KR102190393B1 - Paper-based colorimtric sensor for on-site high efficient, rapid and visual detection of mercuric ions and on-site high efficient, rapid and visual detection of mercuric ions - Google Patents

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Abstract

수은의 신속 간편 육안 현장 진단을 위한 페이퍼 기반 비색 센서 키트가 제공된다. 비색 센서 키트는 롤링 원형 증폭(RCA)을 위한 원형 주형, 상기 주형에 혼성화하는 프라이머로 수은 이온이 결합하면 상기 주형에 혼성화하지 않는 프라이머, DNA 중합효소, 및 상기 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형에서 생성되는 DNA 코일에 라벨링되는 나노파티클 프로브를 포함하는 센싱 물질 키트와 방사형 페이퍼 크로마토그래피를 포함한다. A paper-based colorimetric sensor kit is available for quick and easy visual field diagnosis of mercury. Colorimetric sensor kit is generated from a circular template for rolling circular amplification (RCA), a primer that does not hybridize to the template when mercury ions are hybridized with a primer that hybridizes to the template, DNA polymerase, and a circular template for the rolling circular amplification. It includes a sensing material kit and radial paper chromatography including nanoparticle probes labeled on the DNA coil.

Description

수은의 신속 간편 육안 현장 진단을 위한 페이퍼 기반 비색 센서 키트 및 이를 이용한 수은의 신속 간편 육안 현장 검출 방법 {PAPER-BASED COLORIMTRIC SENSOR FOR ON-SITE HIGH EFFICIENT, RAPID AND VISUAL DETECTION OF MERCURIC IONS AND ON-SITE HIGH EFFICIENT, RAPID AND VISUAL DETECTION OF MERCURIC IONS}A paper-based colorimetric sensor kit for quick and simple visual spot diagnosis of mercury and a quick and easy visual spot detection method of mercury using it {PAPER-BASED COLORIMTRIC SENSOR FOR ON-SITE HIGH EFFICIENT, RAPID AND VISUAL DETECTION OF MERCURIC IONS AND ON-SITE HIGH EFFICIENT, RAPID AND VISUAL DETECTION OF MERCURIC IONS}

본 개시는 물 속의 수은 이온의 진단을 위한 센서 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물 속의 수은 이온의 신속 간편 육안 현장 진단을 위한 페이퍼 기반 비색 센서 키트 및 이를 이용한 병원성 박테리아의 신속 간편 육안 현장 검출 방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a sensor for diagnosis of mercury ions in water and a detection method using the same, and more specifically, a paper-based colorimetric sensor kit for quick and simple visual field diagnosis of mercury ions in water, and rapid and simple pathogenic bacteria using the same It relates to the visual field detection method.

수은은 지구 환경과 인간의 건강에 심각한 위협이 되는 독성 중금속 물질 중의 하나이다. 특히 수은 이온(Hg2+)은 물 오염의 가장 중요한 요인 중의 하나이다. 미생물의 생합성 경로를 통해 수은 이온(Hg2+)은 메틸 수은으로 전환되며 이는 박테리아, 플랑크톤, 및 어류에 쉽게 흡수된다. 이는 인간의 뇌, 신경계, 신장 및 내분비 계통에 심각한 손상을 초래한다. Mercury is one of the toxic heavy metals that pose a serious threat to the global environment and human health. In particular, mercury ions (Hg 2+ ) are one of the most important factors in water pollution. Mercury ions (Hg 2+ ) are converted to methyl mercury through microbial biosynthetic pathways, which are easily absorbed by bacteria, plankton, and fish. It causes serious damage to the human brain, nervous system, kidney and endocrine system.

현재 수은 검출에 사용되는 가장 일반적인 방법으로는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), AAS(Atomic Absorption Spectroscopy), GC(Gas Chromatography) 등이 있다. 이 방법은 높은 감도와 선택성으로 넓은 범위의 금속 이온을 검출할 수 있지만 비싸고 정교한 장비와 숙련된 인원을 필요로 한다. 또한 검출에 시간이 많이 소요되고 노동 집약적인 절차를 필요로 한다. 따라서, 신속하면서 간편하게 육안으로 현장에서 진단이 가능한 간단하면서도 편리하고 현장에서 바로 육안으로 검출할 수 있는 방법의 개발이 요구된다. Currently, the most common methods used for mercury detection include Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), and Gas Chromatography (GC). This method can detect a wide range of metal ions with high sensitivity and selectivity, but it is expensive and requires sophisticated equipment and skilled personnel. In addition, detection is time-consuming and requires labor-intensive procedures. Therefore, there is a need to develop a method that can be quickly and easily diagnosed on-site with the naked eye, and is simple and convenient, and can be detected with the naked eye immediately in the field.

수은을 신속하면서도 간단하게 실시간으로 현장에서 육안으로 센싱할 수 있으며 복잡한 고가의 측정 장비를 필요로 하지 않는 수은 검출을 위한 페이퍼 기반 비색 센서 키트 및 이를 이용한 수은의 신속 간편 육안 현장 검출 방법을 제공하고자 한다. It is intended to provide a paper-based colorimetric sensor kit for mercury detection that can quickly and simply detect mercury in real time in real time and does not require complex expensive measuring equipment, and a quick and simple visual field detection method of mercury using the same. .

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above problems, the embodiments according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.

실시예들에 따른 수은 검출을 위한 신속 간편 육안 현장 진단을 위한 페이퍼 기반 비색 센서 키트는 롤링 원형 증폭(RCA)을 위한 원형 주형, 상기 주형에 혼성화하는 프라이머로 수은 이온이 결합하면 상기 주형에 혼성화하지 않는 프라이머, DNA 중합효소, 및 상기 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형에서 생성되는 DNA 코일에 라벨링되는 나노파티클 프로브를 포함하는 센싱 물질 키트와 방사형 페이퍼 크로마토그래피를 포함한다The paper-based colorimetric sensor kit for quick and simple visual field diagnosis for mercury detection according to the embodiments is a circular template for rolling circular amplification (RCA), a primer that hybridizes to the template, and does not hybridize to the template when mercury ions are combined. It includes a sensing material kit and radial paper chromatography including a primer, a DNA polymerase, and a nanoparticle probe labeled on a DNA coil generated from a circular template for rolling circular amplification.

실시예들에 따른 수은 검출을 위한 신속 간편 육안 현장 진단 방법은 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형에 혼성화하는 프라이머로 수은 이온이 결합하면 상기 주형에 혼성화하지 않는 프라이머와 검출 용액을 혼합 반응시키고, 상기 혼합 반응액에 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형, DNA 중합효소 및 상기 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형에서 생성되는 DNA 코일에 라벨링되는 나노파티클 프로브와 dNTP를 혼합하여 RCA 반응을 진행하고, 상기 RCA 반응이 완료된 용액을 방사형 페이퍼 크로마토그래피에 적하한 후 건조시키고, 상기 페이퍼 크로마토그래피에 생성된 동심원을 관찰하는 것을 포함한다. The quick and simple visual field diagnosis method for mercury detection according to the embodiments is a primer that hybridizes to a circular template for rolling circular amplification. When mercury ions bind, a primer that does not hybridize to the template and a detection solution are mixed and reacted, and the mixing In the reaction solution, a circular template for rolling circular amplification, a DNA polymerase, and a nanoparticle probe labeled on a DNA coil generated in the circular template for rolling circular amplification, and dNTP are mixed to proceed with the RCA reaction, and the RCA reaction is completed. It includes dropping the solution on radial paper chromatography, drying, and observing the concentric circles generated by the paper chromatography.

