KR102300213B1 - Lenz's law-based virtual net for rapid capture of pathogenic microorganisms - Google Patents

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Abstract

본 발명은 병원성 미생물을 포집하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 물질을 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계; 자기장 하에서 전도성 유체 채널 내에 병원성 미생물과 결합 가능한 자성입자를 배열시켜 가상그물을 형성시키는 단계; 및 가상그물에 병원성 미생물을 포함하는 액체 시료를 주입하여 병원성 미생물-입자 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 병원성 미생물의 포집 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for trapping pathogenic microorganisms, and more particularly, to a method comprising: providing a fluid channel including a conductive material; forming a virtual net by arranging magnetic particles capable of binding with pathogenic microorganisms in a conductive fluid channel under a magnetic field; and injecting a liquid sample containing pathogenic microorganisms into the virtual net to form a pathogenic microorganism-particle complex.

Description

렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법 {Lenz's law-based virtual net for rapid capture of pathogenic microorganisms}A method for forming a virtual net structure of magnetic particles based on Lenz's law and a method for ultra-fast capture of pathogenic microorganisms using the same {Lenz's law-based virtual net for rapid capture of pathogenic microorganisms}

본 발명은 자성 입자를 이용하여 병원균을 포집하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 채널을 흐르는 유체에 포함된 병원균을 자성입자를 이용하여 포집하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of trapping pathogens using magnetic particles, and more particularly, to a method of trapping pathogens contained in a fluid flowing through a channel using magnetic particles.

패혈증, 식중독 등을 일으키는 병원균에 의한 감염을 예방하고 피해를 줄이기 위해 식품이나 주변 환경 내 존재하는 병원균을 편리하면서도 신속하고 민감하게 검출할 수 있는 방법에 대한 요구가 늘어나고 있다.In order to prevent infection by pathogens causing sepsis, food poisoning, etc. and reduce damage, there is an increasing demand for a method that can conveniently, quickly and sensitively detect pathogens present in food or the surrounding environment.

그러나 자성입자를 이용하여 균을 포집하는 과정은 한정된 양의 자성입자 표면에 고정된 항체와 균 간의 결합반응에 기반을 두기 때문에 식품과 같이 대용량 시료에 적용할 경우 기술의 신속성 및 기능성, 편이성이 감소하는 원인이 된다. However, since the process of collecting bacteria using magnetic particles is based on a binding reaction between an antibody and bacteria fixed on the surface of a limited amount of magnetic particles, the speed, functionality, and convenience of the technology are reduced when applied to large-scale samples such as food. cause to do

또한, 다중균을 종별로 따로 포집하기 위해서는 각 균과 선택적으로 결합할 수 있는 자성입자를 하나씩 투입하고 수거하는 과정을 종별로 수차례 거쳐야 하므로 소요시간과 비용을 증가시키는 단점이 있다.In addition, in order to separately collect multiple bacteria by species, the process of inputting and collecting magnetic particles capable of selectively binding with each bacteria one by one must go through several times for each species, which increases the required time and cost.

포항공대 산학협력단에게 허여된 대한민국 특허 제10-1639862호에서는 신속한 분석에 용이하도록, 도 9에서 도시된 바와 같이, 내부 중심부에 자성체가 수용되며 외벽과 내벽 사이 간격이 마이크로 단위인 이중 관형 몸체부의 내벽에 항원-항체 반응에 의해서 병원성 물질이 결합될 수 있는 자성 나노입자를 고정시키고, 관로를 따라 식중독균을 포함하는 시료를 흘려보내 자성 나노입자에 식중독균이 고정되도록 하여 분리시키는 방식을 개시하고 있다. In Korean Patent No. 10-1639862, granted to the Industrial-Academic Cooperation Foundation of Pohang University of Science and Technology, as shown in FIG. 9 , for quick analysis, a magnetic material is accommodated in the inner center and the distance between the outer wall and the inner wall is the inner wall of the double tubular body in micro units. It discloses a method of fixing magnetic nanoparticles to which pathogenic substances can be bound by antigen-antibody reaction, and then flowing a sample containing food poisoning bacteria along a conduit so that the food poisoning bacteria are fixed to the magnetic nanoparticles to separate them.

그러나 이러한 방식은 자성 나노입자가 관로의 단면적에서 자석에 인접하는 영역에만 고정되어 존재하게 되므로, 자성 나노 입자가 없는 관로의 나머지 공간을 통해서 병원균 입자가 빠져나가는 것을 막기 어렵다는 문제가 있다. However, this method has a problem in that it is difficult to prevent pathogen particles from escaping through the remaining space of the conduit without magnetic nanoparticles because the magnetic nanoparticles are fixed only in the region adjacent to the magnet in the cross-sectional area of the conduit.

