KR20040047343A - The detection method using local differential of complex reflection coefficient rate for protein coupled in solid face - Google Patents

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KR20040047343A
KR20040047343A KR1020020075505A KR20020075505A KR20040047343A KR 20040047343 A KR20040047343 A KR 20040047343A KR 1020020075505 A KR1020020075505 A KR 1020020075505A KR 20020075505 A KR20020075505 A KR 20020075505A KR 20040047343 A KR20040047343 A KR 20040047343A
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최정우
배영민
오병근
박광원
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학교법인 서강대학교
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Abstract

PURPOSE: A method for detecting protein coupled in solid face using local differential of complex reflection coefficient rate is provided, thereby reducing the detection time, simplifying the detection process, requiring no skilled person, and reducing the detection cost by removing a protein marker. CONSTITUTION: The method for detecting protein coupled in solid face using local differential of complex reflection coefficient rate comprises the steps of: passing light(1) through a polarizer(2) and a compensator(3) to polarize the light; irradiating the polarized light to the sample surface of the protein coupled thin layer in solid face; detecting optical intensity of the incident and reflected light from the sample surface using an analyzer(7) and a light sensor; and calculating the complex reflection coefficient rate from the detected optical intensity using equation 1 and 2, wherein N is complex refraction rate; n is refraction rate; k is extinction coefficient; rho(ρ) is complex reflection coefficient ratio; rp is reflection coefficient of p wave; rs is reflection coefficient of s wave; δp(deltap) is phase change of p wave before and after reflection; δs(deltas) is phase change of s wave before and after reflection; and the CCD camera may be used for detecting protein coupled in solid face.

Description

복소 반사 계수비의 국지적인 차이를 이용한 고체 표면에서의 단백질 결합 검출방법{The detection method using local differential of complex reflection coefficient rate for protein coupled in solid face}The detection method using local differential of complex reflection coefficient rate for protein coupled in solid face}

본 발명은 고체 표면 위에서 단백질의 한 종류인 항체와 항원과의 결합으로 단백질 박막의 복소 굴절률이 변하고, 이로 인해 박막의 복소 반사 계수비가 변화하는 특성을 이용하여 항체와 항원과의 결합을 검출하는 방법에 관한 것으로서, 특히 입사광이 조사되는 시료 표면 영역의 국지적인 복소 반사 계수비의 차이를 씨씨디카메라를 통해 화상(image)으로 촬영함으로써, 고체 표면상에서 발생하는 복수의 항체-항원 결합을 동시에 검출할 수 있는 단백질 결합 검출방법에 관한 것이다.The present invention is a method of detecting the binding of the antibody to the antigen by using the characteristic that the complex refractive index of the protein thin film is changed by the binding of the antibody and antigen, a kind of protein on the solid surface, and thus the complex reflection coefficient ratio of the thin film is changed. In particular, it is possible to simultaneously detect a plurality of antibody-antigen bonds occurring on a solid surface by capturing an image of a local complex reflection coefficient ratio of a sample surface area to which incident light is irradiated by an image through a CD camera. It relates to a protein binding detection method that can be.

일반적으로 1990년부터 시작된 genome project의 진전에 힘입어 최근 인간유전자의 구조가 대부분 밝혀지면서 인체를 구성하는 유전자의 기능연구에 대한 관심이 급증하고 있다.In general, thanks to the progress of the genome project, which started in 1990, the structure of human genes has recently been revealed, and interest in functional studies of the genes that make up the human body is increasing rapidly.

유전자는 단백질을 발현해 세포 내에서 그 기능을 수행하기 때문에 유전자의 기능 연구는 단백질의 기능 연구로 귀결된다.Since genes express proteins and perform their functions in cells, the functional study of the gene results in the study of the protein's function.

따라서, 최근에는 단백질의 기능을 연구하는 프로테오믹스(proteomics)라는 새로운 연구 분야가 부각되고 있다.Thus, a new field of research called proteomics, which studies the function of proteins, has recently emerged.

프로테오믹스(proteomics)는 유전자에 의해 발현되는 모든 단백질들의 총합을 일컫는 프로테옴(proteome)을 다루는 학문으로, 어떤 단백질이, 얼마의 양으로, 어떤 환경에서 발현되는 가를 파악하는 것을 목적으로 한다.Proteomics is the study of the proteome, which is the sum of all the proteins expressed by a gene. Its purpose is to identify which proteins, in what amounts, and in what environments.

