KR20080114396A - Method for immobilzing biomolecules on substrate using gold nanoparticles - Google Patents

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Abstract

A method for fixating a biomass on a substrate using gold nanoparticle is provided to increase an immobilization capacity of the biomass compared with an existing method by uniting gold nanoparticles with many biomasses by a three dimensional structure and be uniformly immobilized and steadily formed compared with the existing covalent bond due to bond by the adsorption with the gold nanoparticles and the substrate. A method for fixating a biomass on a substrate using gold nanoparticles includes steps of: (a) manufacturing gold nanoparticles-biomass composite by mixing the gold nanoparticles and the biomass; and (b) fixing the substrate of the gold nanoparticles-biomass composite through adsorption of the substrate and the gold nanoparticles by spotting the composite on the substrate.

Description

금 나노입자를 이용하여 바이오물질을 기판에 고정화시키는 방법{Method for Immobilzing Biomolecules on Substrate Using Gold Nanoparticles}Method for Immobilizing Biomolecules on Substrate Using Gold Nanoparticles}

도 1은 본 발명에 따른 금 나노입자와 아민 DNA의 복합체를 제조한 후, 상기 복합체를 유리기판상에 고정화시키는 방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a method of preparing a complex of gold nanoparticles and amine DNA according to the present invention and immobilizing the complex on a glass substrate.

도 2는 본 발명에 따른 금 나노입자와 양쪽 말단이 각각 Cy5 및 아민으로 치환된 DNA의 복합체를 제조한 후, 상기 복합체를 알데히드 유리기판 및 아민 유리기판에 고정화시킨 상태를 나타낸 것이다.2 shows a state in which a complex of gold nanoparticles according to the present invention and DNA having both ends substituted with Cy5 and amine, respectively, is immobilized on an aldehyde glass substrate and an amine glass substrate.

도 3은 실시예 3에서 제조한 금 나노입자-DNA칩 상에 목적 DNA 1 및 목적 DNA 2를 각각 혼성화시킨 결과를 스캐닝한 사진을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows photographs of scanning results of hybridizing target DNA 1 and target DNA 2 on gold nanoparticle-DNA chips prepared in Example 3. FIG.

도 4는 실시예 3에서 제조한 금 나노입자-DNA칩의 불량 스팟과 양호한 스팟에 대해 은 나노입자의 증폭을 통하여 고정화 상태를 검사한 사진을 나타낸 것이다. Figure 4 shows a photograph of the immobilized state through the amplification of silver nanoparticles for the defective spots and good spots of the gold nanoparticles-DNA chip prepared in Example 3.

도 5는 금 나노입자를 이용하지 않고 바이오 물질을 고정화시킬 경우와 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 고정화시킬 경우의 고정화 비율(a)과 혼성화 비율(b)을 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing immobilization ratio (a) and hybridization ratio (b) when immobilizing biomaterials without using gold nanoparticles and when immobilizing biomaterials using gold nanoparticles.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 금 나노입자를 이용하여 바이오물질을 기판에 고정화시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, (a) 금 나노입자와 바이오 물질을 혼합하여 금 나노입자-바이오 물질 복합체를 제조하는 단계 및 (b) 상기 복합체를 기판상에 스팟팅(spotting)하여, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 상기 금 나노입자-바이오 물질 복합체를 기판에 고정시키는 단계를 포함하는, 금 나노입자를 이용하여 바이오물질을 기판상에 고정화시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of immobilizing a biomaterial on a substrate using gold nanoparticles, and more specifically, (a) preparing a gold nanoparticle-bio material complex by mixing gold nanoparticles and a biomaterial; (b) spotting the complex on a substrate, thereby immobilizing the gold nanoparticle-bio material complex on the substrate through adsorption of the gold nanoparticles with the substrate. A method of immobilizing a substance on a substrate.

발명의 배경Background of the Invention

바이오칩은 표면 개질된 유리, 실리콘, 폴리프로필렌 등의 고분자 기판을 포함하는 여러 가지 종류의 고체 표면에 DNA, 단백질 등의 바이오 물질을 정해진 위치에 고밀도로 부착시켜 미세 집적시킨 것을 통칭한다. 이러한 바이오칩은 짧은 시간 내에 많은 샘플들을 동시에 분석할 수 있기 때문에 다방면에 응용이 될 수 있다. Biochips collectively refer to micro-integration by attaching biomaterials such as DNA and proteins at high density to a predetermined position on various types of solid surfaces including polymer substrates such as surface modified glass, silicon, and polypropylene. Such a biochip can be applied to various fields because it can analyze many samples simultaneously in a short time.

최근 그 응용 가능성이 급격히 확대되고 있는 바이오칩의 성능은 크게 다음의 특이성, 민감성 그리고 재연성의 세 가지로 구분될 수 있다. 구체적으로는 첫째, 바이오칩은 검사하고자 하는 목적 물질을 정확하게 분석할 수 있어야 한다. 즉, 샘플 내에 존재하는 많은 다른 물질과 구분될 수 있도록 목적물질만을 감지할 수 있는 높은 특이성을 가지고 있어야 한다. 둘째, 통상적으로 바이오칩의 대상 샘플이 인간의 유전자나 단백질 추출용액이므로 매우 낮은 농도의 목적물질도 충분히 감지할 수 있는 민감성을 가지고 있어야 한다. 셋째, 바이오칩 제품은 제작되는 시기나 제작자에 상관없이 항상 일정하고 동일한 성능을 보이는 재연성이 있어야 한다.Biochip's performance, which is rapidly expanding its applicability in recent years, can be classified into three specificities, sensitivity, and reproducibility. Specifically, first, the biochip must be able to accurately analyze the target material to be tested. In other words, it must have a high specificity that can detect only the target substance to distinguish it from many other substances present in the sample. Second, since the target sample of the biochip is a human gene or protein extraction solution, it should be sensitive enough to detect even a very low concentration of the target substance. Third, biochip products must have reproducibility that always shows the same and consistent performance regardless of the time of manufacture or the manufacturer.

이러한 특이성, 민감성 및 재연성을 포함하는 바이오칩의 성능에 큰 영향을 미치는 것 중의 하나가 고정화 방법이다. DNA 칩의 경우, 여러 가지 고정화 기술들이 개발되어 왔으며, 대표적으로 덴드리머(dendrimer) 그리고 가상-3D(pseudo-3D) 구조들을 이용하여 고정화 밀도를 늘리고, 혼성화 효율을 높이는 기술들이 개발되어 왔다. 기존에 개발되어온 고정화 기술들은, 대부분 화학적인 합성 방법에 기본을 두고 있기 때문에, 특별한 합성 기술을 필요로 하고 절차가 복잡하며 통상적으로 많은 시간을 요하는 단점이 있다.One of the major influences on the performance of biochips including these specificities, sensitivity and reproducibility is the immobilization method. In the case of DNA chips, various immobilization techniques have been developed. Representative techniques such as dendrimer and pseudo-3D structures have been developed to increase immobilization density and hybridization efficiency. Immobilization techniques that have been developed in the past are mostly based on chemical synthesis methods, and therefore require special synthesis techniques, complicated procedures, and usually require a lot of time.