본 개시에 따른 페이퍼 기반 비색 센서 키트는 휴대형 분광 광도계를 사용하여 매우 간단하고 견고한 측정을 통해 날씨, 햇빛 강도 및 판독 지점에서의 각도와 같은 조명 조건에 영향을 받지 않고 수은 이온(Hg2+)의 농도를 용이하게 측정할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센싱 방법을 사용하면 판독을 위한 부피가 크고 값 비싼 도구를 요구하지 않고 수은 이온(Hg2+) 농도를 결정할 수 있고, 간단하고 휴대 가능하며 비용 효율적인 접근법을 제공하기 때문에 신속하고 간편한 육안 현장 진단이 가능하다. The paper-based colorimetric sensor kit according to the present disclosure uses a handheld spectrophotometer to measure mercury ions (Hg 2+ ) without being affected by lighting conditions such as weather, sunlight intensity, and angle at the reading point through a very simple and robust measurement. The concentration can be easily measured. That is, when the paper-based colorimetric sensing method according to an embodiment of the present invention is used, the mercury ion (Hg 2+ ) concentration can be determined without requiring a bulky and expensive tool for reading, and is simple, portable, and cost-effective. Providing an approach allows quick and easy visual on-site diagnosis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센서 키트를 이용한 수은의 간편 육안 현장 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 원형 주형의 생성 여부를 확인하기 위한 PAGE 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 Au NP 프로브만 존재할 경우의 투과 전자 현미경(TEM)사진이다.
도 4는 Au NP 프로브가 ss DNA에 응집된 것을 나타내는 TEM 사진이다.
도 5는 Au NP 프로브의 특성을 동적 광산란으로 측정한 결과를 나타낸다.
도 6은 Au NP 프로브의 특성을 제타 전위로 측정한 결과를 나타낸다.
도 7은 원형 주형-(T)12 프라이머 복합체의 양에 따른 ssDNA 코일의 수율을 나타낸다.
도 8은 서로 다른 금속 이온과 프라이머를 반응시킨 후, 페이퍼 상에 형성된 동심원 링의 디지털 이미지를 나타낸다
도 9는 휴대용 분광 광도계에 의해 정량화 된 컬러 강도(ΔE)의 막대 그래프를 나타낸다.
도 10은 서로 다른 금속 이온과 프라이머의 선택도를 측정한 결과를 나타내는 형광 강도 그래프이다.
도 11은 서로 다른 수은 이온 농도에 대한 페이퍼 상의 비색 반응을 나타내는 디지털 이미지이다.
도 12는 8개의 서로 다른 수은 이온 농도에 따른 비색 반응을 분광광도계를 사용하여 정량화한 그래프를 나타낸다.
도 13은 5개의 서로 다른 수은 이온 농도에 따른 비색 반응을 분광광도계를 사용하여 정량화한 그래프를 나타낸다.
도 14는 수돗물에 수은 이온(Hg2+)의 농도를 0, 50, 250, 500 및 1000nM로 달리하여 첨가한후 페이퍼 상의 비색 반응을 측정한 디지털 이미지이다.
도 15는 수돗물에 수은 이온(Hg2+)의 농도를 0, 50, 250, 500 및 1000nM로 달리하여 첨가한후 페이퍼 상의 비색 반응을 분광광도계를 사용하여 정량화한 그래프를 나타낸다.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a simple visual field of mercury using a paper-based colorimetric sensor kit according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of PAGE analysis to determine whether a circular template was generated.
3 is a transmission electron microscopy (TEM) photograph when only the Au NP probe is present.
4 is a TEM photograph showing that the Au NP probe is aggregated on ss DNA.
5 shows the results of measuring the characteristics of the Au NP probe by dynamic light scattering.
6 shows the result of measuring the characteristics of the Au NP probe as a zeta potential.
7 shows the yield of the ssDNA coil according to the amount of the circular template-(T)12 primer complex.
8 shows a digital image of a concentric ring formed on a paper after reacting different metal ions with a primer.
9 shows a bar graph of color intensity (ΔE) quantified by a handheld spectrophotometer.
10 is a fluorescence intensity graph showing the results of measuring selectivity of different metal ions and primers.
11 is a digital image showing the colorimetric response on paper for different concentrations of mercury ions.
12 shows a graph quantifying colorimetric reactions according to eight different mercury ion concentrations using a spectrophotometer.
13 shows a graph in which colorimetric reactions according to five different concentrations of mercury ions are quantified using a spectrophotometer.
FIG. 14 is a digital image of measuring colorimetric reaction on paper after addition of mercury ions (Hg 2+ ) at different concentrations of 0, 50, 250, 500 and 1000 nM to tap water.
FIG. 15 shows a graph in which the colorimetric reaction on paper was quantified using a spectrophotometer after addition of mercury ions (Hg 2+ ) at different concentrations of 0, 50, 250, 500 and 1000 nM to tap water.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.When a certain part in the specification "includes" a certain element, it means that other elements may be further included unless otherwise specified. Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not limited as shown.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센서 키트를 이용한 수은의 간편 육안 현장 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a simple visual field of mercury using a paper-based colorimetric sensor kit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센서 키트는 수은 이온(Hg2+) 검출을 위한 센싱 물질 키트와 비색 반응용 페이퍼를 포함한다. The paper-based colorimetric sensor kit according to an embodiment of the present invention includes a sensing material kit for detecting mercury ions (Hg 2+ ) and a paper for colorimetric reaction.

센싱 물질 키트(10)는 롤링 원형 증폭(Rolling Circle Amplification, RCA)을 위한 원형 주형(12), 프라이머(14), DNA 중합효소(16) 및 나노파티클 프로브(18)를 포함한다. The sensing material kit 10 includes a circular template 12 for rolling circle amplification (RCA), a primer 14, a DNA polymerase 16, and a nanoparticle probe 18.

먼저 수은 이온이 존재하는지 여부를 테스트하기 위하여 테스트 대상물을 프라이머(14)와 반응시킨다(S1). First, in order to test whether mercury ions are present, the test object is reacted with the primer 14 (S1).

