KR102332618B1 - High sensitivity detection method for glycated albumin using urchin-like platinum nanoparticles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성게 모양 백금 나노입자를 이용하여 고감도의 당화알부민 측정방법 등에 관한 것으로서, 본 발명은 Peroxidase 모방 촉매 활성을 가지는 성게 모양 백금 나노입자를 이용하여 혈장 내 당화 알부민의 농도에 보다 민감하고 정확하게 정량할 수 있는 방법을 제공함으로써, 당뇨병 진단 및 추적에 유용하게 이용될 것으로 기대된다. The present invention relates to a method for measuring glycated albumin with high sensitivity using sea urchin-shaped platinum nanoparticles, and the present invention uses sea urchin-shaped platinum nanoparticles having a peroxidase-mimicking catalytic activity to more sensitively and accurately quantify the concentration of glycated albumin in plasma By providing a method that can do this, it is expected that it will be usefully used in the diagnosis and tracking of diabetes.

Description

성게 모양 백금 나노입자를 이용한 당화알부민의 고감도 측정방법{High sensitivity detection method for glycated albumin using urchin-like platinum nanoparticles}High sensitivity detection method for glycated albumin using urchin-like platinum nanoparticles}

본 발명은 성게 모양 백금 나노입자를 이용하여 고감도의 당화알부민 측정방법 등에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring glycated albumin with high sensitivity using sea urchin-shaped platinum nanoparticles.

당뇨병 (Diabetes Mellitus, DM)은 인슐린 저항성 및/또는 인슐린 결핍으로 인한 이질성 항전증을 가진 만성 대사 질환이다. 당뇨병은 혈중 포도당의 농도가 높아지는 고혈당을 특징으로 하며, 혈당관리 조절을 실패할 경우 당뇨망막증, 신장질환, 족부병변 등의 합병증이 유발될 수 있기 때문에 당뇨병 환자들의 혈당 관리에 대한 중요성은 증가되고 있다.Diabetes Mellitus (DM) is a chronic metabolic disease with heterogeneous dystrophy due to insulin resistance and/or insulin deficiency. Diabetes mellitus is characterized by high blood sugar in which the concentration of glucose in the blood rises. Failure to control blood sugar can lead to complications such as diabetic retinopathy, kidney disease, and foot lesions, so the importance of blood sugar management in diabetic patients is increasing. .

혈당 모니터링을 위해 사용되는 지표로서 1,5-안하이드로-D-글루시톨(1,5-AG), 당화 혈색소(HbA1c), 당화 알부민(GA) 등 여러 가지가 있다. 당화혈색소가 지난 2~3개월 동안의 평균 혈당 수치를 지표하는 것과 달리, 당화 알부민은 지난 2~4주 동안의 평균 혈당 수치를 민감하게 반영하여, 제1형 당뇨병 환자, 만성 신장병 환자 또는 임산부들의 혈당 수치 변화 값을 안정적으로 제공할 수 있는 유용한 혈당 지표로 주목 받고 있다.As indicators used for blood glucose monitoring, there are various examples such as 1,5-anhydro-D-glucitol (1,5-AG), glycated hemoglobin (HbA1c), and glycated albumin (GA). Unlike glycated hemoglobin, which indicates the average blood glucose level for the past 2 to 3 months, glycated albumin sensitively reflects the average blood glucose level for the past 2 to 4 weeks, making it easier for patients with type 1 diabetes, chronic kidney disease, or pregnant women. It is attracting attention as a useful blood sugar indicator that can stably provide a change in blood sugar level.

당화 알부민을 측정하기 위한 방법으로 흔히 친화력 크로마토그래피, 고성능 액체 크로마토그래피, 효소법, 색도 검출법 등이 있다. 하지만, 이러한 방법들은 시간이 많이 걸리고, 복잡한 과정 및 전문적인 조작 기술이 필요하기 때문에 바이오센서에 적용에는 널리 사용되지 못한다. 반면에, 전기화학적 측정법은 높은 민감도로 빠르고 단순하게 결과를 제공하기 때문에 여러 응용에 사용되기에 용이하다. As a method for measuring glycated albumin, affinity chromatography, high performance liquid chromatography, enzymatic method, chromaticity detection method, etc. are commonly used. However, these methods are not widely used for biosensor applications because they take a lot of time, require complicated procedures and specialized manipulation techniques. On the other hand, electrochemical measurement methods are easy to use for many applications because they provide quick and simple results with high sensitivity.

한편, 당화 알부민 고감도 검출을 위해 전기화학적 측정법에 천연효소를 도입하면 pH나 온도와 같은 주변 환경에 의한 활성 변화로 신뢰성 및 안정성에 문제가 생기는 단점이 있다. 이에 대한 대안으로, 최근 주목받고 있는 인공 효소인 나노자임을 천연효소의 대체제로 이용하면 온도, pH 등에 안정적인 신호 검출에 이용될 수 있다.On the other hand, when a natural enzyme is introduced into an electrochemical measurement method for high-sensitivity detection of glycated albumin, there is a disadvantage in that reliability and stability problems occur due to changes in activity caused by the surrounding environment such as pH or temperature. As an alternative to this, if nanozyme, an artificial enzyme that has recently been attracting attention, is used as a substitute for natural enzymes, it can be used for stable signal detection at temperature, pH, and the like.

본 발명자들은 높은 민감도로 빠르고 단순하게 당화알부민의 농도를 측정할 수 있는 나노자임의 개발을 위해 예의연구한 결과 본 발명을 완성하였다.The present inventors completed the present invention as a result of intensive research for the development of a nanozyme capable of quickly and simply measuring the concentration of glycated albumin with high sensitivity.

KR 10-2011-0002293KR 10-2011-0002293

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성게 모양 백금 나노입자를 이용한 당화알부민 측정방법과 이를 포함하는 당화알부민 측정 키트를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for measuring glycated albumin using sea urchin-shaped platinum nanoparticles and a kit for measuring glycated albumin including the same.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 혈장 샘플과 당화알부민 결합물질이 결합된 비드접합체를 반응시켜 당화알부민-비드접합체의 제1복합체 형성을 유도하는 단계; (2) 상기 (1) 단계 이후의 반응물을 원심분리하고 상등액을 제거하여 제1복합체를 수득하는 단계; (3) 상기 제1복합체와 당화알부민 결합물질이 수식된 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like Pt nanoparticle)을 반응시켜 제1복합체-나노자임의 제2복합체 형성을 유도하는 단계; 및 (4) 상기 (3) 단계 이후의 반응물을 원심분리하고 상등액을 제거하여 제2복합체를 회수하는 단계를 포함하는 당화알부민 측정방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method comprising: (1) inducing the formation of a first complex of a glycosylated albumin-bead conjugate by reacting a plasma sample with a bead conjugate to which a glycated albumin binding material is bound; (2) centrifuging the reaction product after step (1) and removing the supernatant to obtain a first complex; (3) inducing the formation of a second complex of the first complex-nanozyme by reacting the first complex with urchin-like Pt nanoparticles modified with a glycosylated albumin binding material; and (4) centrifuging the reaction product after step (3) and removing the supernatant to recover the second complex.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 측정방법은 상기 (4) 단계 이후에 (a) 회수된 제2복합체에 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB) 및 과산화수소를 혼합한 후 상기 혼합 시료의 색 변화를 확인하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the measuring method is 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (3,3',5,5) in the recovered second complex (a) after step (4). After mixing '-tetramethylbenzidine, TMB) and hydrogen peroxide, the step of confirming the color change of the mixed sample may be further included.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 측정방법은 (a) 단계 이후에 UV-vis 흡광도 스펙트럼에서 652nm에서의 흡광 세기를 측정하여 당화알부민의 농도를 정량화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. As another embodiment of the present invention, the measuring method may further include quantifying the concentration of glycated albumin by measuring the absorbance intensity at 652 nm in the UV-vis absorbance spectrum after step (a).

