KR102352999B1 - Novel fluorescent material, nanobead comprising the same and diagnostic kit using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 이를 이용한 진단 키트에 관한 것이다.
본 발명의 신규한 형광 화합물을 화합물의 양 말단에 아자이드기를 포함하며, 형광 감도가 우수한 특징이 있다.
The present invention relates to a novel fluorescent material, nanobeads containing the same, and a diagnostic kit using the same.
The novel fluorescent compound of the present invention includes azide groups at both ends of the compound, and has excellent fluorescence sensitivity.

Description

신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 및 이를 이용한 진단 키트{Novel fluorescent material, nanobead comprising the same and diagnostic kit using the same}Novel fluorescent material, nanobead comprising same, and diagnostic kit using same

본 발명은 신규한 형광 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a novel fluorescent material.

구체적으로, 본 발명은 현장 진단 기기 등의 진단 기기에 사용할 수 있는 형광 물질에 관한 것이다.Specifically, the present invention relates to a fluorescent material that can be used in a diagnostic device such as a point-of-care diagnostic device.

체외 진단기기 시장은 보건·의료 분야의 트렌드 변화, 대상 국가의 확대, 인구 고령화 및 신종 전염병 등 다양한 요인에 의해 지속적인 성장이 예상되는 시장이다. 주요 분야로는 면역 화학적 진단, 자가 혈당 측정, 현장 진단, 분자 진단이 있다. 이 중에서 현장 진단 기기는 응급 현장이나 진단에 대한 제반 시설이 갖춰지지 않은 환경 또는 신속한 결과를 원하는 목적으로 주로 사용한다. 특히 빠른 검사결과가 필요한 검사종목들을 비롯해서 숙련된 인력이 아닌 일반 검사자가 수행해도 오류가 없도록 기술을 개발하여 다른 종목으로 확대되는 추세이다.The in vitro diagnostic device market is a market that is expected to grow continuously due to various factors such as changes in health and medical trends, the expansion of target countries, an aging population, and new infectious diseases. Main areas include immunochemical diagnosis, self-diagnosis, point-of-care, and molecular diagnosis. Among them, the point-of-care diagnostic device is mainly used for the purpose of wanting quick results or an environment that is not equipped with facilities for an emergency site or diagnosis. In particular, the technology is being developed so that there are no errors even if it is performed by general inspectors, not skilled personnel, including inspection subjects that require quick inspection results, and the trend is expanding to other subjects.

현장 진단 기기의 종류로는 심장질환 바이오마커, 약물중독 테스트, 성병 진단용 테스트 기기 등으로서 임신진단, 콜레스테롤 수치, 혈중 가스 농도측정기 등이 있다. 이러한 기기의 대부분은 고가의 외국산이 유통되고 있으며, 소변검사, 일부 Rapid test, 면역 검사 등에서만 국산 제품이 이용되고 있는 실정이다.Types of on-site diagnostic devices include heart disease biomarkers, drug addiction tests, and test devices for diagnosing sexually transmitted diseases, such as pregnancy diagnosis, cholesterol levels, and blood gas concentrations. Most of these devices are expensive foreign products, and domestic products are used only for urine tests, some rapid tests, and immune tests.

기존의 현장 진단 기기에서 대표적인 표지 물질로 사용되는 금 나노 입자의 경우, 값비싼 가격 및 낮은 감도의 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 금 나노 입자를 대체할 물질로 유기 염료, 양자점, 카본닷 등 다양한 형광 물질이 적용되어 왔다. 하지만 이러한 물질의 경우 전자 전이의 흡수 및 방출 스펙트럼의 최대 값의 위치 간의 차이인 스토크스 이동(stokes shift)이 적게 나타나기 때문에 검출 신호와 background noise 의 구분이 어려워 진단에 어려움이 있었다.In the case of gold nanoparticles used as a representative labeling material in existing point-of-care diagnostic devices, they have disadvantages of high price and low sensitivity. To overcome this, various fluorescent materials such as organic dyes, quantum dots, and carbon dots have been applied as materials to replace gold nanoparticles. However, in the case of these materials, since the Stokes shift, which is the difference between the positions of the maximum values of the absorption and emission spectra of the electron transition, is small, it is difficult to distinguish the detection signal from the background noise, making it difficult to diagnose.

이에 본 발명의 발명자들은 기존의 진단 키트에서 발생하는 위와 같은 문제를 극복하고자 예의 연구를 진행하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention completed the present invention while conducting intensive research in order to overcome the above problems occurring in the existing diagnostic kits.

본 발명은 여기-방출 시프트(excitation-emission shift) 값이 큰 신규한 형광 물질을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a novel fluorescent material having a large excitation-emission shift value.

또한, 본 발명은 형광 감도를 우수하게 향상시키고, 저농도의 시료에서도 고감도의 검출 신호를 나타낼 수 있는 형광 물질 및 이를 이용한 진단 소재를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a fluorescent material capable of excellently improving fluorescence sensitivity and exhibiting a high-sensitivity detection signal even in a low concentration sample, and a diagnostic material using the same.

이를 위해, 일 양태에 따른 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.To this end, the present invention according to one aspect provides a compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

N3-[A]-N3 N 3 -[A]-N 3

다른 양태에 따른 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 나노 비드를 제공한다.The present invention according to another aspect provides a nano-bead comprising the compound.