한편, DNA 칩에 있어서 또 하나의 커다란 이슈는 칩 상의 고정화 상태를 손쉽게 검사할 수 있는 기술의 개발이다. 기존에 개발된 검사 방법은 크게 다음과 같은 두 가지 방법으로 나뉠 수 있다. 첫째로, DNA 칩 중의 일부를 무작위로 샘플링을 한 후, 실제 목적 유전자와 반응을 시킨 후 반응 결과를 형광 등으로 분석함으로써 고정화 상태를 유추하여 평가하는 방법이 있다. 또 다른 방법은 DNA 고정화 용액에 DNA 반응과는 무관한 별도의 형광 염료 등을 혼합한 후 고정화를 수행하고, 상기 형광염료의 고정화 상태를 조사함으로써 고정화 용액 내의 캡쳐(capture) DNA의 고정화 상태를 유추 평가하는 방법이다. 그러나, 상기 샘플링에 의한 고정화 검 사 방법은 실제 형광이 레이블링된 목적 샘플을 사용하기 때문에 비용이 많이 들고 혼성화 반응을 수행하는 데 많은 시간이 소요되는 단점이 있고, 상기 형광 염료를 혼합하는 방법 또한 추가적인 형과 염료 비용이 소요되고 형광스캐닝 등의 추가 작업을 요한다는 단점이 있다. On the other hand, another big issue for DNA chips is the development of a technology that can easily check the immobilization state on the chip. The existing test methods can be largely divided into the following two methods. First, there is a method of randomly sampling a part of a DNA chip, reacting with an actual target gene, and analyzing the reaction result by fluorescence to infer and evaluate the immobilization state. Another method infers the immobilization state of the capture DNA in the immobilization solution by mixing the immobilization solution with a fluorescent dye irrelevant to the DNA reaction and performing immobilization and examining the immobilization state of the fluorescent dye. How to evaluate. However, the method of immobilized inspection by sampling has a disadvantage in that it is expensive and takes a long time to perform a hybridization reaction because it uses a target sample labeled with actual fluorescence. There is a disadvantage in that mold and dye costs are required and additional work such as fluorescent scanning is required.

최근, 금 나노입자로 말단이 SH로 개질된 DNA를 실리콘 기판에 고정화시키는 방법이 공개된바 있다 (C. Minard-Basquin et al., IEE Proc.-Nanobiotechnol, 97:103, 2005). 그러나, 이러한 방법은 DNA를 SH로 개질하는데 3~4일이라는 비교적 긴 시간이 소요되고, 실리콘 기판이라는 한정된 기판에만 DNA를 고정화할 수 있다는 단점이 있다.Recently, a method of immobilizing DNA whose ends are modified with SH with gold nanoparticles has been disclosed (C. Minard-Basquin et al. , IEE Proc.-Nanobiotechnol , 97: 103, 2005). However, this method takes a relatively long time of 3 to 4 days to modify the DNA to SH, and has the disadvantage that the DNA can be immobilized only on a limited substrate such as a silicon substrate.

따라서, 당업계에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 간편하게 바이오 물질을 기판에 고정화할 수 있는 방법, 상기 방법을 이용하게 제조된 바이오칩 및 상기 바이오 물질의 고정화 상태를 용이하면서도 단시간 내에 수행할 수 있는 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 측정방법에 대한 요구가 시급한 실정이다. Therefore, in the art, in order to solve the above problems, a method of easily fixing a biomaterial on a substrate, a biochip manufactured by using the method, and a biochip that can easily perform the immobilization state of the biomaterial in a short time. There is an urgent need for a method for measuring the immobilization status of biomaterials.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 금 나노입자를 이용하여 바이오물질을 흡착을 통해 기판상에 고정함으로써 간편하게 바이오물질을 기판에 고정화할 수 있고, 상기 고정화를 통하여 제조된 바이오칩에서 바이오 물질의 고정화 정도를 은 나노입자의 증폭을 이용하여 간편하고 단시간 내에 측정할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.Thus, the present inventors have made efforts to improve the problems of the prior art, as a result of fixing the biomaterial on the substrate by adsorption using gold nanoparticles, the biomaterial can be easily immobilized on the substrate, manufactured through the immobilization The present invention was completed by confirming that the degree of immobilization of biomaterials in the prepared biochip can be measured simply and in a short time using amplification of silver nanoparticles.

본 발명의 목적은 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 기판상에 고정화시키는 방법, 상기 방법으로 제조된 바이오칩 및 상기 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 측정방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for immobilizing a biomaterial on a substrate using gold nanoparticles, a biochip manufactured by the method and a method for measuring a biomaterial immobilization state of the biochip.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 금 나노입자와 바이오 물질의 혼합하여 금 나노입자-바이오 물질 복합체를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 복합체를 기판상에 스팟팅(spotting)하여, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 상기 금 나노입자-바이오 물질 복합체를 기판에 고정시키는 단계를 포함하는, 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 기판상에 고정화시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) preparing a gold nanoparticle-bio material composite by mixing gold nanoparticles and biomaterials; And (b) spotting the composite onto the substrate to secure the gold nanoparticle-bio material composite to the substrate through adsorption of the gold nanoparticles with the substrate. A method of immobilizing a biomaterial on a substrate is provided.

본 발명에 있어서, 상기 바이오 물질은 DNA, RNA, PNA 및 단백질로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 DNA 또는 RNA는 아민기가 도입된 것임을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the bio-material may be selected from the group consisting of DNA, RNA, PNA and protein, the DNA or RNA may be characterized in that the amine group is introduced.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 알데히드기 또는 아민기로 개질된 것임을 특징으로 할 수 있고, 상기 알데히드기로 개질된 기판과의 공유결합에 의해 바이오 물질이 추가로 고정되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 아민기로 개질된 기판과의 교차결합에 의해 바이오 물질이 추가로 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the substrate may be characterized by being modified with an aldehyde group or an amine group, the bio-material may be further fixed by a covalent bond with the substrate modified with the aldehyde group, the amine group The biomaterial may be further secured by crosslinking with the modified substrate.

본 발명은 상기 방법으로 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오 물질 복합체가 기판에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩을 제공한다.The present invention provides a biochip manufactured by the above method, wherein the gold nanoparticle-bio material complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오물질 복합체가 기판에 고정되어 있으며, 동시에 알데히드기로 개질된 기판에 바이오 물질이 공유결합되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩을 제공한다.The present invention is also prepared by the above method, the gold nanoparticles and the biomaterial complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate, and at the same time characterized in that the biomaterial is covalently bonded to the substrate modified with aldehyde group To provide a biochip.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오물질 복합체가 기판에 고정되어 있으며, 동시에 아민기로 개질된 기판에 바이오 물질이 교차결합되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩을 제공한다.The present invention is also prepared by the above method, the gold nanoparticles-biomaterial complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate, at the same time characterized in that the biomaterial is cross-linked to the substrate modified with an amine group To provide a biochip.