프로테오믹스를 연구하기 위한 강력한 핵심 기술로 단백질 칩이 있으며, 이는 수십-수백 개의 단백질을 작은 칩 상에 고정해 동시다발적으로 단백질간의 결합을 분석할 수 있는 시스템이다.A powerful core technology for studying proteomics is the protein chip, which is a system that can simultaneously fix dozens-hundreds of proteins on a small chip to analyze the binding between proteins simultaneously.

또한, 단백질 칩은 프로테오믹스 분야뿐만 아니라 신약 개발, 질병 진단, 그리고, 미생물 검출 등의 의학, 약학, 생명과학 분야 등에 적용할 수 있다.In addition, the protein chip can be applied not only to the proteomics field, but also to medicine, pharmacy, and life science fields such as new drug development, disease diagnosis, and microbial detection.

이러한 단백질 칩을 개발하기 위해서는 단백질 프로브 개발, 단백질 고정화, 단백질간의 결합 검출 등의 세부적인 기술이 개발되어야 하며, 생물학, 화학, 전자 공학 등의 학제간 연구가 필수적이다.In order to develop such a protein chip, detailed technologies such as protein probe development, protein immobilization, and protein-to-protein binding detection must be developed, and interdisciplinary research such as biology, chemistry, and electronic engineering is essential.

이중, 본 발명은 물리학의 광학 기술을 이용하여 고체 표면에서 발생하는 단백질간의 결합을 검출할 수 있는 기술에 관한 것이다.Among them, the present invention relates to a technique capable of detecting the binding between proteins occurring on the solid surface using the optical technology of physics.

단백질 칩 기술에 있어서, 단백질간의 결합의 검출 기술은 핵심적인 부분으로 자동 진단기기의 개발을 위해서 신속하고 정확한 검출 기술의 개발이 요구된다.In protein chip technology, the detection technology of protein-to-protein binding is an essential part, and the development of rapid and accurate detection technology is required for the development of an automatic diagnostic device.

고체 표면상에서의 단백질간의 결합을 검출할 수 있는 방법으로는 형광 물질 등의 표지가 부착된 단백질을 이용하는 방법과 표지 단백질의 이용이 없는 기기 분석을 통한 방법이 있다.As a method for detecting the binding between proteins on a solid surface, there is a method using a protein with a label such as a fluorescent substance and a method through instrumental analysis without using a label protein.

전자의 방법으로, 가장 대표적인 사례로는 형광물질이 붙어있는 이차항체를 이용하여 항체-항원의 반응여부를 판단하는 방법이다.In the former method, the most representative example is a method of determining whether an antibody-antigen is reacted by using a secondary antibody to which a fluorescent substance is attached.

이와 같은 방법으로 목적물질의 유무를 판단하기 위해서는 각 항원에 맞는 이차항체가 필요하다.In this way, to determine the presence or absence of the target substance, a secondary antibody suitable for each antigen is required.

이는 칩 상에 고정된 항체와 동일한 항체에 형광물질이 부착된 형태로 측정대상에 있는 항원이 자신에 맞는 특정 항체에 반응하여 부착하면 여기에 형광 부착된 이차항체가 붙어 그 위치에 항체가 반응했다는 것을 보여주어 이를 검출한다.This is because the fluorescent substance is attached to the same antibody immobilized on the chip. When the antigen in the object is attached in response to a specific antibody suitable for itself, the fluorescent antibody is attached to the antibody, and the antibody reacts at the position. To detect this.

그러나, 이 방법은 칩 상에 부착된 항체와 동일한 수의 이차 항체가 필요하여 비용 상승과 생산과 측정 방법에서 복잡한 작업이 필요하다는 단점이 있다.However, this method has the disadvantage of requiring the same number of secondary antibodies as the antibodies attached to the chip, which increases cost and complicated operations in production and measurement methods.

후자의 방법으로는, SPR (Surface plasmon resonance)과 SELDI-TOF (Surface Enhanced Laser Desorption Ionization - Time of Flight) 등 2가지 기술이 있으며, 이 방법들은 미지의 단백질을 표지 단백질의 이용없이 분석할 수 있는 장점이 있으나 수많은 항원을 동시에 측정하는 데는 어려움이 있다.The latter method includes two technologies, Surface plasmon resonance (SPR) and Surface Enhanced Laser Desorption Ionization-Time of Flight (SELDI-TOF), which can analyze unknown proteins without the use of labeled proteins. There is an advantage, but it is difficult to measure a large number of antigens simultaneously.

단백질 칩 기술은 고체 표면상에 고정화된 단백질 배열과 외부에서 투입되는 단백질간의 결합을 검출하는 기술로서, 신약의 개발, 병 진단, 병원성 미생물 검출 등에 응용 가능성이 높다.Protein chip technology is a technology for detecting the binding between the protein array immobilized on a solid surface and the protein introduced from the outside, it is highly applicable to the development of new drugs, diagnosis of diseases, detection of pathogenic microorganisms.

