KR102189992B1 - Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질의 검출 방법에 관한 것으로, 표적물질을 고민감도 및 선택적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 표적물질의 간편한 정량이 가능하므로, 표적물질의 검출, 특히, 노로바이러스의 현장 검출에 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to a metal chalcogenide-bioreceptor treated with metal nanoparticles and a method for detecting a target material using the same, and not only can detect the target material with high sensitivity and selectively, but also enables easy quantification of the target material. Therefore, it can be usefully used for detection of a target substance, especially for on-site detection of norovirus.
Description
본 발명은 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles and a method for detecting a target material using the same.
식중독은 식품 섭취에 연관된 인체에 유해한 미생물 또는 유독 물질에 의해 발생했거나 발생한 것으로 판단되는 감염성 또는 독소형 질환을 말하며, 그 원인에 따라 미생물에 의한 식중독과 화학물질에 의한 식중독으로 일반적으로 구분된다. 미생물에 의한 식중독은 세균성과 바이러스성으로 구분하고, 세균성 식중독은 독소형과 감염형으로 세분화되는데, 특히, 바이러스성 식중독을 유발하는 것으로 알려진 주된 유해 바이러스는 노로바이러스, 로타바이러스, 아스트로 바이러스 등이 있다. 이들 바이러스로 오염된 음식물을 섭취할 경우, 구토, 복통, 설사, 발열 등의 증상이 나타난다.Food poisoning refers to an infectious or toxin-type disease that is caused or is believed to be caused by or caused by harmful microorganisms or toxic substances related to food intake, and is generally classified into food poisoning by microorganisms and food poisoning by chemical substances according to the cause. Food poisoning caused by microorganisms is divided into bacterial and viral, and bacterial food poisoning is subdivided into toxin type and infectious type. In particular, the main harmful viruses known to cause viral food poisoning include norovirus, rotavirus, and astro virus. . When eating foods contaminated with these viruses, symptoms such as vomiting, abdominal pain, diarrhea, and fever appear.
그 중, 노로바이러스는 세계적으로 가장 많은 인체 장염을 일으키는 병원체로써, 미국과 유럽의 경우 비세균성 장염의 90% 이상 발병원인으로 알려져 있다. 노로바이러스는 1968년 미국 오하이오주 Norwalk 초등학교에서 발생한 집단 식중독 환자에게서 처음 발견되었는데, 미국의 경우, 수질 관련 장염환자의 약 70% 이상, 식품 관련 장염환자의 50% 이상이 노로바이러스에 의해 발병되는 것으로 알려져 있다. 일본의 경우에는 2001년부터 2007년까지 발생한 식중독을 원인물질별로 살펴보면, 노로바이러스를 원인으로 하여 발생한 환자수가 가장 많은 것으로 보고되었다. 영국 식품기준청(FSA)에서도 영국 굴 재배 지역(39곳, 800건)에서 검사한 굴 중 76%에서 노로바이러스가 검출된 것으로 보고되었다. 또한, 최근 미국 질병관리본부(CDC)에서 수행한 수산식품관련 질병 심층 역학조사에서도, 1973-2006년간 발생한 188건의 식중독에 대한 원인물질의 비율은 세균(76.1%), 바이러스(21.3%), 기생충(2.6%)인 것으로 판명되었다.Among them, norovirus is the most common pathogen causing human enteritis in the world, and is known to cause more than 90% of non-bacterial enteritis in the United States and Europe. Norovirus was first discovered in 1968 in a group of food poisoning patients that occurred in Norwalk Elementary School in Ohio.In the United States, more than 70% of people with water-related enteritis and more than 50% of people with food-related enteritis are caused by norovirus. Is known. In the case of Japan, when looking at food poisoning from 2001 to 2007 by causative substance, it was reported that the number of patients caused by norovirus was the largest. The British Food Standards Agency (FSA) also reported that 76% of oysters tested in the UK oyster cultivation areas (39, 800 cases) had norovirus. In addition, in the recent in-depth epidemiologic investigation of seafood-related diseases conducted by the US Centers for Disease Control and Prevention (CDC), the ratio of causative substances to 188 cases of food poisoning that occurred between 1973-2006 was bacteria (76.1%), viruses (21.3%), and parasites. (2.6%).
우리나라의 경우 식약의약품안전청의 발표에 따르면, 기후변화 등 다양한 수산 환경 변화로 인해 유통 굴의 54%가 바이러스, 기생충 등의 미생물학적 위해인자들로 오염되어 있으며, 우리나라의 경우 최근 8년간 바이러스성 식중독이 점점 증가하는 추세로, 노로바이러스에 의한 식중독 사고가 가장 많은 것으로 알려져 있다. 노로바이러스 식중독의 원인식품 중 패류나 생선 섭취 시, 노로바이러스가 10-100 입자(particles)만 존재하더라도 감염증상이 나타날 수 있어 조기 검출이 중요하다.In Korea, according to the announcement by the Korea Food and Drug Administration, 54% of distribution oysters are contaminated with microbiological risk factors such as viruses and parasites due to various changes in the fishery environment such as climate change. With the increasing trend, it is known that food poisoning accidents caused by norovirus are the most common. When eating shellfish or fish among the food poisoning causes of norovirus, even if only 10-100 particles of norovirus are present, infection symptoms may appear, so early detection is important.
극미량의 수산어패류유래 식중독유발 바이러스를 신속 정확하게 탐지할 수 있는 종래의 PCR 기반(RT-PCR, multiplexed PCR) 방법에 따르면, 다중의 분석장치를 이용함으로써 여러 병원균의 동시 검출이 가능하나, 시료에 존재하는 오염원에 의하여 중합효소의 저해, 정량화의 어려움으로 허위 양성결과가 도출될 수 있는 단점이 있다. 또한, 표지인자로서 고가의 형광물질(Cy3, Cy5, Q-dot 등)을 사용해야 하므로 많은 비용이 소모되며, 현장에서 신속하게 적용할 수 없어 접근성에 제한이 있다. 또한, 기존의 항체를 이용한 면역분석기법은 간편하게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 특정 미생물에 대해 선택성이 높지 않고, 항체 제작 및 검출장비 설비를 위한 많은 시간 및 비용이 소모될 뿐만 아니라, 검출한계가 낮다는 단점이 존재한다. 또한, 교차반응의 가능성이 있으므로, 고민감도의 초고속 현장 접근성이 용이한 새로운 형태의 검출 방법 개발에는 적합하지 못하다. 한편, DNA 칩 혹은 DNA microarray를 이용하여 식품 위해 미생물 유전자 검출을 위한 연구가 진행되고 있지만, 어레이칩, 측정시스템, 분석프로그램이 별도로 구성되어 있어 현장 접근성이 낮고, 분석에 많은 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서, 다른 방법과 융합하여 새로운 형태의 표적물질 검출 시스템 개발이 필요한 실정이다.According to the conventional PCR-based (RT-PCR, multiplexed PCR) method that can quickly and accurately detect a food poisoning-causing virus derived from a very small amount of fish and shellfish, it is possible to simultaneously detect multiple pathogens by using multiple analysis devices, but it is present in the sample. There is a disadvantage in that a false positive result may be derived due to the difficulty of quantification and inhibition of the polymerase by the pollutant. In addition, since expensive fluorescent materials (Cy3, Cy5, Q-dot, etc.) must be used as a labeling factor, a lot of cost is consumed, and accessibility is limited because it cannot be applied quickly in the field. In addition, although the conventional immunoassay technique using antibodies has the advantage of being able to use conveniently, it does not have high selectivity for specific microorganisms, consumes a lot of time and cost for antibody production and detection equipment, and has a low detection limit. There is a drawback. In addition, since there is a possibility of cross-reaction, it is not suitable for the development of a new type of detection method with easy access to the site with high sensitivity and high speed. On the other hand, research is being conducted to detect microbial genes that are harmful to food by using DNA chips or DNA microarrays, but there are disadvantages that the field access is low and the analysis takes a lot of time because the array chip, measurement system, and analysis program are separately configured. . Therefore, it is necessary to develop a new type of target substance detection system by fusion with other methods.
