KR102316080B1 - Label-free electrochemical impedimetric immunosensor for sensitive detection of IgM rheumatoid factor in human serum - Google Patents

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KR102316080B1
KR102316080B1 KR1020190133775A KR20190133775A KR102316080B1 KR 102316080 B1 KR102316080 B1 KR 102316080B1 KR 1020190133775 A KR1020190133775 A KR 1020190133775A KR 20190133775 A KR20190133775 A KR 20190133775A KR 102316080 B1 KR102316080 B1 KR 102316080B1
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알 친나디아얄라 소마세카르
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

본 명세서는 TA-SAM/IDWμE 어레이에 IgG-Fc 단편 항체의 간단한 고정화를 수행함으로써 IgM-RF에 대한 전기 화학적 임피던스 측정 기반 면역 센서를 제조하는 방안을 개시한다. IDWμE 어레이에서 TA-SAM의 형성은 AFM 및 EIS를 통해 확인될 수 있다. TA-SAM은 고정된 IgG-Fc 단편의 생물학적 활성을 유지하면서 표적 IgG-Fc 단편을 고정화하는 생체 적합성 환경을 제공한다. 금 표면상의 IgG-Fc 단편의 공유결합은 바이오 전극에 상당한 안정성을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 센서는 0.60 IU mL-1의 검출 한계 및 1-200 IU mL-1의 동적 범위를 나타냈다. The present specification discloses a method for manufacturing an immunosensor based on electrochemical impedance measurement for IgM-RF by performing simple immobilization of an IgG-Fc fragment antibody on a TA-SAM/IDWμE array. The formation of TA-SAM in the IDWμE array can be confirmed via AFM and EIS. TA-SAM provides a biocompatible environment for immobilizing a target IgG-Fc fragment while maintaining the biological activity of the immobilized IgG-Fc fragment. The covalent binding of the IgG-Fc fragment on the gold surface provides significant stability to the bioelectrode. The biosensor according to an embodiment of the present invention exhibited a detection limit of 0.60 IU mL -1 and a dynamic range of 1-200 IU mL -1 .

Figure R1020190133775
Figure R1020190133775

Description

혈청내 IgM 류마티즘 인자를 민감하게 검출하기 위한 비표지 전기화학 임피던스 측정 면역센서 및 그 제조방법{Label-free electrochemical impedimetric immunosensor for sensitive detection of IgM rheumatoid factor in human serum}Label-free electrochemical impedance measuring immunosensor for sensitive detection of IgM rheumatoid factor in serum and method for manufacturing the same

본 발명은 류마티즘 인자를 검출하기 위한 방법, 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method, an apparatus, a computer program, and a computer-readable recording medium for detecting a rheumatoid factor.

류마티스 관절염(Rheumatoid arthritis; RA)은 노인 인구의 관절 및 통증을 유발하는 점진적이고 및 만성적인 염증성 자가 면역 질환이며, 전 세계 인구의 거의 1 %에 영향을 미치는 가장 흔한 자가 면역 질환이다.Rheumatoid arthritis (RA) is a progressive and chronic inflammatory autoimmune disease that causes joint and pain in the elderly population, and is the most common autoimmune disease affecting nearly 1% of the global population.

류마티스 관절염은 면역 기능 장애의 결과로 발생하며, 여기서 변형된 자기-에피토프(self-epitopes) 자체는 숙주 면역계에 의해 생성된 자가항체(autoantibodies; AAb)의 표적으로서 작용한다. 류마티스 관절염에서 AAb 생성을 유발하는 인과 경로와 표적 단백질 중 일부가 밝혀지고 있다. 류마티스 관절염 환자의 혈청에서 일반적으로 검출되는 AAb는 류마티스 인자 (rheumatoid factors; RF) 및 ACPA(anti-citrullinated peptide antibodies)로 구성된다. RF는 주로 환자 자신의 IgG 항체 분자 내에서 Fc 단편에 대한 IgM, IgA 및 IgG 항체로 구성된다. 인간 혈청에서 류마티스 인자의 기준 레벨은 15 내지 20 IU mL-1이다. IgM 아이소타입(IgM RF)은 다가로(polyvalency) 인해 류마티스 관절염 진단에서 가장 유병률이 높으며 응집 반응에 더 효과적이다. 류마티스 관절염의 진단, 진행 및 조기 예측을 위해 IgM-RF의 세심한 검출이 필요하다. ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay), 응집 시험(e.g., LAT(latex agglutination test) 및 적혈구 응집 시험)과 같은 방법들이 RF를 탐지하기 위한 방법으로 사용되고 있다. Rheumatoid arthritis occurs as a result of immune dysfunction, in which altered self-epitopes themselves act as targets for autoantibodies (AAbs) produced by the host immune system. Some of the causal pathways and target proteins leading to AAb production in rheumatoid arthritis are being elucidated. AAbs, which are normally detected in the serum of rheumatoid arthritis patients, are composed of rheumatoid factors (RF) and anti-citrullinated peptide antibodies (ACPA). RF consists mainly of IgM, IgA and IgG antibodies to Fc fragments within the patient's own IgG antibody molecule. The baseline level of rheumatoid factor in human serum is 15 to 20 IU mL −1 . The IgM isotype (IgM RF) has the highest prevalence in the diagnosis of rheumatoid arthritis due to its polyvalency and is more effective for agglutination. Careful detection of IgM-RF is required for diagnosis, progression and early prediction of rheumatoid arthritis. Methods such as enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), agglutination test (eg, latex agglutination test (LAT) and hemagglutination test) are used as methods for detecting RF.

응집 반응은 간단하고 신속한 진단 분석이지만, 상당한 변동성을 보이고 검출 한계가 높으며 정량적 결과를 제공하지 않는다. 한편, ELISA는 비싸고 허위양성 또는 허위음성 결과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 장애에도 불구하고, 이러한 분석 방법의 감도, 동적 범위, 신뢰성, 비용 및 측정 속도를 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다. Aggregation reactions are simple and rapid diagnostic assays, but show significant variability, have high detection limits, and do not provide quantitative results. On the other hand, ELISA is expensive and is known to give false positive or false negative results. Despite these obstacles, efforts continue to improve the sensitivity, dynamic range, reliability, cost, and measurement speed of these analytical methods.

전기 화학적 센서 제조에 나노/마이크로 전극 및 소형 감지 트랜스듀서가 도입됨에 따라 검출 성능이 향상되고 있다. 나아가, 마이크로-제조 산업은 낮은 검출 한계와 상당한 동적 범위를 가진 극도로 섬세한 마이크로 전극을 제작할 수 있는 엄청난 능력을 보여주고 있다.Detection performance is improving with the introduction of nano/micro electrodes and miniature sensing transducers in the manufacture of electrochemical sensors. Furthermore, the micro-manufacturing industry is showing tremendous ability to fabricate extremely delicate microelectrodes with low detection limits and significant dynamic range.

이러한 점에서, 본 명세서에서는 티옥산이 기능화된 자기 조립 단층(thioctic acid- functionalized self-assembled monolayer; TA-SAM)을 이용한 교차식 웨이브타입 마이크로 전극 어레이(interdigitated wave type microelectrode array; IDWμE)에 RF 항원을 고정하여 전기화학적 임피던스 면역센서를 제조하는 방법을 제공한다.In this regard, in the present specification, RF antigens on an interdigitated wave type microelectrode array (IDWμE) using a thioctic acid-functionalized self-assembled monolayer (TA-SAM) It provides a method of manufacturing an electrochemical impedance immunosensor by fixing it.

상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 바이오 전극은 전극 어레이상에 형성되며 항체가 결합된 센싱 영역을 포함하고, 상기 센싱 영역은 마이크로 미터 단위의 간격을 가지며 웨이브 형상으로 패턴화된다.A bio-electrode according to an embodiment for solving the above problems is formed on an electrode array and includes a sensing region to which an antibody is bound, and the sensing region has an interval of micrometers and is patterned in a wave shape.

상기 센싱영역에는 TA(thioctic acid)가 기능화된 SAM(self-assembled monolayer)이 고정될 수 있다. 상기 센싱영역에는 인간 IgG-Fc 단편이 상기 SAM(self-assembled monolayer)에 공유 결합될 수 있다. 상기 센싱영역에는 BSA(Bovine Serum Albumin)가 상기 SAM(self-assembled monolayer)에 고정될 수 있다. 상기 센싱 영역에서 상기 웨이브 형상의 패턴 간의 간격은 1μm 내지 20μm 일 수 있으며, 바람직하게는 상기 센싱 영역에서 상기 웨이브 형상의 패턴 간의 간격은 7μm일 수 있다.A self-assembled monolayer (SAM) functionalized with thioctic acid (TA) may be immobilized on the sensing region. In the sensing region, a human IgG-Fc fragment may be covalently bound to the self-assembled monolayer (SAM). In the sensing region, bovine serum albumin (BSA) may be fixed to the self-assembled monolayer (SAM). The interval between the wave-shaped patterns in the sensing region may be 1 μm to 20 μm, and preferably, the interval between the wave-shaped patterns in the sensing region may be 7 μm.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 바이오 센서는 앞서 설명된 전극을 포함하여 제조될 수 있다.In addition, the biosensor according to an embodiment for solving the above problems may be manufactured including the electrode described above.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 바이오 전극은 (a) 전극 어레이를 제조하는 단계; (b) 상기 전극 어레이에 TA(thioctic acid)가 기능화된 SAM(self-assembled monolayer)를 고정시키는 단계; 및 (c) 상기 SAM에 인간 IgG-Fc 단편을 고정시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. In addition, a bio-electrode according to an embodiment for solving the above problem may include: (a) manufacturing an electrode array; (b) immobilizing a self-assembled monolayer (SAM) functionalized with thioctic acid (TA) on the electrode array; and (c) immobilizing a human IgG-Fc fragment to the SAM.

상기 TA가 기능화된 SAM을 고정시키는 단계는, 상기 전극 어레이를 TA 용액에 침지하여 TA가 기능화된 SAM을 상기 전극 어레이에 고정하는 단계; 및 상기 전극 어레이를 세척하여 상기 전극 어레이에 결합되지 않은 티올 모이어티(thiol moieties)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The fixing of the TA-functionalized SAM may include: immersing the electrode array in a TA solution to fix the TA-functionalized SAM to the electrode array; and washing the electrode array to remove thiol moieties not bound to the electrode array.

상기 TA가 기능화된 SAM을 고정시키는 단계는, 상기 전극 어레이를 에탄올에 넣고 초음파 처리하여 헹굼을 수행하는 단계; 전극을 다시 에탄올 및 탈이온수로 헹굼을 수행하는 단계; 및 상기 전극 어레이를 N2가스로 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The fixing of the TA-functionalized SAM may include: rinsing the electrode array in ethanol and sonicating it; rinsing the electrode again with ethanol and deionized water; and drying the electrode array with N 2 gas.