단백질 칩 기술을 개발하기 위해서는 단백질 프로브의 개발, 고체 표면에 단백질 프로브 고정화, 그리고 고체 표면에서의 단백질간의 결합 검출 등의 세부 기술이 개발되어야 한다.To develop protein chip technology, detailed techniques such as development of protein probe, immobilization of protein probe on solid surface, and detection of binding between proteins on solid surface should be developed.

본 발명은 단백질간의 결합 검출을 위한 새로운 방법을 제시한다.The present invention provides a new method for detecting binding between proteins.

상기에서 제시된 바와 같이 단백질간의 결합을 검출하기 위한 기존의 기술은 표지 단백질을 이용해야 하거나, 표지 단백질을 이용하지 않는 기기 분석에서는 단백질의 각 결합의 동시 검출이 어렵다는 문제점이 있다.As described above, the conventional technique for detecting the binding between proteins has a problem that it is difficult to simultaneously detect each binding of the protein in instrumental analysis without using the labeled protein or using the labeled protein.

이에 본 발명자는 표지 단백질을 이용하지 않으며, 단백질 배열에서 발생하는 각 결합의 동시 검출 기술을 개발하였다.Therefore, the present inventors have developed a technique for simultaneously detecting each bond occurring in the protein sequence without using a labeled protein.

이를 위해, 고체 표면에서의 단백질 결합에 따른 단백질 박막의 복소 굴절률 변화에 따른 복소 반사 계수비의 변화를 측정하여 단백질의 결합 여부를 검출한다.To this end, the binding of the protein is detected by measuring the change in the complex reflection coefficient ratio according to the complex refractive index change of the protein thin film according to the protein binding on the solid surface.

특히, 입사광이 조사되는 시료 표면의 국지적인 복사 반사 계수비의 차이를 씨씨디카메라를 이용하여 화상으로 촬영함으로써, 고체 표면에서 발생하는 복수의 단백질간의 결합을 동시에 검출할 수 있다.In particular, by photographing the difference in the local radiant reflection coefficient ratio of the sample surface to which incident light is irradiated with a CD camera, the binding between the plurality of proteins occurring on the solid surface can be detected simultaneously.

도 1은 단백질 박막의 복소 반사 계수비의 국지적인 변화를 검출하기 위한 편광 광학장치의 구성을 보여주는 개략도1 is a schematic diagram showing the configuration of a polarizing optics device for detecting a local change in the complex reflection coefficient ratio of a protein thin film

도 2는 고체 표면에 입사한 빛의 단면에서 발생한 복소 반사 계수비의 국지적 차이를 촬영한 화상2 is an image of a local difference in the complex reflection coefficient ratio generated in the cross section of light incident on a solid surface.

도 3a 내지 3d는 단백질의 한 종류인 항체와 대장균 표면에 존재하는 항원과의 결합을 촬영한 화상3A to 3D are images of binding of an antibody, which is a type of protein, to an antigen present on the surface of E. coli.

도 4는 도 3의 화상에서 단백질 박막 형성 영역의 평균 광 세기 값과 대장균 농도의 상관 관계를 나타낸 그래프FIG. 4 is a graph showing the correlation between the average light intensity value and the E. coli concentration in the protein thin film forming region in the image of FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 광원 2 : 편광기 (polarizer)1: light source 2: polarizer

3 : 보상기 (compensator) 4 : 단백질 박막3: compensator 4: protein thin film

5 : 고체 기판 6 : 대물 렌즈5: solid substrate 6: objective lens

7 : 분석기 (analyzer) 8 : 씨씨디 카메라 (CCD camera)7: analyzer (analyzer) 8: CD camera

9 : 빛의 경로 10 : 입사면9: light path 10: incident surface

11 : 입사각 12 : 입사파의 p파 성분의 방향11: incident angle 12: direction of the p-wave component of the incident wave

13 : 입사파의 s파 성분의 방향13: direction of the s-wave component of the incident wave

14 : 씨씨디 카메라로 촬영된 고체 표면에서의 복소 반사 계수비의 국지적 차이의 형상화한 화상14: Shaped image of local difference of complex reflection coefficient ratio on solid surface photographed by CD camera

본 발명은 고체 표면 위에서 단백질의 한 종류인 항체와 항원과의 결합에 따른 단백질 박막의 복소 굴절률의 변화에 따라 복소 반사 계수비가 변화하는 특성을 이용하여 항체와 항원과의 결합을 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting binding of an antibody to an antigen by using a property in which the complex reflection coefficient ratio changes according to the change in the complex refractive index of the protein thin film according to the binding of the antibody and the antigen, which is a protein, on a solid surface. will be.