본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 시료에 포함된 병원균을 자성 나노 입자를 이용해서 신속하게 분리할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다. An object to be solved in the present invention is to provide a new method for rapidly separating pathogens included in a sample using magnetic nanoparticles.

본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 시료에 포함된 병원균을 자성 나노 입자를 이용해서 신속하게 분리할 수 있는 새로운 장치를 제공하는 것이다.An object to be solved in the present invention is to provide a new device capable of rapidly separating pathogens included in a sample using magnetic nanoparticles.

용어Terms

본 발명에 있어서, 용어 '고정'은 자력에 의한 고정을 의미한다. 따라서, 자력이 없을 경우 고정되지 않게 된다. In the present invention, the term 'fixation' means fixing by magnetic force. Therefore, when there is no magnetic force, it is not fixed.

본 발명에 있어서, 용어 '결합'은 자성 나노 입자에 물리 및/또는 화학적으로 결합되는 것을 의미한다. In the present invention, the term 'bonding' means physically and/or chemically bonded to the magnetic nanoparticles.

본 발명에 있어서, 용어 '전도성 유체 채널'은 '유체가 흐르는 전도성 물질을 포함하는 채널'을 의미한다. In the present invention, the term 'conductive fluid channel' means 'channel including a conductive material through which a fluid flows'.

본 발명에 있어서, 용어 '그물 구조'는 나노입자가 채널의 일측에서 타측까지 가로질러 망상으로 연결되는 것을 의미한다. In the present invention, the term 'network structure' means that nanoparticles are connected in a network across from one side to the other side of the channel.

본 발명에 있어서, 용어 '입자'는 하나의 입자 또는 복수의 입자를 의미한다. In the present invention, the term 'particle' means one particle or a plurality of particles.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 In order to solve the above problems, the present invention

자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 이용하여 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하는 방법을 제공한다. Provided is a method for separating a material to be separated in a sample using a conductive fluid channel in which magnetic nanoparticles are fixed to a flow path by a magnetic field.

본 발명은 일 측면에서, 본 발명은 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하기 위해서, 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 제공한다. In one aspect, the present invention provides a conductive fluid channel in which magnetic nanoparticles are fixed to a flow path by a magnetic field in order to separate a material to be separated included in a sample.

본 발명은 다른 일 측면에서, In another aspect, the present invention

전도성 유체 채널을 제공하는 단계;providing a conductive fluid channel;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;providing a magnetic field to the conductive fluid channel;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계; fixing magnetic nanoparticles to the conductive fluid channel using a magnetic field;

상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자에 결합되는 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;providing a sample including a material bound to magnetic nanoparticles in the conductive fluid channel;

상기 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 시료에 포함된 자성 나노 입자에 결합성 물질의 분리 방법을 제공한다.It provides a method of separating the binding material to the magnetic nanoparticles contained in the sample comprising; separating the material by binding to the magnetic nanoparticles.

본 발명은 또 다른 일 측면에서,In another aspect, the present invention

전도성 유체 채널;conductive fluid channels;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 자석;a magnet providing a magnetic field to the conductive fluid channel;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 고정된 자성나노입자; 및magnetic nanoparticles fixed to the conductive fluid channel using a magnetic field; and

상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자 결합 물질을 포함하는 시료를 공급하는 수단;means for supplying a sample comprising a magnetic nanoparticle binding material to the conductive fluid channel;

을 포함하는 시료 분리 장치를 제공한다. It provides a sample separation device comprising a.

본 발명은 또 다른 일 측면에서, In another aspect, the present invention

전도성 유체 채널을 제공하는 단계;providing a conductive fluid channel;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;providing a magnetic field to the conductive fluid channel;

상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계; fixing magnetic nanoparticles to the conductive fluid channel using a magnetic field;

상기 전도성 유체 채널에 병원성 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;providing a sample containing a pathogenic substance to the conductive fluid channel;

상기 병원성 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 병원성 물질의 분리 방법을 제공한다.It provides a method for separating pathogenic substances, comprising the step of separating the pathogenic substance by binding to the magnetic nanoparticles.

본 발명은 또 다른 일 측면에서, In another aspect, the present invention

전도성 유체 채널 내에 형성된 안정적인 자성입자 가상그물구조를 이용하여, 신속하고 간편하게 다중 병원성 미생물을 종별로 포집하는 방법을 제공한다.A method for rapidly and simply collecting multiple pathogenic microorganisms by species using a stable virtual network structure of magnetic particles formed in a conductive fluid channel is provided.