이에, 본 발명자는 표적물질을 선택적 및 고민감도로 현장 검출할 수 있는 소재 및 방법을 개발하기 위한 연구를 수행하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventor completed the present invention by carrying out a study to develop a material and method capable of selectively and highly sensitively detecting a target substance on-site.
본 발명의 하나의 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 제공하는 것이다.One object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle Is to provide.
본 발명의 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, wherein the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle. It is to provide a composition for detecting a target substance comprising.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle It is to provide a kit for detecting a target substance comprising a.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체에 미지의 시료를 접촉시키는 단계; 시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표적물질 검출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle Contacting the image sample; Measuring an electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And determining that the sample contains the target material when the size of the electrochemical signal increases.
본 발명의 일 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 제공한다.One aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, wherein the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide comprises a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle. to provide.
본 발명은 바이오리셉터로 작용하는 펩타이드 및 표면이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 기반의 표적물질 검출용 나노-바이오 복합체에 관한 것으로, 표적물질과 반응한 본 발명의 복합체를 전극에 처리할 경우, 낮은 농도에서도 전기신호를 나타내므로, 본 발명의 복합체를 사용하여 표적물질의 존재를 정확하고 간편하게 확인할 수 있다.The present invention relates to a nano-biocomposite for detecting a target substance based on a peptide acting as a bioreceptor and a metal chalcogenide-based surface treated with metal nanoparticles, wherein the complex of the present invention reacted with the target substance is treated on an electrode. In this case, since the electric signal is displayed even at a low concentration, the presence of the target material can be accurately and conveniently confirmed by using the complex of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어, "금속 칼코제나이드"는 주기율표 6족의 원소 중 산소를 제외한 원소 및 금속 원소로 구성된 이원계 이상의 화합물을 말하며, 주로 반금속이자 반도체로써 분류되는 소재를 말한다. 금속 칼코제나이드는 높은 역학적 특성, 전기화학적 특성 및 생체적합성을 나타내므로, 표적물질의 검출, 특히 생물학적 시료에서 표적물질의 검출에 유용하게 활용될 수 있다.The term "metal chalcogenide" used in the present invention refers to a binary or higher compound composed of an element other than oxygen and a metal element among the elements of
금속 칼코제나이드에 금속 나노입자를 처리할 경우, 금속 칼코제나이드의 전도성이 향상되며, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드에 펩타이드를 고정화함으로써, 전도성이 우수하여 고민감도로 표적물질의 검출이 가능한 복합체의 형성이 가능해, 펩타이드에 결합하는 표적물질을 전기화학적 방법으로 분석할 수 있다.When the metal chalcogenide is treated with metal nanoparticles, the conductivity of the metal chalcogenide is improved, and by immobilizing the peptide on the metal chalcogenide treated with the metal nanoparticles, the target material is detected with high sensitivity due to excellent conductivity. Since this possible complex can be formed, target substances that bind to peptides can be analyzed by electrochemical methods.
표적물질의 검출은, 예를 들어, 본 발명의 복합체와 시료를 일정 시간 반응시킨 뒤 세척하고, 반응이 완료된 시료를 전극위에 도포 및 건조 후, Nafion을 처리한 전극의 전기화학적 임피던스 분석을 통하여 이루어질 수 있다.The detection of the target material is, for example, performed by reacting the complex of the present invention with the sample for a certain period of time, washing, coating and drying the reaction-completed sample on the electrode, and then analyzing the electrochemical impedance of the electrode treated with Nafion. I can.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 칼코제나이드의 표면은 카르복실기(-COOH) 그룹으로 개질된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the surface of the metal chalcogenide may be modified with a carboxyl group (-COOH) group.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 개질은 상기 금속 칼코제나이드와 3-메르캅토프로피온산(3-mercapto propionic acid)의 반응에 의한 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the modification may be by reaction of the metal chalcogenide and 3-mercapto propionic acid.
금속 칼코제나이드의 표면은 금속 칼코제나이드와 3-메르캅토프로피온산과의 반응에 의하여 카르복실기 그룹으로 개질될 수 있으며, 금속 칼코제나이드의 표면이 카르복실 그룹으로 개질됨으로써, 임피던스 값이 최소화된 고민감도의 금속 나노입자가 결합된 금속 칼코제나이드의 합성이 가능하다.The surface of the metal chalcogenide can be modified into a carboxyl group by the reaction of the metal chalcogenide and 3-mercaptopropionic acid, and the surface of the metal chalcogenide is modified with a carboxyl group, thereby minimizing the impedance value. It is possible to synthesize metal chalcogenide with sensitive metal nanoparticles.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 금 나노입자, 은 나노입자 및 형광 나노입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 나노입자일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal nanoparticles may be one or more nanoparticles selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, and fluorescent nanoparticles.
카르복실 그룹으로 표면이 개질된 금속 칼코제나이드에 처리하는 금속 나노입자는 금속 칼코제나이드의 전도성을 향상시키는 것으로써, 금 나노입자, 은 나노입자 및/또는 형광 나노입자가 사용될 수 있으나, 금속 나노입자는 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate)인 것이 바람직하다.Metal nanoparticles treated on a metal chalcogenide whose surface is modified with a carboxyl group improves the conductivity of the metal chalcogenide, and gold nanoparticles, silver nanoparticles, and/or fluorescent nanoparticles may be used, but metal The nanoparticles are preferably chlorinated acid (Gold(III) chloride trihydrate).