특히, 입사광이 조사되는 시료 표면 영역의 국지적인 복소 반사 계수비의 차이를 씨씨디카메라를 통해 화상(image)으로 촬영함으로써, 고체 표면상에서 발생하는 복수의 항체-항원 결합을 동시에 검출하는 것을 특징으로 한다.In particular, by imaging the difference in the complex reflection coefficient ratio of the sample surface area to which the incident light is irradiated with an image camera, it is possible to simultaneously detect a plurality of antibody-antigen bonds occurring on the solid surface. do.

복소 굴절률과 복소 반사 계수비는 물리학의 광학 분야에서 정의된 주요 물성으로 식 1(복소 굴절률)과 식 2(복소 반사 계수비)로 표현된다.The complex refractive index and the complex reflection coefficient ratio are the main physical properties defined in the optical field of physics and are represented by equation 1 (complex refractive index) and equation 2 (complex reflection coefficient ratio).

그리고, 전자기파의 전기장의 방향이 입사면에 놓여 있을 때를 p파 성분 그리고 입사면에 수직일 때를 s파 성분이라고 부른다.The p-wave component and the time when the direction of the electric field of the electromagnetic wave lies on the incident surface are called the s-wave component.

p파와 s파, 입사면 및 입사각 등의 물리적인 의미는 도 1에 표시되어 있다.Physical meanings such as the p wave and the s wave, the plane of incidence and the angle of incidence are shown in FIG. 1.

유기/비유기 박막의 복소 반사 계수비를 측정하기 위한 방법과 이를 구현하기 위한 편광 광학 구성은 여러 가지 형태가 있으며, 광학 분야 중 타원 해석법(ellipsometry)라는 이름으로 알려져 있다.The method for measuring the complex reflection coefficient ratio of an organic / organic thin film and the polarization optical configuration for implementing the organic thin film have various forms and are known as ellipsometry in the optical field.

본 발명자들은 단백질간의 결합에 의한 복소 반사 계수비의 변화를 측정하기 위해 복소 반사 계수비를 변화를 검출할 수 있는 편광 광학 장비를 구성하고, 이를 이용하여 고체 표면 위에서의 단백질 패턴 및 고정화한 단백질과 목적 단백질간의 결합을 화상으로 촬영할 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors construct polarization optical equipment that can detect the change in the complex reflection coefficient ratio to measure the change in the complex reflection coefficient ratio due to the binding between proteins, and by using the same, the protein pattern and immobilized protein on the solid surface and The present invention has been completed by revealing that the binding between the target proteins can be imaged.

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

고체 표면에 존재하는 박막의 반사 특성은 존재하는 박막의 복소 굴절률에 따라 달라지며, 일반적으로 복소 반사 계수비를 측정함으로써 복소 굴절률을 계산한다.The reflective properties of the thin film present on the solid surface depend on the complex refractive index of the thin film present, and the complex refractive index is generally calculated by measuring the complex reflection coefficient ratio.

본 발명에서는 고체 표면에서의 단백질간의 결합이 단백질 박막의 복소 굴절률을 변화시킨다는 점에 착안하여, 박막의 복소 반사 계수비의 변화를 측정할 수 있는 편광 광학 장치를 구성하여 박막의 복소 반사 계수비의 변화를 화상으로 촬영하였고, 이를 통해 단백질의 결합을 확인하였다.In view of the fact that the binding between proteins on a solid surface changes the complex refractive index of a protein thin film, the present invention configures a polarizing optical device capable of measuring a change in the complex reflection coefficient ratio of a thin film to provide a complex reflection coefficient ratio of a thin film. Changes were taken by image, which confirmed the binding of proteins.

도 1은 본 발명에서 이용된 편광 광학 장치의 구성을 보여 주며, 일반적인 광학 부품들인 광원(1), 편광기(2), 보상기(3), 분석기(7) 등으로 구성된다.1 shows a configuration of a polarizing optical device used in the present invention, and is composed of general optical components such as a light source 1, a polarizer 2, a compensator 3, an analyzer 7, and the like.

앞에서 언급한 바와 같이 편광 광학 장치의 구성과 구동 원리는 기존의 문헌 등에 제시되어 있다.As mentioned above, the configuration and driving principle of the polarizing optical device are presented in the existing literature.

