but reflects the wavelength band light of the excitation light, and the second dichroic mirror 230 passes the wavelength band light of the fluorescent light but the quantum dot emission light. Use appropriately selected wavelengths to reflect light. In addition, as in the case of multi-detection, it is to be noted that when a detector for a wavelength band to be detected is added, a dichroic mirror may be additionally installed or may be installed in different directions.

그리고, 필터(232, 241)는 각각 검출하려는 빛의 파장대만 선별적으로 통과시키는 필터로 구성하면 된다. 또한, 경우에 따라 회전판상에 서로 다른 파장대역을 갖는 필터를 배치하여 선별적으로 회전시켜 다양한 파장대의 빛을 검출하도록 할 수도 있다.The filters 232 and 241 may be configured as filters that selectively pass only the wavelength band of light to be detected, respectively. In addition, in some cases, filters having different wavelength bands may be disposed on the rotating plate to selectively rotate to detect light of various wavelength bands.

형광 빛 검출부(240) 및 양자점 빛 검출부(232)는 예를 들어 CCD 센서 또는 PMT(photo multiplier tube)로 구성할 수 있다.The fluorescent light detector 240 and the quantum dot light detector 232 may be configured as, for example, a CCD sensor or a photo multiplier tube (PMT).

이와 같이 구성되는 표적 핵산 검출 장치를 이용한 표적 핵산 검출 방법의 구체적인 실시 예를 설명한다.A specific embodiment of the target nucleic acid detection method using the target nucleic acid detection apparatus configured as described above will be described.

<구체적인 실시 예>Specific Embodiments

본 발명을 적용하여 KRAS G12D 돌연변이를 검출한 실시 예를 도 5 내지 도 8을 참조하며 설명한다.An embodiment in which the KRAS G12D mutation is detected by applying the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 8.

먼저, 준비단계(S10)를 수행하였다.First, the preparation step (S10) was performed.

이 단계에서는, KRAS G12D 돌연변이의 증폭을 위한 PCR 증폭 시약 20㎕과 KRAS G12D 돌연변이를 함유한 시료 5㎕를 순차적으로 제1 웰(111)에 넣고(S11, S12), 검출 프로브를 함유한 시약 36.8㎕와 키트의 구성품인 양자점의 희석액을 순차적으로 제2 웰(112)에 넣었다(S13, S14).In this step, 20 μl of the PCR amplification reagent for amplifying the KRAS G12D mutation and 5 μl of the sample containing the KRAS G12D mutation are sequentially added to the first well 111 (S11, S12), and the reagent 36.8 containing the detection probe is used. Dilutions of the μL and the quantum dots that are components of the kit were sequentially placed in the second well 112 (S13, S14).

구체적인 실시 예에서는, KRAS 돌연변이 종류 중에 G12D 및 G12V를 동시 검출하기 위해 각각 타겟으로 하는 돌연변이와 혼성활할 수 있도록 염기서열이 상이한 2종의 PNA 검출 프로브를 사용하였다. In a specific example, two kinds of PNA detection probes having different base sequences were used to hybridize with a target mutation to simultaneously detect G12D and G12V among the KRAS mutation types.

검출 프로브 중에, G12D의 검출을 위한 검출 프로브에는 HEX 형광염료를 표지되어 있고, G12V의 검출을 위한 검출 프로브에는 텍사스 레드 형광염료가 표지되어 있으며, 소광자는 답실(Dabcyl)을 사용한 것으로 하였다. 이러한 검출 프로브는 본 발명의 출원인이 특허출원한 공개특허 제10-2015-0054633호에서 보여준 PNA 프로브을 활용하여 본 발명에 적합하게 한 것으로 하였다.Among the detection probes, a detection probe for detecting G12D was labeled with a HEX fluorescent dye, a detection probe for detecting G12V was labeled with a Texas red fluorescent dye, and the quencher was made of dacyl. Such a detection probe was supposed to be suitable for the present invention by utilizing the PNA probe shown in Patent Application No. 10-2015-0054633 filed by the applicant of the present invention.

