KR20030088888A - A method for immobilizing molecules with physiological activity - Google Patents

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제네티카 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method for immobilizing molecules with physiological activity whose active sites are masked is provided, thereby effectively maintaining the physiological activity of the molecule. CONSTITUTION: A method for immobilizing molecules with physiological activity whose active sites are masked comprises the steps of: (a) incubating a physiologically active molecule with a compound selectively binding to active sites of the molecule for masking; (b) introducing a linker capable of binding to the masked molecule of the step (a) on the surface of a substrate to form a support; (c) controlling the rate of the reaction that the masked molecule of the step (a) binds to the linker on the surface of the support formed in the step (b); and (d) binding the masked molecule of the step (a) to the linker on the surface of the support of the step (b) for immobilizing the physiologically active molecule. It may further comprises the step of (e) removing a compound selectively bound to the active sites of the molecule from the immobilized molecule.

Description

생리활성 분자의 고정화 방법{A method for immobilizing molecules with physiological activity}A method for immobilizing molecules with physiological activity

최근 들어 생명공학과 반도체 제조 기술을 접목시켜 핵산, 단백질, 효소, 항원, 항체 등과 같은 생리활성 분자들의 활성을 밝히려는 노력이 전세계적으로 확산되고 있다. 작은 실리콘 칩 위에 반도체 가공 기술을 이용하여 미세한 특정한 구역 내에 원하는 생리활성 분자를 고정하고 이를 생화학적으로 일괄 검색하면 유용한 정보를 쉽게 얻어낼 수 있다. 이러한 소형 진단칩 또는 반응칩(Lab-on-a-chip)의 개발이나 생리활성 분자의 분리 또는 억제 뿐만 아니라 의약품 디자인 및 개발에 있어서도 생리활성 분자의 효율적인 고정화 방법이 요구된다.Recently, efforts to discover the activity of physiologically active molecules such as nucleic acids, proteins, enzymes, antigens, antibodies and the like by combining biotechnology and semiconductor manufacturing technology are spreading around the world. By using semiconductor processing technology on small silicon chips, you can easily obtain useful information by immobilizing the desired bioactive molecules in specific microscopic areas and biochemically searching them. There is a need for an efficient immobilization method of bioactive molecules not only for the development of such a small diagnostic chip or a reaction chip (Lab-on-a-chip) or isolation or suppression of bioactive molecules, but also for the design and development of a drug.

현재 이용되고 있는 통상적인 생리활성 분자의 고정화 방법은 기판(substrate)에 다수의 반응성 작용기를 가지는 연결물질(linker)을 도입하여지지대를 형성하고, 연결물질의 작용기와 생리활성 분자와의 불특정 화학결합을 유도하여 생리활성 분자를 지지대에 고정하는 방법이다. 생리활성 분자는 표면에 존재하는 아민기, 카르복실기, 알코올기, 알데히드기, 티올기 등이 고정화 반응과정에서 다양한 결합, 예컨대 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 중첩(packing) 등의 결합을 형성하여 지지대 상에 고정된다. 또한 이들 생리활성 분자는 기질, 조효소, 대응 항체 또는 항원 등 특정 화합물과의 복합체를 형성하기 위한 단일 또는 다중 활성부위를 가지고 있다.Conventional methods of immobilizing bioactive molecules currently in use include introducing a linker having a plurality of reactive functional groups to a substrate to form a support, and an unspecific chemical bond between the functional group and the bioactive molecule of the linking substance. It is a method of fixing the bioactive molecules to the support by inducing. A bioactive molecule is a amine group, a carboxyl group, an alcohol group, an aldehyde group, a thiol group, etc., present on the surface of the biomolecule, and bonds various bonds such as covalent bonds, ionic bonds, coordination bonds, hydrogen bonds, and packing in the immobilization reaction. It is formed and fixed on the support. These bioactive molecules also have single or multiple active sites for forming complexes with specific compounds such as substrates, coenzymes, corresponding antibodies or antigens.

고정화 방법의 한 예로는 지지대에 고정화 반응성 작용기를 포함하는 연결물질을 물리적 흡착, 공유결합이나 배위결합 등에 의한 화학적 흡착 등으로 결합시킨 후, 이들 연결물질의 표면에 존재하는 화학반응성 작용기, 예컨대 카르복실기 등을 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC),As an example of the immobilization method, a coupling material including immobilized reactive functional groups is bonded to a support by physical adsorption, chemical adsorption by covalent or coordination bonds, or the like, and then a chemical reactive functional group, such as a carboxyl group, present on the surface of the coupling material. 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC),

N-히드록시숙신이미드(EDC-NHS), SOCl2등으로 활성화시킨 지지대 표면에 생리활성 분자를 도입함으로써, 생리활성 분자표면의 아민기와 지지대의 활성화된 카르복실기를 반응시켜 아미드 결합으로 고정하는 방법을 들 수 있다(Anal. Biochem., vol 185, pp 131-135 (1990); Anal. Chem., vol 66, p 1369-1377(1994): Biosens. Bioelectron., vol 11, p 757-768 (1996): Biosens. Bioelectron., vol 12, p 977-989 (1997): Science vol 289, p 1760-1763 (2000)).Method of immobilizing amine bonds by reacting an amine group on a bioactive molecular surface with an activated carboxyl group on a support by introducing a bioactive molecule onto the surface of a support activated with N-hydroxysuccinimide (EDC-NHS), SOCl 2, or the like. (Anal. Biochem., Vol 185, pp 131-135 (1990); Anal. Chem., Vol 66, p 1369-1377 (1994): Biosens. Bioelectron., Vol 11, p 757-768 ( 1996): Biosens. Bioelectron., Vol 12, p 977-989 (1997): Science vol 289, p 1760-1763 (2000)).

그러나, 이와 같이 불특정 화학결합에 의하여 생리활성 분자를 지지대에 고정할 경우 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째, 고정될 생리활성 분자가 여러개의 반응성 작용기를 표면에 가지고 있고, 또한 고정화를 위한 지지대 표면에도 여러개의 반응성 작용기가 존재하게 되므로 생리활성 분자와 고정화 지지대 간에 여러개의 화학결합이 생성된다. 이와 같이 고정화 결합이 생리활성 분자의 여러 부위에서 불특정적으로 일어나게 됨에 따라, 고정된 생리활성 분자의 구조적 변형 및 파괴가 일어나게 되어 그 활성도의 급격한 감소를 야기하게 된다. 둘째, 이러한 고정화 반응의 불특정성으로 인하여 즉, 생리활성 분자가 가지는 여러개의 반응성 작용기에 대하여 선별적 반응이 되지 않음으로 인하여, 생리활성 분자의 활성부위, 또는 이 활성부위의 분자 수준에서 근접한 위치에 직접적으로 고정화 반응이 일어나게 된다. 이러한 활성부위 주변에서의 직접적 화학결합은 활성부위의 직접적 손상을 야기하게 되어 고정된 생리활성 분자의 활성 보존률을 저하시킨다.However, when fixing the bioactive molecules to the support by the non-specific chemical bonds as described above has the following problems. First, since the bioactive molecule to be immobilized has several reactive functional groups on the surface, and also several reactive functional groups exist on the surface of the support for immobilization, several chemical bonds are generated between the bioactive molecule and the immobilized support. As such, the immobilized bonds occur unspecifically at various sites of the bioactive molecule, resulting in structural modification and destruction of the immobilized bioactive molecule, leading to a sharp decrease in its activity. Second, due to the non-specificity of the immobilization reaction, i.e., no selective reaction with respect to several reactive functional groups of the bioactive molecule, the active site of the bioactive molecule, or the position close to the molecular level of the active site The immobilization reaction occurs directly. Direct chemical bonding around the active site causes direct damage to the active site, thereby lowering the active retention rate of the fixed bioactive molecule.

이러한 불특정 화학결합에 의한 고정화 방법은 생리활성 분자의 활성부위 장애 및 분자 형태의 변화를 유발하여 실제 고정화 과정에서 생리활성 분자의 활성이 급격히 상실되며, 이로써 활성보존율이 저하되어 단위 면적당 생리활성 분자의 활성도가 감소된다.The immobilization method by the unspecific chemical bonding causes the active site disorder and the change in the molecular form of the bioactive molecule, and thus the activity of the bioactive molecule is rapidly lost during the actual immobilization process. As a result, the retention rate of the bioactive molecule per unit area decreases. Activity is reduced.

따라서 활성부위 또는 그 근접 위치에서의 직접적 화학결합 형성에 의한 활성부위의 직접적 손상을 피하고 활성보존율을 증가시켜 고정된 생리활성 분자의 단위 면적당 활성도를 향상시키는 생리활성 분자의 고정화 방법의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a method of immobilizing a bioactive molecule that improves the activity per unit area of a fixed bioactive molecule by avoiding direct damage to the active site by direct chemical bond formation at or near the active site and increasing the activity retention rate. .

발명이 이루고자 하는 기술적 과제Technical problem to be invented

본 발명의 목적은, 고정되는 생리활성 분자의 활성부위의 마스킹을 통하여 활성부위의 입체적 장애나 구조적 변형을 가져오지 않는 생리활성 분자의 고정화방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for immobilizing a bioactive molecule which does not cause steric hindrance or structural modification of the active site through masking of the active site of the bioactive molecule to be immobilized.

본 발명의 다른 목적은 활성보존율을 향상시킴으로써 생리활성 분자의 단위 면적당 활성도를 증가시키는 생리활성 분자의 고정화 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of immobilizing a bioactive molecule that increases the activity per unit area of the bioactive molecule by improving the activity retention rate.

본 발명의 또 다른 목적은 DNA 칩이나 바이오칩을 개발하는데 유용한 생리활성 분자의 고정화 방법을 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for immobilizing bioactive molecules useful for developing DNA chips or biochips.

본 발명의 또 다른 목적은 활성보존율이 우수한 고정된 생리활성 분자를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a fixed bioactive molecule having excellent activity retention rate.

본 발명의 생리활성 분자의 생리 활성을 최대한으로 보존할 수 있는 효율적인 고정화 방법은 a) 생리활성 분자의 활성부위를 마스킹하기 위하여 생리활성 분자를 그 활성부위에 선택적으로 결합하는 화합물과 반응시키는 단계; b) 상기 기판의 표면에 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자와 결합하기 위한 연결물질을 도입하여 지지대를 형성하는 단계; c) 상기 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자가 상기 b) 단계에서 형성된 지지대 표면의 연결물질과 결합하는 반응속도를 조절하는 단계; 및 d) 상기 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자를 상기 b) 단계에서 형성된 지지대 표면의 연결물질과 반응시켜 생리활성 분자를 지지대 표면에 고정하는 단계를 포함한다.An efficient immobilization method capable of preserving the physiological activity of the physiologically active molecule of the present invention comprises the steps of: a) reacting the physiologically active molecule with a compound that selectively binds to the active site to mask the active site of the bioactive molecule; b) introducing a linking material on the surface of the substrate to bond with the masked bioactive molecule of step a) to form a support; c) controlling the reaction rate at which the masked bioactive molecule of step a) is bonded to the linking material on the surface of the support formed in step b); And d) reacting the masked bioactive molecule of step a) with the linking material on the support surface formed in step b) to fix the bioactive molecule to the support surface.