본 발명은 (a) 은 이온을 포함하는 용액과 은 이온을 환원시키는 용액을 혼합하여 은 나노입자 증폭을 위한 혼합용액을 제조하는 단계, (b) 상기 바이오칩과 (a) 단계의 혼합용액을 반응시켜 은 나노입자를 증폭시키는 단계 및 (c) 은 나노입자 증폭결과를 측정하여 바이오 물질의 고정화 상태를 확인하는 단계를 포함하는, 바이오칩에서 바이오물질의 고정화 상태를 측정하는 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) mixing a solution containing silver ions and a solution for reducing silver ions to prepare a mixed solution for amplifying silver nanoparticles, (b) reacting the biochip and the mixed solution of step (a) Amplifying the silver nanoparticles, and (c) determining the immobilization state of the biomaterial by measuring the nanoparticle amplification result.

본 발명에 있어서, 상기 은 이온을 포함하는 용액은 초산은(silver acetate) 용액이고, 상기 은 이온을 환원시키는 용액은 하이드로퀴논(hydroquinone) 용액인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the solution containing the silver ions may be a silver acetate solution, the solution for reducing the silver ions may be characterized in that the hydroquinone solution (hydroquinone) solution.

본 발명은 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-아민기 도입 DNA 복합체가 금 나노입자를 링커로 기판에 고정되어 있는 DNA칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 혼성화 반응의 검출방법을 제공한다.The present invention provides a method for detecting a hybridization reaction, wherein a gold nanoparticle-amine group-introduced DNA complex uses a DNA chip in which gold nanoparticles are immobilized on a substrate by using a linker.

본 발명에 있어서, 상기 DNA칩은 알데히드기로 개질된 기판에 아민기 도입 DNA가 추가로 공유결합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 DNA칩은 아민기로 개질된 기판에 아민기 도입 DNA가 추가로 교차결합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있고In the present invention, the DNA chip may be characterized in that the amine group introduced DNA is further covalently bonded to the substrate modified with aldehyde group, the DNA chip is further added to the amine group introduced DNA on the substrate modified with the amine group Characterized by being crosslinked

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

본 발명은 바이오 물질을 기판에 고정화할 때, 금 나노입자를 이용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in using gold nanoparticles when immobilizing a biomaterial onto a substrate.

본 발명의 금 나노입자는 3차원 구조를 가짐으로 인하여 바이오 물질이 결합할 수 있는 넓은 표면적을 제공할 수 있고, 그에 따라 상기 바이오 물질이 고밀도로 금 나노입자에 고정화될 수 있도록 한다. 또한, 상기 금 나노입자는 흡착에 의해 기판상에 손쉽게 결합되므로, 바이오 물질을 기판에 간편하게 고정화하고(도 1), 은 나노입자의 증폭을 통하여 본 발명에 따른 바이오칩의 고정화 상태를 측정가능하게 한다.The gold nanoparticles of the present invention can provide a large surface area to which biomaterials can bind due to their three-dimensional structure, thereby allowing the biomaterials to be immobilized on gold nanoparticles at high density. In addition, since the gold nanoparticles are easily bonded onto the substrate by adsorption, the biomaterial is easily immobilized on the substrate (FIG. 1), and the immobilization state of the biochip according to the present invention can be measured through amplification of silver nanoparticles. .

본 발명에서는 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 기판에 고정화하기 위하여, 우선 금 나노입자와 바이오물질의 복합체(이하, 금 나노입자-바이오물질 복합체라 함)를 제공한다. 상기 금 나노입자-바이오물질 복합체는 금 나노입자와 바이오물질을 혼합한 후, 상온에서 반응시키는 것만으로도 간편하게 생성되며, 이는 기본적으로 금 나노입자는 표면이 음전하를 띠고 있으므로 정전기적인 힘에 의하여 양전하를 띠는 부분이 있는 바이오 물질들과 쉽게 결합을 하는 특징이 있기 때문이다.In the present invention, in order to immobilize a biomaterial on a substrate using gold nanoparticles, first, a complex of gold nanoparticles and a biomaterial (hereinafter, referred to as a gold nanoparticle-biomaterial composite) is provided. The gold nanoparticle-biomaterial composite is simply generated by simply mixing gold nanoparticles with a biomaterial and reacting at room temperature. This is basically because the gold nanoparticles have a negative charge on the surface thereof and are positively charged by electrostatic force. This is because it has a characteristic of easily binding with biomaterials having a part of.

본 발명에 따른 일 구현예로서, 바이오물질은 DNA, 기판은 유리기판을 사용할 수 있다.In one embodiment according to the present invention, the biomaterial may be DNA, the substrate may be a glass substrate.

본 발명의 일 구현예에서는 상기와 같이 금 나노입자가 알데히드로 개질된 알데히드 유리기판 및 아민으로 개질된 아민 유리기판에 흡착하는 특성을 이용하여 금 나노입자에 결합된 DNA를 유리기판에 용이하게 고정화시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, the DNA nanoparticles bound to the gold nanoparticles are easily immobilized on the glass substrate by using the properties of the gold nanoparticles adsorbed onto the aldehyde-modified glass substrate and the amine-modified glass substrate modified with amine. You can.

또한, 본 발명에서는 금 나노입자가 유리기판 표면에 흡착하는 것과 동시에, 금 나노입자에 결합된 DNA의 일부가 알데히드 유리기판 및 아민 유리기판에 각각 공유결합 및 교차결합을 형성함으로써, 결과적으로 금 나노입자-DNA 복합체 전체를 상기 알데히드 유리기판 및 아민 유리기판에 고정화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the gold nanoparticles are adsorbed on the surface of the glass substrate, and at the same time, a part of the DNA bound to the gold nanoparticles forms covalent bonds and crosslinks on the aldehyde glass substrate and the amine glass substrate, respectively. The whole particle-DNA complex may be immobilized on the aldehyde glass substrate and the amine glass substrate.

일반적으로, 말단에 아민기를 함유하지 않는 DNA를 사용할 경우, 상기 DNA의 염기부분이 정전기적 힘에 의해 금 나노입자의 표면과 결합할 수는 있으나, 고정화된 DNA의 염기부분이 목적 DNA와 혼성화 반응을 하게되면, 상기 고정화된 DNA는 금 나노입자의 표면으로부터 탈착하게 된다. 이와 같은 DNA의 탈착현상을 방지하기 위하여, 금 나노입자와 결합할 DNA 사슬 끝에 아민기를 도입하였다. 이 경우, DNA 사슬 끝에 도입된 아민이 금 나노입자와 결합함으로써, 상기 유리기판에 고정화된 DNA의 염기부분이 혼성화 반응에 관여하더라도 상기 고정화된 DNA는 유리기판에 그대로 존재할 수 있다 (Li, H. et al., Proc Natl Acad Sci U S A., 14036:14039, 2005).In general, when using a DNA that does not contain an amine group at the end, the base portion of the DNA can bind to the surface of the gold nanoparticles by electrostatic force, but the base portion of the immobilized DNA hybridizes with the target DNA When the immobilized DNA is detached from the surface of the gold nanoparticles. In order to prevent such desorption of DNA, an amine group was introduced at the end of the DNA chain to bind with the gold nanoparticles. In this case, since the amine introduced at the end of the DNA chain is combined with the gold nanoparticles, even if the base portion of the DNA immobilized on the glass substrate is involved in the hybridization reaction, the immobilized DNA may remain intact on the glass substrate (Li, H. et al. , Proc Natl Acad Sci US A. , 14036: 14039, 2005).