그리고, HEX 형광염료를 여기시키기 위한 530 QD와, 텍사스 레드 형광염료를 여기시키기 위한 590 QD로 이루어지는 2종의 양자점을 사용한다. 각각의 양자점은 증류수로 1/100로 희석한 후 6.6㎕씩 제2 웰(112)에 넣었다.Then, two kinds of quantum dots consisting of 530 QD for exciting the HEX fluorescent dye and 590 QD for exciting the Texas red fluorescent dye are used. Each quantum dot was diluted 1/100 with distilled water, and 6.6 μl was added to the second well 112.

다음으로, 조립 단계(S20)를 수행하였다.Next, the assembly step (S20) was performed.

이 단계에서는, 커버(120)로 유동 칩(110)을 덮고(S21), 실링 테이프(125)로 투광창(121)을 막아(S22), 유동 칩(110)을 실링하였다. 즉, 끼움부(124)를 함몰부(114)에 억지 끼워넣는 방식으로 커버(120)를 유동 칩(111)에 고정하여 제1,2 웰(111, 112) 및 유로(113)의 상부 열린 개구를 커버(120)로 덮어 실링한다. 이때, 역류방지 돌기(123)에 의해 유로(113)가 막혀 있게 되며, 담금 부재(112)는 일부 제2 웰(112)에 담겨 있게 된다. 한편, 투광창(121)을 실링 테이브(125)로 미리 막아둔 커버(120)를 유동 칩(110)에 고정하여도 좋다.In this step, the flow chip 110 was covered with the cover 120 (S21), and the transparent window 121 was blocked with the sealing tape 125 (S22) to seal the flow chip 110. That is, the cover 120 is fixed to the flow chip 111 by inserting the fitting portion 124 into the recess 114 to open the upper portions of the first and second wells 111 and 112 and the flow passage 113. The opening is covered with a cover 120 and sealed. At this time, the flow path 113 is blocked by the backflow preventing protrusion 123, and the immersion member 112 is contained in a part of the second well 112. In addition, you may fix the cover 120 which previously blocked the light transmission window 121 with the sealing tape 125 to the floating chip 110. FIG.

다음으로, PCR 단계(S30)를 수행하였다.Next, the PCR step (S30) was performed.

이 단계에서는 키트(100)를 안착대(301)에 안착한 후, 제1 웰(111)을 히터(300)로 가열 및 냉각하는 사이클을 반복하여 표적 핵산(여기서는 G12D)을 증폭하였다. 구체적인 PCR 증폭 사이클은 예를 들어 본 발명의 출원인이 특허 출원한 공개특허 제10-2015-0054633호에서 KRAS 돌연변이 유전자 검출에 적용한 실시 예를 응용하였다.In this step, the kit 100 is seated on the seating table 301, and the cycle of heating and cooling the first well 111 with the heater 300 is repeated to amplify the target nucleic acid (here, G12D). Specific PCR amplification cycle, for example, applied to the embodiment applied to the detection of KRAS mutant gene in the patent application No. 10-2015-0054633 filed by the applicant of the present invention.

이와 같이 양자점이 함유된 제2 웰(112)의 검출 시약을 제1 웰(111)에 투입하기 이전, PCR 증폭하므로 PCR 증폭에 따른 양자점의 열화 문제는 발생하기 아니한다.As described above, since PCR amplifies the detection reagent of the second well 112 containing the quantum dots in the first well 111, the degradation of the quantum dots due to PCR amplification does not occur.

또한, 제1 웰(111)은 실링 테이프(125)를 포함한 커버(120)에 의해 밀폐되고, 역류방지 돌기(123)에 의해서도 제2 웰(112)과의 통로인 유로(113)가 막혀 있으므로, PCR 증폭과정에서 증발에 의한 시료의 유실도 방지한다.In addition, since the first well 111 is sealed by the cover 120 including the sealing tape 125 and the flow path 113 which is a passage with the second well 112 is also blocked by the backflow preventing protrusion 123. In addition, it prevents the loss of the sample by evaporation during PCR amplification.

다음으로, 혼성화 단계(S40)를 수행하였다.Next, the hybridization step (S40) was performed.

