KR102574179B1 - A substrate for surface enhanced raman scattering integrated with blood pretreatment separator - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 제공한다. 상기 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 하는 혈액 전처리 분리막;및 상기 혈액 전처리 분리막 하부에 위치되어 표면에 광원을 조사한 경우 라만 산란 신호가 강화되도록 하는 표면증강 라만산란 박막을 포함할 수 있으며, 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 별도의 전처리 과정 없이 혈액 전처리를 할 수 있고 연달아서 체액 내 약물과 같은 대상 물질의 검출을 할 수 있는 효과가 있다.An embodiment of the present invention provides a surface-enhanced Raman scattering substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane. The blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate includes a blood pretreatment separation membrane that separates blood cells and plasma from blood; and a surface-enhanced Raman substrate positioned below the blood pretreatment separation membrane to enhance Raman scattering signals when a light source is irradiated on the surface thereof. It may include a scattering thin film, blood pretreatment can be performed without a separate pretreatment process of removing red blood cells, insoluble salts, etc. from blood, and there is an effect of continuously detecting a target substance such as a drug in body fluid.
Description
본 발명은 표면증강 라만산란 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-enhanced Raman scattering substrate, and more particularly, to a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate.
라만 산란(Raman scattering)이란, 복사선과 물질 사이에 상호작용이 일어나 복사선의 일부 에너지가 물질 내 분자의 진동에너지 준위를 전이시키는 데 사용이 되어 입사광과 다른 파장을 가지는 복사선이 방출 되는 현상을 의미하며, 비탄성 산란(inelastic scattering)이라고도 한다. Raman scattering is a phenomenon in which an interaction occurs between radiation and a material, and some energy of the radiation is used to shift the vibrational energy level of molecules in the material, and radiation having a wavelength different from that of the incident light is emitted. , also called inelastic scattering.
라만 산란 신호는 분자의 고유한 성질로, 라만 산란 신호 측정은 비파괴 무표지 광학적 바이오물질 검출에 매우 적합한 반면, 신호가 약하며, 재현성이 낮고, 측정이 오래 걸린다는 단점이 있다.Raman scattering signal is a unique property of molecules, and Raman scattering signal measurement is very suitable for non-destructive and label-free optical detection of biomaterials. However, the signal is weak, reproducibility is low, and measurement takes a long time.
이러한 라만 산란 신호를 강화하여 고감도 검출을 하기 위하여 사용되는 기술 중 하나가 표면증강 라만 산란법(Surface Enhanced Raman Scattering 또는 Surface Enhanced Raman Spectroscopy)이다. One of the techniques used for highly sensitive detection by enhancing the Raman scattering signal is surface enhanced Raman scattering or surface enhanced Raman spectroscopy.
상기 표면증강 라만 산란법(SERS)은 라만 신호를 내는 분자가 금속 나노 구조체 표면에 있을 때, 신호의 세기가 단분자 수준까지 검지할 수 있을 정도로 증강되는 현상을 이용하는 방법이며, 금속 나노구조에 의한 SERS 기반 센싱 기술은 질병 진단뿐만 아니라, 단일 분자 수준의 미세구조 분석, 실시간 반응 관찰, 분자들의 배향 등 다양한 정보를 제공해주기 때문에 물리, 화학, 생물 등 다양한 분야로의 활용이 이루어질 전망이다.The surface-enhanced Raman scattering method (SERS) is a method using a phenomenon in which the intensity of a signal is enhanced enough to be detected up to a single molecule level when a molecule emitting a Raman signal is present on the surface of a metal nanostructure. SERS-based sensing technology is expected to be used in various fields such as physics, chemistry, and biology because it provides various information such as not only disease diagnosis but also microstructure analysis at the single molecule level, real-time reaction observation, and molecular orientation.
상기 나노구조에서 SERS 신호를 주도적으로 제공하는 영역은 전자기적 핫스팟(hot spot)으로서, 이 부분은 전자기장이 국소적으로 극대화되는 공간이다. 상기 핫스팟은 금속 나노구조체에서 나노수준의 날카로운 모서리 또는 금속 나노구조 사이의 나노갭(nanogap)에서 발생할 수 있다. In the nanostructure, a region that predominantly provides a SERS signal is an electromagnetic hot spot, and this region is a space in which an electromagnetic field is locally maximized. The hotspot may occur at a nano-level sharp edge of a metal nanostructure or a nanogap between metal nanostructures.
종래에는 혈액의 바이오마커, 약물 또는 대사 물질 검출을 위하여 약물 및 대사 물질 검출 전에 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 별도의 전처리 과정을 필요로 하고 있으며 이로 인해 실시간 현장 검출이 어려운 문제가 있음. 또한, 상기 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 전처리 과정은 저온 원심 분리기를 이용해야 하므로 상온에서 혈액 분리가 어려운 문제가 있다.Conventionally, in order to detect biomarkers, drugs or metabolites in blood, a separate preprocessing process to remove red blood cells and insoluble salts from blood is required before detecting drugs and metabolites, which makes real-time on-site detection difficult. In addition, since the pretreatment process of removing red blood cells and insoluble salts from the blood requires the use of a low-temperature centrifugal separator, it is difficult to separate the blood at room temperature.
따라서, 상기 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 별도의 전처리 과정 없이 혈액 전처리와 체액 내 약물 검출을 동시에 할 수 있는 체액 내 저농도 약물 및 저농도 약물 대사 물질 검출용 고감도 라만 분광 기판에 관한 기술의 연구가 필요하다. Therefore, research on technology related to a high-sensitivity Raman spectroscopy substrate for detecting low-concentration drugs and low-concentration drug metabolites in body fluids capable of simultaneous blood pretreatment and drug detection in body fluids without a separate pretreatment process of removing red blood cells, insoluble salts, etc. from the blood is needed
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 별도의 전처리 과정 없이 혈액 전처리와 체액 내 약물과 같은 대상물질의 검출을 동시에 할 수 있는 표면증강 라만산란 기판을 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a surface-enhanced Raman scattering substrate capable of simultaneously detecting a target substance such as a drug in body fluid and blood pretreatment without a separate pretreatment process of removing red blood cells, insoluble salts, etc. from blood.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, a surface-enhanced Raman scattering substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of the present invention is provided.