본 발명에서 생리활성 분자의 활성부위의 마스킹 단계인 상기 a)는 생리활성 분자의 활성부위(들)에 선별적으로 결합하는 화합물을 생리활성 분자 또는 그의 활성부위와 반응시켜 복합체를 형성하는 단계이다. 이 마스킹 단계는 생리활성 분자의 고정화 반응전 단계에서 이루어질 수도 있고, 고정화 반응액에 상기 마스킹 화합물을 첨가하여 고정화 반응과 동시에 이루어지게 할 수도 있다.In the present invention, a), which is a masking step of the active site of the bioactive molecule, is a step of forming a complex by reacting a compound selectively binding to the active site (s) of the bioactive molecule with the bioactive molecule or an active site thereof. . This masking step may be performed before the immobilization reaction of the physiologically active molecule, or may be added simultaneously with the immobilization reaction by adding the masking compound to the immobilization reaction solution.

이러한 생리활성 분자의 예로는 단백질, 효소, 항원, 항체 등이 있다. 상기 활성부위의 마스킹에 사용하는 화합물로는 효소를 마스킹하기 위한 기질, 저해제, 코팩터(cofactor) 또는 그 화학적 변형물, 유사체 또는 유도체, 및 항원이나 항체 마스킹을 위한 대응 항체 및 항원 및 그들의 변형물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, DNA, RNA 또는 이들의 유도체나 유사체를 이용하여 이들을 기질로 하는 효소의 활성부위를 마스킹할 수 있고, 항원, 항체 또는 이들의 유도체나 유사체, DNA, RNA, 또는 이들의 유도체나 유사체를 이용하여 이들에 대응하는 항체 또는 항원을 마스킹할 수 있다.Examples of such bioactive molecules include proteins, enzymes, antigens, antibodies, and the like. Compounds used for masking the active site include substrates, inhibitors, cofactors or chemical modifications, analogs or derivatives thereof for masking enzymes, and corresponding antibodies and antigens and antigens for masking antigens or antibodies It may be selected from the group consisting of. For example, DNA, RNA or derivatives or analogs thereof can be used to mask the active sites of enzymes based on them, and antigens, antibodies or derivatives or analogs thereof, DNA, RNA or derivatives or analogs thereof. Can be used to mask the antibody or antigen corresponding to them.

이러한 화합물들은 생리활성 분자의 하나 또는 둘 이상의 활성부위 또는 코팩터 자리에 결합하여 복합체를 형성한다. 복합체는 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 쌍극자-쌍극자 결합, 중첩 또는 이들 중 2가지 이상의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 복합체 형성의 반응시간은 경우에 따라서 수초 내지 1일 정도 소요되며, 반응시 pH는 생리활성을 파괴하지 않는 범위 내에서 특별히 제한되지 않으며 활성부위를 마스킹하기 위한 복합체 형성에 적합한 범위인 것이 바람직하다. 생리활성 분자의 보호율(마스킹률)은 약 5∼100%인 것이 바람직하다.These compounds bind to one or more active sites or cofactor sites of the bioactive molecule to form a complex. The complex may be formed by a covalent bond, an ionic bond, a coordinating bond, a hydrogen bond, a dipole-dipole bond, an overlap, or a combination of two or more thereof. The reaction time of complex formation takes several seconds to 1 day in some cases, the pH of the reaction is not particularly limited within a range that does not destroy physiological activity, it is preferable that the range suitable for complex formation for masking the active site. It is preferable that the protection rate (masking rate) of a bioactive molecule is about 5 to 100%.

생리활성 분자의 활성부위에 선택적으로 결합하는 기질 또는 저해제 등과 생리활성 분자의 복합체 형성에 의한 마스킹 단계 a)에 의하여 생리활성 분자의 활성부위 또는 그 주변의 반응성 작용기가 지지대의 고정화 반응성 작용기와 직접적으로 화학결합하는 것을 방지할 수 있다.Masking step a) by forming a complex of a bioactive molecule with a substrate or an inhibitor that selectively binds to the active site of the bioactive molecule, and thus, the active site of the bioactive molecule or its surrounding functional groups are directly linked to the immobilized reactive group of the support. Chemical bonding can be prevented.

상기 활성부위가 마스킹된 생리활성 분자는 다중 고정화 반응성 작용기가 도입된 기판에 고정될 수 있다. 여기서 기판의 의미는 고정될 생리활성 분자의 크기에 대응하는 기판 표면 영역에 여러개의 반응성 작용기 도입이 가능한 물질을 통칭한다. 이러한 고정화 반응성 작용기는 기판 표면에 이들을 포함하는 연결물질의 박막(thin film)이 형성됨으로써 기판에 도입된다. 기판은 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 중첩 또는 이들 중 2이상의 결합에 의하여 기판 표면에 박막을 이루는 반응성 작용기 함유 연결물질과 결합된다. 기판과 반응하는 연결물질의 반응성 작용기의 예로는 티올기, 설파이드기, 디설파이드기, 알콕시실란기, 할로겐실란기 등과 같은 실란기, 카르복실기, 아민기, 알코올기, 에폭시기, 알데히드기, 티올기, 알킬할라이드기, 알킬기, 알켄기, 알킨기, 아릴기 또는 이들 중 2이상의 작용기의 조합이 있다.Bioactive molecules masked with the active site may be immobilized on a substrate into which multiple immobilized reactive functional groups are introduced. The term substrate herein refers to a substance capable of introducing several reactive functional groups into the substrate surface region corresponding to the size of the bioactive molecule to be immobilized. Such immobilized reactive functional groups are introduced to the substrate by forming a thin film of a connecting material including them on the substrate surface. The substrate is bonded to a reactive functional group-containing linking material that forms a thin film on the surface of the substrate by covalent bonds, ionic bonds, coordination bonds, hydrogen bonds, overlapping or two or more of them. Examples of reactive functional groups of the linking material reacting with the substrate include silane groups such as thiol groups, sulfide groups, disulfide groups, alkoxysilane groups, halogensilane groups, carboxyl groups, amine groups, alcohol groups, epoxy groups, aldehyde groups, thiol groups, alkyl halides, and the like. Groups, alkyl groups, alkenes, alkyne groups, aryl groups or combinations of two or more of these.

본 발명에 사용가능한 기판으로는 Au, Ag, Pt, Cu 등과 같은 금속, 실리콘 웨이퍼, 유리, 실리카, 용융실리카(fused silica)와 같은 비금속, 반도체, 이러한 원소들의 산화물, 유기 또는 무기 고분자, 덴드리머(dendrimer), 고체상 또는 액체상의 폴리머, 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 기판은 평면, 구형, 선형, 다공성(pore) 형태, 미세가공 겔 패드(microfabricated gel pads), 나노입자 등으로 조형될 수 있으며, 고정화 반응을 위한 반응성 작용기의 다중 도입이 가능한 nm 이상의 크기를 가진 다양한 형상의 물질이 여기에 포함된다. 여기서 nm 크기를 가진다고 한 것은 원자간 거리가 Å영역이고, 고정 대상이 되는 생리활성 분자의 크기가수 nm에서 수십 nm영역이므로 이 크기 영역에서 다수 반응성 작용기 도입이 가능한 기판이라면 모두 해당되기 때문이다.Substrates usable in the present invention include metals such as Au, Ag, Pt, Cu, non-metals such as silicon wafers, glass, silica, fused silica, semiconductors, oxides of these elements, organic or inorganic polymers, dendrimers ( dendrimers), solid or liquid phase polymers, and mixtures thereof. Substrates can be shaped into planar, spherical, linear, porous forms, microfabricated gel pads, nanoparticles, and the like, and have a variety of sizes greater than or equal to nm that allow multiple introduction of reactive functional groups for immobilization reactions. Included herein are materials of shape. The reason for having the size of nm is that the distance between atoms is the region of Å, and the size of the physiologically active molecules to be immobilized is in the range of several nm to several tens of nm, so that any substrate capable of introducing a large number of reactive functional groups in this size region is applicable.

생리활성 분자와 반응하는 연결물질의 고정화 반응성 작용기의 예로는 카르복실기, 아민기, 알코올기, 에폭시기, 알데히드기, 티올기, 설파이드기, 디설파이드기, 알킬할라이드기, 알킬기, 알켄기, 알킨기, 아릴기 또는 이들 작용기 중 2이상의 조합을 포함할 수 있다. 이들 반응성 작용기는 마스킹된 생리활성 분자를 지지대에 고정하기 위한 연결기가 될 수 있다.Examples of the immobilized reactive functional group of the linking material reacting with the bioactive molecule include carboxyl group, amine group, alcohol group, epoxy group, aldehyde group, thiol group, sulfide group, disulfide group, alkyl halide group, alkyl group, alkene group, alkyne group, aryl group Or combinations of two or more of these functional groups. These reactive functional groups can be linkages for anchoring the masked bioactive molecules to the support.

연결물질의 반응성 작용기와 생리활성 분자간의 결합에도 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 또는 이들의 조합이 이용된다. 지지대의 연결물질과 생리활성 분자 사이에는 아미드 결합, 이민 결합, 설파이드 결합, 디설파이드 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합, 아민 결합 또는 이들 중 2이상의 결합이 형성된다. 예를 들어 생리활성 분자의 아민기와 연결물질의 카르복실기는 아미드 결합으로 연결되고, 생리활성 분자의 카르복실기와 연결물질의 아민기는 아미드 결합으로 연결되고, 생리활성 분자의 아민기와 연결물질의 알데히드기는 이민 결합으로 연결되고, 생리활성 분자의 알데히드기와 연결물질의 아민기가 이민 결합으로 연결되고, 생리활성 분자의 티올기와 지지대의 티올기는 디설파이드 결합으로 연결된다.Covalent bonds, ionic bonds, coordination bonds, hydrogen bonds, or a combination thereof are also used for the linkage between the reactive functional group and the bioactive molecule of the linking material. An amide bond, an imine bond, a sulfide bond, a disulfide bond, an ester bond, an ether bond, an amine bond or two or more of these bonds are formed between the linking material of the support and the bioactive molecule. For example, the amine group of the bioactive molecule is linked by an amide bond, the carboxyl group of the bioactive molecule is linked by an amide bond, and the amine group of the bioactive molecule is linked by an amide bond. The aldehyde group of the bioactive molecule and the amine group of the linking material are connected by imine bond, and the thiol group of the bioactive molecule and the thiol group of the support are connected by disulfide bond.

생리활성 분자의 활성부위가 이들과 선택적으로 결합하는 화합물에 의하여 마스킹된다 하더라도 지지대의 고정화 반응성 작용기와 여러개의 고정화 화학결합이 형성될 경우 생리활성 분자의 구조적 변형이 심각해지고 이에 따라 활성부위의 구조 손상을 가져와 생리활성 분자의 활성도가 손상 또는 파괴될 수 있다. 이는 고정화 반응의 확률이 낮아지도록 반응속도론적 하향 조절(down-kinetic-regulation)을 통하여 활성도 저하를 방지할 수 있다. 그러나 이러한 반응속도론적 하향 조절이 과도한 경우 고정화 확률의 저하로 인한 생리활성 분자의 단위 면적당 활성도 저하가 일어날 수 있다. 따라서, 반응속도의 최적화, 즉 여러개의 고정화 화학결합이 일어날 확률을 낮추고 이와 동시에 활성보존율을 극대화할 수 있는 반응속도론적 변수들의 최적화가 필수적이다. 본 발명에서는 반응속도의 최적화를 얻기 위하여 고정화 기판 표면상에 존재하는 반응성 작용기의 몰분율을 조절하거나, 생리활성 분자의 농도, 반응액의 pH, 반응시간, 반응온도, 및 커플링제(coupling reagent)의 종류를 조절한다.Although the active sites of the bioactive molecules are masked by a compound that selectively binds them, the structural modification of the bioactive molecules is severe when the immobilized reactive functional groups and the immobilized chemical bonds are formed. May cause damage or destruction of the activity of the bioactive molecule. This can be prevented from lowering activity through kinetic down-kinetic-regulation to lower the probability of the immobilization reaction. However, if such kinetic down-regulation is excessive, the activity per unit area of the physiologically active molecule may be lowered due to the lowering of the immobilization probability. Therefore, it is necessary to optimize the reaction rate, that is, the optimization of the kinetic variables that can reduce the probability of multiple immobilized chemical bonds and at the same time maximize the activity retention rate. In the present invention, the mole fraction of the reactive functional groups present on the surface of the immobilized substrate is adjusted in order to optimize the reaction rate, or the concentration of physiologically active molecules, the pH of the reaction solution, the reaction time, the reaction temperature, and the coupling reagent Adjust the type.