광원에서 조사되는 입사파는 편광기(2)와 보상기(3)를 통해 적절히 편광된 후, 단백질 박막이 존재하는 시료 표면에 입사하고 반사된 후, 분석기(7)를 통과하여 최종적으로 광 감지기에서 광의 세기가 측정된다.The incident wave irradiated from the light source is properly polarized through the polarizer 2 and the compensator 3, then enters and reflects on the sample surface in which the protein thin film is present, passes through the analyzer 7, and finally the intensity of light in the light detector. Is measured.

식 2에서 제시한 복소 반사 계수비는 조사되는 빛의 p파 성분과 s파 성분의 반사 계수의 비가 되며, 본 발명에서 이용된 복소 반사 계수비 측정 장치의 구성에서는 고체 표면 위에 존재하는 단백질 박막의 복소 굴절률의 변화에 따라 반사파의 광세기(optical intensity)가 달라진다.The complex reflection coefficient ratio shown in Equation 2 is the ratio of the reflection coefficients of the p-wave component and the s-wave component of the irradiated light. In the configuration of the complex reflection coefficient ratio measuring apparatus used in the present invention, the protein thin film on the solid surface As the complex refractive index changes, the optical intensity of the reflected wave varies.

또한, 시료와 분석기 사이에서 삽입한 대물 렌즈를 통해 반사파의 단면을 확대시키고, 광 감지기로 씨씨디 카메라를 이용함으로써, 확대된 반사파 단면의 광세기의 국지적인 차이를 화상으로 촬영할 수 있다.In addition, the cross section of the reflected wave is enlarged through the objective lens inserted between the sample and the analyzer, and by using the CD camera as the light detector, it is possible to capture the local difference in the light intensity of the enlarged reflected wave cross section as an image.

따라서, 이 편광 광학 장치의 구성을 통해, 입사파가 입사한 시료 표면의 단백질 박막의 국지적인 복소 반사 계수비의 차이를 화상으로 촬영할 수 있다.Therefore, through the configuration of this polarizing optical device, it is possible to image the difference in the local complex reflection coefficient ratio of the protein thin film on the surface of the sample on which the incident wave is incident.

상기에서 언급한 바와 같이, 복소 반사 계수비의 변화는 단백질의 결합에 기인하기 때문에, 이 원리를 통해 고체 표면에서의 단백질의 결합을 검출할 수 있다.As mentioned above, since the change in the complex reflection coefficient ratio is due to the binding of the protein, this principle makes it possible to detect the binding of the protein on the solid surface.

실시예 1에서는 고체 표면 위에 형성된 수나노미터 두께의 단백질 박막의 패턴을 상기에서 설명한 방법으로 화상화한 예이다.In Example 1, the pattern of the several nanometer-thick protein thin film formed on the solid surface was imaged by the method demonstrated above.

단백질 박막의 배열의 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역과의 차이를 확인할 수 있었다.The difference between the present and nonexistent regions of the protein thin film array was confirmed.

실시예 2에서는 본 발명에서 제시한 기술을 이용하여 단백질 칩 분석에 적용한 예이다.Example 2 is an example applied to protein chip analysis using the technique proposed in the present invention.

고체 표면에 형성된 단백질 박막은 대장균의 표면에 존재하는 단백질과 결합하며, 이로 인한 단백질 박막의 복소 굴절율의 변화를 본 발명에서 제시한 방법으로 검출할 수 있었다.The protein thin film formed on the solid surface binds to the protein present on the surface of E. coli, and thus the change in the complex refractive index of the protein thin film could be detected by the method proposed in the present invention.

이하에서 실시예를 구체적으로 설명하였다. 하기 실시예들은 본 발명의 적용 예를 설명한 것으로 본 발명의 범위가 이에 의한 한정되지 않음은 자명하다.The embodiment has been described in detail below. The following examples illustrate the application of the present invention, it is obvious that the scope of the present invention is not limited thereto.

(실시예 1)(Example 1)

본 실시예에서는 고체 표면에 단백질 박막 패턴을 형성시키고, 본 발명에서제시한 방법에 의해 단백질 박막의 패턴을 화상으로 촬영하였다.In this embodiment, a protein thin film pattern was formed on a solid surface, and the pattern of the protein thin film was photographed by the method suggested by the present invention.

실리콘 웨이퍼 위에 크롬 50nm, 금 100nm를 박막을 증착한 고체 기판을 제작하였다.A solid substrate on which a thin film of chromium 50 nm and gold 100 nm was deposited on a silicon wafer was fabricated.