또 다른 양태에 따른 본 발명은 상기 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 제공한다.The present invention according to another aspect provides a diagnostic kit including the nano-beads.

또 다른 양태에 따른 본 발명은 상기 나노 비드의 형광 세기를 측정하는 것을 포함하는, 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법을 제공한다.The present invention according to another aspect provides a method for providing data for medical diagnosis, comprising measuring the fluorescence intensity of the nano-beads.

본 발명의 화합물은 여기-방출 시프트가 크기 때문에, 본 발명의 화합물을 이용하면 혈액 내에 녹아있는 다양한 물질들로 인해 나오는 백그라운드 노이즈(background noise)로 발생하는 검출의 어려움을 개선할 수 있다.Since the compound of the present invention has a large excitation-emission shift, the use of the compound of the present invention can improve the difficulty of detection caused by background noise caused by various substances dissolved in blood.

또한, 상기 화합물의 다량을 나노 비드 내에 삽입한 뒤, 항원과 선택적으로 결합하는 항체를 고정화함으로써, 신호의 증폭을 발생시킬 수 있다. 이로써 적은 농도의 시료를 탐지할 수 있기 때문에 기존의 형광 물질 기반의 진단 기기 대비 우수한 진단 감도를 나타낼 수 있다.In addition, by inserting a large amount of the compound into the nanobead, and then immobilizing an antibody that selectively binds to an antigen, signal amplification can be generated. As a result, it is possible to detect a sample with a small concentration, thereby exhibiting superior diagnostic sensitivity compared to a conventional fluorescent material-based diagnostic device.

이에 따라, 신속성과 정확성, 경제성 및 사용편의성을 갖춘 다양한 질병에 대한 현장 진단 및 질병의 확산 방지에 기여하는 효과를 나타낼 수 있다.Accordingly, it is possible to show the effect of contributing to on-site diagnosis of various diseases and prevention of the spread of diseases with rapidity and accuracy, economical efficiency and convenience of use.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 간이 검사(Lateral Flow Assay, LFA) 진단 키트 구성의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 형광 화합물의 합성 경로의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 합성된 형광 화합물의 NMR 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 진단 키트를 제조하는 방법의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 LFA 멤브레인 상에서 형광을 확인한 결과 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 형광 화합물을 포함하는 나노 비드에 있어서, 이에 포함되는 형광 화합물의 농도에 따라 이를 이용한 LFA의 형광을 확인한 결과 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라 나노 비드를 이용하여 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하기 위해 이용할 수 있는 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as being limited.
1 is a schematic diagram of the configuration of a simple test (Lateral Flow Assay, LFA) diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a synthesis route of a fluorescent compound according to an embodiment of the present invention.
3 is an NMR graph of a fluorescent compound synthesized according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a method for manufacturing a diagnostic kit according to an embodiment of the present invention.
5 is an image as a result of confirming fluorescence on the LFA membrane according to an embodiment of the present invention.
6 is an image of the result of confirming the fluorescence of LFA using the nanobead containing the fluorescent compound according to an embodiment of the present invention according to the concentration of the fluorescent compound contained therein.
7 is a schematic diagram of a device that can be used to provide data for medical diagnosis using nanobeads according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

일 양태에 따른 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.The present invention according to one aspect provides a compound represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

N3-[A]-N3 N 3 -[A]-N 3

상기 화합물은 양 말단에 아자이드기(-N3)를 포함하고, 상기 두 개의 아자이드기가 형광 신호를 발생시키는 형광단으로 작용하는 것일 수 있다.The compound may include an azide group (-N 3 ) at both ends, and the two azide groups act as a fluorophore for generating a fluorescence signal.

상기 A는 화학식 1의 두 개의 아자이드기가 직접적으로 결합되어 있지 않도록 하는 분리하기 위한 구조로서, C1 내지 C100의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C80 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C80 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C80 알키닐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C100 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C100 할로알킬, 치환 또는 비치환된 알킬아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 케톤, 알데하이드, 에스터, 폴리알킬렌 옥사이드 및 아실클로라이드로부터 선택되는 구조를 포함하는 것일 수 있다.A is a structure for separating the two azide groups of Formula 1 so that they are not directly bonded, C 1 to C 100 alkyl, a substituted or unsubstituted C 1 to C 80 containing at least one hetero atom heteroalkyl, substituted or unsubstituted C 2 to C 80 alkenyl, substituted or unsubstituted C 2 to C 80 alkynyl, substituted or unsubstituted C 1 to C 100 alkoxy, substituted or unsubstituted aryloxy, substituted or unsubstituted C 1 to C 100 haloalkyl, substituted or unsubstituted alkylamino, substituted or unsubstituted amide, carbamate, carboxyl, carboxylate, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, It may include a structure selected from substituted or unsubstituted aralkyl, ketone, aldehyde, ester, polyalkylene oxide and acyl chloride.

일 구현예에서, 상기 A는 그 구조 내에 다중 공명구조를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, A may include multiple resonance structures within the structure.

상기 A가 다중 공명구조를 포함함으로써 전자의 여기-발광 시프트 값을 크게 나타내도록 하여 화합물의 형광 민감도를 더욱 우수하게 개선하는 것일 수 있다.The fluorescence sensitivity of the compound may be more excellently improved by including a multiple resonance structure in A so that the electron excitation-emission shift value is large.