본 발명은 또 다른 일 측면에서, In another aspect, the present invention

자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자를 그물 구조로 고정한 채널을 이용하여 시료에 포함된 물질을 분리하는 방법을 제공한다. Provided is a method for separating substances contained in a sample using a channel in which magnetic nanoparticles are fixed in a network structure in a flow path by a magnetic field.

본 발명은 또 다른 일 측면에서,In another aspect, the present invention

전도성 물질을 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계; 자기장하에서 전도성 유체 채널 내에 병원성 미생물과 결합 가능한 자성입자를 배열시켜 가상그물을 형성시키는 단계; 및 가상그물에 병원성 미생물을 포함하는 액체 시료를 주입하여 병원성 미생물-입자 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 병원성 미생물의 포집 방법을 제공한다.providing a fluid channel comprising a conductive material; forming a virtual net by arranging magnetic particles capable of binding with pathogenic microorganisms in a conductive fluid channel under a magnetic field; and injecting a liquid sample containing pathogenic microorganisms into the virtual net to form a pathogenic microorganism-particle complex.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 전도성 유체 채널에서 채널을 자기장에 의해서 자기력선을 따라 고정된 상태에서 유체의 흐름을 따라서 자성나노입자가 이동할 경우, 자화된 자성나노입자의 이동으로 인해 자기장에 변화가 발생하게 되고, 이러한 자기장의 변화는 렌츠 법칙에 따라 전도성 채널에 전자기력을 유도하게 되어, 유도된 전자기력이 자기장과 함께 자성입자가 유체를 따라 흘러가는 것을 방해하게 된다. 이로 인해, 비전도성 유체 채널에서 고정된 자성 나노 입자에 비해서 더 높은 고정 효과를 나타낼 수 있다. Although not limited in theory, if the magnetic nanoparticles move along the flow of the fluid while the channel is fixed along the magnetic field lines by the magnetic field in the conductive fluid channel, the magnetic field changes due to the movement of the magnetized magnetic nanoparticles. , This change in the magnetic field induces an electromagnetic force in the conductive channel according to Lenz's law, and the induced electromagnetic force prevents the magnetic particles from flowing along the fluid along with the magnetic field. Due to this, it is possible to exhibit a higher fixation effect compared to the magnetic nanoparticles immobilized in the non-conductive fluid channel.

본 발명에 있어서, 전도성 유체 채널은 전도성 물질을 채널의 일부 또는 전체에 걸쳐 분포하도록 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질은 채널 자체, 외부, 또는 내부에 위치할 수 있다. In the present invention, the conductive fluid channel may include a conductive material to be distributed over part or all of the channel. For example, the conductive material may be located on the channel itself, outside, or inside the channel.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 전도성 유체 채널은 채널의 일부 또는 전부가 금속으로 이루어진 채널일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive fluid channel may be a channel in which a part or all of the channel is made of metal.

본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 전도성 유체 채널은 비전도성 유체 채널을 전도성 물질로 코팅하거나 전도성 부재로 둘러싼 유체 채널일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the conductive fluid channel may be a fluid channel in which a non-conductive fluid channel is coated with a conductive material or surrounded by a conductive member.

본 발명의 바람직한 일 실시에 있어서, 상기 전도성 채널은 비전도성 채널, 일 예로, 유리 채널을 전도성 박막, 예를 들어, 구리 박막으로 둘러싼 채널일 수 있다. 예를 들어 구리 박막이 접착제로 부착되거나 무전해 석출법으로 코팅된 유리 모세관을 사용할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the conductive channel may be a non-conductive channel, for example, a channel surrounding a glass channel with a conductive thin film, for example, a copper thin film. For example, a glass capillary to which a copper thin film is attached with an adhesive or coated by an electroless precipitation method may be used.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 물질은 자성 나노입자의 움직임에 의해서 유발된 자기장의 변화에 의해서 렌츠의 법칙에 따른 힘이 유도될 수 있는 한 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 구리, 철, 은, 금과 같은 금속성 물질일 수 있다.In the present invention, the conductive material is not particularly limited as long as a force according to Lenz's law can be induced by a change in a magnetic field induced by the movement of magnetic nanoparticles. For example, copper, iron, silver, gold It may be a metallic material such as