고체 기판을 11-MUA(11-mercaptoundecanoic acid)의 에탄올 용액(150mM)에 12시간 이상 동안 담가둠으로 11-MUA의 박막을 고체 표면에 형성시켰다.A thin substrate of 11-MUA was formed on the solid surface by soaking the solid substrate in ethanol solution (150 mM) of 11-MUA (11-mercaptoundecanoic acid) for 12 hours or more.

이 11-MUA 박막에 EDAC(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide) 용액을 반응시킴으로써, 이후의 단백질과의 결합이 가능하도록 하였다.The 11-MUA thin film was reacted with EDAC (1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) solution to allow subsequent binding to proteins.

이 활성화된 11-MUA 막에 단백질의 한 종류인 anti-BSA(Bovine Serum Albumine)의 수용액(3.4mg/ml)을 올렸다.The activated 11-MUA membrane was loaded with an aqueous solution of anti-BSA (Bovine Serum Albumine) (3.4 mg / ml).

이때, 투입된 단백질 수용액의 양은 각 영역당 약 0.7nl 였으며, 이로 인해 형성된 단백질 박막은 약 지름 250㎛의 원형 패턴이였다.At this time, the amount of the injected protein aqueous solution was about 0.7nl for each region, the resulting protein thin film was a circular pattern of about 250㎛ diameter.

투입된 단백질 수용액과 11-MUA 막과의 결합을 위해 24시간 이상 동안 냉장 보관하였다.It was refrigerated for at least 24 hours for binding of the injected protein aqueous solution and 11-MUA membrane.

결합이 완료 된 후에 단백질이 결합된 기판을 물로 세척하고 질소로 건조시킨 후에 본 발명에서 제시한 기술로 단백질 박막의 형성을 확인하였다.After the binding was completed, the protein-bound substrate was washed with water and dried with nitrogen, and then the formation of the protein thin film was confirmed by the technique proposed in the present invention.

사용된 광원은 632.8nm의 헬륨-네온 레이저이며, 이 레이저 빔의 단면은 대략 600㎛의 지름을 가진다.The light source used is a helium-neon laser of 632.8 nm, the cross section of which is approximately 600 mu m in diameter.

도 2는 본 발명에서 제시한 기술에 의해 화상으로 촬영한 단백질 박막의 패턴이며, 단백질 박막의 두께는 보통 수나노미터 정도이기 때문에 가시적으로는 확인할 수 없다.Figure 2 is a pattern of a protein thin film taken by the image proposed by the present invention, the thickness of the protein thin film is usually about a few nanometers can not be visually confirmed.

632.8nm의 파장대에서 금 기판의 복소 굴절률의 굴절률 성분은 0.15, 소광 계수 성분은 3.5-3.6이이며, 단백질 박막의 복소 굴절률은 굴절률 성분이 1.4-1.6, 소광 계수 성분이 0으로 알려져 있다.It is known that the refractive index component of the complex refractive index of the gold substrate is 0.15 and the extinction coefficient component is 3.5-3.6 in the wavelength range of 632.8 nm, and the complex refractive index of the protein thin film is 1.4-1.6 and the extinction coefficient component is 0.

이러한 기판과 단백질 박막과의 복소 굴절률의 차이로 인해, 입사파의 조사 영역에서의 복소 반사 계수비의 차이가 발생하며, 이로 인한 광 세기의 국지적 차이가 화상으로 촬영될 수 있음을 확인하였다.Due to the difference in the complex refractive index between the substrate and the protein thin film, it is confirmed that the difference in the complex reflection coefficient ratio in the irradiation region of the incident wave occurs, and thus the local difference in the light intensity can be photographed.

또한, 단백질 박막의 여러 영역에서의 복소 반사 계수비의 차이를 동시에 검출할 수 있음도 확인하였다.It was also confirmed that differences in complex reflection coefficient ratios in various regions of the protein thin film can be detected simultaneously.

(실시예 2)(Example 2)

본 실시예에서는 고체 표면에 고정화된 단백질 박막과 외부에서 투입된 단백질과의 결합에 본 발명의 기술을 적용함으로써, 복소 반사 계수 비 변화의 측정을 이용한 단백질간의 결합의 검출을 확인하였다.In the present Example, by applying the technique of the present invention to the binding between the protein thin film immobilized on the solid surface and the protein introduced from the outside, the detection of the binding between proteins using the measurement of the complex reflection coefficient ratio change was confirmed.

특히, 실제 단백질 칩을 조립함으로써, 구체적인 적용 예를 제시하였다.In particular, by assembling the actual protein chip, a specific application example is presented.