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 칼코제나이드는, 몰리브데늄, 텅스텐, 아연, 카드뮴, 타이타늄, 바나듐, 크로미늄 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속; 및 황, 셀레늄 및 텔레늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 칼코제나이드로 이루어진 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal chalcogenide is any one metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, zinc, cadmium, titanium, vanadium, chromium and manganese; And it may be one consisting of one or more chalcogenides selected from the group consisting of sulfur, selenium and telenium.
본 발명의 복합체에는 바이오리셉터인 펩타이드의 전도성을 향상시키기 위한 소재로써 금속 칼코제나이드가 사용되며, 특히, 금속 칼코제나이드로써 텅스텐 다이설파이드(WS2)가 사용되는 것이 바람직하다.In the composite of the present invention, metal chalcogenide is used as a material for improving the conductivity of the bioreceptor peptide, and in particular, tungsten disulfide (WS 2 ) is preferably used as the metal chalcogenide.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 표적물질은 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원, 멜라민 및 히스타민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the target material may be selected from the group consisting of norovirus, bovine viral diarrhea virus, tuberculosis antigen, melamine, and histamine.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 펩타이드는 상기 표적물질과 특이적으로 결합하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the peptide may specifically bind to the target material.
본 발명의 복합체에 표적물질과 특이적으로 결합하는 펩타이드, 예를 들어, 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원, 멜라민 또는 히스타민과 특이적으로 결합하는 펩타이드를 사용할 경우, 해당 펩타이드와 특이적으로 결합하는 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원(예를 들어, CFP10 또는 Ag85B), 멜라민 또는 히스타민을 고민감도 및 선택성으로 검출할 수 있다. In the case of using a peptide that specifically binds to a target substance in the complex of the present invention, for example, norovirus, bovine viral diarrhea virus, tuberculosis antigen, melamine, or a peptide that specifically binds to histamine, the peptide is specific Norovirus, bovine viral diarrhea virus, tuberculosis antigen (eg, CFP10 or Ag85B), melamine or histamine that binds with high sensitivity and selectivity can be detected.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the peptide may be composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
본 발명에서는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 펩타이드를 바이로리셉터로 사용한 표적물질 검출용 복합체인 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조의 최적화 조건을 확립하였다. 따라서, 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체는 노로바이러스의 고민감도 및 특이적 검출에 특히 유용하게 활용될 수 있다.In the present invention, optimization conditions for preparing a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles, a complex for detecting a target substance using a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as a viroreceptor, were established. Therefore, the complex according to an embodiment of the present invention may be particularly useful for high sensitivity and specific detection of norovirus.
본 발명의 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, wherein the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide comprises a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle. It provides a composition for detecting a target material comprising.
본 발명의 또 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 키트를 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, wherein the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle. It provides a kit for detecting a target substance comprising a.
본 발명의 표적물질 검출용 조성물 또는 키트를 사용하여, 표적물질이 시료에 포함되어 있는지를 간편하고 정확하게 확인할 수 있다. 예를 들어, 식품 시료를 본 발명의 조성물 또는 키트에 처리함으로써, 식품이 노로바이러스에 감염되었는지 사전에 확인할 수 있으므로, 식중독을 사전에 예방하는데 유용하게 활용할 수 있다.Using the composition or kit for detecting a target substance of the present invention, it is possible to conveniently and accurately check whether a target substance is contained in a sample. For example, by treating a food sample with the composition or kit of the present invention, it is possible to confirm in advance whether or not the food is infected with a norovirus, so it can be usefully used to prevent food poisoning in advance.
표적물질 검출용 조성물 및 키트는 전술한 표적물질 검출용 복합체 외에 표적물질 검출 및/또는 분석에 일반적으로 사용되는 도구 및/또는 시약을 포함할 수 있다.The composition and kit for target substance detection may include tools and/or reagents generally used for target substance detection and/or analysis in addition to the above-described target substance detection complex.
이러한 도구나 시약으로는 적합한 담체, 검출 가능한 신호를 생성할 수 있는 표지 물질, 용해제, 세정제, 완충제, 안정화제 등이 포함될 수 있다. 표지물질이 효소인 경우에는 효소의 활성을 측정할 수 있는 기질 및 반응 정지제를 더 포함할 수 있다. 적합한 담체로는, 가용성 담체, 예를 들어, 당업계에 공지된 생리학적으로 허용되는 완충액(예를 들어, PBS 등); 불용성 담체, 예를 들어, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 불소수지, 가교 덱스트란, 폴리사카라이드 등; 라텍스에 금속을 도금한 자성 미립자와 같은 고분자, 기타 종이, 유리, 금속, 아가로스 및/또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.Such tools or reagents may include a suitable carrier, a labeling substance capable of generating a detectable signal, a solubilizing agent, a detergent, a buffering agent, a stabilizer, and the like. When the labeling material is an enzyme, it may further include a substrate capable of measuring the activity of the enzyme and a reaction terminator. Suitable carriers include soluble carriers such as physiologically acceptable buffers known in the art (eg, PBS, etc.); Insoluble carriers such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyester, polyacrylonitrile, fluororesin, crosslinked dextran, polysaccharide, and the like; Polymers such as magnetic particles plated with metal on latex, other paper, glass, metal, agarose, and/or combinations thereof may be included.
또한, 표적물질 검출용 조성물 및 키트는 전술한 표적물질 검출용 복합체 외에 전기화학적 신호의 분석을 위한 카본 인쇄회로(예를 들어, Carbon-SPE)를 더 포함할 수 있으며, 전기화학적 신호의 분석을 위한 시료 및 장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the target material detection composition and kit may further include a carbon printed circuit (eg, Carbon-SPE) for analysis of an electrochemical signal in addition to the above-described target material detection complex, and the analysis of the electrochemical signal It may further include a sample and a device for.
본 발명의 또 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체에 미지의 시료를 접촉시키는 단계; 시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표적물질 검출 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide, and a peptide, wherein the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle. Contacting the image sample; Measuring an electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And determining that the sample contains the target material when the size of the electrochemical signal increases.
본 발명의 표적물질 검출 방법은 전기화학적 기술 기반의 표적물질 검출 방법으로써, 표적물질에 특이적인 바이오리셉터를 사용해 신속하고 간편한 표적물질의 검출이 가능하며, 여타 광학장비에 비해 검출이 쉽고, 휴대성이 높아 현장에 적용할 수 있다는 장점이 있어, 식중독균과 같은 표적물질의 신속한 현장 분석에 유용하게 활용될 수 있다.The target substance detection method of the present invention is a target substance detection method based on electrochemical technology, which enables rapid and simple detection of a target substance using a bioreceptor specific to the target substance, and is easier to detect and more portable than other optical equipment. It has the advantage of being high so that it can be applied to the field, so it can be usefully used for rapid field analysis of target substances such as food poisoning bacteria.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전기화학적 신호를 측정하는 방법은 임피던스법, 순환전압전류법 및 시간대전류법으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method of measuring the electrochemical signal may be selected from the group consisting of an impedance method, a cyclic voltammetry method, and a time vs. current method.
