KR20070064553A - 표면 강화된 분광 활성 복합 나노입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정량화, 위치선정, 확인, 트래킹 및 진단을 위해 관심있는 실재물에 공유적 또는 비공유적으로 부착될 수 있는 1미크론 미만 크기의 입자 또는 라벨에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일반적으로 정량화(quantification), 위치선정(location), 확인(identification) 또는 트래킹(tracking)을 목적으로 관심있는 실재물에 공유적 또는 비공유적으로 부착될 수 있는 1 미크로 미만 크기(submicron-sized)의 입자 또는 라벨에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 표면 강화된 분광 활성 복합 나노입자, 이들 입자의 제조 방법 및 이들 입자의 사용방법에 관한 것이다.
형광은 생체분자를 트래킹하고 정량화시키는 일차 수단이다. 형광 태그는 DNA 서열화, 마이크로어레이(microarrarys)를 이용한 유전자 발현 분석, 유동 세포 분석법(flow cytometry) 및 이의 변형법, RT-PCR 및 다수의 다른 응용에 사용된다. 특히 관심있고 중요성이 증가하고 있는 하나의 분야는 세포내 영상화(intracellular imaging)이다. 형광물질(fluorophore) 및 억제제(quencher) 사이 간격에서 이벤트 주도 변화(event-driven changes)로 형광 세기의 변화를 유도하는 형광 공명 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer; FRET)에 의해 생체분자 결합(binding)/탈결합(debinding) 이벤트가 모니터링되어 왔다. 백혈구 상의 표면 항체 마커에 대한 형광물질의 공유적 부착이 세포 분석법의 기초이 며; 또한, 형광 태그의 공유적 부착은 세포내의 모든 소기관 및 세포가 일으키는 실질적인 모든 공정을 가시화시키는 데에 사용되어 왔다. 이들의 많은 장점에도 불구하고, 유기 형광물질은 몇가지 제한이 있다. (i) 이들은 여기 상태(excited state)가 기저 상태(ground state)보다 더 우수한 산화제 및 더 우수한 환원제임에 따라 광표백(photobleaching) 및 광분해(photodecomposition)에 매우 민감하다. (ii) 형광 방출 외피가 넓어서 분광적 직각 태그의 수가 제한된다. (iii) 형광은 전형적으로 생물학적 샘플이 고유 백그라운드 형광을 나타내는 영역인 가시영역에서 여기된다. (iv) 여러가지 색의 형광물질은 종종 매우 상이한 구조 및 화학적 성질을 가져서 상이한 부착 및 조작 방식을 필요로 한다.
형광 나노입자 반도체(fluorescence nanoparticulate semiconductors)(quantum dots; 양자점)의 발달은 형광에 기초한 광학 검출 태그의 이용을 확대시켜왔다 [Chan, et al., Science 1998, 281, 2016-18; Bruchez et al., Science 1998, 281, 2013-16]. 본원에 언급되는 찬(Chan) 등의 문헌, 및 다른 특허, 특허출원 및 공보는 그 전체 내용이 본원에 참고문헌으로 인용되었다. 양자점은 유기 형광물질보다 훨씬 더 적은 광표백을 나타내며, 가시 영역에서 더 좁은 방출 대역폭을 갖는다. 더 좁은 방출 외피의 결과는 가시 영역에서 더 좁은 여기 외피이지만; 결과적으로, 생물계에 대해서 최적인 것보다 더 적은 다중 태그를 여기시키기 위해서는 자외선이 필요하다. 더욱이, 양자점의 대역폭은 입자들이 적색 영역에서, 특히 근 IR에서 방출됨에 따라 상당히 증가하며, 따라서, 많은 더 적은 색이 이용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 양자점은 보장된 결과를 가지고 세 포내 영상화 분야에 널리 사용되어 왔다. 최근의 보고서는 표피 성장인자의 결합 및 세포유입을 트래킹하기 위해 그리고 생세포의 비오틴화된 표면 단백질에 세포유입되거나 부착된 양자점의 장기간 영상화를 위해 양자점을 사용하였다. 그러나, 많은 문헌은 세포 운반에 대한 비-표적(non-targeted) 시도를 설명하고 있다. 다양한 비율의 5가지 색의 양자점을 세포 아형 내로 도입시켜서 10가지 독특한 코드를 생성시키기 위해 펩티드 전좌 도메인(peptide translocation domain)이 사용되었다. 다양한 보고서는 리포펙션 시약(lipofection reagent) 및 변환 펩티드를 사용하는 것을 포함하여, 양자점에 의해 암호화시킨 후에 마우스에 주입된 세포를 트래킹하는 것을 설명하고 있다. 제노푸스 배아(Xenopus embryos)의 발달은 또한 미셀-캡슐화된 양자점의 주입 후에 트래킹되었다. 불행히도, 세포유입된 양자점은 격리되고 추가의 세포내 라벨링에 참여할 수 없으며, 트랜스펙션 및 전기영동에 의해 운반된 양자점은 응집하는 경향이 있다. 미세주입은 비응집 양자점의 운반을 가능하게 하지만, 고도의 기술을 필요로 하는 일련의 공정이다. 부가적으로, 자외선을 이용한 장기간 영상화는 양자점의 분해를 유발시킬 수 있고, 분광 시프트(spectral shifts) 및 세포독성을 야기시킬 수 있다. 또한, 세포 내로의 금속 나노입자의 도입이 설명되었다. 금속 나노입자는 세포질 내로 미세주입된 콜로이드성 금의 코어 흡수를 시험하기 위해 전자 현미경이 사용된 1990년에 생세포 내측에 성공적으로 도입되는 것으로 입증되었다 [Feldherr, et al, J Cell Biol 1990, 111, 1-8; Feldherr, et al., J Cell Biol 1991, 115, 933-39]. 이 분야는 펩티드 변형된 콜로이드성 금의 코어 표적화 능력을 트래킹하기 위해 비디오-강화 색 현미 경을 사용함으로써 진보되었다. 몇몇의 보고서는 실시간으로 생세포에 대한 막-전달 단백질의 역학을 트래킹하기 위해 생물분자로 Ag 및 Au 나노입자를 변형시켜서 이들 입자로부터 강한 플라스몬 공명(plasmon resonance)의 장점을 취하였다. 이들 두가지 기술 모두에서 광표백의 부재는 입자의 어떠한 분해도 없이 장기간 영상화를 가능하게 한다. 이론적으로, 입자 크기, 형태 및 조성은 다중화된 플라즈몬 공명 영상화 실험이 가능하도록 조절될 수 있지만, 실제 문제로서, 모든 입자를 소정의 크기로 만드는 데에 있어서의 어려움과 결부된 특징의 폭은 색의 수를 2 내지 3개로 감소시킨다.
라만 산란(Raman scattering)은 생물학적 샘플에서 고유 백그라운드 형광을 여기시키기에는 너무 작은 단색성 원적색(far-red) 또는 근적외선(near-IR light) 광자 에너지를 사용하여 쉽게 여기된다. 라만 스펙트럼은 전형적으로 200 내지 3500㎝-1의 진동 에너지를 나타내고, 개별적 진동은 전형적으로 매우 좁은 대역폭, 즉 < 50㎝-1 을 갖기 때문에, 모두 단일 광원을 사용하여 12개(또는 그 이상)의 정보를 동시에 측정할 수 있을 것으로 예상될 수 있지만; 정상 라만 산란은 매우 약하여 생분석 화학에서의 사용을 위한 이것의 이용이 제한된다. SERS에서, 귀금속 표면(금, 은, 구리) 상의 나노 규모의 조도(roughness) 특성에 매우 근접한 분자는 산란 효과를 백만배 내지 백경배 증가시킨다 [강화 인자(enhancement factor; EF)로서 공지됨]. SERS는 또한 개별적 금속 나노입자에 흡착된 분자를 검출하기 위해 사용될 수 있으며, 단일 분자의 검출을 입증하기 위해 사용되어 왔다.
본 발명은 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정(faradic electrochemical process)을 포함하며; 금속의 침적을 반복하는 단계; 및 적어도 두개의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 제 1 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 3 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며; 제 1 금속 및 제 2 금속을 침적시키는 단계를 반복하는 단계; 및 각각 상기 제1 금속 및 상기 제 2 금속을 포함하는 적어도 두개의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위한 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 3 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 최적화된 SACN을 제조하는 것을 포함하는 방법을 제공하며, 여기에서 상기 최적화된 SACN은 SACN을 제조하는 과정 동안 입자 표면에 비가역적으로 결합된 물질을 제거하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되며, 상기 스펙트럼의 백그라운드 신호는 최적화되지 않은 상응하는 SACN에 의해 생성된 스펙트럼과 비교하여 감소된다.
본 발명은 또한 SACN 입자를 이용하는 검정에서 백그라운드 신호를 감소시키는 것을 포함하는 방법을 제공하며, 여기에서 상기 감소는 분석하려는 샘플, SACN 입자 및 검정 용기로 구성된 군으로부터 선택된 구성요소로부터 불순물을 제거하는 것을 포함한다.
본 발명은 또한, 각각 상이한 라만 태그를 포함하는 다수의 SACN 입자를 제조하는 단계; 라만 태그의 세기 비율을 측정하는 단계; 및 가장 약한 세기를 갖는 태그의 세기에 대해 정규화된 태그의 세기를 갖는 제 2의 다수의 SACN 입자를 제조하는 단계를 포함하여, 라만 스펙트럼에서 실질적으로 동일한 피크 세기를 갖는 다수의 SACN을 제조하는 방법을 제공한다. 몇 실시예에서, 태그는 태그의 양이 감소된 SACN을 제조함으로써 정규화되며, 여기에서 감소된 양은 태그의 세기 대 가장 약한 태그의 세기의 비의 역에 의해 정의된다. 또 다른 실시예에서, 태그는 실란(silane) 양이 증가된 SACN을 제조함으로써 정규화되며, 여기에서 증가된 양은 태그의 세기 대 가장 약한 태그의 세기의 비의 역에 의해 정의된다.
본 발명은 또한, 나노입자 코어, 라만-활성 리포터 분자(reporter molecule), SiO2 봉합제(encapsulant) 및 -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 포함하는 SACN을 제공한다. 본 발명은 또한, 나노입자를 제공하는 단계; 라만-활성 리포터 분자를 상기 나노입자와 결합시키는 단계; 나노입자를 SiO2로 봉합하는 단계; 및 -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 함유하도록 SiO2를 변형시키는 단계를 포함하여, 활성화된 SACN을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 나노입자; 상기 나노입자와 결합된 라만-활성 리포터 분자; SiO2 봉합제, 및 단백질 및 핵산으로 구성된 군으로부터 선택된 생체분자를 포함하는 생접합된 SACN(bioconjugated SACN)를 제공한다.
본 발명은 또한, 생물학적 샘플을 수득하는 단계; 샘플을 분석물에 결합한 생체분자를 포함하는 생접합된 SACN과 접촉시키는 단계; 및 상기 생접합된 SACN에 결합된 분석물을 검출하는 단계를 포함하여 분석물을 검출하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 샘플을 샘플 내에서 분석물과 결합시키기 위해서 측류 검정(lateral-flow assay) 표면 상에서 분석물에 대한 적어도 하나 이상의특이적 결합 파트너와 접촉시키는 단계; 단계 (a) 이전에, 동시에 또는 후속적으로, 적어도 하나 이상의분석물 결합 파트너를 SACN과 결합시키는 단계; 및 SERS 신호를 검출하여, 분석물의 존재가 신호의 세기 또는 존재에 의해 샘플에서 결정되며, 샘플 내에서 적어도 하나 이상의분석물의 존재가 결정되는 것을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, CCD 카메라가 장착된 현미경을 제공하는 단계; 세포를 제공하는 단계; 세포 또는 세포의 일부분에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의SACN과 세포를 접촉시키는 단계; 세포와 카메라 사이에 데이터 파수 필터링 장치(data wavenumber filtering device)를 제공하는 단계; 다수의 데이터 세트를 획득하는 단계; 및 데이터 세트를 어셈블링하는 단계를 포함하여, SACN의 공간 프로파일이 획득되는 것을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 나노입자; 상기 나노입자와 결합된 적어도 하나 이상의 라만-활성 리포터 분자; 및 SiO2 봉합제를 제공한다. 본 발명은 또한, HAuCl4를 염산 히드록실아민과 접촉시키는 단계; 단계 (a)에서 생성된 용액을 시트르산 나트륨 무수화물과 NaBH4의 혼합물과 추가로 접촉시켜 금 나노입자를 생성시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 상기 기술된 방법에 의해 제조된 금 나노입자를 제공하는 단계; 라만-활성 리포터 분자를 상기 나노입자와 결합시키는 단계; 및 나노입자를 SiO2로 봉합하여 SACN을 제조하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 이방성(anisotropic) 금속 나노입자; 상기 이방성 금속 나노입자와 결합된 SERS-활성 리포터 분자; 및 이방성 금속 나노입자를 봉합하는 SiO2를 포함하는 나노입자를 제공한다.
본 발명은 또한, SACN 나노입자 영상화제를 환자에게 투여하는 단계; 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 시스템을 사용하여 환자를 스캐닝하는 단계; 및 환자 내부 부위의 스펙트럼 또는 영상을 생성시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.본 발명은 또한, 이상 병변에 수반되는 분자에 대해 표적화된 다수의 SACN을 이상 병변을 갖는 환자에게 투여하는 단계, 여기에서 SACN은 이상 병변과 관련된 분자에 결합되게 되며; 결합된 SACN의 영상을 수득하여 이상 병변을 진단할 수 있는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, SACN을 동물에 주입시키는 것을 포함는 동물을 SACN으로 표리포터키는 방법을 제공하며, 여기에서 상기 주입은 피하주입 및 정맥내 주입으로 구성된 군으로부터 선택된다. 본 발명은 또한, 조직 샘플을 조직 샘플에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 생체분자-접합된 SACN 입자와 접촉시키는 단계; 및 (b) 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물의 라만 영상을 획득하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 코어/쉘 나노입자, 상기 코어/쉘 나노입자와 결합된 적어도 적어도 하나 이상의 라만-활성 리포터 분자; 및 SiO2 봉합제를 제공한다.
본 발명은 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 적어도 하나 이상의 상기 제 1 재료 및 제 2 재료의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며; 금속을 침적시키는 단계를 반복하는 단계; 및 산 처리에 의해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시켜서 적어도 두개 이상의 다공성 유리 금속 나노입자를 생성시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
표면 강화된 분광 활성 복합 나노입자는 각각 본원에 참고문헌으로 인용된 미합중국 특허 제6,514,767호["Surface Enhanced Spectroscopy-Active Composite Nanoparticles"], 2003년 1월 16일자로 출원된 미합중국 특허 출원 10/345,821["Surface Enhanced Spectroscopy-Active Composite Nanoparticles"] 및 2004년 3월 29일자로 출원된 미합중국 특허 출원 60/557,729["Surface Enhanced Spectroscopy-Active Composite Nanoparticles"]에 기술되어 있다.
본 발명은 표면 강화된 분광 활성 복합 나노입자(SACN)의 신규 제조 방법, 및 개선된 SACN의 제조 방법을 제공한다. 이러한 나노입자는 각각 SES-활성 금속 나노입자, 금속 표면에 매우 근접하여 있는 분광 활성 종의 서브 단일분자층, 단일분자층 및 다중분자층, 및 중합체, 유리(SiO2) 또는 임의의 다른 유전 물질을 포함하는 봉합 쉘(shell)Z을 포함한다. 이는 분광 활성 분자(본원에서는 "리포터(reporter)"로 명명함)을 금속 나노입자와 봉합제 사이의 계면에 위치시킨다. 전형적인 실시예로, SACN은 (i) 금속 나노입자 코어(예를 들어, Au 또는 Ag), (ii) 독특한 진동 신호를 제공하는 라만 활성 리포터, 및 (iii) 생체분자의 후속 부동화에 대해 고도로 양립할 수 있는 표면을 또한 제공하면서 리포터 분자를 위치에 "고정시키는(locks)" SiO2 봉합제를 포합한다. 본질적으로 SERS-비활성인 유리 코팅이 또한 응집에 대해 입자를 안정화시키고, 원하지 않는 종의 경쟁적 흡착을 방지한다. 일부 실시예에서, 리포터 및 봉합제는 순차적으로 나노입자 코어 내로 도입된다. 일부 실시예에서, 봉합제는 리포터 분자를 포함한다. 일부 실시예에서, SACN은 추가로 나노입자에 인접한 중합체 코팅을 포함한다.
나노입자 코어은 당분야에 공지된 임의의 나노입자일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "나노입자", "나노구조", "나노결정", "나노태그" 및 "나노성분"은 입자, 일반적으로 1nm 내지 1000nm의 임의의 정수값을 포함하여 약 1nm 내지 약 1000nm의 범위에서 한 치수를 갖는 금속 입자를 언급하기 위해 호환적으로 사용된다. 일부 실시예에서, 금속 나노입자 코어는 직경이 20 내지 200nm인 구형 도는 거의 구형 입자이다. 일부 실시예에서, 범위는 약 2nm 내지 약 50nm이며, 일부 실시예에서는 약 20nm 내지약 50nm(예를 들어, 약 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 50nm)이다. 이방성 나노입자는 일정 길이 및 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이방성 나노입자의 길이는 나노입자가 생성되는 구멍에 평행한 치수이다. 이방성 나노입자의 경우에, 일부 실시예에서, 나노입자는 350nm 이하의 치수(폭)를 갖는다. 다른 실시예에서, 나노입자는 250nm 이하의 직경을 가지며, 일부 실시예에서는 100nm 이하의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 폭은 15nm 내지 300nm이다. 일부 실시예에서, 나노입자는 약 10 내지 350nm의 길이를 갖는다.
나노입자는 등방성(isotropic) 또는 이방성(anisotropic)일 수 있다. 나노입자는 콜로이드성 금속 중공(colloidal metal hollow) 또는 충전된 나노바아(filled nonobars), 자성(magnetic), 상자성(paramagnetic), 전도성(conductive) 또는 절연 나노입자(insulating nanoparticles), 합성 입자(synthetic particles), 하이드로겔(콜로이드 또는 바아) 등을 포함한다. 나노입자는 타원, 막대, 원형, 피라미드, 입방체, 원통, 나노헬릭스, 나노스프링, 나노링, 막대형 나노입자, 화살형 나노입자, 눈물방울형 나노입자, 테트라포드형 나노입자, 프리즘형 나노입자 및 다수의 다른 기하학적 및 비기하학적 형태를 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 다양한 형태로 존재할 수 있음이 당업자에게 인지될 것이다. 기술된 또 다른 부류의 나노입자는 내푸 표면적을 갖는 것을 포함한다. 이들은 중공 입자 및 다공성 또는 반 다공성 입자를 포함한다. 더욱이, 이들 형태의 입자를 제조하고, 특정의 경우에는 이들 형태의 SERS 활성 입자를 제조하기 위한 방법은 관련문헌에 기술되어 있음이 이해된다. 입자 형태 및 종횡비는 나노입자의 물리적, 광학적 및 전자적 특성에 영향을 줄 수 있는 것으로 인식되지만, 특정 형태, 종횡비 또는 내부 표면적으로 존재/부재는 나노입자로서의 입자의 적격화에 영향을 주지 않는다.