상기 SAM에 인간 IgG-Fc단편을 고정시키는 단계는, 인간 IgG-Fc 단편 용액을 상기 전극 어레이에 제공하는 단계; 및 상기 전극 어레이 표면이 건조되는 것을 방지하기 위해, 상기 전극 어레이를 항습 챔버(humid chamber)에 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.The immobilizing of the human IgG-Fc fragment to the SAM may include: providing a human IgG-Fc fragment solution to the electrode array; and maintaining the electrode array in a humid chamber to prevent the surface of the electrode array from drying out.

상기 SAM에 인간 IgG-Fc단편을 고정시키는 단계는, 상기 SAM에 인간 IgG-Fc단편이 고정된 전극 어레이를 PBS(Phosphate-buffered saline)로 세척하여, 상기 전극 어레이에 결합되지 않은 IgG-Fc 단편을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step of immobilizing the human IgG-Fc fragment to the SAM, the electrode array in which the human IgG-Fc fragment is immobilized to the SAM is washed with PBS (Phosphate-buffered saline), and the IgG-Fc fragment not bound to the electrode array is washed. It may further include the step of removing

또한, 일 실시예에 따른 전극 제조 방법은 (d) 상기 SAM에 BSA(Bovine Serum Albumin)를 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Also, the electrode manufacturing method according to an embodiment may further include (d) fixing bovine serum albumin (BSA) to the SAM.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 류마티즘 인자 검출 방법은 인간 혈청 샘플을 희석하여 희석액을 제조하는 단계; 상기 희석액을 바이오 전극에 적용하는 단계; 상기 바이오 전극을 항습챔버에서 배양하는 단계; 상기 배양된 바이오 전극을 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 분석하여 생성된 임피던스 신호에 기반하여 상기 인간 혈청 샘플에서의 IgM-RF(rheumatoid factors)의 농도를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 바이오 전극의 센싱영역에는 TA(thioctic acid)가 기능화된 SAM(self-assembled monolayer)이 고정되어 있고, 상기 SAM(self-assembled monolayer)에는 인간 IgG-Fc 단편이 공유 결합될 수 있다.In addition, the method for detecting a rheumatism factor according to an embodiment for solving the above problems comprises the steps of diluting a human serum sample to prepare a diluent; applying the diluent to the bio-electrode; culturing the bio-electrode in a humidity chamber; and determining the concentration of IgM-RF (rheumatoid factors) in the human serum sample based on an impedance signal generated by analyzing the cultured bio-electrode by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). A self-assembled monolayer (SAM) functionalized with thioctic acid (TA) is fixed to the sensing region of the bioelectrode, and a human IgG-Fc fragment may be covalently bound to the self-assembled monolayer (SAM).

본 명세서에 기재된 기술적 사항에 따라, 사용자는 티옥산이 기능화된 자기 조립 단층(thioctic acid- functionalized self-assembled monolayer; TA-SAM)을 이용한 교차식 웨이브타입 마이크로 전극 어레이(interdigitated wave type microelectrode array; IDWμE)에 RF 항원을 고정하여 전기화학적 임피던스 면역센서를 제조할 수 있게 된다.According to the technical details described herein, a user can use an interdigitated wave type microelectrode array (IDWμE) using a thioctic acid-functionalized self-assembled monolayer (TA-SAM). ), it is possible to manufacture an electrochemical impedance immunosensor by fixing the RF antigen.

본 발명에 따른 TA-변형된 미세 전극 표면의 SAM은 IgM 검출을 위한 적절한 감지 플랫폼을 제공하고 고정된 IgG-Fc의 생물학적 활성을 적절히 보존할 수 있는 효과를 제공한다.The SAM on the surface of the TA-modified microelectrode according to the present invention provides an appropriate sensing platform for IgM detection and provides the effect of properly preserving the biological activity of immobilized IgG-Fc.

또한, 본 발명에 따른 센서는 축소 (3.5 x 14 mm)되었으며 POC 응용 분야의 IgM-RF를 감지하는 휴대용 면역 감지 시스템을 개발하기 위해 통합될 수 있는 점에서 소형화되고 휴대 가능한 바이오 센서를 제조할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the sensor according to the present invention is reduced (3.5 x 14 mm) and can be integrated to develop a portable immune sensing system to detect IgM-RF for POC applications, making it possible to fabricate a miniaturized and portable biosensor. provides an effect.

도 1은 IDWμE의 이미지와 그 제작 방법을 도시하는 개념도이다.
도 2는 IDWμE 전극 어레이에서의 티옥산의 XPS 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 3은 베어 IDWμE (a), TA-SAM/IDWμE (b), IgG-Fc/EDC/NHS/TA-SAM/IDWμE (c) 및 IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE (d)의 AFM 이미지를 도시하는 도면이다.
도 4는 전극의 변화에 따른 CV(Cyclic voltammograms) 곡선을 도시하는 도면이다.
도 5는 IDWμE 어레이 표면의 서로 다른 변형 단계에서의 임피던스 크기 및 위상의 보드선도를 도시하는 도면이다.
도 6은 BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 어레이의 임피던스 응답 및 1X PBS로 희석된 IgM-RF 농도의 증가에 따른 측정값과 Rct 선형 캘리브레이션 플롯을 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 랜들 회로 모델의 파라미터를 도시하는 도면이다.
도 8은 전기 화학 IgM-RF 면역 센서의 선택성 및 저장 안정성을 도시하는 도면이다.
도 9는 인간 혈청에 희석된 IgM-RF(HS-IgM-RF) 농도의 증가와 관련하여 측정된 BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 어레이의 임피던스 응답과 Rct의 선형 캘리브레이션 플롯을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 제조 장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 류마티즘 인자 검출 장치의 블록도이다.
1 is a conceptual diagram showing an image of IDWμE and a method of manufacturing the same.
2 is a diagram showing the XPS spectrum of thioxane in the IDWμE electrode array.
3 shows bare IDWμE (a), TA-SAM/IDWμE (b), IgG-Fc/EDC/NHS/TA-SAM/IDWμE (c) and IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE It is a figure showing the AFM image of (d).
4 is a diagram illustrating a CV (Cyclic voltammograms) curve according to a change in an electrode.
5 is a diagram showing a Bode diagram of the impedance magnitude and phase at different stages of deformation of the IDWμE array surface.
6 is a diagram showing the impedance response of the BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE array and the measured values and R ct linear calibration plots with increasing concentration of IgM-RF diluted with 1X PBS.
7 is a diagram illustrating parameters of a randle circuit model according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram showing the selectivity and storage stability of an electrochemical IgM-RF immune sensor.
9 shows a linear calibration plot of the impedance response and R ct of the BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE arrays measured in association with increasing concentrations of diluted IgM-RF (HS-IgM-RF) in human serum. is a drawing that
10 is a block diagram of an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a block diagram of an apparatus for detecting a rheumatism factor according to an embodiment of the present invention.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시 되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. The following is merely illustrative of the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art can devise various devices that, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that all conditional terms and examples listed herein are, in principle, expressly intended only for the purpose of understanding the inventive concept and are not limited to the specifically enumerated embodiments and states as such. .

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The above-described objects, features and advantages will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the invention pertains will be able to easily practice the technical idea of the invention. .

명세서 및 청구범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 및 "제 4" 등의 용어는, 만약 있는 경우, 유사한 구성요소 사이의 구분을 위해 사용되며, 반드시 그렇지는 않지만 특정 순차 또는 발생 순서를 기술하기 위해 사용된다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 시퀀스로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 여기서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다. In the specification and claims, terms such as "first," "second," "third," and "fourth," are used, if any, to distinguish between like elements, and are not necessarily used in a specific sequence. or to describe the order of occurrence. It will be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances to enable the embodiments of the invention described herein to operate, for example, in sequences other than those shown or described herein. Likewise, where methods are described herein as comprising a series of steps, the order of those steps presented herein is not necessarily the order in which those steps may be executed, and any described steps may be omitted and/or Any other steps not described may be added to the method.

또한 명세서 및 청구범위의 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "바닥", "위에", "아래에" 등의 용어는, 설명을 위해 사용되는 것이며, 반드시 불변의 상대적 위치를 기술하기 위한 것은 아니다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 방향으로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 여기서 사용된 용어 "연결된"은 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 접속되는 것으로 정의된다. 여기서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다. 여기서 "일실시예에서"라는 문구의 존재는 반드시 그런 것은 아니지만 동일한 실시예를 의미한다.Also, terms such as "left", "right", "front", "behind", "top", "bottom", "above", "below" in the specification and claims are used for descriptive purposes, It is not necessarily intended to describe an invariant relative position. It will be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances to enable the embodiments of the invention described herein to operate otherwise than, for example, as shown or described herein. As used herein, the term “connected” is defined as being directly or indirectly connected in an electrical or non-electrical manner. Objects described herein as being "adjacent" to one another may be in physical contact with one another, in proximity to one another, or in the same general scope or area as appropriate for the context in which the phrase is used. The presence of the phrase “in one embodiment” herein refers to the same, but not necessarily, embodiment.

또한 명세서 및 청구범위에서 '연결된다', '연결하는', '체결된다', '체결하는', '결합된다', '결합하는' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. In addition, in the specification and claims, references to 'connected', 'connecting', 'fastened', 'fastening', 'coupled', 'coupled', etc., and various variations of these expressions, refer to other elements directly It is used in the sense of being connected or indirectly connected through other components.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.In addition, the suffixes "module" and "part" for the components used in this specification are given or mixed in consideration of the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.

또한 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In addition, the terms used herein are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprise' and/or 'comprising' means that a referenced component, step, operation and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or addition is not excluded.

또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.In addition, in the description of the invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the invention may unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서는 임피던스계 교차식 웨이브 타입 마이크로 전극 어레이 (impedimetric-interdigitated wave type microelectrode array; IDWμE)에 기반한 류마티즘성 인자-면역 글로불린 M(rheumatoid factor-Immunoglobulin M; IgM-RF)의 비-표지(label-free) 직접 검출 방법을 개시한다. IDWμE는 항원 고정화(immobilization)를 위해 티옥산(thioctic acid; TA)의 자기 조립 단층 (self-assembled monolayer; SAM)으로 기능화될 수 있다. SAM으로 기능화된 IDWμE는 원자력 현미경, 에너지 분산 X선 분광법 및 X선 광전자 분광법에 의해 특징지어질 수 있다.In the present specification, rheumatoid factor-Immunoglobulin M (IgM-RF) based on an impedimetric-interdigitated wave type microelectrode array (IDWμE) is non-label- free) direct detection method is disclosed. IDWμE can be functionalized as a self-assembled monolayer (SAM) of thioctic acid (TA) for antigen immobilization. IDWμE functionalized with SAM can be characterized by atomic force microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy.

자기 조립 단층은 생체 재료의 활성을 유지할 수 있는 재현성(reproducible), 초박형(ultrathin), 정렬성(ordered) 및 방향성(oriented)을 가진 단층을 생성하는 가장 간단한 방법을 제공한다. 금 또는 은의 금속성 표면과 접촉하는 황-함유 화합물로부터 자연적으로 만들어지는 본 발명의 단층은 생체 분자 고정을 위한 적절한 플랫폼을 제공한다. 숙신이미드(succinimide)와 함께 카르보디이미드(carbodiimide) 활성화를 사용하여 SAM 형성 화합물의 카르복실산 말단 작용기에 단백질/항체를 부착시킬 수 있다.Self-assembled monolayers provide the simplest method for generating reproducible, ultrathin, ordered and oriented monolayers capable of maintaining the activity of biomaterials. The monolayers of the present invention, made naturally from sulfur-containing compounds in contact with metallic surfaces of gold or silver, provide a suitable platform for biomolecular immobilization. Carbodiimide activation with succinimide can be used to attach proteins/antibodies to the carboxylic acid end functional groups of SAM-forming compounds.

