KR102348003B1 - Target biomarker detection method using a Dual antibody-linked immuno sandwich assay - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for detecting a target biomarker using a double antibody-linked immune sandwich assay and provides a composition for detecting a target biomarker comprising: superparamagnetic nanoparticles immobilized with antibodies; and a polymersome on which a signal amplifying material is supported and an antibody is bound, and a method for detecting a target biomarker using the same.

Description

이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석을 이용한 타겟 바이오마커 검출방법{Target biomarker detection method using a Dual antibody-linked immuno sandwich assay}Target biomarker detection method using a Dual antibody-linked immuno sandwich assay

본 발명은 이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석을 이용한 타겟 바이오마커 검출용 조성물 및 검출 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition and a detection method for detecting a target biomarker using a double antibody-linked immune sandwich assay.

면역분석법(immunoassay)이란 시료의 분석과정에서 항체를 이용하는 기술을 의미하며, 목표 항원에 대한 높은 선택성과 친화성 때문에 바이오마커(biomarker)를 분석하는데 매우 중요한 기술 중 하나이다. 초기에는 주로 단백질의 검출이나 정량을 위하여 사용하였으며, 그 검출 원리 및 방법에 따라 방사성동위원소를 사용하여 신호를 검출하는 방사면역분석시험법(RIA: radioimmunoassay), 효소에 의한 신호증폭을 사용하는 효소면역측정법 (ELISA: enzyme-linked immunoassay), 화학발광을 사용하는 화학발광면역측정법(CLIA: chemiluminescence immunoassay) 등으로 나눌 수 있다. 그 중 가장 많이 사용되고 있는 방법이 ELISA이다.Immunoassay refers to a technique that uses an antibody in the process of analyzing a sample, and is one of very important techniques for analyzing a biomarker because of its high selectivity and affinity for a target antigen. In the early days, it was mainly used for the detection or quantification of proteins, and according to the detection principle and method, radioimmunoassay (RIA) that detects signals using radioactive isotopes, enzymes that use signal amplification by enzymes It can be divided into an enzyme-linked immunoassay (ELISA) and a chemiluminescence immunoassay (CLIA) using chemiluminescence. Among them, the most widely used method is ELISA.

ELISA의 경우 다양한 종류의 시료 내 특정 바이오마커의 농도를 측정하는 방법으로 민감도와 특이도가 뛰어나다는 장점이 있으나, 시료의 준비과정 및 고체 표면에 항체를 고정하는 방법 등의 요소가 검출의 민감도와 정밀도에 큰 영향을 미치게 된다. 또한 항체에 결합시킨 효소가 항원-항체 반응을 저해할 가능성이 있으며 이로 인한 바이오마커의 검지 가능 농도가 매우 불규칙하다.ELISA is a method of measuring the concentration of a specific biomarker in various types of samples and has the advantage of excellent sensitivity and specificity. It greatly affects the precision. In addition, there is a possibility that the enzyme bound to the antibody inhibits the antigen-antibody reaction, and thus the detectable concentration of the biomarker is very irregular.

질병의 조기 발견 및 전염성 질환의 전파를 예방하기 위해서는 저 농도의 바이오마커 검출 기술이 수반되어야 한다. 이러한 시스템을 구축하기 위해서는 시료 내 비특이적 단백질 등으로부터 바이오마커만을 분리해내고 검출할 수 있는 초고감도 검출 기술 개발이 필수적이다.In order to detect diseases early and prevent the spread of infectious diseases, low-concentration biomarker detection technology is required. In order to construct such a system, it is essential to develop an ultra-sensitive detection technology that can separate and detect only biomarkers from non-specific proteins in a sample.

이와 관련된 선행 연구(비특허문헌 1)로, 이차항체(detection antibody) 말단에 효소 대신 환원제가 담지된 리포좀을 결합하여 리포좀의 붕괴 후 나타나는 금 나노입자의 뭉침을 통해 비색 감별하는 방법이 있으나 기판 기반의 샌드위치 방법의 특성상 분석과정이 복잡하여 표적단백질의 손실을 야기할 수 있다. 또한 항체 고정화 방법의 어려움을 벗어나지 못한다는 한계가 있다.In a related prior study (Non-Patent Document 1), there is a method of colorimetric discrimination through aggregation of gold nanoparticles that appear after the liposome collapse by binding a liposome carrying a reducing agent instead of an enzyme to the end of the secondary antibody (detection antibody). Due to the nature of the sandwich method, the analysis process is complicated and may cause loss of the target protein. In addition, there is a limit in that it cannot escape the difficulties of the antibody immobilization method.

자성 나노입자를 활용한 바이오 센서에 관한 연구로는 자성 나노입자 및 골드 나노클러스터가 결합된 나노복합체 및 그 제조방법[특허문헌 1], 재사용이 가능한 자성 나노입자를 포함하는 바이오센서 및 이를 이용한 타겟 검출방법 [특허문헌 2], 단백질 G다합체가 고정화된 자성실리카 나노입자 및 이의 제조방법과 이를 이용한 검출용 면역센서 및 이를 이용한 면역검출방법 [특허문헌 3] 등이 보고된 바 있으나, 기존의 자성 나노 입자를 활용한 바이오센서는 표적 물질과 신호 물질 혹은 신호 조절 물질이 일대일로 결합하여 신호가 유도되기 때문에, 적은 농도의 표적이 존재할 때의 신호 검출에는 한계를 가지며, 또한 항체를 이용하는 분석법의 경우, 항원-항체 결합에 소요되는 시간, 항체-항체 간 흡착 등을 방지하는 물질을 처리하는 과정, 그리고 여러 단계의 워싱 과정으로 인해 2시간 내지 3시간 정도 소요되는 문제가 있다.A study on a biosensor using magnetic nanoparticles includes a nanocomposite in which magnetic nanoparticles and gold nanoclusters are combined and a method for manufacturing the same [Patent Document 1], a biosensor containing reusable magnetic nanoparticles, and a target using the same Detection method [Patent Document 2], magnetic silica nanoparticles immobilized with protein G multimer, a manufacturing method thereof, an immune sensor for detection using the same, and an immunodetection method using the same [Patent Document 3] have been reported, but the existing In biosensors using magnetic nanoparticles, signals are induced by combining a target material with a signal material or a signal control material one-to-one. In this case, there is a problem in that it takes about 2 to 3 hours due to the time required for antigen-antibody binding, the process of treating a material that prevents adsorption between the antibody and the antibody, and the washing process in several steps.

또한, 눈물 등의 비혈액성 체액은 혈청단백 및 면역반응 유래 단백, 세포 등이 적기 때문에 혈액 등 다른 체액에 비해 바이오마커의 농도는 상대적으로 낮다. 따라서 소량의 바이오마커 분리 및 정제를 위한 분석법이 절실히 필요한 실정이다.In addition, the concentration of biomarkers is relatively low compared to other body fluids, such as blood, because non-hematologic fluids such as tears contain less serum proteins, immune response-derived proteins, and cells. Therefore, there is an urgent need for an analytical method for isolating and purifying a small amount of biomarkers.

국내 특허 등록 제2074316호 (20.01.31)Domestic Patent Registration No. 2074316 (20.01.31) 국내 특허 등록 제2105263호 (20.04.21)Domestic Patent Registration No. 2105263 (20.04.21) 국내 특허 등록 제1273964호(2013.06.03)Domestic Patent Registration No. 1273964 (2013.06.03)

Magnetically Enhanced Fluorescence: Signal Amplification by Magnetic Force on Polydiacetylene Supramolecules for Detection of Prostate Cancer, small 2012, 8, No. 2, 209-213Magnetically Enhanced Fluorescence: Signal Amplification by Magnetic Force on Polydiacetylene Supramolecules for Detection of Prostate Cancer, small 2012, 8, No. 2, 209-213 Protein detection using biobarcodes, Mol. BioSyst., 2006, 2, 470-476Protein detection using biobarcodes, Mol. BioSyst., 2006, 2, 470-476 Analysis of nonspecific reactions in enzyme-linked immunosorbent assay testing for human rotavirus, J Clin Microbiol., 1979 Nov;10(5):703-707Analysis of nonspecific reactions in enzyme-linked immunosorbent assay testing for human rotavirus, J Clin Microbiol., 1979 Nov;10(5):703-707 Determination of Human Tumor Necrosis Factor α by a Highly Sensitive Enzyme Immunoassay, Biochemical and Biophysical Research Communications 289, 295-298 (2001)Determination of Human Tumor Necrosis Factor α by a Highly Sensitive Enzyme Immunoassay, Biochemical and Biophysical Research Communications 289, 295-298 (2001) Single-Digit Pathogen and Attomolar Detection with the Naked Eye Using Liposome-Amplified Plasmonic Immunoassay, Nano Lett. 2015, 15, 9, 6239-6246Single-Digit Pathogen and Attomolar Detection with the Naked Eye Using Liposome-Amplified Plasmonic Immunoassay, Nano Lett. 2015, 15, 9, 6239-6246

이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 제 1 항체가 고정화된 초상자성 나노입자 및 신호증폭물질이 담지되고 제 2 항체가 결합된 고분자 나노입자를 이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석법에 이용하여 타겟 바이오물질 검출 플랫폼을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have studied to solve the problems of the prior art. As a result, superparamagnetic nanoparticles immobilized with the first antibody and polymer nanoparticles loaded with a signal amplifying material and bound with a second antibody were used in a double antibody-linked immune sandwich assay. Thus, the present invention was completed by developing a target biomaterial detection platform.

따라서, 본 발명은 이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석법을 이용한 타겟 바이오물질 검출용 조성물 및 타겟 바이오물질의 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for detecting a target biomaterial and a method for detecting a target biomaterial using a double antibody-linked immune sandwich assay.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은As a means for solving the above problems, the present invention

제 1 항체로 고정화된 초상자성 나노입자; 및superparamagnetic nanoparticles immobilized with a first antibody; and

신호 증폭 물질이 담지되고 제 2 항체가 결합된 고분자 나노입자(폴리머솜);Polymer nanoparticles (polymersome) to which a signal amplifying material is supported and a second antibody is bound;

를 포함하는 타겟 바이오물질 검출용 조성물을 제공한다.It provides a composition for detecting a target biomaterial comprising a.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은In addition, as another means for solving the above problems, the present invention

초상자성 나노 입자에 제 1 항체를 고정화시키는 단계;Immobilizing the first antibody to the superparamagnetic nanoparticles;

신호증폭 물질을 담지시킨 고분자 나노입자(폴리머솜)를 제조하는 단계;preparing a polymer nanoparticle (polymersome) on which a signal amplifying material is supported;

상기 폴리머솜에 제 2 항체를 결합시키는 단계; binding a second antibody to the polymersome;

타겟 바이오물질이 존재하는 시료에 제 1 항체가 고정화된 초상자성 나노입자를 첨가하는 단계;adding the first antibody immobilized superparamagnetic nanoparticles to the sample in which the target biomaterial is present;

상기 제 2 항체가 결합된 고분자 나노입자(폴리머솜)를 상기 시료에 첨가시켜 타겟 바이오물질을 사이에 두고 초상자성 나노입자와 폴리머솜의 결합을 유도하여 샌드위치 복합체를 제조하는 단계; preparing a sandwich complex by adding polymer nanoparticles (polymersomes) to which the second antibody is bound to the sample to induce binding of superparamagnetic nanoparticles and polymersomes with a target biomaterial interposed therebetween;

폴리머솜 내 신호증폭물질이 방출하도록 폴리머솜을 붕괴시키는 단계; 및disrupting the polymersome to release a signal amplifying material in the polymersome; and

초상자성 나노입자와 분리시켜 방출된 신호를 분석하는 단계Separating from the superparamagnetic nanoparticles and analyzing the emitted signal

를 포함하는 타겟 바이오물질의 검출방법을 제공한다.It provides a method for detecting a target biomaterial comprising a.