본 발명의 실시예에 있어서 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 하는 혈액 전처리 분리막;및 상기 혈액 전처리 분리막 하부에 위치되어 표면에 광원을 조사한 경우 라만 산란 신호가 강화되도록 하는 표면증강 라만산란 박막을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate is a blood pretreatment separation membrane that separates blood cells and plasma from blood; and a Raman scattering signal is generated when a light source is irradiated on the surface of the blood pretreatment separation membrane located below the blood pretreatment separation membrane. It may include a surface-enhanced Raman scattering thin film to be enhanced.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혈액 전처리 분리막은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되는 경우, 상기 혈액 전처리 분리막 상부 일 영역에서 혈구 세포가 분리되고 상기 혈장은 상기 혈액 전처리 분리막 하부로 통과될 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the blood pretreatment membrane, when blood is separated from blood cells and plasma, blood cells are separated in an upper region of the blood pretreatment membrane, and the blood plasma may pass through the lower portion of the blood pretreatment membrane .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혈액 전처리 분리막은 상부의 기공 크기가 50μm 내지 150μm이고, 하부의 기공 크기가 1μm내지 5μm일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the blood pretreatment membrane may have an upper pore size of 50 μm to 150 μm and a lower pore size of 1 μm to 5 μm.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면증강 라만산란 박막은 나노 크기의 3차원 다공성 구조를 가질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the surface-enhanced Raman scattering thin film may have a nano-sized three-dimensional porous structure.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면증강 라만산란 박막의 기공의 크기는 10nm 이하일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the pore size of the surface-enhanced Raman scattering thin film may be 10 nm or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혈액 전처리 분리막과 상기 표면증강 라만산란 박막 사이에 금속막을 더 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a metal film may be further included between the blood pretreatment separation film and the surface-enhanced Raman scattering thin film.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속막은 전도성 금속인 금(Au), 은(Ag), 타이타늄(Ti), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 에서 선택된 1종의 금속을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the metal layer may include one type of metal selected from conductive metals such as gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), copper (Cu), and nickel (Ni).
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면증강 라만산란 박막은 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 에서 선택된 1종의 금속을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the surface-enhanced Raman scattering thin film is one metal selected from gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), silver (Ag), palladium (Pd) and rhodium (Rh) can include
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면증강 라만산란 박막은 물리 기상 증착 공정 또는 전해 도금 공정을 수행하여 형성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the surface-enhanced Raman scattering thin film may be formed by performing a physical vapor deposition process or an electrolytic plating process.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 이용한 혈액 분석방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a blood analysis method using a surface-enhanced Raman scattering substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane.
본 발명의 실시예에 있어서 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 이용한 혈액 분석방법은,In an embodiment of the present invention, the blood analysis method using the blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate,
상술한 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판의 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 체취된 혈액을 주입하고 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 주입된 혈액이 하부 면까지 확산 이동하되 상기 혈액에서 혈구 세포는 상기 혈액 분리용 필터 상부의 일 영역에서 분리되고 혈장은 하부면으로 이동되는 혈액 주입 및 전처리 단계; 및 상기 혈액 전처리 분리막의 하부면에 도달한 혈장이 상기 표면증강 라만산란 박막에 흡수되고 상기 혈장이 흡수된 상기 표면증강 라만산란 박막에 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.The collected blood is injected into the upper surface of the blood pretreatment separation membrane of the above-described blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate, and the blood injected to the upper surface of the blood pretreatment separation membrane diffuses and moves to the lower surface, and blood cells in the blood a blood injection and pretreatment step in which blood plasma is separated in one region of an upper portion of the separation filter and plasma is moved to a lower portion; and measuring the Raman scattered light emitted after plasma reaching the lower surface of the blood pretreatment membrane is absorbed by the surface-enhanced Raman scattering thin film and irradiated with a light source to the surface-enhanced Raman scattering thin film absorbed by the blood plasma. can do.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혈액 주입 및 전처리 단계에서, 상기 혈액 전처리 분리막은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리될 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the blood injection and pretreatment step, the blood pretreatment membrane may separate blood cells and plasma from blood.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표면증강 라만산란 박막은 기공의 크기가 10nm이하일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the surface-enhanced Raman scattering thin film may have a pore size of 10 nm or less.
본 발명의 실시예에 따르면, 혈액에서 적혈구, 불용성 염 등을 제거하는 별도의 전처리 과정 없이 혈액 전처리와 체액 내 약물과 같은 대상 물질의 검출을 동시에 할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect of simultaneously detecting a target substance such as a drug in a body fluid and blood pretreatment without a separate pretreatment process of removing red blood cells and insoluble salts from the blood.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예1의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 단면 구조도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 단면 구조도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법을 나타낸 순서도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 1의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법을 나타낸 모식도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 혈액 전처리 분리막에 의한 적혈구 분리를 나타낸 SEM 이미지이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 금속막 표면에 표면증강 라만산란 박막이 형성되는 과정을 나타낸 표면 SEM 이미지이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 로다민 6G(Rhodamine 6G, R6G) 검출 감도를 확인 할 수 있는 라만 신호 강도 그래프이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판에 대한 도6 그래프의 상관 계수를 확인 할 수 있는 그래프이다. 1 is a cross-sectional structural diagram of a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional structural diagram of a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a blood analysis method using a blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a blood analysis method using a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
5 is a SEM image showing red blood cell separation by the blood pretreatment membrane of the blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
6 is a surface SEM image showing a process of forming a surface-enhanced Raman scattering thin film on a metal surface of a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
7 is a Raman signal intensity graph confirming the detection sensitivity of Rhodamine 6G (R6G) of the surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with the blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention. .
8 is a graph showing the correlation coefficient of FIG. 6 for the blood pretreatment separation membrane-integrated surface enhanced Raman scattering (SERS) substrate of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 분리용 필터 일체형 표면증강 라만산란 기판을 설명한다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a filter-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate for blood separation according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 하는 혈액 전처리 분리막(10);및 상기 혈액 전처리 분리막 하부에 위치되어 표면에 광원을 조사한 경우 라만 산란 신호가 강화되도록 하는 표면증강 라만산란 박막(20)을 포함한다. A blood pretreatment membrane 10 for separating blood cells and plasma from blood according to an embodiment of the present invention; and a surface-enhanced Raman positioned below the blood pretreatment membrane to enhance Raman scattering signals when the surface is irradiated with a light source It includes a scattering thin film (20).
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예1의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 단면 구조도이다. 1 is a cross-sectional structural diagram of a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 단면 구조도이다. 2 is a cross-sectional structural diagram of a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention.
혈액 전처리 분리막(10)에 대해서 설명한다. The blood pretreatment separation membrane 10 will be described.
상기 혈액 전처리 분리막(10)은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 할 수 있다. 또한, 상기 혈액 전처리 분리막(10)은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되는 경우, 상기 혈액 전처리 분리막(10) 상부 일 영역에서 혈구 세포가 분리되고 상기 혈장은 상기 혈액 전처리 분리막(10) 하부로 통과될 수 있다. The blood pretreatment membrane 10 may separate blood cells and plasma from blood. In addition, the blood pretreatment membrane 10 separates blood cells and plasma from blood, blood cells are separated from an upper region of the blood pretreatment membrane 10, and the plasma passes through the lower portion of the blood pretreatment membrane 10 It can be.