SAM 변형된 전극 어레이 상에 IgG-Fc의 공유결합에 의한 고정화(covalent immobilization)는 AFM(Atomic force microscopy)을 통해 형태학적으로 특성화되었고, 순환 전압 전류법 및 전기 화학적 임피던스 분광법을 통해 전기 화학적으로 특성화되었다. 인간 IgG-Fc 단편에서 Fc(fragment, crystallizable) 단편은 항체 분자의 기능적인 단편 중 하나다. 인간 IgG-Fc 단편을 코딩하는 유전자는 업계에서 공지된 서열을 사용할 수 있다.The covalent immobilization of IgG-Fc on the SAM-modified electrode array was morphologically characterized by atomic force microscopy (AFM) and electrochemically characterized by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. became In the human IgG-Fc fragment, an Fc (fragment, crystallizable) fragment is one of the functional fragments of an antibody molecule. For the gene encoding the human IgG-Fc fragment, a sequence known in the art may be used.

산화 환원 프로브 (페로시안화 칼륨 및 페리시안화 칼륨)의 존재 하에서의 임피던스 측정은 IgM-RF 결합시 임피던스 스펙트럼 및 전하 전달 저항 둘 모두에서 유의미한 변화를 보여주었다. SAM의 친수성에 의해 유도되는 TA의 빠른 운동에 의하여 헥사시아노철산염[Fe(CN)6 4-/3-]을 산화 환원 프로브로서 사용하는 것이 제안된다.Impedance measurements in the presence of redox probes (potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide) showed significant changes in both impedance spectra and charge transfer resistance upon IgM-RF binding. It is proposed to use hexacyanoferrate [Fe(CN) 6 4-/3- ] as a redox probe due to the fast movement of TA induced by the hydrophilicity of SAM.

임피던스 측정은 1 내지 200 IU mL-1 사이에서의 IgM-RF 농도 증가에서 산화 환원 프로브 및 인간 혈청 각각에 대해 표적 특이적이고 선형적이었다. Impedance measurements were target specific and linear for redox probes and human serum, respectively, at increasing IgM-RF concentrations between 1 and 200 IU mL −1 .

센서는 산화 환원 프로브의 존재 하에서 0.6 IU mL-1의 검출 한계를 나타내고, 인간 혈청에서 0.22 IU mL-1의 검출 한계를 나타냈다. 바이오 센서는 IgM-RF 검출에 대해 허용 가능한 선택성으로 우수한 재현성(relative standard deviation;RSD, 4.96%) 및 반복성 (RSD, 2.31%)을 나타냈다. 센서는 또한 1X PBS 및 4°C에서 3주 동안 우수한 안정성을 보여주었다. 따라서, 현장 치료 애플리케이션에서 IgM-RF를 감지하는 감지 시스템을 개발하기 위해 IDWμE 특성을 나타내는 민감하고 안정적인 면역 센서가 소형 퍼텐시오스타트(potentiostat)와 통합될 수 있다.The sensor exhibited a detection limit of 0.6 IU mL -1 in the presence of a redox probe and a detection limit of 0.22 IU mL -1 in human serum. The biosensor showed good relative standard deviation (RSD, 4.96%) and repeatability (RSD, 2.31%) with acceptable selectivity for IgM-RF detection. The sensor also showed good stability for 3 weeks in 1X PBS and 4 °C. Therefore, a sensitive and stable immune sensor exhibiting IDWμE properties can be integrated with a miniature potentiostat to develop a sensing system to detect IgM-RF in point-of-care applications.

화학 물질 및 시약Chemicals and reagents

류마티스 인자 항체(IgM; ≥ 95 %, 1428 IU mL-1) 및 류마티스 인자 항원 (인간 IgG의 Fc 단편, IgG-Fc; 90 %, 1.760 mg mL-1)은 EastCoast Bio (North Berwick, USA)와 Arotec Diagnostics (Wellington, New Zealand)에서 구입하였다. 티오크산(Thioctic acid) 99.9 %는 EDQM (Strasbourg, France)에서 구입하였다. 페로시아나이드 칼륨(K4[Fe(CN)6]·3H2O), 페리시아나이드 칼륨(K3([Fe(CN)6]) 및 인간 혈청은 Sigma-Aldrich (USA)로부터 구입하였다. Rheumatoid factor antibody (IgM; ≥ 95 %, 1428 IU mL -1 ) and rheumatoid factor antigen (Fc fragment of human IgG, IgG-Fc; 90 %, 1.760 mg mL -1 ) were prepared with EastCoast Bio (North Berwick, USA) It was purchased from Arotec Diagnostics (Wellington, New Zealand). Thioctic acid 99.9% was purchased from EDQM (Strasbourg, France). Potassium ferrocyanide (K 4 [Fe(CN) 6 ]·3H 2 O), potassium ferricyanide (K 3 ([Fe(CN) 6 ]) and human serum were purchased from Sigma-Aldrich (USA).

인산염 완충 식염수(Phosphate-buffered saline, PBS)로 137mM NaCl, 2.7mM KCl, 4.3mM Na2HPO4 및 1.4mM KH2PO4를 함유하고 pH 7.4인 PBS와 0.05 % Tween-20 및 0.5 % BSA(Bovine Serum Albumin)를 함유하는 PBS를 Tech and Innovation (강원, 한국)으로부터 조달하였다. 완충액은 Purescience (중원, 한국)에서 제공한 탈이온수(DI water, 18.2MΩ cm)를 사용하여 준비되었다. 다른 모든 화학 물질은 분석 시약 등급이며 추가 정제없이 사용되었다.Phosphate-buffered saline (PBS) containing 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na 2 HPO 4 and 1.4 mM KH 2 PO 4 , PBS pH 7.4 with 0.05% Tween-20 and 0.5% BSA ( PBS containing Bovine Serum Albumin) was procured from Tech and Innovation (Gangwon, Korea). The buffer was prepared using deionized water (DI water, 18.2 MΩ cm) provided by Purescience (Jungwon, Korea). All other chemicals are analytical reagent grade and were used without further purification.

도 1은 3.5 x 14 mm 크기로 제작된 IDWμE의 이미지를 도시한다. 도 1의 c는 TA-SAM, IgG-Fc 단편, BSA 및 IgM-RF를 고정시킨 후 임피던스 스펙트럼의 고주파 반원으로부터 측정된 Rct에 기초한 임피던스 면역 센서의 감지 메커니즘을 도시하며, Cdl은 이중층 커패시턴스, Rct는 전하 전달 저항, Rs는 용액 저항을 나타낸다.1 shows an image of an IDWμE fabricated with a size of 3.5 x 14 mm. Fig. 1c shows the sensing mechanism of the impedance immune sensor based on R ct measured from the high-frequency semicircle of the impedance spectrum after fixing TA-SAM, IgG-Fc fragment, BSA and IgM-RF , C dl is the double layer capacitance , R ct is the charge transfer resistance, and R s is the solution resistance.

이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 전극의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a bioelectrode according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

IDWμE 어레이 제작IDWμE Array Fabrication

IgM-RF의 임피던스 측정을 위해, 유리 슬라이드 기판(3.5 x 14 mm)상에 금계 IDWμE 어레이(gold-based IDWμE array)가 마이크로 제작 기술을 사용하여 제조되었다. 전도성 Ti 및 Au (각각 25 및 50 nm의 두께를 가짐) 층은 전자빔 증발(electron beam evaporation)을 통해 증착되었다. IDWμE 어레이의 센싱 영역은 포토리소그래피(photolithography) 및 화학적 습식 에칭 공정(chemical wet etching process)을 통해 패턴화되었다. 센싱영역이 웨이브 형태로 패턴화 됨으로써 기존의 직사각형 센싱 영역보다 모서리 효과를 극복하여 측정 범위가 향상되었다. IDWμE 어레이의 센싱 영역은 간격 및 폭이 1μm 내지 20μm으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 7μm일 수 있다. 또한, 400μL의 웰(well) 용량을 가진 96-웰 폴리스티렌 세포 배양 플레이트가 임피던스 스펙트럼 측정을 위한 전해질 저장소로 사용되었고, 나아가 전도성 IDWμE 어레이 패드를 퍼텐시오스타트에 연결하기 위한 어댑터로도 사용되었다.For the impedance measurement of IgM-RF, a gold-based IDWμE array on a glass slide substrate (3.5 x 14 mm) was fabricated using a microfabrication technique. Conductive Ti and Au (with a thickness of 25 and 50 nm, respectively) layers were deposited via electron beam evaporation. The sensing region of the IDWμE array was patterned through photolithography and chemical wet etching process. As the sensing area is patterned in a wave shape, the measurement range is improved by overcoming the edge effect compared to the conventional rectangular sensing area. The sensing region of the IDWμE array may have a spacing and a width of 1 μm to 20 μm, preferably 7 μm. In addition, a 96-well polystyrene cell culture plate with a well capacity of 400 μL was used as an electrolyte reservoir for impedance spectral measurement, and further as an adapter for connecting a conductive IDWμE array pad to a potentiostat.

자기 조립 단층의 형성Formation of self-assembled monolayers

전극 어레이를 아세톤, 에탄올 및 물의 연속적인 용액들로 2 분간 초음파 처리를 통해 세정하고, 탈이온수(DI water)로 헹구고, 낮은 스트림의 N2 가스 하에서 불순물을 제거하였다. TA-SAM을 고정시키기 위해, 전극 어레이를 12 시간 동안 10mM TA 에탄올(99.5 %)에 침지시켰다. SAM 변형 후, 모든 결합되지 않은 티올 모이어티(thiol moieties)를 제거하기 위해 TA/IDWμE를 70% 에탄올과 탈이온수로 광범위하게 세척하였다. H-결합된 티올(thiol)을 제거하기 위해, 기판을 신선한 무수 에탄올(absolute ethanol)에 넣고 2분 동안 초음파 처리하여 추가의 헹굼을 수행하였다. 초음파 처리 직후, 전극을 다시 70 % 에탄올 및 초순수로 광범위하게 헹구고 N2 가스로 건조시켰다.The electrode array was cleaned via sonication for 2 minutes with successive solutions of acetone, ethanol and water, rinsed with DI water, and impurities removed under a low stream of N2 gas. To immobilize the TA-SAM, the electrode array was immersed in 10 mM TA ethanol (99.5%) for 12 h. After SAM modification, TA/IDWμE was extensively washed with 70% ethanol and deionized water to remove all unbound thiol moieties. To remove H-bonded thiol, the substrate was placed in fresh absolute ethanol and sonicated for 2 minutes to perform additional rinsing. Immediately after sonication, the electrodes were again rinsed extensively with 70% ethanol and ultrapure water and dried with N 2 gas.