본 발명은 초상자성 나노입자 및 폴리머솜을 이중 항체 연결 면역 샌드위치 분석법에 이용하여 타겟 바이오물질을 검출하는 방법에 관한 것으로, 시료 내 소량의 표적 물질 존재 하에도 과량의 신호 증폭 물질을 담지하고 있는 폴리머솜 이 결합함으로써 선택적이고 민감하게 검출할 수 있다. 또한, 초상자성 나노입자의 크기 조절을 통해 분리 속도를 조절할 수 있으며, 폴리머솜 또한 크기 조절을 통해 신호 증폭 물질 담지량을 조절할 수 있다. 특히, 더 나아가 표적 물질의 검출 시간은 1시간 이내로 소요된다.The present invention relates to a method for detecting a target biomaterial by using superparamagnetic nanoparticles and polymersomes in a double antibody-linked immune sandwich assay. By binding to the cotton, it can be detected selectively and sensitively. In addition, the separation rate can be controlled by controlling the size of the superparamagnetic nanoparticles, and the loading amount of the signal amplifying material can also be controlled by adjusting the size of the polymersome. In particular, further, the detection time of the target material is less than 1 hour.

도 1은 초상자성 나노입자 개질 단계를 나타낸 것이다.
도 2는 초상자성 나노입자 개질 후 각 입자의 크기와 분포를 DLS 결과로 나타낸 것이다.
도 3은 초상자성 나노입자 개질 후 각 입자의 TEM 결과이다.
도 4는 개질된 각 입자의 자화도를 나타낸 VSM 그래프이다.
도 5는 타겟 물질이 분리되는데 필요한 최소 MNP 양을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에서 사용된 폴리머솜을 나타낸 것이다.
도 7은 폴리머솜의 합성 후 외부 자극에 의해 붕괴하여 형광 물질을 방출하는 과정을 나타낸 것이다.
도 8은 폴리머솜 합성에 사용되는 블록공중합체 고분자 각각의 구조식과 NMR 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 신호 증폭 물질이 담지된 폴리머솜(검은색) 및 신호 증폭 물질이 담지되고 항체와 결합된 폴리머솜(파란색)을 DLS로 나타낸 결과이다.
도 10은 항체와 결합된 폴리머솜을 TEM으로 나타낸 결과이다.
도 11은 폴리머솜 붕괴 후 시간이 지남에 따라 형광 물질이 방출되는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 계면활성제의 다양한 농도 처리 하에 입자 붕괴 양상을 나타낸 결과이다.
도 13은 다양한 버퍼 하에서 폴리머솜 붕괴 양상을 보여주는 형광 신호 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 바이오마커의 검출 플랫폼의 작용 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 15는 도 14의 과정 결과로 바이오마커 농도 대비 형광 신호 그래프를 나타낸 결과이다.
도 16은 본 발명에 따른 타겟 바이오마커의 검출 센싱 플랫폼의 검출 소요 시간을 나타낸 것이다.
1 shows the superparamagnetic nanoparticle modification step.
Figure 2 shows the size and distribution of each particle after the modification of the superparamagnetic nanoparticles as a result of DLS.
3 is a TEM result of each particle after modification of superparamagnetic nanoparticles.
4 is a VSM graph showing the magnetization degree of each modified particle.
5 shows the minimum amount of MNP required for the target material to be separated.
6 shows the polymer cotton used in the present invention.
7 shows a process of emitting a fluorescent material by disintegration by an external stimulus after synthesis of the polymersome.
8 shows the structural formulas and NMR results of each of the block copolymer polymers used for synthesizing the polymersome.
9 is a result of DLS showing a polymersome (black) on which a signal amplifying material is supported and a polymersome (blue) on which a signal amplifying material is supported and bound to an antibody.
10 is a result showing the polymersome bound to the antibody by TEM.
11 is a graph showing the effect of emitting a fluorescent material over time after polymersome decay.
12 is a result showing particle disintegration patterns under various concentration treatments of surfactants.
13 is a fluorescence signal graph showing a polymersome decay pattern under various buffers.
14 shows a mechanism of action of a platform for detecting a target biomarker according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing a graph of fluorescence signal versus biomarker concentration as a result of the process of FIG. 14 .
16 shows the detection time required for the detection sensing platform of the target biomarker according to the present invention.

본 발명은 제 1 항체로 고정화된 초상자성 나노입자; 및The present invention relates to superparamagnetic nanoparticles immobilized with a first antibody; and

신호 증폭 물질이 담지되고 제 2 항체가 결합된 고분자 나노 입자(폴리머솜);Polymer nanoparticles (polymersome) to which a signal amplifying material is supported and a second antibody is bound;

를 포함하는 타겟 바이오물질 검출용 조성물에 관한 것이다.It relates to a composition for detecting a target biomaterial comprising a.

본 발명에서, 초상자성 나노입자는 초상자성을 갖는 나노 크기의 입자 형태의 물질로, 평소에는 자성을 갖고 있지 않지만, 외부 자기장에 의해 순간적으로 자화되어 자성을 갖게 되는 물질이다.In the present invention, superparamagnetic nanoparticles are materials in the form of nano-sized particles having superparamagnetism, which usually do not have magnetism, but are instantaneously magnetized by an external magnetic field to have magnetism.

상기 초상자성 나노입자는 자성을 띄는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금으로 이루어진 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.The superparamagnetic nanoparticles may be used without limitation as long as they are made of a magnetic metal material, a magnetic material, or a magnetic alloy.

상기 초상자성 금속 나노입자는 철 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 및 전이금속이 도핑된 철 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. The superparamagnetic metal nanoparticles may be at least one selected from the group consisting of iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, and iron oxide doped with a transition metal.

예를 들어, 상기 금속 물질은 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상기 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, p 및 q는 각각 식 0 < p ≤ 3 및 0 < q ≤ 5 이다.)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상기 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, NiFeCo 및 MnFe2O4으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 목적에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 이에 제한되지 않는다.For example, the metal material may be at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu and Au, and the magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM' 2 O 4 , and MpOq (M and M' each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd or Cr, and p and q are the formulas 0 < p ≤ 3 and 0 < q ≤ 5, respectively). It may be at least one selected from, and the magnetic alloy may be at least one selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, NiFeCo and MnFe 2 O 4 As it may vary depending on the purpose, it is not limited thereto. does not

본 발명에서는 상기 초상자성 나노입자의 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 공침법, 졸-겔법, 열분해법 또는 에멀젼법 등을 제한 없이 사용하여 제조할 수 있으나, 바람직하게는 열분해법을 사용할 수 있다. 상기 열분해법은 공침법에 비해 초상자성 나노입자의 크기 조절이 용이하고, 분산성, 결정성 및 상자성이 우수한 나노입자를 제조할 수 있다. 또한 상기 초상자성 나노입자의 성장은 시드 성장법(Seed mediated growth method)을 재차 적용하여 원하는 크기로 제조할 수 있다. 또한, 초상자성 나노입자(개질 후 입자 크기 포함)의 평균 입자 크기는 100 내지 500 nm, 바람직하게 100 내지 300 nm일 수 있다.In the present invention, the method for preparing the superparamagnetic nanoparticles is not particularly limited. For example, the co-precipitation method, the sol-gel method, the thermal decomposition method or the emulsion method may be used without limitation, but the thermal decomposition method may be preferably used. The thermal decomposition method can easily control the size of the superparamagnetic nanoparticles compared to the co-precipitation method, and can prepare nanoparticles having excellent dispersibility, crystallinity, and paramagnetic properties. In addition, the growth of the superparamagnetic nanoparticles can be manufactured to a desired size by reapplying a seed mediated growth method. In addition, the average particle size of the superparamagnetic nanoparticles (including the particle size after modification) may be 100 to 500 nm, preferably 100 to 300 nm.

본 발명의 일 구현예에서는 초상자성 나노입자를 실리카 코팅 후, 작용기(예, 카르복실기)로 개질하여 제 1 항체를 고정화시켜 사용하였다.In one embodiment of the present invention, the first antibody was immobilized and used by modifying the superparamagnetic nanoparticles with a functional group (eg, a carboxyl group) after silica coating.

상기 초상자성 나노입자를 실리카 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 나노에멜전법을 이용할 수 있다. 실리카 코팅된 초상자성 나노입자는 실리카 층의 두께가 1 내지 100 nm, 바람직하게 5 내지 30 nm일 수 있으며, 실리카를 코팅함으로써 친수성이 부여되고 여러 작용기로의 개질 용이성을 가질 수 있다.A method of coating the superparamagnetic nanoparticles with silica is not particularly limited, but a nano-emulsion method may be preferably used. The silica-coated superparamagnetic nanoparticles may have a thickness of 1 to 100 nm, preferably 5 to 30 nm, of a silica layer, and by coating silica, hydrophilicity is imparted and can be easily modified into various functional groups.

상기 제 1 항체는 초상자성 나노입자 고정화에 사용된 항체를 임의로 명명한 것으로, 검출하고자 하는 바이오마커에 특이적 결합을 하는 표적화 항체를 의미한다. 구체적으로, 제 1 항체는 타겟 바이오마커에 따라 달라질 수 있으며, 타겟 바이오마커(예, 항원)의 결합 부위가 상이하기 때문에 제 2 항체와는 상이한 것으로 사용되어야 한다. The first antibody is an arbitrarily named antibody used for immobilizing superparamagnetic nanoparticles, and refers to a targeting antibody that specifically binds to a biomarker to be detected. Specifically, the first antibody may vary depending on the target biomarker, and since the binding site of the target biomarker (eg, antigen) is different, it should be used as different from the second antibody.

상기 초상자성 나노입자는 일반적인 자석과 충분히 인력이 작용할 수 있는 평균 자화력을 나타내므로, 바이오마커-고분자 나노입자와 샌드위치 복합체를 이루어 자석을 이용하여 간단하게 분리할 수 있다.Since the superparamagnetic nanoparticles exhibit an average magnetizing force that can be sufficiently attractive to a general magnet, the biomarker-polymer nanoparticles and the sandwich complex can be formed and separated simply by using a magnet.

본 발명에 따른 바이오마커 탐지용 조성물은 초상자성 나노입자의 표면에 항체를 고정화시켜 바이오마커를 표적하고 자력 분리를 이용하여 쉽게 수집 및 분리할 수 있다. The composition for detecting biomarkers according to the present invention can target biomarkers by immobilizing an antibody on the surface of superparamagnetic nanoparticles, and can be easily collected and separated using magnetic separation.