이때, 상기 혈액 전처리 분리막(10)은 폴리술폰(Polysulfone) 소재로 구성되고 상부의 기공 크기가 50μm 내지 150μm이고, 하부 기공의 크기가 1μm 내지 5μm일 수 있다. In this case, the blood pretreatment separation membrane 10 is made of a polysulfone material, and may have an upper pore size of 50 μm to 150 μm and a lower pore size of 1 μm to 5 μm.
혈액에 포함된 적혈구는 지름이 약 8μm 이고 백혈구의 지름은 12 μm 내지 25 μm 이므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈액 전처리 분리막에 의해 분리 될 수 있다.Since red blood cells included in blood have a diameter of about 8 μm and white blood cells have a diameter of 12 μm to 25 μm, they can be separated by the blood pretreatment membrane according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 혈액 전처리 분리막(10)으로 VividTM 의 혈액 전처리용 멤브레인 필터, PLASMAPHAN™MicroPES™, CytoSep®를 사용할 수 있으나, 이에 한정 되지 않는다.In the present invention, as the blood pretreatment membrane 10, Vivid ™ blood pretreatment membrane filters, PLASMAPHAN™ MicroPES™, and CytoSep® may be used, but are not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS)기판은 상기 혈액 전처리 분리막(10)을 사용함으로써 기존의 저온에서 수행되어야 하는 원심분리기를 이용한 혈액 분리가 아닌 상온에서 간편하게 혈액에서 혈구 세포와 혈장을 분리할 수 있다.The blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention uses the blood pretreatment membrane 10 to conveniently separate blood at room temperature rather than the conventional blood separation using a centrifugal separator that must be performed at a low temperature. It is possible to separate blood cells and plasma from
표면증강 라만산란 박막(20)에 대해 설명한다. The surface-enhanced Raman scattering thin film 20 will be described.
본 발명은 표면증강 라만산란(SERS)을 통하여 대상 물질을 검출 할 수 있는데, 상기 표면증강 라만산란 박막(20)에서 라만 산란 광을 측정하는 원리는 다음과 같다. The present invention can detect a target material through surface-enhanced Raman scattering (SERS). The principle of measuring Raman scattered light in the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 is as follows.
상기 표면증강 라만산란 박막(20)이 금속 나노 구조를 만들고 금속들 사이 매우 작은 틈에 검출하고자 하는 대상 물질을 위치시킨 후, 금속 간극에 레이저를 조사하고 조사된 레이저 파장과 일치하는 국부 표면 플라즈몬 공명 현상(Surface plasmon resonance)에 의해 전자기장 증폭효과를 유도한다. After the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 creates a metal nanostructure and places a target material to be detected in a very small gap between the metals, a laser is irradiated to the metal gap and local surface plasmon resonance matching the irradiated laser wavelength Electromagnetic field amplification effect is induced by surface plasmon resonance.
상기, 표면 플라즈몬 공명현상은 입사된 레이저가 표면증강 라만산란 박막과 유전체 계면에 충돌할 때 입사광의 주파수가 금속의 자유전자 고유 진동 주파수와 일치하면 빛의 전자기파는 자유전자들의 집단 진동을 유도할 수 있으며 상기 집단 진동이 표면 플라즈몬 공명현상이다.The surface plasmon resonance phenomenon is that when the incident laser collides with the surface-enhanced Raman scattering thin film and the dielectric interface, when the frequency of the incident light coincides with the natural vibration frequency of the free electrons of the metal, the electromagnetic wave of light can induce collective vibration of free electrons. And the collective oscillation is a surface plasmon resonance phenomenon.
그 다음 전자기파 증폭에 의해 분자의 라만 신호가 대략 108 배 정도 증가하여 산란되는 과정을 겪는다.Then, the Raman signal of the molecule increases approximately 10 8 times by electromagnetic wave amplification and undergoes a process of scattering.
또한, 상기 라만 비탄성 산란을 통해 방출되는 에너지는 분자 구조와 밀접한 관계에 있으며 라만 활성 분자들 마다 진동모드의 고유한 지문 정보가 나타나기 때문에 이를 분석하면 분자구조를 확인할 수 있다. 즉, 상기 라만 활성 분자가 적절한 나노 구조 박막 표면에 존재한다면 라만 산란은 강하게 증폭될 수 있으며 이를 표면증강 라만산란(Surface enhanced Raman scattering, SERS)이라고 한다. In addition, since the energy emitted through the Raman inelastic scattering is closely related to the molecular structure and unique fingerprint information of the vibration mode appears for each Raman active molecule, the molecular structure can be confirmed by analyzing it. That is, if the Raman active molecules are present on the surface of an appropriate nanostructured thin film, Raman scattering can be strongly amplified, which is called surface enhanced Raman scattering (SERS).
도 1을 참조하면, 제조예 1에 의해 제조된 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란기판은 단일막 구조의 표면증강 라만산란 박막(20)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the blood pretreatment separation membrane-integrated surface enhanced Raman scattering substrate manufactured in Preparation Example 1 may include a surface enhanced Raman scattering thin film 20 having a single film structure.
상기 제조예 1의 표면증강 라만산란 박막(20)은 혈액 전처리 분리막 하부에 위치될 수 있다.The surface-enhanced Raman scattering thin film 20 of Preparation Example 1 may be positioned below the blood pretreatment membrane.
이때, 제조예 1의 상기 표면증강 라만산란 박막(20)은 물리 기상 증착(PVD) 공정을 수행하여 형성 될 수 있다. At this time, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 of Preparation Example 1 may be formed by performing a physical vapor deposition (PVD) process.
상기 물리 기상 증착(PVD)은 물리적으로 힘에 의해 대상 물질을 기판에 증착하는 방법으로서, 증착 공정은 열 증발법(Thermal Evaporiation), 전자빔 증발법(E-beam Evaporation), 스퍼터링 법(Sputtering)에 의해 수행 될 수 있으나, 이에 제한 되지 않는다. The physical vapor deposition (PVD) is a method of physically depositing a target material on a substrate by force, and the deposition process includes thermal evaporation, E-beam evaporation, and sputtering. It may be performed by, but is not limited thereto.
상기 물리 기상 증착(PVD) 방법은 메커니즘이 단순하며, 안전한 공정을 구현 가능한 장점이 있다. The physical vapor deposition (PVD) method has a simple mechanism and can implement a safe process.
상기 물리 기상 증착(PVD) 방법은 혈액 전처리 분리막 전체에 코팅되지 않으므로 혈액 전처리 분리막 내에 있는 기공을 막지 않을 수 있는 효과가 있다. Since the physical vapor deposition (PVD) method does not coat the entire blood pretreatment membrane, there is an effect of not blocking pores in the blood pretreatment membrane.