일 구현예에서, 상기 화학식 1의 아자이드기(-N3)는 상기 A와 비-공액화(non-conjugated) 구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the azide group (-N 3 ) of Formula 1 may have a non-conjugated structure with A.

상기 A가 다중 공명구조를 포함함으로써 화학식 1의 아자이드기와 공액화(conjugated) 구조를 나타내어 전자 이동 공간이 확장되는 것일 수 있으나, 본 발명에 있어서, 상기 A는 화학식 1의 아자이드기와 비-공액화 구조를 갖는 것이 전자의 여기-발광 시프트 값을 크게 나타내도록 함으로써 형광 감도 향상의 측면에서 바람직할 수 있다.The electron movement space may be expanded by including a multi-resonance structure of A by including a structure conjugated with the azide group of Formula 1, but in the present invention, A is a non-covalent group with the azide group of Formula 1 Having a liquefied structure may be preferable in terms of improving fluorescence sensitivity by allowing the electron excitation-emission shift value to be large.

일 구현예에서, 상기 A는 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.In one embodiment, A may be represented by the formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112020037737283-pat00001
Figure 112020037737283-pat00001

상기 화학식 2에서, 상기 R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고,In Formula 2, the R 1 and R 2 are C 1 to C 20, each the same or different and each independently represent a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl, at least one hetero atom substituted heteroalkyl, Substituted or unsubstituted C 2 to C 20 alkenyl, substituted or unsubstituted C 3 to C 20 alkynyl, substituted or unsubstituted C 4 to C 20 cycloalkyl and C substituted with at least one hetero atom 1 to C 20 selected from heterocycloalkyl,

상기 X1 및 X2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, -OR3, -NR3 2, -COOH, -COH, R4 및 할로겐기 중에서 선택되고, 여기서 R3 는 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐 중에서 선택되고, R4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고, 상기 Y1 및 Y2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 -CO, -SO2, O3, 및 -N3 중에서 선택되는 것일 수 있다.wherein X 1 and X 2 are the same or different from each other, and are each independently selected from hydrogen, -OR 3 , -NR 3 2 , -COOH, -COH, R 4 and a halogen group, wherein R 3 is independently of each other hydrogen , substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl, at least one hetero atom-substituted C 1 to alkenyl of C 20 heteroalkyl, substituted or unsubstituted C 2 to C 20 a and a substituted or unsubstituted C 3 to selected from alkynyl of C 20, R 4 is independently a substituted or unsubstituted C 1 to heteroalkyl, substituted or unsubstituted of C 20 alkyl, at least one hetero atom-substituted C 1 to C 20 of each other substituted C 2 to C 20 alkenyl, substituted or unsubstituted C 3 to C 20 alkynyl, substituted or unsubstituted C 4 to C 20 cycloalkyl, and C 1 to C 20 substituted with at least one hetero atom of heterocycloalkyl, wherein Y 1 and Y 2 are the same or different, and each independently -CO, -SO 2 , O 3 , and -N 3 may be selected from.

상기 화합물은 분자 내 공여체(Donor)-π공액(conjugation)-수용체(Acceptor) 구조에 기반하여 밀고 당기기 시스템(push-pull system) 하에 신규하게 고안되었다.The compound was newly designed under a push-pull system based on an intramolecular donor-π-conjugation-acceptor structure.

상기 화합물은 비이온성이며, 단일한 벤젠 플랫폼으로 구성되는 것일 수 있다. 특히, 상기 화합물은 용액 상태와 고체 상태 모두에서 우수한 광 안정성 및 효율적인 형광을 파란색 범위(약 400 nm)에서 나타낼 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 화합물은 큰 스토크스 변이의 특징을 갖는 특징이 있다.The compound may be nonionic and may consist of a single benzene platform. In particular, the compound is characterized in that it can exhibit excellent light stability and efficient fluorescence in the blue range (about 400 nm) in both the solution state and the solid state. In addition, the compound is characterized by a large Stokes mutation.

구체적으로, 상기 화합물은 바이오 이미징에 사용하기 위한 형광 분자로서의 바람직한 특징을 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 화합물은 고체 상태에서의 방출 특성이 자기 소멸(self quenching)을 방지하는데 도움이 되며, 일반적으로 스토크스 변이는 방사된 광자의 재흡수를 방지하는데 도움을 주기 때문에, 상기 화합물은 형광 이미징에서 높은 콘트라스트를 가능하게 할 수 있다.Specifically, the compound may exhibit desirable characteristics as a fluorescent molecule for use in bioimaging. For example, because the emissive properties of the compound in the solid state help prevent self quenching, and in general, the Stokes shift helps prevent reabsorption of emitted photons, so the compound can be used for fluorescence imaging can enable high contrast in

일 구현예에서, 상기 화합물은 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.In one embodiment, the compound may be represented by Formula 3.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020037737283-pat00002
Figure 112020037737283-pat00002

구체적으로, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 1,4-디아미노 벤젠 단위에 의해 HOMO가 높은 매우 강한 공여 그룹으로 작용할 수 있다. 또한, 본 발명의 기전이 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 화합물은 분자 내, 그리고 분자 간의 수소 결합에 의해 지지되는 아미노 및 설포닐기 사이의 밀고 당기기 시스템에 의해 매우 강한 형광 강도를 나타내는 것일 수 있다.Specifically, the compound represented by Formula 3 may act as a very strong donor group having a high HOMO due to the 1,4-diamino benzene unit. In addition, although the mechanism of the present invention is not limited thereto, the compound may exhibit very strong fluorescence intensity due to a push-and-pull system between amino and sulfonyl groups supported by hydrogen bonds within and between molecules.