원자힘 현미경(Atomic force microscopy, AFM) 및 에너지 분산 X-선 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX)Atomic force microscopy (AFM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)

주변 공기 스캐닝 프로브 현미경(XE-100 Park ystems, 대한민국)을 이용하여 AFM이 수행되었다. XEP 소프트웨어를 이용하여 일반적인 비접촉 모드로 이미지가 기록되었다. 원소 분석은 HORIBA EX 250이 장착된 스캐닝 전자 현미경(일본 전자 HITACHI S-4700)을 사용하여 수행되었다.AFM was performed using an ambient air scanning probe microscope (XE-100 Park ystems, Korea). Images were recorded in normal non-contact mode using XEP software. Elemental analysis was performed using a scanning electron microscope (Japan Electron HITACHI S-4700) equipped with a HORIBA EX 250.

X 선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)X-ray photoelectron spectroscopy

X- 선 광전자 분광법(XPS) 측정은 단색 Al Kα X-선 소스를 갖는 Thermo Electron Corporation(Waltham, Massachusetts, US) 분광기를 사용하여 수행되었다. 측량 스펙트럼을 먼저 기록하고, 이어서 영역 스캔을 S(2p) 및 C(1s) 광전자 결합 에너지 영역에 걸쳐 수행하였다. 200 eV 패스 에너지, 1 eV 스텝 사이즈, 50 ms 체류시간(dwell time) 및 400μm x 400μm X-선 스팟 사이즈가 측량 스캔(범위=1200에서 -5 eV)에 사용되었다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were performed using a Thermo Electron Corporation (Waltham, Massachusetts, US) spectrometer with a monochromatic Al K α X-ray source. Survey spectra were first recorded and then area scans were performed over the S(2p) and C(1s) optoelectronic binding energy regions. A 200 eV pass energy, 1 eV step size, 50 ms dwell time, and 400 μm x 400 μm X-ray spot size were used for the survey scans (range=1200 to -5 eV).

영역 스캔 (Au 4f, C 1s, S 2p, O1s)은 15-20 eV, 50 eV 패스 에너지, 1 eV 스텝 사이즈 및 50ms 체류 시간의 일반적인 대역폭을 나타냈다. 모든 XPS 스펙트럼은 셜리 배경 감산(Shirley background subtraction)이 적용된 표준 가우스 커브 핏(standard Gaussian curve fit)을 사용하여 분석되었다.Area scans (Au 4f, C 1s, S 2p, O1s) revealed typical bandwidths of 15-20 eV, 50 eV pass energies, 1 eV step size and 50 ms dwell time. All XPS spectra were analyzed using a standard Gaussian curve fit with Shirley background subtraction applied.

IgM-RF 바이오 전극의 제조Preparation of IgM-RF bioelectrodes

인간 IgG-Fc 단편(50 μgmL-1)을 TA-활성화된 표면 상에 공유결합적으로 고정시키기 위해, 인간 IgG-Fc 단편 용액 10 μL (50 μg)을 전극 칩 표면 상에 떨어뜨리고, 결합 공정 동안 전극 표면이 건조되는 것을 방지하기 위해 1시간 동안 항습 챔버(humid chamber)에 유지시켰다. 인간 IgG-Fc 단편은 전극 표면상의 TA-SAM 반응성 숙신이미딜기(succinimidyl group)와 IgG-Fc 단편들의 아미노기(amino group) 사이의 공유 커플링 반응에 의해 고정되었다. 형성된 전극(IgG-Fc/TA-SAM/IDWμEs)을 1X PBS로 전체적으로 세척하여 결합되지 않은 IgG-Fc 단편을 제거하였다. 마지막으로, 비특이적 결합을 차단하기 위해, 전극들을 0.05 % tween-20 및 0.5 % BSA를 함유하는 1X PBS로 2 분 동안 완전히 세척하여 BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμEs를 형성하였다. 세계보건기구(WHO) 기준 RF 혈청(serum)에 따르면, IgM-RF 농도는 IU mL-1로 표현될 수 있다. 다음으로, 상이한 양의 IgM-RF를 10mM의 PBS (pH 7.4) 또는 인간 혈청에 혼합하여 1, 10, 50, 100 및 200 IU mL-1의 최종 농도를 획득하였다. 각각의 실험에 대해 새로운 용액이 제조되었다.To covalently immobilize human IgG-Fc fragment (50 μgmL −1 ) on the TA-activated surface, 10 μL (50 μg) of human IgG-Fc fragment solution was dropped onto the electrode chip surface, and the binding process was performed. In order to prevent the electrode surface from drying during the period, it was kept in a humid chamber for 1 hour. The human IgG-Fc fragment was immobilized by a covalent coupling reaction between the TA-SAM reactive succinimidyl group on the electrode surface and the amino group of the IgG-Fc fragment. The formed electrodes (IgG-Fc/TA-SAM/IDWμEs) were thoroughly washed with 1X PBS to remove unbound IgG-Fc fragments. Finally, to block non-specific binding, the electrodes were thoroughly washed with IX PBS containing 0.05% tween-20 and 0.5% BSA for 2 min to form BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμEs. According to the World Health Organization (WHO) standard RF serum (serum), IgM-RF concentration can be expressed as IU mL -1. Next, different amounts of IgM-RF were mixed with 10 mM PBS (pH 7.4) or human serum to obtain final concentrations of 1, 10, 50, 100 and 200 IU mL -1 . A fresh solution was prepared for each experiment.

순환 전압-전류법(Cyclic voltammetry)Cyclic voltammetry

도 1과 같이, 전기 화학적 측정은 작동/센싱 전극 및 카운터/레퍼런스 전극으로서 각각 작용하는 한 쌍의 금 전도성 패드들을 포함하는 변형된 베어 IDWμE 어레이와 함께 IVIUM CompactStat potentiostat(Eindhoven, Netherlands)를 사용하여 수행되었다. 1X PBS(10mM, pH 7.4)의 5mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1)의 배경용액에서 IVIUM CompactStat potentiostat (Eindhoven, Netherlands)를 사용하여 순환 전압-전류법(CV)이 수행되었다. CV 스캔은 +0.5 V 내지 -0.5 V의 전위창(potential window) 및 50 mVs-1의 스캔 속도에서 측정되었다. 백금 코일을 카운터 전극으로, Ag/AgCl (포화 NaCl)을 레퍼런스 전극으로, 그리고 노출된 IDWμE 어레이 또는 변형된 IDWμE 어레이를 작동 전극으로 한 3-전극 시스템이 사용되었다. 1 , electrochemical measurements were performed using an IVIUM CompactStat potentiostat (Eindhoven, Netherlands) with a modified bare IDWμE array comprising a pair of gold conductive pads acting as actuation/sensing electrodes and counter/reference electrodes, respectively. became Cyclic voltammetry using an IVIUM CompactStat potentiostat (Eindhoven, Netherlands) in a background solution of 5 mM K 3 Fe(CN) 6 /K 4 Fe(CN) 6 (1:1) in 1X PBS (10 mM, pH 7.4) (CV) was performed. CV scans were measured in a potential window of +0.5 V to -0.5 V and a scan rate of 50 mVs −1 . A three-electrode system was used with a platinum coil as the counter electrode, Ag/AgCl (saturated NaCl) as the reference electrode, and an exposed or modified IDWμE array as the working electrode.

전기 화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy)Electrochemical impedance spectroscopy

수정된 전극의 임피던스 분석은 주파수비가 10 구간에서 5 단계씩 증가하는 1-100,000 Hz 주파수 범위에 걸쳐 스캔된 50 mV 진폭의 입력 전위를 사용하여 1X PBS의 5mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1) 배경 용액에서 수행되었다. 실험 전에, 순수한 N2 가스로 버블링함으로써 모든 전해질 용액을 탈산소화하고, 모든 실험을 실온 (25 ℃)에서 수행하였다. 임피던스 피팅은 비선형 커브 피팅 소프트웨어 (ZView; Scribner Associates Inc., Southern Pines, USA)를 사용하여 측정된 임피던스 스펙트럼에 대한 등가 회로 모델에 의해 수행되었다. 면역 센서의 모든 전기 화학적 반응 연구에 대해, 생체 분자가 더 높은 생물학적 활성을 개시하기 위해 권장되는 pH인 pH 7.4를 선택하였다. TA-SAM의 고정화, 전극 어레이에 대한 IgG-Fc의 고정화 및 면역 센서 개발 과정이 기본 작동 원리와 함께 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 a는 센서 영역의 웨이브 타입 패턴을 도시하며, 도 1의 b는 Au-IDWμE 전극 어레이에 TA-SAM이 형성되고, TA-SAM에 IgG-Fc 단편과 BSA가 결합된 구성이 개념적으로 도시한다. 이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서의 실험 결과를 설명한다.Impedance analysis of the modified electrode was performed using an input potential of 50 mV amplitude scanned over the 1-100,000 Hz frequency range in which the frequency ratio was increased by 5 steps in 10 divisions, 5 mM K 3 Fe(CN) 6 /K 4 in 1X PBS. Fe(CN) 6 (1:1) background solution was performed. Before experiments, all electrolyte solutions were deoxygenated by bubbling with pure N 2 gas, and all experiments were performed at room temperature (25° C.). Impedance fitting was performed by an equivalent circuit model on the measured impedance spectrum using nonlinear curve fitting software (ZView; Scribner Associates Inc., Southern Pines, USA). For all electrochemical reaction studies of immune sensors, pH 7.4, the recommended pH for biomolecules to initiate higher biological activity, was chosen. The process of immobilization of TA-SAM, immobilization of IgG-Fc to an electrode array and development of an immune sensor is shown in FIG. 1 along with the basic operating principle. Fig. 1a shows the wave type pattern of the sensor region, Fig. 1b shows a configuration in which TA-SAM is formed on an Au-IDWμE electrode array, and an IgG-Fc fragment and BSA are coupled to TA-SAM is conceptually show Hereinafter, experimental results of the sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

TA 자기 조립 단층의 특성Characterization of TA self-assembled monolayers

SAM 처리 후 전극의 원소 조성을 연구함으로써 전극 표면상의 SAM층 고정화를 확인하기 위해 EDX 측정을 수행하였다. EDX 스펙트럼에 대한 자세한 설명은 생략한다. XPS를 이용하여 SAM 고정화의 효율 및 티올-금 상호 작용 특성이 추가로 검증되었다. SAM-Au 상호 작용의 특성을 나타내는, 황 원자와 탄소 원자의 기여에 중점을 둔 S 2p 및 C 1s XPS 밴드가 각각 도 2의 b와 c에 도시되어 있다.EDX measurement was performed to confirm the immobilization of the SAM layer on the electrode surface by studying the elemental composition of the electrode after SAM treatment. A detailed description of the EDX spectrum will be omitted. The efficiency and thiol-gold interaction properties of SAM immobilization were further verified using XPS. S 2p and C 1s XPS bands focusing on the contributions of sulfur and carbon atoms, which characterize the SAM-Au interaction, are shown in Fig. 2 b and c, respectively.