또한, 상기 도 1의 표면증강 라만산란 박막(20)은 다공성 금속 나노 박막일 수 있다.In addition, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 of FIG. 1 may be a porous metal nano-thin film.
표면증강 라만산란은, 표면 플라즈몬 공명 현상에 의하여 라만산란 신호가 증폭되는 현상이다. 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)이란, 금속과 분석물질 사이의 표면에서 금속 내 자유전자의 집단적 진동을 가리키는데, 이 표면 플라즈몬이 가시광선 내지 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 공명현상을 일으키는 현상을 표면 플라즈몬 공명(Surface plasmon resonance, SPR)이라고 한다.Surface-enhanced Raman scattering is a phenomenon in which a Raman scattering signal is amplified by a surface plasmon resonance phenomenon. Surface Plasmon refers to the collective vibration of free electrons in the metal on the surface between the metal and the analyte. (Surface plasmon resonance, SPR).
본 발명의 상기 표면증강 라만산란 박막은 3차원 구조의 다공성 박막일 수 있고, 상기 다공성 박막에는 나노 크기의 기공이 형성될 수 있다. The surface-enhanced Raman scattering thin film of the present invention may be a porous thin film having a three-dimensional structure, and nano-sized pores may be formed in the porous thin film.
이때, 상기 표면증강 라만산란 박막은 3차원 구조의 다공성 박막이고 상기 기공의 크기가 10nm이하일 수 있다. In this case, the surface-enhanced Raman scattering thin film is a porous thin film having a three-dimensional structure, and the size of the pores may be 10 nm or less.
상기 다공성 박막의 기공의 크기가 10nm 이하인 경우 다공성의 구조적 특징으로 인한 나노 크기의 기공 때문에 극대화된 표면 플라즈몬 공명을 가질 수 있으므로 라만신호를 더욱 증폭 시킬 수 있다. When the size of the pores of the porous thin film is 10 nm or less, the surface plasmon resonance can be maximized due to the nano-sized pores due to the structural characteristics of the porous structure, so that the Raman signal can be further amplified.
또한, 상기 표면증강 라만산란 박막의 다공성 구조에 의해 분석 물질의 흡착률이 증가하여 적은 양의 분석물질의 흡착이 가능 할 수 있다.In addition, the adsorption rate of the analyte may increase due to the porous structure of the surface-enhanced Raman scattering thin film, so that a small amount of the analyte may be adsorbed.
또한, 도 2를 참조하면, 제조예2에 의해 제조된 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS)기판은 혈액 전처리 분리막(10), 금속막(30) 및 표면증강 라만산란 박막(20)을 포함할 수 있다. In addition, referring to FIG. 2, the blood pretreatment separation membrane-integrated surface enhanced Raman scattering (SERS) substrate manufactured by Preparation Example 2 includes the blood pretreatment separation membrane 10, the metal membrane 30, and the surface enhanced Raman scattering thin film 20. can include
이때, 상기 제조예2의 표면증강 라만산란 기판은 스퍼터링 공정과 전해 도금(Electroplating)공정을 수행하여 형성 될 수 있다. In this case, the surface-enhanced Raman scattering substrate of Preparation Example 2 may be formed by performing a sputtering process and an electroplating process.
도 2를 참조하면, 상기 혈액 전처리 분리막 하부(10)에 금속막(30)이 형성되고 상기 금속막 하부에 표면증강 라만산란 박막(20)이 형성된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that a metal layer 30 is formed under the blood pretreatment separation membrane 10 and a surface-enhanced Raman scattering thin film 20 is formed under the metal layer.
먼저, 상기 혈액 전처리 분리막(10) 하부에 금속막(30)을 형성하기 위하여 스퍼터링 공정을 수행하여 50nm 이하의 두께로 전도성 금속을 증착 할 수 있다. First, a conductive metal may be deposited to a thickness of 50 nm or less by performing a sputtering process to form the metal layer 30 under the blood pretreatment separation membrane 10 .
상기 금속막의 두께가 50nm 초과이면 혈액 전처리 분리막의 기공을 막을 수 있고, 밀착력이 떨어지기 때문에, 상기 금속막은 40nm 두께로 증착하는 것이 바람직하다. If the thickness of the metal film is greater than 50 nm, pores of the blood pretreatment separation membrane may be blocked and adhesion may be deteriorated. Therefore, the metal film is preferably deposited to a thickness of 40 nm.
이때, 상기 금속막(30) 은 전도성 금속인 금(Au), 은(Ag), 타이타늄(Ti), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)에서 선택된 1종의 금속을 포함할 수 있다. In this case, the metal layer 30 may include one type of metal selected from conductive metals such as gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), copper (Cu), and nickel (Ni).
다음으로, 상기 전도성 금속이 증착된 금속막(30) 하부에 전해도금 공정을 수행하여 표면증강 라만산란 박막(20)을 형성할 수 있다. Next, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 may be formed by performing an electroplating process on the lower portion of the metal film 30 on which the conductive metal is deposited.
상기 전해 도금 공정을 수행하여 표면증강 라만산란 박막(20) 하부에 3차원 구조의 다공성 박막을 형성할 수 있다. A porous thin film having a three-dimensional structure may be formed under the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 by performing the electrolytic plating process.
또한, 상기 표면증강 라만산란 박막(20)은 기공의 크기가 10nm이하일 수 있다. In addition, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 may have a pore size of 10 nm or less.
또한, 상기 표면증강 라만산란 박막(20)은 두께가 2μm 내지 10μm일 수 있다. In addition, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 may have a thickness of 2 μm to 10 μm.
상기 표면증강 라만산란 박막(20)의 두께가 2μm 내지 10μm인 이유는 2μm 미만이면 표면증강 라만산란을 일으키는 부피가 적어 그 효과가 충분히 발현되지 못할 수 있고, 10μm 초과이면 조사된 빛이 박막의 하부에 농축된 분석물질까지 닿지 못해 감도가 떨어질 수 있기 때문이다. The reason why the thickness of the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 is 2 μm to 10 μm is that if the thickness is less than 2 μm, the volume causing surface-enhanced Raman scattering is small, and the effect may not be fully expressed. This is because the concentration of the analyte may not be reached and the sensitivity may decrease.
또한, 상기 표면증강 라만산란 박막은 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 에서 선택된 1종의 금속을 포함할 수 있다. In addition, the surface-enhanced Raman scattering thin film may include one metal selected from gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), silver (Ag), palladium (Pd), and rhodium (Rh).
따라서, 상기 표면증강 라만산란 기판은 혈액 전처리 분리막과 표면증강 라만산란(SERS)박막을 일체화하여 혈액에서 혈구 세포와 혈장을 분리하고 연달아 라만신호 증강을 통하여 저농도의 대상 물질을 검출할 수 있다.Accordingly, the surface-enhanced Raman scattering substrate integrates the blood pretreatment separation membrane and the surface-enhanced Raman scattering (SERS) thin film to separate blood cells and plasma from blood and continuously detect low-concentration target substances through Raman signal enhancement.