테스트 대상물이 수돗물과 같은 용액 상태일 경우에는 센싱 물질 키트(10)가 담겨있는 반응기에 테스트 대상물을 혼합한다. 테스트 대상물이 용액이 아닐 경우에는 증류수에 샘플링한 테스트 대상물을 용해시킨 후에 센싱 물질 키트(10)에 담겨있는 반응기에 혼합한다. When the test object is in the same solution as tap water, the test object is mixed in the reactor containing the sensing material kit 10. If the test object is not a solution, the sampled test object is dissolved in distilled water and then mixed in the reactor contained in the sensing material kit 10.

프라이머(14)와 테스트 대상물과의 반응은 실온에서 10분 내지 30분간 진행할 수 있다. The reaction between the primer 14 and the test object may be performed at room temperature for 10 to 30 minutes.

이어서, RCA 반응을 진행한다(S2). RCA 반응을 위해서 원형 주형(12), DNA 중합효소(160), 나노파티클 프로브(18) 및 dNTP를 테스트 대상물과 프라이머가 혼합된 용액이 들어있는 반응기(20)에 혼합하고, 30℃ 에서 30분 내지 60분간 배양하여 RCA 반응을 진행할 수 있다. Then, the RCA reaction proceeds (S2). For the RCA reaction, the circular template 12, the DNA polymerase 160, the nanoparticle probe 18, and the dNTP were mixed in the reactor 20 containing the solution in which the test object and primer were mixed, and 30 minutes at 30°C. RCA reaction can be carried out by incubating for 60 minutes.

RCA는 하나의 DNA 프라이머를 사용하여 짧은 원형 ssDNA 주형에서 긴 ssDNA 분자가 합성되는 특정 DNA 중합 효소에 의해 매개되는 등온의 효소 과정이다. RCA는 공간적으로 응축되어 단일 증폭된 분자로 검출 가능한 마이크론 크기의 DNA 연쇄체(concatemeric)로 이루어진 단일 가닥 DNA 코일을 생성하기 때문에 강력한 감지 시스템이다. 몇 가지 일반적인 RCA 검출 센서에서 RCA 반응은 검출 대상의 존재에 의존하는 자물쇠 탐침의 연결에 의해 유도된다. RCA is an isothermal enzymatic process mediated by a specific DNA polymerase in which long ssDNA molecules are synthesized from a short circular ssDNA template using one DNA primer. RCA is a powerful sensing system because it spatially condenses to create a single-stranded DNA coil of micron-sized DNA concatemers that can be detected as a single amplified molecule. In some common RCA detection sensors, the RCA response is induced by the connection of the lock probe, which depends on the presence of the object to be detected.

반면, 본 발명의 일 실시예에서는 수은 이온(Hg2+)과 프라이머(14)의 선택적인 반응을 이용한다. 프라이머(14)는 정상 상태에서는 RCA를 위한 원형 주형(12)에 혼성화한다. 그러나 수은 이온(Hg2+)이 존재할 경우에는 수은 이온(Hg2+)이 프라이머(14)에 결합해서 프라이머(14)가 원형 주형(12)에 결합하는 것을 저해한다. On the other hand, in an embodiment of the present invention, a selective reaction between mercury ions (Hg 2+ ) and primer 14 is used. The primer 14 hybridizes to the circular template 12 for RCA under normal conditions. However, when mercury ions (Hg 2+ ) are present, mercury ions (Hg 2+ ) bind to the primer 14 and inhibit the primer 14 from binding to the circular template 12.

RCA를 위한 원형 주형(12)은 50 내지 80 bp 정도의 단일 가닥 DNA(ss DNA)가 원형 형태로 형성된 주형이다. The circular template 12 for RCA is a template in which 50 to 80 bp of single-stranded DNA (ss DNA) is formed in a circular shape.

수은 이온(Hg2+)이 없을 경우 정상 상태의 프라이머(14)가 원형 주형(12)에 혼성화되면 DNA 중합효소(예., Phi29 DNA Polmerase)(18)에 의해서 RCA 반응이 유도된다. RCA 반응 동안 등온 조건 하에서 마이크론 크기의 DNA 연쇄체(concatemeric)로 이루어진 단일 가닥 DNA 코일(19)이 생성된다. 이렇게 생성된 단일 가닥 DNA 코일(19)에 이 생성되면 프로브(18)가 DNA 코일(19)에 라벨링된다. In the absence of mercury ions (Hg 2+ ), the RCA reaction is induced by DNA polymerase (eg, Phi29 DNA Polmerase) 18 when the primer 14 in a steady state is hybridized to the circular template 12. During the RCA reaction, under isothermal conditions, a single-stranded DNA coil 19 made of micron-sized DNA concatemerics is produced. When the resulting single-stranded DNA coil 19 is produced, the probe 18 is labeled on the DNA coil 19.

반면 수은 이온(Hg2+)이 존재할 경우에는 프라이머(14)에 수은 이온(Hg2+)이 결합하여 프라이머(14)가 원형 주형(12)에 혼성화되는 것을 저해한다. 예를 들면 프라이머(14)가 티민(Thymine) 올리고뉴클레오타이드인 경우 수은 이온(Hg2+)이 결합하여 티민-Hg2+-티민의 배위 결합을 형성하고 이로 인해 이중 가닥 복합체로 변화되기 때문에 원형 주형(12)에 혼성화될 수가 없게 된다. On the other hand, when mercury ions (Hg 2+ ) are present, mercury ions (Hg 2+ ) are bound to the primer 14 to prevent hybridization of the primer 14 to the circular template 12. For example, the primer 14 is thymine (Thymine) oligonucleotides in the case of mercury ions to a combination (Hg 2+) thymine -Hg 2+ - form a coordination bond of thymine, and since the changes in the mold This circular double stranded complex It becomes impossible to hybridize to (12).

프로브(18)는 단일 가닥 DNA 코일(19)과 혼성화가 가능한 올리고뉴클레오타이드와 소정 색상을 나타내는 나노 파티클(Nanoparticle, NP)로 이루어질 수 있다. 예를 들면, NP 는 Au NP 일 수 있으며 올리고뉴클레오타이드는 스트렙트아비딘-비오틴을 이용하여 Au NP에 기능화될 수 있다. The probe 18 may be formed of an oligonucleotide capable of hybridizing with the single-stranded DNA coil 19 and nanoparticles (NPs) exhibiting a predetermined color. For example, the NP may be Au NP, and the oligonucleotide may be functionalized to Au NP using streptavidin-biotin.

RCA가 완료된 용액을 방사형 페이퍼 크로마토그래피(30)상에 적하하고 건조시키면 페이퍼 상의 색상 변화를 수 초 이내에 휴대용 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 빠르고 간단하게 측정할 수 있다(S3). When the RCA-completed solution is dropped onto the radial paper chromatography 30 and dried, the color change on the paper can be quickly and simply measured using a handheld spectrophotometer within a few seconds (S3).

방사형 페이퍼 크로마토그래피(30)는 측방형이 아닌 방사형으로 측정하고자 하는 용액을 중앙에 떨어뜨리고 분자 크기와 무게에 따라 유동성이 다른 원리를 이용하여 수은 이온(Hg2+)의 유무 및 정도를 용이하게 확인할 수 있다. In the radial paper chromatography (30), the solution to be measured is dropped in the center in a radial form rather than a lateral form, and the presence and extent of mercury ions (Hg 2+ ) are easily determined using the principle that the fluidity is different depending on the molecular size and weight. I can confirm.