제작된 바이오 전극의 형태학적 특성Morphological Characteristics of Fabricated Bioelectrodes

AFM 토폴로지 이미지가 각각의 주요 IDWμE 제조 단계 이후 전극 표면의 형태학적 특성을 연구하기 위해 기록되었다. 도 3은 베어 IDWμE (a), TA-SAM/IDWμE (b), IgG-Fc/EDC/NHS/TA-SAM/IDWμE (c) 및 IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE (d)의 AFM 이미지를 도시한다. 이하 도 3을 참조하여 설명한다.AFM topological images were recorded to study the morphological properties of the electrode surface after each major IDWμE fabrication step. 3 shows bare IDWμE (a), TA-SAM/IDWμE (b), IgG-Fc/EDC/NHS/TA-SAM/IDWμE (c) and IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE (d) shows the AFM image. Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 3 .

도 3의 a는 1.95 nm의 평균 거칠기(roughness)를 가지는 베어 골드 IDWμE의 다결정 표면을 도시한다. TA-SAM 고정 후의 전극 표면은 베어 골드(bare gold) IDWμE와 비교할 때 매끄러운 표면 지형(topography) 및 1.06 nm의 평균 거칠기를 갖는 균일하고 높은 밀도로 정렬된 구조로 변형되었다(도 3의 b). IgG-Fc/TA-SAM 필름으로 변형된 전극 표면은 입자 구조로 바뀌었고, 이는 표면에 단백질 항체의 성공적인 고정화를 나타내며 평균 거칠기에서 3.72nm의 증가를 보인다(도 3의 c). BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 표면에 IgM-RF가 결합된 후, 표면 거칠기가 5.03nm 증가한 안정적인 면역 복합체 형성으로 인해 전체 전극 표면에 걸친 명확한 돌출 지형이 생성되었다(도 3의 d). Figure 3a shows the polycrystalline surface of bare gold IDWμE with an average roughness of 1.95 nm. The electrode surface after TA-SAM fixation was transformed into a uniform and highly densely ordered structure with a smooth topography and an average roughness of 1.06 nm when compared with bare gold IDWμE (Fig. 3b). The surface of the electrode modified with the IgG-Fc/TA-SAM film was changed to a particle structure, indicating successful immobilization of the protein antibody on the surface and showing an increase of 3.72 nm in average roughness (Fig. 3c). After binding of IgM-RF to the BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE surface, a clear protruding topography was generated over the entire electrode surface due to stable immune complex formation with an increase in surface roughness of 5.03 nm (Fig. 3d). .

이하 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 바이오 전극의 전기 화학적 특성을 설명한다.Hereinafter, electrochemical properties of the bioelectrode manufactured according to an embodiment of the present invention will be described.

순환 전압-전류법Cyclic voltammetry

베어(bare) Au-IDWμE 어레이 및 변형된 Au-IDWμE 어레이의 순환 전압-전류법 (CV)에는 5mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1)의 1x PBS 용액이 전극 변경의 서로 다른 스테이지에서 도입되는 전기화학적 동작에서 발생하는 변화를 기록하기 위해 사용되었다(도 4). 베어 IDWμE의 CV는 산화 및 환원 피크와 함께 Fe(CN)6 4-/3-에 대한 전기 화학적 반응을 보여준다(도 4, 곡선 i). 전극이 TA-SAM(TA-SAM/IDWμE)으로 기능화 된 후, CV 곡선은 급격히 바뀌었고 TA-SAM/IDWμE의 피크 전류는 IDWμE와 비교할 때 극적으로 감소했다(도 4, 곡선 ii). 매우 높은 수준의 SAM 절연층의 형성으로 인해 영향이 증가할 수 있으며, 이는 전극을 향한 [Fe(CN)6]3-/4- 이온 수송의 방해를 초래한다. 또한, EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE의 CV(도 4, 곡선 iii)는 SAM 및 EDC/NHS의 말단 카르복실기 사이의 중성 아민 결합의 형성으로 인해 TA-SAM층과 비교할 때 명확한 산화 및 환원 피크를 나타낸다. 따라서, 이온이 수정된 EDC-NHS/TA-SAM 전극으로 이동할 수 있다.Cyclic voltammetry (CV) of bare Au-IDWμE arrays and modified Au-IDWμE arrays was performed in a 1x PBS solution of 5 mM K 3 Fe(CN) 6 /K 4 Fe(CN) 6 (1:1). This was used to record the changes that occurred in the electrochemical behavior introduced at different stages of electrode change (Figure 4). The CV of bare IDWμE shows the electrochemical response to Fe(CN) 6 4- / 3- with oxidation and reduction peaks (Fig. 4, curve i). After the electrodes were functionalized with TA-SAM (TA-SAM/IDWμE), the CV curve changed sharply and the peak current of TA-SAM/IDWμE decreased dramatically when compared to IDWμE (Fig. 4, curve ii). The effect may be increased due to the formation of very high levels of the SAM insulating layer, which results in a hindrance of [Fe(CN) 6 ] 3-/4- ion transport towards the electrode. In addition, the CV of EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE (Fig. 4, curve iii) shows clear oxidation and reduction peaks compared to the TA-SAM layer due to the formation of a neutral amine bond between the terminal carboxyl groups of SAM and EDC/NHS. indicates Thus, ions can migrate to the modified EDC-NHS/TA-SAM electrode.

더욱이, IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 전극(도 4, 곡선 iv)은 감소된 페리시안 화합물(ferricyanide) 반응을 보이고, 확대된 피크 대 피크 분리를 나타내며, 이는 IgG-Fc의 절연 생체분자층이 전극 표면에 고정되어 있음을 시사한다.Moreover, the IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE electrode (Fig. 4, curve iv) shows a reduced ferricyanide response, and an enlarged peak-to-peak separation, indicating that the This suggests that the insulating biomolecule layer is fixed on the electrode surface.

전기 화학 임피던스 분광법 (Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)Electrochemical impedance spectroscopy (EIS)

EIS는 서로다른 IgM-RF 농도를 사용하여 전극 제조 및 전극의 반응 연구 동안 전극 표면의 계면 특성을 특성화하기 위해 사용되었다. 도 5는 5mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1)의 1X PBS 용액 (pH 7.4)에서 IgM-RF를 탐지하기 위한 IDWμE 어레이 표면의 서로 다른 변형 단계에서의 임피던스 크기 (| Z |) (a) 및 위상 (-Φ) (b)의 보드선도를 도시한다. 이하 도 5를 참조하여 설명한다.EIS was used to characterize the interfacial properties of electrode surfaces during electrode fabrication and electrode reaction studies using different IgM-RF concentrations. Figure 5 shows the IDWμE array surface at different transformation steps for detection of IgM-RF in 1X PBS solution (pH 7.4) of 5 mM K 3 Fe(CN) 6 /K 4 Fe(CN) 6 (1:1). Bode diagrams of impedance magnitude (|Z|) (a) and phase (-Φ) (b) are shown. Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 5 .

도 5의 a와 b는 1X PBS의 5mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1) 용액을 사용하여 서로 다르게 변경된 전극에서 보드선도(Z vs -Φ)로 표시된 임피던스 스펙트럼을 보여준다. 도 5의 a의 보드선도 중 곡선 i에서, 베어 IDWμE 어레이는 임피던스 크기(|Z|)에서 주로 세개의 개별적인 구간을 보이고, 이는 이중층 커패시턴스(중주파 영역), 가장 높은 |Z|값을 가진 전하 전달 저항(저주파 영역), 및 용액 저항 (고주파 영역)과 일치한다. 등가 회로 모델(랜들 회로) 또한 도 5a에 도시된 전극의 임피던스 스펙트럼으로 피팅되었다고 가정된다. 10 kHz보다 높은 주파수에서, 시스템의 총 임피던스는 전해액(RS)의 옴 저항과 기생 임피던스에 의해 좌우된다. 측정된 주파수 범위에서, 전극 계면 임피던스는 Rct와 평행했다.5 a and b are impedance spectra shown as Bode diagrams (Z vs -Φ) in electrodes changed differently using a 5 mM K 3 Fe(CN) 6 /K4Fe(CN) 6 (1:1) solution in 1X PBS. shows In the curve i of the Bode diagram in Fig. 5a, the bare IDWμE array mainly shows three distinct sections in the impedance magnitude (|Z|), which is the double layer capacitance (mid frequency region), and the charge transfer with the highest |Z| value. Corresponds to resistance (low frequency region), and solution resistance (high frequency region). It is assumed that the equivalent circuit model (Randall circuit) is also fitted with the impedance spectrum of the electrode shown in Fig. 5A. At frequencies higher than 10 kHz, the total impedance of the system is governed by the ohmic resistance and parasitic impedance of the electrolyte R S . In the measured frequency range, the electrode interface impedance was parallel to R ct .

또한, 용량성 전극 계면 임피던스는 측정된 임피던스의 일정한 위상 요소 (constant phase element, CPE)로 표현되며, 1/[CPE-T·(iω)CPE-P]로 표현될 수 있다(여기서, i 및 ω는 허수 단위 및 사인파 신호의 각 주파수이다). 측정된 임피던스 스펙트럼을 피팅하여 결정된 랜들 회로 모델의 파라미터가 도 7에 도시되어 있다. In addition, the capacitive electrode interface impedance is expressed as a constant phase element (CPE) of the measured impedance, and can be expressed as 1/[CPE-T·(iω) CPE-P ] (where i and ω is the imaginary unit and the angular frequency of the sine wave signal). The parameters of the Randall circuit model determined by fitting the measured impedance spectrum are shown in FIG. 7 .

IDWμE 어레이 표면에서의 변형 프로세스 후 측정된 임피던스 크기(|Z|)에서의 변화는 전극의 Rct 및 Cdl에 영향을 미친다. TA가 배양된 전극은 더 큰 |Z|을 보였다. 이는 전극 표면에서의 더 큰 규모의 SAM 기능화를 나타내고, 전극 표면을 향한 [Fe(CN)6]3-/4- 이온 수송의 차단을 초래했다(도 5의 a, 곡선 ii). EDC-NHS 활성화 후, EDC-NHS와 SAM 카르복실 말단 작용기 사이의 결합 반응으로 인해 측정된 |Z| 값은 감소되었고, 이는 EDC/NHS 변경된 전극으로의 이온 이동을 촉진시키는 중성 아민 결합의 형성을 초래하였다(도 5의 a, 곡선 iii). 더하여, EDC/NHS 활성화 SAM 전극에 대한 IgG-Fc 단편 (50 μg mL-1) 및 BSA (0.5 %)의 고정화는 낮은 주파수에서의 |Z|값의 증가로 이어진다. (도 5의 a, 곡선 iv 및 곡선 v). 특히, 전극 표면 상으로의 생체 분자의 교차 결합은 센서 플랫폼을 향한 산화 환원쌍의 터널링을 방해하는 것으로 의심된다.The change in the measured impedance magnitude (|Z|) after the deformation process at the IDWμE array surface affects the R ct and C dl of the electrode. Electrodes incubated with TA showed larger |Z|. This indicates a larger-scale SAM functionalization at the electrode surface , resulting in blocking of [Fe(CN) 6 ] 3- / 4 ion transport towards the electrode surface (Fig. 5a, curve ii). After EDC-NHS activation, the measured |Z| The value decreased, which resulted in the formation of neutral amine bonds that promote ion migration to the EDC/NHS modified electrode (Fig. 5a, curve iii). In addition, immobilization of IgG-Fc fragments (50 μg mL −1 ) and BSA (0.5%) to EDC/NHS activated SAM electrodes leads to an increase in |Z| values at low frequencies. (Fig. 5a, curve iv and curve v). In particular, cross-linking of biomolecules onto the electrode surface is suspected to interfere with the tunneling of redox pairs towards the sensor platform.

IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 바이오 전극의 전기 화학 반응 특성Electrochemical Reaction Characterization of IgM-RF/BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE Bioelectrodes

본 발명 일 실시 예에 따른 IgM-RF 전기 화학적 임피던스 면역 센서는 저주파에서의 저항을 나타내는 Rct로 잘 표현된다. 이러한 결과는 변형된 전극상의 Rct 변이가 IgM-RF의 섬세한 측정을 위한 검출 파라미터일 수 있음을 입증한다. 이를 위하여, 이 저항은 광범위한 IgM 농도(1 ~ 200 IU mL-1)에서 측정되었다. IgM-RF에 대한 반응을 평가하기 위해, 면역 센서를 10분 동안 상이한 농도의 IgM-RF와 함께 배양하였다. 이어서, EIS 측정을 5mM [Fe(CN)6 -3/-4]에서 수행하였다. The IgM-RF electrochemical impedance immune sensor according to an embodiment of the present invention is well expressed as R ct indicating resistance at low frequencies. These results demonstrate that the R ct variation on the modified electrode can be a detection parameter for the delicate measurement of IgM-RF. To this end, this resistance was measured over a wide range of IgM concentrations (1 to 200 IU mL −1 ). To evaluate the response to IgM-RF, immune sensors were incubated with different concentrations of IgM-RF for 10 min. Then, EIS measurements were performed at 5 mM [Fe(CN) 6 -3 / -4 ].

도 6의 a는 5mM[Fe(CN)6 -3/-4]에서 수행된 BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 어레이의 임피던스 응답 및 1X PBS로 희석된 IgM-RF 농도의 증가에 따른 측정값을 도시하며, 도 6의 b는 1에서 200 IU mL-1으로 증가하는 IgM 농도에 대한 Rct 선형 캘리브레이션 플롯을 도시한다. 각 데이터 포인트는 3 개의 독립적 측정의 평균을 나낸다(n = 3). 범위는 오류 막대를 사용하여 표시되었다.Figure 6a shows the impedance response of the BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE array performed at 5mM [Fe(CN) 6 -3 / -4 ] and the increase in the concentration of IgM-RF diluted with 1X PBS. Shows the measured value, b of FIG. 6 is from 1 to 200 IU mL -1 R ct linear calibration plots for increasing IgM concentrations are shown. Each data point is the average of three independent measurements (n = 3). Ranges are indicated using error bars.

도 6에 도시된 바와 같이, Rct 값은 IgM 류마티스 인자 농도의 증가에 따라 증가 하였다. 도 6의 a에 도시된 바와 같이 Rct 값의 변화는 1-200 IU mL-1 범위에서 IgM-RF 농도의 선형 증가에 비례하였다. 도 6의 b에 도시된 바와 같이, 선형 회귀 방정식은 0.9983의 상관 계수와 함께 y = 4415115.5 + 2477.7 * x로 표시되었다.As shown in FIG. 6 , the R ct value increased with increasing concentration of IgM rheumatoid factor. As shown in FIG. 6 a, the change in R ct value was proportional to the linear increase in the concentration of IgM-RF in the range of 1-200 IU mL -1 . As shown in Fig. 6b, the linear regression equation is expressed as y = 4415115.5 + 2477.7 * x with a correlation coefficient of 0.9983.

또한, 계산된 검출 한계는 0.6 IU mL-1(S/N = 3)이었다. 검출 한계(Limit-of-detection, LOD)는 (3*SD/감도)를 사용하여 결정되었으며, 여기서 SD는 공백에 대해 측정된 임피던스 신호의 표준 편차를 나타내고, 감도는 선형 곡선의 기울기를 나타낸다. 응답 연구는 Rct가 IgM-RF 농도가 증가함에 따라 선형적으로 증가함을 분명히 보여주었다. 이러한 현상은 전극 어레이상에 고정화된 IgG-Fc 단편에 결합된 IgM-RF 분자의 증가로 인한 전자 이동에 대한 키네틱 베리어의 형성에 의해 설명될 수 있다.Also, the calculated limit of detection was 0.6 IU mL -1 (S/N = 3). Limit-of-detection (LOD) was determined using (3*SD/sensitivity), where SD represents the standard deviation of the measured impedance signal with respect to blank and sensitivity represents the slope of the linear curve. Response studies clearly showed that R ct increased linearly with increasing IgM-RF concentration. This phenomenon can be explained by the formation of a kinetic barrier to electron movement due to the increase of IgM-RF molecules bound to the immobilized IgG-Fc fragment on the electrode array.

변형된 전극의 Rct 변화는 IgM-RF의 섬세한 측정을 위한 정량화 파라미터로서 사용되었다. 따라서, Rct는 전극 표면에서 촉진된 특정 면역 반응을 통해 IgM-RF를 검출하고 정량화하기 위해 센서에서 물리적 신호로서 사용되었다. The change in R ct of the deformed electrode was used as a quantification parameter for the delicate measurement of IgM-RF. Therefore, R ct was used as a physical signal in the sensor to detect and quantify IgM-RF through specific immune responses promoted on the electrode surface.

이러한 방식으로, 제작된 면역 센서는 전기 신호의 추가 증폭없이 IgM-RF의 직접적인 검출에 사용하기위한 개념 증명을 확립하였다. 센서는 문헌에서 이미 보고된 다른 RF 바이오 센서 및 시판되는 IgM-RF 정량 ELISA 키트, Biomatic (15.6-1000 mIU mL-1), IgM RF(Immco, 6-50 IU mL-1), Sigma (0-50 IU mL-1), Diamedix (100 IU mL-1), Inova (6.25-100 IUmL-1)와 비교할 때 상당한 동적 범위와 검출 한계를 보였다.In this way, the fabricated immune sensor established a proof-of-concept for use in the direct detection of IgM-RF without further amplification of electrical signals. Sensors are other RF biosensors already reported in the literature and commercially available IgM-RF quantitative ELISA kits, Biomatic (15.6-1000 mIU mL -1 ), IgM RF (Immco, 6-50 IU mL -1 ), Sigma (0- 50 IU mL -1 ), Diamedix (100 IU mL -1 ), and Inova (6.25-100 IUmL -1 ) showed significant dynamic range and detection limit.

간섭 연구Interference studies

인간 융모성 성선자극호르몬(human chorionic gonadotrophin, HCG; 10 IUmL-1), 인슐린(10 IUmL-1) 또는 종양 괴사 인자-α (TNF-α; 10 IUmL-1)와 같은 IgM-RF (10 IU mL-1) 측정을 방해하는 일부 작용제의 효과를 BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 바이오 전극 반응에서 테스트하였다.IgM-RF (10 IU) such as human chorionic gonadotrophin (HCG; 10 IUmL -1 ), insulin (10 IUmL -1 ) or tumor necrosis factor-α (TNF-α; 10 IUmL-1) mL-1) The effect of some agents interfering with measurement was tested in the BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE bioelectrode reaction.

도 8은 10 IU mL-1의 IgM-RF 농도에서(PSB 중 100 μL의 5mM [Fe(CN)6 -3/-4]) 전기 화학 IgM-RF 면역 센서의 선택성 (a)과 저장 안정성 (b)을 나타낸다. 그래프에 삽입된 부분은 간섭제 (도 8의 a) 및 시간 함수(도 8의 b)로서 Rct의 변화를 나타낸다. 각 데이터 포인트는 세 값의 평균을 나타낸다(n = 3). 범위는 오류 막대를 사용하여 표시되었다.Figure 8 shows the selectivity (a) and storage stability (a) of the electrochemical IgM-RF immunosensor at an IgM-RF concentration of 10 IU mL -1 (100 μL of 5 mM [Fe(CN) 6 -3/-4 ] in PSB). b) is shown. The inset in the graph represents the change in R ct as a function of the interference agent ( FIG. 8 a ) and time ( FIG. 8 b ). Each data point represents the average of three values (n = 3). Ranges are indicated using error bars.

1X PBS와 혼합된 이들 작용제는 바이오 전극에 개별적으로 노출되었고, 도 8의 a에 도시된 바와 같이 각각의 EIS 스펙트럼은 [Fe(CN)6 3-/4-] 용액에서 1-100,000 Hz 주파수 범위에 걸쳐 획득되었다. 테스트 결과는 바이오 전극의 반응이 대조 바이오 전극(BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE)과 비교하여 이들 간섭 작용제의 존재 하에서도 크게 영향을 받지 않는다는 것을 나타냈고, 제조된 바이오 전극은 IgM-RF 측정에 대해 높은 선택성을 나타냈다.With these agents is mixed with 1X PBS were separately exposed to the bio-electrode, each of the EIS spectra as shown in Figure 8 is a [Fe (CN) 6 3- / 4-] 1-100,000 Hz frequency region in solution was obtained over The test results showed that the response of the bioelectrode was not significantly affected even in the presence of these interfering agents compared to the control bioelectrode (BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE), and the prepared bioelectrode The electrode showed high selectivity for IgM-RF measurement.

바이오 전극의 저장 안정성Storage stability of bioelectrodes

BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 어레이가 선택되었고, IgM-RF 첨가 후 Rct 변화가 시간 함수(저장 안정성)로서 측정되었다. BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 어레이의 저장 안정성은 약 21일 동안 3일의 정기적 간격에 걸쳐 10 IU mL-1의 IgM-RF에서 Rct를 측정함으로써 결정되었다. 특히, BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 바이오 전극은 사용하지 않을 때 1X PBS에서 4 ° C에 저장된다. 그 결과로, 도 8의 b에 도시된 바와 같이 3주 후에 생체 전극이 초기 반응의 98 %가 유지됨이 확인되었다.BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE arrays were selected and R ct change after IgM-RF addition was measured as a function of time (storage stability). The storage stability of the BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE arrays was determined by measuring the R ct in IgM-RF at 10 IU mL −1 over a regular interval of 3 days for approximately 21 days. Specifically, BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE bioelectrodes are stored at 4 °C in 1X PBS when not in use. As a result, it was confirmed that 98% of the initial response of the bioelectrode was maintained after 3 weeks as shown in FIG. 8B .