도 3내지 도 4를 참조하여, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법을 설명한다.Referring to FIGS. 3 and 4 , a blood analysis method using a blood pretreatment membrane-integrated surface enhanced Raman scattering (SERS) substrate will be described.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법을 간략하게 나타낸 순서도이다. 3 is a flowchart schematically illustrating a blood analysis method using a blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법은 체액 또는 약물을 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판에 주입한 후(S100), 상기 주입된 체액 또는 약물이 확산 및 상기 체액 또는 약물이 혈구 세포와 혈장으로 분리 되고(S200), 상기 분리된 혈장이 표면증강 라만산란 박막에 흡수된 후 광 조사하여 방출된 라만 산란 광을 측정(S300)하는 단계를 포함 할 수 있다. Referring to FIG. 3, in the blood analysis method using the blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate, after injecting a body fluid or drug into the blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate (S100), the injection The separated body fluid or drug is diffused and the body fluid or drug is separated into blood cells and plasma (S200), and the separated plasma is absorbed by the surface-enhanced Raman scattering thin film, and then irradiated with light to measure the emitted Raman scattered light (S300) steps may be included.
도 4의 도면을 참조하여 각 단계에 대해서 자세히 설명한다. Each step will be described in detail with reference to the drawing of FIG. 4 .
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 1의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법을 나타낸 모식도이다. 4 is a schematic diagram showing a blood analysis method using a surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with a blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 1 according to an embodiment of the present invention.
혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 이용한 혈액 분석방법은 상술한 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 체취된 혈액을 주입하고 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 주입된 혈액이 하부 면까지 확산 이동하되 상기 혈액에서 혈구 세포는 상기 혈액 분리용 필터 상부의 일 영역에서 분리되고 혈장은 하부면으로 이동되는 혈액 주입 및 전처리 단계(S100,S200); 및 상기 혈액 전처리 분리막의 하부면에 도달한 혈장이 상기 표면증강 라만산란 박막에 흡수되고 상기 혈장이 흡수된 상기 표면증강 라만산란 박막에 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정하는 단계(S300);를 포함할 수 있다. A blood analysis method using a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate is performed by injecting collected blood into the upper surface of the blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate, and then the blood pretreatment separation membrane. Blood injection and pretreatment steps (S100 and S200) in which the blood injected into the upper surface is diffused and moved to the lower surface, blood cells are separated from the blood in a region above the blood separation filter, and plasma is moved to the lower surface; and measuring the Raman scattered light emitted after plasma reaching the lower surface of the blood pretreatment separation membrane is absorbed by the surface-enhanced Raman scattering thin film, irradiating a light source to the surface-enhanced Raman scattering thin film into which the blood plasma is absorbed (S300) ; can be included.
본 발명은, 상술한 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 체취된 혈액을 주입하고 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 주입된 혈액이 하부 면까지 확산 이동하되 상기 혈액에서 혈구 세포는 상기 혈액 분리용 필터 상부의 일 영역에서 분리되고 혈장은 하부면으로 이동되는 혈액 주입 및 전처리 단계 (S100,S200)를 포함할 수 있다. In the present invention, the collected blood is injected into the upper surface of the blood pretreatment separation membrane of the above-described blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate, and the injected blood is diffused and moved to the lower surface of the blood pretreatment separation membrane. It may include blood injection and pretreatment steps (S100 and S200) in which blood cells are separated from the blood in an upper region of the blood separation filter and plasma is moved to the lower surface.
도 4를 참조하여 자세히 설명하면, 상기 체취된 혈액은 혈액 전처리 분리막 상부면에 떨어뜨리는 경우 혈액 전처리 분리막 내부로 이동할 수 있으므로 상기 혈액은 혈액 전처리 분리막에 내부로 주입 될 수 있다. (S100) Referring to FIG. 4 , when the collected blood is dropped on the upper surface of the blood pretreatment membrane, it can move inside the blood pretreatment membrane, so that the blood can be injected into the blood pretreatment membrane. (S100)
다음으로, 상기 혈액 전처리 분리막 상부 면에 주입된 혈액이 하부 면까지 확산 이동하되 상기 혈액에서 혈구 세포는 상기 혈액 분리용 필터 상부의 일 영역에서 분리되고 혈장은 하부면으로 이동될 수 있다. (S200)Next, the blood injected into the upper surface of the blood pretreatment membrane may diffuse and move to the lower surface, and blood cells may be separated from the blood in an upper region of the blood separation filter and plasma may be moved to the lower surface. (S200)
도 4를 참조하면, 제조예 1에 의해 제조된 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 빗금친 영역은 혈액 전처리 분리막(10)을 나타내고, 상기 혈액 전처리 분리막 하부의 돌기형 영역은 표면증강 라만산란(SERS) 기판(20)을 나타낸다. 또한, 상기 혈액은 상온, 대기압 조건하에 혈액 전처리 분리막 상부에 투입하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 4, the hatched region of the blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate manufactured in Preparation Example 1 represents the blood pretreatment membrane 10, and the protruding region under the blood pretreatment membrane is the surface An enhanced Raman scattering (SERS) substrate 20 is shown. In addition, it can be confirmed that the blood is put on the upper part of the blood pretreatment separation membrane under conditions of room temperature and atmospheric pressure.
이때, 상기 혈액은 1μl/cm2 이상 100μl/cm2 이하 용량을 투입할 수 있다. In this case, the blood may be injected at a volume of 1 μl/cm 2 or more and 100 μl/cm 2 or less.
상기 투입된 혈액은 중력의 작용에 의해 상부에서 하부로 이동할 수 있다. The injected blood may move from top to bottom by the action of gravity.
이때, 상기 혈액 전처리 분리막(10)은 폴리술폰(Polysulfone) 소재로 구성되고 상부의 기공 크기가 100μm이고, 하부 기공의 크기가 2μm 일 수 있다. In this case, the blood pretreatment separation membrane 10 is made of polysulfone, and may have an upper pore size of 100 μm and a lower pore size of 2 μm.
본 발명은 혈액 전처리 분리막(10)으로 VividTM 의 혈액 전처리용 멤브레인 필터, PLASMAPHAN™MicroPES™®를 사용할 수 있으나, 이에 한정 되지 않는다. In the present invention, Vivid ™ blood pretreatment membrane filter, PLASMAPHAN™MicroPES™ ® may be used as the blood pretreatment separation membrane 10, but is not limited thereto.