방사형 페이퍼 크로마토그래피(30)의 소재, 구멍 크기, 친수성 또는 소수성 특징 등에 따라 분해능이 달라질 수 있다. 방사형 페이퍼 크로마토그래피(30)는 PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) NC(니트로셀루로오스) 등으로 이루어진 페이퍼 크로마토그래피일 수 있다. The resolution may vary depending on the material, pore size, hydrophilicity or hydrophobicity characteristics of the radial paper chromatography 30. Radial paper chromatography 30 may be paper chromatography made of PVDF (polyvinylidene fluoride) NC (nitrocellulose), or the like.

RCA 반응이 완료된 용액을 방사형 페이퍼 크로마토그래피(30)에 적하하면 모세관 작용에 기초하여 반응 용액은 페이퍼의 중심으로부터 주변을 향해 이동한다. 용액의 성분은 이동상(mobile phase)에서 방사상으로 분리되고, 상이한 화합물의 스팟(spots)은 정지상(stationary phase)에서 동심원 고리로 형성된다. 검출 시스템에서 DNA 코일과 Au NP 프로브 복합체의 양은 수은 이온(Hg2+)의 농도에 따라 달라지게 된다. 수은 이온(Hg2+)의 농도가 크면 동심원의 중앙 스팟(40)의 색상이 강하게 나타난다. 반면, 수은 이온(Hg2+)이 없거나 농도가 작을 경우에는 자유로운 Au NP가 반경 방향으로 멀리 확산되어 결과적으로 동심원의 바깥쪽 고리(50)의 색상이 강하게 나타난다. 따라서, 휴대용 분광 광도계를 사용하여 각 지점의 색상 강도를 정량화할 수 있다. When the RCA reaction is completed solution is dropped onto the radial paper chromatography 30, the reaction solution moves from the center of the paper toward the periphery based on capillary action. The components of the solution are separated radially in the mobile phase, and spots of different compounds are formed as concentric rings in the stationary phase. In the detection system, the amount of the DNA coil and Au NP probe complex varies depending on the concentration of mercury ions (Hg 2+ ). When the concentration of mercury ions (Hg 2+ ) is large, the color of the concentric center spot 40 appears strong. On the other hand, when mercury ions (Hg 2+ ) are absent or the concentration is small, free Au NPs diffuse far in the radial direction, resulting in a strong color of the outer ring 50 of the concentric circle. Thus, a handheld spectrophotometer can be used to quantify the color intensity of each spot.

이하의 실험예들과 도면들은 본 발명의 실시예들의 개념적인 측면과 방법들을 보다 더 잘 이해하고 작용 및 효과를 상술하기 위해서 제공된다. 다만, 이러한 실험예들은 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. The following experimental examples and drawings are provided in order to better understand the conceptual aspects and methods of the embodiments of the present invention, and to elaborate operations and effects. However, these experimental examples are only presented as examples of the invention, and the scope of the invention is not limited thereby.

실험예 Experimental example

원형 주형의 제조Manufacture of round molds

원형 템플릿 ssDNA의 합성을 위해 54bp의 길이를 갖는 100μM의 선형 ssDNA(5'-인산염 GTCCTCAGTCCCAATAGAAGCGGAGCTTCAAAAAAAAAAAAACGTCTGAAGAGG) 5 ㎕를 포함하는 100 μL의 반응 혼합물 용액 (100UμL DNA 연결효소(ligase) 4μL, 반응 완충액 10μL, 증류수 (DDW) 71 μL, 1 mM ATP 5 μL, 및 50 mM MnCl2 5μL)을 60 에서 8 시간 동안 연결시키고, 80 에서 10 분 동안 불활성화시켰다. 그런 다음 잔류 하는 선형 ssDNA를 제거하기 위해 20 U/μL 엑소뉴클레아제 I 6μL와 10U/μL 엑소뉴클레아제 III 3μL를 첨가하고 37 에서 4 시간 동안, 그리고 80 에서 20 분 동안 배양 하였다. 생성된 생성물을 올리고 클린업 및 농축 키트(Oligo Clean-Up and Concentration Kit)를 사용하여 정제하고 1xTBE 완충액으로 100V에서 75분 동안 15 % 변성 우레아-폴리 아크릴 아미드 겔 전기영동(PAGE)으로 확인한 후 1xSYBR Green II로 15 분 동안 젤 염색 하였다. 그 결과가 도 2에 예시되어 있다. For the synthesis of circular template ssDNA, 100 μM of linear ssDNA (5′-phosphate GTCCTCAGTCCCAATAGAAGCGGAGCTTCAAAAAAAAAAAAACGTCTGAAGAGG) 5 μL of 100 μM of linear ssDNA having a length of 54 bp (100 μL DNA ligase) 4 μL, distilled water DDW) 71 μL, 1 mM ATP 5 μL, and 50 mM MnCl 2 5 μL) were linked at 60 for 8 hours and inactivated at 80 for 10 minutes. Then, in order to remove the remaining linear ssDNA, 6 μL of 20 U/μL exonuclease I and 3 μL of 10 U/μL exonuclease III were added, followed by incubation at 37 for 4 hours and at 80 for 20 minutes. The resulting product was raised and purified using an Oligo Clean-Up and Concentration Kit, and confirmed by 15% denatured urea-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) for 75 minutes at 100V with 1xTBE buffer and then 1xSYBR Green Gel stained for 15 min with II. The results are illustrated in FIG. 2.

Au NP 프로브의 제조Preparation of Au NP probe

Au NP 프로브를 제조하기 위해, 스트렙트아비딘이 컨쥬게이트된 Au NP (SA-Au NP)의 표면을 바이오티닐화 올리고뉴클레오타이드로 기능화시켰다. Au NP 프로브의 형태는 80 kV의 가속 전압에서 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 관찰하였다. To prepare an Au NP probe, the surface of streptavidin-conjugated Au NP (SA-Au NP) was functionalized with biotinylated oligonucleotides. The shape of the Au NP probe was observed using a transmission electron microscope (TEM) at an acceleration voltage of 80 kV.

구체적으로, SA-Au NP 용액 (300μL, 10OD)을 100μM 비오티닐화된 ssDNA 프로브(5'-TTTTTTTTTTTT-C6SP-biotin)와 혼합 하였다. 그 다음, 혼합물을 실온 (18-23 ℃)에서 3 시간 동안 진탕 배양하고 4 ℃에서 밤새 배양 하였다. Au NP로 변형된 정제 DNA 프로브를 얻기 위해, 용액을 6000 x g에서 30 분 동안 원심 분리를 통해 3 번 세척하고, pH 7.5의 1x PB 완충액에 재현탁시켰다. 증류수를 사용하여 두 번의 세척 단계를 수행 하였다. Au NP 프로브의 형태는 TEM에 의해 검사되었다. Specifically, the SA-Au NP solution (300 μL, 10OD) was mixed with 100 μM biotinylated ssDNA probe (5′-TTTTTTTTTTTT-C6SP-biotin). Then, the mixture was incubated with shaking at room temperature (18-23 ℃) for 3 hours and incubated at 4 ℃ overnight. To obtain a purified DNA probe modified with Au NP, the solution was washed 3 times through centrifugation at 6000 x g for 30 minutes, and resuspended in 1x PB buffer at pH 7.5. Two washing steps were performed using distilled water. The shape of the Au NP probe was examined by TEM.