본 발명에서 사용된 용어 "고분자 나노입자"는 양친매성 고분자의 자가조립에 의해 이중막 구조로 형성된 나노입자를 의미하며, 폴리머솜(Polymersome, Psome)이라고 명명한다. As used herein, the term "polymer nanoparticles" refers to nanoparticles formed in a double-layer structure by self-assembly of an amphiphilic polymer, and is called a polymersome (Psome).

상기 "양친매성 고분자"는 친수성을 나타내는 영역과 소수성을 나타내는 영역을 갖는 고분자를 의미한다. 폴리머솜 합성 시 양친매성 고분자는 친수성 영역 및 소수성 영역이 있는 고분자이기만 하면 제한 없이 이용이 가능하다. 양친매성 고분자는 친수성 고분자, 소수성 고분자 및 이들의 조합을 포함한다. 상기 고분자는 공중합체 형태로 포함될 수 있다. The "amphiphilic polymer" refers to a polymer having a region exhibiting hydrophilicity and a region exhibiting hydrophobicity. When synthesizing polymer cotton, the amphiphilic polymer can be used without limitation as long as it is a polymer having a hydrophilic region and a hydrophobic region. Amphiphilic polymers include hydrophilic polymers, hydrophobic polymers, and combinations thereof. The polymer may be included in the form of a copolymer.

구체적으로, 상기 양친매성 고분자는 폴리포스파젠, 폴리락티드(PLA), 폴리락티드-코-글리콜라이드, 폴리(락틱-코-글라이콜산)(PLGA), 폴리카프로락톤, 폴리안하이드라이드, 폴리말릭산 또는 그 유도체, 폴리알킬시아노아크릴레이트, 폴리하이드로옥시부틸레이트, 폴리카보네이트 및 폴리오르소에스테르, 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리옥시프로필렌(PPO) 폴리-L-라이신, 폴리글리콜라이드, 폴리 알킬(메타)아크릴레이트 및 폴리비닐 피롤리돈으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 소수성 영역과 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리옥시에틸렌(PEO), 폴레에테르이미드(PEI), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 N-이소프로필아크릴아미드(NIPAM)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 친수성 영역을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Specifically, the amphiphilic polymer is polyphosphazene, polylactide (PLA), polylactide-co-glycolide, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), polycaprolactone, polyanhydride , polymalic acid or its derivatives, polyalkylcyanoacrylate, polyhydrooxybutylate, polycarbonate and polyorthoester, polypropylene glycol (PPG), polyoxypropylene (PPO) poly-L-lysine, polyglycol A hydrophobic region selected from the group consisting of ride, polyalkyl (meth)acrylate and polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol (PEG), polyoxyethylene (PEO), polyetherimide (PEI), polyvinylpyrrolidone ( PVP) and N-isopropylacrylamide (NIPAM) may include a hydrophilic region selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예로, 상기 양친매성 고분자는 친수성 고분자로 PEG를 소수성 고분자로 락티드(Lactide, 3,6-Dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione)를 포함하는 PEG와 폴리락티드 공중합체 (PEG)m-(b-PLA)n 일 수 있다. 이 경우 m은 10 내지 50, n은 30 내지 100 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the amphiphilic polymer is a hydrophilic polymer, PEG, as a hydrophobic polymer, lactide (Lactide, 3,6-Dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione) containing PEG and poly lactide copolymer (PEG)m-(b-PLA)n. In this case, m may be 10 to 50, and n may be 30 to 100.

일 구현예로, 양친매성 고분자 (CH3PEG)m-(b-PLA)n [1]에 추후 항체와의 결합을 위해 작용기(예, COOH)를 갖는 양친매성 고분자 [2]와 혼합 사용할 수 있다. 혼합하지 않아도 입자의 합성은 가능하며, 표면에 컨쥬게이션 되는 항체의 양을 조절하기 위해 [1]과 [2]의 적절한 비율, 예를 들어 CH3:COOH=7.5:2.5 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. (실시예에서 사용된 양친매성 고분자의 m= 45, n= 97이다.)In one embodiment, the amphiphilic polymer (CH 3 PEG)m-(b-PLA)n [1] can be mixed with the amphipathic polymer [2] having a functional group (eg, COOH) for later binding to the antibody. have. The synthesis of particles is possible without mixing, and in order to control the amount of antibody conjugated to the surface, an appropriate ratio of [1] and [2], for example, CH 3 :COOH=7.5:2.5, is used by mixing. It is preferred, but not limited thereto. (m = 45, n = 97 of the amphiphilic polymer used in the Examples.)

상기 신호 증폭 물질은 양친매성 고분자 나노입자의 친수성 부분 또는 소수성 부분에 담지될 수 있다.The signal amplifying material may be supported on the hydrophilic portion or the hydrophobic portion of the amphiphilic polymer nanoparticles.

상기 신호 증폭 물질은 신호 증폭을 통하여 타겟 바이오마커를 용이하게 검출할 수 있는 물질로, 형광 물질, 흡광 물질, 금 나노입자 등을 사용할 수 있다.The signal amplification material is a material capable of easily detecting a target biomarker through signal amplification, and a fluorescent material, a light absorbing material, gold nanoparticles, or the like may be used.

상기 형광 물질은 특별히 제한되지는 않으나, 구체적으로 Dylight 488 NHE-ester dye, VybrantTM DiI, VybrantTM DiO, 양자점(quantum dots) 나노입자, 플루오로세인, 로다민, 루시퍼 엘로우, B-파이토에리쓰린, 9-아크리딘이소티오시아네이트, 루시퍼 엘로우 VS, 4-아세트아미도-4'-이소티오-시아나토스틸벤-2,2'-다이설폰산, 7-다이에틸아미노-3-(4'-이소티오시아토페닐)-4-메틸쿠마린, 석시니미딜-파이렌부티레이트, 4-아세트아미도-4'-이소티오시아나토스틸벤-2,2'-다이설폰산 유도체, LC™-Red 640, LC™-Red 705, Cy5, Cy5.5, 리사민, 이소티오시아네이트, 에리쓰로신 이소티오시아네이트, 다이에틸렌트리아민 펜타아세테이트, 1-다이메틸아미노나프틸5-설포네이트, 1-아닐리노-8-나프탈렌 설포네이트, 2-소티토우이디닐-6-나프탈렌설포네이트, 3-페닐-7-이소시아나토쿠마린, 9-이소티오시아나토아크리딘트, 크리딘오렌지 9-이(소티(2-벤족사조일릴)페닐)멜레이미드 사디아졸, 스틸벤, 파이렌, 이벤도체, 형광 물질을 포함한 실리카, II/Ⅳ족 반도체 양자점, III/V족 반도체 양자점, Ⅳ족 반도체 양자점, 또는 이다성분 혼성 구조체를 포함할 수 있으며, 바람직하게 상기 형광물질은 양친매성 고분자 나노 입자의 소수성 막 내부에 포함되며, 양자점(quantum dots) 나노입자, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7,ICG(indocyanine green), Cypate, ITCC, NIR820, NIR2, IRDye78, IRDye80, IRDye82, Cresy Violet, Nile Blue, Oxazine 750, Rhodamine800, 란탄나이드 계열 및 Texas Red로 구성되는 군으로부터 FRET (fluorescence resonance energy transfer, 형광 공명 에너지 전이) 현상을 보이는 두 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. The fluorescent material is not particularly limited, but specifically, Dylight 488 NHE-ester dye, Vybrant™ DiI, Vybrant™ DiO, quantum dots nanoparticles, fluorescein, rhodamine, lucifer yellow, B-phytoerythrin, 9 -acridineisothiocyanate, lucifer yellow VS, 4-acetamido-4'-isothio-cyanatostilbene-2,2'-disulfonic acid, 7-diethylamino-3-(4' -Isothiocyatophenyl)-4-methylcoumarin, succinimidyl-pyrenebutyrate, 4-acetamido-4'-isothiocyanatostilbene-2,2'-disulfonic acid derivative, LC™- Red 640, LC™-Red 705, Cy5, Cy5.5, lysamine, isothiocyanate, erythrosine isothiocyanate, diethylenetriamine pentaacetate, 1-dimethylaminonaphthyl5-sulfonate , 1-anilino-8-naphthalene sulfonate, 2-sotitouidinyl-6-naphthalenesulfonate, 3-phenyl-7-isocyanatocoumarin, 9-isothiocyanatoacridine, creidine orange 9 -I(sothi(2-benzoxazolyl)phenyl)melimide sadiazole, stilbene, pyrene, even dot, silica containing fluorescent material, group II/IV semiconductor quantum dot, group III/V semiconductor quantum dot, IV Group semiconductor quantum dots, or may include a multi-component hybrid structure, preferably the fluorescent material is included in the hydrophobic film of the amphipathic polymer nanoparticles, quantum dots (quantum dots) nanoparticles, Cy3.5, Cy5, Cy5. 5, Cy7, ICG (indocyanine green), Cypate, ITCC, NIR820, NIR2, IRDye78, IRDye80, IRDye82, Cresy Violet, Nile Blue, Oxazine 750, Rhodamine800, fluorescence resonance from the group consisting of lanthanide series and Texas Red (FRET) Energy transfer, fluorescence resonance energy transfer) can be used by selecting two or more species.

본 명세서에서 FRET 현상이란, 두 개의 서로 다른 파장 영역의 형광물질이 인접하였을 경우, 한쪽 형광분자(donor)를 여기하는 에너지가 발광하지 않고, 다른 쪽 형광분자(acceptor)에 전달되어 형광을 발생하는 현상, 즉 하나의 형광을 일으키는 에너지(donor)가 다른 형광물질에 전달되는 공명이 일어나 다른 형광(acceptor)이 일어나는 현상을 말한다. FRET 효율은 두 가지 형광분자간 거리로서 결정되는 점에서 도너와 어셉터가 근접하는 경우 FRET이 나타나고 멀어질 경우 FRET이 약해진다.In the present specification, the FRET phenomenon refers to a phenomenon in which, when two fluorescent materials of different wavelength regions are adjacent to each other, energy that excites one fluorescent molecule (donor) does not emit light, but is transferred to the other fluorescent molecule (acceptor) to generate fluorescence. A phenomenon, that is, a phenomenon in which the energy (donor) causing one fluorescence is transmitted to another fluorescence material and resonance occurs to generate another fluorescence (acceptor). Since FRET efficiency is determined as the distance between two fluorescent molecules, FRET appears when the donor and acceptor are close to each other, and FRET weakens when they move away from each other.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 고분자 나노입자의 제조에서 DiO(3,3'-Dioctadecyloxacarbocyanine Perchlorate), DiI(1,1'-Dioctadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyanine Perchlorate) 두 종류의 FRET pair 형광물질을 이용하여 합성하였다. DiO는 도너로 488 nm의 파장에서 여기하여 501 nm의 파장을 포함하는 에너지를 발생하고 DiI는 어셉터로 549 nm의 파장에서 여기하여 565 nm의 파장에 해당하는 에너지를 발생한다.In one embodiment of the present invention, two types of DiO (3,3'-Dioctadecyloxacarbocyanine Perchlorate) and DiI (1,1'-Dioctadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyanine Perchlorate) in the preparation of the polymer nanoparticles It was synthesized using a FRET pair fluorescent substance of DiO excites at a wavelength of 488 nm as a donor to generate energy including a wavelength of 501 nm, and DiI as an acceptor excites at a wavelength of 549 nm to generate energy corresponding to a wavelength of 565 nm.