많은 SERS 관련문헌(실험 및 이론)은 이방성 입자(막대형, 삼각형, 프리즘)가 구형체와 비교하여 증가된 강화를 제공함을 제시한다. 예를 들어, 소위 "안테나 효과(antenna effect)"는 라만 강화가 더 높은 곡률의 부위에서 더 커지는 것으로 기대됨을 예측한다. Ag 프리즘 및 "가지달린(branced)" Au 입자를 포함한 이방성 입자의 많은 보고서가 최근에 기술되었다. SACN의 생성을 위한 빌딩 블록으로서 사용되는 이러한 이방성 입자가 본 발명의 범위 내에 있다.
이방성 Au 및 Ag 나노로드는 나노바코드(Nanobarcodes®)의 생성과 유사한 방식으로 사전생성된 알루미나 템플레이트 내로 전착시킴으로써 생성될 수 있다 [참조예: Nicewarner-Pena, S.R.; Freeman, R.G.; Reiss, B.D..; He, L.; Pena, D.J.; Walton, I.D.; Cromer, R.; Keating, C.D.; Natan, M.J. "Submicrometer metallic barcodes." Science 2001, 294, 137-141.; Walton, I.D.; Norton, S.M.; Balasingham, A.; He, L.; Oviso, D.F.J.; Gupta, D.; Raju, P.A.; Natan, M.J.; Freeman, R.G. "Particles for multiplexed analysis in solution: detection and identification of striped metallic particles using optical microscopy," Anal. Chem. 2002, 74, 2240-2247]. 이들 나노바코드 입자는 재료, 전형적으로 Au 및 Ag의 교호층(alternating layer)을 사전 생성된 알루미나 템플레이트 내로 침적시킴으로써 제조될 수 있다. 전형적인 실시예로서, 나노바코드 입자는 직경이 약 250nm이고, 길이는 약 6 마이크론이다.
SACN에 사용하려는 금속 나노입자를 제조하기 위해, 전착은 예를 들어 실시예 10에 기술된 더 작은 직경의 공극에서 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 공극 직경은 100nm 미만이며, 일부 실시예에서는 10 내지 50nm이다. 이들 치수를 갖는 균일한 알루미나 템플레이트는 수가지 연구 그룹에 의해 보고되었다. 이러한 템플레이트는 현재 상용화되고 있다. 이와 같이, 일 실시예에서, 본 발명은 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며; 공극 내로 금속을 침적시키는 단계; 및 적어도 두개의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 이 실시예에서, 공극-결합 나노입자는 조성 ABA를 가지며, B 및 템플레이트의 방출시에, A의 2가지 입자가 생성된다. 침적은 조성 (AB)n 및 A(BA)n(n은 1 내지 1000의 임의의 정수임)을 갖는 단편을 생성시키도록 반복될 수 있으며, 템플레이트로부터의 방출시에 A의 n가지 또는 n+1가지 입자가 생성된다.
일 실시예에서, 상기 방법으로 제조된 SACN은 직경이 약 250nm이고, 길이가 약 250nm이다. 상기 방법의 예는 실시예 10B에 기술되어 있다. 도 15A 및 B는 상기 방법에 의해 제조된 SACN의 도면이다. 이들 입자는 막대형인 것으로 보이지만, 도 16A 및 B에 도시된 더 근접한 도면은 이들 입자가 비기하학적 형태를 가짐을 나타낸다. 비기하학적 형태는 입자의 제조에서 금속(예를 들어, Au)과 방출시키려는 재료(예를 들어, Ag) 사이의 매끄러운 계면의 결핍으로부터 일어나는 것으로 믿어진다. 매끄러운 계면의 결핍은 합금을 생성시키기 위한 2가지 금속의 상호확산, 및 방출 단계 동안의 후속 비합금화로부터 일어날 수 있다. 이들 비기하학적 입자는 도 17A 및 B에 도시된 바와 같이 SERS용으로 유용하다. Au 및 Ag의 신중한 동시 침적(예를 들어, 80:20 Au:Ag)은 현저한 합금화를 유도할 것이며, Ag의 후속 산작용 용해는 상당한 내부 표면적을 갖는 매우 고도로 얽힌 자국이 있는 표면을 유도할 수 있다. 리포터 분자가 이러한 내부 자리에 접근하여, SERS 활성 나노입자 사이의 높아진 전자기장이 발생할 정도로, 이러한 표면은 개선된 SERS 작용을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명은 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 제 1 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 금속을 침적시키는 단계; 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 3 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며; 제 1 금속 및 제 2 금속을 침적시키는 단계를 반복하는 단계; 및 각각 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 적어도 두개 이상의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위한 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 3 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 상기 실시예에서, 공극-결합 단편화된 나노입자는 조성 ACBAC를 가지며, B 및 템플레이트의 방출시에 AC의 2가지 입자가 생성된다. 침적은 조성 (ACB)n, 여기에서 n은 1 내지 1000의 임의의 정수를 갖는 단편을 생성시키도록 반복될 수 있으며, 템플레이트로부터의 방출시에 AC의 n가지 입자가 생성된다. 일부 실시예에서, 금속 중 하나는 자성이다.
일부 실시예에 따르면, 금속은 통상적으로 금속으로서 공지된 원소주기율표로부터 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함한다. 금속은 주로 단일 원소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 금속은 합금과 같은 2가지 이상의 원소의 조합, 예를 들어 2원계 합금일 수 있다. 금속은 11족 금속(예를 들어, Cu, Ag 및 Au), 또는 SERS를 지지하기 위한 당업자들에게 공지된 임의의 다른 금속을 포함한다.
다른 구현에서, 금속은 Au2S/Au 코어-쉘 입자에서와 같이 추가의 원소를 포함한다. Au2S/Au 코어-쉘 입자는 넓게 조절할 수 있는 근 IR 광학적 공명을 갖는 것으로 보고되었다 [Averitt, et al., October 1999, JOSA b, Volume 16, Issue 10, 1824-1832]. 대안적으로, 문헌[J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7961]에 기술된 것과 같은 Ag 코어/Au 쉘 입자, 또는 Au 코어/Ag 쉘 입자, 또는 SERS 활성 금속을 포함하는 임의의 코어-쉘 조합이 사용될 수 있다. Au 또는 Ag 나노입자 작용화 실리카/알루미나 콜로이드, Au 또는 Ag 작용화 TiO2 콜로이드, Au 나노입자 캡핑된 Au 나노입자[참조예: Mucic, et al., J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12674], Au 나노입자 캡핑된 TiO2 콜로이드, 은-캡핑된 SiO2 콜로이드 또는 금-캡핑된 SiO2 콜로이드와 같은 금속 쉘("나노쉘")과 Si 코어를 갖는 입자[참조예: jACKSON, ET AL., 2004 pROC nATL aCAD sCI usa. 101(52):17930-5]와 같은 코어-쉘 입자에 사용하기에 적합한 다른 조합이 본 발명에 포함된다. 중공 나노구체 및 중공 나노결정과 같은 중공 나노입자가 또한 SACN에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 SERS에 대해 활성인 코어-쉘 입자 또는 SERS에 대해 활성인 중공 나노입자를 포함하는 SACN에 사용하기 위한 나노입자를 제공한다. 이들 입자의 개선된 SERS 신호는 관련문헌의 공정에 따라 이들 입자의 배치를 제조하고, SERS 신호를 본원에 기술된 금속 입자와 비교함으로써 입증될 수 있다.
SACN을 제조하기 위한 방법은 미합중국 특허 제6,514,767호에 기술되어 있다. 실시예 부분에 포함된 부가적 방법이 본원에 기술되어 있다. 본원에서 언급되는 SACN은 광안정성(신호 광표백을 나타내지 않음), 열안정성이며, 신호의 직선성을 보여주며, 실시예 8에 설명된 바와 같이 배치 대 배치(batch vs batch) 재생성을 나타낸다.
본 발명에 사용하기에 적합한 라만 활성 리포터의 예로는, 4-메르캅토피리딘 (4-MP); 트랜스-4'4' 비스(피리딜)에틸렌(BPE); 퀴놀린티올; 4,4'-디피리딜, 1,4-페닐디이소시아나이드; 메르캅토벤즈아미다졸; 4-시아노피리딘; 1',3,3,3',3'-헥사메틸인도트리카르보시아닌 요오다이드; 3,3'-디메틸티아트리카르보시아닌; 말라카이트 그린 이소티오시아네이트; 비스-(피리딜)아세틸렌; 및 보디피(Bodipy)가 포함된다. 5가지 상이한 리포터에 대한 데이터가 도 2에 도시되어 있다. 스펙트럼이 독특하고, 각각의 종에 대해 유일한 적어도 하나 이상의 밴드가 있음이 명백하다. 적합한 라만 활성 리포터의 부가적 특징은 하기에 기술되어 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 리포터를 포함하는 SACN을 제공한다. 하나의 이러한 SACN의 제조는 실시예 3에 기술되어 있다. 일 실시예에서, SACN은 금속 나노입자 코어, 트랜스-1,2-비스(4-피리딜)에틸렌 리포터 및 4-메르캅토피리딘 리포터를 포함한다.
대표적으로 정상 라만으로부터 부재한 SERS 기재와 관련된 백그라운드 신호가 있다. 본 발명은 또한, SACN으로부터의 백그라운드 신호의 감소 방법, 및 감소된 백그라운드 신호를 나타내는 개선된 SACN을 제공한다. 도 1에서, 예를 들어, 1600㎝-1에서의 백그라운드 신호는 약 7000 카운트이며, 신호 S는 백그라운드 신호보다 높은 약 11,000 카운트이다. 측정이 제한된 산탄 잡음(N)[N은 백그라운드 신호1 /2]인 경우, S/N은 130:1이지만, 스펙트럼 중의 나머지 피크는 상당히 더 낮다. 2.25의 팩터(factor)에 의해 백그라운드 신호를 감소시키면, S/N의 50% 개선을 유도하며, 이는 또한 약한 신호를 분해시키고 일반적으로 상이한 스펙트럼의 구별성을 개선시키는 데에 도움을 준다. 따라서, 본 발명은 SACN 입자를 이용하는 검정에서 백그라운드 신호를 감소시키는 것을 포함하는 방법을 제공하며, 여기에서, 상기 감소는 분석하려는 샘플, SACN 입자 및 검정에 수반되는 다른 완충제 또는 관련 물질로 구성된 군으로부터 선택된 성분으로부터 강한 SERS 활성 불순물을 제거하는 것을 포함한다. 미량 불순물(콜로이드 Au를 제조하기 위해 사용되는 시약 중에 존재하는 것)이 입자 표면에 비가역적으로 흡착될 수 있다. 따라서, 한외여과, HPLC, 증류, 승화 및/또는 재결정화를 사용하여 모든 물질 및 특히 리포터의 정밀 정제가 백그라운드 신호를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 측류 면역 검정의 경우에, 통상적인 기재는 PVDF(폴리비닐리덴 디플루오라이드) 및 니트로셀루로오스이다. 니트로셀룰로오스가 2가지 이유로 라만 백그라운드에 대해 바람직한 것으로 밝혀졌다. 첫째로, PVDF는 도 3에서 여기원(785nm 레이저, 샘플에서 약 200 mW 전력)에 대한 연속 노출 2분 후에 백그라운드의 강하에 의해 표시되는 바와 같이 약간의 자체형광을 나타낸다. 백그라운드에서 수개의 라만 특징이 있다 하더라도, 세기의 가변성은 작은 피크보다 다루기가 더 힘들다. 이러한 감소 후에도, 전반적인 백그라운드는 2개의 분리 니트로셀룰로오스 원으로부터 얻어지는 것보다 더 넓으며, 어느 것도 연장된 발광에 대해 라만 방출의 광유도 변화를 나타내지 않는다. 유산한 현상이 유리가 785nm 광에 의한 여기시에 약하지만 측정가능한 백그라운드 라만을 가짐이 도 4에 나타나 있다. 라만 스펙트럼은 2개의 분리 벤더(seperate vendor)로부터 얻어지는 유리 슬라이드로부터 획득된다. 각각의 획득에 대해 1초의 집적 시간이 사용되며, 석영 슬라이드부터 라만 백그라운드을 얻기 위해서는 5초의 집적 시간이 사용된다. 석영 슬라이드는 기저선보다 높고 강하게 인식할 수 있지만, 각각의 유리 슬라이드는 백그라운드의 측정가능한 수준을 갖는다. 백그라운드가 스펙트럼으로부터 배제될 수 있지만, 측정가능한 백그라운드의 존재는 집적 시간을 제한시키고, 라만 리포터의 미량의 검출을 방해할 수 있다.
상기 효과의 또 다른 설명에서, 고도로 정제된 시약을 사용하여 제조된 입자로부터의 백그라운드는 "시판용(asprocured)" 시약을 사용하여 제조된 동일한 조성물의 백그라운드에 필적할 수 있다. 따라서, 본 발명은 최적화된 SACN을 제조하는 단계, 여기에서 최적화된 SACN은 리포터 분자를 포함하며, 상기 리포터 분자는 최적화된 SACN 내로의 혼입 전에 정제됨, 및 상기 최적화된 SACN을 사용하여 라만 스펙트럼을 생성시키는 단계, 여기에서 상기 스펙트럼의 백그라운드 신호는 최적화되지 않은 상응하는 SACN에 의해 생성된 스펙트럼과 비교하여 감소하는 것을 포함하는, SACN에 의해 생성되는 라만 스펙트럼 중의 백그라운드 신호의 감소 방법을 제공한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 개선된 SACN은 공지된 SACN과 비교하여 증가된 SERS 신호를 제공한다. 일정 입자 크기 및 형태에 대해 그리고 일정 여기 파장에서, Ag 입자는 종종 Au 입자보다 더 큰 SERS 신호를 제공한다. Au 콜로이드 합성의 재생성을 개선시키면 더 우수한 SACN 캔디데이트를 유발시키는 것으로 기대된다. 따라서, 본 발명은 개선된 Au 콜로이드 합성을 위한 방법을 제공한다. 이러한 방법의 한 예는 실시예 2에 기술되어 있다. 이 방법은 금속 환원을 위해 NaBH4, Na3-시트레이트 및 NH2OH의 조합을 사용한다. 개선된 방법은 더욱 용이하며, 다른 방법, 환원제로서 시트레이트를 사용하는 콜로이드성 Au의 통상적 합성과 같은 방법과 비교하여 더 많은 단순분산 입자를 생성시킨다
또 다른 실시예에서, SACN에 사용하기 위한 나노입자는 문헌[Freeman, et al., Journal of Physical Chemistry (1996), 100(2), 718-24]에서와 같이 Au 나노입자의 표면 상에 Ag의 서브 단일 분자층 코팅을 침적시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된다. 이러한 코팅된 나노입자를 포함하는 SACN이 구형 나노입자로부터의 SRS 신호를 약 2배까지 증가시키기 위해 사용될 수 있음이 기대된다.
일부 실시예에서, 본 발명은 SACN 상의 리포터 로딩 및 SiO2 코팅을 최적화시키기 위한 방법을 제공한다. SACN 내로 성공적으로 혼입된 각각의 리포터에 대해, SiO2 쉘이 완성되기 전에 금속 표면 상에 최대량의 리포터가 존재하도록 하는 조건을 결정하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, SACN은 라만 표지 부분을 또한 제공할 수 있는 SiO2 전구분자를 사용하여 제조된다. 이 방법은 SACN으로부터의 SERS 신호를 증가시키는 데에 도움을 주어야 한다. 예를 들어, 4-프로필피리딘트리메톡시실란이 라만 리포터(피리딜기)를 제공할 수 있으며, 트리메톡시실란을 통해 SiO2 전구물질로서 작용할 수 있다. SiO2 전구물질과 표지가 Au 입자 상의 공간을 위해 완결되지 않을 것이기 때문에, 표지의 더 높은 표면 덮개가 달성되어야 한다. 예를 들어, 시판용 실란은 단분자 리포터/전구물질로서 사용될 수 있는 실란에 대한 준비된 원(source)이다. 실란의 예로는, 3-(2,4-디니트로페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 2-시아노에틸트리메톡시실란, 및 p-아미노페닐트리메톡시실란, n-(3-트리에톡시실릴프로필)4,5-디히드로이미다졸이 포함된다.
또 다른 실시예에서, 나노입자는 적합한 폴리스티렌 공중합체, 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜과 같은 라만 활성 중합체로 코팅된다. 이러한 중합체는 편의상 생접합을 용이하게 하거나 SiO2 전구물질을 부착시키기 위해 아민 또는 티올과 같은 반응기를 함유할 수 있다.
최소 직경의 SACN을 생성시키기 위해, SiO2의 두께가 감소될 수 있다. 전형적인 실시예에서, SiO2 쉘 두께는 1 내지 40nm이다. 일부 실시예에서, SiO2 봉합제는 두께가 5 내지 15nm이다. 이론적으로는, SiO2 쉘을 임의의 추론적 두께로 만들 수 있지만, 이는 코팅의 일체성을 유지하기 위한 비용이 들 수 있다. 일부 실시예에서, SiO2 쉘이 (i) 금속 코어 및 라만 표지 분자를 공격으로부터 보호하고; (ii) 금속 표면 상의 가능한 스펙트럼 간섭물의 흡착을 방지하고; (iii) 생물작용화용(biofunctionalization) SiO2를 제공하고/거나 (iv) 금속 코어 사이의 반데르발스 힘(Van der Waals forces)에 의해 유도되는 응집을 방지하는 것이 중요하다.
구형 나노입자에 근거한 SACN과 비교하여 신호 세기가 개선된 SACN은 단일 결정 Au 또는 Ag 나노로드를 사용하여 제조될 수 있다. 전착 조건(과전위, 온도, 첨가제 등)은 나노로드의 물리적 및 기계적 성질을 또한 결정하는 나노로드의 구조를 결정한다. 나노로드의 SERS 신호는 이들이 단일 결정인 경우 잠재적으로 상당히 증가할 수 있다. 에피택셜(epitaxial) 2차원(2D) 코어생성/성장 메카니즘이 매우 낮은 과전위로 전착을 필요로 함은 일반적으로 공지되어 있다. 최근에, 단결정 Cu, Ag 및 Au 나노와이어의 전착은 감소된 금속 이온 농도, 낮은 과전위, 승온 및 도금 용액에 대한 계면활성제의 첨가에 의해 달성된다 [Wang, et al., J. Phys. Chem. B 2004, 108, 841-845; Tian, et al., Nano Lett. 2003, 3, 919-923].