다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 화합물을 포함하는 나노 비드(Nano bead)를 제공한다.The present invention according to another aspect provides a nano bead (Nano bead) comprising the above-described compound.

본 명세서에 있어서, 상기 용어 "나노 비드"는 나노 크기의 입경을 가지는 비드를 의미한다. 구체적으로, 상기 나노 비드는 평균 입경(D50)이 1 μm 이하로서, 150 내지 200 nm 크기의 비드를 의미할 수 있다.As used herein, the term “nano-beads” refers to beads having a nano-sized particle size. Specifically, the nano-beads have an average particle diameter (D50) of 1 μm or less, and may refer to beads having a size of 150 to 200 nm.

일 구현예에서, 상기 형광 화합물을 함유하는 나노 비드는 생체 내로 유입되어 검출 대상을 검출하는데 이용될 수 있다. 이 경우, 상기 나노 비드의 생체 내 유입 용이성을 고려하여, 상기 나노 비드는 예컨대 150 내지 200 nm인 것을 사용할 수 있다.In one embodiment, the nano-beads containing the fluorescent compound may be introduced into a living body and used to detect a detection target. In this case, in consideration of the ease of introduction into the living body of the nano-beads, the nano-beads may be, for example, 150 to 200 nm.

상기 나노 비드는 단분자, 금속, 고분자 등의 소재를 이용하여 형성된 것일 수 있으며, 예컨대 상기 나노 비드는 별도의 바인더 없이 상기 형광 화합물을 다량으로 함유하기 위해 고분자 소재인 것일 수 있다.The nanobeads may be formed using a material such as a single molecule, a metal, or a polymer. For example, the nanobead may be a polymer material to contain a large amount of the fluorescent compound without a separate binder.

일 구현예에서, 상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립(embedding)되어 형성된 것일 수 있다.In one embodiment, the nano-beads may be formed by embedding the compound in a polymer matrix.

상기 고분자 소재의 나노 비드는 고분자의 팽윤 특성으로 인해 다량의 형광 물질을 함유시킬 수 있다는 장점이 있다. 예컨대, 고분자 비드를 함유하는 용액으로 상기 형광 화합물을 혼합하는 경우, 고분자가 팽윤하면서 다량의 형광 화합물이 고분자 매트릭스 내 매립될 수 있다. 이에 따라, 종래 형광 물질과 항체를 1:1 결합시킨 것을 진단 키트에 사용하였던 경우 대비, 다량의 형광 물질을 함유하는 나노 비드에 항체를 결합시킴으로써 형광 감도를 우수하게 향상시킬 수 있다.The nano-beads made of the polymer material have an advantage in that they can contain a large amount of fluorescent material due to the swelling property of the polymer. For example, when the fluorescent compound is mixed with a solution containing polymer beads, a large amount of the fluorescent compound may be embedded in the polymer matrix while the polymer swells. Accordingly, the fluorescence sensitivity can be excellently improved by binding the antibody to nanobeads containing a large amount of fluorescent material, compared to the case in which a conventional 1:1 binding of a fluorescent material and an antibody is used in a diagnostic kit.

상기 고분자 매트릭스는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE) 등의 폴리올레핀계 고분자, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 바이오 폴리에틸렌(Bio-PE), 바이오 폴리에틸렌테레프탈레이트(Bio-PET), 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Bio-PTT), 바이오 폴리아미드(Bio-PA), 바이오 폴리프로필렌(Bio-PP), 폴리락트산(Poly lactic acid, PLA), 열가소성 전분(Thermopplastic starch, TPS), 알리파틱 폴리에스터(aliphatic polyester, AP), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리글리콜산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate, PBS), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Poly butylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리히드록시알카노에이트(polyhydroxy alkanoate, PHA) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polymer matrix is not limited thereto, for example, polyolefin-based polymers such as polystyrene, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate (PET), high density polyethylene (HDPE), polyvinyl alcohol ( Polyvinyl alcohol, PVA), bio polyethylene (Bio-PE), bio polyethylene terephthalate (Bio-PET), bio polytrimethylene terephthalate (Bio-PTT), bio polyamide (Bio-PA), bio polypropylene (Bio) -PP), polylactic acid (PLA), thermoplastic starch (TPS), aliphatic polyester (AP), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid, PGA), polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polyhydroxy alkanoate (PHA) and mixtures thereof There may be more than one type.

일 구현예에서, 상기 고분자 매트릭스는 폴리스티렌을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the polymer matrix may include polystyrene.