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (a) 단계는 회수된 제2복합체에 0.1 내지 1.6 mM의 TMB와 10 내지 140 mM의 과산화수소를 혼합할 수 있으나, 바람직하게는 TMB 0.5mM과 과산화수소 100mM을 혼합할 수 있다.As another embodiment of the present invention, in step (a), 0.1 to 1.6 mM of TMB and 10 to 140 mM of hydrogen peroxide may be mixed with the recovered second complex, but preferably 0.5 mM of TMB and 100 mM of hydrogen peroxide can be mixed.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 측정방법은 상기 (4) 단계 이후에 (b) 회수된 제2복합체에 티오닌(thionine) 및 과산화수소를 혼합한 후 상기 혼합 시료의 전기화학적 특성을 ITO(indium tin oxid) film 전극으로 차동 펄스 전압 전류법으로 측정하여 당화알부민의 농도를 정량화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. As another embodiment of the present invention, the measuring method is after the step (4), (b) after mixing thionine and hydrogen peroxide in the recovered second complex, the electrochemical properties of the mixed sample ITO ( The method may further include quantifying the concentration of glycated albumin by measuring by differential pulse voltammetry with an indium tin oxide) film electrode.

또한, 본 발명은 당화알부민 결합물질이 결합된 비드접합체와 당화알부민 결합물질이 수식된 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like Pt nanoparticle)를 포함하는, 당화알부민 측정 키트를 제공한다. In addition, the present invention provides a kit for measuring glycated albumin, comprising a bead conjugate to which a glycated albumin binding material is bound and urchin-like Pt nanoparticles modified with a glycated albumin binding substance.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 키트는 과산화수소를 추가로 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the kit may further include hydrogen peroxide.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 키트는 TMB 및/또는 티오닌을 추가로 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the kit may further comprise TMB and/or thionine.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 비드는 아가로스(agarose), 셀룰로스(cellulose), 세파로스(sepharose), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐톨루엔(toluene), 라텍스 비드, 및 유리 비드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 바람직하게는 아가로스 비드일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the beads are agarose, cellulose, sepharose, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyltoluene. , latex beads, and may be at least one selected from the group consisting of glass beads, preferably may be agarose beads.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 비드에 결합되고 상기 나노입자에 수식되는 당화알부민 결합물질은 각각 보론산(boronic acid), 콘카나발린 A(concanavalin A) 및 항체 (antibody)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 바람직하게 상기 비드에 결합된 당화알부민 결합물질은 보론산이고, 상기 나노입자에 수식된 결합물질은 당화알부민에 특이적으로 결합하는 항체일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the glycated albumin binding material bound to the beads and modified to the nanoparticles is from the group consisting of boronic acid, concanavalin A, and an antibody, respectively. It may be one or more selected, preferably, the glycosylated albumin binding material bound to the beads may be boronic acid, and the binding material modified to the nanoparticles may be an antibody that specifically binds to the glycosylated albumin.

또한, 본 발명은 상기 당화알부민 측정방법을 통해 얻은 혈장 내 당화알부민 측정값을 이용한 당뇨병의 진단방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a method for diagnosing diabetes using the measured value of glycated albumin in plasma obtained through the method for measuring glycated albumin.

본 발명은 Peroxidase 모방 촉매 활성을 가지는 성게 모양 백금 나노입자를 이용하여 혈장 내 당화 알부민의 농도에 보다 민감하고 정확하게 정량할 수 있는 방법을 제공함으로써, 당뇨병 진단 및 추적에 유용하게 이용될 것으로 기대된다.The present invention is expected to be useful in diagnosing and tracking diabetes by providing a method that can more sensitively and accurately quantify the concentration of glycated albumin in plasma using sea urchin-shaped platinum nanoparticles having peroxidase-mimicking catalytic activity.

도 1은 백금 이온(H2PtCl6)을 이용하여 합성된 5nm 이하의 백금 씨드(Pt seed)로부터 제적된 성게 모양 백금 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 이미지 이다.
도 2은 (a) TMB + 과산화수소, (b) Pt + 과산화수소, (c) Pt + TMB, 및 (d) Pt + TMB + 과산화수소가 혼합된 각 시료의 색 변화를 육안으로 확인하고(A), UV-vis 흡광도 스펙트럼을 통해 확인한 도면이다(B).
도 3는 성게 모양 백금 나노입자의 peroxidase 모방 촉매 활성을 enzyme kinetic analysis을 통해 확인한 도면이다. 구체적으로 0.5 mM TMB 존재 하에서 과산화수소의 농도 변화(10 내지 140 mM)에 따른 산화된 TMB의 흡광도(A), 산화 속도(C)를 확인하고, 100mM 과산화수소 존재 하에서 TMB의 농도 변화(0.1 내지 1.6 mM)에 따른 산화된 TMB의 흡광도(B) 및 산화 속도(D)를 확인하였으며, TMB와 과산화수소의 농도의 역수 각각에 대해 TMB 산화 초기속도의 역수간에 선형적인 상관관계를 확인한 도면이다(E 및 F).
도 4는 보론산이 결합된 아가로스 비드와 당화알부민의 결합구조인 제1복합체(bead-BA-GA complex), 제1복합체와 항체가 수식된 백금 나노입자의 결합구조인 제2복합체(bead-BA-GA-Ab-Pt complex)의 형성 과정 모식도이다.
도 5는 0.02 내지 10 % 당화알부민 농도를 갖는 시료를 이용하여 본 발명의 측정 방법에 따라 제2복합체(agarose bead-BA-GA-Ab-PtNP complex)를 획득한 후 색도 정량화 측정법에 따라 시료의 색 변화를 확인한 도면이다(A: 실험 모식도, B: 당화알부민 농도를 달리하여 나타난 색 변화 결과 사진, C: 당화알부민 농도에 따른 UV-vis 흡광도 스펙트럼, D: UV-vis 흡광도 스펙트럼에 대한 calibration curve 그래프).
도 6은 당화알부민의 농도 측정을 위한 전기화학적 측정법 이용에 있어서 기질(hydroquinone, ferrocene, 2-aminophenol, TMB, Thionine)에 따른 환원전류의 크기 차이를 확인하고(A), 가장 뚜렷한 전류를 나타내는 Thionine과 과산화수소 및 백금 나노입자의 다양한 혼합을 통해 환원전류의 크기를 측정하여 thionine, 과산화수소 및 백금 나노입자의 3종 혼합에서 가장 큰 전류의 흐름을 확인한 도면이다(B).
도 7은 0.01 내지 20 % 당화알부민 농도를 갖는 시료를 이용하여 본 발명의 측정 방법에 따라 제2복합체(agarose bead-BA-GA-Ab-PtNP complex)를 획득한 후 thionine을 기질로 한 전기화학적 정량화 측정법의 결과 도면이다(A: 실험 모식도, B: 환원전류 측정 결과, C: 측정 전류의 calibration curve 그래프).
도 8a 및 8b는 백금 나노입자의 형상에 따른 TMB의 산화 활성을 확인한 도면이다.
1 is a transmission electron microscope (TEM) image of sea urchin-shaped platinum nanoparticles weaved from a platinum seed (Pt seed) of 5 nm or less synthesized using platinum ions (H 2 PtCl 6 ).
Figure 2 visually confirms the color change of each sample in which (a) TMB + hydrogen peroxide, (b) Pt + hydrogen peroxide, (c) Pt + TMB, and (d) Pt + TMB + hydrogen peroxide is mixed (A), It is a figure confirmed through the UV-vis absorbance spectrum (B).
3 is a view confirming the peroxidase mimic catalytic activity of sea urchin-shaped platinum nanoparticles through enzyme kinetic analysis. Specifically, the absorbance (A) and oxidation rate (C) of oxidized TMB according to the change in the concentration of hydrogen peroxide (10 to 140 mM) in the presence of 0.5 mM TMB were confirmed, and the change in the concentration of TMB in the presence of 100 mM hydrogen peroxide (0.1 to 1.6 mM) The absorbance (B) and oxidation rate (D) of oxidized TMB according to ).
4 is a first complex (bead-BA-GA complex), which is a binding structure of agarose beads bound to boronic acid and glycated albumin, and a second complex (bead-), which is a binding structure of the first complex and platinum nanoparticles modified with an antibody. It is a schematic diagram of the formation process of the BA-GA-Ab-Pt complex.
Figure 5 shows the sample according to the chromaticity quantification measurement method after obtaining a second complex (agarose bead-BA-GA-Ab-PtNP complex) according to the measurement method of the present invention using a sample having a glycated albumin concentration of 0.02 to 10% It is a drawing confirming the color change (A: Experimental schematic diagram, B: Color change result photo showing different glycated albumin concentration, C: UV-vis absorbance spectrum according to glycated albumin concentration, D: calibration curve for UV-vis absorbance spectrum graph).
Figure 6 confirms the difference in the size of the reduction current according to the substrate (hydroquinone, ferrocene, 2-aminophenol, TMB, Thionine) in the use of the electrochemical measurement method for measuring the concentration of glycated albumin (A), Thionine showing the most distinct current It is a diagram confirming the largest current flow in three types of mixtures of thionine, hydrogen peroxide and platinum nanoparticles by measuring the magnitude of the reduction current through various mixing of hydrogen peroxide and platinum nanoparticles (B).
7 shows electrochemical reactions using thionine as a substrate after obtaining a second complex (agarose bead-BA-GA-Ab-PtNP complex) according to the measurement method of the present invention using a sample having a glycated albumin concentration of 0.01 to 20%. It is a drawing of the result of the quantitative measurement method (A: experimental schematic diagram, B: reduction current measurement result, C: calibration curve graph of the measurement current).
8a and 8b are views confirming the oxidation activity of TMB according to the shape of the platinum nanoparticles.