공극 직경이 18nm 및 35nm인 시판용 템플레이트가 길이가 50 내지 100nm인 Au 나노로드를 포함하는 단결정 금속 나노로드를 합성하는 데에 사용될 수 있다. (III)-성장 배향 및 200nm의 두께를 갖는 증발된 Ag가 기재로서 사용될 수 있다. 전착은 전착 동안 과전위를 정확하게 조절하기 위해 기준 전극을 사용함으로써 정전위 방식으로 수행될 수 있다. 용액 조성 및 온도와 같은 중요한 조건은 Au 나노로드의 느린 에피택셜 2D-코어생성 및 성장을 달성하는 것으로 평가될 수 있다. 고분해 TEM은 나노로드의 구조를 나타낼 것이며, X-선 회절은 결정 배향을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 템플레이트의 더 우수한 사용을 위해, 공극당 다중 입자가 동일한 (III)-배향을 갖는 얇은(10-20nm) Ag 단편에 의해 분리된 Au 나노로드의 순차적 도금에 의해 제조될 수 있다. 이론적으로, 상기 방법을 사용하여 공극을 완전히 충전시키는 것이 가능해진다. 템플레이트의 두께가 대표적으로 50 내지 60㎛임에 따라, 공극당 400개를 초과하는 100nm 길이 입자를 제조하는 것이 가능해진다. 동일한(정전위) 전착 기술은 선택적으로 에칭(eching)할 수 있는 도금 기재로서 (III) Cu 기재를 사용함으로써 Ag 나노로드의 합성에 응용될 수 있다.
대안적 (및 가능하게는 저비용의) 방법으로서, Au 나노로드는 문헌[Nikoobakht and EI-Sayed. Nikoobakht, B. and EI-Sayed, M.A. "Preparation and growth mechanism of gold nanorods(NRs) using seed-mediated growth method," Chem. Mater. 2003, 15, 1957-1962]에 보고된 용액 기본 방법을 사용하거나 채택함으로써 제조될 수 있다. 용액 기본 방법으로 제조된 나노로드의 TEM 영상은 도 5에 도시되어 있다. 이 샘플에서, 평균 나노로드는 크기가 약 10nm x 50nm이지만, 나노큐브의 생성에 의해 관찰되는 바와 같이 입자 크기 및 형태에 상당한 변동이 있다. 용액-기본 방법은 더 큰 부피까지 쉽게 척도화될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 SACN을 제조하는 동안 입자 표면에 비가역적으로 결합된 물질을 제거하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되는 최적화된 SACN을 제조하는 단계를 포함하여 SACN에 의해 생성되는 라만 스펙트럼 중의 백그라운드 신호의 감소 방법을 제공하여, 여기에서 상기 스펙트럼의 백그라운드 신호는 최적화되지 않은 상응하는 SACN에 의해 생성된 스펙트럼과 비교하여 감소된다. 일 실시예에서, 제거는 SACN 중간생성물의 활발한 산화 및 후속의 완만한 환원에 의해 달성된다. 제거는 금속 나노입자를 UV-발생 오존/산소 라디칼의 조합과 같은 산화제로 처리한 후에, 에탄올과 같은 환원제로 처리하여 외인성 유기물질을 제거하는 것을 포함할 수 있다. SERS 활성 금속 표면을 세척하는 일례는 문헌[Ron, et al., Langmuir 1998, 14, 1116-1121]에 기술되어 있다. 일 실시예에서, 금속은 Au이다. 방법을 수행하는 동안, Au 표면은 불안정한 금 산화물로 전환되고, 이어서 에탄올에 의해 환원된다. 또 다른 실시예에서, 방법은 금속을 UV-발생 오존/산소 라디칼의 조합(산화제)으로 처리한 후에, 에탄올 중의 리포터의 용액으로 처리하여, 환원시에 즉시 리포터의 흡착이 일어날 수 있도록 하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 에탄올은 원심분리에 의해 제거되며, 추가의 단계에서 리포터가 첨가된다.
일부 경우에, 백그라운드 잡음에 기여하는 종이 검정에 도입된다. 예를 들어, 샘플의 여과 및 제조에 사용되는 특정 막이 SACN 입자를 수반하는 검정의 라만 스펙트럼 내로 백그라운드을 도입시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 분석용 샘플을 제조하는 단계, 이 제조는 백그라운드 신호에 기여하는 샘플 또는 검정 시스템으로부터 종을 제거하는 것을 포함함,을 포함하여, SACN 입자의 라만 스펙트럼 중의 백그라운드 신호를 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 백그라운드 신호에 기여하는 검정 성분으로부터 종을 제거하는 것을 포함하여, SACN 입자의 라만 스펙트럼 중의 백그라운드 신호를 감소시키는 방법을 제공한다.
고속 처리 다중 시스템을 이용하는 신규 약제의 발견은 활성 연구 분야이다. 자동화 및 조합적 화학은 수백만의 신규 구조를 생성시킨다. 이들 약제의 분석은 고속 처리 및 고도의 다중 감지를 필요로 한다. SACN 기술의 사용은 고도로 다중화된 접근법을 제공한다. 라만 분광학은 라만 피크의 형태로 인해 표지-다중 능력을 제공하기에 이상적이며, SERS는 많은 독특한 표지 가능성을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 다중화된 검정은 라만 활성 분자 및 적어도 하나 이상의 부분을 모두 포함하는 많은 SACN을 사용하여 수행될 수 있다. 이들 부분은 샘플 유체 내의 적어도 하나 이상의 검출가능한 성분에 선택적으로 결합할 수 있는 반면, 리포터 분자는 유체 내의 SACN (및 그에 따른 관련된 부분)을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 개별적 SACN이 비교적 작고, 독립적으로 확인될 수 있는 표적의 수가 잠재적으로 매우 클 많을 수 있기 때문에, 매우 많은 상이한 SACN을 포함시킴으로써 단일 유체 샘플 내에서 매우 많은 개별적 검정이 수행될 수 있다.
대표적 라만 스펙트럼은 3000㎝-1에 걸쳐 있다 (도 1 참조). 일 실시예에서, 스펙트럼의 비교적 좁은 영역은 구조적으로 관련된 리포터 분자를 포함하는 다수의 상이한 SACN을 생성시킴으로써 집중된다. 예를 들어, 한 세트의 구조적으로 관련된 리포터 분자는 피리딘, 피리딘-d5 (중수소화 피리딘), 및 피리딘-15N, 4-(메틸아미노)피리딘, 4-아미노피리딘, 4-메르캅토피리딘, 4-피리딘메탄올, 4-히드록시피리딘 및 2,3,5-트리메틸피리딘을 포함할 수 있다.라만 스펙트럼이 진동 방식을 기초로 하기 때문에, 화학 구조의 작은 변동은 독특한 라만 밴드를 제공할 수 있다. 따라서, 단일 SERS 활성 구조, 예를 들어 나노입자는 다수의 구조적으로 관련된 리포터에 의해 변형되어 각각 독특한 SERS 스펙트럼을 갖지만 유사한 화학 반응성을 갖는 다수의 SACN을 생성시킨다. 이러한 접근법은 매우 높은 스펙트럼 분해를 필요로 하며, 따라서, 잠재적으로 크고/거나 확대된 단색 광기를 필요로 한다.
또 다른 실시예에서, 전체 스펙트럼(이것의 작은 영역 보다는)이 이용된다. 이 실시예에서, 넓게 벌어진 진동 밴드를 집합적으로 갖는 다수의 SACN이 제조된다. 일부 실시예에서, 편의상 컴퓨터 프로그램이 사용되어 각각 특정 스펙트럼 특징을 갖는 주어진 군의 SACN 또는 리포터로부터의 선택을 이룰 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 프로그램은 사용자-특이적 스펙트럼 분리 기준에 근거하여 다수의 SACN 또는 리포터를 선택하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램은 스펙트럼 분리 등급에 따라 가능한 SACN 또는 리포터 세트를 생성시키도록 설계될 수 있다. 어떠한 단일 부류의 리포터 분자도 전체 스펙트럼 윈도우에 걸쳐 진동 밴드를 나타내는 것으로 기대되지 않으며, 따라서, 상기 구현에서, 다양한 분자가 리포터로서 사용된다. 분자의 선택은 하기의 4가지 기준에 의해 이루어질 수 있다.
1. 리포터는 라만 활성 진동 방식, 즉 진동 동안 분극성을 변화시키는 방식을 갖는다.
2. 리포터는 임의의 SERS 활성 표면에 흡착한다. 즉, △Gads << 0이다.
3. 리포터는 자유 "스펙트럼 스페이스"를 최대화시키기에 가능한 수개의 밴드를 갖는다. N 원자를 갖는 비선형 분자는 3N-6 허용 진동을 나타낸다 (IR + 라만). 명백하게, 대표적으로 큰 분자에 대해 더욱 네거티브한 △Gads에 의해 N을 균형맞추는 것이 필요할 지라도, 더 작은 분자가 유용하다.
4. 리포터는 유리 생성 화학 자체, 뿐만 아니라 입자 합성 및 캡핑 프로토콜의 수성 환경과 양립할 수 있다.
다량의 도표화된 정보가 다양한 분자의 라만 스펙트럼에 이용될 수 있다 [본원에 인용된 참고문헌: Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds; 4th Ed. John Wiley & Sons, Inc: New York; 1986; Lin-View, D: Colthup, N.B.; Feld, M.S.; Grasseli, J.G. The Handbook of Infrared and Raman Characteristics Frequencies of Organic Molecules; Academic Press: San Die해, CA; 1991; Socrates, G. Infrared and Raman Characteristics Group Frequencies; Table and Charts; 3rd Ed. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester; 2001; Workman, J., Tr. Handbook of organic Compounds; NIR, IR Raman, and UV-Vis Spectra Featuring Polymers and Surfactants; Academic Press: San Die해, CA: 2001; Vol. 3; Schrader, B. Raman/Infrared Atlas of Organic Compounds; 2nd Ed., VCH Publishers: New York; 1989; Hendra, P.J. and Agbenyega, J.K. The Raman Spectra of Polymers; John Wiley & Sons Ltd.: Chichester; 1993]. 상기 설명된 기준을 사용하여, 하기 부류의 캔디데이트 리포터가 SACN에 대한 리포터 분자로서 유용한 것으로 확인되었다.
유기 분자: 작은 크기, 불포화, 헤테로원자 및 음전기성 치환기가 모두 독특한 특징을 유도한다. 공지된 라만 특징의 예: 피리딘, 티아진, 피리미딘, 피롤, 옥사졸, 이미다졸, 푸란, 시아나이드, 시안아미드 및 이들의 유도체(즉, 2-, 3-, 4-작용기성). 아세틸렌, 니트로/니트로소, -CCl2, 및 -CCL3가 모두 독특한 핑거프린트 밴드를 제공한다. 이소티오시아네이트(R-N=C=S) 및 이소시아나이드(R=N=C)는 이들이 강한 라만 산란기이고, Au에 흡착하고, 공통 작용기에 의해 공유되지 않는 에너지에서 진동되며, 진동 스펙트럼이 R-기 음전기성에 강하게 의존하기 때문에 특히 바람직하다.
유기/무기 음이온: 매우 단순한 스펙트럼(종종, 단일 피크)이 큰 장점이다. 단순 스펙트럼을 제공하는 리포터의 예로는, SCN-, ClO3 -, HCO2 - 등이 있다. 이들 중 일부는 금속 입자 합성시에 포함될 수 있다. 예를 들어, 콜로이드성 Au는 HAuCl4로부터 야기되는 잔류 치밀결합 Cl-를 갖는다. 특히 NaBH4와 같은 강한 환원제가 사용되는 경우에 다른 금속염으로부터 출발하는 것이 가능하다.
전이금속을 함유하는 배위 착물 및 다른 화합물: 금속-리간드 결합은 더 낮은 라만 시프트, WSMR 200-800㎝-1에서의 진동 특징을 발생시키기 위한 탁월한 기회이다. 또한, 리간드 기본 진동은 그 자체로, 비착화 상태에 비해 시프팅되며, 가능한 경우에, 금속 산화환원 상태의 변화는 두 밴드 모두의 에너지를 이동시킨다. SCN-과 같은 두자리 리간드가 이들이 금속 이온 및 금속 표면을 브릿징시키기 때문에 특히 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 적어도 하나 이상의 강한 SERS 활성 리간드(예를 들어, [Fe(CN)6 3-] 또는 [Fe(CN)6 4-] 중의 시아나이드, 또는 [Ru(BIPY)3 2+] 중의 2,2'-비피리딘(bipy))가 사용될 수 있다. 대안적으로, 유기 금속 종, 즉 적어도 하나 이상의 금속-탄소 결합을 갖는 것(예를 들어, 페로센(ferrocene))이 강한 라만 스펙트럼을 나타낼 수 있다.
혼합된 원자가 종: 프러시안 블루 및 WO3는 금속 이온 산화환원 상태의 작용으로서 진동 스펙트럼이 변하는 물질의 예이다. WO3는 H+(HxWO3를 제조하기 위함), D+, 또는 LI+의 삽입이 연속 조절을 가능하게 하기 때문에 특히 흥미롭다.
동위원소: 진동 방식의 감소된 크기(mass)의 변동은 이것의 에너지를 시프팅시키기 위한 탁월한 접근법이며, 이것은 동위원소 치환을 통해 쉽게 이용할 수 있다. 예로는 두자리 BPE, 두자리 4,4'-디피리딜 및 두자리 비스-(피리딜)에세틸렌; 및 피리딘, 피리딘-d5 (두자리 피리딘) 및 피리딘-15N이 있다.
편의상, 스펙트럼 독립성은 직접적인 고전 리스트 스퀘어(Least Square)와 같은 방법과 함께, 백그라운드 감소 및 피크 검출을 조합하는 스펙트럼 디콘볼루션(deconvolution) 소프트웨어를 사용하여 평가될 수 있다. 이러한 소프트웨어의 사용은 다른 캔디데이트 리포터에 대한 캔디데이트 리포터 분자의 평가를 가능하게 한다. 이러한 소프트웨어는 순수 리포터 스펙트럼의 입력을 가능하게 하고, 혼합물 중의 각각의 성분을 정량화시키는 출력을 생성시킨다.
리포터 세트가 선택되면, SACN의 신호 세기는 정규화되어, SACN이 입자의 갯수당 동일한 신호를 갖게 할 수 있다. 분자 형광물질의 사용으로 가능하지 않은 이러한 능력은 주어진 측정에 대한 최대 가능한 역학 범위를 보장한다. 일 실시예에서, 정규화 과정은 2가지 단계를 포함한다. 제 1 단계에서는, 리포터에 대한 확인 특징의 신호 세기가 측정된다. 제 2 단계에서는, 가장 약한 리포터의 세기에 대한 세기 비의 역으로 규정되는 감소된 양의 리포터를 포함하는 SACN이 제조되며, 단, 가장 낮은 세기 신호를 포함한 SACN은 제외된다. 이 방법은 광범위한 리포터에 대해 일상적으로 관찰되는 낮은 리포터 농도에서의 선형 흡착을 추정한다 (실시예 8 참조). 또 다른 실시예에서, 리포터 흡착의 정규화는 SACN 합성 동안 나노입자 표면 상의 SiO2 전구물질(실란)의 양을 증가시켜서, 리포터 흡착을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 이들 방법은 실제로 동일한 피크 세기를 갖는 다수의 SACN을 생성시킨다. 본원에 사용되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 실제로 동일하다는 것은 서로 10% 내에 있는 피크 세기를 의미한다. 다른 실시예에서, 실제로 동일하다는 것은 서로 5% 내에 있는 피크 세기를 의미하며, 또 다른 실시예에서는, 실제로 동일하다는 것은 서로 1% 내에 있는 피크 세기를 의미한다.
본 발명은 -SH 기, -NH2 기 또는 -COO- 기와 같은, 입자의 용매 접근성 부분 상의 반응성 기를 포함하는 SACN을 포함한다. 일부 실시예에서, 반응성 기는 봉합제와 결합된다. 본 발명은 생접합을 위한 티올 활성 SACN과 같은, 반응성 기를 포함하는 SACN의 제조를 포함하여 생접합된 SACN을 제조하기 위한 방법을 제공한다. SACN이 SiO2로 봉합되는 구현에서, 표면 실란기는 유도체화될 수 있다. SACN의 실리카 쉘은 SiO2 쉘을 제조하는 동안("직접 변형(direct modification)") 또는 쉘이 완전히 생성된 후에("변형후(post-modification)") 유리 설프히드릴기를 함유하도록 작용기화될 수 있다. 실란기의 변형에 대한 많은 반응은 당업자들에게 공지되어 있다. 예를 들어, SiO2 표면은 아민(이미노프로필 트리메톡시실란(메슨)와 반응에 의해) 또는 에토시드(3-글리시딜옥시프로필-트리메톡시실란(GPTMS))를 제공하도록 변형될 수 있다. 시약은 또한 접합을 위해 설프히드릴, 카르복실 및 다른 잠재적 자리를 혼입시키도록 존재한다. 티올 활성 SACN의 제조는 실시예 4에 기술되어 있다.
티올 활성 SACN은 생체분자, 예를 들어 펩티드, 단백질 및 핵산에 접합된 SACN의 제조에 유용하다. 항체의 부착을 위해, APTMS는 아민기를 수득하고 후속적으로 항체를 부착시키기 위한 카르보디이미드 화학을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, GPTMS는 항체 상의 아민이 직접 반응하게 될 에톡시드 표면을 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 구현에서, 알킬할라이드, 할로알킬 및 벤질할라이드기에서 종결되는 실란이 단백질 중의 시스테인기와의 반응을 위해 사용될 수 있다. 생접합된 SACN의 제조는 실시예 5에 기술되어 있다. 유리 표면 상의 이온의 세척 및 존재는 유도체화의 성공에 영향을 미칠 수 있다.
일부 실시예에서, 직접 생성되는 SACN은 본원에 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다. 그러나, 다른 구현에서, 더 우수한 결과는 산 또는 염기와의 반응을 포함하여 SiO2 표면이 "세척(cleaned)"되거나 변형된 후에 얻어질 수 있다.
개발된 각각의 방법을 위해, 유도체화제(derivatizing agents)(예를 들어, 실란) 및 생체분자는 유도체화의 수준을 조절하도록 적정될 수 있다. 많은 시판용을 포함한 형광 표지된 항체는 표면 상에 존재하는 물질의 양을 정량화시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 변수가 최적화되는지에 따라 모니터링될 수 있다. 생체분자가 반응성을 유지하는 지를 결정하기 위해, 생체분자에 대한 형광 염료 표지된 결합 파트너는 대조군으로서 비코팅 입자를 사용하여 입자와 혼합될 수 있다. 예를 들어, 스트렙트아비딘-코팅 SACN이 형광 염료 표지 비오틴과 혼합될 수 있다. 생성된 입자는 원심분리되고, 상등액이 제거되고, 입자의 형광성이 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 생체분자는 헤테로 이작용기성 크로스링커 술포숙시니미딜 4-[N-말레이디도메틸]시클로헥산-1-카르복실레이트(술포-SMCC)를 사용하여 티올 활성화 리포터에 부착된다. 이 분자는 설프히드릴에 대해 반응성인 말레이미드기 및 일차 아민과 우선적으로 반응하는 술포-NHS 에스테르를 둘 모두 함유한다. 이 경우에, 간단한 원-포트 반응(one-pot reaction)이 사용되어 스트렙트아비딘을 부착시키고, 대분분의 단백질, 아민-말단 올리고뉴클레오티드, 또는 일차 아민을 함유하는 다른 분자의 부착에 대해 쉽게 적응할 수 있다.