상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립되어 형성된 것일 수 있으며, 이때 상기 나노 비드는 상기 화합물(형광 물질)이 0.01 내지 10 mg/mL, 예컨대 0.1 내지 5 mg/mL 또는 0.25mg/mL 내지 2 mg/mL의 농도인 용액에 상기 고분자 매트릭스와 혼합하여 형성된 것일 수 있다.The nano-beads may be formed by embedding the compound in a polymer matrix, wherein the nano-beads contain 0.01 to 10 mg/mL of the compound (fluorescent material), such as 0.1 to 5 mg/mL or 0.25 mg/mL to 2 It may be formed by mixing with the polymer matrix in a solution having a concentration of mg/mL.

또 다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 제공한다.The present invention according to another aspect provides a diagnostic kit comprising the above-described nano-beads.

일 구현예에서, 다양한 진단 키트에 사용하기 위해, 상기 나노 비드는 검출 대상에 대한 항체가 결합된 것일 수 있다.In one embodiment, for use in various diagnostic kits, the nano-beads may be bound to an antibody to a detection target.

상기 항체는, 항체 결합 물질에 대해 항체를 결합하는 공지의 방법에 따라 결합할 수 있는 것이고, 그 방법에 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 항체는, 상기 나노 비드의 표면 카르복실기를 기능화하여, 항체 내 아민기와 EDC-NHS 커플링 반응을 이용하여 아미드 결합에 의해 결합된 것일 수 있다.The antibody can be bound according to a known method for binding an antibody to an antibody-binding substance, and the method is not particularly limited. For example, the antibody may be functionalized with a carboxyl group on the surface of the nanobead and bound by an amide bond using an EDC-NHS coupling reaction with an amine group in the antibody.

상기 나노 비드를 이용하여 진단하고자 하는 대상은 예컨대, 쯔쯔가무시, 말라리아, 심근 경색(CK-MB(creatin kinase)) 등의 질병, 지카, 인플루엔자 등의 바이러스 균에 대한 감염 여부, 조산 진단 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The object to be diagnosed using the nano-bead is, for example, diseases such as tsutsugamushi, malaria, myocardial infarction (CK-MB (creatin kinase)), infection with viruses such as Zika, influenza, diagnosis of premature birth, etc., However, the present invention is not limited thereto.

또 다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 나노 비드를 이용하여 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법을 제공한다.The present invention according to another aspect provides a method of providing data for medical diagnosis using the above-described nano-beads.

상기 데이터를 제공하는 방법은 도 7에 예시적으로 도시한 광원(Light source) 및 필터(Filter)를 포함하는 장치를 이용하는 것일 수 있다.The method of providing the data may be to use an apparatus including a light source and a filter illustrated in FIG. 7 .

상기 광원은, 나노 비드가 나타내는 형광, 구체적으로 타겟 물질이 존재하는 경우 나노 비드가 나타내는 형광이 발현되도록 전자를 여기시킬 수 있는 파장대의 빛을 조사할 수 있는 것을 이용한다.As the light source, a light in a wavelength band capable of excitation of electrons is used so that the fluorescence exhibited by the nano-beads, specifically, the fluorescence exhibited by the nano-beads in the presence of a target material is expressed.

상기 필터는 검출 대상인 형광 외에 배경 형광(background noise)을 제거할 수 있는 것을 이용한다.As the filter, a filter capable of removing background fluorescence in addition to the fluorescence to be detected is used.

구체적으로, 상기 방법은 상기 나노 비드, 또는 나노 비드에 진단 대상인 물질에 대한 항체가 결합된 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 이용하여 피검체로부터 수득한 시료를 이용하여 검사를 실시하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the method may include performing a test using a sample obtained from a subject using the nano-beads or a diagnostic kit including nano-beads bound to the nano-beads with an antibody to the substance to be diagnosed. can

상기 방법은, 검사를 실시한 후, 해당 진단 키트에 상기 광원을 이용하여 빛을 조사하는 단계를 포함한다. 상기 나노 비드가 포함된 진단 키트에 빛을 조사하면 필터를 통해 배경 형광이 제거된 검출 대상인 형광의 방출을 유도할 수 있다.The method includes irradiating light to the diagnostic kit using the light source after performing the test. When light is irradiated to the diagnostic kit including the nano-beads, emission of fluorescence, a detection target from which background fluorescence is removed through a filter, can be induced.

다음으로, 상기 방법은, 형광이 방출될 때 방출되는 형광의 이미지를 수득하는 단계를 포함한다. 예컨대 상기 형광 이미지의 수득은 휴대폰 카메라를 이용하여 방출되는 형광의 이미지를 수득하는 것일 수 있다.Next, the method includes obtaining an image of the emitted fluorescence when the fluorescence is emitted. For example, obtaining the fluorescence image may be obtaining an image of emitted fluorescence using a mobile phone camera.

이때, 해당 이미지로부터 형광의 세기를 측정함으로써, 측정된 형광 세기를 표준 시약을 이용하여 준비된 형광 세기 - 항원 양의 데이터에 대입함으로써, 피검체 내 진단 대상(항원)을 정량화할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.At this time, by measuring the intensity of fluorescence from the image, by substituting the measured fluorescence intensity into the fluorescence intensity-antigen amount data prepared using a standard reagent, it is possible to quantify the diagnostic object (antigen) in the subject. can

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, examples and the like will be described in detail to help the understanding of the present invention.