본 발명자들은 당뇨병의 진단 및 추적을 위한 당화알부민 농도 측정에 있어서, 민감도와 정확도를 증가시켜 보다 정확한 결과 데이터를 제공할 수 있는 방법에 대해 예의 연구한 결과 성게 모양 백금 나노입자에서 현저하게 우수한 peroxidase 활성 효과를 확인하고, 이를 나노자임으로 이용한 당화알부민 농도 측정 방법을 제공하고자 한다. The present inventors have intensively studied a method for providing more accurate result data by increasing the sensitivity and accuracy in measuring the glycated albumin concentration for the diagnosis and tracking of diabetes. To confirm the effect, and to provide a method for measuring the concentration of glycated albumin using the nanozyme.

본 발명은 혈장의 당화알부민의 농도를 정확하게 측정함으로써 민감도를 향상시킨 당뇨병 환자의 혈당 측정 방법 및 혈당 측정 키트를 제공한다. The present invention provides a blood glucose measurement method and a blood glucose measurement kit for diabetic patients with improved sensitivity by accurately measuring the concentration of glycated albumin in plasma.

나노자임은 peroxidase(과산화효소)나 oxidase(산화효소)와 같이 산화환원 활성에 기반한 반응을 촉매 작용하는 효소 유사체로서, 본 발명에서 '나노자임'은 과산화수소 존재 하에 TMB, thionine와 같은 기질의 산화를 촉진, 촉매 하는 peroxidase 모방 활성을 갖는 나노입자를 의미한다. Nanozyme is an enzyme analog that catalyzes a reaction based on redox activity, such as peroxidase or oxidase. It refers to nanoparticles with peroxidase mimic activity that promotes and catalyzes.

본 발명자들은 구체적인 실시예를 통하여 백금 이온을 이용하여 5nm 이하의 백금 씨드로 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like PtNP)를 제조하고, 상기 성게 모양 백금 나노입자의 peroxidase 모방 촉매 활성을 확인한 결과, 본 발명의 성게 모양 백금 나노입자는 과산화수소 존재 하에 TMB의 산화를 촉매하여 나노자임으로써 기능함을 확인하였다(실시예 1 및 2 참조).The present inventors prepared sea urchin-like platinum nanoparticles (urchin-like PtNP) with platinum seeds of 5 nm or less using platinum ions through specific examples, and confirmed the peroxidase-mimicking catalytic activity of the sea urchin-like platinum nanoparticles. It was confirmed that the sea urchin-shaped platinum nanoparticles of the present invention function as nanoparticles by catalyzing the oxidation of TMB in the presence of hydrogen peroxide (see Examples 1 and 2).

이어서, 본 발명자들은 제작된 성게 모양 나노입자에 당화알부민 특이적으로 결합하는 항체를 수식하고, 당화알부민 이외의 물질과의 반응을 차단하도록 항체 수식된 면적외를 PVP로 코팅하여 혈장의 당화알부민 농도를 측정하고자 하였다. 보론산은 당화알부민과 cis-diol 결합을 형성하는바, 보론산(BA)이 결합된 아가로스 비드(bead)와 혈장을 반응시켜 당화알부민(GA)과 보론산-아가로스 비드(bead-BA)의 결합체(제1복합체)를 형성하고, 상기 결합체에 상기 제조된 항체가 수식된 성게 모양 나노입자(Ab-PtNP)를 처리하여 항체와 당화알부민의 결합에 의해 제1복합체와 성게 모양 나노입자가 결합된 제2복합체 형성을 유도하였다(실시예 3-1 참조).Next, the present inventors modified the antibody that specifically binds glycated albumin to the prepared sea urchin-shaped nanoparticles, and coated the outside of the antibody-modified area with PVP to block the reaction with substances other than glycated albumin, so that the concentration of glycated albumin in plasma was intended to measure. Boronic acid forms a cis-diol bond with glycated albumin, and glycated albumin (GA) and boronic acid-agarose beads (bead-BA) are reacted with agarose beads bound to boronic acid (BA) with plasma. The first complex and the sea urchin-shaped nanoparticles are formed by binding the antibody to glycosylated albumin by treating the conjugate with the prepared antibody-modified sea urchin-shaped nanoparticles (Ab-PtNP). It induced the formation of a bound second complex (see Example 3-1).

상기 형성된 제2복합체는 색도 정량화 측정법과 전기화학적 정량화 측정법을 이용하여 혈장 내 당화알부민의 구체적인 농도를 수치로 제공할 수 있었으며, 특히 본 발명자들은 전기화학적 당화알부민 정량화에 있어서, 티오닌(thionine)이 ITO 전극에서 현저하게 우수한 감도를 나타내는 기질로 작용할 수 있음을 확인하고, 티오닌과 과산화수소의 존재 하에 전압을 가하여 환원전류를 측정한 결과 색도 정량화 측정의 경우보다 당화알부민에 대한 넓은 검출 범위, 낮은 검출한계 및 높은 민감도를 갖는 검출 결과를 확인할 수 있었다(실시예 3-2 및 3-3 참조).The formed second complex was able to provide a specific concentration of glycated albumin in plasma as a numerical value using chromaticity quantification and electrochemical quantification. In particular, the present inventors found that in electrochemical quantification of glycated albumin, thionine It was confirmed that it can act as a substrate showing remarkably excellent sensitivity in the ITO electrode, and the reduction current was measured by applying a voltage in the presence of thionine and hydrogen peroxide. Detection results having limitations and high sensitivity were confirmed (see Examples 3-2 and 3-3).