따라서, 상기 공유결합을 이용한 고정화 방법을 사용할 경우, 일부 DNA는 염 기 부분을 통하여 금 나노입자와 결합하는 동시에 DNA 사슬 끝에 도입된 아민기가 유리표면의 알데히드와 공유결합을 형성할 수도 있다.Therefore, when the immobilization method using the covalent bond is used, some DNA may bond with the gold nanoparticles through the base portion, and at the same time, an amine group introduced at the end of the DNA chain may form a covalent bond with the aldehyde on the glass surface.

한편, 본 발명에서 바이오물질로서 사용될 수 있는 DNA 및 RNA는 핵산으로서 유전정보를 갖는 고분자이며, 뉴클레오티드라는 수많은 단위체로 구성된다는 공통점이 있다. 다만, DNA와 RNA는 뉴클레오티드에 포함된 당의 종류가 다르고, DNA는 RNA와는 달리 두 가닥으로 이루어져 있는 이중나선 구조라는 점에 차이가 있으나, 본 발명의 바이오 물질로서 DNA를 고정화시키는 공정에 RNA를 적용하는 것은 당업자에게 있어서 자명한 사항이라 할 것이다.On the other hand, DNA and RNA that can be used as a biomaterial in the present invention is a polymer having genetic information as a nucleic acid, and has a common point that is composed of a number of units called nucleotides. However, DNA and RNA have a different kind of sugar contained in nucleotides, and DNA has a difference in that it is a double-stranded structure composed of two strands, unlike RNA, but the RNA is applied to a process of immobilizing DNA as a biomaterial of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

본 발명에 따른 다른 일 구현예로서, 바이오물질은 단백질 및 PNA, 기판은 유리기판을 사용할 수 있다.In another embodiment according to the present invention, the biomaterial may be a protein and PNA, the substrate may be a glass substrate.

단백질 및 PNA는 그 자체로서 아민기를 가지므로, 상술한 바와 같이 별도로 아민기를 도입할 필요없이, 금 나노입자와 단백질의 복합체를 제조한 뒤, 상기 복합체를 알데히드 유리기판 및 아민 유리기판에 고정화할 수 있다.Since proteins and PNAs have amine groups by themselves, a complex of gold nanoparticles and a protein can be immobilized on an aldehyde glass substrate and an amine glass substrate without the need to introduce an amine group as described above. have.

한편, 본 발명에 따른 고정화 방법을 이용하여 제조된 바이오칩에 있어서, 상기 바이오칩에서 바이오물질이 기판에 고정화된 상태를 검사할 수 있는 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 측정방법을 제공할 수 있다.On the other hand, in the biochip manufactured using the immobilization method according to the present invention, it is possible to provide a method for measuring a biomaterial immobilization state of a biochip capable of inspecting a state in which the biomaterial is immobilized on a substrate in the biochip.

본 발명의 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 측정방법에 따르면, 금 나노입자-바이오물질 복합체를 이용하여 상기 바이오물질의 고정화를 수행할 경우, 고정화된 금 나노입자 주변에서 은 나노입자의 증폭을 실행함으로써, 용이하게 바이오물질의 고정화 상태를 검사할 수 있다. 또한, 기존의 약 4~6시간이 소요되는 목 적 DNA 혼성화 반응을 통한 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 측정방법에 비해서 현저하게 단축된 시간인 약 20분 내로 바이오물질의 고정화 상태를 검사하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 고가의 형광스캐너를 필요로 하는 기존의 형광분석을 통한 고정화 상태 검사방법에 비해서, 증폭된 은 나노입자는 광학현미경 또는 육안을 통해서도 검사가 가능하기 때문에, 비용적인 측면에서도 매우 효율적인 방법이라 하겠다.According to the method for measuring the biomaterial immobilization state of the biochip of the present invention, when immobilization of the biomaterial using the gold nanoparticle-biomaterial complex, by performing amplification of silver nanoparticles around the immobilized gold nanoparticles, The immobilization state of the biomaterial can be easily checked. In addition, it is possible to examine the immobilization state of biomaterials within about 20 minutes, which is a significantly shorter time compared to the conventional method for measuring biomaterial immobilization state of biochips through a target DNA hybridization reaction which takes about 4-6 hours. . In addition, compared with conventional fluorescence analysis methods that require expensive fluorescence scanners, the amplified silver nanoparticles can be inspected through an optical microscope or the naked eye. would.

한편, 기존의 바이오칩에서 바이오 물질의 고정화 방법에서는 고정화된 바이오 물질의 배향을 좋게 하기 위해서 염이 포함된 버퍼를 사용하게 되는데, 이럴 경우 염이 결정화되면서 불량 스팟이 발생할 확률이 크다. 반면에, 본 발명에 따라 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 고정화하면, 버퍼를 사용하지 않아도 될 뿐만 아니라 나노 스케일의 입자를 사용함으로 인하여 바이오 물질의 고정화가 균일하고 안정적으로 형성할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.Meanwhile, in the conventional biochip immobilization method, a buffer containing a salt is used to improve the orientation of the immobilized biomaterial. In this case, a salt spot is crystallized, and thus a bad spot is likely to occur. On the other hand, immobilizing the biomaterial using gold nanoparticles according to the present invention, not only does not use a buffer but also has the effect of immobilizing the biomaterial uniformly and stably by using nanoscale particles. Can be represented.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

하기 실시예에서는, 바이오물질로서 DNA를 사용하였으나, RNA, PNA, 단백질 등 다양한 바이오 물질이 제한없이 사용될 수 있다.In the following examples, DNA was used as a biomaterial, but various biomaterials such as RNA, PNA, and protein may be used without limitation.

또한, 하기 실시예에서는, 기판으로서 유리기판을 사용하였으나, 일반적으로 바이오칩을 제조하기 위한 여러 종류의 기판이 제한없이 사용될 수 있다.In addition, in the following examples, although a glass substrate is used as the substrate, various kinds of substrates for manufacturing a biochip may be used without limitation.

또한, 하기 실시예에서는, 스팟방법으로서 마이크로어레이 스팟터(Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTMCompact system, Bio-Rad)를 이용하는 스팟방법을 사용하였으나, 바이오 물질을 기판에 스팟하기 위한 다양한 방법을 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함될 것이다.In addition, in the following examples, a spot method using a Microarray Spotter (Versar ChipWriterTM Compact system, Bio-Rad) was used as the spot method, but various methods for spotting a biomaterial onto a substrate may also be used. It will be included in the scope of.

실시예 1 : 금 나노입자의 제조Example 1 Preparation of Gold Nanoparticles

구연산나트륨(sodium citrate)을 이용하여 HAuCl4을 환원시켜 금 나노입자를 제조하였다(Mucic, R.C. et al., J. Am. Chem. Soc., 12674:12675, 1998). 제조된 금 나노입자는 TEM 및 UV 값을 이용하여 각각 그 크기 및 농도를 측정한 결과, 상기 금 나노입자는 13 ± 2 nm의 크기를 가지고, 6.3nM의 농도를 가진다는 것을 확인하였다.Gold nanoparticles were prepared by reducing HAuCl 4 using sodium citrate (Mucic, RC et al. , J. Am. Chem. Soc. , 12674: 12675, 1998). As a result of measuring the size and concentration of the prepared gold nanoparticles using TEM and UV values, it was confirmed that the gold nanoparticles had a size of 13 ± 2 nm and had a concentration of 6.3 nM.