도 3에서 볼 수 있듯이, Au NP 프로브는 용액에 잘 분산되어 있고 구형이다. 대조적으로, 도 4에서 볼 수 있듯이 Au NP 프로브와 ssDNA의 혼성화 반응시 Au NP 프로브의 응집 현상이 관찰된다. 이는 Au NP 프로브의 올리고뉴클레오타이드가 ssDNA와 상보적으로 결합하기 때문인 것으로 해석된다. As can be seen in Figure 3, the Au NP probe is well dispersed in the solution and is spherical. In contrast, as can be seen in FIG. 4, aggregation of the Au NP probe is observed during the hybridization reaction of the Au NP probe and ssDNA. It is interpreted that this is because the oligonucleotide of the Au NP probe binds complementarily with ssDNA.

도 5와 도 6에 Au NP 프로브의 특성을 동적 광산란 (DLS) 및 제타 전위로 측정한 결과가 도시되어 있다. 음으로 대전된 바이오티닐화된 올리고 뉴클레오타이드를 SA-Au NP의 표면 상에 도입 한 후, Au 프로브의 크기 및 표면 전하가 변경되었음을 알 수 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 입자의 평균 직경은 33.21 nm에서 35.29 nm로 증가했으며 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 음전하가 -24.8mV에서 -33.8mV로 증가했음을 알 수 있다. 이러한 결과는 올리고뉴클레오타이드가 SA-Au NP의 표면에 성공적으로 부착되었고, 증가된 음성 표면 전하로 인해 비특이적 응집에 의해 보다 안정화됨을 나타낸다. 5 and 6 show the results of measuring the characteristics of the Au NP probe by dynamic light scattering (DLS) and zeta potential. After introducing a negatively charged biotinylated oligonucleotide onto the surface of SA-Au NP, it can be seen that the size and surface charge of the Au probe were changed. As shown in FIG. 5, it can be seen that the average diameter of the particles increased from 33.21 nm to 35.29 nm, and as shown in FIG. 6, the negative charge increased from -24.8 mV to -33.8 mV. These results indicate that oligonucleotides have been successfully attached to the surface of SA-Au NPs and are more stabilized by non-specific aggregation due to the increased negative surface charge.

원형 주형과 (T)12 프라이머 복합체를 이용한 RCA 반응 테스트RCA reaction test using prototype template and (T)12 primer complex

원형 주형-(T)12 프라이머 복합체의 형성을 통해 DNA 증폭을 확인하기 위한 실험을 수행 하였다. 다양한 농도의 원형 주형과 (T)12 프라이머 복합체를 RCA 반응의 실험 조건 하에서 시험하였고, SYBR Green II를 증폭된 ssDNA 코일의 양을 결정하기 위한 염색 시약으로 사용 하였다. An experiment was performed to confirm DNA amplification through the formation of a circular template-(T)12 primer complex. Various concentrations of the prototype template and the (T)12 primer complex were tested under the experimental conditions of RCA reaction, and SYBR Green II was used as a dyeing reagent to determine the amount of amplified ssDNA coil.

구체적으로, 원형 주형-(T)12 복합체의 양에 따라 ssDNA 코일의 양을 확인하기 위해 RCA 반응 후 SYBR Green II의 형광 강도를 측정 하였다. 먼저 원형 주형-(T)12 복합체의 다양한 농도(6, 3, 1.5, 0.75, 0.375 및 0 μM)를 포함하는 총 반응 혼합물 80μL (10 × 버퍼 8 μL, 10 MM dNTP 7.5 μL, 25 U/μL phi29 DNA 중합효소 3μL 및 DDW 41.5μL) 를 30 ℃에서 90 분 동안 반응시키고 65 ℃에서 10 분 동안 불활성화시켰다. 다음에, 100 × SYBR Green II 1 μL를 첨가하고, 실온에서 30 분 동안 배양한 후, 멀티 모드 마이크로 플레이트 판독기 (SpectraMax i3x, Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 형광 강도를 측정 하였다. Specifically, the fluorescence intensity of SYBR Green II was measured after RCA reaction to confirm the amount of ssDNA coil according to the amount of the circular template-(T)12 complex. First 80 μL of total reaction mixture (10 × 8 μL of buffer, 7.5 μL of 10 MM dNTP, 25 U/μL) containing various concentrations (6, 3, 1.5, 0.75, 0.375 and 0 μM) of the prototype template-(T)12 complex. phi29 DNA polymerase 3 μL and DDW 41.5 μL) were reacted at 30° C. for 90 minutes and inactivated at 65° C. for 10 minutes. Next, 1 μL of 100 × SYBR Green II was added, and after incubation for 30 minutes at room temperature, fluorescence intensity was measured using a multimode microplate reader (SpectraMax i3x, Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA).

도 7은 원형 주형-(T)12 프라이머 복합체의 양에 따른 ssDNA 코일의 수율을 나타낸다. 원형 주형-(T)12 프라이머 복합체의 양이 0 에서 6μM로 증가함에 따라, SYBR Green II의 형광 강도 또한 증가했다. 이 결과는 원형 올리고뉴클레오타이드가 RCA에 대한 주형으로서 성공적으로 작용하고 RCA에 의해 생성된 ssDNA 코일의 양은 원형 주형-(T)12 프라이머 복합체의 양에 비례한다는 것을 나타낸다. 7 shows the yield of the ssDNA coil according to the amount of the circular template-(T)12 primer complex. As the amount of the circular template-(T)12 primer complex increased from 0 to 6 μM, the fluorescence intensity of SYBR Green II also increased. These results indicate that the circular oligonucleotide successfully acts as a template for RCA and that the amount of ssDNA coil produced by RCA is proportional to the amount of the circular template-(T)12 primer complex.

페이퍼 기반 비색 센싱 방법의 수은에 대한 선택성Selectivity to mercury in paper-based colorimetric sensing method

수은 이온(Hg2+)에 대해 제안된 분석 방법의 선택성을 확인하기 위해 수은 이온(Hg2+) 뿐만 아니라 다양한 금속 이온을 3 개씩 시험했으며 NC 막에 용액을 떨어뜨리고 건조한 후 동심 링의 비색 강도를 비교했다. 그 결과가 도 8에 도시되어 있다. 각 금속 이온의 최종 농도는 1μM이었다. Mercury ions, three each test a variety of metal ions as well as ions of mercury (Hg 2+) in order to determine the selectivity of the proposed analysis methods on (Hg 2+) to drop the solution on the NC membrane dried colorimetric intensity of concentric rings Compared. The results are shown in FIG. 8. The final concentration of each metal ion was 1 μM.