이 단계에서는 커버(120)에 구비된 담금 부재(122)를 형상 유지부(122a)가 제2 웰(112)의 내부 바닥에 닿을 때까지 눌렀다. 즉, 제2 웰(112)의 검출 시약은 유로(113)를 통해 제1 웰(111)을 향해 흐르려는 압력을 받게 되고, 역류방지 돌기(123)를 탄성 변형 시켜 유로(113)를 개방하며 제1 웰(111)로 투입되었다In this step, the immersion member 122 provided on the cover 120 was pressed until the shape maintaining part 122a reached the inner bottom of the second well 112. That is, the detection reagent of the second well 112 is pressured to flow toward the first well 111 through the flow passage 113, and elastically deforms the backflow preventing protrusion 123 to open the flow passage 113. Was introduced into the first well 111.

이에, 제1 웰(111) 내에서는 양자점이 산재되어 있는 혼합액 내에서 검출 프로브와 표적 핵산(즉, G12D) 간에 혼성화가 진행되었다.As a result, hybridization proceeded between the detection probe and the target nucleic acid (ie, G12D) in the mixed solution in which the quantum dots were scattered in the first well 111.

다음으로, 검출 단계(S50)를 수행하였다.Next, the detection step (S50) was performed.

이 단계에서는, 히터(300)를 제어하여 제1 웰(111)에 온도 변화를 주며, 광학계(200)로 검출하여 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)하였다. 실링 테이프(125)를 제거하더라도 융해곡선 분석 과정에서 증발 등의 문제가 큰 영향을 주지 아니한다면, 실링 테이프(125)를 제거한 상태에서 검출 단계(S50)를 수행하여도 좋다.In this step, the heater 300 is controlled to give a temperature change to the first well 111, and detected by the optical system 200 to perform melting curve analysis. Even if the sealing tape 125 is removed, if the problem such as evaporation does not significantly affect the melting curve analysis process, the detection step S50 may be performed while the sealing tape 125 is removed.

이때의 광학계(200)는 자외선 또는 레이저를 제1 웰(111) 내로 조사하면서 검출되는 형광 빛 및 양자점 방출 빛을 검출한다. 또한, 융해곡선을 얻을 시에는 0.5℃ 간격으로 온도를 상승시키며 형광 빛을 측정함으로써, 융해 피크의 정밀도를 높이는 것이 좋다.At this time, the optical system 200 detects fluorescent light and quantum dot emission light detected while irradiating ultraviolet light or laser into the first well 111. In addition, when obtaining a melting curve, it is preferable to increase the precision of the melting peak by increasing the temperature at 0.5 ° C intervals and measuring fluorescent light.

2종의 양자점을 사용하였지만, 넓은 입사 스펙트럼을 갖는 양자점의 특성에 의해, 모든 양자점을 여기시켜 분산광원 역할을 하게 할 수 있다. 그리고, 2종의 양자점은 각기 그 크기에 대응되는 협대역의 빛을 방출하게 되므로, 각자 타겟으로 하는 형광염료를 방출 빛으로 여기시켜 고유 형광 빛을 방출되게 한다. Although two kinds of quantum dots are used, the characteristics of the quantum dots having a broad incidence spectrum can excite all the quantum dots to serve as distributed light sources. In addition, since the two quantum dots emit light of a narrow band corresponding to their respective sizes, each of the two quantum dots excites fluorescent dyes targeted to the emission light to emit intrinsic fluorescent light.

구체적인 실시 예에서는 405nm 파장대역을 갖는 자외선으로 양자점을 여기시켰다.In a specific embodiment, the quantum dots were excited with ultraviolet rays having a wavelength of 405 nm.

도 7은 KRAS G12D 돌연변이(Mutant) DNA와 야생형(wild) DNA의 비율 변화에 따른 결과 그래프로서, KRAS G12D 돌연변이(Mutant) DNA의 비율이 0%, 0.5%, 1%, 10%, 100%인 경우마다 도 5,6 에 도시한 표적 핵산 검출 방법을 반복 수행하여 얻은 결과를 보여준다. 이에 따르면, 융해 피크(melt peak)의 Tm은 45℃ 내지 52℃ 범위 내로 수렴되므로, 이 온도 범위를 KRAS G12D 돌연변이의 판정기준으로 선정하였다.7 is a graph showing the results of the ratio change of KRAS G12D mutant DNA and wild type DNA, wherein the ratio of KRAS G12D mutant DNA is 0%, 0.5%, 1%, 10%, and 100%. In each case, the result obtained by repeatedly performing the target nucleic acid detection method shown in FIGS. 5 and 6 is shown. According to this, since the Tm of the melt peak converges within the range of 45 ° C. to 52 ° C., this temperature range was selected as a criterion for the KRAS G12D mutation.