[실시예 1 - 형광 화합물의 제조][Example 1 - Preparation of Fluorescent Compound]

도 2에 도시된 합성 경로에 따라 형광 화합물을 다음과 같이 제조하였다.According to the synthetic route shown in FIG. 2, a fluorescent compound was prepared as follows.

1. 화합물 1b의 제조1. Preparation of compound 1b

Figure 112020037737283-pat00003
Figure 112020037737283-pat00003

먼저, 500 mg의 2,5-디아민-1,4-디티올벤젠 이염산물 (화합물 1a, 2,5-diamino-1,4-benzenedithiol dihydrochoride)에 15 mL 의 메탄올에 녹인 소듐(sodium)을 첨가하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 187 mg의 1-아지도-3-아이오도-프로판(1-azido-3-iodo-propane)을 첨가한 후 5시간동안 환류하였다. 10 wt% NaOH (10 mL) 수용액으로 반응을 종결하고 메탄올로 여과하여 298 mg의 1,4-디아민-2,5-(3-아지도프로필설파이드)벤젠(1,4-diamine-2,5-(3-azidopropylsulfide)benzene)을 수득하였다. (화합물 1b, yield 30 %).First, sodium dissolved in 15 mL of methanol was added to 500 mg of 2,5-diamine-1,4-dithiolbenzene dihydrochloride (Compound 1a, 2,5-diamino-1,4-benzenedithiol dihydrochoride). and stirred at room temperature for 30 minutes. After the addition of 187 mg of 1-azido-3-iodo-propane (1-azido-3-iodo-propane), the mixture was refluxed for 5 hours. The reaction was terminated with an aqueous solution of 10 wt% NaOH (10 mL) and filtered with methanol. 298 mg of 1,4-diamine-2,5-(3-azidopropylsulfide)benzene (1,4-diamine-2,5-(3-azidopropylsulfide)benzene) was obtained. (Compound 1b, yield 30%).

2. 화합물 1c의 제조2. Preparation of compound 1c

Figure 112020037737283-pat00004
Figure 112020037737283-pat00004

100 mg 의 화합물 1b와 0.41 mL 트리 에틸 아민의 혼합물, 0.28 mL 아세트산 무수물 및 다이클로로메테인(CH2Cl2, 10 mL)를 질소(N2)하에 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응을 물 (10 mL)로 종결하고, 침전된 생성물을 물 (20 mL)로 여과하였다. 잔류물을 진공에서 건조시키고, 여액을 CH2Cl2 (20 mL)로 추출하고, 물 (10 mL) 및 염수 (10 mL)로 세척하고, Na2SO4로 건조시켰다. 용매를 감압하에 제거하여 화합물 1c을 무색 결정으로서 수득 하였다.(125 mg, 63 %).A mixture of 100 mg of compound 1b and 0.41 mL triethyl amine, 0.28 mL acetic anhydride and dichloromethane (CH 2 Cl 2 , 10 mL ) was stirred under nitrogen (N 2) at room temperature for 24 hours. The reaction was then quenched with water (10 mL) and the precipitated product was filtered with water (20 mL). The residue was dried in vacuo and the filtrate was extracted with CH 2 Cl 2 (20 mL), washed with water (10 mL) and brine (10 mL) and dried over Na 2 SO 4 . The solvent was removed under reduced pressure to give compound 1c as colorless crystals (125 mg, 63%).

3. 화합물 1d의 제조3. Preparation of compound 1d

Figure 112020037737283-pat00005
Figure 112020037737283-pat00005

78 mg의 화합물 1c 및 CH2Cl2 (10 mL)의 혼합물을 실온에서 교반하였다. 이어서, m- 클로로퍼 벤조산의 무색 현탁액 319 mg 을 첨가하고 32시간 동안 교반 하였다. 생성된 혼합물을 포화 Na2SO3 (aq) (10 mL)로 반응종결하고, 다이클로로메테인(CH2Cl2)를 감압하에 제거하였다. (화합물 1d, 90 mg, 100%crude).A mixture of 78 mg of compound 1c and CH 2 Cl 2 (10 mL) was stirred at room temperature. Then, 319 mg of a colorless suspension of m-chloroperbenzoic acid was added and stirred for 32 hours. The resulting mixture was quenched with saturated Na 2 SO 3 (aq) (10 mL), and dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) was removed under reduced pressure. (Compound 1d, 90 mg, 100% crude).

4. 화합물 1의 제조4. Preparation of compound 1

Figure 112020037737283-pat00006
Figure 112020037737283-pat00006

90 mg의 화합물 1d 에 THF (10 mL) 및 6M NaOH (aq) (15 mL)를 첨가하고, 혼합물을 환류에서 16시간 동안 교반하였다. THF를 감압 하에서 제거 하였다. 침전 된 생성물을 물 (20mL)로 여과하였다. 잔류 물을 아세토니트릴에서 재결정화하여 정제하여 담황색 결정으로서 수득하였다. (화합물 1, 63 mg, 85%).To 90 mg of compound 1d was added THF (10 mL) and 6M NaOH (aq) (15 mL), and the mixture was stirred at reflux for 16 h. THF was removed under reduced pressure. The precipitated product was filtered with water (20 mL). The residue was purified by recrystallization from acetonitrile to give as pale yellow crystals. (Compound 1, 63 mg, 85%).