또한, 본 발명자들은 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like PtNP)의 형태적인 특성에 의한 우수한 효과를 확인하기 위하여 구형의 일반적인 백금 나노입자(PtNP)와의 비교실험을 진행한 결과, 과산화수소와 TMB가 존재하는 용액에 상기 나노입자를 각각 혼합한 후 용액의 광학신호 검출시 652nm 에서 피크를 확인할 수 있었으며, 상기 피크의 크기는 성게 모양 백금 나노입자가 구형 백금 나노입자보다 약 2.3배 크며, 시간에 따라 652nm에서의 흡광도를 비교한 결과 성게 모양 백금 나노입자가 구형 백금 나노입자보다 빠르게 많은 양의 TMB의 산화를 촉매함을 알 수 있었다(실시예 4 참조). In addition, the present inventors conducted a comparative experiment with spherical general platinum nanoparticles (PtNP) in order to confirm the excellent effect by the morphological characteristics of the sea urchin-like platinum nanoparticles (urchin-like PtNP). As a result, hydrogen peroxide and TMB were present. After mixing each of the nanoparticles in the solution, a peak at 652 nm was confirmed when the optical signal of the solution was detected. As a result of comparing the absorbance at , it was found that the sea urchin-shaped platinum nanoparticles catalyze the oxidation of a large amount of TMB faster than the spherical platinum nanoparticles (see Example 4).

이에, 본 발명자들은 성게 모양 백금 나노입자를 혈장 내의 당화알부민의 정확한 검출 및 농도 측정에 이용하도록 제공할 수 있다. 본 명세서에서 '나노입자'는 특별히 그 형상을 달리 기술하지 않는 한 '성게 모양 나노입자'이고 '백금 나노입자'인 것을 의미한다.Accordingly, the present inventors can provide sea urchin-shaped platinum nanoparticles to be used for accurate detection and concentration measurement of glycated albumin in plasma. As used herein, the term 'nanoparticles' means 'sea urchin-shaped nanoparticles' and 'platinum nanoparticles' unless the shape is specifically described otherwise.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can apply various transformations and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

[실시예][Example]

실시예 1. 항체가 수식된 성게 모양 백금 나노입자의 제작Example 1. Preparation of antibody-modified sea urchin-shaped platinum nanoparticles

백금 이온을 이용하여 5nm 이하의 백금 씨드(Pt seed)들을 합성한 후, 그 씨드들을 이용하여 Peroxidase 모방 활성을 가지는 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like PtNPs)를 합성하고 투과전자현미경 이미지를 촬영하였다(도 2).After synthesizing Pt seeds with a diameter of 5 nm or less using platinum ions, urchin-like PtNPs with peroxidase mimic activity were synthesized using the seeds, and a transmission electron microscope image was taken. (Fig. 2).

urchin-like PtNPs의 제조는 온도, precursor ion의 농도, stabilizer와 reduction agent의 농도 및 첨가하는 속도를 조절하여 Pt ion의 diffusion control을 통제하였고, 이로써 Pt ion의 환원속도를 조절하여 그 형태를 성게 모양인 것으로 합성할 수 있다. For the production of urchin-like PtNPs, the diffusion control of Pt ions was controlled by controlling the temperature, the concentration of precursor ions, the concentrations of stabilizers and reduction agents, and the rate of addition, and thus the reduction rate of Pt ions was controlled to shape the shape of the sea urchin. It can be synthesized with

보다 구체적으로 5nm 이하의 백금 씨드를 합성한 후 백금 씨드와 precursor ion인 0.4M chloroplatinic acid (H2PtCl6)이 혼합되어 있는 수용액에 stabilizer와 reduction agent인 1% sodium citric acid 및 1.25% L-ascorbic acid를 dropwise로 3초에 한 방울씩 첨가하였다. 이때 혼합 수용액의 온도는 60℃에서 80℃로 서서히 증가시켰다.More specifically, after synthesizing a platinum seed of 5 nm or less, 1% sodium citric acid and 1.25% L-ascorbic as a stabilizer and reduction agent in an aqueous solution in which the platinum seed and the precursor ion, 0.4M chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) are mixed. The acid was added dropwise every 3 seconds, dropwise. At this time, the temperature of the mixed aqueous solution was gradually increased from 60°C to 80°C.

상기 urchin-like PtNPs에 당화 알부민과 특이적인 결합을 하는 항체를 수식하고, 항체가 수식되지 않은 나노자임 표면은 불특정 물질들의 흡착을 막기 위하여 Polyvinylpyrrolidone (PVP) 으로 코팅하였다.The urchin-like PtNPs were modified with an antibody that specifically binds to glycosylated albumin, and the surface of the nanozyme unmodified with the antibody was coated with polyvinylpyrrolidone (PVP) to prevent adsorption of unspecified substances.

실시예 2. 백금 나노입자의 나노자임으로서 효소 운동학적 분석(enzyme kinetic analysis)Example 2. Enzyme kinetic analysis of platinum nanoparticles as nanozymes

2-1. 백금 나노입자의 peroxidase 모방 촉매 활성 확인2-1. Confirmation of peroxidase-mimicking catalytic activity of platinum nanoparticles

상기 실시예 1에서 제작한 urchin-like PtNPs의 peroxidase 모방 촉매 활성을 확인하기 위해, 80mM 과산화수소가 존재할 때 0.5mM TMB를 포함하는 수용액에 상기 백금 나노입자를 혼합하고 용액의 색 변화를 확인하고 용액의 UV 흡광도 변화를 확인하였다. In order to confirm the peroxidase-mimicking catalytic activity of the urchin-like PtNPs prepared in Example 1, the platinum nanoparticles were mixed in an aqueous solution containing 0.5 mM TMB in the presence of 80 mM hydrogen peroxide, and the color change of the solution was checked and the Changes in UV absorbance were confirmed.

그 결과, 도 2의 A에서 확인할 수 있는 바와 같이, (a) TMB + 과산화수소, (b) Pt + 과산화수소의 수용액은 색의 변화가 전혀 없었고, (c) Pt + TMB의 혼합 용액의 경우 미미한 색 변화를 확인할 수 있었다. 반면에 (d) Pt + TMB + 과산화수소의 혼합 용액의 경우 Pt 혼합 후 1분 안에 뚜렷한 파란색으로 변화를 확인할 수 있었다. 용액의 색변화는 TMB가 나노입자에 의해 충분히 산화됨을 의미한다. As a result, as can be seen in A of FIG. 2, the aqueous solution of (a) TMB + hydrogen peroxide, (b) Pt + hydrogen peroxide had no color change at all, and (c) the mixed solution of Pt + TMB had a slight color. change could be observed. On the other hand, in the case of (d) a mixed solution of Pt + TMB + hydrogen peroxide, a clear blue change was observed within 1 minute after Pt mixing. The color change of the solution means that the TMB is sufficiently oxidized by the nanoparticles.