구체적으로, 수은 이온에 대한 선택성을 평가하기 위해 16 가지 금속 이온 (Li+, Mn2+, Ag+, Pb2+, Co2+, Ba2+, Ca2+, K+, Ni2+, Cd2+, Zn2+, Fe2+, Mg2+, Na+, Cu2+ 및 Hg2+)를 테스트 하였다. 먼저, 200 nM (T)12 프라이머 용액 5μL를 각 금속 이온 16μM 5μL 또는 금속 이온 혼합물 5μL와 혼합한 후 실온에서 30 분 동안 인큐베이션했다. 그런 다음, RCA 반응 혼합물 [150 nM 원형 주형 10μL, 10 x 반응 완충액 8 μL, 10 mM dNTP 7μL, 10 U/μL phi29 DNA 중합효소 2.5μL, DDW 12.5μL 및 Au NP 프로브 (3.3 OD)]를 첨가하고 30 ℃에서 30 분간 및 65 ℃에서 10 분간 배양하였다. 이어서, 각 반응액 10 μL를 NC 막 상에 적하 건조시켰다. 결과는 휴대용 분광 광도계 (RM200QC, X-Rite Co., Neu-Isenburg, Germany)를 사용하여 분석하였다. 분광 광도계는 CIE L * a * b * (CIELAB)을 사용하는데, 이는 CIE (Commission Internationale del'Eclairage)가 지정한 색 공간을 나타낸다. CIELAB은 사람의 눈에 보이는 모든 색상을 기술하고 참조 용으로 사용할 장치 독립적 모델로 제공된다. CIELAB에서 색상을 표현할 때 L *은 밝기를 정의하고 a *는 적색 / 녹색 값을 나타내며 b *는 노란색 / 파란색 값을 나타낸다. ΔE의 값은 다음 식에 의해 계산 된 총 색상 차이를 나타낸다. Specifically, to evaluate the selectivity for mercury ions, 16 metal ions (Li + , Mn 2+ , Ag + , Pb 2+ , Co 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ , K + , Ni 2+ , Cd 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ , Mg 2+ , Na + , Cu 2+ and Hg 2+ ) were tested. First, 5 μL of a 200 nM (T)12 primer solution was mixed with 5 μL of 16 μM of each metal ion or 5 μL of a metal ion mixture, followed by incubation at room temperature for 30 minutes. Then, the RCA reaction mixture [150 nM circular template 10 μL, 10 x reaction buffer 8 μL, 10 mM dNTP 7 μL, 10 U/μL phi29 DNA polymerase 2.5 μL, DDW 12.5 μL and Au NP probe (3.3 OD)] was added. And incubated at 30° C. for 30 minutes and 65° C. for 10 minutes. Then, 10 μL of each reaction solution was dripped and dried on the NC membrane. The results were analyzed using a handheld spectrophotometer (RM200QC, X-Rite Co., Neu-Isenburg, Germany). The spectrophotometer uses CIE L * a * b * (CIELAB), which represents the color space specified by the Commission Internationale del'Eclairage (CIE). CIELAB describes all colors visible to the human eye and is provided as a device-independent model for reference. When expressing colors in CIELAB, L * defines brightness, a * stands for red/green values, and b * stands for yellow/blue values. The value of ΔE represents the total color difference calculated by the following equation.

ΔE = [(ΔL *) 2 + (Δa *) 2 + (Δb *) 2] 1/2ΔE = [(ΔL *) 2 + (Δa *) 2 + (Δb *) 2] 1/2

*도 8은 페이퍼 상에 형성된 동심원 링의 디지털 이미지를 나타낸다. 도 9는 휴대용 분광 광도계에 의해 정량화 된 컬러 강도(ΔE)의 막대 그래프를 도시한다. 페이퍼 상의 동심원 고리의 색 농도는 육안으로 쉽게 구별되었고 휴대용 분광 광도계를 사용하여 수치적으로 측정할 수 있었다. 또한 페이퍼 위의 동심원 고리의 색 농도를 측정 할 때 휴대용 분광 광도계가 페이퍼와 완전히 닿으므로 외부 조명 조건에 관계없이 일정한 측정이 가능함을 알 수 있다. 이 기능은 수은 이온(Hg2+)의 현장 검출용 센서로의 이점을 나타낸다. * Fig. 8 shows a digital image of a concentric ring formed on paper. 9 shows a bar graph of color intensity (ΔE) quantified by a handheld spectrophotometer. The color density of the concentric rings on the paper was easily distinguished by the naked eye and could be measured numerically using a handheld spectrophotometer. In addition, when measuring the color density of the concentric rings on the paper, it can be seen that since the handheld spectrophotometer completely contacts the paper, constant measurement is possible regardless of external lighting conditions. This feature represents an advantage as a sensor for field detection of mercury ions (Hg 2+ ).

도 8을 살펴보면, 내부 동심원 고리의 색 농도는 수은 이온(Hg2+)만 포함된 시료와 수은 이온(Hg2+)을 포함하는 혼합물 두 개의 시료에서만 낮게 나타났다. 이는 수은 이온(Hg2+) 으로 인해 RCA 저해가 일어났음을 나타낸다. 한편, 수은 이온(Hg2+) 함유 샘플의 경우, Au NP가 DNA 코일에 결합되지 않기 때문에 동심원의 가장자리에서 더 높은 색 강도를 나타냈다. 이 결과는 제안 된 분석 방법이 수은 이온(Hg2+) 에 대해 선택적임을 입증한다.Looking at Figure 8, the color depth of the inner concentric ring was lower only from the mixture of two samples containing the sample and the ionic mercury (Hg 2+) contained only mercury ions (Hg 2+). This indicates that RCA inhibition occurred due to mercury ions (Hg 2+ ). On the other hand, in the case of the sample containing mercury ions (Hg 2+ ), since Au NPs were not bound to the DNA coil, higher color intensity was exhibited at the edge of the concentric circle. This result demonstrates that the proposed analytical method is selective for mercury ions (Hg 2+ ).

또한 수은 이온(Hg2+)에 대한 (T)12 프라이머의 선택도는 도 10에 도시되어 있다. SYBR Green I의 높은 형광 값은 같은 농도의 다른 금속 이온 샘플 값과 비교했을 때 수은 이온(Hg2+)만 포함된 시료와 수은 이온(Hg2+)을 포함하는 혼합물 에서만 나타났다. 이는 단일 가닥 프라이머가 티민-Hg2+-티민의 배위 결합으로 인해 이중 가닥 복합체로 변화되었기 때문임을 나타낸다. 그 결과 수은 이온(Hg2+)과 결합한 (T)12 프라이머는 원형 주형에 결합할 수 없어서, RCA 반응이 억제되는 것을 확인할 수 있다. Also, the selectivity of the (T)12 primer for mercury ions (Hg 2+ ) is shown in FIG. 10. The high fluorescence value of SYBR Green I was found only in samples containing only mercury ions (Hg 2+ ) and mixtures containing mercury ions (Hg 2+ ) when compared to the values of other metal ion samples of the same concentration. This indicates that the single-stranded primer was changed into a double-stranded complex due to the coordination of thymine-Hg 2+ -thymine. As a result, it can be seen that the (T)12 primer bound to the mercury ion (Hg 2+ ) was unable to bind to the circular template, thereby inhibiting the RCA reaction.