재현성(Reproducibility)Reproducibility

재현성은 면역센서의 임상 적용에 중요한 요소이다. 면역 센서의 재현성은 분석 내(intra-assay) 및 분석 간(inter-assay) 상대 표준 편차(relative standard deviations, RSD)를 통해 시험되었다. 3번의 반복 측정에서 10 IU mL-1의 IgM-RF를 검출함으로써 면역 센서의 분석 내 정밀도를 검사하였고, 3개의 독립적으로 제조된 BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE에서 200 IU mL-1의 IgM-RF를 측정함으로써 분석 간 정확도를 평가하였다. 분석 내 및 분석 간 RSD는 각각 4.96 % 및 2.31 % 인 것으로 평가되었으며, 면역 센서로 허용 가능한 정밀도 및 재현성을 나타낸다.Reproducibility is an important factor in the clinical application of immune sensors. The reproducibility of the immune sensor was tested via intra-assay and inter-assay relative standard deviations (RSD). The intra-assay precision of the immune sensor was tested by detecting 10 IU mL -1 of IgM-RF in three replicates, 200 in three independently prepared BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE. Inter-assay accuracy was evaluated by measuring IgM-RF of IU mL -1 . The intra- and inter-assay RSDs were evaluated to be 4.96% and 2.31%, respectively, indicating acceptable precision and reproducibility with the immunosensor.

IgM-RF 분자와 금 표면과의 공유 결합으로 인해 우수한 전극 안정성이 관찰되며, 이는 전극 표면으로부터 바이오 분자의 누출을 방지한다. 특히, 임피던스 마이크로 전극 기반 IgM-RF 검출은 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있다. 본 발명의 일 실시 예에서와 같은 검출 분석 방법은 (a)비표지로 동작하고, (b)광범위하게 적용 가능하고, (c)마이크로 가공된 전극에서 발생하는 바르부르크 확산 현상(Warburg diffusion phenomenon)이 없으며, (d) 샘플 준비가 경제적이며, (e) 전기 신호 형태의 직접적인 신호 판독이 가능하다.Excellent electrode stability is observed due to the covalent bonding of IgM-RF molecules with the gold surface, which prevents leakage of biomolecules from the electrode surface. In particular, impedance microelectrode-based IgM-RF detection has several advantages over other methods. The detection and analysis method as in an embodiment of the present invention (a) operates as a label, (b) is widely applicable, and (c) the Warburg diffusion phenomenon occurring in a micro-machined electrode (d) sample preparation is economical, and (e) direct signal reading in the form of electrical signals is possible.

인간 혈청 시료에서 IgM-RF 측정IgM-RF measurement in human serum samples

제안된 면역 센서의 실제 적용성을 입증하기 위해, BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE 어레이를 사용하여 인간 혈청 샘플에서 IgM-RF가 검출되었다. 매트릭스 효과를 피하고 강력한 캘리브레이션 곡선을 구축하기 위해, 1X PBS 완충제 (1:500)에서의 인간 혈청 희석액을 제조하였다. IgM-RF를 함유하는 인간 혈청 샘플이 전극에 적용되었고, 항습 챔버에서 10분 동안 배양되어 모든 이용 가능한 IgG-Fc 단편과 반응시켰다. 인간 혈청과 배양한 후, 5-mM [Fe(CN)6 -3/-4] 전해질 용액에서 EIS 측정이 기록되었다. To demonstrate the practical applicability of the proposed immune sensor, IgM-RF was detected in human serum samples using a BSA/IgG-Fc/EDC-NHS/TA-SAM/IDWμE array. To avoid matrix effects and build robust calibration curves, dilutions of human serum in IX PBS buffer (1:500) were prepared. Human serum samples containing IgM-RF were applied to the electrodes and incubated for 10 minutes in a constant humidity chamber to react with all available IgG-Fc fragments. After incubation with human serum, EIS measurements were recorded in 5-mM [Fe(CN) 6 -3 / -4 ] electrolyte solution.

도 9는 인간 혈청에 희석된 IgM-RF(HS-IgM-RF) 농도의 증가와 관련하여 측정된 BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE 어레이의 임피던스 응답 (a)과 증가하는 인간 혈청에 희석된 IgM-RF 농도 (1에서 200 IU mL-1)에 대한 Rct의 선형 캘리브레이션 플롯 (b)을 나타낸다. 각 데이터 포인트는 3 개의 독립적 측정의 평균값을 나타내며(n = 3), 범위는 오류 막대를 사용하여 표시되었다.9 shows the impedance response (a) of the BSA/IgG-Fc/TA-SAM/IDWμE array measured in relation to the increase in the concentration of IgM-RF (HS-IgM-RF) diluted in human serum (a) and the increase in human serum. A linear calibration plot of R ct versus diluted IgM-RF concentrations (1 to 200 IU mL −1 ) is shown (b). Each data point represents the average of three independent measurements (n = 3), and ranges are indicated using error bars.

공백과 비교하여, 혈청 샘플 임피던스 신호가 IgM-RF 농도의 증가와 함께 증가하는 것으로 관찰되었다 (도 9의 a). 인간 혈청 샘플에서 IgM-RF의 농도는 도 9b에 도시된 캘리브레이션 곡선을 참조하여 결정되었다.Compared with blank, it was observed that the serum sample impedance signal increased with increasing IgM-RF concentration (Fig. 9a). The concentration of IgM-RF in human serum samples was determined with reference to the calibration curve shown in FIG. 9B .

인간 혈청 샘플로 측정된 전기 화학 반응은 IgM-RF 농도에 의존적이며, IgM 검출 동안 매트릭스 간섭의 부재를 입증하고 개발된 임피던스 센서의 탁월한 특이성을 시사한다. Rct 값의 변화는 10-200 IU mL-1 범위에서 IgM-RF 농도의 선형 증가에 비례한다. 선형 회귀 방정식은 0.9941의 상관 계수와 함께 y = 274,422.6 + 1435.13 * x로 표시될 수 있다(도 9의 b). 또한, 계산된 LOD는 0.22 IU mL-1 (S/N = 3)이었다.The electrochemical response measured with human serum samples is dependent on the IgM-RF concentration, demonstrating the absence of matrix interference during IgM detection and suggesting the excellent specificity of the developed impedance sensor. The change in R ct value is proportional to the linear increase in IgM-RF concentration in the range of 10-200 IU mL -1 . The linear regression equation can be expressed as y = 274,422.6 + 1435.13 * x with a correlation coefficient of 0.9941 ( FIG. 9 b ). In addition, the calculated LOD was 0.22 IU mL -1 (S/N = 3).

앞서 설명한 바와 같이, TA-SAM/IDWμE 어레이에 IgG-Fc 단편 항체의 간단한 고정화를 수행함으로써 IgM-RF에 대한 전기 화학적 임피던스 측정 기반 면역 센서를 제조할 수 있다. IDWμE 어레이에서 TA-SAM의 형성은 AFM 및 EIS를 통해 확인될 수 있다. TA-SAM은 고정된 IgG-Fc 단편의 생물학적 활성을 유지하면서 표적 IgG-Fc 단편을 고정화하는 생체 적합성 환경을 제공한다. 금 표면상의 IgG-Fc 단편의 공유결합은 바이오 전극에 상당한 안정성을 제공하며, 이는 혈청 샘플에서 IgM-RF를 측정하는데 있어서 임피던스 바이오 센서로서의 사용을 효과적으로 입증하였다. 면역 센서는 0.60 IU mL-1의 검출 한계 및 1-200 IU mL-1의 동적 범위를 나타냈다. 또한 이러한 소형 아키텍처 (3.5 × 14mm)와 이 센서를 소형 퍼텐시오스타트와 통합할 수 있기에, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서는 POC 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서는 3 주 동안 제한된 안정성을 나타냈다. 또한, 제조된 바이오 전극은 비싸고 정교한기구 및 형광 염료를 필요로 하지 않기 때문에 비용 효과적이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서는, RF 레벨이 1 IU mL-1 미만이더라도, 관절염이 생기는 것으로 의심되는 개인의 진단을 위하여 사용될 수 있다.As described above, an immunosensor based on electrochemical impedance measurement for IgM-RF can be fabricated by performing simple immobilization of an IgG-Fc fragment antibody on a TA-SAM/IDWμE array. The formation of TA-SAM in the IDWμE array can be confirmed via AFM and EIS. TA-SAM provides a biocompatible environment for immobilizing a target IgG-Fc fragment while maintaining the biological activity of the immobilized IgG-Fc fragment. The covalent binding of the IgG-Fc fragment on the gold surface provides significant stability to the bioelectrode, effectively demonstrating its use as an impedance biosensor in measuring IgM-RF in serum samples. The immune sensor exhibited a detection limit of 0.60 IU mL -1 and a dynamic range of 1-200 IU mL -1 . Also, due to this small architecture (3.5 × 14 mm) and the ability to integrate this sensor with a small potentiostat, the sensor according to an embodiment of the present invention can be used for POC applications. In addition, the sensor according to an embodiment of the present invention showed limited stability for 3 weeks. In addition, the fabricated bioelectrodes are cost-effective because they do not require expensive and sophisticated instruments and fluorescent dyes. The sensor according to an embodiment of the present invention may be used for diagnosing an individual suspected of having arthritis even if the RF level is less than 1 IU mL -1 .

앞서 설명된 일 실시 예에 따른 전극 제조 방법 및 류마티즘 인자 검출 방법은 동작을 위한 하드웨어 구성과 이를 제어하기 위한 프로세서, 메모리, 통신부와 사용자 인터페이스(입출력장치)로 구성된 제어부로 구비된 전극 제조 장치와 류마티즘 인자 검출 장치로 구현될 수 있다.The electrode manufacturing method and the rheumatism factor detection method according to the embodiment described above include an electrode manufacturing apparatus and rheumatism provided with a hardware configuration for operation and a control unit consisting of a processor, a memory, a communication unit, and a user interface (input/output device) for controlling the same. It may be implemented as a factor detection device.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 제조 장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 제조 장치(100)는 앞서 설명된 전극 제조 방법과 같이 전극 어레이를 형성하는 전극 어레이 형성부(110), 전극 어레이에 TA(thioctic acid)가 기능화된 SAM(self-assembled monolayer)를 고정시키는 SAM 고정부(120) 및 SAM에 인간 IgG-Fc 단편을 고정시키는 항체 고정부(130)를 포함할 수 있다. 전극 제조 장치는 SAM에 BSA(Bovine Serum Albumin)를 고정시키는 BSA 고정부(140)와 상기 구성들을 제어하기 위한 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.10 is a block diagram of an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The electrode manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an electrode array forming unit 110 for forming an electrode array, and thioctic acid (TA) functionalized SAM (self) in the electrode array as in the electrode manufacturing method described above. -assembled monolayer) may include a SAM fixing part 120 and an antibody fixing part 130 fixing a human IgG-Fc fragment to the SAM. The electrode manufacturing apparatus may further include a BSA fixing unit 140 for fixing bovine serum albumin (BSA) to the SAM and a control unit 150 for controlling the components.

예를 들어, SAM 고정부(120)는 전극 어레이를 TA 용액에 침지하여 TA가 기능화된 SAM을 전극 어레이에 고정하며, 전극 어레이를 세척하여 전극 어레이에 결합되지 않은 티올 모이어티(thiol moieties)를 제거할 수 있다. SAM 고정부(120)는 전극 어레이를 에탄올에 넣고 초음파 처리하여 헹굼을 수행하고, 전극을 다시 에탄올 및 탈이온수로 헹굼을 수행하며, 전극 어레이를 N2가스로 건조할 수 있다.For example, the SAM fixing unit 120 immerses the electrode array in a TA solution to fix the TA-functionalized SAM to the electrode array, and washes the electrode array to remove thiol moieties not bound to the electrode array. can be removed The SAM fixing unit 120 may place the electrode array in ethanol and perform ultrasonic treatment to perform rinsing, rinsing the electrode again with ethanol and deionized water, and drying the electrode array with N 2 gas.