표면 상에 아민 작용기성을 갖는 SACN은 일차 아민과 반응하여 유리 카르복실레이트를 생성시키는 숙신산 무수물로 처리될 수 있다. 카르보디이드는 스트렙트아비딘과 같은 생체분자 상의 아민에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 아민-코팅된 입자는 또한, 글루타르알데히드와 같은 동종 이작용기성 링커를 사용하여 생체분자 상의 아민에 결합될 수 있다. 대안적 선택법은 먼저 단백질 아민의 일부를 2-이미노티올란(트라우트 시약; Traut's reagent)을 사용하여 설프히드릴로 전환시키고, 이어서 술포-SMCC를 사용하여 입자에 결합시키는 것이다.
생접합된 SACN은 비특이적 결합을 감소시키기 위해 부분적으로 정제될 수 있다. 항체-접합된 SACN의 경우에, 자유 항체는 항원에 대한 SACN에 의해 완결되어 민감성을 감소시킬 것이다. 일 실시예에서, SACN은 1회 이상의 원심분리를 포함하여 원심분리에 의해 정제된다. 정제 효과는 형광 표지된 단백질 중에서의 도핑에 의해 분광학적으로 결정될 수 있다. 형광 염료가 유리 표면과 상호작용할 수 있음은 공지되어 있기 때문에, 결과를 방사성 표지 단백질로 확인하는 것이 필요하다. 접합된 SACN의 정제 뿐만 아니라 실리카-코팅 입자의 정제를 위해 접선 흐름 여과 장치가 사용될 수 있다.
SACN의 비특이적 결합(NSB)을 제거하거나 감소시키는 것이 바람직하다. SACN은 유리 슬라이드, 마이크로웰 플레이트 및 고정된 셀 표면에서 시험될 수 있다. 각각의 상이한 접합 프로토콜 및 표면 덮개가 NSB에 영향을 주는 수준이 확인될 수 있다. 예를 들어, 상이한 pH 및 완충제 이외에 Tween® 및 카세인과 같은 표준 블록킹제 및 세척 완충제의 효과가 결정될 수 있다. 일 실시예에서, NSB는 입자를 본원에 기술된 제제와 같은 블록킹제로 블록킹시킴으로써 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 블록킹제는 실시예 6에 기술된 바와 같이 BSA이다. 대안적으로, NSB는 모두 낮은 NSB를 갖는 것으로 공지된 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜 및 덱스트란, 폴리에틸렌이민 및 데드리머를 사용하여 SiO2 쉘의 중합체 기본 유도체화에 의해 감소되거나 제거될 수 있다. 그 외에, 시판용 마이크로어레이 유리 코팅 시약이 또한 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 접합된 SACN은 SACN과 접합된 생체분자 사이에 스페이서 분자를 포함한다. 이론적으로 결부시키지 않고, 폴리에틸렌 글리콜 또는 덱스트란과 같은 특정 스페이서 분자가 NSB를 최소화시키는 것으로 믿어진다. 스페이서 분자는 본원에 기술된 방법 및 당분야에 공지된 다른 방법에 의해 생접합된 SACN 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 술포-SMCC 내로 분리 PEG 서브유닛을 혼입시킨 시판용 크로스링커가 사용될 수 있다. 생체분자는 상기 PEG 기본 링커에 부착될 수 있다. 유사하게, 작용성 PEG 분자는 항체와 함께 SACN에 동시 접합될 수 있다. 이와 관련하여, PEG는 검정에서 바람직하지 않은 종에 대한 드러난 실리카 표면의 노출을 최소화시키기 위한 스페이서로서 작용한다. 대안적으로, 먼저 이작용기성 PEG 분자를 SACN에 접합시키는 것이 가능하다. PEG의 이용할 수 있는 작용기는 항체 또는 다른 생체분자에 대한 추가의 접합을 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 검정 및 키트가 표적 분석물의 검출을 위해 본 발명에 제공된다. 분석물은 검출 및/또는 측정이 바람직한 임의의 특정 물질 또는 성분일 수 있다. 관심있는 분석물은 예를 들어, 항원(예를 들어, 박테리아, 바이러스 또는 원생동물에 특이적인 항원); 감염, 알레르기성 반응 또는 백신에 반응하여 유도되는 것을 포함한 항체; 호르몬, 단백질 및 다른 생리학적 물질(예를 들어, 사람 융모 성선 자극 호르몬, 에스트로겐, 프로게스틴, 테스토스테론, 코르티코스테로이드, 사람 성장 인자, 헤모글로빈 및 콜레스테롤); 핵산; 다양한 효소; 치료적 화합물 및 무허가 약제; 불순물 및 환경 오염물; 또는 임의의 많은 천연 또는 합성 물질을 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 ELISA-형 검정을 대체하기 위해 사용될 수 있는 SACN을 사용하는 샌드위치 면역검정을 제공한다. 효소-결합된 면역흡착 검정(ELISA)의 분석 기술 및 이에 관련된 기술은 현재 가장 널리 공지된 면역검정법이다. 통상적인 ELISA 공정의 단계는 일반적으로, 고체 지지체에 포획 항체를 초기에 흡착시키는 것을 포함한다. 샘플을 사용한 배양시에, 항체-표적 단백질 착물이 생성된다. 최종 샌드위치 면역검정 착물은 대표적으로, 항원 농도의 광학적 측정을 가능하게 하는 리포터제 효소를 포함한다. 그러나, 리포터제 효소 대신에 SACN을 사용하는 샌드위치 면역검정에서, SACN은 광학 검출이 가능하도록 사용된다. 이 실시예에서, 생접합된 SACN은 이들의 표면에 부착된 정확하게 공지된 농도의 특정 활성 항체에 의해 제조될 수 있으며, BSA 검정과 같은 단백질 정량화 검정에 의한 결합 검정을 사용하여 정량화될 수 있다. 이러한 검정은 실시예 11에 기술된 바와 같이 다중화될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법은 생물학적 기원의 샘플에서 분석물의 검출에 유용하다. 이러한 샘플은 혈액 또는 혈청, 침, 가래, 눈물, 땀 또는 다른 분비액; 소변 또는 태아 물질; 및 뇌척수액, 간질액, 세포 추출액 등과 같은 생리학적으로 유도되는 유체를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. SACN으로부터의 SERS 측정을 위해 전혈이 적합한 매질이다 (도 20 참조).
일부 실시예에서는 약 1 내지 약 500μL, 다른 구현에서는 약 1 내지 약 100μL, 또 다른 실시예에서는 약 5 내지 약 50μL, 그 밖의 구현에서는 약 10 내지 약 30μL의 샘플 부피를 포함하는 최소 부피의 샘플이 검정을 위해 사용된다. 더 많은 샘플 부피는 또한, 샘플 부피가 밀리리터 수준에 있을 수 있는 경우에 혈액 은행에서의 대량 혈액 모니터링의 경우에서와 같이, 상황이 이를 허용할 경우에 사용될 수 있다. 더 적은 부피는 또한 상황이 이를 허용할 경우에 사용될 수 있으며, 예를 들어 세포를 위한 검정의 경우에 세포의 부피가 사용될 수 있다. 세포내 성분을 표적화하는 검정의 경우에, 세포내 성분의 부피가 사용될 수 있다. 이러한 세포 또는 아세포 검정에서, 부피는 1pL 만큼 낮을 수 있다.
본 발명의 검정은 면역검정과 같은 결합 검정에 근거하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이러한 결합 검정에 수반되는 결합 파트너는 항체 및 항원 또는 합텐; 호르몬 및 수용체; 비오틴 및 아비딘; 카르복실레이트 및 렉틴; 작용기 및 수용기 분자; 효소 및 보조인자, 기질 또는 억제제; 압타머(aptamers) 및 이들의 표적, 및 상보성 뉴클레오티드 서열을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다. 이와 같이, 하기에 포함된 설명 및 실시예는 설명을 위한 것이며, 설명된 특정 응용으로 이를 제한하는 것으로 여겨지지 않아야 한다.
일 실시예에서, 본 발명은 (a) 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 샘플을 측류 검정 표면 상에서 분석물에 대한 적어도 하나 이상의 특이적 결합 파트너와 접촉시켜서 샘플 내에서 분석물에 결합시키는 단계; (b) 단계(a) 이전에, 동시에 또는 후속적으로, 적어도 하나 이상의 분석물 결합 파트너를 SACN과 결합시켜서 접합된 SACN을 생성시키는 단계; 및 (c) SERS 신호를 검출하여, 샘플 내에서 신호의 세기 또는 존재에 의해 분석물의 존재를 결정하는 단계를 포함하여, 적어도 하나 이상의 분석물의 존재를 검출하기 위한 방법을 포함한다.
일 실시예에서, 샘플은 샘플 영역에 위치한다. 샘플 필터는 샘플 영역을 통해, 그 다음에는 표지, 예를 들어 접합된 SACN을 함유하는 표지 영역을 통해 하강한다. SACN은 샘플 분석물에 결합하여 착물을 생성시키고, 착물은 막 또는 검출 스트립을 따라 이행한다. 존재한다면 SACN-분석물의 착물은 막 상의 검출 영역에서 부동화되는 적어도 하나 이상의 특이적 결합 파트너에 결합한다. 특이적 파트너와 함께 상기 SACN-표지 착물의 생성은 검출가능한 SERS 신호를 유발시키며, 이는 분석물이 샘플 중에 존재한다는 포지티브 결과를 제시하는 것이다. 분석물이 IL-5인 경우에, 예를 들어, SACN은 IL-5 항체에 접합될 수 있으며, IL-5에 대한 상응하는 포획 항체는 검출 영역에 존재할 수 있다. 측류 검정은 실시예 12에 기술되어 있다.
일 실시예에서, 생물학적 샘플은 세포이다. 세포는 생세포이거나 죽은 세포일 수 있다. 라마 스펙트럼 정보를 함유하는 세포의 영상은 많은 방법에 의해 얻어질 수 있다. 현미경은 대상물의 완전한 영상이 얻어질 수 있을 정도로 CCD 카메라에 커플링될 수 있다. 그 다음, 샘플과 카메라 사이에서, 단색 광기 또는 액정 조절 필터와 같은 파수 필터링 장치가 삽입된다. 필터링 장치는 단지 산란된 방사선의 좁은 띠폭이 임의의 한 시점에서 카메라에 도달하게 한다. 각각 작은 스펙트럼 범위의 산란된 방사선을 커버하는 다중 영상이 수집된다. 영상에서 각각의 포인트로부터의 스펙트럼은 소프트웨어에서 어셈블링된다. 나머지 극단에서, 영상의 단일 포인트로부터의 광은 단색 광기를 통해 분산되며, 이 포인트의 완전한 스펙트럼은 어레이 검출기에서 획득될 수 있다. 그 다음, 대상물은 영상 중의 각각의 포인트가 분리적으로 획득될 수 있을 정도로 스캐닝된다. 그 다음, 라만 영상이 소프트웨어에서 어셈블링된다. 또 다른 접근법에서, 샘플의 한 라인의 방사선으로 여기시키는 라인 스캔 기구가 구성될 수 있다. 라인은 CCD 카메라의 한 축을 따라 공간적으로 영상화되면서, 동시에 수직축을 따라 분광적으로 분산된다. 카메라의 각각의 판독물은 라인 중의 각각의 공간적 화소의 완전한 스펙트럼을 획득한다. 영상을 완성시키기 위해, 라인은 샘플을 가로질러 스캐닝된다.
이와 같이, 본 발명에 따라, 세포 또는 세포군은 세포 아군 상에서 발현되는 세포 표면 항원성 수용체를 결합시키는 항체로 제조된 항체-접합된 SACN을 사용함으로써 확인될 수 있다. 세포 및 세포군의 확인은 또한 샌드위치 접근법을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 실시예 13은 뉴트르아비딘(NeutrAvidin) 접합된 SACN을 Her2 수용체 및 비오틴화 항-마우스 항체에 대해 염색된 SK-BR-3 세포에 적용시키는 검정을 설명하고 있다. 신규한 고속 처리 세포-기재 스크리닝 기술이 성장 화합물 라이브러리에 의한 페이스 및 신규 치료 표적의 거의 매일 발견을 유지하기 위해 필요하다. 예를 들어, 비트라 바이오사이언시즈 CellPlex(상표명) 카드가 세포 검정의 다중화를 가능하게 한다. 검정 포맷에서 융통성을 가능하게 하는 또 다른 접근법은 세포를 독특한 식별자로 인코딩시키는 것이다. 이것은 세포군이 동시에 연구되도록 하여 효율을 증가시킨다. 예를 들어, 세포 타입 A는 SACN 타입 1로 인코딩될 수 있으며, 세포 타입 B는 SACN 타입 2로 인코딩될 수 있다. 이들 세포는 세포 검정이 수행되기 전에 함께 혼합될 수 있다. 세포 검정은 GFP와 같은 통상적 형광법을 사용하여 수행된다. 최종 분석은 라만 현미경, 또는 라만 검출에 의해 분류된 세포를 사용하여 실험의 결과를 결정하기 위한 형광, 및 세포 타입을 해독하기 위한 SERS를 판독함으로써 완결된다. 이러한 방법으로 혼합된 세포군에서 표현형의 연구가 가능해진다.
SACN은 또한 세포내 표적을 검출하기 위해 사용될 수 있다. SACN은 PEP-1과 같은 양극성 펩티드의 사용, 리포펙타민(초자류)와 같은 양이온성 지질-기재 시약의 사용, 및 트랜스페린, 만노오스, 갈락토오스, 및 Arg-Gly-Asp(RGD)와 같은 미셀 및 트랜스펙션 시약, 및 덴드리머-기재 시약 SuerFect(qIAGEN)과 같은 다른 시약의 사용을 포함하는 미세주입, 전기영동, 엔도시토시스 중개 접근법을 통해 세포 내로 도입될 수 있다. 세포내에서, 입자가 바람직한 표적에 결합함을 입증하기 위해 간접 방법이 사용될 수 있다. 프로브의 특이성을 입증하기 위한 가장 간단한 방법은 면역형광을 사용하여 SACN의 위치를 확인하는 것이다. 생세포에서 세포 구조(예를 들어, 미토콘드리아, 골지체 및 소포체)를 표지하기 위해 유용한 많은 시판용 형광 프로브가 있다. 동일한 구조를 표적화시키는 항체를 접합시킴으로써, 입자의 어떤 분획이 이들의 표적을 활성적으로 표지하는 지가 결정될 수 있으며, 어떤 비율이 비특이적으로 결합하는 지가 결정될 수 있다. SACN의 위치를 확인하기 위한 또 다른 접근법은 GFP 및 이것의 유사체와 같은 형광 단백질 융합물을 사용하는 것이다.
본 발명은 의료적 진단에서 중용한 성질을 나타내는 영상화제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 SACN을 포함하는 영상화제에 관한 것이다. 본 발명의 영상화제는 일반적으로 환자를 영상화시키고/거나 환자 내의 병에 걸린 조직의 존재를 특이적으로 진단하는 데에 유용하다. 조성의 선택에 의해, SACN의 여기 및 방출은 조직에 의한 흡수 및 산란에 대한 최소 영역에서 633nm 내지 1000nm 사이에서 발생하도록 조절될 수 있다. 영상화 방법은 본 발명의 영상화제를 환자에게 투여한 후, 스폿 스캐닝 콘포칼 현미경, 라인 스캐닝 시스템 및 광간섭단층촬영 시스템과 같은 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 임의의 시스템을 사용항 환자를 스캐닝함으로써 수행될 수 있다. 본 발명의 SACN은 또한, 상기 기재된 단일 파장 밴드에서만 검출할 수 있는 임의의 영상화 시스템, 및 여기 광원 및 필터링된 영상 검출을 갖는 형광 영상화 시스템에 의해 관찰될 수 있다. 다른 영상화 시스템 및 방법은 문헌[HANDBOOK OF OPTICAL AND BIOMEDICAL DIAGNOSTICS, Valery Tuchin editor (2004) Springer]에 기술되어 있다. 역학적 광산란 분광학 및 단층촬영, 이동시간차 영상화, 준탄성 광산란 분광학, 광자 상관 분광학, 도플러 분광학 및 확산파 분광학과 같은 타임 도메인 방법이 또한 포함된다. 이들 기술은 모두, 광자들이 이들의 시간 신호에 근거한 경우에 광자들 사이의 미분이 가능하게 한다. SACN은 형광 물질 등과 상이한 시간 신호를 가질 것이기 때문에, 이들은 이들 방법에 의해 조직 및 다른 표지에 대해 구별될 수 있다. 유용한 기기 파라미터는 변조된 광원 및 시간 민감성 검출기이다. 변조는 펄스화되거나 연속적일 수 있다.
스캐닝은 환자의 내부 부위 및/또는 이 부분에서의 임의의 병에 걸린 조직의 스펙트럼 또는 영상을 유발시킨다. 환자의 부위는 전체 환자, 또는 환자의 특정 부분 또는 일부룰 의미한다. 영상화제는 혈관계, 심장, 간 및 비장의 영상을 제공하기 위해, 그리고, 위장 부위 또는 다른 체강을 영상화시키는 데에, 또는 조직 특징, 혈액 푸울 영상화 등에서와 같이 당업자들에게 쉽게 자명해질 다른 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 이상 병변에 수반되는 분자에 대해 표적화된 다수의 SACN을 이상 병변에 접촉하는 체액 내로 도입시키는 단계 (여기에서, SACN은 이상 병변에 수반되는 분자에 결합되게 됨) 및 결합된 SACN을 생체내에서 영상화시키는 단계를 포함하여, 생체내에서 이상 병변을 진단하는 방법을 제공한다. 이 방법은 일반적으로, 프로브에 의해 접근될 수 있는 기관, 즉 위장관, 심장, 허파, 간, 자궁, 유방 등에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, SACN은 결장경의 경우에서와 같이 내시경을 통해, 또는 바늘을 통해 주입될 수 있거나, 일회용 팀 또는 슬리브에 사용될 수 있다. 다른 구현에서, SACN은 영상화 프로브 자체에 의해 직접 주입될 수 있다. 예를 들어, 개별적 광섬유 또는 광섬유의 번들이 영상화를 위해 생유기체 내로 주입될 수 있으며, 신경, 뇌, 미세혈관, 세포의 영상화 및 생분포의 특징화를 위한 것으로 입증되었다. 겔-코팅 광섬유는 센서 관련문헌에 매우 널리 공지되어 있다. SACN은 겔에 비공유적으로 결합되어, 주입시에 관련 조직 내로 확산될 수 있다. SACN이 이들이 접촉하는 액상 내로 확산할 정도로 섬유의 외부 표면 상으로 SACN을 부동화시키 위한 다양한 다른 방법이 계획될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 SACN을 동물 체내로 주입시키는 것을 포함하여, 동물을 SACN으로 표지화시키기 위한 방법을 제공한다. SACN은 피하주입 또는 정맥내 주입에 의해서와 같이 임의의 적합한 수단에 의해 동물 체내로 주입될 수 있고, 적합한 장치를 사용하여 검출될 수 있다 (실시예 15 참조). 본 발명은 또한, 동물을 확인하기 위해 가죽 또는 피부 아래에 주입된 SACN을 사용함으로써 가축 또는 애완동물과 같은 동물에 대한 확인 시스템 및 관련 방법을 제공한다.