상기 FRET pair 형광 물질이 담지된 고분자 나노입자는 구조가 안정하면 두 쌍의 형광물질 사이의 거리가 가까워 565 nm의 파장에 해당하는 에너지가 높게 발생되고, 구조가 붕괴되면 막 내부에 담지된 형광 물질이 방출되어 거리가 멀어짐에 따라 에너지의 전달이 약해져 501 nm의 파장에 해당하는 에너지가 높게 발생한다. When the structure of the FRET pair fluorescent material-supported polymer nanoparticles is stable, energy corresponding to a wavelength of 565 nm is generated high because the distance between the two pairs of fluorescent materials is close. As this is emitted and the distance increases, the energy transfer is weakened, and energy corresponding to a wavelength of 501 nm is generated high.

상기 신호 증폭 물질이 담지된 양친매성 고분자 나노입자에 제 2 항체를 결합시킨다 (항체 결합은 작용기(예, COOH)로 개질된 폴리머솜에 의해 이루어짐. 이때 사용되는 반응은 EDC/NHS coupling reaction이며, 폴리머솜 표면에 CH3 7.5, COOH 2.5가 노출되어 있고 2.5 비율만큼 존재하는 COOH에 항체와 결합한다.)A second antibody is bound to the amphiphilic polymer nanoparticles on which the signal amplifying material is supported (antibody binding is made by a polymersome modified with a functional group (eg, COOH). The reaction used at this time is an EDC/NHS coupling reaction, CH3 7.5 and COOH 2.5 are exposed on the surface of the polymersome, and the antibody binds to the COOH present in the proportion of 2.5.)

제 2 항체는 타겟 바이오마커에 특이적 결합을 하는 폴리머솜에 고정화되는 탐지 항체로서, 상기 제 1 항체와는 상이한 항체를 의미한다 (제 1 항체와 제 2 항체가 동일한 항체를 사용할 경우 타겟 바이오마커를 사이에 두고 초상자성 나노입자와 폴리머솜이 샌드위치 형태로 결합이 어렵기 때문에 바람직하지 않다).The second antibody is a detection antibody that is immobilized on a polymersome that specifically binds to a target biomarker, and refers to an antibody different from the first antibody (when the first antibody and the second antibody use the same antibody, the target biomarker It is not preferable because it is difficult to combine the superparamagnetic nanoparticles and the polymer cotton in a sandwich form between them).

특히, 고분자 나노입자 말단에 노출된 카복실기 (carboxyl group)와 항체의 아민기(amine group) 사이 공유 결합을 통해 고분자 나노입자 표면에 항체가 노출되어 항체 종류에 따른 다양한 바이오마커와 특이적으로 복합체 형성을 할 수 있게 된다.In particular, the antibody is exposed to the surface of the polymer nanoparticle through a covalent bond between the carboxyl group exposed at the end of the polymer nanoparticle and the amine group of the antibody, thereby specifically complexing with various biomarkers according to the type of antibody. can be formed.

상기 바이오마커는 단백질, 구체적으로 바이러스 또는 엑소좀의 막 단백질, 항원 등일 수 있다.The biomarker may be a protein, specifically a membrane protein of a virus or exosome, an antigen, or the like.

상기 폴리머솜의 평균 크기는 35 내지 200 nm일 수 있다.The average size of the polymer cotton may be 35 to 200 nm.

본 발명은 초상자성 나노입자와 신호 증폭 물질이 담지된 폴리머솜를 이용함으로써, 특이적인 바이오마커를 샌드위치 방법으로 검출할 수 있다. 초상자성 나노입자-바이오마커-폴리머솜 복합체로부터 증폭된 검지 신호를 얻을 수 있어 극미량의 바이오마커 검지 시의 오차를 최소화할 수 있으며, 농도에 따른 검출신호를 통하여 질환 바이오마커를 절대 정량화할 수 있다.In the present invention, specific biomarkers can be detected by a sandwich method by using superparamagnetic nanoparticles and a polymersome loaded with a signal amplifying material. Since it is possible to obtain an amplified detection signal from the superparamagnetic nanoparticle-biomarker-polymersome complex, it is possible to minimize the error in detecting trace amounts of biomarkers, and it is possible to absolutely quantify disease biomarkers through the detection signal according to the concentration. .

본 발명은 the present invention

초상자성 나노 입자에 제 1 항체를 고정화시키는 단계;Immobilizing the first antibody to the superparamagnetic nanoparticles;

신호증폭 물질을 담지시킨 폴리머솜을 제조하는 단계;preparing a polymersome on which a signal amplifying material is supported;

상기 폴리머솜에 제 2 항체를 결합시키는 단계; binding a second antibody to the polymersome;

타겟 바이오마커가 존재하는 시료에 제 1 항체가 고정화된 초상자성 나노입자를 첨가하는 단계;adding the first antibody immobilized superparamagnetic nanoparticles to the sample in which the target biomarker is present;

상기 제 2 항체가 결합된 폴리머솜을 상기 시료에 첨가시켜 초상자성 나노입자와 폴리머솜의 결합을 유도하여 샌드위치 복합체를 제조하는 단계; preparing a sandwich complex by adding the polymersome to which the second antibody is bound to the sample to induce binding of the superparamagnetic nanoparticles to the polymersome;

폴리머솜 내 신호증폭물질이 방출하도록 폴리머솜을 붕괴시키는 단계; 및disrupting the polymersome to release a signal amplifying material in the polymersome; and

초상자성 나노입자와 분리시켜 방출된 신호를 분석하는 단계Separating from the superparamagnetic nanoparticles and analyzing the emitted signal

를 포함하는 타겟 바이오마커의 검출방법을 포함한다.It includes a method for detecting a target biomarker comprising a.

상기에서 타겟 바이오마커의 검출용 조성물과 관련하여 기술한 모든 내용이 타겟 바이오마커의 검출방법법에 그대로 적용 또는 준용될 수 있다.All of the contents described above with respect to the composition for detecting the target biomarker may be directly applied or applied mutatis mutandis to the method for detecting the target biomarker.

먼저, 초상자성 나노 입자에 제 1 항체를 고정화시킨다.First, the first antibody is immobilized on the superparamagnetic nanoparticles.

상기 초상자성 나노입자는 작용기로 개질된 것이 바람직하다. 상기 작용기는 항체 결합을 위해 예를 들어, 카르복실기, 아민기, NHS, 티올기 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The superparamagnetic nanoparticles are preferably modified with functional groups. The functional group may be, for example, a carboxyl group, an amine group, NHS, a thiol group, etc. for antibody binding, but is not limited thereto.

상기 초상자성 나노입자 표면에 타겟 바이오마커와 결합할 수 있는 제 1 항체를 고정화시킨다.A first antibody capable of binding to a target biomarker is immobilized on the surface of the superparamagnetic nanoparticles.

이와는 별도로, 신호 증폭 물질을 담지시킨 폴리머솜을 제조한다. 즉, 양친매성 고분자와 신호 증폭 물질을 자가조립하여 이중막 내부에 신호증폭 물질이 담지된 폴리머솜을 합성한다. Separately, a polymer cotton on which a signal amplifying material is supported is prepared. That is, an amphiphilic polymer and a signal amplifying material are self-assembled to synthesize a polymersome having a signal amplifying material supported inside the double membrane.

이렇게 제조된 폴리머솜에 제 2 항체를 결합시킨다.A second antibody is bound to the thus-prepared polymersome.

타겟 바이오마커가 존재하는 샘플 시료에 제 1 항체가 고정화된 초상자성 나노입자를 첨가한다.Superparamagnetic nanoparticles immobilized with the first antibody are added to the sample sample in which the target biomarker is present.

상기 제 2 항체가 결합된 폴리머솜을 상기 시료에 추가로 첨가하여 폴리머솜과와 초상자성 나노입자를 이중 항체 샌드위치 결합시켜 샌드위치 복합체를 제조한다. The second antibody-bound polymersome is further added to the sample, and a sandwich complex is prepared by sandwiching the polymersome with the superparamagnetic nanoparticles by double-antibody sandwich bonding.

타겟 바이오마커를 사이에 두고 초상자성 나노입자와 폴리머솜가 이중 항체 샌드위치 결합을 한다. 이후 자석을 이용하여 샌드위치 복합체만을 분리하고 그 외의 비타겟 단백질, 미결합 고분자 나노입자는 폐기한다 [도 14 참조].With the target biomarker in between, the superparamagnetic nanoparticles and the polymersome form a double antibody sandwich bond. Thereafter, only the sandwich complex is separated using a magnet, and other non-target proteins and unbound polymer nanoparticles are discarded [see FIG. 14].

샌드위치 복합체의 폴리머솜에 계면활성제를 처리하여 폴리머솜을 붕괴시켜 폴리머솜 내 신호증폭물질이 방출하도록 한다.The polymer cotton of the sandwich complex is treated with a surfactant to disintegrate the polymer cotton so that the signal amplifying material in the polymer cotton is released.

상기 폴리머솜의 붕괴를 유도하는 계면활성제는 고분자 막을 용해하는 효과가 있는 것이라면, 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 Triton X-100, TWEEN 20, TWEEN 80 등으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The surfactant inducing the disintegration of the polymer cotton is not particularly limited as long as it has an effect of dissolving the polymer membrane. For example, the surfactant may be any one selected from Triton X-100, TWEEN 20, TWEEN 80, and the like.

마지막으로, 계면활성제를 처리하여 폴리머솜을 붕괴시키면 신호 증폭 물질이 용해되어 신호를 증폭시킨다. 이는 타겟 바이오마커의 존재 하에서 신호가 나타나며 마커의 농도에 따른 증폭된 신호의 정량이 가능하다. 즉, 초상자성 나노 입자와 분리시켜 방출된 신호를 분석한다.Finally, when the polymersome is disintegrated by treatment with a surfactant, the signal amplifying material is dissolved and the signal is amplified. In this case, a signal appears in the presence of a target biomarker, and it is possible to quantify the amplified signal according to the concentration of the marker. That is, the signal emitted by separating from the superparamagnetic nanoparticles is analyzed.

계면활성제 처리하면 폴리머솜에 담지되어 있던 형광물질이 단분자로 용액 내에 자유롭게 돌아다니게 되며, 이때 앞에서 워싱한 것처럼 자석을 대어주면, 초상자성 나노입자와 형광 물질을 분리할 수 있다. 이후 상층액의 형광 물질만을 수득하여 형광 신호를 측정한다.When the surfactant is treated, the fluorescent material supported on the polymer cotton is freely circulating in the solution as a single molecule. Thereafter, only the fluorescent material of the supernatant is obtained and the fluorescent signal is measured.