한편, KRAS G12V의 검출을 위한 검출 프로브 및 590 QD에 의해 검출되는 형광 빛은 유의미한 크기 이하로 미미하였다.On the other hand, the fluorescent light detected by the detection probe and 590 QD for the detection of KRAS G12V was insignificant or less.

실제 임상샘플에 적용하여 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법을 검증하였다.Application to actual clinical samples verified the target nucleic acid detection method according to the invention.

이를 위해서, 인천성모병원 인체유래물질 자원은행에서 임상 검체를 제공받아 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 방법을 적용한 결과, 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)에 따른 도 8의 그래프를 얻었다.To this end, receiving a clinical sample from the Incheon St. Mary's Hospital human-derived material resource bank and applying the target nucleic acid detection method according to the present invention, the graph of Figure 8 according to the melting curve analysis (Melting Curve Analysis) was obtained.

도 8의 그래프를 살펴보면, 융해 곡선 중에 융해 피크(melt peak)의 Tm이 48℃인 곡선이 존재하고, 상기한 판정기준 내에 들어가므로, KRAS G12D 돌연변이가 검출되는 것으로 판정 내릴 수 있다. Referring to the graph of FIG. 8, it is determined that a KRAS G12D mutation is detected because a curve having a Tm of a melt peak of 48 ° C. exists within the melting curve and falls within the above criterion.

한편, KRAS G12V 돌연변이의 검출을 위해 투입한 검출 프로브 및 590 QD에 의해 검출되는 융해 곡선 그래프도 나타나기는 하지만, 융해 피크(melt peak)의 Tm이 G12V의 판정범위에 들지 않기 때문에 KRAS G12V 돌연변이가 존재하지 않는 것으로 판정할 수 있다. 또한 융해 피크(melt peak)의 Tm이 판정범위안에 들 경우에도 융해 피크(melt peak)의 최소높이를 지정하여 KRAS G12V 돌연변이는 존재하지 아니하는 것으로 판정 내릴 수 있다. 예를 들어, noise의 판정 기준은 KRAS G12V 돌연변이가 존재하지 아니하는 시료를 검출할 시에 나타나는 융해 피크를 얻어 돌연변이 존재 여부의 판정기준으로 사용할 융해 피크의 threshold 값을 590 QD의 량에 따라 미리 정하여 사용할 수도 있다.On the other hand, although the melting curve graph detected by the detection probe and 590 QD input for the detection of the KRAS G12V mutation is shown, the KRAS G12V mutation exists because the Tm of the melt peak does not fall within the determination range of G12V. It can be determined not to. In addition, even when the Tm of the melt peak falls within the determination range, it is possible to determine that the KRAS G12V mutation does not exist by designating the minimum height of the melt peak. For example, the noise criterion is obtained by obtaining a melting peak that appears when detecting a sample without a KRAS G12V mutation and determining a threshold value of the melting peak to be used as a criterion for the presence of a mutation according to the amount of 590 QD. Can also be used.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.Specific embodiments have been shown and described in order to illustrate the technical idea of the present invention, but the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiments as described above, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. It can be carried out in. Accordingly, such modifications should also be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention shall be determined by the claims below.

100 : 키트
110 : 유동 칩 111 : 제1 웰 112 : 제2 웰
113 : 유로 113a : 경사면 114 : 함몰부
120 : 커버 121 : 투광창 122 : 담금 부재
122a : 형상 유지부 123 : 역류방지 돌기 124 : 끼움부
125 : 실링 테이프
200 : 광학계
210 : 대물렌즈부
220 : 제1 다이크로익 미러 221 : 여기 광원
230 : 제2 다이크로익 미러 231 : 양자점 빛 검출부 232 : 필터
240 : 형광 빛 검출부 241 : 필터
300 : 히터 301 : 안착대
100: Kit
110: flow chip 111: first well 112: second well
113: flow path 113a: slope 114: depression
120 cover 121 floodlight 122 immersion member
122a: shape retaining portion 123: backflow preventing protrusion 124: fitting portion
125: sealing tape
200: optical system
210: objective lens unit
220: first dichroic mirror 221: excitation light source
230: second dichroic mirror 231: quantum dot light detector 232: filter
240: fluorescent light detector 241: filter
300: heater 301: seating table