본 발명의 표적물질 검출 방법은, 표적물질이 포함되어 있는지 확인하고자 하는 시료를 본 발명의 일 구체예에 따른 표적물질 검출용 복합체에 접촉시켜 표적물질이 상기 복합체와 반응하도록 하고, 이를 전극에 처리하여 전기화학적 신호의 분석에 의하여 수행될 수 있으며, 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있다.In the method for detecting a target substance of the present invention, a sample to be checked whether a target substance is contained is brought into contact with a target substance detection complex according to an embodiment of the present invention, so that the target substance reacts with the complex, and the electrode is treated Thus, it may be performed by analyzing the electrochemical signal, and when the size of the electrochemical signal increases, it may be determined that the target material is contained in the sample.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 표적물질은 노로바이러스일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the target material may be a norovirus.
본 발명의 표적물질 검출 방법에 사용되는 표적물질 검출용 복합체에 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 펩타이드를 사용할 경우, 상기 복합체는 노로바이러스에 특이적으로 결합하므로, 로타바이러스, 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 등 다양한 물질이 혼합된 시료에서도 노로바이러스를 특이적으로 검출할 수 있다.When a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is used in the target substance detection complex used in the method for detecting a target substance of the present invention, the complex binds specifically to norovirus, and thus rotavirus,
금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질의 검출 방법에 따르면, 표적물질을 고민감도 및 선택적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 표적물질의 간편한 정량이 가능하므로, 표적물질의 검출, 특히, 노로바이러스의 현장 검출에 유용하게 사용할 수 있다.According to the metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles and the detection method of the target material using the same, not only can the target material be highly sensitive and selectively detected, but also the target material can be easily quantified. It can be usefully used for detection of, in particular, field detection of norovirus.
도 1은 (a) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성방법 및 (b) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 이용한 노로바이러스의 전기화학적 검출 방법을 나타낸 대한 모식도이다.
도 2는 온도에 따른 금속 칼코제나이드 합성 후, (a) X선 회절 분석(X-Ray Diffraction) 및 (b 내지 e) 전계방사형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 구조 및 모양을 분석한 결과이다((b) 260℃, (c) 270℃, (d) 280℃, (e) 290℃).
도 3은 반응 온도를 280℃ 고정한 상태에서, 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드 시료에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 반응 온도를 280℃ 고정한 상태에서, 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드 시료에 대한 전계방사형 주사전자현미경 이미지이다((a) 2시간, (b) 4시간, (c) 8시간, (d) 12시간, (e) 16시간, (f) 20시간).
도 5는 반응 온도에 따라 획득한 금속 칼코제나이드의 가스 흡착법(Brunauer-Emmett-Teller) 결과를 나타낸 그래프이다((a) 270℃, (b) 280℃, (c) 290℃).
도 6은 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드의 가스 흡착법(Brunauer-Emmett-Teller) 그래프이다((a) 12시간, (b) 16시간, (c) 20시간).
도 7은 3-메르캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid; MPA) 농도에 따른 (a) 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드 임피던스 그래프 및 (b) 임피던스 값이다.
도 8은 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate) 농도에 따른 (a) 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드 임피던스 그래프 및 (b 내지 g) 주사전자현미경 이미지이다((b) 0mg, (c) 0.6mg, (d) 1.2mg, (e) 2.4mg, (f) 5.0mg, (g) 10.0mg).
도 9는 금속 칼코제나이드 및 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 (a) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조시 사용하는 바이오리셉터의 농도에 따른 임피던스 값, (b) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조시 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드와 바이오리셉터간 결합 반응시간에 따른 임피던스 값, (c) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터와 노로바이러스의 결합 반응시간에 따른 임피던스 값이다.
도 11은 (a) 노로바이러스 농도에 따른 임피던스 스펙트럼과 (b) 이를 이용한 노로바이러스 검출한계를 나타낸 그래프이다. 또한, (c) 실제 굴로부터 추출한 노로바이러스 농도에 따른 임피던스 스펙트럼과 (d) 이를 이용한 노로바이러스의 검출한계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터와 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 및 로타바이러스를 각각 반응시킨 후 얻은 임피던스 그래프이다.1 shows a method for synthesizing (a) a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles and (b) a method for electrochemical detection of norovirus using a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles It is a schematic diagram for
Figure 2 is after the synthesis of metal chalcogenide according to temperature, (a) X-ray diffraction analysis (X-Ray Diffraction) and (b to e) field emission scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope) to analyze the structure and shape One result ((b) 260°C, (c) 270°C, (d) 280°C, (e) 290°C).
3 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of a metal chalcogenide sample obtained according to the reaction time while the reaction temperature is fixed at 280°C.
4 is a field emission scanning electron microscope image of a metal chalcogenide sample obtained according to the reaction time while the reaction temperature is fixed at 280°C ((a) 2 hours, (b) 4 hours, (c) 8 hours. , (d) 12 hours, (e) 16 hours, (f) 20 hours).
5 is a graph showing the results of a gas adsorption method (Brunauer-Emmett-Teller) of metal chalcogenide obtained according to the reaction temperature ((a) 270°C, (b) 280°C, (c) 290°C).
6 is a graph of a gas adsorption method (Brunauer-Emmett-Teller) of metal chalcogenide obtained according to the reaction time ((a) 12 hours, (b) 16 hours, (c) 20 hours).
7 is a graph of (a) metal chalcogenide impedance coated with metal nanoparticles and (b) impedance values according to the concentration of 3-Mercaptopropionic acid (MPA).
8 is a graph of (a) metal chalcogenide impedance coated with metal nanoparticles and (b to g) scanning electron microscope images according to the concentration of gold (III) chloride trihydrate ((b) 0mg, (c) ) 0.6mg, (d) 1.2mg, (e) 2.4mg, (f) 5.0mg, (g) 10.0mg).
9 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of metal chalcogenide and metal chalcogenide coated with metal nanoparticles.
FIG. 10 shows (a) impedance values according to the concentration of a bioreceptor used in manufacturing a metal chalcogenide-bioreceptor treated with metal nanoparticles, (b) a metal chalcogenide-bioreceptor treated with metal nanoparticles. It is the impedance value according to the binding reaction time between the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles and the bioreceptor, (c) the impedance value according to the binding reaction time between the metal chalcogenide-bioreceptor and norovirus treated with metal nanoparticles. .