페이퍼 기반 비색 센싱 방법을 사용한 수은 이온(HgMercury ions (Hg) using a paper-based colorimetric sensing method 2+2+ )의 정량화) Of

도 11은 NC 페이퍼 상에 떨어뜨리고 건조한 후의 디지털 이미지이다. 도 11을 참조하면, 수은 이온(Hg2+)이 없는 경우 강렬한 붉은 색 스팟(spot)이 동심원 중앙에 나타나고, 수은 이온(Hg2+)의 농도가 증가할수록 스팟의 강도가 감소하는 것을 알 수 있다. 대조적으로, 동심원 링의 가장자리 링의 색상 강도는 수은 이온(Hg2+)의 농도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. Fig. 11 is a digital image after being dropped on NC paper and dried. Referring to FIG. 11, it can be seen that in the absence of mercury ions (Hg 2+ ), an intense red spot appears in the center of a concentric circle, and the intensity of the spot decreases as the concentration of mercury ions (Hg 2+ ) increases. have. In contrast, it can be seen that the color intensity of the edge ring of the concentric ring increases as the concentration of mercury ions (Hg 2+ ) increases.

동심원 중심의 붉은 반점을 휴대용 분광 광도계를 사용하여 정량화한 결과가 도 12 및 도 13에 도시되어 있다. 도 12는 다양한 수은 이온(Hg2 +)농도 (0, 50, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500 및 3000nM)의 9 개 샘플의 측정 결과를 나타낸다. 페이퍼 상의 동심원 중심의 스팟의 색 농도 (ΔE)는 각각 19.2, 18.6, 16.8, 13.8, 10.2, 7.3, 6.1, 5.3 및 4.4 로 측정되었고, ΔE 값은 수은 이온(Hg2+)의 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있었다. The results of quantifying the red spot at the center of the concentric circle using a handheld spectrophotometer are shown in FIGS. 12 and 13. 12 shows measurement results of nine samples of various mercury ions (Hg 2 + ) concentrations (0, 50, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500 and 3000 nM). The color density (ΔE) of the spot at the center of the concentric circles on the paper was measured as 19.2, 18.6, 16.8, 13.8, 10.2, 7.3, 6.1, 5.3 and 4.4, respectively, and the ΔE value was determined as the concentration of mercury ions (Hg 2+ ) increased. Tended to decrease accordingly.

도 13은 0 내지 1000 nM 범위의 수은 이온(Hg2+)의 농도에서 수행한 결과를 나타낸다. 상이한 수은 이온(Hg2+) 농도를 갖는 6 개의 샘플 (0, 50, 250, 500, 1000 및 1500 nM)에 대해서 3 회 시험한 후 그 평균값을 도시한 것이다. 도 13을 참조하면, ΔE 값의 평균은 18.1±0.05, 17.5±0, 16.1±0.25, 14.4±0.77, 11.2±0.86 및 8.2±0.57 이었다. 0 에서 1500nM 수은 이온(Hg2+) 농도 범위와 ΔE 값에 대한 선형 곡선이 얻어졌으며 신호 대 잡음비 3에서의 수은 이온(Hg2+) 검출 한계는 21.8 nM (n = 3)으로 계산되었다. 휴대용 분광 광도계를 사용한 측정 시간은 수초면 충분하였다. 따라서 RCA 반응 및 측정을 포함한 총 분석 시간은 90 분 내외로 매우 신속 간편한 측정이 이루어짐을 알 수 있다. 13 shows the results performed at a concentration of mercury ions (Hg 2+ ) in the range of 0 to 1000 nM. Six samples (0, 50, 250, 500, 1000 and 1500 nM) with different mercury ions (Hg 2+ ) concentrations were tested three times and the average value is shown. Referring to FIG. 13, the average of ΔE values was 18.1±0.05, 17.5±0, 16.1±0.25, 14.4±0.77, 11.2±0.86, and 8.2±0.57. A linear curve for the concentration range of 0 to 1500 nM mercury ions (Hg 2+ ) and ΔE values was obtained, and the detection limit of mercury ions (Hg 2+ ) at a signal-to-noise ratio of 3 was calculated as 21.8 nM (n = 3). The measurement time using a handheld spectrophotometer was sufficient in a few seconds. Therefore, it can be seen that the total analysis time including the RCA reaction and measurement is around 90 minutes, which is very quick and simple measurement.

수돗물에서의 수은 이온(HgMercury ions in tap water (Hg 2+2+ )의 검출) Of detection

실제 샘플에서 본 검출 방법의 적용 가능성을 입증하기 위해 수돗물에 수은 이온(Hg2+)의 농도를 0, 50, 250, 500, 1000 및 1500 nM 로 달리하여 첨가하고 페이퍼 기반 비색 센싱 방법을 사용하여 각 농도별로 3개의 샘플을 테스트하였다. 수은 혼합 전 수돗물은 0.22μm의 기공 크기를 가진 NC 시린지 필터 멤브레인을 통해 여과해서 준비하였다. To demonstrate the applicability of this detection method in real samples, the concentration of mercury ions (Hg 2+ ) was added to tap water at different concentrations of 0, 50, 250, 500, 1000 and 1500 nM, and paper-based colorimetric sensing method was used. Three samples were tested for each concentration. Before mercury mixing, tap water was prepared by filtration through an NC syringe filter membrane having a pore size of 0.22 μm.

비색 테스트 결과는 도 14와 도 15에 도시되어 있다. 0, 50, 250, 500, 1000 및 1500 nM 의 수은 이온(Hg2+) 농도 별로 측정된 ΔE 값의 평균은 각각 18.27±0.05, 17.33±0.83, 16.57±0.48, 14.5±0.22, 11.07±0.52 및 8.77±0.68였다.ΔE 값의 선형 곡선은 0 내지 1500 nM Hg2+의 범위에서 얻어졌으며, 신호 대 잡음비 3에서의 검출 한계는 22.4 nM (n = 3)으로 계산되었다. Colorimetric test results are shown in FIGS. 14 and 15. The averages of ΔE values measured for each concentration of mercury ions (Hg 2+ ) of 0, 50, 250, 500, 1000 and 1500 nM were 18.27±0.05, 17.33±0.83, 16.57±0.48, 14.5±0.22, 11.07±0.52, respectively. 8.77±0.68. A linear curve of ΔE values was obtained in the range of 0 to 1500 nM Hg 2+ , and the detection limit at signal-to-noise ratio 3 was calculated as 22.4 nM (n = 3).