본 발명에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 자력에 반응하는 자성을 띤 나노 입자로 이해된다. In the present invention, the magnetic nanoparticles are understood to be magnetic nanoparticles that respond to magnetic force.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 1~1000나노미터, 바람직하게는 50~500나노미터이며, 보다 더 바람직하게는 하나의 세균에 여러 개의 입자들이 결합될 수 있도록 100~300나노미터 크기를 가지는 나노입자일 수 있다.In the practice of the present invention, the magnetic nanoparticles are 1 to 1000 nanometers, preferably 50 to 500 nanometers, and even more preferably 100 to 300 nanometers so that several particles can be bound to one bacterium. It may be nanoparticles having a size.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 자성입자는 자성 나노입자, 자성 나노입자 사슬, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 복합체, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 클러스터 또는 코팅된 자성 나노입자일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the magnetic particles may be magnetic nanoparticles, magnetic nanoparticle chains, a complex of magnetic nanoparticles and nonmagnetic nanoparticles, clusters of magnetic nanoparticles and nonmagnetic nanoparticles, or coated magnetic nanoparticles. have.

본 발명에 있어서, 상기 자성 나노입자는 자력에 의해서 자화되는 자성 나노입자 일 수 있으며, 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 채널을 가로질러 고정될 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 자성 나노입자는 자기력선을 따라서 가상 그물 형태로 고정될 수 있다. 상기 자성 나노 입자는 외부 자력을 제거하면 유체와함께 흘러가 채널 외부로부터 배출될 수 있다. In the present invention, the magnetic nanoparticles may be magnetic nanoparticles magnetized by magnetic force, and may be fixed across the channel along a magnetic force line passing through the channel. In the practice of the present invention, the magnetic nanoparticles may be fixed in the form of a virtual net along lines of magnetic force. When the external magnetic force is removed, the magnetic nanoparticles may flow together with the fluid and be discharged from the outside of the channel.

본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 자성 나노입자들은 공지된 방법을 통해서 제조해서 사용하는 것이 가능하며, 또한 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 나노입자는 사산화삼철(Fe3O4)와 같이 자력에 반응하여 자성을 띠는 미세입자일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the magnetic nanoparticles can be prepared and used by a known method, and can also be purchased and used commercially. For example, the magnetic nanoparticles may be fine particles exhibiting magnetism in response to a magnetic force, such as triiron tetraoxide (Fe 3 O 4 ).

본 발명에 있어서, 피분리 물질은 자기장에 의해서 채널에 고정된 자성 나노입자에 의해서 분리될 수 있는 한 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 피분리 물질은 고정된 자성 나노 입자에 의해 형성된 망상 구조에 의한 필터링, 자성 나노 입자와의 물리-화학적 결합, 항원-항체와 같은 생물학적 결합에 의해서 자성 나노 입자에 결합할 수 있다. In the present invention, the material to be separated is not particularly limited as long as it can be separated by magnetic nanoparticles fixed to the channel by a magnetic field. For example, the material to be separated may bind to the magnetic nanoparticles by filtering by the network structure formed by the immobilized magnetic nanoparticles, physico-chemical bonding with the magnetic nanoparticles, or biological binding such as antigen-antibody.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 피분리 물질은 병원성 미생물일 수 있다. 상기 병원성 미생물이란 식중독균을 포함할 수 있다. 상기 병원성 미생물은 식품 등에 포함되어 식중독을 일으킬 수 있는 식중독균일 수 있으며, 예를 들어, 장관출혈성 대장균 O157:H7, 병원대장균, 살모넬라균, 황색포도상구균, 장염비브리오, 리스테리아균, 캠필로벡터균, 바실러스세레우스균 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the material to be separated may be a pathogenic microorganism. The pathogenic microorganism may include food poisoning bacteria. The pathogenic microorganism may be food poisoning bacteria that can cause food poisoning by being included in food, for example, enterohemorrhagic E. coli O157:H7, hospital E. coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, enteritis vibrio, Listeria, Campylo vector, Bacillus It may be cereus, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 피분리 물질이 병원성 미생물일 경우, 상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 병원성 미생물과 결합 가능한 자성나노입자일 수 있다. 병원성 미생물과 결합 가능한 자성 나노 입자는 자성입자 및 이의 표면에 배치된 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자는 병원성 미생물과 결합할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, when the material to be separated is a pathogenic microorganism, the magnetic nanoparticles may be magnetic nanoparticles capable of binding to the pathogenic microorganism contained in the sample. The magnetic nanoparticles capable of binding to the pathogenic microorganism may include a magnetic particle and an antibody, an aptamer or a molecularly imprinted polymer disposed on the surface thereof, and the antibody, the aptamer or the molecularly imprinted polymer may bind to the pathogenic microorganism.