또한, 도 2의 B에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 (a) 내지 (d) 각각의 혼합 용액의 UB-vis 흡광 스펙트럼 결과로부터 과산화수소가 존재할 때 urchin-like PtNP에 의해 TMB의 산화가 촉매되어 산화된 TMB에 해당하는 652nm에서의 흡광 세기가 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있다(파란색 그래프 곡선). 이로부터 상기 실시예 1에서 제조한 백금 나노입자가 peroxidase와 유사하게 과산화수소 존재 하에 TMB의 산화를 촉매하는 나노자임인 것을 알 수 있다. In addition, as can be seen in FIG. 2B , from the UB-vis absorption spectrum results of each of the mixed solutions (a) to (d), the oxidation of TMB is catalyzed by urchin-like PtNP when hydrogen peroxide is present. It can be seen that the absorption intensity at 652 nm corresponding to the TMB is large (blue graph curve). From this, it can be seen that the platinum nanoparticles prepared in Example 1 are nanozymes that catalyze the oxidation of TMB in the presence of hydrogen peroxide, similar to peroxidase.

2-2. 백금 나노입자의 효소 운동학적 분석2-2. Enzyme Kinetic Analysis of Platinum Nanoparticles

이어서, 과산화수소와 TMB에 대한 나노자임의 효소 운동학적 분석을 시행하였다. 구체적으로, 고정된 TMB 농도(0.5mM)에서 과산화수소의 농도 변화(10~140mM)에 따른 백금 나노입자의 peroxidase 모방 촉매 활성과 고정된 과산화수소 농도(100mM) 하에서 TMB의 농도 변화(.01~1.6mM)에 따른 촉매 활성을 시간이 흐름에 따라 652nm(산화된 TMB(TMBox)의 흡광 파장)에서의 흡광도를 확인하여 측정하였다. Next, the enzyme kinetics analysis of nanozyme with respect to hydrogen peroxide and TMB was performed. Specifically, the peroxidase-mimicking catalytic activity of platinum nanoparticles according to the change in the concentration of hydrogen peroxide (10 to 140 mM) at a fixed TMB concentration (0.5 mM) and the change in the concentration of TMB under the fixed hydrogen peroxide concentration (100 mM) (.01 to 1.6 mM) ) was measured by checking the absorbance at 652 nm (absorption wavelength of oxidized TMB (TMBox)) over time.

기질의 농도에 따른 TMB 산화의 초기 속도 (initial velocity: V0)와 Michaelis-Menten 상수 (Km) 와 TMB 산화의 최고 속도 (Vmax)는 V0에 대한 Michaelis-Menten equation 그래프와 Lineweaver-Burk plot으로 얻어진 식 및 하기 식 1 내지 4을 통해 산출하였다. The initial velocity of TMB oxidation (V 0 ), Michaelis-Menten constant (K m ), and maximum rate of TMB oxidation (V max ) according to the concentration of the substrate were determined by the Michaelis-Menten equation graph for V 0 and the Lineweaver-Burk It was calculated through the formula obtained by plot and the following formulas 1 to 4.

[식 1][Equation 1]

Figure 112019130575601-pat00001
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[식 2][Equation 2]

Figure 112019130575601-pat00002
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[식 3][Equation 3]

Figure 112019130575601-pat00003
Figure 112019130575601-pat00003

[식 4][Equation 4]

Figure 112019130575601-pat00004
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(C : 산화형 TMB의 농도, : 산화형 TMB의 흡광 계수(3.9×104M-1cm-1), L : 측정 큐벳의 광학 경로 길이(1 cm), V max : TMB 산화의 최고 속도, [S] : 기질(과산화수소 또는 TMB)의 농도, K m : Michaelis-Menten 상수)( C : concentration of oxidized TMB, : extinction coefficient of oxidized TMB (3.9×10 4 M −1 cm −1 ), L : optical path length of the measuring cuvette (1 cm), V max : maximum rate of TMB oxidation , [S] : concentration of substrate (hydrogen peroxide or TMB), K m : Michaelis-Menten constant)

그 결과, 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각각 고정된 TMB 와 과산화수소 농도에 대하여 과산화수소와 TMB의 농도를 증가 시킬수록 나노자임에 의해 산화된 TMB의 흡광도가 빠르게 증가하였다(도 3의 A 및 B 참조). 또한, 각각 과산화수소와 TMB 농도가 증가하면 TMB 산화의 초기속도가 점차 증가하다가 어느 지점부터는 포화되었으며(도 3의 C 및 D 참조), 각각의 과산화수소와 TMB 농도의 역수와 TMB 산화의 초기속도의 역수 사이에 선형적인 상관 관계가 있으며(도 3의 E 및 F 참조), urchin-like PtNPs 나노자임의 과산화수소와 TMB에 대한 Michaelis-Menten 상수 (K m)와 TMB 산화의 최고 속도 (V max)는 각각 순서대로 82.69mM, 1.77μMs-1 와 0.174mM, 1.01μMs-1 임을 알 수 있었다. 이는 상기 실시예 1에서 제조한 나노자임이 천연 효소인 HRP(horseradish peroxidase)와 비교하여 약 50배 이상의 기질에 대한 촉매 활성을 가짐을 의미한다. As a result, as can be seen in FIG. 3 , the absorbance of TMB oxidized by nanozyme increased rapidly as the concentrations of hydrogen peroxide and TMB were increased with respect to the fixed TMB and hydrogen peroxide concentrations, respectively ( FIGS. 3A and 3B ). Reference). In addition, as the concentrations of hydrogen peroxide and TMB were increased, the initial rate of TMB oxidation gradually increased and then saturated from a certain point (see C and D in FIG. 3 ), and the reciprocal of the concentrations of hydrogen peroxide and TMB and the inverse of the initial rate of TMB oxidation. There is a linear correlation between (see E and F in Fig. 3), and the Michaelis-Menten constant ( K m ) and the maximum rate of TMB oxidation ( V max ) for hydrogen peroxide and TMB of urchin-like PtNPs nanozymes were respectively It was found that 82.69mM, 1.77μMs -1 and 0.174mM, 1.01μMs -1 were sequentially obtained. This means that the nanozyme prepared in Example 1 has a catalytic activity on a substrate about 50 times higher than that of a natural enzyme, horseradish peroxidase (HRP).

실시예 3. 나노자임을 이용한 당화 알부민 농도 검출 Example 3. Detection of glycated albumin concentration using nanozyme

3-1. bead-BA-GA-Ab-Pt complex 형성 유도3-1. Induction of bead-BA-GA-Ab-Pt complex formation

보론산이 결합된 아가로스 비드와 혈장을 반응시키면 비드의 보론산(BA)은 cis-diol 결합을 통해 당화알부민(GA)과 특이적으로 결합하여 제1복합체(bead-BA-GA complex)를 형성하고, 이에 당화알부민과 특이적으로 결합하는 항체를 수식한 백금 나노입자를 처리하는 경우 당화알부민을 사이에 두고 샌드위치 모양의 제2복합체(bead-BA-GA-Ab-PtNP complex)가 형성된다(도 4). When plasma is reacted with agarose beads bound with boronic acid, the boronic acid (BA) of the beads specifically binds with glycated albumin (GA) through a cis-diol bond to form a first complex (bead-BA-GA complex) And, when platinum nanoparticles modified with an antibody that specifically binds to glycated albumin are treated, a sandwich-shaped second complex (bead-BA-GA-Ab-PtNP complex) is formed with glycated albumin interposed therebetween ( Fig. 4).