예를 들어, 본 발명에서 고정화 기판 표면상에 존재하는 고정화 반응성 작용기의 몰분율은 지지대 표면에 고정화 반응성 작용기 연결물질로서 서로 다른 말단기를 가지는 두 개의 티올 분자를 도입하여 박막을 형성함으로써 조절한다. 티올 분자 중 하나는 고정화 반응성 작용기를 가지는 알킬 사슬이 상대적으로 긴 것이 바람직하고 다른 하나의 티올 분자는 비반응성 말단기를 가지는 것으로 지지대를 마스킹하기 위하여 사용된다. 전자의 티올 분자로는 11-머캅토운도데칸산(11-mercaptoundodecanoic acid)과 같은 머캅토카르복실산, 머캅토아미노알칸, 머캅토알데히드, 디머캅토알칸, 및 카르복실기, 티올기, 알코올기, 알데히드기, 아민기 등과 같은 반응성 작용기를 가지는 설파이드 및 디설파이드로 이루어진 군에서 선택되며, 후자의 티올 분자로는 6-머캅토-1-헥산올 등과 같은 머캅토알코올, 1-헵탄티올 등과 같은 머캅토알칸, 그 밖에 비반응성 말단기를 가지는 설파이드 또는 디설파이드가 사용될 수 있다. 고정화 반응성 작용기를 가지는 티올 분자가 머캅토카르복실산 또는 머캅토아미노알칸이고 비반응성 말단기를 가지는 티올 분자가 머캅토알코올 또는 머캅토알칸이고; 고정화 반응성 작용기를 가지는 티올 분자가 머캅토알데히드이고 비반응성 말단기를 가지는 티올 분자가 머캅토알코올 또는 머캅토알칸이고; 고정화 반응성 작용기를 가지는 티올 분자가 디머캅토알칸이고 비반응성 말단기를 가지는 티올 분자가 머캅토알코올 또는 머캅토알칸인 것이 바람직하다.For example, in the present invention, the mole fraction of the immobilized reactive functional groups present on the immobilized substrate surface is controlled by introducing two thiol molecules having different end groups as immobilized reactive functional linkers on the support surface to form a thin film. It is preferable that one of the thiol molecules has a relatively long alkyl chain having an immobilized reactive functional group and the other thiol molecule has an unreactive end group and is used to mask the support. The former thiol molecules include mercaptocarboxylic acids such as 11-mercaptoundodecanoic acid, mercaptoaminoalkanes, mercaptoaldehydes, dimercaptoalkanes, and carboxyl groups, thiol groups, alcohol groups, and aldehyde groups. , Selected from the group consisting of sulfides and disulfides having reactive functional groups such as amine groups, and the latter thiol molecules include mercaptoalkanes such as 6-mercapto-1-hexanol, mercaptoalkanes such as 1-heptane thiol, In addition, sulfides or disulfides having non-reactive end groups may be used. Thiol molecules having immobilized reactive functional groups are mercaptocarboxylic acids or mercaptoaminoalkanes and thiol molecules having non-reactive end groups are mercaptoalcohols or mercaptoalkanes; Thiol molecules having an immobilized reactive functional group are mercaptoaldehyde and thiol molecules having non-reactive end groups are mercaptoalcohol or mercaptoalkane; It is preferable that the thiol molecule having an immobilized reactive functional group is a dimercaptoalkane and the thiol molecule having a non-reactive end group is a mercaptoalcohol or mercaptoalkane.

고정화 반응성 작용기를 도입하기 위한 연결물질은 지지대에 도입된 전체 연결물질중 약 0.05∼50%이며, 약 0.05∼30%인 것이 더 바람직하다.The linking material for introducing the immobilized reactive functional group is about 0.05 to 50% of the total linking material introduced to the support, more preferably about 0.05 to 30%.

고정화 반응성 작용기의 몰분율이 50%보다 높은 경우에는 생리활성 분자와 고정화 지지대 간에 여러 개의 화학결합이 형성됨에 따라 고정된 생리활성 분자의 활성도가 손상되며, 0.05%보다 낮은 경우에는 활성보존율의 감소가 초래되어 단위 면적당 활성도가 감소되게 된다.If the molar fraction of the immobilized reactive functional group is higher than 50%, the activity of the immobilized bioactive molecule is impaired due to the formation of several chemical bonds between the bioactive molecule and the immobilized support, and if it is lower than 0.05%, the activity retention rate is reduced. The activity per unit area is thus reduced.

지지대에 도입된 고정화 반응성 작용기는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC),The immobilized reactive functional groups introduced to the support are 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC),

N-히드록시숙신이미드(EDC-NHS), SOCl2등과 같은 커플링제에 의하여 활성화된 다음 마스킹된 생리활성 분자에 연결된다.Activated by a coupling agent such as N-hydroxysuccinimide (EDC-NHS), SOCl 2, and the like, and then linked to the masked bioactive molecule.

고정화 반응속도의 최적화를 위한 생리활성 분자의 농도는 0.1㎍/㎖∼1㎎/㎖이고, 고정화 반응의 pH는 4∼10의 범위에 있고 고정화 반응시간은 수초 내지 24시간의 범위에 있다.The concentration of the bioactive molecules for the optimization of the immobilization reaction rate is 0.1 µg / ml-1 mg / ml, the pH of the immobilization reaction is in the range of 4 to 10 and the immobilization reaction time is in the range of several seconds to 24 hours.

본 발명의 생리활성 분자의 고정화 방법은 고정된 생리활성 분자에서 활성부위에 선택적으로 결합하는 마스킹 화합물을 제거하는 단계e)를 더 포함할 수 있다. 마스킹 화합물이 제거되어 생리활성 분자의 활성부위를 노출시킴으로써 활성부위의 변형을 최소화하여 활성보존율을 증가시킬 수 있다. 상기 마스킹 화합물은 가열, 가수분해, 희석법, 투석법, pH 변화 등에 의하여 제거될 수 있다.The method of immobilizing the bioactive molecule of the present invention may further comprise the step e) of removing the masking compound that selectively binds to the active site in the fixed bioactive molecule. The masking compound may be removed to expose the active site of the bioactive molecule, thereby minimizing the modification of the active site to increase the activity retention rate. The masking compound may be removed by heating, hydrolysis, dilution, dialysis, pH change, and the like.

본 발명에서는 활성부위가 마스킹된 생리활성 분자를 사용하고, 또한 그 고정화 반응속도를 조절함으로써 생리활성 분자와 지지대의 고정화 표면간의 결합 수를 최소화함으로써 생리활성 분자의 활성이 손상되는 것을 방지하거나 최소화하고, 또한 활성보존율을 높여 단위 면적당 고정된 생리활성 분자의 활성도를 극대화한다.In the present invention, by using the bioactive molecules masked by the active site, and also by controlling the immobilization reaction rate to minimize the number of bonds between the bioactive molecules and the immobilization surface of the support to prevent or minimize the damage of the activity of the bioactive molecules In addition, the activity retention rate is increased to maximize the activity of fixed bioactive molecules per unit area.

본 발명은 생리활성 분자를 지지대(supporting material) 표면에 고정(immobilize)하는 방법 및 지지대에 고정된 생리활성 분자에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 생리활성 분자의 활성부위(활성자리)를 마스킹(masking)하여 상기 분자의 생리활성을 최대한 보존할 수 있는 효율적인 고정화 방법 및 이에 따라 고정된 생리활성 분자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for immobilizing a bioactive molecule to a support material surface and to a bioactive molecule immobilized to a support material. More specifically, the present invention relates to an efficient immobilization method and thus a fixed bioactive molecule capable of preserving the physiological activity of the molecule by masking the active site (active site) of the bioactive molecule.

도 1a는 본 발명에 따른 활성부위 마스킹 고정화 방법(protected immobilization method; PIM)과 종래의 랜덤 고정화 방법(random immobilization method; RIM)에 의하여 지지대 표면에 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도의 변화를 보인 것으로, 카르복실기를 도입하기 위하여 사용한 티올 분자의 혼합 용액중 11-머캅토운도데칸산의 몰분율에 따른 활성도의 변화를 나타낸 아가로스 겔 형광사진이다.Figure 1a shows the change in activity of Taq DNA polymerase immobilized on the surface of the support by the masking immobilization method (PIM) and conventional random immobilization method (RIM) according to the present invention And agarose gel fluorescence showing the change of activity according to the mole fraction of 11-mercaptoundodecanoic acid in the mixed solution of thiol molecules used to introduce the carboxyl group.

도 1b는 본 발명의 PIM과 종래의 RIM에 의하여 지지대 표면에 고정된TaqDNA 폴리머라제의 카르복실기를 도입하기 위하여 사용한 혼합 티올 용액중 11-머캅토운도데칸산의 몰분율에 따른 상대활성도를 나타낸 그래프이다.Figure 1b is a graph showing the relative activity according to the mole fraction of 11-mercaptoundodecanoic acid in the mixed thiol solution used to introduce the carboxyl group of Taq DNA polymerase immobilized on the support surface by the PIM of the present invention and the conventional RIM .

도 2a는 DNA-TaqDNA 폴리머라제 복합체 형성시 활성부위 보호율에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 결정에 사용된 PCR 생성물의 아가로스 겔 형광 사진이다.Figure 2a is agarose gel fluorescence of the PCR product used to determine the activity of the fixed Taq DNA polymerase according to the active site protection rate when forming the DNA- Taq DNA polymerase complex.

도 2b는 부분 이중가닥 DNA와TaqDNA 폴리머라제가 1:1 복합체를 형성할 때 활성부위 보호율에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 2b is a graph showing the change in activity of the fixed Taq DNA polymerase according to the active site protection rate when the partial double-stranded DNA and Taq DNA polymerase to form a 1: 1 complex.

도 3a는 고정화 반응의 pH에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도를 나타내는 PCR 생성물의 아가로스 겔 형광 사진이다.3A is agarose gel fluorescence photographs of PCR products showing the activity of immobilized Taq DNA polymerase with pH of immobilization reaction.

도 3b는 고정화 반응의 pH에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 3b is a graph showing the change in activity of the immobilized Taq DNA polymerase according to the pH of the immobilization reaction.

도 4a는 고정화 반응시간에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도를 나타내는 PCR 생성물의 아가로스 겔 형광 사진이다.4A is agarose gel fluorescence photographs of PCR products showing the activity of immobilized Taq DNA polymerase over immobilization reaction time.

도 4b는 고정화 반응시간에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 4b is a graph showing the change in activity of the immobilized Taq DNA polymerase with the immobilization reaction time.

도 5a는 PCR 반응 사이클 횟수에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제와 용액상TaqDNA 폴리머라제의 활성도를 비교한 PCR 생성물의 아가로스 겔 형광 사진이다.Figure 5a is agarose gel fluorescence picture of the PCR product comparing the activity of the fixed Taq DNA polymerase and solution phase Taq DNA polymerase according to the number of PCR reaction cycles.

도 5b는 PCR 반응 사이클 횟수에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제와 용액상TaqDNA 폴리머라제의 활성도를 비교한 그래프이다.5B is a graph comparing the activity of fixed Taq DNA polymerase and solution phase Taq DNA polymerase according to the number of PCR reaction cycles.