상기 설명은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것임이 유의되어야 한다. 다양한 변경 및 변형이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 당업자들에 의해 구상될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 이러한 변경, 변형 및 변수를 모두 포함하도록 의도된다.
완결을 위해, 본 발명의 다양한 일면이 하기의 번호매긴 조항으로 설명된다.
1. (a) 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계;
(b) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서, 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며;
(c) 단계(a)를 반복하는 단계; 및
(d) 적어도 두개 이상의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1조에 있어서, 상기 유리 금속 나노입자가 길이가 10 내지 300nm이고, 폭이 15 내지 300nm인 방법.
3. 제1조에 있어서, 단계(b) 및 (c)를 반복하는 것을 추가로 포함하는 방법.
4. 제1조에 있어서, 상기 템플레이트가 알루미나인 방법.
5. 제1조에 있어서, 상기 제 2 재료가 금속인 방법.
6. 제5조에 있어서, 상기 제 2 재료가 Ag인 방법.
7. 제1조에 있어서, 상기 금속이 Au인 방법.
8. 제4조에 있어서, 상기 제 2 재료가 Ag인 방법.
9. 제8조에 있어서, 상기 템플레이트가 알루미나인 방법.
10. 제1조에 있어서, 상기 방출이 강산으로 처리한 후, 강염기로 처리하는 것을 포함하는 방법.
11. 제10조에 있어서, 상기 강산이 질산이고, 상기 강염기가 NaOH인 방법.
12. 제1조에 있어서, 상기 전착이 펄스 도금, 펄스 전류 도금, 역펄스 전류 도금 및 이중 펄스 도금으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
13. 제1조에 있어서, 단계(c) 동안 짧은 SAM-분자를 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
14. 제1조에 있어서, 상기 방출이 SERS 활성 분자를 제공하는 용액을 사용하는 것을 포함하는 방법.
15. 1. (a) 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계;
(b) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서, 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며;
(c) 단계(a)를 반복하는 단계; 및
(d) 적어도 두개 이상의 다공성 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 산처리에 의해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법.
16. (a) 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 제 1 금속을 침적시키는 단계;
(b) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 금속을 침적시키는 단계;
(c) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 3 재료를 침적시키는 단계, 여기에서, 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며;
(d) 단계 (a) 및 (b)를 반복하는 단계; 및
(e) 각각 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 2개 이상의 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 3 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법.
17. 제16조의 방법.
18. 제16조에 있어서, 상기 제 2 금속이 자성인 방법.
19. 최적화된 SACN을 제조하는 것을 포함하는 방법으로서, 상기 최적화된 SACN은 SACN을 제조하는 동안 입자 표면에 비가역적으로 결합된 재료를 제거하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되며, 상기 스펙트럼의 백그라운드 신호는 최적화되지 않은 상응하는 SACN에 의해 생성되는 스펙트럼과 비교하여 감소되는 방법.
20. 제19조에 있어서, 상기 제거가 (a) 산화 단계 및 (b) 환원 단계를 포함하는 방법.
21. 제20조에 있어서, 상기 산화가 SACN을 UV-발생 오존/산소 라디칼과 접촉시키는 것을 포함하는 방법.
22. 제20조에 있어서, 상기 환원이 SACN을 에탄올과 접촉시키는 것을 포함하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 환원 즉시 리포터의 흡착이 일어날 수 있도록 에탄올 중의 리포터의 용액이 사용되는 방법. 다른 실시예에서, 에탄올은 원심분리에 의해 제거되며, 추가의 단계에서 리포터가 첨가된다.
24. SACN 입자를 이용하는 검정에서 백그라운드 신호를 감소시키는 것을 포함하는 방법으로서, 이러한 감소는 분석하려는 샘플, SACN 입자 및 검정 용기로 구성된 군으로부터 선택된 구성요소로부터 불순물을 제거하는 것을 포함하는 방법.
25. (a) 각각 상이한 라만 리포터를 포함하는 다수의 SACN 입자를 제조하는 단계;
(b) 라만 리포터의 세기 비율을 측정하는 단계; 및
(c) 가장 약한 세기를 갖는 리포터의 세기에 대해 정규화된 리포터의 세기를 갖는 제 2의 다수의 SACN 입자를 제조하는 단계를 포함하여,
라만 스펙트럼에서 실제로 동일한 피크 세기를 갖는 다수의 SACN이 제조되게 하는 방법.
26. 제25조에 있어서, 리포터의 세기는 리포터의 양이 감소된 SACN을 제조함으로써 정규화되며, 여기에서 감소된 양은 이 리포터의 세기 대 가장 약한 리포터의 세기의 비의 역에 의해 규정되는 방법.
27. 제25조에 있어서, 리포터의 세기는 실란의 양이 증가된 SACN을 제조함으로써 정규화되며, 여기에서 증가된 양은 이 리포터의 세기 대 가장 약한 리포터의 세기의 비의 역에 의해 규정되는 방법.
28. 나노입자 코어, 라만-활성 리포터 분자, SiO2 봉합제, 및 -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 포함하는 SACN.
29. (a) 나노입자를 제공하는 단계;
(b) 라만-활성 리포터 분자를 상기 나노입자와 결합시키는 단계;
(c) 나노입자를 SiO2로 봉합하는 단계; 및
(d) -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 함유하도록 SiO2를 변형시키는 단계를 포함하여, 활성화된 SACN이 제조되도록 하는 방법.
30. 제29조에 있어서, 변형이 봉합 단계 동안의 변형을 포함하는 방법.
31. 제29조에 있어서, 변형이 봉합 단계 후의 변형을 포함하는 방법.
32. 제29조에 있어서, 변형이 아민을 제공하기 위한 변형을 포함하는 방법.
33. 제32조에 있어서, 변형이 아미노프로필 트리메톡시실란(APTMS) 또는 에톡시드 (3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란(GPTMS))에 의해 달성되는 방법.
34. 제29조에 있어서, 생체분자를 상기 활성화된 SACN에 부착하는 것을 포함하여, 생접합된 SACN을 제조하는 방법.
35. 제34조에 있어서, 생체분자가 단백질 및 핵산으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
36. 제34조에 있어서, 상기 부착이 상기 활성화된 SACN과 상기 생체분자를 헤테로 이작용기성 크로스링커, 설포숙신이미딜 4-[N-말레이미도메틸]시클로헥산-1-카르복실레이트, 숙신산 무수물, 카르보디이미드, 동종 이작용기성 링커, 글루트르알데히드, 2-이미노티올레이트, 및 이들의 임의의 조합로 구성된 군으로부터 화합물을 통해 반응시키는 것을 포함하는 방법.
37. 제34조에 있어서, 생접합된 SACN을 정제하는 것을 추가로 포함하는 방법.
38. 제37조에 있어서, 정제가 원심분리 및 접선 흐름 여과로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
39. 제34조에 있어서, 스페이서 분자를 생접합된 SACN에 부착시키는 것을 포함하며, 여기에서 스페이서 분자는 나노입자와 생체분자 사이에 있는 방법.
40. 제39조에 있어서, 스페이서 분자가 폴리에틸렌 글리콜 및 덱스트란으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
41. (a) 나노입자;
(b) 상기 나노입자와 결합된 라만-활성 리포터 분자;
(c) SiO2 봉합제; 및
(d) 단백질 및 핵산으로 구성된 군으로부터 선택된 생체분자를 포함하는 생접합된 SACN.
42. 제41조에 있어서, 상기 단백질이 항체인 생접합된 SACN.
43. 제41조에 있어서, 나노입자와 생체분자 사이에 스페이서 분자를 추가로 포함하는 생접합된 SACN.
44. 제43조에 있어서, 스페이서 분자가 폴리에틸렌 글리콜 및 덱스트란으로 구성된 군으로부터 선택되는 생접합된 SACN.
45. (a) 생물학적 샘플을 수득하는 단계;
(b) 샘플을 분석물에 결합한 생체분자를 포함하는 생접합된 SACN과 접촉시키는 단계; 및
(c) 상기 생접합된 SACN에 결합된 분석물을 검출하는 단계를 포함하여 분석물을 검출하기 위한 방법.
46. 제45조에 있어서, 생체분자가 항원이고, 분석물이 항체인 방법.
47. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 펩티드 및 단백질인 방법.
48. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 호르몬 및 수용체로부터 독립적으로 선택되는 방법.
49. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 비오틴 및 아비딘으로부터 독립적으로 선택되는 방법.
50. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 탄수화물 및 렉틴으로부터 독립적으로 선택되는 방법.
51. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 작용제 및 수용체 분자로부터 독립적으로 선택되는 방법.
52. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 보조인자, 기질 및 억제제로 구성된 군으로부터 선택된 군의 멤버 및 효소로부터 독립적으로 선택되는 방법.
53. 제45조에 있어서, 생체분자 및 분석물이 상보성 뉴클레오티드 서열인 방법.
54. 제45조에 있어서, 샘플이 혈액, 혈청, 타액, 가래, 눈물, 땀, 또 다른 분비액; 소변, 태아 물질, 뇌척수액, 간질액, 세포 추출액 및 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
55. (a) 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 샘플을 측류 검정 표면 상에서 분석물에 대한 적어도 하나 이상의 특이적 결합 파트너와 접촉시켜서 샘플 내에서 분석물에 결합시키는 단계;
(b) 단계(a) 이전에, 동시에 또는 후속적으로, 적어도 하나 이상의 분석물 결합 파트너를 SACN과 결합시키는 단계; 및
(c) SERS 신호를 검출하여, 샘플 내에서 신호의 세기 또는 존재에 의해 분석물의 존재를 결정하는 단계를 포함하여, 샘플 내에서 적어도 하나 이상의 분석물의 존재를 결정하는 방법.
56. (a) CCD 카메라가 장착된 현미경을 제공하는 단계;
(b) 세포를 제공하는 단계;
(c) 세포를 세포 또는 세포의 일부분에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 SACN과 접촉시키는 단계;
(d) 세포와 카메라 사이에 파수 필터링 장치를 제공하는 단계;
(e) 다수의 데이터 세트를 획득하는 단계; 및
(f) 데이터 세트를 어셈블링하는 단계를 포함하여, SACN의 공간 프로파일을 획득하는 방법.
57. 제56조에 있어서, 파수 필터링 장치가 단색 광기, 노치 필터, 필터 휘일, 음향광학 조절 필터, 푸리에 변형 간섭 필터, 액적 조절 필터 및 이들의 조합로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
58. 제56조에 있어서, 상기 파수 필터링 장치가 액정 조절 필터를 포함하며, 상기 획득이
(a) 제 1 주파수에서 데이터를 획득하고;
(b) 임의적으로 제 2 및 후속 주파수에서 데이터를 획득하는 것을 포함하는 방법.
59. 제56조에 있어서, 상기 획득이
(a) 단색 광기를 통해 한 위치의 단일 포인트로부터 광을 분산시키고;
(b) 어레이 검출기 상에서 상기 포인트의 완전한 라만 스펙트럼을 획득하고;
(c) (a) 및 (b) 다중 위치선정을 반복하는 것을 포함하는 방법.
60. 제56조에 있어서, 상기 획득이
(a) 한 라인의 방사선으로 샘플을 여기시키고;
(b) 라인 중의 각각의 공간적 화소의 완전한 스펙트럼을 획득하고;
(c) 샘플을 가로지르는 라인을 스캐닝하는 것을 포함하는 방법.
61. (a) 금속 나노입자;
(b) 상기 나노입자와 결합된 1개보다 많은 라만-활성 리포터 분자; 및
(c) SiO2 봉합제를 포함하는 나노입자.
62. 제61조에 있어서, 1개보다 많은 라만-활성 리포터 분자가 4-메르캅토피리딘 및 트랜스-4,4' 비스(피리딜)에틸렌을 포함하는 나노입자.
63. (a) 코어/쉘 나노입자;
(b) 상기 코어/쉘 나노입자와 결합된 적어도 하나 이상의 라만-활성 리포터 분자; 및
(c) SiO2 봉합제를 포함하는 나노입자.
64. 제63조에 있어서, 상기 코어/쉘 나노입자가 Au2S 코어/Au 쉘 입자, Ag 코어/Au 쉘 입자, 실리카 코어/Au 쉘 입자, 실리카 코어/Ag 쉘 입자, 알루미나 코어/Au 쉘 입자, 알루미나 코어/Ag 쉘 입자, TiO2 코어/Au 쉘 입자 및 TiO2 코어/Ag 쉘 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 나노입자.
65. (a) HAuCl4를 염산 히드록실아민과 접촉시키는 단계; 및
(b) 단계(a)로부터 생성된 용액을 시트르산 나트륨 무수화물과 NaBH4의 혼합물과 추가로 접촉시키는 단계를 포함하여, 금 나노입자를 생성시키는 방법.
66. (a) 65조의 방법에 의해 제조된 금 나노입자를 제공하는 단계;
(b) 라만-활성 리포터 분자를 상기 나노입자와 결합시키는 단계; 및
(c) 나노입자를 SiO2로 봉합시키는 단계를 포함하여, SACN이 제조되도록 하는 방법.
67. (a) 이방성 금속 나노입자;
(b) 상기 이방성 금속 나노입자와 결합된 SERS-활성 리포터 분자; 및
(c) 이방성 금속 나노입자를 봉합하는 SiO2를 포함하는 나노입자.
68. 제67조에 있어서, 이방성 금속 나노입자가 타원, 막대, 원형, 피라미드, 입방체, 원통, 나노헬릭스, 나노스프링, 나노링, 막대형 나노입자, 화살형 나노입자, 눈물방울형 나노입자, 테트라포드형 나노입자, 프리즘형 나노입자, 다공성 나노입자 및 다른 비기하학적 형태의 나노입자로 구성된 군으로부터 선택되는 나노입자.
69. 제68조에 있어서, 나노입자가 비기하학적 형태이고, 나노로드에 가까운 형태인 나노입자.
70. 제68조에 있어서, 나노입자가 직경이 약 250nm이고, 길이가 약 250nm인 방법.
71. (a) SACN 나노입자 영상화제를 환자에게 투여하는 단계;
(b) 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 시스템을 사용하여 환자를 스캐닝하는 단계; 및
(c) 환자 내부 부위의 스펙트럼 또는 영상을 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
72. 제71조에 있어서, 상기 시스템이 스폿 스캐닝 콘포칼 현미경, 라인 스캐닝 시스템 및 광간섭단층촬영 시스템, 단일 파장 밴드에서만 검출하는 시스템, 여기 광원 및 필터링된 영상 검출을 포함하는 형광 영상화 시스템으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
73. 제71조에 있어서, 환자의 부위가 전체 환자, 혈관계, 심장, 간 및 비장 및 위장 부위로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
74. 제71조에 있어서, 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 시스템이 휴대용 시스템인 방법.
75. (a) 이상 병변에 수반되는 분자에 대해 표적화된 다수의 SACN을 이상 병변을 갖는 환자에게 투여하는 단계 (여기에서, SACN은 이상 병변과 관련된 분자에 결합되게 됨); 및
(b) 결합된 SACN의 영상을 수득하는 단계를 포함하여, 이상 병변을 진단할 수 있는 방법.
76. 제75조에 있어서, 이상 병변의 위치가 위장관, 심장, 허파, 간, 자궁, 유방 및 결장을 포함하는 방법.
77. 제71조에 있어서, 상기 SACN이 영상화 프로브와 비공유적으로 결합되며, 상기 투여는 영상화 프로브를 주입시키는 것을 포함하고, 상기 SACN은 조직 또는 체액 내로 분리되는 방법.
78. SACN을 동물에 주입시키는 것을 포함하여 동물을 SACN으로 표리포터키는 방법으로서, 상기 주입은 피하주입 및 정맥내 주입으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
79. 제78조에 있어서, SACN 또는 표지된 동물을 검출하는 것을 추가로 포함하는 방법.
80. (a) 조직 샘플을 조직 샘플에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 생체분자-접합된 SACN 입자와 접촉시키는 단계; 및
(b) 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물의 라만 영상을 획득하는 단계를 포함하는 방법.
81. 제80조에 있어서, 조직이 적어도 하나 이상의 부가적 비-SACN 시약과 접촉하는 방법.
82. 제81조에 있어서, 부가적 시약이 에오신, 헤모톡실린, 및 헤모톡실린과 에오신의 조합로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
83. 제 80조에 있어서, (a) 제80조의 단계(a) 이전에 조직 샘플의 백그라운드 라만 영상을 획득하는 단계; 및
(b) 제80조의 단계(b)에서 획득된 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물의 라만 영상으로부터 백그라운드 스펙트럼을 제외시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
84. 제83조에 있어서, 조직이 적어도 하나 이상의 부가적 비-SACN 시약과 접촉하는 방법.
85. 제83조에 있어서, 상기 부가적 시약이 에오신, 헤모톡실린, 및 헤모톡실린과 에오신의 조합로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
86. 제80조에 있어서, 라만 영상을 세포 크기 및 형태를 가시화시키기 위해 강한 착색 유기 염료로 염색시킨 조직 샘플과 비교하는 것을 추가로 포함하는 방법.
도 1은 대표적 라만 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 2는 5가지의 상이한 표지 분자; 상단으로부터 하단까지: 쿠니놀리네티올(quninolinethiol), 말라카이트 그린 이소티오시아네이트(malachite green isothiocyanate), 메르캅토벤즈아미다졸, 비스(4-피리딜)에틸렌, 보디피(Bodipy))를 사용하여 제조한 SACN을 비교한 도면이다.
도 3은 PVDF, 니트로셀룰로오스 및 측류 막에 대한 산란 세기 대 라만 시프트를 도시한 도면이다.
도 4는 유리 및 석영 표면에 대한 산란 세기 대 라만 시프트를 도시한 도면이다.
도 5는 용액에 기초한 방법으로 제조한 나노로드(nanorods)의 TEM 영상을 도시한 도면이다.
도 6은 633nm 여기(추적 A) 및 785nm 여기(추적 B)를 이용하여 수득한 4개의 MP/BPE-SACN의 SERS 스펙트럼이다.
도 7은 BPE-SACN(점선) 및 4개의 MP/BPE-SACN(실선)의 라만 스펙트럼이다.