실시 예 1에서와 마찬가지로, 실리콘 웨이퍼 위에 크롬 50nm, 금 100nm를 증착한 고체 기판을 제작하였다.As in Example 1, a solid substrate on which 50 nm of chromium and 100 nm of gold was deposited was fabricated on a silicon wafer.

고체 기판을 11-MUA(11-mercaptoundecanoic acid)의 에탄올 용액(150mM)에 12시간 이상 동안 담가둠으로 11-MUA의 박막을 고체 표면에 형성시켰다.A thin substrate of 11-MUA was formed on the solid surface by soaking the solid substrate in ethanol solution (150 mM) of 11-MUA (11-mercaptoundecanoic acid) for 12 hours or more.

이 11-MUA 박막에 EDAC(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide) 용액을 반응시킴으로써, 이후의 단백질과의 결합을 위해 활성화시켰다.The 11-MUA thin film was reacted with EDAC (1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) solution to activate it for subsequent protein binding.

단백질의 한 종류인 항체를 고정화할 수 있는 단백질인 protein G의 수용액 (농도 5mg/ml)을 올렸다.An aqueous solution of protein G (concentration 5 mg / ml), which can immobilize an antibody, a type of protein, was raised.

이때, 투입된 단백질의 양은 대략 0.7nl 였으며, 형성된 단백질 박막의 패턴은 직경 250㎛의 원이었다.At this time, the amount of protein introduced was approximately 0.7nl, and the pattern of the formed protein thin film was a circle having a diameter of 250㎛.

Protein G와 MUA 박막과의 결합을 위해 24시간 이상 냉장 보관하였다.It was refrigerated for more than 24 hours to bind Protein G and MUA thin film.

냉장 보관된 기판을 물로 세척한 후, protein G 박막이 형성된 영역 이외의 영역에 다른 단백질의 결합을 방지하기 위해 단백질의 한 종류인 BSA 수용액 (농도 3%)에 12시간 이상 담가 두었다.After washing the refrigerated substrate with water, it was immersed in a BSA aqueous solution (concentration 3%) for more than 12 hours to prevent the binding of other proteins in the region other than the protein G thin film region.

BSA 처리가 완료된 고체 기판에 단백질의 한 종류인 항체를 고정화시키기 위해 항체 수용액(농도 50pM)을 올리고 24시간 냉장 보관하였다.In order to immobilize an antibody, a kind of protein, on a BSA-treated solid substrate, an aqueous antibody solution (concentration 50pM) was raised and refrigerated for 24 hours.

고정화된 항체는 대장균의 표면에 있는 단백질과 결합할 수 있는 항체로 선정하였다.The immobilized antibody was selected as an antibody capable of binding to a protein on the surface of E. coli.

냉장 보관된 고체 기판을 증류수로 세척함으로써, 최종적인 단백질 칩의 조립을 완성하였다.The refrigerated solid substrate was washed with distilled water to complete the assembly of the final protein chip.

조립된 단백질 칩들에 대장균 수용액을 농도(103, 105, 107CFU/ml) 별로 각각 투입하였으며, 3시간 이상 냉장 보관하였다.E. coli aqueous solution was added to the assembled protein chips for each concentration (10 3 , 10 5 , 10 7 CFU / ml), and refrigerated for more than 3 hours.

대장균 수용액에 반응시킨 단백질 칩은 증류수로 세척한 후 건조시켰다.Protein chips reacted with the E. coli aqueous solution were washed with distilled water and dried.

최종적으로 농도별 대장균 수용액과 반응시킨 단백질 칩의 단백질 패턴을 복소 반사 계수비의 차이에 의한 화상으로 촬영하였다.Finally, the protein pattern of the protein chip reacted with the E. coli aqueous solution at different concentrations was photographed by the difference of the complex reflection coefficient ratio.

실시예 1에서와 동일한 광원을 이용하였다.The same light source as in Example 1 was used.

도 3a 내지 3d는 각 단백질 칩에서 나타난 복소 반사 계수비의 차이에 의한 단백질 박막의 패턴들이다.3A to 3D are patterns of the protein thin film due to the difference in the complex reflection coefficient ratio shown in each protein chip.

도 3a, 3b, 3c, 3d는 단백질 박막 영역에서 서로 다른 광세기를 나타내고 있다.3A, 3B, 3C, and 3D show different light intensities in the protein thin film region.

따라서, 단백질 박막 영역의 평균 광세기를 계산하였으며, 계산된 평균 광세기와 반응시킨 대장균의 농도와 상관 관계의 그래프를 도 4에 나타내었다.Therefore, the average light intensity of the protein thin film region was calculated, and a graph of the correlation between the calculated average light intensity and the concentration of E. coli reacted is shown in FIG. 4.