도 6a는 고정화 반응에 사용된TaqDNA 폴리머라제의 총량에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 결정에 사용된 PCR 생성물의 아가로스 겔 형광 사진이다.Figure 6a is a photograph of an agarose gel fluorescent PCR product was used for fixing the Taq activity determination of the DNA polymerase according to the total amount of the Taq DNA polymerase used in the immobilization reaction.

도 6b는 고정화 반응에 사용된TaqDNA 폴리머라제의 총량에 따른 활성도의 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 6b is a graph showing the change in activity according to the total amount of Taq DNA polymerase used in the immobilization reaction.

도 7는 카르복실기 도입하기 위하여 사용한 혼합 티올 용액중 11-머캅토운도데칸산의 몰분율에 따른 고정된 항-DNA 항체의 활성도를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the activity of the immobilized anti-DNA antibody according to the mole fraction of 11-mercaptoundodecanoic acid in the mixed thiol solution used to introduce the carboxyl group.

도 8는 이중가닥 DNA의 몰수에 따른 항-DNA 항체의 활성도를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the activity of the anti-DNA antibody according to the number of moles of double-stranded DNA.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the examples are only for illustrating the present invention and are not limited thereto.

실시예 1: Taq DNA 폴리머라제의 고정화Example 1 Immobilization of Taq DNA Polymerase

a) Taq DNA 폴리머라제의 활성부위 마스킹 a) Masking the active site of Taq DNA polymerase

TaqDNA 폴리머라제는 Perkin Elmer사에서 생산된 제품명 AmpliTaq GoldTM DNA 폴리머라제를 구입하여 사용하였다. 이 폴리머라제는 832개의 아미노산으로 이루어져 있는 분자량 94 kDa인 효소로서 95℃에서 10분간 방치함으로써 열에 의하여 활성화(activation)되도록 화학적으로 변형되어 있는 분자이다. Taq DNA polymerase was purchased from AmkinTaq GoldTM DNA Polymerase produced by Perkin Elmer. This polymerase is an enzyme having a molecular weight of 94 kDa consisting of 832 amino acids and is chemically modified to be activated by heat by standing at 95 ° C for 10 minutes.

아래에 도시된 65개 염기의 단일가닥 DNA(ss-DNA)와 KS 프라이머를 1:1 몰비로 넣은 완충 수용액을 94℃에서 10분동안 방치한 후 35℃ 이하가 될 때까지 느린 속도로 냉각시킨다(약 1∼2 시간 소요). 이 때 65 염기의 ss-DNA와 KS 프라이머가어닐링되어 부분적으로 이중가닥이 된 DNA가 생성되게 된다. 이 용액에 적정 몰수의TaqDNA 폴리머라제를 넣은 후 72℃ 건조욕(dry bath)에서 10분 동안 방치한 후, 50℃ 건조욕으로 옮겨 20분 동안 방치하여 활성부위가 마스킹된TaqDNA 폴리머라제 반응용액을 제조하였다. 이 경우 DNA의 구조가 이중 가닥에서 단일가닥으로 변하는 3' 말단 부위에TaqDNA 폴리머라제가 결합함으로써(S. H. Eom, J. Wang, T. A. Steitz, Nature, vol. 382, pp. 278-281, 1996) 활성부위가 보호된다. 이 과정에서 사용된 65 염기의 ss-DNA와 KS 프라이머는 DNA 합성기를 사용하여 합성되었다. 활성부위 마스킹을 위한 최적 pH는 8.3으로서TaqDNA 폴리머라제의 활성이 가장 높은 pH이다.A buffered aqueous solution containing 65 base single-stranded DNA (ss-DNA) and KS primer in a 1: 1 molar ratio as shown below is left at 94 ° C. for 10 minutes, and then cooled slowly until it reaches 35 ° C. or less. (Takes about 1-2 hours). At this time, 65 base ss-DNA and KS primers are annealed to generate partially double stranded DNA. 72 ℃ drying bath insert the Taq DNA polymerase in appropriate molar amount to the solution (dry bath) for 10 minutes allowed to stand after, 50 ℃ drying bath by moving 20 minutes left to the active region masking Taq DNA polymerase reaction was performed for over The solution was prepared. In this case, Taq DNA polymerase is bound to the 3 'terminal site where the structure of the DNA is changed from double strands to single strands (SH Eom, J. Wang, TA Steitz, Nature, vol. 382, pp. 278-281, 1996). Active site is protected. The 65 base ss-DNA and KS primers used in this process were synthesized using a DNA synthesizer. The optimal pH for active site masking is 8.3, the highest activity of Taq DNA polymerase.

KS 프라이머KS Primer

5'CGAGGTCGACGGTATCG3'5 ' CGAGGTCGACGGTATCG 3'

3'3 '

CCAGCTGCCATAGCTATTTTCTTTTCTTTCTTAAGTTCTTTTCTTTTCCTCCAGCTGCCATAGCTATTTTCTTTTCTTTCTTAAGTTCTTTTCTTTTCCT

AGGTGATCAAGATCT 5'AGGTGATCAAGATCT 5 '

b)Au 기판 표면의 티올 분자 단층막 형성 및 고정화 반응성 작용기 도입 b) Formation of thiol molecular monolayers on the surface of Au substrates and introduction of immobilized reactive functional groups

Au 기판으로는 두께 약 1000Å으로 유리 표면에 진공 증착된 3.0 mm x 5.0 mm 크기의 절편을 사용하였다. Au 박막 표면의 청결도를 보장하기 위하여 사용 직전 Piranha 용액에 60∼70℃에서 10∼15분 동안 넣어 두었다가, 탈이온수에 이어서 절대 에탄올로 세척하였다.As the Au substrate, a slice having a size of about 1000 mm by vacuum deposition on a glass surface having a size of 3.0 mm x 5.0 mm was used. In order to ensure the cleanliness of the Au thin film surface, it was placed in a Piranha solution immediately before use at 60-70 ° C. for 10-15 minutes and then washed with deionized water followed by absolute ethanol.

Au 표면에 고정화 반응성 작용기를 도입하기 위하여 티올기를 가지고 있는연결물질과 Au 사이에서 일어나는 티올레이트 형성 반응, 즉 Au-S 결합 형성반응을 이용하여 Au 표면에 티올 분자 단층막을 도입하여 지지대를 형성시켰다(C. B. Bain, E. B. Troughton, Y.-T. Tao, J. Evall, G. M. Whitesides, and R. G. Nuzzo,J.Am. Chem.Soc., vol. 111, pp. 321-335, 1989). 이 때 고정화 반응성 작용기와 비반응성 말단기를 가지는 2가지의 티올 분자가 혼합된 용액을 사용하고 고정화 반응성 작용기를 가지는 티올 분자의 몰분율을 0∼100%로 조정하여 기판 표면에 도입되는 고정화 반응성 작용기의 몰분율을 조절하였다. 고정화 반응성 작용기로서 카르복실기를 도입하기 위한 티올 분자로 알킬 사슬의 길이가 상대적으로 긴 11-머캅토운도데칸산을 사용하고, 비반응성 말단기를 가지는 티올 분자로 6-머캅토-1-헥산올을 사용하였다. 총 티올 분자 농도 2 mM의 에탄올 용액 100 ㎕에 Au 박막을 넣고 상온에서 2시간 동안 반응시킨 후, Au 박막을 건져내어 절대 에탄올로 세척함으로써 Au 박막 표면에 카르복실기를 도입하였다.In order to introduce an immobilized reactive functional group on the Au surface, a thiol molecular monolayer film was introduced on the Au surface by using a thiolate formation reaction between the linking material having a thiol group and Au, that is, an Au-S bond formation reaction to form a support ( CB Bain, EB Troughton, Y.-T. Tao, J. Evall, GM Whitesides, and RG Nuzzo, J. Am . Chem. Soc., Vol. 111, pp. 321-335, 1989). In this case, a solution in which two thiol molecules having an immobilized reactive functional group and a non-reactive end group are mixed is used, and the mole fraction of the thiol molecule having an immobilized reactive functional group is adjusted to 0 to 100% to introduce the immobilized reactive functional group into the substrate surface. The mole fraction was adjusted. As a thiol molecule for introducing a carboxyl group as an immobilized reactive functional group, 11-mercaptoundodecanoic acid having a relatively long alkyl chain is used, and 6-mercapto-1-hexanol is used as a thiol molecule having an unreactive end group. Used. The Au thin film was added to 100 µl of ethanol solution having a total thiol molecule concentration of 2 mM, reacted at room temperature for 2 hours, and the Au thin film was taken out and washed with absolute ethanol to introduce carboxyl groups onto the Au thin film surface.

이와 같이 티올 분자 단층막 상에서 기판의 말단기로부터 반응성 작용기가 공간적으로 분리 및 돌출되어, 고정된 생리활성 분자의 자유로운 운동을 가능하게 하고 티올 분자 단층막으로부터 발생되는 분자간 작용에 의한 영향을 감소시킴으로써 고정된 생리활성 분자의 활성보존율을 높일 수 있다.As such, the reactive functional groups are spatially separated and protruded from the terminal groups of the substrate on the thiol molecular monolayer to allow free movement of the immobilized bioactive molecules and to reduce the effects of the intermolecular action generated from the thiol molecular monolayer. It is possible to increase the activity retention rate of the bioactive molecules.

c)티올 분자 단층막의 카르복실기의 활성화 c) carboxyl activation of thiol molecular monolayers

카르복실기가 도입된 Au 박막을 10mM의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC)와 5mM의 N-히드록시숙신이미드(NHS)를 포함하는 에탄올 용액 120 ㎕에 넣어 상온에서 2시간 동안 반응시켰다. 상기 카르복실기는 EDC의 존재하에서 NHS와 반응하여 NHS-에스테르를 형성함으로써(Z. Grabarek and J. Gergely,Anal. Biochem.,vol. 185, pp.131-135, 1990) 활성화되었다.A carboxyl-introduced Au thin film was placed in 120 μl of an ethanol solution containing 10 mM 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and 5 mM N-hydroxysuccinimide (NHS). The reaction was carried out at room temperature for 2 hours. The carboxyl group was activated by reaction with NHS in the presence of EDC to form NHS-ester (Z. Grabarek and J. Gergely, Anal. Biochem., Vol. 185, pp. 131-135, 1990).

d) Taq DNA 폴리머라제의 고정화 반응 d) Immobilization of Taq DNA Polymerase

티올 분자 단층막의 카르복실기를 활성화시킨 후 Au 기판을 건져내어 활성부위가 마스킹된TaqDNA 폴리머라제 용액에 넣고 반응시켰다. 이 때 티올 분자 단층막의 활성화된 카르복실기(NHS-에스테르)와 단백질의 일차 아민기(-NH2)와의 반응에 의해 아미드 결합(-CO-NH-)이 형성되어(Z. Grabarek and J. Gergely, Anal. Biochcm., vol, 185, pp.131-135, 1990; V. M. Mirsky, M. Riepl, and O. S. Wolfbeis, Biosens. Bioelectron., vol, 12, pp.977-989, 1997)TaqDNA 폴리머라제가 기판에 고정된다. 폴리머라제의 농도, pH, 반응시간, 반응온도 등을 변화시키면서 고정화 반응을 실시하였다.After activating the carboxyl group of the thiol molecular monolayer film, the Au substrate was taken out and reacted with Taq DNA polymerase solution in which the active site was masked. At this time, an amide bond (-CO-NH-) is formed by the reaction between the activated carboxyl group (NHS-ester) of the thiol molecular monolayer and the primary amine group (-NH 2 ) of the protein (Z. Grabarek and J. Gergely, Anal.Biochcm., Vol, 185, pp. 131-135, 1990; VM Mirsky, M. Riepl, and OS Wolfbeis, Biosens.Bioelectron., Vol, 12, pp.977-989, 1997) Taq DNA polymerase It is fixed to the substrate. The immobilization reaction was carried out while changing the concentration of polymerase, pH, reaction time, reaction temperature and the like.