본 발명에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 피분리 물질 중 일부의 물질에 선택적으로 결합할 수 있으며, 이를 이용하여 시료에 포함된 물질의 선택적 분리가 가능하게 된다. 일 예로, 각 미생물들을 선택적으로 포집하는 자성입자를 이용하여 채널 내에 다중 가상그물을 형성시킬 경우, 다중 병원성 미생물을 종별로 별도의 위치에서 포집할 수 있다. In the present invention, the magnetic nanoparticles can selectively bind to some of the substances to be separated, and by using this, it is possible to selectively separate the substances included in the sample. For example, when a multi-virtual net is formed in a channel using magnetic particles that selectively collect each microbe, multiple pathogenic microbes may be captured at separate locations for each species.

본 발명에 있어서, 상기 자기장은 채널 외부에 위치하는 자석에 의해서 제공될 수 있다. 상기 자기장은 유로의 외부에 위치하는 자석에 의해서 형성될 수 있으며, 바람직하게는 자석은 별도의 외부 전원 없이 지속적으로 자기장을 인가할 수 있도록 영구 자석을 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the magnetic field may be provided by a magnet located outside the channel. The magnetic field may be formed by a magnet positioned outside the flow path, and preferably, a permanent magnet may be used as the magnet to continuously apply a magnetic field without a separate external power source.

본 발명에 있어서, 상기 자석은 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 배열된 자성 나노 입자들이 채널을 가로질러 그물 형태를 이룰 수 있도록, N극과 S극이 채널을 중심으로 대향하여 배치되는 것이 바람직하다. In the present invention, the magnet is preferably arranged so that the magnetic nanoparticles arranged along the magnetic force line passing through the channel can form a net across the channel, the N pole and the S pole are arranged opposite to the center of the channel.

본 발명에 있어서, 상기 외부 자기장의 자기력선은 유체 채널의 단면을 자성입자로 채울 수 있는 그물 모양을 갖는다. 상기 자기장이 유체 채널의 단면을 채우지 못하면 병원성 미생물이 입자와 결합하지 못하고 유체 채널의 빈공간으로 통과하여 포집되지 못하는 문제가 생길 수 있다.In the present invention, the magnetic force line of the external magnetic field has a net shape that can fill the cross section of the fluid channel with magnetic particles. If the magnetic field does not fill the cross section of the fluid channel, there may be a problem in that the pathogenic microorganisms cannot bind to the particles and pass through the empty space of the fluid channel and cannot be captured.

본 발명에 의하면 전도성 유체 채널 내에 형성된 안정적인 자성입자 가상그물구조를 이용하여, 신속하고 간편하게 병원성 미생물을 포집할 수 있다.According to the present invention, pathogenic microorganisms can be quickly and conveniently captured by using a stable virtual network structure of magnetic particles formed in a conductive fluid channel.

또한, 각 미생물들을 선택적으로 포집하는 자성입자를 이용하여 채널 내에 다중 가상그물을 형성시킬 경우, 다중 병원성 미생물을 종별로 포집할 수 있다. 즉, 본 발명은 복잡한 처리 과정이나 고가의 장비 없이도 간단한 전도성 채널 및 자석, 자성입자를 이용하여 신속하게 병원성 미생물을 포집하고, 포집된 병원성 미생물을 다양한 검출법에 적용할 수 있어 활용범위가 넓은 방법을 제공할 수 있다.In addition, when multiple virtual nets are formed in a channel using magnetic particles that selectively trap each microorganism, multiple pathogenic microorganisms can be collected by species. That is, the present invention can rapidly capture pathogenic microorganisms using simple conductive channels, magnets, and magnetic particles without complicated processing steps or expensive equipment, and can apply the collected pathogenic microorganisms to various detection methods. can provide