평균 광세기와 대장균의 농도와는 높은 상관 관계(R2= 0.97)를 보이고 있다.There is a high correlation between the average light intensity and the concentration of E. coli (R 2 = 0.97).

이로써, 본 발명에서 제시한 단백질간의 결합에 의한 복소 반사 계수비의 국지적인 변화 측정을 이용한 단백질 결합의 검출을 증명하였다.This demonstrated the detection of protein binding using a local measurement of the complex reflection coefficient ratio due to the binding between proteins presented in the present invention.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 고체 표면에서의 단백질의 결합 또는 단백질과 단백질간의 결합을 검출하기 위해, 복소 반사 계수비의 국지적 변화 측정을 이용하기 때문에 기존의 주된 방법인 표지 단백질의 이용이 생략된다.As described above, according to the present invention, in order to detect the binding of the protein on the solid surface or the binding between the protein and the protein, the measurement of the local change in the complex reflection coefficient ratio is used, so that the use of the label protein, which is the main method, is omitted. .

이로 인해, 검출 시간의 단축, 검출 과정이 단순화되며, 고도의 숙련된 기술자가 요구되지 않으며, 고가의 표지 단백질 사용이 없으므로 비용 절감 효과를 가질 수 있다.This shortens the detection time, simplifies the detection process, does not require a highly skilled technician, and there is no expensive labeling protein, thereby reducing costs.

또한, 최근의 표면 플라즈몬 공명 기술로 대표되는 기기 분석의 문제점인 단백질 배열에서의 동시 검출의 어려움을 해결할 수 있는 기술로서 단백질 칩 기술의 임상 적용을 위한 자동화가 가능해질 수 있다.In addition, as a technology capable of solving the difficulty of simultaneous detection in the protein array, which is a problem of instrumental analysis represented by the recent surface plasmon resonance technology, automation for clinical application of the protein chip technology may be enabled.

Claims (3)

고체 기판 표면에 발생하는 항원-항체 결합 등의 단백질이 결합된 박막에, 편광 광학장치의 편광기와 보상기를 통과하며 편광된 빛이 입사된 후 반사되어 대물렌즈를 통해 확대되고 분석기를 통과한 후에 광 감지기에서 빛의 세기를 측정함으로써, 단백질 박막의 복소 굴절귤의 차이에 의한 복사 반사 계수비의 국지적 차이를 검출하고, 이를 이용하여 단백질의 결합을 검출하는 것을 특징을 하는 복소 반사 계수비의 국지적인 차이를 이용한 고체 표면에서의 단백질 결합 검출방법.In a thin film on which a protein such as antigen-antibody binding occurs on the surface of a solid substrate, the polarized light passes through a polarizer and a compensator. By measuring the intensity of light in the detector, the local difference in the coefficient of radiation reflection due to the difference in the complex refraction of the protein thin film is detected, and using the local detection of the complex reflection coefficient ratio characterized by detecting the binding of the protein Method for detecting protein binding on solid surface using difference. 제 1 항에 있어서, 고체 표면에서 발생하는 단백질 결합에 의한 단백질 박막의 복소 굴절률 변화 및 이에 따른 복소 반사 계수비의 변화를 단백질 박막의 편광 반사 특성을 이용하여 검출할 때, 복소 반사 계수비의 국지적인 차이에 의한 고체 표면에서의 단백질 결합을 씨씨디 카메라로 촬영하여 화상으로 확인할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 복소 반사 계수비의 국지적인 차이를 이용한 고체 표면에서의 단백질 결합 검출방법.The method according to claim 1, wherein when detecting the change in the complex refractive index of the protein thin film and the corresponding change in the complex reflection coefficient ratio by the protein binding occurring on the solid surface using the polarization reflection characteristics of the protein thin film, A method for detecting protein binding on a solid surface using a local difference of a complex reflection coefficient ratio, characterized by allowing a CD camera to confirm protein binding on a solid surface due to a phosphorus difference. 제 1 항에 있어서, 상기 복소 반사 계수비의 국지적인 차이 검출을 이용한 단백질 결합 검출방법을 이용하여 단백질 칩 및 단백질 면역센서 어레이에 대해서도 단백질 결합을 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 복소 반사 계수비의 국지적인 차이를 이용한 고체 표면에서의 단백질 결합 검출방법.2. The complex reflection coefficient ratio of claim 1, wherein protein binding can also be detected for a protein chip and a protein immunosensor array using a protein binding detection method using local difference detection of the complex reflection coefficient ratio. Method for detecting protein binding on a solid surface using a local difference of.
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