실시예 2 : 금 나노입자-DNA칩의 제조Example 2 Preparation of Gold Nanoparticle-DNA Chips

<단계 1> 금 나노입자-DNA 복합체 제조Step 1 Preparation of Gold Nanoparticle-DNA Complex

실시예 1에서 제조된 금 나노입자와 서열번호 1 및 2의 양쪽 끝이 각각 Cy5와 아민(NH2)으로 레이블링(labling)된 DNA 1 및 DNA 2(표 1)를 각각 혼합한 후, 12시간 동안 반응시켜, 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체를 제조하였다.The gold nanoparticles prepared in Example 1 and DNA 1 and DNA 2 (Table 1) labeled at both ends of SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively, were labeled with Cy5 and amine (NH 2 ), respectively, and then 12 hours. And the gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex were prepared.

DNA 프로브DNA probe 프로브의 염기서열 (5'-3')Nucleotide sequence of the probe (5'-3 ') DNA 1DNA 1 Cy5 - TCCAGCTACCAGAAAAAAAAAA - NH2(서열번호 1)Cy5-TCCAGCTACCAGAAAAAAAAAA-NH 2 (SEQ ID NO: 1) DNA 2DNA 2 Cy5 - GCTACCAGTCCAAAAAAAAAAA - NH2(서열번호 2)Cy5-GCTACCAGTCCAAAAAAAAAAA-NH 2 (SEQ ID NO: 2)

<단계 2> 알데히드로 개질된 기판에의 고정화를 이용한 바이오칩 제조<Step 2> Biochip production by immobilization on aldehyde-modified substrate

단계 1에서 제조된 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체를 마이크로어레이 스팟터(Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTMCompact system, Bio-Rad)에 탑재하고, 알데히드로 개질된 유리기판의 표면상에 스팟팅한 후 (도 2의 (a)), 빛이 차단된 장소에서 12시간 동안 반응시켜 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체를 유리기판에 고정화하였다. 상기 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체가 고정된 유리기판을 SDS(sodium dodecyl sulfate)용액 및 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음, NaBH4(Sodium borohydride)을 이용하여 상기 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체와 유리기판의 공유결합을 유도하였다. 그 후 SDS와 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음 건조시켜 금 나노입자-DNA칩을 스캐너로 확인하였다 (도 2의 (b)).The gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex prepared in step 1 were mounted on a microarray spotter (Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTM Compact system, Bio-Rad), on the surface of the aldehyde-modified glass substrate. After spotting (FIG. 2 (a)), the gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex were immobilized on a glass substrate by reacting for 12 hours in a place where light was blocked. The glass substrates on which the gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex are fixed are sequentially washed with a sodium dodecyl sulfate (SDS) solution and distilled water, respectively, followed by NaBH 4 (Sodium borohydride). Covalent bonds between the nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex with the glass substrate were induced. Then washed with SDS and distilled water sequentially and dried to confirm the gold nanoparticles-DNA chip with a scanner (Fig. 2 (b)).

<단계 3> 아민으로 개질된 기판에의 고정화를 이용한 바이오칩 제조<Step 3> Biochip production using immobilization on amine-modified substrate

단계 1에서 제조된 제조된 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체 을 마이크로어레이 스팟터 (Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTMCompact system, Bio-Rad)에 탑재하고, 아민으로 개질된 유리기판의 표면상에 스팟팅한 후(도 2의 (c)), 빛이 차단된 장소에서 12시간 동안 반응시켜 상기 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체를 유리기판에 고정화하였다. 금 나노입자-DNA 1 복합체 및 금 나노입자-DNA 2 복합체가 고정된 유리기판을 UV cross linker를 이용하여 교차결합을 시킨 후 SDS용액 및 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음, 건조시켜 금 나노입자-DNA칩을 스캐너로 확인하였다 (도 2의 (d)).The gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex prepared in step 1 were mounted on a microarray spotter (Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTM Compact system, Bio-Rad), and the amine-modified glass substrate was used. After spotting on the surface ((c) of FIG. 2), the gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex were immobilized on a glass substrate by reacting for 12 hours in a place where light was blocked. The glass substrates on which the gold nanoparticle-DNA 1 complex and the gold nanoparticle-DNA 2 complex were fixed were crosslinked using a UV cross linker, washed sequentially with SDS solution and distilled water, and then dried to dry the gold nanoparticle- DNA chip was confirmed by a scanner (Fig. 2 (d)).

실시예 3 : 금 나노입자-DNA칩의 특이적인 혼성화 반응Example 3 Specific Hybridization Reaction of Gold Nanoparticle-DNA Chips

<단계 1> 혼성화 반응의 특이성 측정을 위한 금 나노입자-DNA칩 제조<Step 1> Preparation of gold nanoparticle-DNA chip for measuring specificity of hybridization reaction

DNA 프로브 이름DNA probe name 프로브의 염기서열 (5'-3')Nucleotide sequence of the probe (5'-3 ') DNA 1'DNA 1 ' NH2 - AAAAAAAAAAGACCATCGACCT (서열번호 3)NH2-AAAAAAAAAAGACCATCGACCT (SEQ ID NO: 3) DNA 2'DNA 2 ' NH2 - AAAAAAAAAAACCTGACCATCG (서열번호 4)NH2-AAAAAAAAAAACCTGACCATCG (SEQ ID NO: 4) 목적 DNA 1Destination DNA 1 Cy3 - AGGTCGATGGTC (서열번호 5)Cy3-AGGTCGATGGTC (SEQ ID NO: 5) 목적 DNA 2Destination DNA 2 Cy3 - CGATGGTCAGGT (서열번호 6)Cy3-CGATGGTCAGGT (SEQ ID NO: 6)