도 8은 뉴트라비딘(NeutrAvidinTM)의 변동비 및 소 혈청 알부민(bovine serum albumin; BSA)과 결합된 나노입자에 결합된 비오틴 분자의 수를 도시한 도면이다.
도 9는 샘플을 다양한 양의 여기력(excitation power)에 노출시킨 후에 신호를 측정함으로써 SACN의 직선성을 도시한 도면이다.
도 10은 발광에 노출된 SACN에 대한 샘플로부터의 신호 대 시간의 함수를 도시한 도면이다.
도 11은 SACN 제조에 대한 배치(batch) 대 배치 재생성의 증거를 도시한 도면이다.
도 12A는 QSH에서 방출된 65 x 30nm 및 90 x 30nm Au 입자의 633nm에서 얻어진 라만 스펙트럼이다. 도 12B는 QSH에서 방출된 65 x 30nm 및 90 x 30nm Au 입자의 785nm에서 얻어진 라만 스펙트럼이다.
도 13은 MP에서 방출된 65 x 30nm 및 90 x 30nm Au 입자의 633nm에서 얻어진 라만 스펙트럼이다.
도 14A는 ME에서 방출된 35NM 직경을 갖는 Au 나노로드의 TEM 영상을 도시한 도면이다. 도 14B는 633nm 여기에서 얻어진 라만 스펙트럼이며, 여기에서 ME는 QSH로 대체되었다.
도 15A 및 B는 250nm x 250nm Au SACN의 SEM 영상을 도시한 도면이다.
도 16A 및 B는 250nm x 250nm Au SACN의 TEM 영상을 도시한 도면이다.
도 17A 및 B는 785nm 및 633nm 여기에서의 250nm x 250nm Au SACN의 라만 스펙트럼이다.
도 18은 IL-7을 적정한 단백질 마이크로어레이 샌드위치 면역검정 실험의 결과를 도시한 도면이다.
도 19는 보톡스에 대한 측류 면역검정의 결과를 도시한 도면이다.
도 20은 SACN의 부재 및 존재하에 전혈(whole blodd)에 대한 758nm 여기에서의 산란 세기 대 라만 시프트를 도시한 도면이다.
도 21A는 SACN-표지된 세포의 밝은 장(bright field) 및 SERS 영상을 도시한 도면이다. 도21B는 조직병리학적 검정에서 비처리 및 처리된 스폿으로부터의 라만 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 22는 SACN을 마우스 꼬리에 주입시킨 지 45분 후에 간에 대해 얻어진 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 23은 SACN을 피하주입한 후에 얻어진 스펙트럼을 도시한 도면이다.
실시예 1
수소화붕소 나트륨, 시트르산 나트륨 및 염산 히드록실아민의 조합을 사용하는 약 45nm 직경의 Au 콜로이드의 대표적 합성을 기술한다. 모든 유리 제품을 왕수로 세척하고, 18ＭΩ 물로 확실히 세정하였다. 수중의 0.01%(W/W) HAuCl4·3H2O, 0.01 N NaOH 중의 8%(W/W) 시트르산 나트륨 이무수물, 0.01 N NaOH 중의 10-4% 수소화붕소 나트륨 및 수중의 400 mM 염산 히드록실아민의 용액을 제조하였다. 그 다음, 1 mL의 시트르산 나트륨 용액 용액을 100μL의 수소화붕소 나트륨 용액 및 500μL의 0.01 N NaOH와 조합시킴으로써 시트르산염과 수소화붕소 용액의 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 제조한 후, 200μL의 히드록실아민 용액을 250 mL 삼각 플라스크 내에서 100 mL의 HAuCl4 용액 중에 주입하고, 간단히 교반시켰다. 20분 후에, 신속히 교반시킨 HAuCl4과 히드록실아민의 용액 중에 수소화붕소/시트르산염 혼합물을 주입하였다. 혼합물이 교반 와류의 중심과 플라스크의 벽 사이의 중간지점에 주입되었을 때, 가장 양호한 결과가 얻어졌다.
실시예 2
금 나노입자의 제조. HAuCl4·3H2O의 원료 용액을 H2O 중의 1 또는 2%(w/v) 농도로 제조하였다. 이 용액을 냉각실에 넣기 전에 0.2㎛ 막을 통해 여과시켰다. 원료 용액을 함유하는 병을 또한 대표적으로 알루미눔 박으로 덮어서 광에 대한 노출을 감소시켰다. 하기의 용액이 대표적으로 제조되었다:
1. H2O 중의 0.02% HAuCl4 1.0 L.
2. 0.01 N NaOH 중의 32%(w/v) 시트르산 나트륨 이무수물 5 mL.
3. H2O 중의 1.6 M 염산 히드록실아민 10 mL.
4. 원료 용액의 희석에 의해 제조된 1.0 N NaOH 중의 4%(w/v) NaBH4 용액을 2 L 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 테플론 패들을 갖는 유리 교반 막대를 플라스크 내에 넣어서 교반시켰다. 1.0 mL의 히드록실아민 용액을 플라스크에 첨가하고 교반시켰다. 히드록실아민의 첨가 직후에, 4% 원료의 연속 희석에 의해 4x10-4% NaBH4의 용액을 제조하였다. 이러한 희석을 0.01 N NaOH 중에서 수행하였다. 그 다음, 1 mL의 32% 시트르산 나트륨을 525μL의 0.01 N NaOH 및 75μL의 4x10-4% NaBH4와 혼합시켰다. 히드록실아민을 첨가하고 20분 만에, 1.0 mL의 시트르산염/수소화붕소 혼합물을 반응 플라스크에 첨가하면서 신속하게 교반시켰다.
실시예 3
4-메르캅토피리딘(4-MP) 및 트랜스-4,4'-비스(피리딜)에틸렌(BPE) 둘 모두에 의해 태깅시킨 SACN의 SERS 스펙트럼.
재료: 모든 제조에 사용되는 물은 18.2ＭΩ이며, 바른스테드 나노퓨어(Barnstead nanopure) 시스템을 통해 증류시켰다. 시그마-알드리치(Sigma-Adrich)사로부터 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS), HAuCl4·3H2O, 시트르산 삼나트륨 이무수물, 수산화 나트륨, 수소화붕소 나트륨, 염산 히드록실아민, 트랜스-4,4'-비스(피리딜)에틸렌(BPE), 4-메르캅토피리딘, 규산 나트륨, 오르토규산 테트라에틸(TEOS), 에틸 알코올, 및 에탄올 중의 2.0 M 암모니아를 입수하였다. BPE는 사용 전에 재결정화시켰다.
콜로로이드 제조: 35nm 콜로이드성 Au를 HAuCl4·3H2O로부터 제조하였다. 0.001 N NaOH 중의 10-2% 수소화붕소 나트륨의 용액과 마찬가지로, 4% 시트르산 나트륨과 400 mM 염산 히드록실아민의 수용액을 합성 직전에 제조하였다. 상기 수소화붕소 나트륨의 300μL 분취액을 500μL의 시트르산염 및 350μL의 히드록실아민과 혼합시키고, 즉시 활발한 교반 하에 200 mL의 0.01% HAuCl4 내에 주입시켰다. 생성된 입자의 크기를 영상화 소프트웨어를 사용하여 투과 전자 현미경에 의해 측정하였다.
SACN의 제조: 모든 반응을 플라스틱 플라스크 내에서 수행하였다. 대표적 실험은 30㎖의 35nm 콜로이드를 사용하였다. 콜로이드를 40μL의 1.0 mM APTMS의 첨가에 의해 친유리질화가 되게 하고, 15분 동안 교반시켰다. 라만 혼합물(600μL의 10-5 M 4-메르캅토피리딘 및 50μL의 10-5 M BPE)을 용액에 첨가한 후, 추가로 15분 동안 교반시켰다. 최종적으로, 1.2 mL의 0.54% 규산 나트륨을 첨가하고, 42시간 동안 반응시켰다. 그 후에, 120 mL의 EtOH를 용액에 첨가한 후, 1 mL의 2 M 암모니아(에탄올 중의) 및 20μL의 오르토규산 테트라에틸(TEOS)을 첨가하였다. 이 반응을 원심분리를 통해 정제하기 1일 전에 진행하였다. 더 얇거나 더 두꺼운 쉘이 바람직한 경우, TEOS의 상기 양은 변동된다.
생성된 SACN은 라만-활성 분자의 2가지 상이한 종인 4-MP와 BPE의 12:1 혼합물을 갖는다. 633nm 여기(추적 A) 및 785nm 여기(추적 B)를 사용하여 얻어진 이들 4-MP/BPE-SACN의 SERS 스펙트럼을 도 6에 플롯팅시켰다. 비교를 위해, BPE-SACN(점선) 및 4-MP-SACN(실선)의 특징적 라만 스펙트럼을 도 7에 플롯팅시켰다. 4-MP 라만 신호의 특징이 785nm 여기를 사용하여 얻어진 4-MP/BPE 라만 스펙트럼을 차지하는 반면, BPE 및 4-MP 라만 신호 둘 모두의 특징은 633nm 여기를 사용하여 얻어진 스펙트럼에서 분명함이 관찰될 수 있다. 이와 같이, 라만-활성 분자의 2가지 이상의 상이한 종, 및 이들의 관련 비에 의해, 여기 파장에 좌우하여 상이한 라만 산란 스펙트럼을 제공하는 SACN을 제조할 수 있다. 이는 추가 수준의 다중화 능력을 가능하게 한다.
실시예 4
티올-활성 SACN의 제조
A. 실리카 변형: SACN의 실리카 쉘은 SiO2 쉘을 제조하는 동안("직접 변형"), 또는 쉘이 완전히 생성된 후("후변형")에 유리 설프히드릴기를 함유하도록 작용기화될 수 있다.
B. 후변형: 표준 프로토콜을 따라 SACN의 50 mL 배치를 제조하였다. SACN이 최종 원심분리 후에 수중에 단지 10 mL 까지 재현탁되어야 하는 것을 제외하고는, 실리카 성장의 모든 단계를 통해 수행하였다. 무시할 수 있는 손실을 가정하여, 이는 원래의 콜로이드로부터 5x 농도로 SACN을 남겼다. 40 mL의 에탄올을 SACN에 첨가하였다. 완만한 자성 교반 하에, 1 mL의 진한 NH4OH(30%, J.T. Baker #9733-01)을 첨가하였다. 이를 교반하면서, 900μL 에탄올, 95μL 오르토규산 테트라에틸(TEOS, Sigma #333859) 및 5μL (3-메르캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS, Fluka #63800)인 용액을 제조하였다. 100μL의 상기 용액(효율적으로 9.5μL TEOS 및 0.5μL MPTMS)를 교반 SACN에 첨가하고, 반응을 밤새 진행하였다. 반복 원심분리에 의해 정제하였다. 에탄올 및 과량의 시약의 완전한 제거를 보장하기 위해 수중의 펠릿을 최소 3회에 걸쳐 스핀 다운시키고 재현탁시켰다. 최종 스핀 후에 5 mL* (10x) 까지 재현탁시켰다.
C. 직접 변형: 다시, 대표적 조건하에 SACN의 50 mL 배치를 제조하기 시작하였다. 유일한 변화는 스퇴버(Stoeber) 성장 단계 동안 일어났다. 상기와 같이, 1 mL의 진한 NH4OH를 첨가하고, 5분 동안 교반시켰다. 그 다음, 47.5μL의 TEOS를 2.5μL의 MPTMS와 혼합시키고, 이들을 태그에 첨가하였다. 밤새 교반시키고 원심분리에 의해 정제시켜서, 정제된 태그를 5 mL(10x) 까지 재현탁시켰다.
실시예 5
SACN의 생접합
티올-활성화된 SACN을 사용하여, 생체분자를 헤테로 이작용기성 크로스링커 술포숙시니미딜 4-[N-말레이미도메틸]시클로헥산-1-카르복실레이트(술포-SMCC, Pierce Biotechnology, Inc.)를 사용하여 부착시켰다. 상기 분자는 설프히드릴에 대해 반응성인 말레이미드기 및 일차 아민과 우선적으로 반응하는 술포-NHS 에스테르 둘 모두를 함유한다. 이 경우에, 원-포트 반응이 사용되어 스트렙트아비딘을 부착시킬 수 있으며, 이 반응은 대부분의 단백질 또는 일차 아민을 포함하는 다른 분자의 부착에 쉽게 적응할 수 있어야 한다.
태그는 원심분리 전에 농축될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이 티올-활성화 된 태그에 접합시키기 위해, 첫번째로 5 mL의 2 mM PBS 완충제(0.54 mM KCl, 27.6 mM NaCl, pH=7.4)에 0.25㎎의 스트렙트아비딘을 첨가하였다. 티올-활성화된 태그(10x 농도에서 5 mL)를 첨가하고 잘 혼합시켰다. 다음에, 1㎎의 술포-SMCC를 칭량하고, 이것을 태그 및 SAv에 첨가하였다. 즉시, 이를 와류에 의해 혼합하고, 1시간 동안 반응시키면서 실온에서 회전시켰다. 1시간 후에, 태그를 원심분리에 의해 정제하고, 2 mM PBS 완충제 중에 재현탁시켰다. 소량(0.1% 최종 농도)의 BSA를 첨가하여 원심분리기 벽에 대한 입자의 점착을 최소화시킬 수 있다. 상기 반응은 스트렙트아비딘을 이용하는 반면, 다른 단백질(항체 포함)을 유사한 방법을 사용하여 접합시켰다. 반응에 대해 더 많은 조절이 필요한 경우, 단백질을 태그에 첨가하기 전에 "사전 활성화"시킬 수 있다. 술포-SMCC의 말레이미드기는 수용액 중에서 매우 안정할 수 있기 때문에(약 60시간), 생체분자는 30 내지 120분 동안 술포-SMCC와 반응시킨 후에 탈염 칼럼에서 정제시킴으로써 활성화시킬 수 있다. 이는 본질적으로 설프히드릴기 함유 SACB에 직접 첨가될 수 있는 말레이미드-활성화된 생체분자를 발생시킨다.
아비딘에 대해, 유사체(스트렙트아비딘 및 NeutrAvidinTM) 및 형광 비오시틴 Alexa Fluor(등록상표) 594(Molecular Probes # A12922; "biocytin-594)을 사용하여 SACN에 결합된 생체분자의 수를 정량화시킬 수 있다. SACN의 강한 가시적 흡착은 스트렙트아비딘 정량화를 위해 통상적인 색상법(비오틴화된 양고추냉이 과산화효소 포함) 보다는 상기 고민감성 형광 검출의 사용을 제시한다. 상기 적색 여기 염료는 콜로이드성 입자가 측정에 간섭할 수 있는 흡수를 거의 갖지 않는 영역에 유용하다. 모든 형광 측정은 요빈 이본-스펙스(Jobin Yvon-Spex)사 제품인 Fluorolog-3을 사용하여 이루어진다.
고흡수 SACN이 형광 측정에 영향을 미칠 수 있는 상황을 경감시키기 위해, 2가지 상이한 형태로 실험을 수행하였다. 첫 번째 형태는 가장 수월하며; 생기능화된 입자를 소정의 시간(정상적으로 2시간, 광표백을 방지하기 위해 광으로부터 보호됨) 동안 비오시틴-594 중에서 인큐베이팅시켰다. 그 다음, 태그를 반복된 원심분리(염료의 양이 신중히 조절되는 경우에 2회가 충분함)에 의해 정제하고, 이들의 형광을 측정하였다.
태그로부터 직접 형광 측정을 수행하는 것에 대한 전환은 태그에 결합하지 않는 형광 분자의 양을 측정하는 것이다. 다시, 태그를 신중히 선택된 양의 염료 중에서 인큐베이팅시키고, 1회 원심분리시켰다. 상등액을 신중히 모으고 형광에 대해 측정하였다. 입자에 결합된 염료의 양은 공지된 염료의 원래의 농도로부터 상기 값을 뺀 값에 의해 결정될 수 있다. 유의할 한 가지 아이템은 비오시틴 Alexa Fluor(등록상표) 594가 정규 관의 벽에 쉽게 흡착함에 따라, 비점착 미세원심분리관(Corning Costar)가 사용된다는 점이다. 입자가 아비딘 유사체 대신에 항체에 접합되는 경우에 형광 표지된 이차 항체에 대해 유사한 프로토콜이 사용될 수 있다.
태그에 접합된 주어진 생체분자의 양이 또 다른 반응성 분자 중에 첨가함으로써 조절될 수 있음을 입증하기 위해 상기 정량화법을 사용하였다. 도 8에, ㅂ변 동비의 NutrAvidinTM 및 소 혈청 알부민(BSA)과 접합된 나노입자에 결합된 비오틴 분자의 수가 도시되었다. 접합 조건은 모든 반응에 대해 동등하며, 생체분자의 비가 유일한 변수이다.
기대되는 바와 같이, 더 많은 양의 BSA가 더 낮은 수준의 결합 비오틴을 유도한다. 각각의 NutrAvidinTM(NAV)이 2개의 비오틴을 결합시킬 수 있음을 가정하여(입자에 대한 접합은 또한 4개의 결합 자리의 일부량을 블록킹함), 300 내지 400개의 NμutrAvidinTM이 각각의 태그에 결합된다. 그러나, 순수한 BSA-접합된 입자의 측정에서, 계산은 10개 보다 적은 비오틴-594 분자가 각각의 나노입자에 결합됨을 보여준다. 이는 입자에 대한 BSA(통상적인 블록킹 시약)의 접합에 의해 기대되는 매우 비특이적 결합의 매우 저수준과 일치하는 것이다.
실시예 6
비특이적 결합 특징
첫 번째 특징화 단계로서, 스트렙트아비딘-코팅된 SACN이 비오틴화된 BSA를 특이적으로 결합시키는 지를 결정하기 위해, 단순한 실험을 계획하였다. 폴리스티렌 마이크로웰 플레이트의 8개의 웰을 30분 동안 PBS 중의 0.5% 용액으로 인큐베이팅시킴으로써 비오틴화된 BSA 또는 BSA로 코팅시켰다. 그 다음, 모든 웰을 1분 동안 PBS로 세척한 후, 1 mM EDTA, 0.1% BSA 및 0.01% 쯔비터전트(Zwittergent) 3-08을 함유하는 PBS 용액으로 4회 세척하였다. 각각의 웰로부터 블록킹 용액을 흡입시킨 후, 20μL의 샘플 및 20μL의 PBS를 첨가하고, 2시간 동안 인큐베이팅시켰다. 샘플은 뉴트라비딘(NAV)-코팅된 SACN, 스트렙트아비딘(SAv)-코팅된 SACN, 티올 변형된(접합되지 않은) SACN 및 실리카 코팅의 작용화가 되지 않은 대조군 태그를 포함한다. 웰을 블록킹 완충제로 15분 동안 세척한 후, PBS(3x 5분) 및 물(3x 1분)로 세척하였다. 이들을 건조시키고, 결합된 태그의 양을 마이크로웰 플레이트 판독기(데이터는 나타내지 않음)를 사용하여 490nm에서 흡수도를 측정함으로써 정량화시켰다. 값은 처리되지 않은 웰의 평균 흡수도를 기준으로 차감된 백그라운드값이다. NAv 및 SAv는 고특이적으로 비오틴 코팅된 웰에 결합하고, BSA-코팅된 웰에 대한 비특이적 결합은 거의 나타내지 않는다. 그러나, 티올-코팅된 태그 및 표준 실리카-코팅된 태그는 모든 웰에 대한 결합의 저수준을 나타낸다. 후속 실험은 상기 현상이 소량의 BSA를 입자에 첨가하고, 원심분리시키고 PBS 중에 재현탁시킴에 의해 입자를 블록킹시킴으로써 방지될 수 있다. SAv- 및 NAv-접합된 태그가 비오틴에 대해 특이적인 지를 결정한 후에, 각각의 태그 상에 존재하는 비오틴 결합 자리의 수를 2가지 방법에 의해 측정하였다. 형광 비오틴 유사체인 비오시틴 Alexa Fluor(등록상표) 594를 SACN과 반응시켰다. 적절한 세척 단계 후에, 결합된 형광물질의 수를 직접 측정 및 형광 고갈에 의해 결정하였다. 직접 형광 측정이 언제나 더 낮은 수를 생성시킬 지라도, 2가지 방법에 의해 얻어진 결과는 일치하였다 (도 12). 결합된 비오틴의 평균 수는 최적 반응 조건 하에 나노입자당 약 700개이었다.