11 is a graph showing (a) an impedance spectrum according to a norovirus concentration and (b) a norovirus detection limit using the same. In addition, (c) the impedance spectrum according to the concentration of norovirus extracted from the actual oyster and (d) a graph showing the detection limit of norovirus using the same.
12 is an impedance graph obtained after reacting metal chalcogenide-bioceptors treated with metal nanoparticles with dengue virus serotypes 1, 2, 3, 4, and rotavirus, respectively.
이하 본 발명을 하나 이상의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through one or more examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1. 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인Example 1. Confirmation of optimization conditions for synthesis of metal chalcogenide
<1-1> 반응 온도에 따른 금속 칼코제나이드 합성 최적화 조건 확인<1-1> Confirmation of optimization conditions for metal chalcogenide synthesis according to reaction temperature
표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 반응 온도에 따라 금속 칼코제나이드(chalcogenide)를 합성하여 최적의 반응 온도를 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles for electrochemical detection of a target material, a metal chalcogenide was synthesized according to the reaction temperature to confirm the optimum reaction temperature.
구체적으로, 3차 증류수 10㎖에 텅스텐육염화물 0.4g 및 티오아세트아미드 0.37g을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 수열합성방법을 이용하여 각각 다른 온도(270℃, 280℃, 290℃) 에서 16시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거하였다(3회 반복). 그 다음, 수득된 WS2NF(tungsten disulfide nanoflower) 파우더를 60℃에서 10시간 동안 건조하였다.Specifically, 0.4 g of tungsten hexachloride and 0.37 g of thioacetamide were added to 10 ml of tertiary distilled water and stirred for 1 hour. It was reacted for 16 hours at different temperatures (270°C, 280°C, 290°C) using a hydrothermal synthesis method. After the reaction was over, in order to remove impurities, the supernatant was removed using a centrifuge at 4,500×g for 10 minutes (repeated 3 times). Then, the obtained WS 2 NF (tungsten disulfide nanoflower) powder was dried at 60° C. for 10 hours.
X선 회절 분석법(x-ray diffraction, XRD) 분석을 위하여, Bruker AXS의 New D8-Advance 장치를 사용하였고, WS2NF를 Cu-Kα에 올려 5 내지 70℃까지 분석하였다. 한편, ThermoFisher Scientific사의 K-alpha 주사현미경을 사용하여 WS2NF의 구조 및 모양을 분석하였다. 한편, Carl Zeiss사의 SIGMA 전계방사형 주사현미경을 사용하여 WS2NF의 구조 및 모양을 분석하였다.For the X-ray diffraction (XRD) analysis, Bruker AXS's New D8-Advance device was used, and WS 2 NF was added to Cu-Kα and analyzed up to 5 to 70°C. Meanwhile, the structure and shape of WS 2 NF were analyzed using a ThermoFisher Scientific K-alpha scanning microscope. Meanwhile, the structure and shape of WS 2 NF were analyzed using a SIGMA field emission scanning microscope of Carl Zeiss.
X선 회절 분석법 분석 결과, 반응온도가 260℃에서는 WO3(ICSD No. 80634) 구조가 형성되는 것을 확인하였으며, 반응 온도가 270℃ 이상에서는 hexagonal(ICSD No. 08-0237) 구조가 형성되는 것으로 확인되었다(도 2(a)). 또한, 주사현미경 분석 결과, 260℃에서는 나노 꽃 입자 모양이 형성되지 않았으나, 270℃ 이상에서는 나노 꽃 입자가 형성된 것으로 확인되었다. 반면, 290℃의 반응온도에서는 고온으로 인한 나노 꽃 입자의 분해된 모습이 확인되었다(도 2(b) 내지 도 2(e)).As a result of the X-ray diffraction analysis analysis, it was confirmed that a WO 3 (ICSD No. 80634) structure was formed at a reaction temperature of 260°C, and a hexagonal (ICSD No. 08-0237) structure was formed at a reaction temperature of 270°C or higher. It was confirmed (Fig. 2(a)). In addition, as a result of scanning microscopy analysis, it was confirmed that nano-flower particles were not formed at 260°C, but nano-flower particles were formed at 270°C or higher. On the other hand, at the reaction temperature of 290° C., the decomposition of the nano flower particles due to high temperature was confirmed (FIGS. 2(b) to 2(e)).
따라서, 금속 칼코제나이드 구조 및 나노 꽃 입자 모양이 가장 안정하게 합성된 280℃가 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 온도임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that 280°C, in which the metal chalcogenide structure and nano flower particle shape were most stably synthesized, was the optimum reaction temperature for the metal chalcogenide synthesis.
<1-2> 반응 시간에 따른 금속 칼코제나이드 합성 최적화 조건 확인<1-2> Confirmation of optimization conditions for metal chalcogenide synthesis according to reaction time
표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 반응 시간에 따라 금속 칼코제나이드(chalcogenide)를 합성하여 최적의 반응 시간을 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles for electrochemical detection of a target material, the optimum reaction time was confirmed by synthesizing metal chalcogenide according to the reaction time.
구체적으로, 3차 증류수 10㎖에 텅스텐육염화물 0.4g 및 티오아세트아미드 0.37g을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 수열합성방법을 이용하여 280℃에서 각각 다른 시간(2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 16시간, 20시간) 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거하였다(3회 반복). 그 다음, 수득된 WS2NF(tungsten disulfide nanoflower) 파우더를 60℃에서 10시간 동안 건조하였다.Specifically, 0.4 g of tungsten hexachloride and 0.37 g of thioacetamide were added to 10 ml of tertiary distilled water and stirred for 1 hour. Using a hydrothermal synthesis method, the reaction was performed at 280° C. for different times (2 hours, 4 hours, 8 hours, 12 hours, 16 hours, 20 hours). After the reaction was over, in order to remove impurities, the supernatant was removed using a centrifuge at 4,500×g for 10 minutes (repeated 3 times). Then, the obtained WS 2 NF (tungsten disulfide nanoflower) powder was dried at 60° C. for 10 hours.
X선 회절 분석법 분석 결과, 반응 시간이 2시간인 경우, WO3(monoclinic)구조가 형성된 것으로 확인되었다. 반응 시간이 4 또는 8시간인 경우, WO3(hexagonal)구조가 형성되고, 반응 시간이 12시간 이상인 경우, WS2(hexagonal)구조가 형성된 것으로 확인되었다(도 3). 또한, 주사현미경 분석 결과, 반응시간이 2, 4 또는 8시간인 경우, 막대 모양이 형성되는 반면, 반응 시간이 12, 16 또는 20시간인 경우, 나노 꽃 입자 모양이 형성된 것으로 확인되었다(도 4).As a result of X-ray diffraction analysis, when the reaction time was 2 hours, it was confirmed that a WO 3 (monoclinic) structure was formed. When the reaction time was 4 or 8 hours, a WO 3 (hexagonal) structure was formed, and when the reaction time was 12 hours or more, it was confirmed that a WS 2 (hexagonal) structure was formed (FIG. 3). In addition, as a result of scanning microscopy analysis, when the reaction time was 2, 4 or 8 hours, a rod shape was formed, whereas when the reaction time was 12, 16 or 20 hours, it was confirmed that the nano flower particle shape was formed (Fig. 4 ).