상기 샌드위치 표적화된 바이오마커는 한 부분이 초상자성 나노입자의 표면에 결합된 표적화 항체(제 1 항체)에 결합되고, 표적화 항체가 결합된 부분과 다른 부분이 폴리머솜의 표면에 결합된 탐지 항체(제 2 항체)에 의해 결합됨으로써, 바이오마커의 서로 다른 부분이 초상자성 나노입자-바이오마커와 바이오마커- 폴리머솜에 의해 탐지 및 검출되는 것일 수 있다. 또한, 본 발명은 샌드위치 결합된 복합체만을 수득하고 폴리머솜을 붕괴하여 형광 물질 혹은 양자점 방출을 유도한다.In the sandwich targeted biomarker, one part is bound to a targeting antibody (first antibody) bound to the surface of a superparamagnetic nanoparticle, and a detection antibody ( By binding by the second antibody), different parts of the biomarker may be detected and detected by the superparamagnetic nanoparticle-biomarker and the biomarker-polymersome. In addition, in the present invention, only the sandwich-bonded complex is obtained and the polymersome is disrupted to induce the emission of a fluorescent substance or quantum dot.

본 발명의 일 구현예로는 방출된 형광 물질 혹은 양자점의 흡광도 또는 형광의 세기를 비교하여 시료 내 바이오마커를 정량할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the biomarker in the sample may be quantified by comparing the absorbance or intensity of fluorescence of the emitted fluorescent material or quantum dots.

이하, 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the Examples presented below.

[실시예][Example]

제조예 1: 바이오마커 특이적 초상자성 나노입자의 제조Preparation Example 1: Preparation of biomarker-specific superparamagnetic nanoparticles

도 1에서 나타난 바와 같이 바이오마커 특이적 초상자성 나노입자의 제조는 다음과 같다.As shown in FIG. 1 , the preparation of biomarker-specific superparamagnetic nanoparticles is as follows.

1-1: 초상자성 나노입자(Fe1-1: superparamagnetic nanoparticles (Fe 33 OO 44 )의 합성) synthesis

150 ml 비커에 에틸렌글리콜 용매와 디에틸렌글리콜 용매 부피 비가 1:3인 용매(총 부피 20 ml)에 Iron trichloride (Iron(III) chloride, FeCl3) 260 mg, 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone, PVP) 2 g, 아세트산 나트륨 1.5 g을 넣고 초음파처리 (sonication) 1시간 한 뒤, 테플렌 보틀에 옮겨 담아 200 ℃에서 12 시간 가온하였다. In a 150 ml beaker, 260 mg of iron trichloride (Iron(III) chloride, FeCl 3 ), polyvinylpyrrolidone (PVP ) 2 g, sodium acetate 1.5 g, sonication was performed for 1 hour, and then transferred to a Teflen bottle and heated at 200° C. for 12 hours.

테플렌 보틀의 상층액을 모두 따라낸 뒤 70 ml vial에 남아있는 하층 물질(합성된 초상자성 나노입자)을 옮겨 담았다. 여기에 20 ml 무수 에틸 알코올을 넣고 70 watt의 sonication 5분 동안 가하였다. 70 ml vial 측면에 자석을 갖다 대어 초상자성 나노입자만 얻어내고 상층액은 따라 버렸다. 이 과정을 워싱 과정이라 하며, 이를 3회 반복하였다. 마지막에 20 ml vial에 합성된 입자만 옮겨담고 무수 에틸 알코올을 15 ml 처리하여 마지막으로 잘 분산시킨 뒤 상온에 보관하였다.After pouring out all the supernatant from the bottle, the remaining lower layer material (synthesized superparamagnetism and nanoparticles) was transferred into a 70 ml vial. Here, 20 ml of anhydrous ethyl alcohol were added, and 70 watts of sonication was added for 5 minutes. 70 ml vial Attached a magnet to the side  to obtain only superparamagnetic nanoparticles  and the supernatant was poured away. This   process is called   washing process, and this process was repeated 3 times. Finally, only the synthesized particles were transferred to a 20 ml vial, treated with anhydrous ethyl alcohol, treated with anhydrous ethyl alcohol, and finally dispersed well and stored at room temperature.

1-2: 초상자성 나노입자에 실리카 코팅1-2: Silica coating on superparamagnetic nanoparticles

150 ml 비커에 초상자성 나노입자 (Fe3O4) 50 mg, 에틸 알코올 40 ml, 증류수 10 ml를 처리하고 초음파 처리(bath sonicator, 70 watt)를 5분 수행하였다. 암모니아수 2 ml와 테트라에틸 규산염 광물(Tetraethylorthosilicate, TEOS) 200 ul를 순서대로 처리하고 초음파 처리(70 watt) 3시간 수행하였다. 그 다음 자석을 이용하여 상층액만을 버렸다. 무수 에틸 알코올을 이용하여 3회 워싱 해준 뒤 마지막에 알코올에 분산하여 초상자성 나노 입자 표면에 실리카를 코팅하였다.A 150 ml beaker was treated with 50 mg of superparamagnetic nanoparticles (Fe 3 O 4 ), 40 ml of ethyl alcohol, and 10 ml of distilled water, and ultrasonication (bath sonicator, 70 watt) was performed for 5 minutes. 2 ml of aqueous ammonia and 200 ul of tetraethyl silicate mineral (Tetraethylorthosilicate, TEOS) were sequentially treated, followed by sonication (70 watt) for 3 hours. Then, only the supernatant was discarded using a magnet. After washing 3 times using anhydrous ethyl alcohol, it was finally dispersed in alcohol to coat the silica on the surface of the superparamagnetic nanoparticles.

150 ml 비커에 남아있는 초상자성 나노입자는 실리카 쉘로 코팅이 되어 있다. 미반응된 실리카 물질을 제거하기 위하여 무수 에틸 알코올을 20 ml 넣고 초음파(70 watt)를 5분 가해 주었다. 마찬가지로 자석을 갖다 대어 실리카 코팅된 자성 나노입자만을 분리하고 상층액을 따라 버렸다. 이 과정을 3회 반복하고 마지막으로 코팅된 자성 나노 입자만을 20ml vial에 옮겨 담고 무수에틸알코올을 15 ml 주입하여 잘 분산시킨 뒤 보관하였다.The superparamagnetic nanoparticles remaining in the 150 ml beaker were coated with a silica shell. To remove unreacted silica material, 20 ml of anhydrous ethyl alcohol was added, and ultrasonic waves (70 watt) were applied for 5 minutes. Similarly, a magnet was applied to separate only silica-coated magnetic nanoparticles, and the supernatant was discarded. This process was repeated 3 times, and finally, only the coated magnetic nanoparticles were transferred to a 20ml vial, and 15ml of anhydrous ethyl alcohol was injected, dispersed well, and stored.

1-3: 초상자성 나노입자 표면에 작용기로의 개질1-3: Modification of superparamagnetic nanoparticles into functional groups on the surface

20 ml 바이알에 실리카 코팅된 초상자성 나노 입자 SiMNP 10 mg, pegylation solution (EtOH 95 %, DW 5 %) 9.5 ml를 첨가하였다. 여기서 구체적으로 EtOH 9.025 ml, DW 0.475 ml가 첨가되었다. 초음파 처리 5분 하여 PEGylation solution에 잘 분산시켜 주었다. 이 후 상기 20 ml vial에 silane PEG solution 0.5 ml를 처리하였다. (silane PEG solution은 다음과 같이 제조되었다. 1.5 ml EP tube에 PEGylation solution 0.5 ml, mPEG-Silane powder 23.75 mg, COOHPEG-Silane powder 1.25 mg을 첨가하고 pipetting 20회하여 분산시켜 준다.) SiMNP의 표면을 COOH 작용기로 고르게 코팅하기 위해 20 ml vial에 전부 혼합된 위의 용액을 shaker에 고정시킨 뒤 30분 동안 3의 세기로 섞어 주었다. 반응이 모두 종료된 뒤 자석을 이용하여 CMNP만 수득하고 상층액을 버렸다. DW 10 ml를 주입하고 초음파 처리 3분 해준 뒤 다시 자석을 대어 워싱된 CMNP만 수득하였다. 이 과정을 3회 반복하였다. 마지막으로 20 ml vial에 수득된 CMNP에 무수 에틸 알코올 15 ml을 주입하여 잘 분산시킨 뒤 보관하였다 (CMNP 제조).In a 20 ml vial, 10 mg of silica-coated superparamagnetic nanoparticles SiMNP and 9.5 ml of a pegylation solution (EtOH 95%, DW 5%) were added. Specifically, 9.025 ml of EtOH and 0.475 ml of DW were added here. After ultrasonic treatment for 5 minutes, it was well dispersed in the PEGylation solution. After that, 0.5 ml of silane PEG solution was treated in the 20 ml vial. (The silane PEG solution was prepared as follows. Add 0.5 ml of PEGylation solution, 23.75 mg of mPEG-Silane powder, and 1.25 mg of COOHPEG-Silane powder to a 1.5 ml EP tube and disperse by pipetting 20 times.) In order to evenly coat the COOH functional group, the above solution mixed in a 20 ml vial was fixed on a shaker and mixed at a strength of 3 for 30 minutes. After the reaction was completed, only CMNP was obtained using a magnet and the supernatant was discarded. After 10 ml of DW was injected and sonicated for 3 minutes, only washed CMNP was obtained by applying a magnet again. This process was repeated 3 times. Finally, 15 ml of anhydrous ethyl alcohol was injected into the CMNP obtained in a 20 ml vial and well dispersed and stored (manufactured by CMNP).

1-4: 초상자성 나노입자에 표적화 항체의 결합 1-4: Binding of Targeting Antibodies to Superparamagnetic Nanoparticles

상기 제조예 1-3에서 제조된 표면에 COOH를 가진 초상자성 나노입자를 PBS 버퍼에 분산시킨 뒤, 1 mg/ml 농도의 EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide·HCl)와 1mg/ml 농도의 NHS (N-hydroxysuccinimide) 와 1mg/ml 농도의 제 1 항체 LS-C20749, Apolipoprotein E antibody (monoclonal)를 몰 비율 각각 1:10:10:1로 처리하였다. 강한 stirring과 함께 2시간 반응시킨 뒤 자석을 이용하여 PBS 버퍼로 워싱하였다.After dispersing the superparamagnetic nanoparticles having COOH on the surface prepared in Preparation Example 1-3 in PBS buffer, 1 mg/ml of EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide HCl) and NHS (N-hydroxysuccinimide) at a concentration of 1 mg/ml, first antibody LS-C20749 at a concentration of 1 mg/ml, and Apolipoprotein E antibody (monoclonal) were treated at a molar ratio of 1:10:10:1, respectively. After reacting for 2 hours with strong stirring, it was washed with PBS buffer using a magnet.

제조예 2: 초상자성 나노입자의 물성 분석Preparation Example 2: Analysis of physical properties of superparamagnetic nanoparticles

도 2는 제조예 1의 각 단계별로 제조된 초상자성 나노입자들(MNP, SiMNP, CMNP, AbMNP)의 입자 크기와 분포를 DLS로 측정한 그래프이다. 2 is a graph measuring the particle size and distribution of superparamagnetic nanoparticles (MNP, SiMNP, CMNP, AbMNP) prepared in each step of Preparation Example 1 by DLS.