실시예 7
올리고뉴클레오티드 접합
상기 기술된 동일한 술포-SMCC를 사용하여 아민 말단 올리고뉴클레오티드를 티올-변형된 SACN에 결합시켰다. 부착 및 정제 후에, 염료-표지된 상보성 표준물을 변형된 입자로 인큐베이팅시켰다. 형광 프로브의 정량화(비결합 프로브를 제거하기 위한 원심분리 후)는 약 15개의 올리고뉴클레오티드가 각각의 나노입자에 결합됨을 제시한다. 태그에 대한 부착을 위한 하나의 말단에서의 비오틴 및 나머지 말단에서의 형광물질을 갖는 올리고뉴클레오티드를 NAv-태그에 직접 부착시켜서, 접합 효율을 직접 측정하였다. 이는 또한 나노입자당 약 15개의 접합된 올리고뉴클레오티드를 제공하였다. 아민-변형된 SACN을 상기 기술된 동일한 술포-SMCC 화학을 사용하여 티올 말단 형광 올리고뉴클레오티드에 커플링시켰으며, 유사한 결과가 얻어졌다.
실시예 8
정량적 임의의 태그의 바람직한 2가지 특징은 이들 태그가 여기원에 선형으로 반응하고, 이들이 여기에 대한 장기 노출에 의해 비교적 영향받지 않는다는 점이다. 샘플을 변동량의 여기 전력에 노출시키고, 결과 신호를 측정함으로써, 첫 번째 특성을 입증하였다. 이들 결과는 도 9에 도시되어 있다.
광안정성을 입증하기 위해, SACN의 샘플을 석영 슬라이드 상에 놓고, 라만 분광계의 샘플 홀더에 위치시켰다. 이 실험을 위해, 분광계를 647.1nm에서 60mW의 전력을 제공하였다. 방출된 광을 50x0.8 NA 현미경 대물렌즈를 통해 모으고, 홀로그래프 노치를 통해 통과시켜서 레일리 산란을 거부시키고, 0.5 m 단색 광기 내로 모으고, 액체 질소 냉각 CCD를 사용하여 검출하였다. 스펙트럼을 샘플이 연속적으 로 발광하는 동안 6시간 동안 대략적으로 매시간 모았다. 샘플로부터의 신호를 도 10에서 시간의 함수로서 플롯팅하였다. 이 데이터는 이들 입자가 매우 안정하며 6시간에 걸쳐 신호가 단지 20% 손실됨을 보여준다.
SACN의 열안정성이 또한 바람직하다. 이를 입증하기 위해, 1.5 X BPE(35 mL)의 2개의 배치를 1시간 동안 비등시켰다. 태그를 50 mL로부터 35 mL 까지 농축시켜서 약 1.5X 농도가 되게 하였다. UV-Vis 및 SERS 스펙트럼이 비등 전 및 후에 기록되었다. 비등 전 및 후의 흡수도와 SERS의 작은 차이는 주로 농도의 약간의 차이에 기인할 수 있다. SACN은 본질적으로 비등에 의해 영향받지 않는다.
실시예 9
배치 대 배치 재생성의 증명
공정의 개시로부터 마무리 까지 태그를 제조하는 것의 재생성을 결정하기 ㅇ위해, 총 6개의 콜로이드를 제조하며, 이들은 표지된 표지된 B-G이다. 이들 콜로이드를 사용하여, 각각의 배치에 대한 동일한 프로토콜을 이용하여 태그의 총 13개의 배치를 제조하였다. 이들 콜로이드의 (정규화된) 흡수 스펙트럼은 도 11에 도시하였으며, 이들이 모든 단계가 완결된 후에 매우 유사함이 명백하다.
각각의 용액의 광학 밀도를 1.0으로 평형시킴으로써 농도를 정규화시킨 후에, SERS 반응을 785nm 여기를 사용하여 측정하였다. SERS 신호를 주된 피크(약 1200㎝-1)에서 모티터링하였다 (도시되지 않음). 모든 샘플을 사용하여, 그룹의 RSD는 12.5%이었다. 하나의 현저한 극단치를 제거하면, 나머지 12의 샘플은 7.5% 의 RSD를 나타내었다.
실시예 10
A. 직경이 18-90nm인 이방성 나노입자의 제조
상이한 공극 크기(18 내지 90nm)를 갖는 시판용 템플레이트를 이방성 Au 나노로드의 전착을 위해 사용하였다. 약 1㎛ 두께의 증발된 Ag를 도금 기재로 사용하였다. 전착 직전에, 템플레이트를 전기화학 전지 내로 어셈블링시키고, 공극의 바람직한 습윤을 보장하기 위해 하우스 진공 하에 1시간 동안 Ag-도금 용액 중에 침리포터킨 후, 1㎛ 두께의 새로운 Ag를 공극 내로 전착시켰다. 이어서, 교호적 Au 및 Ag 스트립로 구성된 나노와이어의 전착이 발생하였다. 시판용 도금 용액을 사용하였다: Cyless Silver(Technic, Inc.) 및 Microfab Au 100(Enthone-OMI, Inc.의 아황산염-기재 Au 용액). Au 단편의 길이를 Au 나노로드의 바람직한 종횡비에 의해 결정하였으며, Ag 단편의 길이는 10 내지 200nm이었으며; 공극당 스트립의 총수는 Au 나노로드/ml 용액의 최종 농도(템플레이트로부터의 방출 후)에 의해 결정하였다.
템플레이트 공극 직경에 좌우하여 여러가지 도금 기술을 사용하였다. 65nm 및 90nm으 공극 직경에 대해, 나노바코드 입자용 반자동화 합성기를 정전류 방식을 사용하였다. 3 x 1011개 Au 나노로스/템플레이트 까지의 Ag의 제거가 이루어진 후에, 59개 스트립(각각의 스트립은 길이가 30nm임)을 갖는 AuAg-나노와이어의 도금을 하나의 템플레이트 리딩 상에 순차적으로 플레이팅시켰다.
질산 중의 Ag(기재 및 Ag 스트립)의 용해로 출발한 후, 템플레이트를 NaOH 중에 용해시켜서 방출 프로토콜을 개발하였다. 방출된 Au 나노입자의 응집을 방지하기 위해, 짧은 SAM-분자(자체 어셈블링된 단일분자층)을 템플레이트 용해 동안 첨가하였다. 짧은 티올 함유 분자의 예로는, 메르캅토에탄올(ME), 메르캅토프로피온산(MPA) 및 메르캅토에탄술폰산(MESA)가 있다. 이들 짧은 분자는 나중에 라만 리포터 분자로 대체된다. 더 우수한 결과를 발생시키는 대안적 방법은 템플레이트 용해 동안 라만 리포터 분자를 NaOH에 직접 도입시키는 것이다. 4-메르캅토페놀(MP) 및 2-퀴놀린티올(QSH)이 성공적으로 사용되었으며, Au 나노로드에 의해 라만 신호를 나타내었다. 도 12는 QSH 중에서 방출된 65 x 30nm 및 90 x 30nm Au 입자의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 13은 MP 중에서 방출된 65 x 30nm 및 90 x 30nm Au 입자의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.
전착의 정전류 방식은 공극 직경이 35nm 이하인 템플레이트에 대해서는 효과적이지 않다. 여러가지 펄스 도금 기술(펄스 전류, 역펄스 전류 및 이중 펄스)이 사용될 수 있다. 구멍 직경이 미크론 미만 범위인 폴리카아보네이트 템플레이트를 사용하여, 초음파 교반에 의한 역전류 전착이 시아나이드 용액으로부터 Au 단일 결정을 성장시키기 위해 성공적으로 적용되었다. 그러나, 다결정 Au는 다양한 역펄스 조건을 사용하여 Au-아황산염 용액으로부터 침적되었다 [Dobrev, D.; Vetter, J.; Angert, N.; Neumann, R.; Electrochimica Acta 2000, 45, 3117-3125]. 초기에, Au-아황산염 용액으로부터의 펄스 등위치 침적이 포토레지스트 패턴 구조 상의 금속 분포를 개선시키지만, Au 필름의 성질(응력, 순도, 저항성)에 강하게 영향을 주지 않음이 입증되었으며, 이는 아황산염 용액 중의 Au/Au(I) 커플의 비가역성에 의해 설명된다 [Horkans, J.; Romankiw, L.T.; Electrochem. Soc. 1977, 124, 1499-1505].
펄스 파라미터(펄스 전류, 주파수 및 충격비)는 평균 도금 전류가 어느정도 낮게 하는(0.25 - 1 mA/sqcm) 방식으로 변동되어, Au 및 Ag 스트립의 느린 성장을 보장하였다. 성공적인 도금은 하기의 펄스 도금 조건에서 달성되었다 : 2 mA/sqcm의 펄스 전류; 0.025 - 2.5 Hz의 주파수 및 0.1 내지 0.3의 충격비. 동일한 펄스 조건을 하나의 실험 내에서 Au 및 Ag 스트립 둘 모두에 대해 사용하였다. 멀티채널 포텐티오스타트/갈바노스타트(Princeton Applied Resarch)를 사용하였으며; 각각의 스트립의 도금 후, 요액을 교체한 후에 그 다음 용액으로 수동으로 세정하고 재충전하였다. Ag 제거 후에, 19개의 교호적 Au/Ag 스트립이 3xE11 Au 나노로드/템플레이트(35nm 공극 직경) 및 1xE12 Au 나노로드/템플레이트(18nm 공극 직경)를 생성시킴이 입증되었다. 펄스 도금의 자동화는 템플레이트 두께가 50㎛이기 때문에 크기의 또 다른 순서에 의해 입자의 수를 추가로 증가킬 수 있다. 도 14는 Me에서 방출된 35nm 직경의 Au 나노로드의 TEM 영상 및 ME를 QSH로 대체한 후의 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.
B. 250nm x 250nm의 이방성 Au 입자의 제조
250nm x 250nm Au 입자를 파트 A에서의 입자와 유사하게 제조하였다. 공극 크기가 250nm인 알루미나 템플레이트를 Au 나노입자의 전착을 위해 사용하였다. 약 1㎛ 두께의 증발된 Ag를 도금 기재로 사용하였다. 5㎛ 두께의 새로운 Ag를 템 플레이트의 부가적 밀봉을 위해 구멍 내에 전착시킨 후에 각각 길이가 250nm인 교호적 Au 및 Ag 스트립로 구성된 나노와이어를 순차적으로 전착시켰다. 시판용 도금 용액을 사용하였다: Cyless Silver(Technic, Inc.) 및 Microfab Au 100(Enthone-OMI, Inc.). 나노바코드용 반자동화 합성기를 각각 1 mA의 정전류에서 9개의 Au 및 Ag 스트립의 도금을 위해 사용하였다. 질산 중의 Ag(기재 및 Ag 스트립)의 용해로 출발한 후, 템플레이트를 수산화 나트륨 중에 용해시켜서 방출 프로토콜을 개발하였다. 방출된 Au 나노입자의 응집을 방지하기 위해, 에탄올(EtOH) 중에 사전 용해시킨 티올-라만 리포터 분자인 4-메르캅토페놀(MP)을 방출 동안 수산화 나트륨에 주입시켰다. 방출 단계는 하기와 같다:
1. 12㎖ 40% HNO3, 60분
2. 2㎖ 28 mM MP/EtOH + 8㎖ 3M NaOH/20% EtOH/80% H2O, 30분
3. 200㎕ 28 mM MP/EtOH + 800㎕ 3M NaOH/20% EtOH/80% H2O, 30분
4. 원심분리: 4200 rpm, 2분
5. 3x 세정 200㎕ MP/EtOH + 800㎕ EtOH/H2O (1:4)
6. 원심분리: 4200 rpm, 각각 1분후
SEM/TEM, 각각 10㎕
7. UV-vis을 위해 H2O로 0.1㎖ 까지 희석시킨 0.1㎖ 샘플
8. 2x 세정 H2O, 6200 rpm에서 원심분리, 각각 10분
9. 라만 획득
방출 후의 Au 입자의 농도는 5x109㎖이었다. 금 입자를 에탄올 중에 재현탁시키고, 유리 코팅을 위해 300μL 분취물을 취하였다. 490μL 에탄올, 160μL 18M 물, 10μL 30% 수산화 암모늄 및 40μL 순수 오르토규산 테트라에틸(TEOS)을 금 입자의 분취물에 첨가하였다. 샘플을 초음파 처리하고, 45분 동안 혼합시키기 위한 가장 낮은 세팅으로 와류기에 넣었다. 그 다음, 샘플을 18M 물로 3회 세정하였다. 도 15A 및 B는 생성된 이방성 입자에 대한 SEM 영상을 도시한 것이다. 도 16A 및 B는 단일 입자의 더 근접한 도면이다. 입자들의 라만 스펙트럼은 도 17A 및 B에 도시하였다.
실시예 11
마이크로어레이 슬라이드 상에 포획 IL-7 항체를 프린팅시킴으로써 단백질 마이크로어레이 실험을 수행하였다. 각각의 스폿은 슬라이드 상에서 약 500㎛이었으며, 가각의 유리 기판 상에서 6회 반복하였다 [캐릴포니아 서니베일의 Telecom, Inc.에 의해 프린팅됨]. 친수성 펜을 사용하여 유리 슬라이드 상에 액체 장벽을 제공하여, 6개의 스폿을 각각 독립적으로 처리할 수 있었다. 펜이 건조된 후에, 슬라이드를 10 mM 인산염 완충 식염(PBS) 중의 5% 소 혈청 알부민(BSA)로 60분 이상 동안 블록킹시켰다.
모든 인큐베이션 및 세척 단계를 오비탈 로커 또는 셰이커에서 수행하였으며, 용액을 새로운 용액의 첨가 전에 피펫에 의해 흡입하였다. 블록킹 후에, 슬라 이드를 0.5% BSA/PBS로 각각 5분 동안 3회(3x5) 세척하였다. 항원을 0.5% BSA/PBS 중에서 제조하고 45분 내지 2시간 동안 어레이 상에서 인큐베이팅시킨 후, 어레이를 0.5% BSA/PBS 중에서 다시 한번 세척하였다(3x5). IL-7 변형된 SACN(뉴트라비딘 코팅 SACN 상의 비오틴화된 항체를 사용함)을 90분 동안 어레이 상에서 인큐베이팅시켰다. 그 다음, 0.5% BSA/PBS 중에서 세척하고(3x5), PBS 및 물 중에서 신속히 세정하였다. 슬라이드를 수세 직 후에 질소 기체의 분사에 의해 송풍 건조시켰다. 이들 어레이로부터의 라만 스펙트럼을 다이오드 레이저(785nm, 200 mW) 및 Ocean Optics USB-2000 분광기 및 소프트웨어를 사용하여 획득하였다. 유리 어레이 상에서 획득된 스펙트럼의 대표적 집적 시간은 2초이었다. 백그라운드값 차감을 이용하여 모든 스펙트럼으로부터 넣은 유리 백그라운드값을 제거하였다. 최적화 없이, 10-100 pg/㎖ 사이의 검출 범위가 달성되었다 (도 18). 그 다음, 단백질 칩의 인접 스폿 상에서 3가지 상이한 분석물(오발부민, 글로비기 간균 및 C-반응성 단백질)을 프로빙시킴으로써 다중 검정에 대한 효력을 설명하였다. 각각의 항원에 대한 항체를 BPE-항 Bg, QSH-항 Ova 및 보디피-항 CRP 입자를 제공하는 상이한 리포터 분자를 사용하여 SACN에 접합시켰다. 항원에 대한 포획 항체를 함유하는 일렬의 스폿을 모든 3가지 항원의 혼합물에 노출시켰다. 적절히 세정한 후, 스폿을 모든 3가지 검출 SACN에 노출시켰다. 그 다음, 라만 스펙트럼을 각각의 스폿으로부터 수집하였다. 데이터는 각각의 스폿에서 깨끗한 신호를 보여주었으며, 예를 들어, CRP를 포획하도록 계획된 스폿은 강한 보디피 태그 신호를 제공하였다.
실시예 12
Tetracore, Inc.(Gaithersburg, MD)의 제품인 측류 카트리지를 사용하여, 보톡스에 대한 측류 면역검정을 수행하였다. 이 실험에서, 장치를 개방시키고, 색채 검출제(검출 Ab에 접합된 콜로이드성 Au를 포함함)를 함유하는 패드를 제거하고, 이를 동일한 Ab(Teracore에서 제공)에 접합된 SACN을 포함하는 접합물로 대체시켰다. 상기 기술된 기기를 사용하여 라만 스펙트럼을 수집하였다. 데이터는 시판용 제품과 유사한 검출의 비-최적화 범위와 함께 비특이적 결합 및 항원의 존재하의 접합물의 성공적인 포획을 보여준다. 결과는 도 19에 나타내었다.
실시예 13
SACN에 의한 SK-BR3 세포의 염색
세포를 챔버 슬라이드 상에 포획하였다. 세포를 각각 1분 동안 3회 PBS로 세척하였다. 세포를 실온에서 30분 동안 3.7% 포름알데히드/PBS를 사용하여 고착시키고, 상기와 같이 세척하였다. 세포를 실온에서 20분 동안 1% BSA/PBS를 사용하여 블록킹시켰다. 세포를 실온에서 30분 동안 1㎍/㎖ 마우스-her2 항체(블록 완충제로 희서시킴)를 사용하여 인큐베이팅시키고, 상기와 같이 세척하였다. 그 다음, 세포를 30분 동안 1㎍/㎖ 비오틴화된 항-마우스 1gG를 사용하여 인큐베이팅시키고, 상기와 같이 세척하였다. 세포를 실온에서 1시간 동안 50㎕의 2X 스트렙트아비딘 접합된 SACN을 사용하여 인큐베이팅시키고, 상기와 같이 세척하였다. 훽스트(Hoechest) 염료(1:500으로 희석)를 첨가하고, 세포를 5분 동안 인큐베이팅시켰다. 세포를 상기와 같이 세척하였다. 세포를 PBS 중의 90% 글리세롤을 사용하여 커버슬립에 놓고, 가장자리를 매니큐어액으로 밀봉시켰다. 도 21A는 결과 샘플의 브릿지 필드 및 SERS 영상을 보여주며, 세포 표면 및 세포 내부 상의 특정 위치에 대한 SACN의 결합을 설명하는 것이다.