혼성화 반응의 특이성 측정을 위하여, 서열번호 3 및 4에 각각 아민기가 도입된 DNA 1' 및 DNA 2'(표 2)를 각각 금 나노입자와 약 12시간 동안 반응시킨 후, 금 나노입자-DNA 1' 복합체 및 금 나노입자-DNA 2' 복합체를 제조하였다. 그 후 제조된 금 나노입자-DNA 1' 복합체 및 금 나노입자-DNA 2' 복합체를 마이크로어레이 스팟터 (Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTMCompact system, Bio-Rad 사)에 탑재하고, 알데히드로 개질된 유리기판의 표면상에 스팟팅한 후(도 3의 (a)), 빛이 차단된 장소에서 12시간 동안 반응시켜 금 나노입자-DNA 1' 복합체 및 금 나노입자-DNA 2' 복합체를 상기 알데히드 유리기판에 고정화하였다. 상기 금 나노입자-DNA 1' 복합체 및 금 나노입자-DNA 2' 복합체가 고정화된 유리기판을 SDS용액 및 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음, NaBH4로 공유결합을 유도하였다. 그 후 SDS와 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음 건조시켜 금 나노입자-DNA칩을 제조하였다. To measure the specificity of the hybridization reaction, DNA 1 'and DNA 2' (Table 2) having amine groups introduced in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively, were reacted with gold nanoparticles for about 12 hours, and then gold nanoparticle-DNA 1 'Complex and gold nanoparticle-DNA 2' complexes were prepared. Thereafter, the prepared gold nanoparticle-DNA 1 'complex and gold nanoparticle-DNA 2' complex were mounted on a microarray spotter (Microarray Spotter: VersArray ChipWriterTM Compact system, Bio-Rad), and the aldehyde-modified glass substrate was used. After spotting on the surface (Fig. 3 (a)), and reacted for 12 hours in a place where the light is blocked by the gold nanoparticle-DNA 1 'complex and gold nanoparticle-DNA 2' complex on the aldehyde glass substrate Immobilized. The glass substrates on which the gold nanoparticle-DNA 1 'complex and the gold nanoparticle-DNA 2' complex were immobilized were sequentially washed with SDS solution and distilled water, and then covalently bonded with NaBH 4 . Then, each was sequentially washed with SDS and distilled water, followed by drying to prepare a gold nanoparticle-DNA chip.

<단계 2> 특이적 혼성화 반응 측정 Step 2 Measurement of Specific Hybridization Reaction

서열번호 5 및 6에 각각 Cy3를 레이블시킨 목적 DNA 1 및 목적 DNA 2(표 2)를 각각 100nM 농도로 희석한 다음, 이 중 30μl를 단계 1에서 제조된 바이오칩에 첨가하고, 상기 바이오칩과의 혼성화 반응을 측정하였다. 37℃에서 3시간 반응시킨 후, 상기 바이오칩을 세척 버퍼{0.005% Triton X-100 and 6X SSPE (0.9 M NaCl, 60 mM NaH2PO4, 6 mM EDTA, pH 7.4)}로 10분간 세척하고, 증류수로 10분간 세척한 후, 건조시켰다. Dilute Target DNA 1 and Target DNA 2 (Table 2) labeled Cy3 in SEQ ID NOs: 5 and 6, respectively, to 100 nM concentration, and then add 30 μl of these to the biochip prepared in Step 1 and hybridize with the biochip. The reaction was measured. After reacting at 37 ° C. for 3 hours, the biochip was washed with washing buffer (0.005% Triton X-100 and 6X SSPE (0.9 M NaCl, 60 mM NaH 2 PO 4, 6 mM EDTA, pH 7.4)) for 10 minutes, and distilled water. Washed for 10 minutes and then dried.

그 후, 혼성화 정도와 특이성 정도를 스캐너로 확인한 결과, 목적 DNA 1(목적)은 정확하게 DNA 1'에만 반응을 하고 DNA 2'에는 전혀 결합하지 않았고(도 3의 (b)), 목적 DNA 2는 DNA 2'에 특이적으로 반응하였다 (도 3의(c)). 결국, 목적 DNA는 염기서열에 따라서 금 나노입자-DNA 복합체의 DNA와만 특이적으로 반응하고 금 입자 또는 유리 표면에 비특이적으로 결합하지 않는다는 것을 확인하였다. Afterwards, the degree of hybridization and specificity were confirmed by a scanner. As a result, the target DNA 1 (objective) reacted only to DNA 1 'accurately and did not bind to DNA 2' at all (FIG. 3 (b)). It specifically reacted with DNA 2 ′ (FIG. 3 (c)). As a result, it was confirmed that the target DNA specifically reacted only with the DNA of the gold nanoparticle-DNA complex according to the nucleotide sequence and did not bind nonspecifically to the gold particle or the glass surface.

실시예 4 : 바이오칩의 바이오물질 고정화 상태 검사Example 4 Inspection of Biomaterial Immobilization of Biochips

<단계 1> 바이오물질 고정화 상태 검사를 위한 바이오칩 제조<Step 1> Biochip manufacturing for biomaterial immobilization

실시예 3의 단계 1에서 제조한 바이오칩(도 4의 (a)) 중에서 불량 스팟과 양호한 스팟을 가지는 두 가지의 바이오칩을 준비하였다.     Two biochips having poor spots and good spots were prepared among the biochips prepared in Step 1 of Example 3 (FIG. 4A).

<단계 2> 은 나노입자 증폭 처리를 통한 고정화 상태 측정<Step 2> Measurement of Immobilization Status by Silver Nanoparticle Amplification

은 나노입자 증폭을 위한 용액 A(silver salt, Sigma, USA)와 B(hydroquinone initiator, Sigma, USA)의 혼합용액을 제조한 후, 실시예 3의 단계 1에서 제조한 바이오칩 중에서 불량한 스팟과 양호한 스팟을 가지는 두 가지의 바이오칩과 상기 혼합용액을 각각 상온에서 15분 동안 반응시켰다. 그 결과, 불량 스팟의 경우는 은 나노입자 증폭 결과가 제대로 나오지 않았고(도 4의 (b)), 양호한 스팟의 경우는 은 나노입자 증폭 결과가 제대로 나온 것을 확인하였다 (도 4의 (c)).After preparing a mixed solution of solution A (silver salt, Sigma, USA) and B (hydroquinone initiator, Sigma, USA) for amplifying silver nanoparticles, poor spots and good spots in the biochip prepared in step 1 of Example 3 The two biochips and the mixed solution were each reacted for 15 minutes at room temperature. As a result, it was confirmed that the results of silver nanoparticle amplification did not come out properly in the case of defective spots (FIG. 4B), and that of the nanoparticles amplification result in the case of good spots (FIG. 4C). .

비교예 1: 금 나노입자 사용 유·무에 따른 DNA 고정화 비율의 비교Comparative Example 1: Comparison of DNA Immobilization Ratio with or Without Gold Nanoparticles

양쪽 끝이 각각 아민과 Cy5로 치환된 표 1의 DNA 1, 고정화 버퍼 및 DMSO(dimethyl sulfoxide)를 혼합하여 제조한 샘플과 실시예 2의 금 나노입자-DNA 1 복합체를 준비한 후, 상기 샘플 및 금 나노입자-DNA 1 복합체를 각각 마이크로어레이 스팟터를 이용하여 알데히드 유리기판에 스팟팅한 다음 12시간 동안 반응시켰다. 상기 샘플 및 금 나노입자-DNA 복합체가 각각 스팟팅된 유리기판을 SDS(Sodium dodecyl sulfate)용액과 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음, NaBH4로 공유결합을 유도하였다. 그 후 SDS와 증류수로 각각 순차적으로 세척한 다음 건조시켜 DNA칩 및 금 나노입자-DNA칩을 제조한 다음, 형광 스캐너로 상기 DNA칩 및 금 나노입자-DNA칩의 고정화 정도를 C.y5의 형광 세기로 측정하였다.Samples prepared by mixing DNA 1, immobilization buffer, and DMSO (dimethyl sulfoxide) in Table 1, each of which is substituted with amine and Cy5 at both ends, and the gold nanoparticle-DNA 1 complex of Example 2 were prepared. Each of the nanoparticle-DNA 1 complexes was spotted on an aldehyde glass substrate using a microarray spotter and then reacted for 12 hours. The glass substrates to which the sample and the gold nanoparticle-DNA complex were respectively spotted were sequentially washed with sodium dodecyl sulfate (SDS) solution and distilled water, and then covalently bonded with NaBH 4 . After washing with SDS and distilled water sequentially and dried to prepare a DNA chip and gold nanoparticle-DNA chip, the degree of immobilization of the DNA chip and the gold nanoparticle-DNA chip with a fluorescence scanner to measure the fluorescence of C.y5 Measured by intensity.