상기 혈액 전처리 분리막(10)은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 할 수 있다. 또한, 상기 혈액 전처리 분리막(10)은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되는 경우, 상기 혈액 전처리 분리막(10) 상부 일 영역에서 혈구 세포가 분리되고 상기 혈장은 상기 혈액 전처리 분리막(10) 하부로 통과될 수 있다. The blood pretreatment membrane 10 may separate blood cells and plasma from blood. In addition, the blood pretreatment membrane 10 separates blood cells and plasma from blood, blood cells are separated from an upper region of the blood pretreatment membrane 10, and the plasma passes through the lower portion of the blood pretreatment membrane 10 It can be.
이때, 상기 혈액 전처리 분리막에 혈액을 주입한 후 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되어 상기 혈장이 상기 혈액 전처리 분리막 하부로 통과되는데 까지 약 1초 내지 10초가 소요된다. At this time, after blood is injected into the blood pretreatment membrane, blood cells and plasma are separated from the blood, and it takes about 1 second to 10 seconds for the plasma to pass through the lower part of the blood pretreatment membrane.
상기 도 4의 S200단계를 참조하면, 상기 혈액 전처리 분리막 상부 일 영역은 상기 적혈구 등 혈구 세포가 분리된 영역, 혈액 전처리 분리막 중간부 일 영역은 상부에서 혈구 세포가 분리된 후 혈장이 통과된 영역, 혈액 전처리 분리막 하부 일 영역은 혈장의 확산이 아직 진행 되지 않은 영역을 나타낼 수 있다. Referring to step S200 of FIG. 4, an upper portion of the blood pretreatment membrane is an area where blood cells such as red blood cells are separated, and a middle portion of the blood pretreatment membrane is an upper portion where blood cells are separated and plasma passes, A region under the blood pretreatment membrane may represent a region in which plasma diffusion has not yet progressed.
이때, 도 4에 의해 상기 혈액 전처리 분리막 상부 일 영역에 혈구 세포가 분리되고 혈장은 혈액 전처리 분리막 하부로 통과되는 것을 확인 할 수 있다. At this time, it can be confirmed from FIG. 4 that blood cells are separated from an upper region of the blood pretreatment membrane and plasma passes through the lower portion of the blood pretreatment membrane.
따라서, 상기 혈액 전처리 분리막을 통하여 간편한 방법으로 단시간에 혈액을 전처리 할 수 있다. Therefore, blood can be pretreated in a short time by a simple method through the blood pretreatment separation membrane.
또한 본 발명은, 상기 혈액 전처리 분리막의 하부면에 도달한 혈장이 상기 표면증강 라만산란 박막에 흡수되고 상기 혈장이 흡수된 상기 표면증강 라만산란 박막에 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. (S300)In addition, the present invention, the blood plasma reaching the lower surface of the blood pretreatment separation membrane is absorbed by the surface-enhanced Raman scattering thin film, and the surface-enhanced Raman scattering thin film in which the plasma is absorbed is irradiated with a light source and then emitted Raman scattered light is measured steps may be included. (S300)
도 4를 참조하면, 혈액 전처리 분리막 상부 일 영역 에서 상기 적혈구 등 혈구 세포가 분리되고, 혈액 전처리 분리막 하부 일 영역에서 혈구 세포가 분리되고 표면증강 라만산란 박막(20)에서 상기 혈액 전처리 분리막을 통과한 혈장이 흡수될 수 있다. Referring to FIG. 4, blood cells such as red blood cells are separated from an upper region of the blood pretreatment membrane, and blood cells are separated from a lower region of the blood pretreatment membrane and pass through the blood pretreatment membrane in the surface enhanced Raman scattering film 20. Plasma may be absorbed.
이때, 상기 혈장이 흡수된 표면증강 라만산란 박막(20)에 라만 분광기를 이용하여 532nm 내지 785nm 영역 파장의 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정 할 수 있다. 상기 방출되는 라만 산란 광을 측정하여 대상 물질의 검출을 진행 할 수 있다. At this time, the surface-enhanced Raman scattering thin film 20 into which the blood plasma is absorbed may be irradiated with a light source having a wavelength in the range of 532 nm to 785 nm using a Raman spectrometer, and then emitted Raman scattered light may be measured. The detection of the target material may be performed by measuring the emitted Raman scattered light.
상기 표면증강 라만산란 박막은 다공성 금속 나노 구조이므로 기공의 크기가 10nm이하일 수 있다. Since the surface-enhanced Raman scattering thin film has a porous metal nanostructure, the pore size may be 10 nm or less.
상기 다공성 금속 나노 구조의 기공의 크기가 10nm 이하인 경우 상기 기공 사이에 전자기장이 강하게 형성되어 라만 신호를 더욱 증폭 시킬 수 있는 효과가 있다. When the size of the pores of the porous metal nanostructure is 10 nm or less, a strong electromagnetic field is formed between the pores to further amplify the Raman signal.
따라서, 상기 표면증강 라만산란(SERS) 기판은 혈액 전처리 분리막과 표면증강 라만산란 박막이 일체화되어 혈액 전처리를 하고 연달아서 대상 물질의 검출을 수행 할 수 있으므로, 별도의 온도 조절 및 복잡한 조작이 필요 없이 기판상에 혈액을 주입하는 단순한 방법으로 혈액을 분석할 수 있다. Therefore, since the surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate is integrated with the blood pre-processing membrane and the surface-enhanced Raman scattering thin film, it is possible to perform blood pre-treatment and sequentially detect the target material, without the need for separate temperature control and complicated manipulation. Blood can be analyzed by a simple method of injecting blood onto a substrate.
제조예1Preparation Example 1
먼저, 혈액 전처리 분리막으로 2cm × 2cm 크기의 VividTM 의 혈액 전처리용 멤브레인 필터를 준비한다. 상기 혈액 전처리용 멤브레인 필터는 상부 기공의 크기가 100μm 이고, 하부 기공의 크기가 2 μm 이다. 다음으로, 물리 기상 증착(PVD) 공정을 수행하여 표면증강 라만산란 박막을 형성한다. 이로써, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 제조하였다. First, a membrane filter for blood pretreatment of Vivid TM having a size of 2 cm × 2 cm is prepared as a blood pretreatment membrane. The membrane filter for blood pretreatment has an upper pore size of 100 μm and a lower pore size of 2 μm. Next, a physical vapor deposition (PVD) process is performed to form a surface-enhanced Raman scattering thin film. Thus, a blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate was prepared.