도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 채널에 가상 그물이 형성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 채널에서 가상 그물이 작용하는 원리를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 채널에 형성된 가상그물을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 체널에 형성된 가상 그물을 이용하여 시료 내에 포함된 병원균을 분리하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에 따라, 시료를 주입하는 유량별 대장균의 포집효율을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 비교 실시 예에 따라, 각 유량에 대해 (가) 비전도성 유체 채널과 (나) 전도성 유체 채널 내 가상그물로부터 유출되는 자성입자의 누적량을 나타낸다.
도 7은 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널 내 가상그물의 대장균 포집효율을 나타낸다.
도 8은 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널에서 포집 실험 후 상태를 보여주는 사진이다. (a) 비전도성 유체 채널이며, (b) 전도성 유체 채널의 자성입자 그물 사진임(검은색 scale bar는 2 mm)
도 9은 종래 기술에 따른 분리 장치를 보여주는 도면이다. 1 is a view showing a state in which a virtual net is formed in a fluid channel according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the principle of action of a virtual net in a conductive fluid channel according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a virtual net formed in a fluid channel according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of isolating pathogens included in a sample using a virtual net formed in a conductive fluid channel according to an embodiment of the present invention.
5 shows the collection efficiency of E. coli according to the flow rate to which the sample is injected, according to an embodiment of the present invention.
6 shows the cumulative amount of magnetic particles flowing out from the virtual net in (A) non-conductive fluid channels and (B) conductive fluid channels for each flow rate, according to a comparative embodiment of the present invention.
7 shows the E. coli trapping efficiency of the virtual net in the non-conductive fluid channel and the conductive fluid channel.
8 is a photograph showing a state after a collection experiment in a non-conductive fluid channel and a conductive fluid channel. (a) Non-conductive fluid channel, (b) Magnetic particle net picture of conductive fluid channel (black scale bar is 2 mm)
9 is a view showing a separation device according to the prior art.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

전도성 유체 채널 제작Conductive Fluid Channel Fabrication

전도성 유체 채널은 유리 모세관 표면에 구리 박막을 코팅하여 제작한다. 유리 모세관의 길이는 100 mm이고, 단면은 직사각형이며 내부 채널의 크기는 높이 0.2 mm, 너비 2 mm 이다. 두께가 75 ㎛이고, 접착성을 가지는 구리 박막은 너비 10 mm, 길이 64 mm로 잘라 유리 모세관 바깥을 감싼다.Conductive fluid channels are fabricated by coating a thin copper film on the surface of a glass capillary. The length of the glass capillary is 100 mm, the cross section is rectangular, and the size of the inner channel is 0.2 mm in height and 2 mm in width. A thin copper film having a thickness of 75 μm and having an adhesiveness is cut into 10 mm wide and 64 mm long and wrapped around the outside of the glass capillary.

가상그물의 형성the formation of virtual nets

전도성 유체 채널의 위아래로 N극과 S극이 대향하도록 영구 자석을 배치하여 선형 자기력선을 형성하고, 전도성 유체 채널 내부로 항체가 고정된 산화철 자성나노입자를 주입하였다. 주입된 자성나노입자는 자기력선을 따라 배열되어 가상그물을 형성한다. 상기와 같은 방법에 의해 제조된 가상그물을 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 체널에 가상 그물이 형성된 상태를 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 체널에서 가상 그물이 작용하는 원리를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 체널에 형성된 가상그물을 보여주는 사진이다.Permanent magnets were placed above and below the conductive fluid channel so that the N and S poles were opposite to each other to form a linear magnetic force line, and magnetic iron oxide nanoparticles to which the antibody was fixed were injected into the conductive fluid channel. The injected magnetic nanoparticles are arranged along the magnetic field lines to form a virtual net. The virtual net manufactured by the above method is shown in FIGS. 1 to 3 . 1 is a view showing a state in which a virtual net is formed in a fluid channel according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing the principle of operation of a virtual net in a conductive fluid channel according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a photograph showing a virtual net formed in a fluid channel according to an embodiment of the present invention.

병원성 대장균 pathogenic E. coli 포집capture

실험은 식중독을 일으키는 병원성 대장균 [Escherichia coli O157:H7]을 대상으로 진행되었다. 제작한 가상그물에 대장균을 포함하는 증류수 시료를 흘려주어 대장균-자성나노입자 복합체를 형성시켰다. 이와 같은 과정을 개략적으로 도 4에 나타내었다.The experiment was conducted with pathogenic E. coli causing food poisoning [ Escherichia coli O157:H7]. A sample of distilled water containing E. coli was poured into the produced virtual net to form an E. coli-magnetic nanoparticle complex. Such a process is schematically shown in FIG. 4 .

이때 가상그물의 대장균 포집 효율을 파악하기 위해 대장균 시료 용액과 가상그물에 포집되지 못하고 빠져나온 대장균 용액을 수거하여 고체 배지에 도말한 뒤 16시간 배양하여 미포집된 대장균의 수를 측정하였다. 유량에 따른 가상그물의 포집효율을 도 5에 나타내었다. 도 5에 보이는 바와 같이, 유량이 증가할수록 가상그물의 포집 효율이 감소하는 경향이 있었으며, 분당 1.0 mL의 유량에서는 85 % 이상의 포집효율을 가지는 것을 알 수 있었다. At this time, in order to determine the E. coli collection efficiency of the virtual net, the E. coli sample solution and the E. coli solution that escaped without being captured in the virtual net were collected, spread on a solid medium, and cultured for 16 hours to measure the number of uncollected E. coli. The collection efficiency of the virtual net according to the flow rate is shown in FIG. 5 . As shown in FIG. 5, as the flow rate increased, the collection efficiency of the virtual net tended to decrease, and it was found that the collection efficiency was 85% or more at a flow rate of 1.0 mL per minute.