도 3에는 상기에서 제조한 실시예 1의 화합물 1의 1H-NMR 결과를 도시하였다. 3 shows 1 H-NMR results of Compound 1 of Example 1 prepared above.

[실시예 2 - 나노 비드의 제조][Example 2 - Preparation of nano-beads]

도 4(1), (2)에 도시된 나노 비드의 제조 방법에 따라 다음과 같이 나노 비드를 제조하였다.According to the manufacturing method of the nano-beads shown in Figs. 4 (1), (2), nano-beads were prepared as follows.

먼저, 0.15 ml의 distilled water 내 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 비드(평균 입경(D50) 150mm)와 0.15 mL의 2% Pluronic F-127 을 혼합하였다. 이 용액에 상기 실시예 1의 형광 화합물 1 mg/mL을 투입하였다. 팽윤되는 PS 비드 내에 형광 화합물이 담지되도록 상기 용액을 8시간 동안 55°C hotplate 위에서 stirring 시키면서 용액 내 THF를 증발시켰다. 다음으로, 원심분리하여 상등액을 제거하여 세척하여 형광 화합물이 담지된 PS 비드를 수득하였다First, polystyrene (PS) beads (average particle diameter (D 50 ) 150 mm) and 0.15 mL of 2% Pluronic F-127 were mixed in 0.15 ml of distilled water. 1 mg/mL of the fluorescent compound of Example 1 was added to this solution. The THF in the solution was evaporated while stirring the solution on a 55°C hotplate for 8 hours so that the fluorescent compound was supported in the swollen PS beads. Next, the supernatant was removed by centrifugation and washed to obtain PS beads carrying a fluorescent compound.

[실시예 3 - 진단 키트의 제조][Example 3 - Preparation of diagnostic kit]

도 4(3)에 도시된 진단 키트(LFA)의 제조 방법에 따라 다음과 같이 진단 키트를 제조하였다.According to the manufacturing method of the diagnostic kit (LFA) shown in FIG. 4(3), a diagnostic kit was prepared as follows.

상기에서 제조한 실시예 2의 형광 나노비드의 표면에 기능화되어 있는 카르복실(-COOH)기와 항체의 표면에 있는 아민(-NH2)기를 EDC-NHS coupling 반응을 이용하여 amide bonding 을 형성하였다.The carboxyl (-COOH) group functionalized on the surface of the fluorescent nanobead of Example 2 prepared above and the amine (-NH 2 ) group on the surface of the antibody were formed using EDC-NHS coupling reaction to form amide bonding.

이렇게 항체를 결합시킨 뒤 conjugate pad(GFDX203000, Glass fiber diagnostic pad, Company: Millipore)에 coating/dry를 하였다. Nitrocellulose membrane(HF135MC100, Company: Millipore)) 에는 각각 control line(Anti-Mouse IgG antibody produced in goat) 과 test line을 dotting 하고, 나머지 pad(absorbance pad(Company: Millipore), sample pad(Company: Millipore), conjugate pad)를 조립하여 LFA 진단 키트를 제조하였다.After binding the antibody in this way, coating/dry was applied to the conjugate pad (GFDX203000, Glass fiber diagnostic pad, Company: Millipore). Nitrocellulose membrane (HF135MC100, Company: Millipore)) is dotted with control line (Anti-Mouse IgG antibody produced in goat) and test line, respectively, and the remaining pads (absorbance pad (Company: Millipore), sample pad (Company: Millipore), conjugate pad) to prepare an LFA diagnostic kit.

상기 test line에는 각각 말라리아 항체(Malaria antibody produced in mouse) 또는 CK-MB 항체를 이용하여, 말라리아와 CK-MB 각각에 대한 항원/항체 반응을 이용하여 실험을 진행하였다.In the test line, each malaria antibody produced in mouse or CK-MB antibody was used, and the experiment was performed using antigen/antibody reaction against malaria and CK-MB, respectively.

[실험예 1 - LFA 멤브레인을 이용한 혈액 내 말라리아의 검출][Experimental Example 1 - Detection of Malaria in Blood Using LFA Membrane]

상기에서 제조한 LFA 진단 키트의 멤브레인 상에 상기 실시예 1의 형광 물질 0.25 mg/mL, 혈액 0.005 mL, flow buffer를 적용하고, 이에 대한 형광을 UV lamp 을 이용하여 검출하여 그 결과를 도 5에 도시하였다.0.25 mg/mL of the fluorescent material of Example 1, 0.005 mL of blood, and flow buffer were applied on the membrane of the LFA diagnostic kit prepared above, and the fluorescence was detected using a UV lamp, and the results are shown in FIG. shown.

도 5를 통해 혈액 자체에서 나오는 auto-fluorescence의 영향은 없으며, 형광 물질이 buffer와 만나도 quenching이 되지 않는다는 결과를 확인할 수 있었다.5, it was confirmed that there is no effect of auto-fluorescence emitted from the blood itself, and the quenching does not occur even when the fluorescent material meets the buffer.