따라서, 금속 칼코제나이드 구조 및 나노 꽃 입자 모양이 가장 안정하게 합성된 16시간이 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 시간임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that 16 hours in which the metal chalcogenide structure and the nano flower particle shape were most stably synthesized was the optimum reaction time for the metal chalcogenide synthesis.
<1-3> 표면적 분석에 따른 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인<1-3> Confirmation of optimization conditions for the synthesis of metal chalcogenide according to surface area analysis
표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 최적 반응 온도 또는 최적 반응 시간으로 제조된 금속 칼코제나이드(chalcogenide)의 표면적을 분석하여 최적의 반응 온도 및 반응 시간을 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles for electrochemical detection of a target material, the optimum reaction temperature or the surface area of the prepared metal chalcogenide is analyzed. The reaction temperature and reaction time were checked.
구체적으로, Quantachrome사의 Nova 1200e 모델을 사용하여 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 표면적 분석을 수행하였으며, 반응 시간을 16시간으로 고정 또는 반응 온도를 280℃로 고정한 것을 제외하면 실시예 <1-1> 또는 <1-2>와 동일한 방법으로 WS2NF를 수득하였으며, 이를 60℃에서 12시간 동안 건조 시킨 후 표면적을 측정하였다.Specifically, Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis was performed using the Nova 1200e model of Quantachrome, except that the reaction time was fixed at 16 hours or the reaction temperature was fixed at 280°C. Example <1-1> Alternatively, WS 2 NF was obtained in the same manner as in <1-2>, and the surface area was measured after drying at 60° C. for 12 hours.
반응시간을 16시간으로 고정하여, 반응 온도에 따른 금속 칼코제나이드의 표면적을 분석한 결과, 반응 온도가 280℃일 경우, 표면적이 14.8m2/g으로 가장 넓게 나타나는 것으로 확인되었다(도 5). 반면, 반응 온도를 280℃로 고정하여, 반응 시간에 따른 금속 칼코제나이드의 표면적을 분석한 결과, 반응 시간이 16시간일 경우, 표면적이 가장 넓게 나타나는 것으로 확인되었다.The reaction time was fixed to 16 hours, and as a result of analyzing the surface area of the metal chalcogenide according to the reaction temperature, it was confirmed that the surface area appeared the widest as 14.8 m 2 /g when the reaction temperature was 280°C (Fig. 5). . On the other hand, as a result of analyzing the surface area of the metal chalcogenide according to the reaction time by fixing the reaction temperature at 280°C, it was confirmed that the surface area was the widest when the reaction time was 16 hours.
따라서, 금속 칼코제나이드의 표면적이 가장 넓게 합성된 280℃ 및 16시간이 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 조건임을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that 280° C. and 16 hours, when the surface area of the metal chalcogenide was synthesized with the largest amount, was the optimum reaction condition for the synthesis of metal chalcogenide.
실시예 2. 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인Example 2. Confirmation of optimization conditions for synthesis of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles
금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인하기 위하여, 금속 칼코제나이드 표면을 카르복실(-COOH) 그룹으로 개질시킨 후, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드를 합성하였다.In order to confirm the optimization conditions for the synthesis of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles, the metal chalcogenide surface was modified with a carboxyl (-COOH) group, and then metal chalcogenide treated with metal nanoparticles was synthesized.
구체적으로, 20㎎의 금속 칼코제나이드에 n-부틸리튬/헥세인 용액(1.25M, 2㎖)을 넣고 1시간 동안 교반한 후, 3-메르캅토프로피온산을 각각 다른 농도(25, 50, 60, 80, 100, 150mM)로 넣고 1시간 동안 교반하였다. 결합하지 않은 3-메르캅토프로피온산을 제거하기 위하여, 3일 동안 1000Da 투석백에 넣고 투석하였다. 투석 후, 카르복실 그룹으로 치환된 금속 칼코제나이드 용액에 0.3M 수소화붕소나트륨 용액 1㎖ 및 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate을 각각 다른 양(0.6, 1.2, 2.4, 5.0, 10.0㎎)으로 넣고 2시간 동안 반응시켰다. 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리한 후, 상층액을 버리고, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드에 3차 증류수를 넣어 분산시킨 후, 분석에 사용하였다.Specifically, n-butyllithium/hexane solution (1.25M, 2㎖) was added to 20 mg of metal chalcogenide and stirred for 1 hour, and then 3-mercaptopropionic acid was added to different concentrations (25, 50, 60). , 80, 100, 150mM) and stirred for 1 hour. In order to remove unbound 3-mercaptopropionic acid, it was placed in a 1000Da dialysis bag for 3 days and dialyzed. After dialysis, 1 ml of 0.3M sodium borohydride solution and gold (III) chloride trihydrate were added in different amounts (0.6, 1.2, 2.4, 5.0, 10.0 mg) in a metal chalcogenide solution substituted with a carboxyl group. In order to remove impurities, centrifuge at 4,500×g for 10 minutes, discard the supernatant, and add tertiary distilled water to the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles to disperse it, Used for analysis.
CH Instruments 사의 CHI 750E 장비를 사용하여 임피던스 분석을 수행하였다. 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 10㎕ 및 0.1% Nafion을 올려 분석하였으며, 임피던스 분석 전, OCP(Open Circuit Potential)를 측정한 후, 그 값을 임피던스에 입력하였다.Impedance analysis was performed using a CH Instruments CHI 750E instrument. 10 µl and 0.1% Nafion were placed on the working electrode of the carbon printed circuit for analysis. Before impedance analysis, OCP (Open Circuit Potential) was measured, and the value was input into the impedance.