이로써 본 발명의 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센싱 방법을 사용하면 휴대형 분광 광도계를 사용하여 매우 간단하고 견고한 측정을 통해 날씨, 햇빛 강도 및 판독 지점에서의 각도와 같은 조명 조건에 영향을 받지 않고 수은 이온(Hg2+)의 농도를 용이하게 측정할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 페이퍼 기반 비색 센싱 방법을 사용하면 판독을 위한 부피가 크고 값 비싼 도구를 요구하지 않고 수은 이온(Hg2+) 농도를 결정할 수 있고, 간단하고 휴대 가능하며 비용 효율적인 접근법을 제공하기 때문에 신속하고 간편한 육안 현장 진단이 가능하다. Thus, using the paper-based colorimetric sensing method according to an embodiment of the present invention, mercury ions are not affected by lighting conditions such as weather, sunlight intensity, and angle at the reading point through very simple and robust measurements using a portable spectrophotometer. The concentration of (Hg 2+ ) can be easily measured. That is, when the paper-based colorimetric sensing method according to an embodiment of the present invention is used, the mercury ion (Hg 2+ ) concentration can be determined without requiring a bulky and expensive tool for reading, and is simple, portable, and cost-effective. Providing an approach allows quick and easy visual on-site diagnosis.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of

10: 센싱 물질 키트 12: 원형 주형
14: 프라이머 16: DNA 중합효소
18: 나노파티클 프로브 19: 단일 가닥 DNA 코일
30: 방사형 페이퍼 크로마토그래피
10: sensing material kit 12: circular mold
14: primer 16: DNA polymerase
18: nanoparticle probe 19: single stranded DNA coil
30: radial paper chromatography

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 검출 용액과 프라이머를 혼합 반응시켜 프라이머 혼합액을 준비하는 단계로, 상기 프라이머는 수은 이온이 존재하지 않으면 롤링 원형 증폭(RCA)을 위한 원형 주형에 혼성화되고, 상기 수은 이온이 존재하면 상기 프라이머와 상기 수은 이온이 결합하여 상기 프라이머가 상기 원형 주형에 혼성화되는 것이 저해되는 프라이머인 프라이머 혼합액을 준비하는 단계;
상기 혼합액에 롤링 원형 증폭(RCA)을 위한 원형 주형, DNA 중합효소 및 상기 롤링 원형 증폭을 위한 원형 주형에서 생성되는 DNA 코일에 라벨링되는 나노파티클 프로브와 dNTP를 혼합하여 롤링 원형 증폭 반응을 수행하는 단계;
상기 롤링 원형 증폭 반응 용액을 방사형 페이퍼 크로마토그래피에 적하한 후 건조시키는 단계; 및,
상기 페이퍼 크로마토그래피에 생성된 동심원을 관찰하는 단계를 포함하되,
상기 검출 용액에 수은 이온이 존재하면 상기 프라이머와 상기 수은 이온이 결합하여 상기 프라이머가 원형 주형에 혼성화되는 것이 저해되어 상기 RCA 반응이 일어나지 않아 상기 나노파티클 프로브가 자유 상태로 존재하고 상기 자유 상태의 나노파티클 프로브가 상기 페이퍼 크로마토그래피의 반경 방향으로 멀리 확산되어 동심원의 바깥쪽 고리 색상이 강하게 나타나고,
상기 검출 용액에 수은 이온이 존재하지 않으면 상기 RCA 반응이 일어나서 생성된 단일 가닥 DNA 코일에 상기 나노파티클 프로브가 라벨링되기 때문에 동심원의 중앙 스팟의 색상이 강하게 나타나서,
상기 페이퍼 크로마토그래피에 생성된 동심원을 관찰하는 것은 휴대용 분광 광도계를 사용하여 상기 동심원 중앙의 붉은 색 스팟의 색상 강도를 정량화하여 상기 수은 이온의 농도를 계산하는 것을 포함하는 수은 이온의 신속 간편 육안 현장 검출 방법.
A step of preparing a primer mixture by mixing a detection solution and a primer to prepare a primer mixture, wherein the primer is hybridized to a circular template for rolling circular amplification (RCA) when mercury ions do not exist, and when mercury ions are present, the primer and the mercury Preparing a primer mixture that is a primer that inhibits hybridization of the primer to the circular template by binding of ions;
A step of performing a rolling circular amplification reaction by mixing a circular template for rolling circular amplification (RCA), a DNA polymerase, and a nanoparticle probe and dNTP labeled on a DNA coil generated from the circular template for rolling circular amplification in the mixed solution ;
Dropping the rolling circular amplification reaction solution onto radial paper chromatography and then drying it; And,
Including the step of observing the concentric circles generated in the paper chromatography,
When mercury ions are present in the detection solution, the primer and the mercury ions are bound to prevent hybridization of the primer to the circular template, and the RCA reaction does not occur, so that the nanoparticle probe is present in a free state, and the nanoparticles in the free state. The particle probe diffuses far in the radial direction of the paper chromatography, so that the color of the outer ring of the concentric circle appears strong,
If mercury ions do not exist in the detection solution, the RCA reaction occurs and the nanoparticle probe is labeled on the generated single-stranded DNA coil, so the color of the concentric center spot appears strong,
Observing the concentric circles generated in the paper chromatography is quick and simple visual field detection of mercury ions, including calculating the concentration of the mercury ions by quantifying the color intensity of the red spot in the center of the concentric circles using a portable spectrophotometer Way.
제5항에 있어서,
상기 프라이머는 티민 올리고뉴클레오타이드로써 상기 수은 이온에 특이적으로 결합하거나 상기 수은 이온이 없으면 상기 원형 주형에 결합하는 것을 포함하는 수은 이온의 신속 간편 육안 현장 검출 방법.
The method of claim 5,
The primer is a thymine oligonucleotide, which specifically binds to the mercury ions or, if there is no mercury ions, binds to the circular template.
제5항에 있어서,
상기 나노파티클 프로브는 색상을 나타내는 Au 나노파티클인 수은 이온의 신속 간편 육안 현장 검출 방법.
The method of claim 5,
The nanoparticle probe is a quick and simple visual field detection method of mercury ions, which are Au nanoparticles representing color.
제7항에 있어서,
상기 Au 나노파티클은 스트렙트아비딘 표면에 Au 나노파티클이 고정화된 SA-Au NP를 바이오티닐화된 올리고뉴클레오타이드로 기능화한 것으로써 DNA 코일과 혼성화가 가능한 수은 이온의 신속 간편 육안 현장 검출 방법.
The method of claim 7,
The Au nanoparticles are functionalized SA-Au NPs with Au nanoparticles immobilized on the surface of streptavidin with biotinylated oligonucleotides, and a quick and simple visual field detection method of mercury ions capable of hybridizing with DNA coils.
삭제delete
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