상기 DNA칩과 금 나노입자-DNA칩의 DNA 고정화 비율을 비교한 결과, 금 나노입자를 이용하여 DNA를 고정화한 금 나노입자-DNA칩의 고정화 비율이 높게 나타났으며, 3차원 구조의 금 나노입자 표면에 DNA가 결합함으로 인하여 더욱 많은 양의 DNA가 고정화되었음을 알 수 있었다 (도 5의 (a))As a result of comparing the DNA immobilization ratio between the DNA chip and the gold nanoparticle-DNA chip, the immobilization ratio of the gold nanoparticle-DNA chip immobilized with the DNA using the gold nanoparticles was high, and the gold nanoparticle of the three-dimensional structure was found. It can be seen that due to the binding of DNA to the particle surface, a larger amount of DNA is immobilized (FIG. 5A).

비교예 2: 금 나노입자 사용 유·무에 따른 혼성화 비율의 비교Comparative Example 2: Comparison of Hybridization Ratio with and Without Gold Nanoparticles

한쪽 끝이 아민으로 치환된 표 2의 DNA 1', 고정화 버퍼 및 DMSO를 혼합한 샘플과 실시예 3의 <단계 1>의 금 나노입자-DNA 1'를 준비한 후, 상기 샘플 및 금 나노입자-DNA 1' 복합체를 각각 마이크로어레이 스팟터를 이용하여 알데히드 유리기판에 스팟팅한 다음 12시간 동안 반응시켰다. 상기 샘플 및 금 나노입자-DNA 1' 복합체가 각각 스팟팅된 유리기판을 SDS(Sodium dodecyl sulfate)용액과 증류수로 순차적으로 세척한 다음, NaBH4로 공유결합을 유도하였다. 그 후 SDS와 증류수로 순차적으로 세척한 다음 건조시켜 DNA칩 및 금 나노입자-DNA칩을 제조한 다음, 혼성화 반응을 측정하였다. After preparing a sample in which DNA 1 'of Table 2, an immobilization buffer, and DMSO mixed with an amine at one end and gold nanoparticle-DNA 1' of <Step 1> of Example 3 were prepared, the sample and the gold nanoparticles- Each DNA 1 ′ complex was spotted on an aldehyde glass substrate using a microarray spotter, and then reacted for 12 hours. The glass substrate onto which the sample and the gold nanoparticle-DNA 1 ′ complex were respectively spotted was sequentially washed with SDS (Sodium dodecyl sulfate) solution and distilled water, and then covalently bonded with NaBH 4 . Then, washed sequentially with SDS and distilled water and dried to prepare a DNA chip and gold nanoparticle-DNA chip, and then hybridization reaction was measured.

Cy3 형광 레이블링된 목적 DNA 1 을 100nM 농도로 희석한 다음, 이 중 30μl를 37℃에서 3시간 동안 상기 제조된 DNA칩 및 금 나노입자-DNA칩에 반응시킨 후, 상기 DNA칩 및 금 나노입자-DNA칩을 세척 버퍼{0.005% Triton X-100 and 6X SSPE (0.9 M NaCl, 60 mM NaH2PO4, 6 mM EDTA, pH 7.4)}로 10분간 세척하고, 증류수로 10분간 세척한 후, 건조시켰다. After diluting Cy3 fluorescently labeled target DNA 1 to a concentration of 100 nM, 30 μl of this was reacted with the prepared DNA chip and gold nanoparticle-DNA chip at 37 ° C. for 3 hours, and then the DNA chip and gold nanoparticle- The DNA chip was washed with washing buffer (0.005% Triton X-100 and 6X SSPE (0.9 M NaCl, 60 mM NaH 2 PO 4, 6 mM EDTA, pH 7.4)) for 10 minutes, washed with distilled water for 10 minutes, and dried.

상기 DNA칩과 금 나노입자-DNA칩의 DNA 혼성화 비율을 비교한 결과, 금 나노입자를 이용하여 DNA를 고정화한 금 나노입자-DNA칩의 혼성성화 비율이 높게 나타났다 (도 5의 (b)).As a result of comparing the DNA hybridization ratio of the DNA chip and the gold nanoparticle-DNA chip, the hybridization ratio of the gold nanoparticle-DNA chip immobilized with the DNA using the gold nanoparticles was high (FIG. 5B). .

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따 라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is obvious to those skilled in the art that such a specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3차원 구조로 인하여 금 나노입자가 더욱 많은 바이오 물질과 결합함으로 인해서 기존의 방법에 비하여 바이오 물 질의 고정화 용량을 증가시킬 수 있으며, 금 나노입자와 기판과의 흡착에 의한 결합으로 인하여 기존의 공유결합에 비하여 고정화가 균일하고 안정적으로 형성되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 바이오칩의 고정화 상태를 은 나노입자의 증폭에 의해 단시간 내에 간단하게 검사할 수 있다.As described above, according to the present invention, due to the three-dimensional structure, the gold nanoparticles can be combined with more biomaterials to increase the immobilization capacity of the biomaterials compared to the conventional method, and the gold nanoparticles with the substrate Due to the bonding by adsorption, there is an effect that the immobilization is formed uniformly and stably compared to the existing covalent bond. In addition, the immobilized state of the biochip manufactured according to the present invention can be easily examined within a short time by amplification of silver nanoparticles.

<110> Korea Advanced Institute of Science and Technology <120> Method for Immobilizing Bio-molecules on Substrate Using Gold Nanoparticles <130> P07-B134 <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 1 tccagctacc agaaaaaaaa aa 22 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 2 gctaccagtc caaaaaaaaa aa 22 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 3 aaaaaaaaaa gaccatcgac ct 22 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 4 aaaaaaaaaa acctgaccat cg 22 <210> 5 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 5 aggtcgatgg tc 12 <210> 6 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 6 cgatggtcag gt 12 <110> Korea Advanced Institute of Science and Technology <120> Method for Immobilizing Bio-molecules on Substrate Using Gold          Nanoparticles <130> P07-B134 <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 1 tccagctacc agaaaaaaaa aa 22 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 2 gctaccagtc caaaaaaaaa aa 22 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 3 aaaaaaaaaa gaccatcgac ct 22 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 4 aaaaaaaaaa acctgaccat cg 22 <210> 5 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 5 aggtcgatgg tc 12 <210> 6 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Probe <400> 6 cgatggtcag gt 12  

Claims (16)