실시예 2: 항-DNA 항체의 고정화Example 2: Immobilization of Anti-DNA Antibodies

a)항-DNA 항체의 활성부위 마스킹 a) Masking Active Sites of Anti-DNA Antibodies

항-DNA항체는 Chemicon International Inc.사에서 생산된 (cat. No. MAB3032) 마우스의 복강에서 송아지 흉선(calf thymus) DNA를 면역원(immunogen)으로 하여 생성된 IgG2b 이소타입의 단일클론 항체로서 단일가닥 및 이중가닥 DNA를 모두 인지하는 항체이다. 이 항체 용액은 총 단백질 농도가 25g/L이며 이중 약 10%가 항-DNA 항체인 용액이다.The anti-DNA antibody is a monoclonal antibody of IgG2b isotype produced by calf thymus DNA as an immunogen in the abdominal cavity of a mouse produced by Chemicon International Inc. (cat. No. MAB3032). And double-stranded DNA. This antibody solution is a solution with a total protein concentration of 25 g / L, of which about 10% is an anti-DNA antibody.

아래에 도시된35S로 표지된 68 bp 이중가닥 DNA(dS-DNA)와 항-DNA 항체를 적정 몰비로 넣고 37℃에서 30분 동안 방치함으로써 활성부위가 마스킹된 항-DNA 항체 용액을 준비하였다. 이 때 사용된 항-DNA 항체의 양은 약 33 fmol이며, 활성부위 마스킹에 사용되는 68 bp ds-DNA의 양은 약 2∼120 fmol이다. 이 반응에 사용된 완충용액은 pH 6.0 MES 버퍼이다. PCR 반응시 α-35S-dATP를 dNTP 대비 약 2% 몰비로 추가하여 반응시킴으로써 68bp ds-DNA를 베타핵종으로 표지하였다.The active site masked anti-DNA antibody solution was prepared by adding 68 bp double-stranded DNA (dS-DNA) and anti-DNA antibody labeled with 35 S shown below at an appropriate molar ratio and standing at 37 ° C. for 30 minutes. . In this case, the amount of anti-DNA antibody used was about 33 fmol, and the amount of 68 bp ds-DNA used for masking active sites was about 2 to 120 fmol. The buffer used for this reaction is pH 6.0 MES buffer. 68 bp ds-DNA was labeled as beta nuclide by adding α- 35 S-dATP at a molar ratio of about 2% to dNTP during PCR.

KS 프라이머KS Primer

5'CGAGGTCGACGGTATCGATAAAAGAAAAGAAAGAATTCAAGAAAAGAAAAGGATCCACTAGTTCTAGA 3'5 ' CGAGGTCGACGGTATCG ATAAAAGAAAAGAAAGAATTCAAGAAAAGAAAAGGATCCACTAGTTCTAGA 3'

3' GCTCCAGCTGCCATAGCTATTTTCTTTTCTTTCTTAAGTTCTTTTCTTTTCCTAGGTGATCAAGATCT5'3 'GCTCCAGCTGCCATAGCTATTTTCTTTTCTTTCTTAAGTTCTTTTCTTTTC CTAGGTGATCAAGATCT 5'

SK 프라이머SK primer

b)Au 기판 표면의 티올 분자 단층막 형성 및 고정화 반응성 작용기 도입 b) Formation of thiol molecular monolayers on the surface of Au substrates and introduction of immobilized reactive functional groups

Au 기판으로는 두께 약 1000Å으로 유리 표면에 진공 증착된 12.7mm x 12.7mm 크기의 절편을 사용하였다. Au 박막 표면의 청결도를 보장하기 위하여 사용 직전 Piranha 용액에 60∼70℃에서 10-15분 동안 넣어 두었다가, 탈이온수에 이어서 절대 에탄올로 세척하였다.As the Au substrate, a 12.7 mm x 12.7 mm sized piece was vacuum deposited on the glass surface with a thickness of about 1000 mm 3. In order to ensure the cleanliness of the Au thin film surface, it was placed in a Piranha solution immediately before use at 60-70 ° C. for 10-15 minutes and washed with deionized water followed by absolute ethanol.

비반응성 말단기를 가지는 티올 분자로 1-헵탄티올을 사용하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Au 표면상에 11-머캅토운도데칸산과 1-헵탄티올의 혼합 단층막을 형성하였다. 총 티얼 분자 농도 2 mM의 에탄올 용액 300 ㎕에 Au 박막의 직경 9 mm부분만 노출시키고 상온에서 2시간 동안 반응시킨 후, 용액을 제거하고 절대 에탄올로 세척함으로써 고정화 카르복실기를 도입하였다.1-heptane thiol was used as a thiol molecule having a non-reactive end group, and a mixed monolayer film of 11-mercaptoundodecanoic acid and 1-heptane thiol was formed on the Au surface in the same manner as in Example 1. An immobilized carboxyl group was introduced by exposing only 9 mm diameter portion of Au thin film to 300 μl of ethanol solution having a total titer molecular concentration of 2 mM and reacting at room temperature for 2 hours.

c)티올 분자 단층막의 카르복실기의 활성화 c) carboxyl activation of thiol molecular monolayers

카르복실기가 도입된 Au 기판을 10mM의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC)와 5mM의 N-히드록시설포숙신이미드(sulfo-NHS)를 포함하는 완충 수용액(pH 6.0 MES buffer) 300 ㎕에 넣어 Au 절편의 직경 9 mm 부분을 노출시킨 상태에서 상온에서 2시간 동안 반응시켰다. 상기 카르복실기는 EDC의 존재하에서 sulfo-NHS와 반응하여 sulfo-NHS-에스테르를 형성함으로써(J. V. Staros, R. W. Wright, and D. M. Swingle,Anal. Biochem.,vol. 156, pp. 220-222, 1986)활성화되었다.The Au substrate to which the carboxyl group was introduced was subjected to a buffered aqueous solution containing 10 mM 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and 5 mM N-hydroxysulfosuccinimide (sulfo-NHS) ( pH 6.0 MES buffer) was added to 300 μl and reacted at room temperature for 2 hours while the Au fragment was exposed to a diameter of 9 mm. The carboxyl group is reacted with sulfo-NHS in the presence of EDC to form sulfo-NHS-esters (JV Staros, RW Wright, and DM Swingle, Anal. Biochem., Vol. 156, pp. 220-222, 1986). It became.

d)항-DNA 항체의 고정화 반응 d) Immobilization of Anti-DNA Antibodies

티올 분자 단층막의 카르복실기를 활성화시킨 후 반응용액을 제거하고 활성부위가 마스킹된 단백질 용액에 넣고 고정화 반응을 실시하였다. 사용된 총 항-DNA 항체의 양은 약 33 fmol이었다. 이 때 고정화 지지대 표면의 활성화된 카르복실기(sulfo-NHS 에스테르)와 단백질의 일차 아민기(-NH2)와의 반응에 의해 아미드 결합(-CO-NH-)이 형성되어(J. V. Staros, R. W. Wright, and D. M. Swingle,Anal. Biochem.,vol.156, pp.220-222, 1986;V. M. Mirsky, M. Riepl, and O. S. Wolfbeis,Biosens. Bioelectron.,vol. 12, pp. 977-989, 1997) 단백질이 고정된다. 활성부위 마스킹용으로35S로 표지된 ds-DNA를 포함하는 pH 6.0 MES 완충 용액에서 10℃ 조건에서 2시간 동안 고정화 반응을 실시하였다. 100 ㎕ 고정화 반응용액에 약 33 fmol 항-DNA 항체와 약 30fmol 활성부위 마스킹용 68bp ds-DNA를 넣어 반응시켰다.After activating the carboxyl group of the thiol molecular monolayer membrane, the reaction solution was removed, and the reaction site was immobilized in a protein solution masked with an active site. The total amount of anti-DNA antibody used was about 33 fmol. At this time, an amide bond (-CO-NH-) is formed by the reaction of the activated carboxyl group (sulfo-NHS ester) on the surface of the immobilization support with the primary amine group (-NH 2 ) of the protein (JV Staros, RW Wright, and DM Swingle, Anal. Biochem. , Vol. 156, pp. 220-222, 1986; VM Mirsky, M. Riepl, and OS Wolfbeis, Biosens. Bioelectron., Vol. 12, pp. 977-989, 1997) It is fixed. At 10 ℃ conditions in pH 6.0 MES buffer solution containing the ds-DNA with the 35 S-labeled for masking the active sites for 2 hours to carry out immobilization reaction. About 33 fmol of anti-DNA antibody and 68 bp ds-DNA for masking about 30 fmol active site were added to 100 µl immobilization reaction solution.

실시예 3: 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 측정Example 3 Activity Measurement of Immobilized Taq DNA Polymerase

고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 측정을 위하여 PCR 반응을 행하고 이 때 복제되어 증폭된 DNA의 양을 정량하였다. PCR 반응은 Perkin Elmer사의 Model 480 PCR 장치를 사용하여 수행하였다. PCR 반응에서의 템플레이트로는 위에서 도시한 65 염기의 ss-DNA를 사용하였으며, 프라이머는 KS 프라이머와 SK 프라이머를 사용하였다. 사용된 PCR 반응용액의 부피는 50 ㎕ 이며, 65 염기의 ss-DNA 25 fmol과 KS 프라이머와 SK 프라이머 각 10 pmol을 넣었다. 완충용액으로는 Perkin Elmer사에서 구입한 pH 8.3, 10X buffer를 10배로 희석시켜서 사용하였다. PCR 반응에서의 온도 설정은 다음과 같다:In order to measure the activity of the immobilized Taq DNA polymerase, a PCR reaction was performed and the amount of DNA amplified was amplified. PCR reactions were performed using a Model 480 PCR apparatus from Perkin Elmer. As a template in the PCR reaction, 65 base ss-DNA shown above was used, and primers were KS primer and SK primer. The volume of the PCR reaction solution used was 50 μl, and 25 fmol of ss-DNA of 65 bases and 10 pmol of KS primer and SK primer were added. The buffer solution was diluted 10 times with pH 8.3, 10X buffer purchased from Perkin Elmer. The temperature setting in the PCR reaction is as follows:

고온(Hot) 개시 단계: 94 ℃, 10minHot start step: 94 ° C., 10 min

PCR 사이클 (20-45 사이클): 94 ℃, 30s;50 ℃, 60s;72 ℃, 30sPCR cycle (20-45 cycles): 94 ° C, 30s; 50 ° C, 60s; 72 ° C, 30s

PCR 방법에 의해 증폭된 DNA의 정량을 위하여 20 ㎕의 PCR 반응용액을 취하여 아가로스 겔 전기영동법을 사용하여 전개하고, 에티듐 브로마이드 염료로 착색시키고, UV 조사시 나타나는 형광으로 PCR 생성물을 가시화한 후 이를 densitometer로 정량하였다.To quantify the DNA amplified by the PCR method, 20 μl of the PCR reaction solution was taken, developed using agarose gel electrophoresis, stained with ethidium bromide dye, and the PCR product was visualized by fluorescence appearing upon UV irradiation. This was quantified by a densitometer.