1.5 ml EP tube에 무수 에틸알코올 950 ul + 합성된 MNP, SiMNP, CMNP, AbMNP 용액 각 50 ul씩 주입하고 초음파 처리(sonication) 1분 가하여 샘플 준비하였다. DLS 측정 시 disposable UV cell에 1 ml 주입하여 측정하였다.Samples were prepared by injecting 950 ul of anhydrous ethyl alcohol + 50 ul each of the synthesized MNP, SiMNP, CMNP, and AbMNP solutions into a 1.5 ml EP tube and adding sonication for 1 minute. When measuring DLS, it was measured by injecting 1 ml into a disposable UV cell.

DLS로 측정한 직경은 입자의 정전기적 층까지의 영역을 읽기 때문에 전자 현미경 측정법에 비해 조금 크게 측정이 될 수 있다. The diameter measured by DLS can be slightly larger than electron microscopy because it reads the area up to the electrostatic layer of the particle.

도 3은 투과전자현미경 (TEM: Transmission electron microscope, JEOL 사의 JEM-F200 모델)으로 관찰한 결과이며 다음 표 1로 초상자성 나노입자 크기 값을 이미지 J로 측정하여 나타내었다. 평균 실리카 코팅 두께는 10 nm 로 관찰되었다.3 is a result of observation with a transmission electron microscope (TEM: Transmission electron microscope, JEM-F200 model manufactured by JEOL). The average silica coating thickness was observed to be 10 nm.

투과전자현미경 측정은 DLS 측정 시 준비한 샘플과 동일 과정으로 준비하고, 템 그리드에 20 ul 떨어뜨리고 하루 건조하여 측정하였다.Transmission electron microscopy was measured in the same way as the sample prepared for DLS measurement, and 20 ul was dropped on the grid and dried for one day.

첨부도면 도 3의 좌측 도면 부터 MNP, SiMNP(MNP 표면에 실리카 코팅된 나노입자), CMNP (SiMNP 표면에 COOH로 작용기 개질된 나노입자) 및 AbMNP를 나타낸다The accompanying drawings show MNP, SiMNP (silica-coated nanoparticles on MNP surface), CMNP (nanoparticles functionalized with COOH on SiMNP surface) and AbMNP from the left diagram of FIG.

하기 표 1은 도 2와 도 3에서 알 수 있는 제조예 1의 각 단계별로 제조된 초상자성 나노입자 별 크기와 분포이다.Table 1 below shows the size and distribution of each superparamagnetic nanoparticles prepared in each step of Preparation Example 1, which can be seen in FIGS. 2 and 3 .

[표 1][Table 1]

Figure 112021047955726-pat00001
Figure 112021047955726-pat00001

따라서 제조예 1에 따른 제조 및 개질된 초상자성 나노입자는 그 크기가 매우 균일하며 서로 뭉쳐짐 없이 고르게 분산되어 있음을 확인할 수 있다.Therefore, it can be seen that the superparamagnetic nanoparticles prepared and modified according to Preparation Example 1 have a very uniform size and are evenly dispersed without agglomeration.

초상자성 나노 입자 (MNP, SiMNP, CMNP, AbMNP) 각각을 10 mg씩 동결건조하여 샘플을 준비하고, VSM 측정용 샘플 홀더에 10 mg씩 담지하여 VSM(vibrating sample magnetometer)을 측정하였다. 10 mg of each superparamagnetic nanoparticles (MNP, SiMNP, CMNP, AbMNP) were lyophilized to prepare a sample, and 10 mg each was loaded in a sample holder for VSM measurement to measure a vibrating sample magnetometer (VSM).

도 4는 VSM(LakeShore 사의 7407-s 모델)로 자화력을 측정한 결과, MNP, SiMNP, CMNP 각각 평균 자화력이 80, 50, 30 emu/g을 나타내었다. 일반적인 자석과 충분히 인력이 작용할 수 있는 평균 자화력을 나타내므로, 상기 초상자성 나노입자는 바이오마커-폴리머솜과 샌드위치 복합체를 이루어 자석을 이용하여 간단하게 분리할 수 있다.4 shows the results of measuring the magnetizing force using VSM (7407-s model manufactured by LakeShore), MNP, SiMNP, and CMNP, respectively, the average magnetizing force was 80, 50, 30 emu / g. Since it exhibits an average magnetizing force that can be sufficiently attractive to a general magnet, the superparamagnetic nanoparticles can be easily separated using a magnet by forming a sandwich complex with the biomarker-polymersome.

따라서 본 발명의 제조예 1에 따라 제조된 작용기로 표면 개질된 초상자성 나노입자는 개질 단계를 순차적으로 수행해도 그 전과 큰 차이 없이 일반적인 자석과 충분히 인력이 작용할 수 있는 평균 자화력을 나타내며 이를 통해 타겟 바이오마커를 자석을 이용하여 간단하게 분리할 수 있음을 확인하였다.Therefore, the superparamagnetic nanoparticles surface-modified with a functional group prepared according to Preparation Example 1 of the present invention exhibit an average magnetizing force capable of sufficiently engaging a general magnet and attractive force without a significant difference from before that even if the modification steps are sequentially performed. It was confirmed that biomarkers can be easily separated using a magnet.

제조예 3: 초상자성 나노입자의 분리능 확인Preparation Example 3: Confirmation of resolution of superparamagnetic nanoparticles

상기 제조예 1-4의 초상자성 나노입자에 항체를 대신하여 바이오틴(biotin)을 결합하고 타겟 바이오마커로 아비딘을 대체하여 예비 시험을 수행하였다.A preliminary test was performed by binding biotin instead of antibody to the superparamagnetic nanoparticles of Preparation Example 1-4 and replacing avidin as a target biomarker.

[표면에 바이오틴이 컨쥬게이션된 초상자성 나노입자 합성] [Synthesis of superparamagnetic nanoparticles with biotin conjugated to the surface]

초상자성 나노입자 3.3 mg을 PBS 2.64 ml에 분산, biotin 330 nmol을 0.66 ml에 분산하였다. 1.5 ml EP tube에 둘을 섞어주어 rotate shaker로 RT(실온), 3시간 반응시켜 주었다. 그리고 magnetic separation을 이용하여 PBS로 미반응된 biotin을 제거하기 위해 3회 워싱하였다.3.3 mg of superparamagnetic nanoparticles were dispersed in 2.64 ml of PBS, and 330 nmol of biotin was dispersed in 0.66 ml. The two were mixed in a 1.5 ml EP tube and reacted for 3 hours at RT (room temperature) with a rotate shaker. And it was washed 3 times to remove unreacted biotin with PBS using magnetic separation.

[Avidin separation][Avidin separation]

1.5 ml EP tube에 avidin 500 nM과 각 농도 조건별 biotin-PEG1k-MNP 용액을 준비하였다. 6시간 동안 반응 후 2번 워싱하였다. BCA assay kit를 이용하여 biotin 개질된 MNP가 capture 한 avidin의 농도를 역산하였다. Avidin 500 nM and biotin-PEG1k-MNP solution for each concentration condition were prepared in 1.5 ml EP tube. After reaction for 6 hours, it was washed twice. The concentration of avidin captured by the biotin-modified MNP was inversely calculated using the BCA assay kit.

그 결과를 도 5에 나타내었으며, 초상자성 나노입자 100 ug 존재만으로도 50% 이상의 표적 물질을 분리할 수 있음을 확인하였다.The results are shown in FIG. 5, and it was confirmed that 50% or more of the target material could be separated only by the presence of 100 ug of superparamagnetic nanoparticles.

제조예 4: 타겟 바이오마커를 캡쳐하는 형광 물질이 담지된 폴리머솜의 제조 및 물성 분석Preparation Example 4: Preparation and analysis of physical properties of a polymer cotton carrying a fluorescent material for capturing a target biomarker

도 7은 양친매성 고분자로부터 폴리머솜을 합성하고, 타겟 바이오마커(ApoE)를 캡쳐하는 제 2 항체 LS-C124977, Apolipoprotein E antibody (polyclonal)를 결합한 뒤 인위적으로 계면활성제를 처리하여 입자가 붕괴되는 일련의 단계를 나타낸다. 마지막 과정에서 폴리머솜이 붕괴된 후 막 내부에 담지되어 있던 형광 물질이 용해되어 신호가 증폭되는 과정을 설명하고자 한다 7 is a sequence in which a polymersome is synthesized from an amphiphilic polymer, a second antibody LS-C124977 that captures a target biomarker (ApoE), an Apolipoprotein E antibody (polyclonal) is bound, and then the particles are disintegrated by artificially treating with a surfactant. represents the steps of In the last process, after the polymersome collapses, the process in which the fluorescent material supported in the membrane is dissolved and the signal is amplified is to be explained.

4-1. 형광물질이 담지된 폴리머솜 합성4-1. Synthesis of fluorescent material-supported polymersome

형광물질이 담지된 폴리머솜은 하기와 같은 방법으로 제조하였다. The polymer cotton on which the fluorescent material was supported was prepared as follows.

MNP와 마찬가지로 제 2항체가 COOH와 EDC/NHS coupling reaction을 통해 고분자 나노 입자 표면에 컨쥬게이션 되도록, mPEG-b-PLA 고분자(Nanosoft polymer 사, 9511-7000-2000-1g) 및 COOHPEG-b-PLA 고분자(Nanosoft polymer 사, 24027-7000-2000-1g)를 7.5:2.5의 질량 비로 클로로포름 용매에 1 mg/ml 농도를 갖도록 혼합 사용하였다. 둥근 플라스크에 상기 용액을 10 ml 첨가하고 1 mg/ml 농도를 갖는 DiO, DiI 형광 물질을 각각 100 ul씩 처리하였다. 플라스크 내 고르게 분산되도록 볼텍싱한 후에 상기 고분자 혼합물 및 형광 물질들을 자가조립시켜 형광물질이 담지된 고분자 나노 입자인 폴리머솜 (polymersome, Psome)을 제조하였다[도 7].Like MNP, mPEG-b-PLA polymer (Nanosoft Polymer, 9511-7000-2000-1g) and COOHPEG-b-PLA so that the second antibody is conjugated to the surface of polymer nanoparticles through COOH and EDC/NHS coupling reaction A polymer (Nanosoft polymer, 24027-7000-2000-1g) was mixed and used to have a concentration of 1 mg/ml in a chloroform solvent at a mass ratio of 7.5:2.5. 10 ml of the solution was added to a round flask, and 100 ul each of DiO and DiI fluorescent substances having a concentration of 1 mg/ml were treated. After vortexing so as to be evenly dispersed in the flask, the polymer mixture and fluorescent materials were self-assembled to prepare a polymer nanoparticle (polymersome, Psome) on which the fluorescent material was supported [FIG. 7].