이에, 보론산이 결합된 아가로스 비드를 전체 휴먼 세럼 알부민(total human serum albumin: tHSA)에 혼합하고 당화알부민과 보론산이 반응할 수 있도록 충분한 시간 경과 후에 원심분리하여 당화되지 않은 정상 알부민(HSA)을 제거하고 아가로스 비드-보론산-당화알부민의 복합체인 제1복합체 만을 회수하였다. 이어서, 제1복합체를 당화알부민에 특이적으로 결합하는 항체가 수식된 성게 모양 나노입자와 혼합하고 충분히 반응할 수 있는 시간이 경과된 후에 원심분리하여 아가로스 비드-보론산-당화알부민-항체-백금 나노입자의 복합체인 제2복합체를 회수하였다. Therefore, the agarose beads bound with boronic acid are mixed with total human serum albumin (tHSA) and centrifuged after sufficient time has elapsed so that the glycated albumin and boronic acid can react to remove unglycosylated normal albumin (HSA). After removal, only the first complex, which is a complex of agarose beads-boronic acid-glycated albumin, was recovered. Next, the first complex is mixed with sea urchin-shaped nanoparticles modified with an antibody that specifically binds to glycosylated albumin, and centrifuged after a sufficient time elapses to react, agarose beads-boronic acid-glycosylated albumin-antibody- A second complex, which is a complex of platinum nanoparticles, was recovered.

3-2. 색도(colorimetric) 정량화 측정법을 이용한 당화알부민 농도 검출3-2. Detecting the glycated albumin concentration using a colorimetric quantification method

도 5의 A에 나타낸 과산화수소 존재 하에 urchin-like PtNPs 나노자임에 의해 촉매된 TMB 산화를 이용한 당화 알부민 농도에 따른 색도(colorimetric) 정량화 측정법의 원리에 따라 당화알부민의 농도를 검출하였다. The concentration of glycosylated albumin was detected according to the principle of colorimetric quantification according to the concentration of glycosylated albumin using TMB oxidation catalyzed by urchin-like PtNPs nanozyme in the presence of hydrogen peroxide shown in FIG. 5A .

구체적으로 다양한 농도(0.02~10%)로 당화알부민을 포함하는 시료로부터 상기 실시예 3-1의 방법으로 제2복합체를 회수하고, 이를 0.5mM TMB와 100mM 과산화수소가 있는 수용액에 혼합한 후 혼합용액 색 변화와 흡광도를 확인하였다.Specifically, the second complex was recovered by the method of Example 3-1 from a sample containing glycated albumin at various concentrations (0.02 to 10%), mixed with an aqueous solution containing 0.5 mM TMB and 100 mM hydrogen peroxide, and then mixed solution Color change and absorbance were confirmed.

그 결과, 50 mg/mL 전체 알부민 중에 존재하는 당화 알부민의 농도가 증가할수록 산화된 TMB의 양이 많아져 푸른색이 진해졌으며(도 5의 B), 당화알부민의 농도가 증가할수록 652nm에서 용액의 흡광도가 증가함을 확인할 수 있었다(도 5의 C). 또한, 흡광도 그래프에 대한 calibration curve로부터 선형 범위는 0.02 - 10 % (10 μg/mL - 5 mg/mL), 검출 한계는 0.0184 % (9.2 μg/mL), R2 값은 0.978임을 확인하였다(도 5의 D).As a result, as the concentration of glycated albumin present in 50 mg/mL total albumin increased, the amount of oxidized TMB increased and the blue color became darker (FIG. 5B), and as the concentration of glycated albumin increased, the solution at 652 nm It was confirmed that the absorbance was increased (FIG. 5C). In addition, from the calibration curve for the absorbance graph, it was confirmed that the linear range was 0.02 - 10 % (10 µg/mL - 5 mg/mL), the detection limit was 0.0184 % (9.2 µg/mL), and the R 2 value was 0.978 (Fig. 5 d).

3-3. 전기화학적(electrochemical) 정량화 측정법을 이용한 당화알부민 농도 검출3-3. Detection of glycated albumin concentration using electrochemical quantification method

(1) 기질 선별(1) substrate selection

urchin-like PtNPs 나노자임을 이용하여 당화알부민을 고감도 전기화학적 정량을 하기 위해, ITO film 전극에서 감도가 우수한 기질을 선별하고자 하였다. In order to perform high-sensitivity electrochemical quantitation of glycated albumin using urchin-like PtNPs nanozyme, it was attempted to select a substrate with excellent sensitivity in the ITO film electrode.

구체적으로, HRP의 전기화학적 기질로 알려진 hydroquinone(HQ), ferrocene, 2-aminophenol, TMB, Thionine의 활성을 비교하였으며, 0.5mM의 기질과 100mM의 과산화수소 수용액에 urchin-like PtNPs 나노자임을 혼합하고 1분 후에 ITO film 전극으로 순환전압전류법(CV, Cyclic Voltammetry)을 사용하여 -0.8~0.9V 범위에서 전류곡선을 얻었다. Specifically, the activities of hydroquinone (HQ), ferrocene, 2-aminophenol, TMB, and thionine, known as electrochemical substrates of HRP, were compared. After minutes, a current curve was obtained in the range of -0.8 ~ 0.9V using cyclic voltammetry (CV, Cyclic Voltammetry) with an ITO film electrode.

그 결과, 도 6의 A에 나타낸 바와 같이, 환원 전류가 가장 크게 나타난 기질은 thionine 이었으며, 이어서, thionine에 대한 나노자임의 peroxidase 모방 촉매 활성을 전기화학적방법을 통해 확인하고자 하였다.As a result, as shown in FIG. 6A , the substrate showing the greatest reduction current was thionine, and then, the peroxidase-mimicking catalytic activity of nanozymes for thionine was confirmed through an electrochemical method.

구체적으로, 가장 전기화학적 활성이 좋은 기질인 thionine에 대하여 urchin-like PtNPs 나노자임의 Peroxidase 모방 촉매 활성을 전기화학적으로 확인하기 위해, (1)과산화수소 + Pt, (2)thionine + Pt, (3)thionine + 과산화수소 + Pt 이렇게 세 가지 혼합 용액에서 순환전압전류법으로 전류 곡선을 얻었다. Specifically, to electrochemically confirm the peroxidase-mimicking catalytic activity of urchin-like PtNPs nanozymes with respect to thionine, the substrate with the best electrochemical activity, (1) hydrogen peroxide + Pt, (2) thionine + Pt, (3) Current curves were obtained by cyclic voltammetry in three mixed solutions: thionine + hydrogen peroxide + Pt.

그 결과, 도 6의 B에 나타낸 바와 같이, 전류곡선의 환원 전류가 (3) thionine + 과산화수소 + Pt 의 혼합 용액에서 가장 크게 나타났으며, 이는 나노자임이 과산화수소 존재 하에 기질인 thionine의 산화를 촉매 하였다는 것을 시사한다. 즉, urchin-like PtNPs 나노자임이 Peroxidase 모방 촉매 활성을 가짐을 알 수 있다. As a result, as shown in FIG. 6B, the reduction current of the current curve was greatest in the mixed solution of (3) thionine + hydrogen peroxide + Pt, which catalyzes the oxidation of thionine as a substrate in the presence of hydrogen peroxide. suggests that it was That is, it can be seen that the urchin-like PtNPs nanozyme has a peroxidase-mimicking catalytic activity.