실시예 4: 카르복실기 몰분율에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 고정화 반응은 pH 8.3 인산염 완충 용액에서 50 ℃ 조건에서 30분 동안 수행하였다. 50 ㎕ 고정화 반응용액에 0.75pmolTaqDNA 폴리머라제와 1.5 pmol 활성부위 마스킹용 DNA를 넣어 반응시켰다. 0.75 pmolTaqDNA 폴리머라제는 고정화 기판으로 사용된 Au 절편의 면적 3 mm × 5 mm에 3개의 단층막을 형성할 수 있는 양이다. 35 사이클 PCR 반응을 수행하여 활성도를 측정하였다.Example 4: Activity of immobilized Taq DNA polymerase according to mole fraction of carboxyl groups The immobilization reaction was performed at 50 ° C. for 30 minutes in a pH 8.3 phosphate buffer solution. 0.75 pmol Taq DNA polymerase and 1.5 pmol active site masking DNA were added to the 50 μl immobilization reaction solution. 0.75 pmol Taq DNA polymerase is an amount capable of forming three monolayer films in an area of 3 mm x 5 mm of the Au fragment used as the immobilization substrate. Activity was measured by performing a 35 cycle PCR reaction.

PCR 생성물의 아가로스 겔 형광사진 결과는 도 1a에 나타내었다. 맨 왼쪽 레인은 ds-DNA 크기를 나타내는 마커이며, 맨 오른쪽 레인은 1개의 단층막 양에 해당하는 용액상TaqDNA 폴리머라제를 사용하여 증폭한 결과이며, 그 외의 레인들은 고정된TaqDNA 폴리머라제를 사용하여 증폭한 결과이다. 아래쪽에 표시한 숫자는 카르복실기를 도입하기 위하여 사용된 총 티올 분자 몰수에 대한 11-머캅토운데칸산의 몰분율을 나타낸다.Agarose gel fluorescence results of PCR products are shown in Figure 1a. The leftmost lane is a marker of ds-DNA size, and the rightmost lane is the result of amplification using a solution of Taq DNA polymerase corresponding to one monolayer amount, and the other lanes are fixed Taq DNA polymerase. Amplified using. The numbers below indicate the mole fraction of 11-mercaptodecanoic acid relative to the total number of moles of thiol molecules used to introduce the carboxyl groups.

도 1a의 형광사진 결과로 나타난 활성도를 도 1b에 그래프로 나타내었다. x축은 카르복실기 도입을 위하여 사용되었던 11-머캅토운데칸산의 총 티올 분자 몰수에 대한 몰분율을 나타낸다. y축은 고정된TaqDNA 폴리머라제의 상대활성도로서, 용액상에서 1개의 단층막 양에 해당하는TaqDNA 폴리머라제를 사용하여 측정한 활성도를 기준으로 한 상대값이다.은 활성부위를 마스킹한 상태에서 고정화 반응을 한 경우(PIM)이고,은 활성부위를 마스킹하지 않고 고정화 반응을 한 경우(RIM)이다.The activity shown in the fluorescence picture of Figure 1a is shown graphically in Figure 1b. The x-axis represents the mole fraction of the total thiol molecular moles of 11-mercaptodecanoic acid used for the introduction of the carboxyl group. The y-axis is the relative activity of the fixed Taq DNA polymerase, which is relative to the activity measured using Taq DNA polymerase corresponding to the amount of one monolayer in solution. Is the immobilization reaction while masking the active site (PIM), Is the immobilization reaction (RIM) without masking the active site.

전 카르복실기의 몰분율 범위에서 활성부위가 마스킹되는 PIM의 경우가 활성부위가 마스킹되지 않는 RIM 경우보다 높은 활성도를 나타낸다.In the case of the PIM masking the active site in the mole fraction range of the entire carboxyl group, the activity of the PIM is higher than that of the RIM where the active site is not masked.

또한 마스킹된 폴리머라제의 활성도가 카르복실기의 몰분율이 약 5%일 때 가장 높음을 알 수 있다. 이는 고정화 기판 표면의 카르복실기의 몰분율을 조절함으로써 마스킹된 폴리머라제의 활성도 보존을 반응속도론적으로 극대화할 수 있음을 보여준다. 즉, 활성부위를 마스킹한 상태에서 활성보존율의 증대와 다중결합 형성에 의한 활성도 저하 방지를 반응속도론적으로 조절함으로써 고정화 반응 후 효소의 활성도를 극대화할 수 있다.It can also be seen that the activity of the masked polymerase is highest when the mole fraction of the carboxyl group is about 5%. This shows that by controlling the mole fraction of carboxyl groups on the surface of the immobilized substrate, the preservation of the activity of the masked polymerase can be maximized kinetically. That is, the activity of the enzyme after immobilization can be maximized by kinetically controlling the increase in activity retention rate and prevention of activity deterioration due to multiple bond formation in the state of masking the active site.

실시예 5: 활성부위 보호율에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도Example 5 Activity of Fixed Taq DNA Polymerase According to Active Site Protection Rate

활성부위 마스킹용 부분 이중가닥 DNA의 몰수를 고정화 반응에 사용된TaqDNA 폴리머라제 총몰수에 대하여 0∼2 범위에서 변화시키면서 고정한TaqDNA 폴리머라제의 활성도를 측정하였다. 이 결과를 도 2a와 도 2b에 나타내었다. 도 2a에서 맨 왼쪽 레인과 맨 오른쪽 레인은 도 1a와 같으며, 그 외의 레인들은 보호율을 변화시키면서 고정된 Taq DNA 폴리머라제를 사용하여 증폭한 결과이다. 아래쪽의 숫자는 보호율(마스킹률), 즉 활성부위 마스킹을 위해 사용된 부분 이중가닥 DNA의 몰수를TaqDNA 폴리머라제 몰수에 대비하여 나타낸 비율(%)이다.The activity of the fixed Taq DNA polymerase was measured while varying the number of moles of partial double-stranded DNA for masking the active site in the range of 0 to 2 with respect to the total number of Taq DNA polymerase used in the immobilization reaction. This result is shown in FIG. 2A and FIG. 2B. In FIG. 2A, the leftmost lane and the rightmost lane are the same as in FIG. 1A, and the other lanes are the result of amplification using fixed Taq DNA polymerase while changing the protection rate. The lower number is the percentage of protection (masking rate), ie the number of moles of partial double-stranded DNA used for masking active sites relative to the number of moles of Taq DNA polymerase.

고정된 효소의 활성도는 도 1b와 같이 용액상을 기준으로 상대활성도로 표시하였다. 카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 총 티올 분자 몰수에 대한 11-머캅토운데칸산의 몰분율은 5.0%이었다. 고정화 반응에 사용된TaqDNA 폴리머라제의 총량은 도 1b와 같이 3개의 단층막에 해당하는 0.75 pmol 이었으며, 그외 다른 고정화 반응조건 및 PCR 반응조건들은 실시예 4와 같다. 도 2a와 도 2b는 부분 이중가닥 DNA와TaqDNA 폴리머라제가 1:1 복합체를 형성하여(S. H. Eom, J. Wang. T. A. Steitz,Nature, vol. 382, pp. 278-281, 1996) 활성부위 마스킹이 일어난다는 사실을 보여준다.The activity of the immobilized enzyme was expressed as relative activity based on the solution phase as shown in FIG. The mole fraction of 11-mercaptodecanoic acid relative to the total number of moles of thiol molecules used to introduce the carboxyl group to the Au surface was 5.0%. The total amount of Taq DNA polymerase used in the immobilization reaction was 0.75 pmol corresponding to three monolayer membranes as shown in FIG. 1B, and other immobilization reaction conditions and PCR reaction conditions were the same as in Example 4. 2A and 2B show a partial complex of partial double-stranded DNA and Taq DNA polymerase (SH Eom, J. Wang. TA Steitz, Nature , vol. 382, pp. 278-281, 1996). Show that masking occurs.

실시예 6: 고정화 반응의 pH에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도Example 6: Activity of Immobilized Taq DNA Polymerase with pH of Immobilization Reaction

카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 11-머캅토운데칸산의 총 티올 분자 몰수에 대한 몰분율을 5.0%로 고정하고, pH를 변화시키면서 측정하였다. 그 외의 다른 고정화 반응조건들 및 PCR 반응조건은 실시예 4와 같다. 이 결과는 도 3a와 도 3b에 나타나 있다. 도 3a에서 맨 왼쪽 레인과 맨 오른쪽 레인은 도 1a와 같으며, 그 외의 레인들은 pH를 변화시키면서 고정된TaqDNA 폴리머라제를 사용하여 증폭한 결과이다. 고정화 반응에 사용된 완충용액의 pH 값은 각 레인의 아래쪽에 표시하였다. 도 3a와 도 3b는 활성부위 마스킹 효율이TaqDNA 폴리머라제의 결합활성이 최대인 pH 8.3에서 최적화된다는 사실을 보여준다.The mole fraction of the total thiol molecular moles of 11-mercaptodecanoic acid used to introduce the carboxyl group to the Au surface was fixed at 5.0% and measured while changing the pH. Other immobilization reaction conditions and PCR reaction conditions are the same as in Example 4. This result is shown in FIGS. 3A and 3B. In FIG. 3A, the leftmost lane and the rightmost lane are the same as in FIG. 1A, and the other lanes are the result of amplification using fixed Taq DNA polymerase while changing pH. The pH value of the buffer used for the immobilization reaction is indicated at the bottom of each lane. 3A and 3B show that the active site masking efficiency is optimized at pH 8.3 where the binding activity of Taq DNA polymerase is maximal.

실시예 7: 고정화 반응시간에 따른 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도Example 7: Activity of immobilized Taq DNA polymerase with immobilization reaction time

카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 11-머캅토운데칸산의 총 티올 분자 몰수에 대하여 몰분율을 5.0%로 고정하고, 고정화 반응시간을 변화시키면서 측정하였다. 그 외의 다른 고정화 반응조건들 및 PCR 반응조건은 실시예 4의 경우와 같다. 이 결과는 도 4a와 도 4b에 나타나 있다. 도 4a에서 왼쪽 레인과 맨 오른쪽 레인은 도 1a와 같으며, 그 외의 레인들은 고정화 반응시간을 변화시키면서 고정된TaqDNA 폴리머라제를 사용하여 증폭한 결과이다. 고정화 반응시간은 각 레인의 아래쪽에 분 단위로 표시하였다.The molar fraction was fixed at 5.0% relative to the total number of moles of thiol molecules of 11-mercaptodecanoic acid used to introduce the carboxyl group to the Au surface, and measured while changing the immobilization reaction time. Other immobilization reaction conditions and PCR reaction conditions are the same as in Example 4. This result is shown in FIGS. 4A and 4B. In FIG. 4A, the left and right lanes are the same as in FIG. 1A, and the other lanes are amplified using fixed Taq DNA polymerase while changing the immobilization reaction time. Immobilization reaction time was expressed in minutes at the bottom of each lane.

도 4a와 도 4b에서 10분 이내의 짧은 반응시간 영역에서의 급격한 증가는 다중결합 확률이 작은 상태에서 일어나는 고정화 반응의 수율의 증가를 의미하고, 10분 이상의 긴 시간 영역에서의 느린 감소는 다중결합의 형성에 따른 활성도의 감소 및 고정된 효소의 몰분율 증가에 따른 공간적 제약에 따른 활성도의 감소를 의미한다. 즉, 반응속도론적으로 중요한 변수인 고정화 반응시간을 최적화함으로써, 다중결합 확률을 적정 수준이하로 유지하고 고정화 반응 수율의 극대화를 동시에 달성하여 고정된 효소의 단위면적당 활성도를 극대화할 수 있음을 보여준다.In FIG. 4A and FIG. 4B, the rapid increase in the short reaction time region within 10 minutes means an increase in the yield of the immobilization reaction occurring in a state where the probability of multiple binding is small, and the slow decrease in the long time region of 10 minutes or more indicates a multiple bond. It means a decrease in activity due to the formation of a and a decrease in activity due to spatial constraints due to an increase in the mole fraction of the immobilized enzyme. That is, by optimizing the immobilization reaction time, which is an important kinetic variable, it is shown that the activity per unit area of the immobilized enzyme can be maximized by maintaining the probability of multiple bonds below an appropriate level and maximizing the yield of immobilization reaction simultaneously.