비교예comparative example

구리 박막이 코팅되지 않은 유리 모세관을 이용하여 실시 예와 같이 동일하게 가상그물을 형성시킨 뒤 유량에 따른 가상그물의 안정성을 비교하였다. After forming a virtual net in the same manner as in the Example using a glass capillary having a copper thin film uncoated, the stability of the virtual net according to the flow rate was compared.

실험 결과Experiment result

증류수를 이용한 비교시험Comparative test using distilled water

실시예와 비교예의 가상그물에 증류수를 유량 별로 주입하였을 때 채널 외부로 빠져나오는 자성입자의 양을 UV-Vis 분광법을 이용하여 측정하였다. 그 결과 도 6에 보이는 바와 같이, 비전도성 유체 채널 내 형성된 가상그물의 자성입자는 분당 0.3 mL의 유량에서 유출되기 시작한 반면, 전도성 유체 채널 내 형성된 가상그물의 자성입자는 분당 1 mL의 유량에서 유출되기 시작하였다. 이는 자성입자가 이동할 때 생기는 자기장의 변화가 렌츠 법칙에 따라 전도성 물질에 전자기력을 유도하였고, 이 전자기력이 자성입자의 이동을 방해하여 채널 외부로 유출되는 것을 막았기 때문이다. The amount of magnetic particles escaping out of the channel when distilled water was injected into the virtual nets of Examples and Comparative Examples for each flow rate was measured using UV-Vis spectroscopy. As a result, as shown in FIG. 6 , the magnetic particles of the virtual net formed in the non-conductive fluid channel started to flow out at a flow rate of 0.3 mL per minute, while the magnetic particles of the virtual net formed in the conductive fluid channel flowed out at a flow rate of 1 mL per minute. started to become This is because the change in the magnetic field generated when the magnetic particles move induces an electromagnetic force in the conductive material according to Lenz's law, and this electromagnetic force prevents the movement of the magnetic particles and prevents them from leaking out of the channel.

대장균 시료를 이용한 비교 시험Comparative test using E. coli samples

또한, 전도성 유체 채널 및 비전도성 유체 채널 내 가상그물에 분당 0.36 mL의 유량으로 대장균 시료를 주입한 뒤 포집 효율을 파악하여 도 7에 나타내었다. 그 결과 도 7에 보이는 바와 같이, 비전도성 유체 채널 내 자성입자가 유출됨에 따라 가상그물의 포집 효율이 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 반면, 전도성 유체 채널 내 자성입자는 유출되지 않아 90 % 이상의 포집 효율을 유지하는 것을 알 수 있다.In addition, after injecting the E. coli sample at a flow rate of 0.36 mL per minute into the virtual net in the conductive fluid channel and the non-conductive fluid channel, the collection efficiency was identified and shown in FIG. 7 . As a result, as shown in FIG. 7 , it can be seen that the collection efficiency of the virtual net gradually decreases as the magnetic particles in the non-conductive fluid channel flow out. On the other hand, it can be seen that the magnetic particles in the conductive fluid channel do not flow out, maintaining a collection efficiency of 90% or more.

사진 비교Compare photos

도 8에서 도시된 바와 같이, 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널에서 포집 실험 후 상태를 보여주는 사진이며, (a) 비전도성 유체 채널이며, (b) 전도성 유체 채널의 자성입자 그물 사진이다(검은색 scale bar는 2 mm). 비전도성 유체 채널 내 자성입자가 유출되어 그물구조의 밀도가 감소한 반면, 전도성 유체 채널에서는 채널내에서 자성입자가 그물구조의 밀도가 유지되었다. As shown in FIG. 8 , it is a photograph showing the state after the collection experiment in the non-conductive fluid channel and the conductive fluid channel, (a) the non-conductive fluid channel, and (b) the magnetic particle net photograph of the conductive fluid channel (black color) scale bar is 2 mm). In the non-conductive fluid channel, the density of the net structure was reduced due to the outflow of magnetic particles, whereas in the conductive fluid channel, the density of the net structure was maintained by the magnetic particles in the channel.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (15)