도 8은 폴리머솜 합성에 사용한 mPEG-b-PLA 양친매성 고분자의 NMR 결과이다. b, c 피크의 적분값의 비교를 통해 친수성 분율(hydrophilic fraction, f)을 구할 수 있으며 본 발명에서 이용한 고분자의 f 값은 0.22이다. (mPEG-b-PLA는 파란색, COOHPEG-b-PLA는 핑크색 그래프로 표현하였으며 두 고분자 모두 친수성 분율이 같기 때문에 b, c 모두 같은 위치에서 나타나는 것이 알맞은 결과임)8 is an NMR result of mPEG-b-PLA amphiphilic polymer used for polymersome synthesis. A hydrophilic fraction (f) can be obtained by comparing the integral values of the peaks b and c, and the f value of the polymer used in the present invention is 0.22. (mPEG-b-PLA is expressed in blue and COOHPEG-b-PLA in pink. Since both polymers have the same hydrophilic fraction, it is appropriate that b and c appear at the same position)

4-2. 폴리머솜 표면에 제 2 항체 결합4-2. Binding of the second antibody to the surface of the polymersome

제 2 항체 결합을 위해 EDC/NHS coupling reaction을 수행하였다. 폴리머솜 Psome를 MES buffer에 분산시키고 EDC, NHS도 마찬가지로 1 mg/ml의 농도로 MES buffer에 분산하였다. 폴리머솜 표면에 노출된 COOH 작용기, EDC, NHS 순서로 1:10:10의 몰 비율로 처리하여 강한 볼텍싱을 15분 수행한 후 PBS에 1 mg/ml로 분산된 제 2 항체 LS-C124977, Apolipoprotein E antibody (polyclonal)를 처리하여 2시간 반응하였다. An EDC/NHS coupling reaction was performed for binding the second antibody. Polymersome Psome was dispersed in MES buffer, and EDC and NHS were also dispersed in MES buffer at a concentration of 1 mg/ml. The second antibody LS-C124977 dispersed at 1 mg/ml in PBS after strong vortexing was performed for 15 minutes by treatment with a molar ratio of 1:10:10 in the order of COOH functional groups exposed on the polymersome surface, EDC, and NHS; Apolipoprotein E antibody (polyclonal) was treated and reacted for 2 hours.

도 9는 제조예 4-1에 제조된 형광물질이 담지된 폴리머솜 Psome(좌) 및 제조예 4-2에 제조된 항체 결합된 폴리머솜 AbPsome(우)를 DLS로 측정한 결과로, 크기의 차이가 적고 50-120 nm의 크기를 가짐을 확인할 수 있다.Figure 9 shows the results of DLS measurement of the fluorescent material-supported polymersome Psome (left) and the antibody-bound polymersome AbPsome (right) prepared in Preparation Example 4-2 (right) prepared in Preparation Example 4-1. It can be seen that the difference is small and has a size of 50-120 nm.

도 10은 상기의 제시된 방법으로 제조된 항체 결합된 폴리머솜을 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과로, 평균 입경이 약 50 nm로 관찰되었다. FIG. 10 is a result of analyzing the antibody-bound polymersome prepared by the above-mentioned method using a transmission electron microscope, and it was observed that the average particle diameter was about 50 nm.

제조에 5: 폴리머솜의 형광 물질 방출에 따른 신호 변화 확인Preparation 5: Confirmation of signal change due to fluorescence emission of polymersome

5-1: 폴리머솜의 붕괴 유도 및 분석 방법5-1: Method for inducing and analyzing polymersome degradation

상기 폴리머솜은 소수성 막 내부에 형광 물질을 포함하며 FRET (fluorescence resonance energy transfer, 형광 공명 에너지 전이) 현상이 나타나는 두 종류의 dye가 포함될 수 있다.The polymersome includes a fluorescent material inside the hydrophobic film and may include two types of dyes in which a fluorescence resonance energy transfer (FRET) phenomenon occurs.

상기 폴리머솜의 제조에서 DiO, DiI 두 종류의 FRET pair 형광 물질을 이용하여 합성하였다. DiO는 도너로 488 nm의 파장에서 여기 하여 501 nm의 파장을 포함하는 에너지를 발생하고 DiI는 어셉터로 549 nm의 파장에서 여기하여 565 nm의 파장에 해당하는 에너지를 발생하였다.In the preparation of the polymersome, DiO and DiI were synthesized using two types of FRET pair fluorescent materials. DiO was excited at a wavelength of 488 nm as a donor to generate energy including a wavelength of 501 nm, and DiI was excited at a wavelength of 549 nm as an acceptor to generate energy corresponding to a wavelength of 565 nm.

상기 FRET pair 형광 물질이 담지된 폴리머솜은 구조가 안정하면 두 쌍의 형광물질 사이의 거리가 가까워 565 nm의 파장에 해당하는 에너지가 높게 발생되고, 구조가 붕괴되면 막 내부에 담지된 형광 물질이 방출되어 거리가 멀어짐에 따라 에너지의 전달이 약해져 501 nm의 파장에 해당하는 에너지가 높게 발생한다.When the structure of the FRET pair fluorescent material-supported polymersome is stable, energy corresponding to a wavelength of 565 nm is generated high because the distance between the two pairs of fluorescent materials is close. As it is emitted and the distance increases, the energy transfer is weakened, and the energy corresponding to the wavelength of 501 nm is high.

5-2: 폴리머솜 붕괴 소요시간 측정5-2: Measure the time required for polymer cotton disintegration

[샘플 준비][sample preparation]

1. AbPsome 용액 80 ul + 증류수 20 ul1. AbPsome solution 80 ul + distilled water 20 ul

2. AbPsome 용액 80 ul + Tx-100 (10 wt%) 용액 20 ul2. AbPsome solution 80 ul + Tx-100 (10 wt%) solution 20 ul

각각을 96 well microplate에 처리하였다.Each was treated in a 96-well microplate.

[형광 신호 측정][Fluorescent signal measurement]

Multi-Mode microplate reader기에 plate를 삽입하고 exitation 파장 475 nm, emission 파장 501 - 599 nm, interval 5 nm로 설정한 뒤 start 버튼을 눌러 형광 값을 측정하였다. 0분은 plate 넣자 마자 측정한 값이며 측정되는데 총 4분 정도 소요되었다. 5분~30분 지날 때마다 plate를 기기에 다시 삽입하여 원하는 조건의 시간에 맞춰 start 버튼을 눌러주었다. 측정되는 설정 값은 같게 유지하였다After inserting the plate into a multi-mode microplate reader and setting the exit wavelength 475 nm, emission wavelength 501 - 599 nm, and interval 5 nm, the fluorescence value was measured by pressing the start button. 0 minutes is the value measured as soon as the plate is put in, and it took about 4 minutes in total to be measured. After every 5 to 30 minutes, the plate was reinserted into the device and the start button was pressed according to the desired time. The set value to be measured was kept the same.

도 11은 폴리머솜에 각각 계면활성제와 증류수 처리를 한 뒤 시간에 따른 형광 신호의 비교를 나타낸다. 계면활성제 처리된 빨간색 그래프는 0분에서 증류수 처리한 조건과 그래프 개형이 유사하지만 시간이 지남에 따라 565 nm의 파장의 세기가 줄고 501 nm의 세기가 늘어남을 보였다. 이는 입자 붕괴에 따른 FRET 현상이 나타나는 것을 의미하며 입자가 완전히 붕괴되는데 20분이 소요됨을 의미한다.11 shows a comparison of fluorescence signals over time after each polymer cotton was treated with a surfactant and distilled water. The red graph treated with surfactant showed the same shape as the condition treated with distilled water at 0 min, but the intensity of the wavelength of 565 nm decreased and the intensity of 501 nm increased over time. This means that the FRET phenomenon occurs due to particle disintegration, which means that it takes 20 minutes for the particle to completely disintegrate.

도 12는 폴리머솜에 계면활성제의 농도를 다르게 처리하여 신호를 나타낸 결과이다. 계면활성제의 농도가 희석되어 입자 붕괴의 효과는 크게 다르지 않음을 확인하였다.12 is a result showing the signal by treating different concentrations of surfactant on the polymersome. It was confirmed that the effect of particle disintegration was not significantly different as the concentration of the surfactant was diluted.

5-3: 다양한 버퍼에서의 붕괴 효과5-3: Effect of decay in various buffers

도 13은 폴리머솜 붕괴를 다양한 버퍼 상에서 확인해 본 결과다. 여기서 FRET ratio를 사용하여 신호 분석에 이용하였는데 FRET ratio란, (565 nm 파장에서의 형광신호세기)/(501 nm 파장에서의 형광신호 + 565 nm 파장에서의 형광신호세기) 수식을 갖는다. 다양한 버퍼 상에서도 FRET ratio의 변화가 없기 때문에 폴리머솜 붕괴 효과가 유지됨을 확인할 수 있다.13 is a result of confirming the polymersome degradation in various buffers. Here, the FRET ratio was used for signal analysis. The FRET ratio has the formula (fluorescence signal intensity at 565 nm wavelength)/(fluorescence signal at 501 nm wavelength + fluorescence signal intensity at 565 nm wavelength). It can be confirmed that the polymersome disintegration effect is maintained because there is no change in the FRET ratio even on various buffers.

실시예 1: 타겟 바이오마커 자성 분리 및 형광 신호 증폭 센싱 플랫폼 제작Example 1: Target biomarker magnetic separation and fluorescence signal amplification sensing platform fabrication

1.5 ml EP tube에 타겟 바이오마커(ApoE)가 존재하는 샘플 100 ul 처리하고, 제조예 1-4에서 제조된 항체가 결합된 초상자성 나노입자 용액 100 ul, 제조예 4-2에서 제조된 항체가 결합된 폴리머솜 용액 100 ul를 순서로 처리하여 37 ℃에서 30분 동안 반응하였다. 자석을 이용하여 타겟 바이오물질을 사이에 두고 결합한 초상자성 나노입자와 폴리머솜 의 샌드위치 복합체를 분리하였다. PBS 200 ul를 다시 주입하여 분리된 복합체를 용액 상에 분산시켰다. 위의 과정을 3회 반복하여 미 반응된 고분자 나노입자나 샘플 내 비특이 단백질을 제거하였다. 마지막으로 PBS 80 ul, TX-100 (10 wt%) 용액 20 ul를 주입하여 37 ℃에서 20분 반응하였다. 자석을 이용하여 초상자성 나노입자와 방출된 형광물질을 분리하고 상층액만을 수득하여 amber 96 well plate 에 100 ul 주입하였다. Multi-mode microplate reader기에 amber 96 well plate를 삽입하고 형광 신호를 측정하였다In a 1.5 ml EP tube, 100 ul of the sample having the target biomarker (ApoE) was treated, 100 ul of the antibody-bound superparamagnetic nanoparticle solution prepared in Preparation Example 1-4, and the antibody prepared in Preparation Example 4-2 100 ul of the bound polymersome solution was sequentially treated and reacted at 37° C. for 30 minutes. Using a magnet, a sandwich composite of superparamagnetic nanoparticles and polymersome bonded to the target biomaterial was separated. By injecting 200 ul of PBS again, the separated complex was dispersed in the solution. The above process was repeated 3 times to remove unreacted polymer nanoparticles or non-specific proteins in the sample. Finally, 80 ul of PBS and 20 ul of a TX-100 (10 wt%) solution were injected and reacted at 37° C. for 20 minutes. The superparamagnetic nanoparticles and the emitted fluorescent material were separated using a magnet, and only the supernatant was obtained, and 100 ul was injected into an amber 96 well plate. An amber 96 well plate was inserted into a multi-mode microplate reader and the fluorescence signal was measured.