제조예2Preparation Example 2
먼저, 혈액 전처리 분리막으로 1cm × 5cm 크기의 VividTM 의 혈액 전처리용 멤브레인 필터를 준비한다. 상기 혈액 전처리용 멤브레인 필터는 상부 기공의 크기가 100μm 이고, 하부 기공의 크기가 2 μm 이다. 다음으로, 스퍼터링 공정을 수행하여 금(Au) 로 구성된 금속막을 형성한다. 다음으로, 팔라듐(Pd)을 포함하는 50ml 도금액에 1.25g 계면활성제를 첨가하여 50ml 전해 도금액을 제조한다. 다음으로, 상기 전해 도금액에 상기 금(Au)이 증착된 혈액 전처리용 분리막을 투입하고 90분 동안 전해 도금 공정을 진행하여 표면증강 라만산란 박막을 형성한다. 이로써, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판을 제조하였다. First, a membrane filter for blood pretreatment of Vivid TM having a size of 1 cm × 5 cm is prepared as a blood pretreatment membrane. The membrane filter for blood pretreatment has an upper pore size of 100 μm and a lower pore size of 2 μm. Next, a metal film made of gold (Au) is formed by performing a sputtering process. Next, a 50 ml electrolytic plating solution is prepared by adding 1.25 g of a surfactant to a 50 ml plating solution containing palladium (Pd). Next, the gold (Au)-deposited separation membrane for blood pretreatment is put into the electrolytic plating solution, and an electrolytic plating process is performed for 90 minutes to form a surface-enhanced Raman scattering thin film. Thus, a blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate was prepared.
실험예Experimental example
도5은 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 혈액 전처리 분리막에 의한 적혈구 분리를 나타낸 SEM이미지이다. 5 is a SEM image showing red blood cell separation by the blood pretreatment membrane of the blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
상기 도 5를 참조하면, 상기 혈액 전처리 분리막은 VIVIDTM 의 혈액 분리용 멤브레인 필터로서 폴리술폰(Polysulfone) 성분으로 구성되고 상부 기공의 크기가 100μm 이하이고, 하부 기공의 크기가 2μm 이하이다.Referring to FIG. 5, the blood pretreatment membrane is a membrane filter for blood separation of VIVID TM and is composed of a polysulfone component and has an upper pore size of 100 μm or less and a lower pore size of 2 μm or less.
상기 도 5를 참조하면, 상기 혈액 분리용 필터는 상부의 기공의 크기와 하부 기공의 크기가 상이하고, 상기 혈액 분리용 필터의 상부 기공 크기가 하부 기공 크기보다 큰 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the upper pore size of the blood separation filter is different from the lower pore size, and the upper pore size of the blood separation filter is larger than the lower pore size.
이때, 상기 주입된 혈액은 도 5의 상부 면에서 하부 면으로 이동할 수 있으며, 상기 혈액 분리용 필터 상부에서 적혈구가 분리되어 포획된 것을 확인 할 수 있다. 또한, 상기 혈액 분리용 필터에서 분리되어 하부 일 영역으로 혈구 세포가 존재하지 않는 혈장이 분리 되는 것을 확인 할 수 있다. At this time, the injected blood can move from the upper surface to the lower surface in FIG. 5 , and it can be confirmed that the red blood cells are separated and captured on the upper part of the blood separation filter. In addition, it can be confirmed that plasma, which is separated from the filter for blood separation and does not contain blood cells, is separated into a lower region.
상기 혈액 분리용 필터에 의해 혈구 세포와 혈장이 분리되어 통과한 혈장은 상기 혈액 분리용 필터 하부에 위치된 표면증강 라만산란 박막으로 이동하고 표면증강 라만산란 박막에 흡수 될 수 있다. Blood cells and plasma are separated by the filter for blood separation, and the plasma passing through the blood separation filter moves to the surface-enhanced Raman scattering film located below the filter for separation of blood and can be absorbed by the surface-enhanced Raman scattering film.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 금속막 표면에 표면증강 라만산란 박막이 형성되는 과정을 나타낸 표면 SEM이미지이다. 6 is a surface SEM image showing a process of forming a surface-enhanced Raman scattering thin film on a metal surface of a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate according to an embodiment of the present invention.
상기 도 6(a)는 금속막을 나타내는 이미지이고, 도 6(b)는 표면증강 라만산란 박막이 형성된 것을 나타낸다. 이때, 상기 도 6(a)는 금(Au)으로 구성된 금속막이고, 도 6(b)는 팔라듐(Pd) 금속으로 구성된 표면증강 라만산란 박막이다. 6(a) is an image showing a metal film, and FIG. 6(b) shows the formation of a surface-enhanced Raman scattering thin film. 6(a) is a metal film made of gold (Au), and FIG. 6(b) is a surface-enhanced Raman scattering thin film made of palladium (Pd) metal.
상기 도 6(a)를 참조하면, 상기 혈액 전처리 분리막 자체에 존재하는 기공이 금(Au) 증착에도 불구하고 그대로 유지되는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 6(a), it can be confirmed that the pores existing in the blood pretreatment separation membrane itself are maintained despite gold (Au) deposition.
또한, 상기 도 6(b)는 상기 다공성 금속 나노 박막이며 팔라듐 금속으로 구성될 수 있고, 상기 팔라듐이 도포된 다공성 금속 나노 박막은 10nm이하의 크기의 기공이 형성된 것을 확인 할 수 있다.In addition, FIG. 6(b) shows that the porous metal nano-thin film may be made of palladium metal, and the palladium-coated porous metal nano-thin film has pores having a size of 10 nm or less.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판의 로다민 6G(Rhodamine 6G, R6G) 검출 감도를 확인 할 수 있는 라만 신호 강도 그래프이다. 7 is a Raman signal intensity graph confirming the detection sensitivity of Rhodamine 6G (R6G) of the surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate integrated with the blood pretreatment separation membrane of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention. .
상기 혈장이 흡수된 표면증강 라만산란 박막에 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정한다. 이때, 상기 광은 532nm파장의 빛을 20초 동안 조사하였다. A light source is irradiated to the surface-enhanced Raman scattering thin film in which the blood plasma is absorbed, and then emitted Raman scattered light is measured. At this time, the light of 532 nm wavelength was irradiated for 20 seconds.
이때, 상기 표면 증강된 라만 신호는 특정 파장 편이 위치에서 검출된 라만 피크를 측정하여 특정 물질의 존재 유무를 분석 할 수 있다. 본 발명에서는 상기 도 7을 참조하면, 약 1188cm-1, 1315cm-1, 1366cm-1 및 1514cm-1 등에서 R6G 특성을 나타내는 피크가 검출되므로 저농도에서 고감도 라만 신호를 획득함을 확인 할 수 있다. At this time, the surface-enhanced Raman signal may analyze the presence or absence of a specific material by measuring a Raman peak detected at a specific wavelength shift position. In the present invention, referring to FIG. 7, since peaks representing R6G characteristics are detected at about 1188 cm -1 , 1315 cm -1 , 1366 cm -1 and 1514 cm -1 , it can be confirmed that a highly sensitive Raman signal is obtained at a low concentration.