[실험예 2 - 형광 물질의 농도에 따른 형광 감도의 평가][Experimental Example 2 - Evaluation of Fluorescence Sensitivity According to Concentration of Fluorescent Material]

상기 실시예 2의 제조 방법에 따라, 상기 실시예 1의 형광 화합물이 각각 0 μg, 1 μg, 100 ng, 10 ng, 1 ng, 100 pg, 10 pg 및 1 pg의 농도로 포함되도록 나노 비드를 제조하였다.According to the preparation method of Example 2, nanobeads were prepared so that the fluorescent compound of Example 1 was contained at concentrations of 0 μg, 1 μg, 100 ng, 10 ng, 1 ng, 100 pg, 10 pg and 1 pg, respectively. prepared.

제조된 각각의 나노 비드를 이용하여 실시예 3의 제조 방법에 따라 LFA 진단 키트를 제조한 후 상기 실험예 1의 방법에 따라 형광 감도를 확인한 결과를 도 6에 도시하였다.The results of checking the fluorescence sensitivity according to the method of Experimental Example 1 after preparing an LFA diagnostic kit according to the preparation method of Example 3 using each of the prepared nanobeads are shown in FIG. 6 .

도 6을 통해, 상기 실시예 1의 화합물을 이용하는 경우 소량, 예컨대 1ng/mL 내지 100 pg/mL의 타겟 물질(항원)도 형광 나노 비드를 활용하였을 때 검출이 가능한 것으로 보아, 본 연구를 통해 개발된 진단 키트가 우수한 형광 감도를 나타낼 수 있음을 확인하였다.6, when using the compound of Example 1, a small amount, for example, 1 ng/mL to 100 pg/mL of a target material (antigen) can be detected when using fluorescent nano beads, developed through this study It was confirmed that the used diagnostic kit can exhibit excellent fluorescence sensitivity.

Claims (12)

화학식 1로 표시되는 화합물로서,
[화학식 1]
N3-[A]-N3
상기 화학식 1에서 A는 하기 화학식 2로 표시되는 것인 화합물:
[화학식 2]
Figure 112022000981310-pat00016

(상기 화학식 2에서,
R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C3의 알킬렌이고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 -NH2이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 -SO2-임).
As a compound represented by Formula 1,
[Formula 1]
N 3 -[A]-N 3
In Formula 1, A is a compound represented by Formula 2 below:
[Formula 2]
Figure 112022000981310-pat00016

(In Formula 2,
R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and independently of each other are substituted or unsubstituted C 1 to C 3 alkylene,
X 1 and X 2 are each independently —NH 2 ,
Y 1 and Y 2 are each independently —SO 2 —).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 화합물.
[화학식 3]
Figure 112022000981310-pat00008

The method according to claim 1,
The compound is a compound represented by the following formula (3).
[Formula 3]
Figure 112022000981310-pat00008

청구항 1 및 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 나노 비드.
Nanobeads comprising the compound according to any one of claims 1 and 5.
청구항 6에 있어서,
상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립(embedding)되어 형성된 것인 나노 비드.
7. The method of claim 6,
The nano-beads are nano-beads formed by embedding the compound in a polymer matrix.
청구항 7에 있어서,
상기 고분자 매트릭스는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 바이오 폴리에틸렌(Bio-PE), 바이오 폴리에틸렌테레프탈레이트(Bio-PET), 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Bio-PTT), 바이오 폴리아미드(Bio-PA), 바이오 폴리프로필렌(Bio-PP), 폴리락트산(Poly lactic acid, PLA), 열가소성 전분(Thermopplastic starch, TPS), 알리파틱 폴리에스터(aliphatic polyester, AP), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리글리콜산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate, PBS), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Poly butylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리히드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 나노 비드.
8. The method of claim 7,
The polymer matrix is polystyrene, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate (PET), high density polyethylene (HDPE), polyvinyl alcohol (Polyvinyl alcohol, PVA), bio polyethylene (Bio-PE), Bio-polyethylene terephthalate (Bio-PET), bio-polytrimethylene terephthalate (Bio-PTT), bio-polyamide (Bio-PA), bio-polypropylene (Bio-PP), poly lactic acid (PLA), Thermoplastic starch (TPS), aliphatic polyester (AP), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid (PGA), polybutylene succinate (PBS) ), polybutylene adipate terephthalate (Poly butylene adipate terephthalate, PBAT), polyhydroxyalkanoate (polyhydroxyalkanoate, PHA), and nano-beads comprising at least one selected from the group consisting of mixtures thereof.
청구항 6에 따른 나노 비드를 포함하는 진단 키트.
A diagnostic kit comprising the nano-beads according to claim 6.
청구항 9에 있어서,
상기 나노 비드는 이에 결합된 항체를 포함하는 것인 진단 키트.
10. The method of claim 9,
The diagnostic kit, wherein the nano-beads include an antibody bound thereto.
청구항 6에 따른 나노 비드의 형광 세기를 측정하는 것을 포함하는, 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법.
A method for providing data for medical diagnosis, comprising measuring the fluorescence intensity of the nanobeads according to claim 6 .
청구항 11에 있어서,
상기 진단 대상은 쯔쯔가무시, 말라리아, 지카 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 심근 경색 및 조산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 감염 여부 또는 상태인 것인 방법.
12. The method of claim 11,
The method of claim 1, wherein the diagnosis target is the presence or absence of at least one infection selected from the group consisting of Tsutsugamushi, malaria, Zika virus, influenza virus, myocardial infarction, and premature birth.
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