Claims (10)

양자점이 독립적으로 고르게 산재되어 있는 환경 하에, 표적 핵산에 대해 상보적 염기서열을 갖는 검출 프로브를 표적 핵산과 혼성화시켜 혼성화 여부에 따라 형광 특성이 달라지는 형광염료의 상태 변화를 유도하되, 상기 검출 프로브는 일측 단부에 상기 형광염료를 표지하고, 타측 단부에 소광자를 결합한 것이고, 상기 형광염료는 특정 파장대의 빛을 흡광하여 고유의 형광 빛을 방출하고, 상기 양자점은 상기 형광염료가 갖고 있는 특정 파장대의 흡광 빛을 방출할 수 있는 크기로 하는 혼성화 단계;
산재되어 있는 양자점을 여기시킴에 따라 분산광원 역할을 하게 하고, 양자점의 방출 빛을 받는 형광염료의 형광 빛을 검출함으로써 표적 핵산을 검출하는 검출 단계;
를 포함하는 표적 핵산 검출 방법.
In an environment in which quantum dots are independently and evenly dispersed, a detection probe having a nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid is hybridized with the target nucleic acid to induce a state change of a fluorescent dye whose fluorescence properties vary depending on whether the hybridization is performed. The fluorescent dye is labeled at one end and a quencher is coupled to the other end, and the fluorescent dye absorbs light of a specific wavelength band and emits a unique fluorescent light, and the quantum dot absorbs a specific wavelength band of the fluorescent dye. A hybridization step having a size capable of emitting light;
A detection step of detecting a target nucleic acid by acting as a scattering light source by exciting scattered quantum dots and detecting fluorescent light of a fluorescent dye receiving the emission light of the quantum dots;
Target nucleic acid detection method comprising a.
제 1항에 있어서,
상기 혼성화 단계 이전에 표적 핵산을 PCR(polymerase chain reaction, 중합효소 연쇄반응) 증폭하는 증폭 단계를 수행하는 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 1,
Target nucleic acid detection method for performing the amplification step of amplifying the target nucleic acid polymerase chain reaction (PCR) prior to the hybridization step.
제 2항에 있어서,
상기 혼성화 단계는 검출 프로브와 양자점이 각자 고르게 산재되어 있는 혼합액을 준비하여 상기 증폭 단계에 의해 증폭된 표적 핵산이 함유되어 있는 시료에 투입하는 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 2,
In the hybridization step, a target nucleic acid detection method for preparing a mixed solution in which a detection probe and a quantum dot are evenly dispersed, and putting the mixed solution into a sample containing the target nucleic acid amplified by the amplification step.
제 1항에 있어서,
상기 검출 단계는 자외선 또는 레이저로 양자점을 여기시키되, 여기 광을 반사시키고 형광염료의 형광 빛을 투과시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)의 도움을 받아 여기 광의 광축 및 형광 빛의 광축을 일치시키는 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 1,
The detecting step excites the quantum dots with ultraviolet rays or lasers, but with the help of a dichroic mirror that reflects the excitation light and transmits the fluorescent light of the fluorescent dye, a target that matches the optical axis of the excitation light and the optical axis of the fluorescent light. Nucleic Acid Detection Method.
제 1항에 있어서,
상기 양자점은 수용성을 나타내도록 표면 처리한 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 1,
The quantum dot is a target nucleic acid detection method surface-treated to exhibit water solubility.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
다형의 표적 핵산 검출을 위해 흡광 및 방출 형광 빛의 파장대가 상이한 형광염료를 표지한 검출 프로브와, 각 형광염료의 흡광 파장대에 맞는 상호 다른 크기의 양자점을 투입하는 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 1,
A target nucleic acid detection method in which a detection probe is labeled with a fluorescent dye having a different wavelength band of absorbing and emitting fluorescent light for detecting a polymorphic target nucleic acid, and a quantum dot having a different size corresponding to the absorption wavelength band of each fluorescent dye.
제 1항에 있어서,
상기 검출 단계는 융해곡선 분석(Melting Curve Analysis)으로 이루어지는 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 1,
The detecting step is a target nucleic acid detection method consisting of Melting Curve Analysis (Melting Curve Analysis).
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