실시예 8:PCR반응 사이클 횟수에 따른 용액상 및 고정된 Taq DNA 폴리머라제의 활성도 비교Example 8: Comparison of activity of solution phase and immobilized Taq DNA polymerase according to the number of PCR reaction cycles

카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 11-머캅토운데칸산의 총 티을 분자 몰수에 대하여 몰분율을 5.0%로 고정하고, 고정화 반응의 조건들을 실시예 4와 같이 하여 효소를 고정한 후, PCR 반응 사이클 횟수를 변화시키면서 활성도를 측정하였다. 이 결과는 도 5a와 도 5b에 나타나 있다. 도 5a에서 PCR 사이클 횟수를 각 레인의 아래쪽에 표시하였다.The total tee of 11-mercaptodecanoic acid used to introduce the carboxyl group to the Au surface was fixed at 5.0% of the mole fraction relative to the number of moles of the molecule, and the enzyme was fixed in the conditions of the immobilization reaction as in Example 4, followed by the number of PCR reaction cycles. The activity was measured while changing. This result is shown in FIGS. 5A and 5B. In FIG. 5A, the number of PCR cycles is displayed at the bottom of each lane.

도 5a와 도 5b는 PCR 반응을 통하여 관측되는 고정된TaqDNA 폴리머라제의 활성도 양상이 용액상의 활성도 양상과 거의 같음을 보여준다. 즉, 단위분자 당 활성도의 보존률이 극대화되었음을 보여준다.5A and 5B show that the activity pattern of the fixed Taq DNA polymerase observed through the PCR reaction is almost the same as that of the solution phase. In other words, the retention rate of activity per unit molecule is maximized.

실시예 9: Taq DNA 폴리머라제의 총량에 따른 고정된 Taq DNA 폴리머라제의 활성도Example 9: Activity of Taq DNA polymerase in accordance with a fixed amount of Taq DNA polymerase

카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 11-머캅토운데칸산의 총 티올 분자 몰수에 대하여 몰분율을 5.0%로 고정하고, 고정화 반응에 사용되는TaqDNA 폴리머라제의 양을 Au 표면적대비 0∼10 단층막 범위에서 변화시키면서 측정하였다. 활성부위 마스킹을 위하여 사용한 부분 이중가닥 DNA의 몰수는TaqDNA 폴리머라제 몰수의 2배이다. 그 외의 다른 고정화 반응조건들 및 PCR 반응조건은 실시예 4와 같다. 이 결과는 도 6a와 도 6b에 나타나 있다. 도 6a에서 맨 왼쪽 레인과 맨 오른쪽 레인은 도 1a의 경우와 같으며, 그 외의 레인들은 사용된TaqDNA 폴리머라제의 양을 변화시키면서 고정화 반응을 실시하여 얻은 PCR 증폭결과이다. 고정화 반응에 사용된TaqDNA 폴리머라제의 양은 각 레인의 아래쪽에 단층막 단위로 표시하였다.The mole fraction was fixed at 5.0% with respect to the total number of thiol molecules of 11-mercaptodecanoic acid used to introduce the carboxyl group to the Au surface, and the amount of Taq DNA polymerase used for the immobilization reaction was 0 to 10 monolayer film relative to the Au surface area. It measured while changing in the range. The number of moles of partial double-stranded DNA used for masking active sites is twice that of Taq DNA polymerase. Other immobilization reaction conditions and PCR reaction conditions are the same as in Example 4. This result is shown in FIGS. 6A and 6B. In FIG. 6A, the leftmost lane and the rightmost lane are the same as in FIG. 1A, and the other lanes are PCR amplification results obtained by performing an immobilization reaction while varying the amount of Taq DNA polymerase used. The amount of Taq DNA polymerase used for the immobilization reaction was expressed in monolayers at the bottom of each lane.

도 6a와 도 6b는 고정화 반응에 사용되는TaqDNA 폴리머라제의 양을 조절함으로써 고정된 효소의 활성을 높일 수 있음을 보여준다.6A and 6B show that the activity of the immobilized enzyme can be enhanced by controlling the amount of Taq DNA polymerase used in the immobilization reaction.

실시예 10. 고정된 항-DNA 항체의 활성도 측정Example 10 Measurement of Activity of Immobilized Anti-DNA Antibodies

고정된 항-DNA 항체의 활성도 측정은 활성부위 마스킹을 위하여 사용되었던35S로 표지된 68 bp ds-DNA로부터의 베타선 방출을 베타카운터(Beckman, Model LS6500)를 사용하여 측정함으로써 수행하였다. 베타선 방출 측정은 scintillation cocktail 용액 2 mL에 항체가 고정된 Au 절편을 넣어서 측정하였다.Activity measurements of immobilized anti-DNA antibodies were performed by measuring beta-ray release from 68 bp ds-DNA labeled with 35 S that was used for active site masking using a beta counter (Beckman, Model LS6500). Beta-ray emission was measured by placing the Au fragment fixed with the antibody in 2 mL of the scintillation cocktail solution.

실시예 11: 고정화 기판 표면의 카르복실기의 몰분율에 따른 고정된 항-DNA 항체의 활성도Example 11: Activity of Immobilized Anti-DNA Antibodies According to Mole Fraction of Carboxyl Groups on Immobilized Substrate

TaqDNA 폴리머라제의 경우와 같이 전 카르복실기 몰분율 범위에서 활성부위가 마스킹되는 고정화 방법(PIM)의 경우가 활성부위가 마스킹되지 않는 고정화 방법(RIM)보다 높은 활성도를 나타내었다. 또한 마스킹된 항체의 활성도가 카르복실기의 몰분율이 약 8%일 때 가장 높음을 알 수 있다. 이는 고정화 기판 표면의 카르복실기의 몰분율을 조절함으로써 마스킹된 항체의 활성도 보존을 반응속도론적으로 극대화할 수 있음을 보여준다. 즉, 활성부위를 마스킹한 상태에서 활성보존율의 증대와 다중결합 형성에 의한 활성도 저하 방지를 반응속도론적으로 조절함으로써 고정화 반응 후 항체의 활성도를 극대화할 수 있다. As in the case of Taq DNA polymerase, the immobilization method (PIM) in which the active site is masked in the entire carboxyl mole fraction range showed higher activity than the immobilization method (RIM) in which the active site is not masked. In addition, it can be seen that the activity of the masked antibody is the highest when the mole fraction of the carboxyl group is about 8%. This shows that by controlling the mole fraction of carboxyl groups on the immobilized substrate surface, the preservation of the activity of the masked antibody can be maximized kinetically. That is, by kinetically controlling the increase in activity retention rate and the prevention of activity deterioration due to multiple bond formation in the state of masking the active site, the activity of the antibody after immobilization can be maximized.

도 7에서 x축은 도 1b와 같으며, y축은 고정된 항-DNA 항체에 선택적으로 결합된 항체인35S로 표지된 ds-DNA로부터 방출된 베타선을 계측한 항체의 활성도이다.은 활성부위를 마스킹한 상태에서 고정화반응을 행하여(PIM) 얻은 결과이고은 활성부위를 마스킹하지 않고 고정화반응을 한(RIM) 결과이다.In FIG. 7, the x-axis is the same as FIG. 1b, and the y-axis is the activity of the antibody measuring the beta-ray released from the 35s -labeled ds-DNA, an antibody selectively bound to the immobilized anti-DNA antibody. Is the result obtained by performing immobilization reaction (PIM) while masking the active site. Is the result of the immobilization reaction (RIM) without masking the active site.

실시예 12: 항-DNA항체의 농도 따른 고정된 항-DNA 항체의 활성도Example 12 Activity of Fixed Anti-DNA Antibodies According to Concentration of Anti-DNA Antibodies

35S로 표지된 항원인 68 bp ds-DNA의 몰수에 따른 고정된 항-DNA 항체의 활성도 변화는 도 8에 나타내었다. 활성부위 마스킹용 68 bp ds-DNA의 몰수를 변화시키면서 고정한 항-DNA 항체의 활성도를 측정하였다. 고정화 반응에 사용된 항-DNA 항체의 총량은 약 33 fmol이었다. 카르복실기를 Au 표면에 도입하기 위하여 사용한 11-머캅토운데칸산의 총 티올 분자 몰수에 대하여 몰분율은 10%이었다. 68bp ds-DNA의 몰수를 제외한 고정화 반응조건들은 실시예 11과 같다. The change in activity of the immobilized anti-DNA antibody according to the number of moles of 68 bp ds-DNA, an antigen labeled with 35 S, is shown in FIG. 8. The activity of immobilized anti-DNA antibodies was measured while varying the number of moles of 68 bp ds-DNA for masking active sites. The total amount of anti-DNA antibody used for the immobilization reaction was about 33 fmol. The mole fraction was 10% based on the total number of moles of thiol molecules of 11-mercaptodecanoic acid used to introduce the carboxyl group to the Au surface. The immobilization reaction conditions were the same as in Example 11 except for the number of moles of 68 bp ds-DNA.

도 8에서은 PIM의 경우이며,은 RIM의 경우이다. PIM의 경우가 RIM의 경우에 비해 훨씬 높은 활성도를 보임을 알 수 있다. PIM의 경우 항-DNA 항체와 활성부위 마스킹을 위하여 사용된 68 bp ds-DNA의 몰비가 1:1에서 1:2 정도의 영역이상에서 관찰되는 포화(saturation) 현상은 항원-항체간의 복합체 형성으로 활성부위가 마스킹됨을 보여준다.In Figure 8 Is the case for PIM, Is the case for RIM. It can be seen that PIM shows much higher activity than RIM. In the case of PIM, the saturation phenomenon in which the molar ratio of the anti-DNA antibody and the 68 bp ds-DNA used for masking the active site is observed in the range of 1: 1 to 1: 2 or more is caused by the formation of the antigen-antibody complex. It shows that the active part is masked.