3-메르캅토프로피온산 농도에 따라 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드를 합성한 후, 임피던스를 분석한 결과, 60mM의 3-메르캅토프로피온산을 사용한 경우, 임피던스가 가장 낮은 것으로 확인되었다(도 7). 3-메르캅토프로피온산 농도를 60mM 고정하고, 염화금산 농도에 따른 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드를 분석한 결과, 2.4㎎ 이상의 염화금산를 사용하였을 경우, 임피던스 값이 더 이상 감소하지 않는 것으로 확인되었다(도 8(a)). 또한, 주사전자현미경 분석 결과, 염화금산 농도가 증가할수록 금속 나노입자의 크기가 증가하는 것으로 확인되었다(도 8(b) 내지 도 8(g)).After synthesizing the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles according to the concentration of 3-mercaptopropionic acid, the impedance was analyzed, and as a result of using 60 mM 3-mercaptopropionic acid, the impedance was found to be the lowest (FIG. 7 ). When the concentration of 3-mercaptopropionic acid was fixed at 60 mM and the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles according to the chloroauric acid concentration was analyzed, it was confirmed that the impedance value did not decrease any more when 2.4 mg or more of chloroauric acid was used. (Fig. 8(a)). In addition, as a result of scanning electron microscopy analysis, it was confirmed that the size of the metal nanoparticles increased as the chloroauric acid concentration increased (FIGS. 8(b) to 8(g)).
또한, X 회절 분석법 분석 결과, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드에서 금속 나노입자 피크(JCPDS No. 04-0784)가 확인되어, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드가 합성된 것으로 확인되었다(도 9).In addition, as a result of X diffraction analysis, a metal nanoparticle peak (JCPDS No. 04-0784) was confirmed in the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles, confirming that the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles was synthesized. Became (Fig. 9).
따라서, 임피던스 값이 가장 낮은 3-메르캅토프로피온산 60mM 및 염화금산 2.4㎎(0.1㎎/㎖) 사용 조건이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적 조건임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the conditions of using 3-mercaptopropionic acid 60mM and chloroauric acid 2.4 mg (0.1 mg/ml), which have the lowest impedance value, are the optimum conditions for the synthesis of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles.
실시예 3. 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적화 조건 확인 및 노로바이러스와의 반응 시간 최적화 조건 확인Example 3. Confirmation of optimization conditions for synthesis of metal chalcogenide-bioceptors treated with metal nanoparticles and confirmation of reaction time optimization conditions with norovirus
금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적화 조건을 확인하고, 노로바이러스와 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 반응 시간의 최적화 조건을 확인하기 위하여, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 표면에 다양한 농도의 펩타이드를 다양한 반응 시간으로 처리하였다.In order to confirm the optimization conditions for the synthesis of metal chalcogenide-bioceptors treated with metal nanoparticles, and to confirm the optimization conditions for the reaction time of metal chalcogenide-bioceptors treated with norovirus and metal nanoparticles, On the surface of the metal chalcogenide treated with particles, peptides of various concentrations were treated with various reaction times.
구체적으로, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 용액에 각각 다른 농도의 펩타이드를(0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0㎎/㎖) 100㎕씩 넣은 후, 90분 동안 반응시켰다. 또한, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드와 펩타이드 반응시간을 확인하기 위하여, 0.7㎎/㎖ 농도의 펩타이드를 각각 다른 반응 시간(60, 90, 120, 180, 240, 300, 360분) 동안 반응시켰다. 사용한 펩타이드의 아미노산 서열은 표 1과 같다.Specifically, 100 µl of each peptide (0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0 mg/ml) of different concentrations was added to a metal chalcogenide solution treated with 0.1 mg/ml of metal nanoparticles, and then 90 minutes Reacted for a while. In addition, in order to confirm the reaction time of the metal chalcogenide and the peptide treated with the metal nanoparticles, peptides at a concentration of 0.7 mg/ml were used for different reaction times (60, 90, 120, 180, 240, 300, 360 minutes). Reacted. The amino acid sequence of the used peptide is shown in Table 1.
0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 용액에 대한 펩타이드 농도에 따른 임피던스 경향성을 분석한 결과, 펩타이드 농도가 1㎎/㎖인 경우, 임피던스 값이 더 이상 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 10(a)). 또한, 펩타이드 농도를 1㎎/㎖로 고정하고 반응 시간에 따른 임피던스 그래프를 확인한 결과, 240분에서 임피던스 값이 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 10(b)). 따라서, 1.0㎎의 펩타이드 농도 및 240분의 반응 시간 조건이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적 조건임을 확인하였다.As a result of analyzing the impedance tendency according to the peptide concentration for the metal chalcogenide solution treated with 0.1 mg/ml metal nanoparticles, it was confirmed that the impedance value did not increase any more when the peptide concentration was 1 mg/ml. (Fig. 10(a)). In addition, as a result of fixing the peptide concentration at 1 mg/ml and checking the impedance graph according to the reaction time, it was confirmed that the impedance value did not increase at 240 minutes (FIG. 10(b)). Therefore, it was confirmed that the conditions of the peptide concentration of 1.0 mg and the reaction time of 240 minutes were the optimum conditions for the synthesis of metal chalcogenide-bioceptors treated with metal nanoparticles.
한편, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 노로바이러스에 대한 최적 반응 시간을 확인하기 위하여, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 용액에 노로바이러스(105 copies/㎖) 100㎕을 넣고, 각각 다른 반응 시간(20, 30, 40, 50, 60, 90, 120분)으로 반응시킨 결과, 60분에서 임피던스가 더 이상 증가하지 않는 것으로 확인되어, 노로바이러스와 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 최적 반응 시간은 60분임을 확인하였다.Meanwhile, in order to confirm the optimum reaction time of the metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles to the norovirus, norovirus was added to the metal chalcogenide-bioceptor solution treated with 0.1 mg/ml of metal nanoparticles. (10 5 copies/ml) 100 µl was added and reacted with different reaction times (20, 30, 40, 50, 60, 90, 120 minutes), and it was confirmed that the impedance did not increase any more at 60 minutes. , It was confirmed that the optimal reaction time of the metal chalcogenide-bioceptor treated with norovirus and metal nanoparticles was 60 minutes.
실시예 4. 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 노로바이러스 농도 변화에 따른 전기화학적 검출 확인Example 4. Confirmation of Electrochemical Detection of Metal Chalcogenide-Bioceptors Treated with Metal Nanoparticles According to Changes in Norovirus Concentration
실시예 3에서 제조한 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 사용하여 농도 의존적으로 노로바이러스의 검출이 가능한지 확인하기 위하여, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 노로바이러스를 농도별로 처리하여 임피던스의 경향성을 분석하였다.To confirm whether norovirus can be detected in a concentration-dependent manner using a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles prepared in Example 3, metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles Viruses were treated by concentration to analyze the tendency of impedance.