(2) 당화알부민 농도의 전기화학적 정량화(2) Electrochemical quantification of glycated albumin concentration

이어서, 도 7의 A에 나타낸 과산화수소 존재 하에 나노자임에 의해 촉매된 thionine 산화를 이용한 당화 알부민 농도에 따른 전기화학적(electrochemical) 정량화 측정법의 원리에 따라 당화알부민 정량화 및 그 정확도를 확인하고자 하였다.Next, according to the principle of electrochemical quantification according to the concentration of glycosylated albumin using thionine oxidation catalyzed by nanozyme in the presence of hydrogen peroxide shown in FIG.

구체적으로, 전기화학적 정량화 측정법을 위해 다양한 농도(0.01~20%)로 당화알부민을 포함하는 시료로부터 상기 실시예 3-1의 방법으로 제2복합체를 회수하고, 이를 0.5mM Thionine과 100mM 과산화수소가 있는 수용액에 혼합하였다. 나노자임 표면에서 산화된 Thionine을 ITO film 전극 위에서 차동 펄스 전압 전류법(DPV, Differential Pulse Voltammetry)으로 다시 환원시켰고, 그 때 발생하는 전류를 측정하여 당화알부민의 농도를 정량화하였다.Specifically, for the electrochemical quantification measurement, the second complex was recovered by the method of Example 3-1 from a sample containing glycated albumin at various concentrations (0.01 to 20%), and 0.5 mM Thionine and 100 mM hydrogen peroxide were mixed in aqueous solution. Thionine oxidized on the nanozyme surface was reduced again by differential pulse voltammetry (DPV) on the ITO film electrode, and the current generated at that time was measured to quantify the concentration of glycated albumin.

그 결과, 50 mg/mL 전체 알부민 중에 존재하는 당화 알부민의 농도가 증가할수록 산화된 Thionine의 양이 많아져서 그것을 다시 작업 전극에서 환원시켜 얻어진 전류 값은 증가하였으며(도 7의 B), 환원 전류 크기에 대한 calibration curve로부터 선형 범위는 0.01 - 20 % (5μg/mL - 10 mg/mL), 검출 한계는 0.0076 % (3.8 μg/mL), R2 값은 0.984임을 확인하였다(도 7의 C). 상기 결과로부터 당화알부민 농도와 전류 사이에 선형관계에 의해 urchin-like PtNPs 나노자임 기반의 당화 알부민 검출이 전기화학적 정량화 측정법으로 정확한 값을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 나노자임은 전기화학적 정량화 측정법을 이용하는 경우 색도 정량화 측정의 경우보다 넓은 검출 범위, 낮은 검출한계, 그리고 높은 민감도로 당화알부민의 농도를 제공할 수 있음을 알 수 있다. As a result, as the concentration of glycated albumin present in 50 mg/mL total albumin increased, the amount of oxidized thionine increased, and the current value obtained by reducing it again at the working electrode increased (FIG. 7B), and the reduction current size From the calibration curve for , it was confirmed that the linear range was 0.01 - 20 % (5 μg/mL - 10 mg/mL), the detection limit was 0.0076 % (3.8 μg/mL), and the R 2 value was 0.984 ( FIG. 7C ). From the above results, it can be seen that the urchin-like PtNPs nanozyme-based glycated albumin detection can provide accurate values by electrochemical quantification due to the linear relationship between the glycated albumin concentration and the current. In addition, it can be seen that the nanozyme of the present invention can provide the concentration of glycated albumin with a wider detection range, lower detection limit, and higher sensitivity than in the case of chromaticity quantification when using the electrochemical quantification method.

실시예 4. 성게 모양 백금 나노입자와 백금 나노입자의 효과 비교Example 4. Comparison of effects of sea urchin-shaped platinum nanoparticles and platinum nanoparticles

성게 모양 백금 나노입자(urchin-like PtNP)의 당화알부민 검출 효율 및 그 민감도 확인을 위하여 구형의 백금 나노입자(PtNP)와의 비교실험을 진행하였다. 보다 구체적으로, 0.5mM TMB와 100mM 과산화수소가 존재하는 용액에 PtNP와 urchin-like PtNP를 같은 농도로 혼합한 후 시간에 따른 상기 혼합용액의 흡광도를 측정하였다. A comparative experiment with spherical platinum nanoparticles (PtNP) was conducted to confirm the detection efficiency and sensitivity of glycated albumin of sea urchin-like platinum nanoparticles (urchin-like PtNP). More specifically, after mixing PtNP and urchin-like PtNP at the same concentration in a solution in which 0.5 mM TMB and 100 mM hydrogen peroxide are present, the absorbance of the mixed solution over time was measured.

그 결과, 도 8a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 백금 나노입자의 혼합하고 반응시간 90 초에서 PtNP와 urchin-like PtNP 모두 652nm에서 신호 피크가 나타났고, urchin-like PtNP의 신호가 2배 이상으로 크게 나타났다. 보다 구체적으로, 도 8b에서 시간의 흐름에 따라 TMBox의 흡광파장인 652nm의 시간의 흐름에 따른 광학 신호를 확인한 결과 urchin-like PtNP이 PtNP보다 현저하게 빠르게 많은 양의 TMB를 산화시킴을 알 수 있었다. 상기 결과로부터, urchin-like PtNP이 PtNP보다 peroxidase 모방 활성이 각별하게 우수함을 알 수 있다. As a result, as can be seen in FIG. 8a , both PtNP and urchin-like PtNP signal peaks appeared at 652 nm at 90 seconds after mixing the platinum nanoparticles, and the signal of urchin-like PtNP was more than doubled. appear. More specifically, as a result of confirming the optical signal with the passage of time of 652 nm, which is the absorption wavelength of the TMBox over time in FIG. 8b, it was found that urchin-like PtNP oxidized a large amount of TMB significantly faster than PtNP. . From the above results, it can be seen that urchin-like PtNP has exceptionally superior peroxidase mimic activity than PtNP.

구형 백금 나노입자 외에 공지된 peroxidase 활성을 갖는 효소 및 나노자임과 성게 모양 백금 나노입자의 당화알부민 측정 효율을 비교하여 아래의 표 1에 정리하였다. In addition to spherical platinum nanoparticles, the glycated albumin measurement efficiency of enzymes and nanozymes with known peroxidase activity and sea urchin-shaped platinum nanoparticles were compared and summarized in Table 1 below.

Figure 112019130575601-pat00005
Figure 112019130575601-pat00005

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, kcat 값을 다른 것과 비교해 보았을 때, 백금 나노입자는 철 등의 다른 금속 나노입자보다 peroxidase 유사 활성이 우수하며, 특히, urchin-like PtNP 은 구형 PtNP와 비교하여 TMB에 대해서는 약 2배, 과산화수소에 대해서는 약 5배 더 좋은 활성을 나타내는 것으로부터 urchin-like PtNP가 나노자임으로서 가장 우수한 활성을 가짐을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, when the k cat value was compared with other metal nanoparticles, platinum nanoparticles had superior peroxidase-like activity than other metal nanoparticles such as iron. In particular, urchin-like PtNP compared with spherical PtNP. Therefore, it can be seen that urchin-like PtNP has the best activity as a nanozyme from the fact that it exhibits about 2 times better activity against TMB and about 5 times better activity against hydrogen peroxide.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (13)