Claims (34)

생리활성 분자를 기판(substrate)에 고정하는 방법에 있어서,In the method of fixing the bioactive molecules to the substrate (substrate), a) 생리활성 분자의 활성부위를 마스킹(masking)하기 위하여 생리활성 분자를 그 활성부위에 선택적으로 결합하는 화합물과 반응시키는 단계;a) reacting the bioactive molecule with a compound that selectively binds the active site to mask the active site of the bioactive molecule; b) 상기 기판의 표면에 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자와 결합하기 위한 연결물질(linker)을 도입하여 지지대(supporting material)를 형성하는 단계;b) introducing a linker to the surface of the substrate to bind the masked bioactive molecule of step a) to form a supporting material; c) 상기 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자가 상기 b) 단계에서 형성된 지지대 표면의 연결물질과 결합하는 반응속도를 조절하는 단계; 및c) controlling the reaction rate at which the masked bioactive molecule of step a) is bonded to the linking material on the surface of the support formed in step b); And d) 상기 a) 단계의 마스킹된 생리활성 분자를 상기 b) 단계에서 형성된 지지대 표면의 연결물질과 반응시켜 생리활성 분자를 지지대 표면에 고정하는 단계를 포함하는 방법.d) reacting the masked bioactive molecule of step a) with a linking material on the support surface formed in step b) to fix the bioactive molecule to the support surface. 제1항에 있어서, 상기 지지대 형성 단계b)가 기판 표면에 연결물질의 박막(thin film)을 형성하는 단계를 포함하고, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질 대 비반응성 말단기를 가지는 연결물질의 비율을 조절함으로써 지지대 표면상의 고정화 반응성 작용기의 몰분율을 조절하는 단계를 포함하는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the step of forming the support b) includes forming a thin film of the linking material on the surface of the substrate, wherein the ratio of the linking material having the immobilized reactive functional group to the linking material having the non-reactive end group is provided. And controlling the mole fraction of the immobilized reactive functional groups on the support surface by adjusting the molar fraction. 제1항에 있어서, 반응속도를 조절하는 단계c)가 생리활성 분자의 농도를 조절하는 단계를 포함하는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein adjusting the rate of reaction comprises adjusting the concentration of bioactive molecules. 제1항에 있어서, 반응속도를 조절하는 단계c)가 pH를 조절하는 단계를 포함하는 고정화 방법.The method of claim 1 wherein adjusting the reaction rate c) comprises adjusting the pH. 제1항에 있어서, 반응속도를 조절하는 단계c)가 반응시간을 조절하는 단계를 포함하는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein adjusting the reaction rate c) comprises controlling the reaction time. 제1항에 있어서, 반응속도를 조절하는 단계c)가 반응온도를 조절하는 단계를 포함하는 고정화 방법.2. The method of claim 1 wherein adjusting the reaction rate c) comprises adjusting the reaction temperature. 제1항에 있어서, 상기 고정화 방법이 커플링제(coupling reagent)를 사용하여 연결물질의 고정화 반응성 작용기를 활성화하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the immobilization method comprises activating an immobilized reactive functional group of the linking material using a coupling reagent. 제1항에 있어서, 생리활성 분자가 단백질, 효소, 항원, 또는 항체인 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the bioactive molecule is a protein, enzyme, antigen, or antibody. 제1항에 있어서, 선택적으로 결합하는 화합물이 활성부위를 마스킹하기 위한 기질, 저해제, 기질, 저해제, 코팩터(cofactor), 그 화학적 변형물, 유사체 또는 유도체, 및 항원 또는 항체 마스킹을 위한 그들의 대응항체 또는 항원 및 그들의 변형물로 이루어진 군에서 선택되는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the selectively binding compound comprises a substrate, an inhibitor, a substrate, an inhibitor, a cofactor, chemical modifications, analogs or derivatives thereof, and their corresponding counterparts for masking the active site. Immobilization method selected from the group consisting of antibodies or antigens and variants thereof. 제1항에 있어서, 활성부위가 생리활성 분자의 하나 또는 둘 이상의 활성부위, 또는 코팩터 자리인 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the active site is one or more active sites, or cofactor sites, of the bioactive molecule. 제1항에 있어서, 생리활성 분자와 선택적으로 결합하는 화합물이 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 쌍극자-쌍극자 결합, 중첩(packing), 또는 이들 결합중 2가지 이상의 조합에 의하여 결합되는 고정화 방법.The compound of claim 1, wherein the compound that selectively binds the bioactive molecule is bound by covalent bonds, ionic bonds, coordination bonds, hydrogen bonds, dipole-dipole bonds, packing, or a combination of two or more of these bonds. Immobilization Method. 제1항에 있어서, 생리활성 분자의 마스킹 비율이 5∼100 %인 고정화 방법.The method of claim 1 wherein the masking rate of the bioactive molecule is from 5 to 100%. 제1항에 있어서, 기판이 금속, 비금속, 반도체, 또는 이러한 원소들의 산화물, 유기 또는 무기 고분자, 덴드리머(dendrimer), 또는 이들중 2이상의 혼합물이며, 평면, 구형, 선형, 다공성(pore) 형태, 미세가공 겔 패드(microfabricated gel pads) 또는 나노입자로 조형되는 기판인 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is a metal, a nonmetal, a semiconductor, or an oxide of these elements, an organic or inorganic polymer, a dendrimer, or a mixture of two or more thereof, and has a planar, spherical, linear, porous form, An immobilization method, which is a substrate formed of microfabricated gel pads or nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 지지대 형성 단계b)의 연결물질이 기판표면과 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 중첩 또는 이들 중 2이상의 결합을 형성하여 기판 표면에 연결물질의 박막을 형성하는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the connecting material of the support forming step b) forms a thin film of the connecting material on the surface of the substrate by forming a covalent bond, an ionic bond, a coordination bond, a hydrogen bond, an overlap, or two or more of these bonds with the substrate surface. Immobilization method. 제14항에 있어서, 기판 표면과 반응하는 연결물질의 작용기가 티올기, 설파이드기, 디설파이드기, 실란기, 카르복실기, 아민기, 알코올기, 알데히드기, 에폭시기, 티올기, 알킬할라이드기, 알킬기, 알켄기, 알킨기, 아릴기 또는 이들 중 2이상의 작용기의 조합인 고정화 방법.The method according to claim 14, wherein the functional group of the linking material reacting with the substrate surface is thiol group, sulfide group, disulfide group, silane group, carboxyl group, amine group, alcohol group, aldehyde group, epoxy group, thiol group, alkyl halide group, alkyl group, al Immobilization method which is a ken group, an alkyn group, an aryl group, or a combination of 2 or more of these functional groups. 제1항에 있어서, 생리활성 분자와 반응하는 연결물질의 고정화 반응성 작용기가 카르복실기, 아민기, 알코올기, 알데히드기, 에폭시기, 티올기, 설파이드기, 디설파이드기, 알킬할라이드기, 알킬기, 알켄기, 알킨기, 아릴기 또는 이들중 2이상의 작용기의 조합인 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the immobilized reactive functional group of the linking substance reacting with the bioactive molecule is a carboxyl group, amine group, alcohol group, aldehyde group, epoxy group, thiol group, sulfide group, disulfide group, alkyl halide group, alkyl group, alkene group, alkyne A method of immobilizing a group, an aryl group, or a combination of two or more functional groups thereof. 제1항에 있어서, 생리활성 분자와 연결물질의 고정화 반응성 작용기가 공유결합, 이온결합, 배위결합, 수소결합, 중첩 또는 이들 중 2이상의 결합에 의하여 연결되는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the immobilized reactive functional group of the bioactive molecule and the linking material is linked by a covalent bond, an ionic bond, a coordination bond, a hydrogen bond, an overlap, or a bond of two or more thereof. 제1항에 있어서, 생리활성 분자와 연결물질의 고정화 반응성 작용기가 아미드결합, 이민 결합, 설파이드 결합, 디설파이드 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합, 아민 결합, 또는 이들중 2이상의 결합에 의하여 지지대에 연결되는 고정화 방법.The method of claim 1, wherein the immobilized reactive functional group of the bioactive molecule and the linking material is connected to the support by an amide bond, an imine bond, a sulfide bond, a disulfide bond, an ester bond, an ether bond, an amine bond, or a bond of two or more thereof. Immobilization Method. 제18항에 있어서, 생리활성 분자의 아민기와 연결물질의 카르복실기가 아미드 결합으로 연결되는 고정화 방법.19. The method of claim 18, wherein the amine group of the bioactive molecule and the carboxyl group of the linking material are linked by an amide bond. 제18항에 있어서, 생리활성 분자의 카르복실기와 연결물질의 아민기가 아미드 결합으로 연결되는 고정화 방법.The method of claim 18 wherein the carboxyl group of the bioactive molecule and the amine group of the linking material are linked by an amide bond. 제18항에 있어서, 생리활성 분자의 아민기와 연결물질의 알데히드기가 이민 결합으로 연결되는 고정화 방법.The immobilization method according to claim 18, wherein the amine group of the bioactive molecule and the aldehyde group of the linking material are linked by imine bonds. 제18항에 있어서, 생리활성 분자의 알데히드기와 연결물질의 아민기가 이민 결합으로 연결되는 고정화 방법.The method of claim 18, wherein the aldehyde group of the bioactive molecule and the amine group of the linking material are linked by an imine bond. 제18항에 있어서, 생리활성 분자의 티올기와 연결물질의 티올기가 디설파이드 결합으로 연결되는 고정화 방법.The method of claim 18, wherein the thiol group of the bioactive molecule and the thiol group of the linking material are linked by disulfide bonds. 제2항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 머캅토카르복실산, 머캅토아미노알칸, 머캅토알데히드, 디머캅토알칸 및 카르복실기, 티올기, 알코올기, 알데히드기, 아민기 등과 같은 반응성 작용기를 가지는 설파이드 및 디설파이드로 이루어진 군에서 선택되며, 비반응성 말단기를 가지는 연결물질이 머캅토알칸, 머캅토알코올, 설파이드, 및 디설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 고정화 방법.The linking material having an immobilized reactive functional group is a reactive functional group such as mercaptocarboxylic acid, mercaptoaminoalkane, mercaptoaldehyde, dimercaptoalkane and carboxyl group, thiol group, alcohol group, aldehyde group, amine group, etc. Wherein the branch is selected from the group consisting of sulfides and disulfides, and the linking material having a non-reactive end group is selected from the group consisting of mercaptoalkane, mercaptoalcohol, sulfides, and disulfides. 제24항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 머캅토카르복실산 또는 머캅토아미노알칸이고 비반응성 말단기를 가지는 연결물질이 머캅토알코을 또는 머캅토알칸인 고정화 방법.The method of claim 24 wherein the linking material having an immobilized reactive functional group is mercaptocarboxylic acid or mercaptoaminoalkane and the linking material having a non-reactive end group is mercaptoalcohol or mercaptoalkane. 제24항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 머캅토알데히드이고 비반응성 말단기를 가지는 연결물질이 머칼토알코올 또는 머캅토알칸인 고정화 방법.The method of claim 24, wherein the linking material having an immobilized reactive functional group is mercaptoaldehyde and the linking material having a non-reactive end group is mercaltoalcohol or mercaptoalkane. 제24항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 디머캅토알칸이고 비반응성 말단기를 가지는 연결물질이 머캅토알코올 또는 머캅토알칸인 고정화 방법.The method of claim 24, wherein the linking material having an immobilized reactive functional group is dimercaptoalkane and the linking material having a non-reactive end group is mercaptoalcohol or mercaptoalkane. 제24항에 있어서, 머캅토카르복실산이 11-머캅토운도데칸산(11-mercaptoundodecanoic acid)인 고정화 방법.The method of claim 24, wherein the mercaptocarboxylic acid is 11-mercaptoundodecanoic acid. 제24항에 있어서, 머캅토알코올이 6-머캅토-1-헥산올이고 머캅토알칸이 1-헵탄티올인 고정화 방법.The method of claim 24, wherein the mercaptoalcohol is 6-mercapto-1-hexanol and the mercaptoalkane is 1-heptanethiol. 제3항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 전체 연결물질중 0.05∼50%인 고정화 방법.The immobilization method according to claim 3, wherein the linking substance having an immobilized reactive functional group is 0.05 to 50% of the total linking substances. 제30항에 있어서, 고정화 반응성 작용기를 가지는 연결물질이 전체 연결물질중 0.05∼30%인 고정화 방법.31. The method of claim 30 wherein the linking material having immobilized reactive functional groups is from 0.05 to 30% of the total linking material. 제1항에 있어서, 상기 고정화 방법이e) 고정된 생리활성 분자에서 선택적으로 결합된 화합물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the immobilization method further comprises e) removing the selectively bound compound from the immobilized bioactive molecule. 제1항 내지 제32항중 어느 한 항의 방법에 따라 지지대에 고정된 마스킹된 생리활성 분자.A masked bioactive molecule immobilized on a support according to the method of claim 1. 제32항의 방법에 따라 선택적으로 결합된 화합물이 제거된 지지대에 고정된 생리활성 분자.A bioactive molecule immobilized on a support from which a compound selectively bound according to the method of claim 32 is removed.
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