다음의 단계를 포함하는, 금 나노입자를 이용하여 바이오 물질을 기판상에 고정화시키는 방법:A method of immobilizing a biomaterial onto a substrate using gold nanoparticles, comprising the following steps: (a) 금 나노입자와 바이오 물질을 혼합하여 금 나노입자-바이오 물질 복합체를 제조하는 단계; 및(a) mixing gold nanoparticles with a biomaterial to produce a gold nanoparticle-biomaterial composite; And (b) 상기 복합체를 기판상에 스팟팅(spotting)하여, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 상기 금 나노입자-바이오 물질 복합체의 기판를 고정시키는 단계. (b) spotting the composite onto a substrate to immobilize the substrate of the gold nanoparticle-bio material composite through adsorption of the gold nanoparticles with the substrate. 제1항에 있어서, 상기 바이오 물질은 DNA, RNA, PNA 및 단백질로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the biomaterial is selected from the group consisting of DNA, RNA, PNA and protein. 제2항에 있어서, 상기 DNA 또는 RNA는 아민기가 도입된 것임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the DNA or RNA is characterized in that the amine group introduced. 제1항에 있어서, 상기 기판은 알데히드기 또는 아민기로 개질된 것임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the substrate is modified with an aldehyde group or an amine group. 제1항에 있어서, 상기 바이오 물질은 상기 알데히드기로 개질된 기판과 공유결합에 의해 추가로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the biomaterial is further fixed by covalent bonding with the substrate modified with the aldehyde group. 제1항에 있어서, 상기 바이오 물질은 상기 아민기로 개질된 기판과 교차결합에 의해 추가로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the biomaterial is further secured by crosslinking with the substrate modified with the amine group. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오 물질 복합체가 기판에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.A biochip manufactured by the method of any one of claims 1 to 3, wherein the gold nanoparticle-bio material complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate. 제5항의 방법에 의해 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오물질 복합체가 기판에 고정되어 있으며, 동시에 알데히드기로 개질된 기판에 바이오 물질이 공유결합되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.The method of claim 5, wherein the gold nanoparticles and the biomaterial complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate, and at the same time, the biomaterial is covalently bonded to the substrate modified with an aldehyde group Biochip. 제6항의 방법에 의해 제조되고, 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-바이오물질 복합체가 기판에 고정되어 있으며, 동시에 아민기로 개질된 기판에 바이오 물질이 교차결합되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오칩.The method of claim 6, wherein the gold nanoparticles and the biomaterial complex is fixed to the substrate by adsorption of the gold nanoparticles and the substrate, and at the same time the biomaterial is cross-linked to the substrate modified with an amine group Biochip. 다음의 단계를 포함하는, 바이오칩에서 바이오물질의 고정화 상태를 측정하는 방법:A method of measuring the immobilization state of a biomaterial in a biochip, comprising the following steps: (a) 은 이온을 포함하는 용액과 은 이온을 환원시키는 용액을 혼합하여 은 나노입자 증폭을 위한 혼합용액을 제조하는 단계;(a) mixing a solution containing silver ions with a solution for reducing silver ions to prepare a mixed solution for amplifying silver nanoparticles; (b) 제7항의 바이오칩과 (a) 단계의 혼합용액을 반응시켜 은 나노입자를 증폭시키는 단계; 및(b) amplifying the silver nanoparticles by reacting the biochip of claim 7 with the mixed solution of step (a); And (c) 은 나노입자 증폭결과를 측정하여 바이오 물질의 고정화 상태를 확인하는 단계.(c) determining the immobilization state of the biomaterial by measuring the silver nanoparticle amplification result. 제10항에 있어서, 상기 은 이온을 포함하는 용액은 초산은(silver acetate) 용액이고, 상기 은 이온을 환원시키는 용액은 하이드로퀴논(hydroquinone) 용액인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10, wherein the solution containing silver ions is a silver acetate solution, and the solution for reducing the silver ions is a hydroquinone solution. 다음의 단계를 포함하는, 바이오칩에서 바이오물질의 고정화 상태를 측정하는 방법:A method of measuring the immobilization state of a biomaterial in a biochip, comprising the following steps: (a) 은 이온을 포함하는 용액과 은 이온을 환원시키는 용액을 혼합하여 은 나노입자 증폭을 위한 혼합용액을 제조하는 단계;(a) mixing a solution containing silver ions with a solution for reducing silver ions to prepare a mixed solution for amplifying silver nanoparticles; (b) 제8항 또는 제9항의 바이오칩과 (a) 단계의 혼합용액을 반응시켜 은 나노입자를 증폭시키는 단계; 및(b) amplifying the silver nanoparticles by reacting the biochip of claim 8 or 9 with the mixed solution of step (a); And (c) 은 나노입자 증폭결과를 측정하여 바이오 물질의 고정화 상태를 확인하는 단계.(c) determining the immobilization state of the biomaterial by measuring the silver nanoparticle amplification result. 제12항에 있어서, 상기 은 이온을 포함하는 용액은 초산은(silver acetate) 용액이고, 상기 은 이온을 환원시키는 용액은 하이드로퀴논(hydroquinone) 용액인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 12, wherein the solution containing silver ions is a silver acetate solution, and the solution for reducing silver ions is a hydroquinone solution. 금 나노입자와 기판의 흡착을 통해 금 나노입자-아민기 도입 DNA 복합체가 기판에 고정되어 있는 DNA칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 혼성화 반응의 검출방법.A method for detecting a hybridization reaction, characterized by using a DNA chip in which a gold nanoparticle-amine group-introduced DNA complex is immobilized on a substrate by adsorption of gold nanoparticles and a substrate. 제14항에 있어서, 상기 DNA칩은 알데히드기로 개질된 기판에 아민기 도입 DNA가 추가로 공유결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 14, wherein the DNA chip is characterized in that the amine group introduced DNA is further covalently bonded to the substrate modified with an aldehyde group. 제14항에 있어서, 상기 DNA칩은 아민기로 개질된 기판에 아민기 도입 DNA가 추가로 교차결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 14, wherein the DNA chip is characterized in that the amine group introduced DNA is further cross-linked to the substrate modified with the amine group.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160024155A (en) 2014-08-25 2016-03-04 주식회사 더리빙 Method of providing online digital certificate for assuring original materials using digital tags, and computer-readable recording medium for the same
KR20210032763A (en) * 2019-09-17 2021-03-25 성균관대학교산학협력단 Colorimetric bio sensor, and method for detecting target materials using thereof
CN113930483A (en) * 2021-09-13 2022-01-14 中国科学院深圳先进技术研究院 Surface plasma resonance sensor and preparation method and application thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7687001A (en) * 2000-07-11 2002-01-21 Nanospherre Inc Method of detection by enhancement of silver staining
KR100578747B1 (en) * 2003-12-26 2006-05-12 한국전자통신연구원 Chemical sensors based on metal nanoparticle encapsulated by ligand mixture and sensor array

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160024155A (en) 2014-08-25 2016-03-04 주식회사 더리빙 Method of providing online digital certificate for assuring original materials using digital tags, and computer-readable recording medium for the same
KR20210032763A (en) * 2019-09-17 2021-03-25 성균관대학교산학협력단 Colorimetric bio sensor, and method for detecting target materials using thereof
CN113930483A (en) * 2021-09-13 2022-01-14 中国科学院深圳先进技术研究院 Surface plasma resonance sensor and preparation method and application thereof

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