전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자에 결합되는 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
상기 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 시료에 포함된 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.providing a conductive fluid channel;
providing a magnetic field to the conductive fluid channel;
fixing magnetic nanoparticles to the conductive fluid channel using a magnetic field;
providing a sample including a material bound to magnetic nanoparticles in the conductive fluid channel;
Separating the magnetic nanoparticles-binding material contained in the sample comprising; separating the material by binding to the magnetic nanoparticles. 제1항에 있어서,
상기 전도성 유체 채널은 비전도성 유체 채널을 전도성 물질로 코팅하거나 전도성 부재로 둘러싼 유체 채널인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.According to claim 1,
The conductive fluid channel is a fluid channel coated with a conductive material or surrounded by a conductive member. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자성나노입자는 자성나노입자들, 자성 나노입자 사슬, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 복합체, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 클러스터 또는 코팅된 자성 나노입자인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The magnetic nanoparticles are magnetic nanoparticles, magnetic nanoparticle chains, complexes of magnetic nanoparticles and nonmagnetic nanoparticles, clusters of magnetic nanoparticles and nonmagnetic nanoparticles, or magnetic nanoparticles coated with magnetic nanoparticles A method for isolating a binding substance. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자성 나노입자는 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 채널을 가로질러 고정되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The magnetic nanoparticles are separated from magnetic nanoparticles binding material, characterized in that fixed across the channel along the magnetic force line passing through the channel. 제4항에 있어서,
상기 자성 나노 입자는 그물 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.5. The method of claim 4,
The magnetic nanoparticles are a separation method of magnetic nanoparticles binding material, characterized in that fixed in the form of a net. 제1항에 있어서,
피분리 물질은 병원성 미생물인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.According to claim 1,
A method for separating a magnetic nanoparticle-binding material, characterized in that the material to be separated is a pathogenic microorganism. 제6항에 있어서,
상기 병원성 미생물은 장관출혈성 대장균 O157:H7, 병원대장균, 살모넬라균, 황색포도상구균, 장염비브리오, 리스테리아균, 캠필로벡터균, 바실러스세레우스균에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.7. The method of claim 6,
The pathogenic microorganism is enterohaemorrhagic Escherichia coli O157:H7, Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, Vibrio enteritis, Listeria, Campylo vector, Bacillus cereus magnetic nanoparticle binding material, characterized in that at least one selected from separation method. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 병원성 미생물과 결합 가능하도록 표면에 배치된 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.8. The method of claim 6 or 7,
The magnetic nanoparticles are magnetic nanoparticles binding material separation method, characterized in that it comprises an antibody, an aptamer or a molecularly imprinted polymer disposed on the surface to be able to bind to the pathogenic microorganism contained in the sample. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 다종 병원성 미생물 중에서 특정 미생물에 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.8. The method of claim 6 or 7,
The magnetic nanoparticles are a method of separating a magnetic nanoparticle-binding material, characterized in that it selectively binds to a specific microorganism among a variety of pathogenic microorganisms included in the sample. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자기장은 채널 외부에 N극과 S극이 채널을 중심으로 대향하여 배치되는 자석에 의해서 발생되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.3. The method of claim 1 or 2,
The magnetic field is a separation method of magnetic nanoparticles binding material, characterized in that generated by a magnet disposed outside the channel to face the N pole and S pole with respect to the channel. 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 이용하여 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하는 방법.A method of separating a material to be separated in a sample using a conductive fluid channel in which magnetic nanoparticles are fixed in a flow path by a magnetic field. 전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 병원성 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
상기 병원성 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 병원성 물질의 분리 방법.providing a conductive fluid channel;
providing a magnetic field to the conductive fluid channel;
fixing magnetic nanoparticles to the conductive fluid channel using a magnetic field;
providing a sample containing a pathogenic substance to the conductive fluid channel;
Separating the pathogenic substance by binding to the magnetic nanoparticles; Separation method comprising a. 전도성 유체 채널;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 자석;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 고정된 자성나노입자; 및
상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자 결합 물질을 포함하는 시료를 공급하는 수단;을 포함하는 시료 분리 장치.conductive fluid channels;
a magnet providing a magnetic field to the conductive fluid channel;
magnetic nanoparticles fixed to the conductive fluid channel using a magnetic field; and
and means for supplying a sample including a magnetic nanoparticle binding material to the conductive fluid channel. 삭제delete 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자를 그물 구조로 고정한 채널을 이용하여 시료에 포함된 물질을 분리하고, 여기서, 상기 채널은 전도성 채널인 것을 특징으로 하는 분리 장치. Separation device, characterized in that the material contained in the sample is separated by using a channel in which magnetic nanoparticles are fixed to a flow path in a net structure by a magnetic field, wherein the channel is a conductive channel.
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