도 14는 초상자성 나노입자와 폴리머솜을 도입한 센싱 플랫폼 수행 과정이다. 항체로 표면 개질된 초상자성 나노입자 용액에 시료를 처리하고 이어서 폴리머솜 용액을 처리하였다. 항원을 사이에 두고 초상자성 나노입자와 폴리머솜이 샌드위치 결합을 하였다. 이후 자석을 이용하여 샌드위치 복합체만을 분리하고 그 외의 비타겟 단백질, 미 결합 고분자 입자는 폐기하였다. 마지막으로 계면활성제를 처리하여 폴리머솜이 붕괴되면서 형광물질이 용해되어 신호를 증폭시켰다. 이는 타겟 바이오마커의 존재 하에서 신호가 나타나며 마커의 농도에 따른 형광 신호의 정량이 가능하다.14 is a process of performing a sensing platform in which superparamagnetic nanoparticles and polymersomes are introduced. The sample was treated with a superparamagnetic nanoparticle solution surface-modified with an antibody, followed by treatment with a polymersome solution. Sandwich bonding between the superparamagnetic nanoparticles and the polymersome with the antigen interposed therebetween. After that, only the sandwich complex was separated using a magnet, and other non-target proteins and unbound polymer particles were discarded. Finally, as the polymersome was disintegrated by treatment with a surfactant, the fluorescent material was dissolved and the signal was amplified. In this case, a signal appears in the presence of a target biomarker, and the fluorescence signal can be quantified according to the concentration of the marker.

도 15는 바이오마커의 농도에 따른 형광 신호를 나타낸 그래프이다. 타겟 항원 100 pM부터 1.56 pM까지 농도 변화에 따라 그 신호가 정량적으로 감소함을 확인하였다.15 is a graph showing a fluorescence signal according to a concentration of a biomarker. It was confirmed that the signal was quantitatively decreased according to the concentration change from 100 pM to 1.56 pM of the target antigen.

실시예 2: 센싱 플랫폼 검증Example 2: Sensing Platform Verification

도 16은 센싱 플랫폼 소요 시간에 관한 결과 데이터로서, 실험 과정은 다음과 같다. 워싱 과정 및 입자 붕괴 후 측정까지 고려했을 때 총 검사 시간은 약 1시간 내외 소요되었다.16 is result data regarding the required time of the sensing platform, and the experimental process is as follows. Considering the washing process and measurement after particle disintegration, the total inspection time was about 1 hour.

[실험 과정][Experimental process]

1. 타겟 바이오마커(ApoE) 단백질 1 nM 농도의 용액을 준비하였다.1. A solution of 1 nM concentration of target biomarker (ApoE) protein was prepared.

2. 1.5 ml EP tube에 제조예 1-4에서 제조된 항체 결합 초상자성 나노입자 AbMNP 100 ul + 타겟 바이오마커 100 ul + 제조예 4-2에서 제조된 항체 결합 폴리머솜 AbPsome 100 ul 를 처리하여 Thermo-shaker에서 37 ℃에서 0 ~ 80 분까지 시간 조건을 달리하여 반응하였다. (30분부터 복합체 형성 확인되었다.)2. In a 1.5 ml EP tube, 100 ul of the antibody-binding superparamagnetic nanoparticles AbMNP prepared in Preparation Example 1-4 + 100 ul of the target biomarker + 100 ul of the antibody-binding polymersome AbPsome prepared in Preparation Example 4-2 were treated with Thermo The reaction was carried out in a -shaker at 37 °C for different time conditions from 0 to 80 minutes. (Complex formation was confirmed from 30 minutes.)

3. 샌드위치 복합체만 분리하기 위하여 자석 magnetic separator에 EP tube를 고정하고 분리된 상층액은 따라 버려주었다. PBS 300 ul로 3회 워싱하였다 (이 과정은 약 2분 정도 소요됨)3. In order to separate only the sandwich complex, the EP tube was fixed on a magnetic magnetic separator, and the separated supernatant was discarded. Washed 3 times with 300 ul of PBS (this process takes about 2 minutes)

4. 마지막에 PBS 180 ul + 계면활성제 TX-100 20 ul 넣어서 Thermo-shaker에 37 ℃에서 20분 반응시켰다.4. Finally, 180 ul of PBS + 20 ul of surfactant TX-100 was put in and reacted in a thermo-shaker at 37 ℃ for 20 minutes.

5. Magnetic separator로 초상자성 나노입자를 분리한 뒤 상층액만을 수득하여 96 well plate에 샘플링하였다.5. After separating the superparamagnetic nanoparticles with a magnetic separator, only the supernatant was obtained and sampled in a 96 well plate.

6. Multi reader기로 형광 값을 측정하였다. (26초 소요)6. Fluorescence values were measured with a multi reader. (takes 26 seconds)

Claims (19)

평균 입자 크기가 100 nm 내지 151.8 nm이며, 제 1 항체로 고정화된 초상자성 나노입자; 및
평균 입자 크기가 35 nm 내지 200 nm이며, 신호 증폭 물질이 담지되고 제 2 항체가 결합된 폴리머솜;
를 포함하되,
상기 폴리머솜은 양친매성 고분자의 자기조립에 의해 형성된 고분자 나노입자이며, 상기 양친매성 고분자는 폴리락티드의 소수성 영역과 폴리에틸렌글리콜의 친수성 영역을 포함하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 메틸기로 개질된 폴리에틸렌글리콜과 카르복시기로 개질된 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 타겟 바이오물질 검출용 조성물.
superparamagnetic nanoparticles having an average particle size of 100 nm to 151.8 nm and immobilized with a first antibody; and
a polymersome having an average particle size of 35 nm to 200 nm, on which a signal amplifying material is supported, and to which a second antibody is bound;
including,
The polymer cotton is a polymer nanoparticle formed by self-assembly of an amphiphilic polymer, and the amphipathic polymer includes a hydrophobic region of polylactide and a hydrophilic region of polyethylene glycol, and the polyethylene glycol is a methyl group-modified polyethylene glycol and A composition for detecting a target biomaterial comprising polyethylene glycol modified with a carboxyl group.
제 1 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자는 초상자성 금속산화물 나노입자인 조성물.
The method of claim 1,
The composition of the superparamagnetic nanoparticles is a superparamagnetic metal oxide nanoparticles.
제 2 항에 있어서,
상기 초상자성 금속산화물 나노입자는 철 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 및 전이금속이 도핑된 철 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 조성물.
3. The method of claim 2,
The superparamagnetic metal oxide nanoparticles are at least one composition selected from the group consisting of iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, and iron oxide doped with a transition metal.
제 1 항에 있어서,
상기 신호증폭물질은 FRET (fluorescence resonance energy transfer) 현상을 나타내는 물질인 것인 조성물.
The method of claim 1,
The signal amplifying material is a composition that exhibits a fluorescence resonance energy transfer (FRET) phenomenon.
제 1 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자는 작용기 개질된 것인 조성물.
The method of claim 1,
The superparamagnetic nanoparticles are functional group-modified composition.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 바이오물질은 단백질 또는 항원인 조성물.
The method of claim 1,
The biomaterial is a protein or antigen composition.
평균 입자 크기가 100 nm 내지 151.8 nm인 초상자성 나노입자에 제 1 항체를 고정화시키는 단계;
평균 입자 크기가 35 nm 내지 200 nm이며, 신호증폭 물질을 담지시킨 폴리머솜을 제조하는 단계;
상기 폴리머솜에 제 2 항체를 결합시키는 단계;
타겟 바이오물질이 존재하는 시료에 제 1 항체가 고정화된 초상자성 나노 입자를 첨가하는 단계;
상기 제 2 항체가 결합된 폴리머솜을 상기 시료에 첨가시켜 타겟 바이오물질을 사이에 두고 초상자성 나노입자와 폴리머솜의 결합을 유도하여 샌드위치 복합체를 제조하는 단계;
폴리머솜 내 신호증폭물질이 방출하도록 폴리머솜을 붕괴시키는 단계; 및
초상자성 나노입자와 분리시켜 방출된 신호를 분석하는 단계
를 포함하되,
상기 폴리머솜은 양친매성 고분자의 자기조립에 의해 형성된 고분자 나노입자이며, 상기 양친매성 고분자는 폴리락티드의 소수성 영역과 폴리에틸렌글리콜의 친수성 영역을 포함하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 메틸기로 개질된 폴리에틸렌글리콜과 카르복시기로 개질된 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 타겟 바이오물질의 검출방법.
Immobilizing the first antibody to superparamagnetic nanoparticles having an average particle size of 100 nm to 151.8 nm;
Preparing a polymer cotton having an average particle size of 35 nm to 200 nm and carrying a signal amplifying material;
binding a second antibody to the polymersome;
adding the first antibody immobilized superparamagnetic nanoparticles to the sample in which the target biomaterial is present;
preparing a sandwich complex by adding the polymersome to which the second antibody is bound to the sample to induce binding of the superparamagnetic nanoparticles and the polymersome with a target biomaterial interposed therebetween;
disrupting the polymersome to release a signal amplifying material in the polymersome; and
Separating from the superparamagnetic nanoparticles and analyzing the emitted signal
including,
The polymer cotton is a polymer nanoparticle formed by self-assembly of an amphiphilic polymer, and the amphipathic polymer includes a hydrophobic region of polylactide and a hydrophilic region of polyethylene glycol, and the polyethylene glycol is a methyl group-modified polyethylene glycol and A method for detecting a target biomaterial comprising polyethylene glycol modified with a carboxyl group.
제 11 항에 있어서,
샌드위치 복합체 제조 후, 자석으로 불순물을 제거하는 검출방법.
12. The method of claim 11,
A detection method in which impurities are removed with a magnet after the sandwich composite is manufactured.
제 11 항에 있어서,
계면활성제를 처리하여 폴리머솜을 붕괴시키는 검출방법.
12. The method of claim 11,
A detection method for disintegrating polymer cotton by treatment with a surfactant.
제 11 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자는 초상자성 금속산화물 나노입자인 검출방법.
12. The method of claim 11,
The detection method wherein the superparamagnetic nanoparticles are superparamagnetic metal oxide nanoparticles.
제 14 항에 있어서,
상기 초상자성 금속산화물 나노입자는 철 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 및 전이금속이 도핑된 철 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 검출방법.
15. The method of claim 14,
The superparamagnetic metal oxide nanoparticles are at least one selected from the group consisting of iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, and iron oxide doped with a transition metal.
제 11 항에 있어서,
상기 신호증폭물질은 FRET (fluorescence resonance energy transfer) 현상을 나타내는 물질인 검출방법.
12. The method of claim 11,
The signal amplifying material is a material exhibiting a fluorescence resonance energy transfer (FRET) phenomenon.
제 11 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자는 작용기로 개질된 것인 검출방법.

12. The method of claim 11,
The detection method of the superparamagnetic nanoparticles modified with a functional group.

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