또한, 항체 고정부(130)는 인간 IgG-Fc 단편 용액을 전극 어레이에 제공할 수 있고, 전극 어레이 표면이 건조되는 것을 방지하기 위해 전극 어레이를 항습 챔버(humid chamber)에 유지시킬 수 있다. 항체 고정부(130)는 SAM에 인간 IgG-Fc단편이 고정된 전극 어레이를 PBS(Phosphate-buffered saline)로 세척하여, 전극 어레이에 결합되지 않은 IgG-Fc 단편을 제거할 수 있다.In addition, the antibody fixing unit 130 may provide a human IgG-Fc fragment solution to the electrode array, and maintain the electrode array in a humid chamber to prevent the surface of the electrode array from drying out. The antibody fixing unit 130 washes the electrode array in which the human IgG-Fc fragment is immobilized on the SAM with phosphate-buffered saline (PBS) to remove the IgG-Fc fragment not bound to the electrode array.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 류마티즘 인자 검출 장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 류마티즘 인자 검출 장치(200)는 앞서 설명된 류마티즘 인자 검출 방법과 같이 인간 혈청 샘플을 희석하여 희석액을 제조하는 희석액 제조부(210), 희석액을 바이오 전극에 적용하고, 바이오 전극을 항습챔버에서 배양하고, 배양된 바이오 전극을 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 분석하여 생성된 임피던스 신호에 기반하여 인간 혈청 샘플에서의 IgM-RF(rheumatoid factors)의 농도를 결정하는 검출부(220) 및 상기 구성들을 제어하기 위한 제어부(230)를 포함한다.11 is a block diagram of an apparatus for detecting a rheumatism factor according to an embodiment of the present invention. The rheumatoid factor detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a diluent preparation unit 210 that prepares a diluent by diluting a human serum sample as in the rheumatoid factor detection method described above, and applies the diluent to the bio-electrode, The detection unit 220 determines the concentration of IgM-RF (rheumatoid factors) in a human serum sample based on an impedance signal generated by culturing the bio-electrode in a humidity chamber and analyzing the cultured bio-electrode by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). and a control unit 230 for controlling the components.

또한, 앞서 설명된 일 실시 예에 따른 전극 제조 방법 및 류마티즘 인자 검출 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예에 따라 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. In addition, the electrode manufacturing method and the rheumatism factor detection method according to the embodiment described above may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured according to the embodiment, or may be known and used by those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and carry out program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

앞선 실시예에 대한 설명에서 참조된 도면 각각은 설명의 편의를 위해 도시된 일 실시 예에 불과하며, 각 화면에 표시된 정보들의 항목, 내용과 이미지들은 다양한 형태로 변형되어 표시될 수 있다.Each of the drawings referenced in the description of the previous embodiment is merely an embodiment shown for convenience of description, and items, contents, and images of information displayed on each screen may be modified and displayed in various forms.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (15)

기판;
상기 기판 상에 형성되고, 제1 전극의 복수의 핑거와 제2 전극의 복수의 핑거가 교차로 배치된 전극 어레이; 및
상기 전극 어레이 상에 형성된 센싱 영역을 포함하고,
상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거는 각각 마이크로미터 단위의 간격 및 폭을 가지며 직선 모서리가 없는 규칙적인 웨이브 형상으로 패턴화되며,
상기 웨이브 형상으로 패턴화된 상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거에는 TA(Thiotic Acid)가 기능화된 SAM(Self-Assembled Monolayer)가 고정되고,
상기 TA가 기능화된 SAM에는 인간 IgG-Fc 단편이 공유결합되며,
상기 인간 IgG-Fc 단편이 공유 결합된 SAM에는 비특이적 결합을 차단하기 위한 BSA(Bovine Serum Albumin)가 고정된 전극.
Board;
an electrode array formed on the substrate, in which a plurality of fingers of a first electrode and a plurality of fingers of a second electrode are alternately disposed; and
a sensing region formed on the electrode array;
Each of the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode has an interval and a width in micrometers and is patterned in a regular wave shape without straight edges,
A self-assembled monolayer (SAM) functionalized with TA (Thotic Acid) is fixed to the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode patterned in the wave shape,
A human IgG-Fc fragment is covalently bound to the TA-functionalized SAM,
An electrode having Bovine Serum Albumin (BSA) fixed to the SAM to which the human IgG-Fc fragment is covalently bound to block non-specific binding.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거의 간격 및 폭은 각각 1μm 내지 20μm 인 전극.
The method of claim 1,
The distance and width of the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode are 1 μm to 20 μm, respectively.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거의 간격 및 폭은 각각 7μm 인 전극.
6. The method of claim 5,
An electrode having an interval and a width of each of the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode of 7 μm.
제 1 항, 제5항 내지 제6항 중 어느 하나의 전극을 포함하는 바이오 센서.
A biosensor comprising an electrode according to any one of claims 1 to 6.
(a) 기판 상에 형성되고, 제1 전극의 복수의 핑거와 제2 전극의 복수의 핑거가 교차로 배치된 전극 어레이를 제조하는 단계;
(b) 상기 전극 어레이를 10mM TA 에탄올에 침지시켜, 상기 전극 어레이에 TA(thioctic acid)가 기능화된 SAM(self-assembled monolayer)를 고정시키는 단계;
(c) 상기 TA가 기능화된 SAM에 인간 IgG-Fc 단편 용액 10μL (50 μg)을 상기 전극 어레이에 떨어뜨리고, 상기 전극 어레이의 표면이 건조되는 것을 방지하기 위해 상기 전극 어레이를 항습 챔버(humid chamber)에 유지시켜, 상기 TA가 기능화된 SAM에 인간 IgG-Fc 단편을 공유결합시키는 단계; 및
(d) 상기 인간 IgG-Fc 단편이 공유결합된 SAM에 비특이적 결합을 차단하기 위한 BSA(Bovine Serum Albumin)를 고정시키는 단계를 포함하되,
상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거는 각각 마이크로미터 단위의 간격 및 폭을 가지며 직선 모서리가 없는 규칙적인 웨이브 형상으로 패턴화되는 전극 제조 방법.
(a) manufacturing an electrode array formed on a substrate, in which a plurality of fingers of a first electrode and a plurality of fingers of a second electrode are alternately disposed;
(b) immobilizing a self-assembled monolayer (SAM) functionalized with TA (thioctic acid) on the electrode array by immersing the electrode array in 10 mM TA ethanol;
(c) 10 μL (50 μg) of a human IgG-Fc fragment solution in the TA-functionalized SAM was dropped onto the electrode array, and the electrode array was placed in a humid chamber to prevent the surface of the electrode array from drying out. ) to covalently bind a human IgG-Fc fragment to the TA-functionalized SAM; and
(d) immobilizing BSA (Bovine Serum Albumin) for blocking non-specific binding to SAM to which the human IgG-Fc fragment is covalently bound,
The plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode each have an interval and a width of a micrometer unit, and are patterned in a regular wave shape without straight edges.
제 8 항에 있어서,
상기 (b) 단계 이후,
상기 전극 어레이를 70% 에탄올과 탈이온수로 세척하여 상기 전극 어레이에 결합되지 않은 티올 모이어티(thiol moieties)를 제거하는 단계;
상기 전극 어레이를 무수 에탄올에 넣고 초음파 처리하여 헹구는 단계;
상기 전극 어레이를 70% 에탄올 및 초순수로 헹구는 단계; 및
상기 전극 어레이를 N2 가스로 건조시키는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
9. The method of claim 8,
After step (b),
washing the electrode array with 70% ethanol and deionized water to remove thiol moieties not bound to the electrode array;
rinsing the electrode array by sonicating it in absolute ethanol;
rinsing the electrode array with 70% ethanol and ultrapure water; and
The electrode manufacturing method further comprising the step of drying the electrode array with N 2 gas.
삭제delete 삭제delete 제 8 항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후, 상기 전극 어레이를 PBS(Phosphate-buffered saline)로 세척하여, 상기 TA가 기능화된 SAM에 결합되지 않은 인간 IgG-Fc 단편을 제거하는 단계를 더 포함하는 전극 제조 방법.
9. The method of claim 8,
After step (c), washing the electrode array with phosphate-buffered saline (PBS) to remove the human IgG-Fc fragment not bound to the TA-functionalized SAM.
삭제delete 인간 혈청 샘플을 희석하여 희석액을 제조하는 단계;
상기 희석액을 바이오 전극에 적용하는 단계;
상기 바이오 전극을 항습챔버에서 배양하는 단계; 및
상기 배양된 바이오 전극을 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 분석하여 생성된 임피던스 신호에 기반하여 상기 인간 혈청 샘플에서의 IgM-RF(rheumatoid factors)의 농도를 결정하는 단계를 포함하되,
상기 바이오 전극은,
기판;
상기 기판 상에 형성되고, 제1 전극의 복수의 핑거와 제2 전극의 복수의 핑거가 교차로 배치된 전극 어레이; 및
상기 전극 어레이 상에 형성된 센싱 영역을 포함하며,
상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거는 각각 마이크로미터 단위의 간격 및 폭을 가지며 직선 모서리가 없는 규칙적인 웨이브 형상으로 패턴화되고,
상기 웨이브 형상으로 패턴화된 상기 제1 전극의 복수의 핑거와 상기 제2 전극의 복수의 핑거에는 TA(Thiotic Acid)가 기능화된 SAM(Self-Assembled Monolayer)가 고정되고,
상기 TA가 기능화된 SAM에는 인간 IgG-Fc 단편이 공유결합되며,
상기 인간 IgG-Fc 단편이 공유 결합된 SAM에는 비특이적 결합을 차단하기 위한 BSA(Bovine Serum Albumin)가 고정되는 류마티즘 인자 검출 방법.
diluting the human serum sample to prepare a diluent;
applying the diluent to the bio-electrode;
culturing the bio-electrode in a humidity chamber; and
Comprising the step of determining the concentration of IgM-RF (rheumatoid factors) in the human serum sample based on the impedance signal generated by EIS (Electrochemical impedance spectroscopy) analysis of the cultured bio-electrode,
The bioelectrode,
Board;
an electrode array formed on the substrate, in which a plurality of fingers of a first electrode and a plurality of fingers of a second electrode are alternately disposed; and
a sensing region formed on the electrode array;
Each of the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode has an interval and a width in micrometers and is patterned in a regular wave shape without straight edges,
A self-assembled monolayer (SAM) functionalized with TA (Thotic Acid) is fixed to the plurality of fingers of the first electrode and the plurality of fingers of the second electrode patterned in the wave shape,
A human IgG-Fc fragment is covalently bound to the TA-functionalized SAM,
A method for detecting a rheumatism factor in which BSA (Bovine Serum Albumin) is fixed to the SAM to which the human IgG-Fc fragment is covalently bound.
삭제delete
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