또한, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 분리용 필터 일체형 표면증강 라만산란 기판은 1μM 이하의 R6G를 검출 할 수 있는 것을 확인 할 수 있다. In addition, referring to FIG. 7 , it can be confirmed that the filter-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate for blood separation according to an embodiment of the present invention can detect R6G of 1 μM or less.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제조예 2의 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란(SERS) 기판에 대한 도6 그래프의 상관 계수를 확인 할 수 있는 그래프이다. 8 is a graph showing the correlation coefficient of FIG. 6 for the blood pretreatment separation membrane-integrated surface enhanced Raman scattering (SERS) substrate of Preparation Example 2 according to an embodiment of the present invention.
상기 도 8 은 상기 도7의 라만 산란 강도 신호 그래프의 반응 물질 농도와 1366cm-1 파장 강도의 상관관계를 확인 할 수 있는 그래프이다. FIG. 8 is a graph showing a correlation between the concentration of a reactant and the intensity of a wavelength of 1366 cm −1 in the Raman scattering intensity signal graph of FIG. 7 .
상기 도 8을 참조하면, 상관계수(Pearson's r)가 0.9956 이므로 신뢰도가 높은 측정 방법임을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 8, since the correlation coefficient (Pearson's r) is 0.9956, it can be confirmed that the measurement method has high reliability.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 혈액 전처리 분리막이 일체화된 표면증강 라만산란 기판을 제공함으로써, 혈액의 혈구세포와 혈장을 분리가능하고 상기 혈장에 포함된 저농도의 대상물질(약물)을 표면증강 라만산란 기법에 의해 검출할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, by providing a surface-enhanced Raman scattering substrate in which a blood pretreatment separation membrane is integrated, it is possible to separate blood cells from blood and plasma, and a low-concentration target substance (drug) contained in the plasma is surface-enhanced Raman There are effects that can be detected by scattering techniques.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10: 혈액 전처리 분리막
20: 표면증강 라만산란 박막
30: 금속막
40: 혈액10: blood pretreatment membrane
20: surface-enhanced Raman scattering thin film
30: metal film
40: blood
Claims (12)
상기 혈액 전처리 분리막 하부에 위치되어 표면에 광원을 조사한 경우 라만 산란 신호가 강화되도록 하는 표면증강 라만산란 박막을 포함하되,
상기 혈액 전처리 분리막과 상기 표면증강 라만산란 박막 사이에 금속막을 더 포함하되, 상기 금속막은 50nm이하의 두께이고, 상기 표면증강 라만산란 박막의 기공의 직경은 10nm이하인 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.A blood pretreatment membrane for separating blood cells and plasma from blood; and
A surface-enhanced Raman scattering thin film positioned below the blood pretreatment separation membrane to enhance a Raman scattering signal when a light source is irradiated on the surface,
Further comprising a metal film between the blood pretreatment separation film and the surface-enhanced Raman scattering thin film, wherein the metal film has a thickness of 50 nm or less, and a pore diameter of the surface-enhanced Raman scattering thin film is 10 nm or less. Enhanced Raman scattering substrate.
상기 혈액 전처리 분리막은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되는 경우, 상기 혈액 전처리 분리막 상부 일 영역에서 혈구 세포가 분리되고 상기 혈장은 상기 혈액 전처리 분리막 하부로 통과되는 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.According to claim 1,
In the blood pretreatment membrane, when blood cells and plasma are separated from blood, blood cells are separated in an upper region of the blood pretreatment membrane and the blood plasma passes through the lower part of the blood pretreatment membrane. Raman scattering substrate.
상기 혈액 전처리 분리막은 상부의 기공 크기가 50μm 내지 150μm이고, 하부의 기공 크기가 1μm내지 5μm인 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.According to claim 1,
The blood pretreatment membrane is characterized in that the upper pore size is 50 μm to 150 μm, and the lower pore size is 1 μm to 5 μm.
상기 표면증강 라만산란 박막은 나노 크기의 3차원 다공성 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.According to claim 1,
The surface-enhanced Raman scattering thin film is a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate, characterized in that it has a nano-sized three-dimensional porous structure.
상기 금속막은 전도성 금속인 금(Au), 은(Ag), 타이타늄(Ti), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.According to claim 1,
The metal film is a blood pretreatment separation membrane integrated surface enhancement Raman, characterized in that it contains one type of metal selected from conductive metals gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), copper (Cu) and nickel (Ni) scattering substrate.
상기 표면증강 라만산란 박막은 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판.According to claim 1,
Blood, characterized in that the surface-enhanced Raman scattering thin film contains one metal selected from gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), silver (Ag), palladium (Pd) and rhodium (Rh) A surface-enhanced Raman scattering substrate integrated with a pretreatment membrane.
상기 표면증강 라만산란 박막은 물리 기상 증착 공정 또는 전해 도금 공정을 수행하여 형성된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판 According to claim 1,
The surface-enhanced Raman scattering thin film is a blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate, characterized in that formed by performing a physical vapor deposition process or an electrolytic plating process
상기 혈액 전처리 분리막의 하부면에 도달한 혈장이 상기 표면증강 라만산란 박막에 흡수되고 상기 혈장이 흡수된 상기 표면증강 라만산란 박막에 광원을 조사한 후 방출되는 라만 산란 광을 측정하는 단계;를 포함하되,
상기 혈액 전처리 분리막과 상기 표면증강 라만산란 박막 사이에 금속막을 더 포함하되, 상기 금속 막은 50nm 이하의 두께이고, 상기 표면증강 라만산란 박막의 기공의 직경은 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 이용한 혈액 분석방법. The collected blood is injected into the upper surface of the blood pretreatment separation membrane of the blood pretreatment separation membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate of claim 1, and the blood injected into the upper surface of the blood pretreatment separation membrane diffuses and moves to the lower surface, and the blood cells in the blood A blood injection and pretreatment step in which blood plasma is separated in one region of the upper portion of the blood pretreatment membrane and plasma is moved to the lower surface; and
Plasma reaching the lower surface of the blood pretreatment separation membrane is absorbed by the surface-enhanced Raman scattering thin film, and measuring Raman scattered light emitted after irradiating a light source to the surface-enhanced Raman scattering thin film absorbed by the blood plasma; ,
Further comprising a metal film between the blood pretreatment separation film and the surface-enhanced Raman scattering thin film, wherein the metal film has a thickness of 50 nm or less, and a pore diameter of the surface-enhanced Raman scattering thin film is 10 nm or less. Blood analysis method using enhanced Raman scattering substrate.
상기 혈액 주입 및 전처리 단계에서, 상기 혈액 전처리 분리막은 혈액에서 혈구 세포 및 혈장이 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 혈액 전처리 분리막 일체형 표면증강 라만산란 기판을 이용한 혈액 분석방법.According to claim 10,
In the blood injection and pretreatment step, the blood pretreatment membrane is a blood analysis method using a blood pretreatment membrane-integrated surface-enhanced Raman scattering substrate, characterized in that to separate blood cells and plasma from blood.
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