실시예 14
조직 샘플에서의 SACN의 검출
SACN 입자를 또한 강하게 착색된 유기 염료로 염색시킨 조직 샘플의 존재하에 검출시킬 수 있다. 예를 들어, 헤마톡실린 및 에오신(H&E)이 세포 크기 및 형태를 가시화시키기 위해 사용되는 표준 염료이다. 두 분자는 모두 가시 영역에서 형광을 나타내어, 동일한 샘플에 대한 통상적인 면역조직화학적 방법의 사용을 어렵게 하거나 불가능하게 한다. 그러나, 785nm 여기에 대해, 최소 백그라운드값이 얻어져서 SACN이 쉽게 가시화될 수 있게 된다. 이와 같이, Zymed 사의 마우스 조직 어레이를 표준 조직병리학적 프로토콜에 따라 H&E로 처리하여, 고도로 착색된 스폿을 생성시켰다. 수개의 스폿을 폴리리신 및 BPE SACN으로 차례로 처리하였다. 도 21B는 비처리 및 처리 스폿으로부터의 라만 스펙트럼을 도시한 것이며, H&E 염색의 백그라운드값에 걸쳐 SACN을 관찰할 수 있는 용이함을 제시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 1. 조직 샘플을 조직 샘플에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 생체분자-접합된 SACN 입자와 접촉시키는 단계; 및 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물의 라만 영상을 획득하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 조직을 에오신, 헤모톡실린, 및 헤모톡실린과 에오신의 조합과 같은 적어도 하나 이상의 부가적 비-SACN 시약과 접촉시켰다. 조직 샘플의 백그라운드 라만 영상을 얻을 수 있고, 조직/생체분자-접합된 SACN의 라만 영상으로부터 제외시킬 수 있다. 부가적으로, 라만 영상은 추가로, H&E 염색과 같이 세포 크기 및 형태를 가시화시키기 위한 강하게 착색된 유기 염료로 염색된 조직 샘플의 영상과 비교할 수 있다.
실시예 15
SACN에 의한 동물의 생체내 표지화
SACN을 누드 마우스 체내에 2가 방식으로, a) 혈류 중의 순화을 위해 꼬리 주입에 의해, 그리고, b) 피부 아래의 위치선정을 위해 피하주입에 의해 주입하였다. 두 경우 모두에서, 광학 프로브를 피부 상에 보유시키고, 검출된 라만 신호를 피부 아래로부터 방출시켰다. SACN의 피크를 백그라운드 위에서 관찰할 수 있었다. 휴대용 검출 시스템은 여기를 위해 785nm 레이저를 갖는다 (Ahura Corp. 제품). 106 mW의 광을 InPhotonics Inc. 제품인 광학 섬유 및 광학 헤드를 통해 시편에 전달하였다. 라만 산란 광을 동일한 광학 헤드에 의해 검출하였다. 이색성 필터는 수집된 광을 750nm에서 뚜렷이 나타나는 1200 그루브/mm 등급 및 50-미크론 슬릿을 갖는 분광기, Ocean Optics USB2000에 부착된 제 2 광학 섬유에 보낸다. 분광기 데이터를 랩톱 컴퓨터에 의해 수집하였다.
a)의 경우에, 신호는 약 45분 만에 검출되었다. 이 때에, 신호는 프로브가 마우스 간 위에 보유되는 경우에 검출된다 (도 22). SERS 태그 스펙트럼이 조직 형광과 레일리 역산란제의 혼합물인 백그라운드에서 나타난다. 측정된 실제 백그라운드은 피부 상의 프로브 위치에 의존한다. 프로브가 피부와 접촉하고 있으면, 스펙트럼은 더 많은 조직 형광을 함유할 수 있다. 프로브가 피부로부터 떨어지면, 스펙트럼은 더 많은 레일리 역산란제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 간에서 획득 되 스펙트럼 및 마우스의 옆구리에서 획득된 스펙트럼의 경우에, 백그라운드이 상이할 수 있다. 백그라운드이 변할 수 있으므로, SACN은 태그가 백그라운드에 걸쳐 가장 높은 피크에 의해 정량화될 수 있기 때문에 장점이 있다.
b)의 경우에, 도 23에 도시된 바와 같이, 신호는 주입 직후에 검출된다. 도 23은 또한, 옆구리에서 획득된, SACN을 사용하지 않은 마우스로부터 얻어지는 스펙트럼을 함유한다. 신호는 태그가 마우스의 체내로 확산됨에 따라 시간의 경과에 따라 감소된다. 피하 스펙트럼은 또한 일부 백그라운드 형광 및 레일리 산란제를 함유하지만, SACN 신호는 백그라운드에 걸쳐 훨씬 더 강하다.
실시예 16
다중화된 세포 영상화 실험
사람 전립성 암종으로부터 유도된 안드로겐-민감성 부착성 세포주인 세포주 LNCaP를 사용한다. LNCaP 세포는 ATCC(Rockville, MD)로부터 입수할 수 있다. LNCaP 세포는 전립선암에 대한 우수한 모델이다. 알파-메틸아실-CoA 라세마아제(AMACR) 및 전립선 특이적 항원(PSA)와 같은 전립선암에서 중요한 것으로 공지된 바이오마커에 대한 많은 시판용 항체가 있다. 마커 또는 컨트롤로서 유용한 다른 항체는 CDH1, CTNNB!, CCND1, HPN, 세53, CDKN1B 및 BCL2에 대한 항체를 포함한다.
이들 마커에 대한 항체는 SACN에 접할 될 것이다. LNCaP 세포를 다향한 화합물 및 조건으로 처리하는 세포 표지화 및 영상화 실험이 수행될 것이다. 세포 생존성에 대한 작용 및 항체 접합된 SACN의 공간 위치선정이 모티터링될 것이다.
문헌[Kuefer, et al., Am J Pathol 2002, 161, 841-48]에 상세히 기술된 바 와 같이 세포주 LNCaP, DU-145 및 PC-3에서 AMACR 및 PSA의 단백질 발현을 비교하기 위해 AMACR 항체와 PSA 항체 둘 모두에 접합된 SACN이 사용될 것이다. 세포는 전립선암에 대한 항-안드로겐 부류의 처방약 치료로부터의 경구용 약제인 바이칼루타마이드로 처리될 것이다. 호르몬-민감성 종양 세포주인 LNCaP는 세포주 DU-145 및 PC-3보다 웨스턴 블롯 분석에 의해 더 강한 AMACR 발현을 나타낸다. LNCaP ㅅ세포를 바이칼루타마이드로 처리할 때, 세포 중의 AMACR 단백질 발현은 불변으로 유지되는 반면, 안드로겐-조절되는 것으로 알려진 전립선 특이적 항원은 감소된 단백질 발현을 나타낸다. SACN의 공간 위치선정이 수행될 것이다. 표면 표지화 실험과는 달리, 세포내 영상화에서는, 비결합 태그를 세척해내는 것이 가능하지 않다. 따라서, 이들 실험으로부, 세포 내의 특이적 표적(예를 들어, 표적이 하향조절되는 경우에, 상기 검정에서의 PSA)에 결합하지 않은 과량의 SACN에 대해 발생되는 현상이 이해될 것이다.
최근에 문헌[Arnold, et al., Am. J. Physiol. Endocrinol Metab. 2004, 288. E573-E584]은 LNCaP 세포의 유전자 및 단백질 발현에 대한, 처방전 없는 식이 보충물인 데히드로에피안드로스테론(DHEA)의 효과의 연구를 발표하였다. 이들은 DHEA가 세포 증식에 영향을 주고, PSA 및다른 많은 수용체의 단백질 발현을 증가시킴을 발견하였다. PSA 항체, 및 CCND1(사이클린 D1)과 같은 암세포 중의 세포 성장을 표시하는 항체에 접합된 SACN을 사용하여, 상기 생물계가 연구될 것이다. 세포는 DHEA, 테스토스테론, 레티노산 및 17베타-에스트라디올(E2)로 처리되고, 세포 영상화 결과를 아놀드(Arnold) 등에 의해 보고된 결과와 비교할 것이다.
Claims (48)
- (a) 공극(pore) 직경이 300nm 미만인 템플레이트(template)의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계;(b) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며;(c) 단계 (a)를 반복하는 단계; 및(d) 적어도 두개의 유리 금속(free metal) 나노입자를 생성시키기 위해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유리 금속 나노입자가 길이가 10 내지 300nm이고, 폭이 15 내지 300nm인 방법.
- 제1항에 있어서, 단계(b) 및 (c)를 반복하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 템플레이트가 알루미나(alumina)인 방법.
- 제1항에 있어서, 제 2 재료가 금속인 방법.
- 제5항에 있어서, 제 2 재료가 Ag인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속이 Au인 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제 2 재료가 Ag인 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 템플레이트가 알루미나인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방출이 강산(strong acid)으로 처리한 후, 강염기(strong base)로 처리하는 것을 포함하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 강산이 질산이고, 상기 강염기가 NaOH인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전착(electrodeposition)이 펄스 도금(pulse plating), 펄스 전류 도금(pulse current plating), 역펄스 전류 도금(reverse pulse current plating) 및 이중 펄스 도금(double pulse plating)으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제1항에 있어서, 단계(c) 동안 짧은 SAM-분자를 제공하는 것을 추가로 포함 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방출이 SERS 활성 분자를 제공하는 용액을 사용하는 것을 포함하는 방법.
- (a) 공극 직경이 300nm 미만인 템플레이트의 공극 내로 금속을 침적시키는 단계;(b) 상기 템플레이트의 상기 공극 내로 제 2 재료를 침적시키는 단계, 여기에서 상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 적어도 하나 이상의 침적은 단편화된 공극-결합 나노입자를 생성시키기 위한 패러데이 전기화학적 공정을 포함하며;(c) 단계 (a)를 반복하는 단계; 및(d) 적어도 두개의 다공성 유리 금속 나노입자를 생성시키기 위해 산처리에 의해 상기 단편화된 공극-결합 나노입자로부터 상기 제 2 재료 및 상기 템플레이트를 방출시키는 단계를 포함하는 방법.
- 나노입자 코어(nanoparticle core), 라만-활성 리포터 분자(Raman-active reporter molecule), SiO2 봉합제(encapsulant), 및 -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 포함하는 SACN.
- (a) 나노입자를 제공하는 단계;(b) 라만-활성 리포터 분자를 상기 나노입자와 결합시키는 단계;(c) 나노입자를 SiO2로 봉합하는 단계; 및(d) -SH 기, -NH2 기 및 -COO- 기로 구성된 군으로부터 선택된 반응성 기를 함유하도록 SiO2를 변형시키는 단계를 포함하여, 활성화된 SACN을 제조하는 방법.
- (a) 생물학적 샘플을 수득하는 단계; 및(b) 샘플을 분석물(analyte)에 결합한 생체분자를 포함하는 생접합된 SACN(bioconjugated SACN)과 접촉시키는 단계; 및(c) 상기 생접합된 SACN에 결합된 분석물을 검출하는 단계를 포함하여 분석물을 검출하기 위한 방법.
- 제18항에 있어서, 생체분자 및 분석물이 상보성 뉴클레오티드 서열인 방법.
- 제18에 있어서, 샘플이 혈액, 혈청, 침, 가래, 눈물, 땀, 또 다른 분비액; 소변, 태아 물질, 뇌척수액, 간질액, 세포 추출액 및 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- (a) 분석물을 함유하는 것으로 추정되는 샘플을 샘플 내에서 분석물과 결합 시키기 위해서 측류 검정(lateral-flow assay) 표면 상에서 분석물에 대한 적어도 하나 이상의 특이적 결합 파트너와 접촉시키는 단계;(b) 단계 (a) 이전에, 동시에 또는 후속적으로, 적어도 하나 이상의 분석물 결합 파트너를 SACN과 결합시키는 단계; 및(c) SERS 신호를 검출하여, 분석물의 존재가 신호의 세기 또는 존재에 의해 분석물의 존재를 결정되며, 샘플 내에서 적어도 하나 이상의 분석물의 존재가 결정되는 것을 포함하는 방법.
- (a) CCD 카메라가 장착된 현미경을 제공하는 단계;(b) 세포를 제공하는 단계;(c) 세포 또는 세포의 일부분에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 SACN과 세포를 접촉시키는 단계;(d) 세포와 카메라 사이에 파수 필터링 장치(wavenumber filtering device)를 제공하는 단계;(e) 다수의 데이터 세트를 획득하는 단계; 및(f) 데이터 세트를 어셈블링하는 단계를 포함하여, SACN의 공간 프로파일을 획득하는 방법.
- 제22항에 있어서, 파수 필터링 장치가 단색 광기(monochromator), 노치 필터(notch filter), 필터 휠(filter wheel), 음향광학 조절 필터(acousto-optic tunable filter), 푸리에 변형 간섭 필터(Fourier transform interference filter), 액정 조절 필터(liquid crystal tunable filter) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 파수 필터링 장치가 액정 조절 필터를 포함하며, 상기 획득이(a) 제 1 주파수에서 데이터를 획득하고;(b) 임의적으로 제 2 및 후속 주파수에서 데이터를 획득하는 것을 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 획득이(a) 단색 광기를 통해 한 위치의 단일 포인트로부터 광을 분산시키고;(b) 어레이 검출기 상에서 상기 포인트의 완전한 라만 스펙트럼을 획득하고;(c) (a) 및 (b) 다중 위치선정을 반복하는 것을 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 획득이(a) 한 라인의 방사선으로 샘플을 여기시키고;(b) 라인 중의 각각의 공간적 화소(spatial pixel)의 완전한 스펙트럼을 획득하고;(c) 샘플을 가로지르는 라인을 스캐닝하는 것을 포함하는 방법.
- (a) 코어/쉘 나노입자;(b) 상기 코어/쉘 나노입자와 결합된 적어도 하나 이상의 라만-활성 리포터 분자; 및(c) SiO2 봉합제를 포함하는 나노입자.
- 제27항에 있어서, 상기 코어/쉘 나노입자가 Au2S 코어/Au 쉘 입자, Ag 코어/Au 쉘 입자, 실리카 코어/Au 쉘 입자, 실리카 코어/Ag 쉘 입자, 알루미나 코어/Au 쉘 입자, 알루미나 코어/Ag 쉘 입자, TiO2 코어/Au 쉘 입자 및 TiO2 코어/Ag 쉘 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 나노입자.
- (a) 이방성(anisotropic) 금속 나노입자;(b) 상기 이방성 금속 나노입자와 결합된 SERS-활성 리포터 분자; 및(c) 이방성 금속 나노입자를 봉합하는 SiO2를 포함하는 나노입자.
- 제29항에 있어서, 이방성 금속 나노입자가 타원, 막대, 원형, 피라미드, 입방체, 원통, 나노헬릭스, 나노스프링, 나노링, 막대형 나노입자, 화살형 나노입자, 눈물방울형 나노입자, 테트라포드형 나노입자, 프리즘형 나노입자, 다공성 나노입자 및 다른 비기하학적 형태의 나노입자로 구성된 군으로부터 선택되는 나노입자.
- 제30항에 있어서, 상기 나노 입자가 비기하학적 형태이고, 나노로드에 가까운 형태인 나노입자.
- 제31항에 있어서, 상기 나노입자가 직경이 약 250nm이고, 길이가 약 250nm인 방법.
- (a) SACN 나노입자 영상화제를 환자에게 투여하는 단계;(b) 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 시스템을 사용하여 환자를 스캐닝하는 단계; 및(c) 환자 내부 부위의 스펙트럼 또는 영상을 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 시스템이 스폿 스캐닝 콘포칼 현미경(spot scanning confocal microscope), 라인 스캐닝 시스템(line scanning system) 및 광간섭단층촬영 시스템(Optical Coherence tomographic system), 단일 파장 밴드에서만 검출하는 시스템, 여기 광원 및 필터링된 영상 검출을 포함하는 형광 영상화 시스템으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 환자의 부위가 전체 환자, 혈관계, 심장, 간 및 비장 및 위장 부위로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 스펙트럼 영상화를 수행할 수 있는 시스템이 휴대용 시스템인 방법.
- (a) 이상 병변에 수반되는 분자에 대해 표적화된 다수의 SACN을 이상 병변을 갖는 환자에게 투여하는 단계, 여기에서 SACN은 이상 병변과 관련된 분자에 결합되게 되며; 및(b) 결합된 SACN의 영상을 수득하여 이상 병변을 진단할 수 있는 단계를 포함하는 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 이상 병변의 위치가 위장관, 심장, 허파, 간, 자궁, 유방 및 결장을 포함하는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 SACN이 영상화 프로브와 비공유적으로 결합되며, 상기 투여는 영상화 프로브를 주입시키는 것을 포함하고, 상기 SACN은 조직 또는 체액 내로 분리되는 방법.
- SACN을 동물에 주입시키는 것을 포함하는 동물을 SACN으로 표지하는 방법으로서, 상기 주입은 피하주입 및 정맥내 주입으로 구성된 군으로부터 선택되는 방 법.
- 제40항에 있어서, SACN 또는 표지된 동물을 검출하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- (a) 조직 샘플을 조직 샘플에 특이적으로 결합할 수 있는 적어도 하나 이상의 생체분자-접합된 SACN 입자와 접촉시키는 단계; 및(b) 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물의 라만 영상을 획득하는 단계를 포함하는 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 조직이 하나 또는 그 이상의 부가적 비-SACN 시약과 접촉되는 방법.
- 제43항에 있어서, 상기 부가적 시약이 에오신, 헤모톡실린, 및 헤모톡실린과 에오신의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제42항에 있어서,(a) 제42항의 단계 (a) 이전에 조직 샘플의 백그라운드 라만 영상을 획득하는 단계; 및(b) 제42항의 단계 (b)에서 획득된 조직/생체분자-접합된 SACN 입자 혼합물 의 라만 영상으로부터 백그라운드 스펙트럼을 제외시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 조직이 하나 또는 그 이상의 부가적 비-SACN 시약과 접촉되는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 부가적 시약이 에오신, 헤모톡실린, 및 헤모톡실린과 에오신의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제42항에 있어서, 라만 영상을 세포 크기 및 형태를 가시화시키기 위해 강한 착색 유기 염료로 염색시킨 조직 샘플과 비교하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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