하기의 단계를 포함하는 당화알부민 측정방법:
(1) 혈장 샘플과 당화알부민 결합물질이 결합된 비드접합체를 반응시켜 당화알부민-비드접합체의 제1복합체 형성을 유도하는 단계;
(2) 상기 (1) 단계 이후의 반응물을 원심분리하고 상등액을 제거하여 제1복합체를 수득하는 단계;
(3) 상기 제1복합체와 당화알부민 결합물질이 수식된 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like Pt nanoparticle)을 반응시켜 제1복합체-나노자임의 제2복합체 형성을 유도하는 단계; 및
(4) 상기 (3) 단계 이후의 반응물을 원심분리하고 상등액을 제거하여 제2복합체를 회수하는 단계.
A method for measuring glycated albumin comprising the steps of:
(1) inducing the formation of a first complex of the glycated albumin-bead conjugate by reacting the plasma sample with the bead conjugate to which the glycated albumin binding material is bound;
(2) centrifuging the reaction product after step (1) and removing the supernatant to obtain a first complex;
(3) inducing the formation of a second complex of the first complex-nanozyme by reacting the first complex with urchin-like Pt nanoparticles modified with a glycosylated albumin binding material; and
(4) centrifuging the reaction product after step (3) and removing the supernatant to recover the second complex.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계의 비드는 아가로스(agarose), 셀룰로스(cellulose), 세파로스(sepharose), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐톨루엔(polyvinyl toluene), 라텍스 비드, 및 유리 비드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 측정방법.
According to claim 1,
The beads of step (1) are agarose, cellulose, sepharose, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl toluene, latex beads , and a measuring method, characterized in that at least one selected from the group consisting of glass beads.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계와 (3) 단계의 당화알부민 결합물질은 각각 보론산(boronic acid), 콘카나발린 A(concanavalin A) 및 항체 (antibody)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 측정방법.
According to claim 1,
The glycosylated albumin-binding material in steps (1) and (3) is at least one selected from the group consisting of boronic acid, concanavalin A, and an antibody, respectively. Measurement, Way.
제3항에 있어서,
상기 (1) 단계의 당화알부민 결합물질은 보론산이고, 상기 (3) 단계의 당화알부민 결합물질은 항체인 것을 특징으로 하는, 측정방법.
4. The method of claim 3,
The measuring method, characterized in that the glycosylated albumin-binding material in step (1) is boronic acid, and the glycosylated albumin-binding material in step (3) is an antibody.
제1항에 있어서,
상기 (3) 단계의 성게 모양 백금 나노입자는 5nm 이하의 백금 씨드(Pt seed)를합성한 후 상기 백금 씨드와 0.4M 염화백금산(chloroplatinic acid)의 혼합용액에 1% 시트르산(citric acid) 및 1.25% L-아스코르브산(L-ascorbic acid)을 3초에 한 방울씩 첨가하여 제조된 것으로서, 당화알부민 결합물질이 수식된 표면을 제외하고 폴리바이닐피롤리돈(polycinylpyrrolidone: PVP)로 표면이 코팅된 것을 특징으로 하는, 측정방법.
According to claim 1,
The sea urchin-shaped platinum nanoparticles of step (3) synthesized a platinum seed (Pt seed) of 5 nm or less, and then added 1% citric acid and 1.25 to a mixed solution of the platinum seed and 0.4M chloroplatinic acid. % L-ascorbic acid (L-ascorbic acid) is prepared by adding one drop every 3 seconds, except for the surface on which the glycosylated albumin binding material is modified, the surface is coated with polyvinylpyrrolidone (PVP) A measurement method, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 측정방법은 상기 (4) 단계 이후에 (a) 회수된 제2복합체에 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB) 및 과산화수소를 혼합한 후 상기 혼합 시료의 색 변화를 확인하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정방법.
According to claim 1,
The measuring method is 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine, TMB) and hydrogen peroxide in (a) the recovered second complex after step (4). The measuring method, characterized in that it further comprises the step of confirming the color change of the mixed sample after mixing.
제6항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 TMB는 0.5mM, 과산화수소는 100mM을 혼합하는 것을 특징으로 하는, 측정방법.
7. The method of claim 6,
In the step (a), TMB is 0.5mM, hydrogen peroxide is 100mM, characterized in that the mixing, the measuring method.
제1항에 있어서,
상기 측정방법은 상기 (4) 단계 이후에 (b) 회수된 제2복합체에 과산화수소를 혼합한 후 티오닌(thionine) 및 과산화수소를 혼합한 후 상기 혼합 시료의 전기화학적 특성을 ITO(indium tin oxide) 전극으로 순환전압전류법을 사용하여 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정방법.
According to claim 1,
In the measurement method, after step (4), (b) after mixing hydrogen peroxide with the recovered second complex, thionine and hydrogen peroxide were mixed, and then the electrochemical properties of the mixed sample were measured using indium tin oxide (ITO). Measurement method, characterized in that it further comprises the step of measuring using a cyclic voltammetry as an electrode.
당화알부민 결합물질이 결합된 비드접합체와 당화알부민 결합물질이 수식된 성게 모양 백금 나노입자(urchin-like Pt nanoparticle)를 포함하는, 당화알부민 측정 키트로서,
상기 키트는 색도 정량화 측정(colorimetric detection) 및 전기화학적 정량화 측정(electrochemical detection)이 가능한 것을 특징으로 하는, 당화알부민 측정 키트.
A glycated albumin measurement kit comprising a bead conjugate to which a glycosylated albumin binding material is bound and a sea urchin-like Pt nanoparticle modified with a glycosylated albumin binding substance,
The kit is a glycated albumin measurement kit, characterized in that colorimetric detection and electrochemical detection are possible.
제9항에 있어서,
상기 비드는 아가로스(agarose), 셀룰로스(cellulose), 세파로스(sepharose), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐톨루엔(toluene), 라텍스 비드, 및 유리 비드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 당화알부민 측정 키트.
10. The method of claim 9,
The beads are made of agarose, cellulose, sepharose, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyltoluene, latex beads, and glass beads. A glycated albumin measurement kit, characterized in that at least one selected from the group.
제9항에 있어서,
상기 당화알부민 결합물질은 각각 보론산(boronic acid), 콘카나발린 A(concanavalin A) 및 항체 (antibody)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 당화알부민 측정 키트.
10. The method of claim 9,
The glycosylated albumin binding material is a glycosylated albumin measurement kit, characterized in that at least one selected from the group consisting of boronic acid, concanavalin A, and an antibody, respectively.
제9항에 있어서,
상기 비드에 결합된 당화알부민 결합물질은 보론산이고, 상기 나노입자에 수식된 결합물질은 항체인 것을 특징으로 하는, 당화알부민 측정 키트.
10. The method of claim 9,
A glycosylated albumin measurement kit, characterized in that the glycated albumin binding material bound to the bead is boronic acid, and the binding substance modified to the nanoparticles is an antibody.
제9항에 있어서,
상기 성게 모양 백금 나노입자는 5nm 이하의 백금 씨드(Pt seed)를 합성한 후 상기 백금 씨드와 0.4M 염화백금산(chloroplatinic acid)의 혼합용액에 1% 시트르산(citric acid) 및 1.25% L-아스코르브산(L-ascorbic acid)을 3초에 한 방울씩 첨가하여 제조된 것으로서, 당화알부민 결합물질이 수식된 표면을 제외하고 폴리바이닐피롤리돈(polycinylpyrrolidone: PVP)로 표면이 코팅된 것을 특징으로 하는, 당화알부민 측정 키트.
10. The method of claim 9,
The sea urchin-shaped platinum nanoparticles are 1% citric acid and 1.25% L-ascorbic acid in a mixed solution of the platinum seed and 0.4M chloroplatinic acid after synthesizing a platinum seed of 5 nm or less. It is prepared by adding (L-ascorbic acid) dropwise every 3 seconds, and the surface is coated with polyvinylpyrrolidone (PVP) except for the surface on which the glycated albumin binding material is modified, characterized in that, A glycated albumin measurement kit.
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