구체적으로, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 각각 DMEM에 버퍼로 희석된 노로바이러스(대조군, 101, 102, 103, 104 copies/㎖)를 100㎕ 넣고, 60분 동안 반응시켰다. 그 후, 200㎕의 3차 증류수를 넣어, 바이러스가 결합된 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 분산시켰다. 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 10㎕의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 4㎕의 0.1% Nafion을 올린 후 임피던스를 분석하였다.Specifically, norovirus (control group, 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 copies/ml) diluted with buffer in DMEM, respectively, in metal chalcogenide-bioceptors treated with 0.1 mg/ml of metal nanoparticles. Put 100 µl and react for 60 minutes. Thereafter, 200 µl of third distilled water was added to disperse the metal chalcogenide-bioceptor treated with the metal nanoparticles bound with the virus. A metal chalcogenide-bioceptor treated with 10 µl of metal nanoparticles and 4 µl of 0.1% Nafion were placed on the working electrode of the carbon printed circuit, and impedance was analyzed.
그 결과, 노로바이러스 농도가 증가할수록 임피던스 값이 증가하고(도 11(a) 및 도 11(b)), 검출한계는 2.37 copies/㎖(R2=0.9875)인 것으로 확인되었다. 또한, ISO TS 1527-1 방법으로, 굴에서부터 노로바이러스를 분리한 후, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 적용하여 임피던스를 분석한 결과, 노로바이러스의 농도 의존적으로 임피던스 값이 증가하고, 검출한계는 6.21 copies/㎖(R2=0.9698)인 것으로 확인되었다(도 11(c) 및 도 11(d)).As a result, it was confirmed that the impedance value increased as the norovirus concentration increased (FIGS. 11(a) and 11(b)), and the detection limit was 2.37 copies/ml (R 2 =0.9875). In addition, as a result of analyzing the impedance by separating norovirus from the oyster by ISO TS 1527-1 method and applying it to a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles, the impedance value is dependent on the concentration of the norovirus. Increased, and the detection limit was confirmed to be 6.21 copies/ml (R 2 =0.9698) (FIGS. 11(c) and 11(d)).
따라서, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 사용하여 노로바이러스를 농도 의존적 및 높은 민감도로 검출할 수 있음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that norovirus can be detected with a concentration dependent and high sensitivity using a metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles.
실시예 5. 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 검출 특이성 확인Example 5. Confirmation of detection specificity of metal chalcogenide-bioceptors treated with metal nanoparticles
금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터가 노로바이러스에만 특이적으로 결합하는지 확인하기 위하여, 노로바이러스, 노로바이스와 유사한 증상을 나타내는 로타바이러스, 및 다른 종류의 바이러스인 뎅기바이러스를 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 적용하여 임피던스를 분석하였다.In order to confirm that the metal chalcogenide-bioreceptor treated with metal nanoparticles specifically binds to norovirus, norovirus, rotavirus that exhibits symptoms similar to norovirus, and dengue virus, which are other types of viruses, are used as metal nanoparticles. Impedance was analyzed by applying to a metal chalcogenide-bioceptor treated with particles.
구체적으로, 로타바이러스, 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 및 노로바이러스를 DMEM 버퍼에 희석(104 copies/㎖)하여 사용하였다. 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 희석하여 준비한 바이러스를 각각 100㎕씩 넣고, 60분 동안 반응시켰다. 불순물을 제거하기 위하여, 4500×g에서 7분 동안 원심 분리하여 상층액을 제거했다. 그 후, 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 바이러스와 반응시킨 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 10㎕ 및 0.1% Nafion 4㎕을 올린 후 임피던스를 분석하였다.Specifically, rotavirus, dengue virus serotypes 1, 2, 3, 4, and norovirus were diluted in DMEM buffer (10 4 copies/ml) and used. 100 µl of each virus prepared by diluting in a metal chalcogenide-bioceptor treated with 0.1 mg/ml of metal nanoparticles was added, and reacted for 60 minutes. In order to remove impurities, the supernatant was removed by centrifugation at 4500×g for 7 minutes. Thereafter, 10 μl of metal chalcogenide-bioceptor treated with metal nanoparticles reacted with the virus and 4 μl of 0.1% Nafion were placed on the working electrode of the carbon printed circuit, and impedance was analyzed.
그 결과, 노로바이러스 샘플에서만 임피던스 값이 증가하였고, 뎅기바이러스 및 로타바이러스에서는 임피던스 값이 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 12).As a result, it was confirmed that the impedance value increased only in the norovirus sample, and the impedance value did not increase in the dengue virus and rotavirus (FIG. 12).
이와 같은 결과를 통하여, 노로바이러스에 대한 본 발명의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 고민감성 및 선택성을 확인하였다.Through these results, the high sensitivity and selectivity of the metal chalcogenide-bioceptor treated with the metal nanoparticles of the present invention against norovirus was confirmed.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around the examples. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
<110> CHUNG ANG University industry Academic Cooperation Foundation
<120> Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and
their Detection Method of Target Material using the same
<130> PN180469
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 30
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> receptor peptide
<400> 1
Gln His Lys Met His Lys Pro His Lys Asn Thr Lys Glu Lys Glu Lys
1 5 10 15
Glu Lys Glu Gly Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Gly Ser Cys
20 25 30
<110> CHUNG ANG University industry Academic Cooperation Foundation
<120> Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and
their Detection Method of Target Material using the same
<130> PN180469
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 30
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> receptor peptide
<400> 1
Gln His Lys Met His Lys Pro His Lys Asn Thr Lys Glu
Claims (13)
상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고,
상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체로서,
상기 표적물질은 노로바이러스이고,
상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진,
표적물질 검출용 복합체.
Including metal nanoparticles, metal chalcogenides and peptides,
The metal nanoparticles are bound to the metal chalcogenide,
The peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle,
The target material is a norovirus,
The peptide consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
Complex for detection of target substances.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the surface of the metal chalcogenide is modified with a carboxyl group (-COOH) group.
The complex for detecting a target substance according to claim 2, wherein the modification is performed by a reaction of the metal chalcogenide and 3-mercapto propionic acid.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are at least one nanoparticle selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, and fluorescent nanoparticles.
몰리브데늄, 텅스텐, 아연, 카드뮴, 타이타늄, 바나듐, 크로미늄 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속; 및
황, 셀레늄 및 텔레늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 칼코제나이드
로 이루어진 것인 표적물질 검출용 복합체.
The method of claim 1, wherein the metal chalcogenide,
Any one metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, zinc, cadmium, titanium, vanadium, chromium and manganese; And
At least one chalcogenide selected from the group consisting of sulfur, selenium and telenium
The target substance detection complex consisting of.
A composition for detecting a target substance comprising the complex of claim 1.
A kit for detecting a target substance comprising the complex of claim 1.
시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및
전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 표적물질 검출 방법.
Contacting an unknown sample with the complex of claim 1;
Measuring an electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And
When the size of the electrochemical signal increases, determining that the sample contains a target material
Target substance detection method comprising a.
The method of claim 11, wherein the method of measuring the electrochemical signal is any one method selected from the group consisting of an impedance method, a cyclic voltammetry method, and a time vs. current method.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |