KR20100041565A - 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 - Google Patents
기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100041565A KR20100041565A KR1020080100808A KR20080100808A KR20100041565A KR 20100041565 A KR20100041565 A KR 20100041565A KR 1020080100808 A KR1020080100808 A KR 1020080100808A KR 20080100808 A KR20080100808 A KR 20080100808A KR 20100041565 A KR20100041565 A KR 20100041565A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- functional group
- functional
- lipid
- group
- liposomes
- Prior art date
Links
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002502 liposome Substances 0.000 claims abstract description 85
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims abstract description 60
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 claims description 52
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 claims description 51
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N biotin Natural products N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 claims description 18
- -1 octadecyl biotin Chemical compound 0.000 claims description 13
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 claims description 10
- 239000011616 biotin Substances 0.000 claims description 10
- 125000004079 stearyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 7
- BLHDYAXSQWGYSM-UHFFFAOYSA-N 3-octadecylpyrrole-2,5-dione Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCC1=CC(=O)NC1=O BLHDYAXSQWGYSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012501 chromatography medium Substances 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 28
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 26
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 25
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 25
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 238000003380 quartz crystal microbalance Methods 0.000 description 15
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 14
- 108090001008 Avidin Proteins 0.000 description 13
- 239000013554 lipid monolayer Substances 0.000 description 12
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N octadecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCS QJAOYSPHSNGHNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- VMUZVGRNTPFTKE-UHFFFAOYSA-N octanehydrazide Chemical compound CCCCCCCC(=O)NN VMUZVGRNTPFTKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 6
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 6
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- JZNWSCPGTDBMEW-UHFFFAOYSA-N Glycerophosphorylethanolamin Natural products NCCOP(O)(=O)OCC(O)CO JZNWSCPGTDBMEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 5
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 5
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 5
- 150000008104 phosphatidylethanolamines Chemical class 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Chemical compound CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 4
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 4
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 4
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 4
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KZNICNPSHKQLFF-UHFFFAOYSA-N succinimide Chemical compound O=C1CCC(=O)N1 KZNICNPSHKQLFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000232 Lipid Bilayer Substances 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BIWLZRYQMYYVBY-UHFFFAOYSA-N [3-(2,5-dioxopyrrolidin-1-yl)pyridin-2-yl] propanedithioate Chemical compound CCC(=S)SC1=NC=CC=C1N1C(=O)CCC1=O BIWLZRYQMYYVBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 125000005414 dithiopyridyl group Chemical group 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M sodium periodate Chemical compound [Na+].[O-]I(=O)(=O)=O JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphine oxide Chemical compound CCCCCCCCP(=O)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VHJLGBQZIDQOFQ-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) undecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O VHJLGBQZIDQOFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004080 3-carboxypropanoyl group Chemical group O=C([*])C([H])([H])C([H])([H])C(O[H])=O 0.000 description 2
- CSKHKOVBAPXTMQ-UHFFFAOYSA-N 3-dodecylthiophene 1-oxide Chemical compound CCCCCCCCCCCCC=1C=CS(=O)C=1 CSKHKOVBAPXTMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SYFQYGMJENQVQT-UHFFFAOYSA-N 6-amino-2-[bis(carboxymethyl)amino]hexanoic acid Chemical compound NCCCCC(C(O)=O)N(CC(O)=O)CC(O)=O SYFQYGMJENQVQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VXCUURYYWGCLIH-UHFFFAOYSA-N Dodecanenitrile Chemical compound CCCCCCCCCCCC#N VXCUURYYWGCLIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100027286 Fanconi anemia group C protein Human genes 0.000 description 2
- PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N Sodium azide Chemical compound [Na+].[N-]=[N+]=[N-] PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N carbonyl dihydrazine Chemical compound NNC(=O)NN XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000008344 egg yolk phospholipid Substances 0.000 description 2
- ZCLGVXACCAZJOX-UHFFFAOYSA-N ethyl 3-chloropropanoate Chemical compound CCOC(=O)CCCl ZCLGVXACCAZJOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 125000005439 maleimidyl group Chemical group C1(C=CC(N1*)=O)=O 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N propionic acid ethyl ester Natural products CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007974 sodium acetate buffer Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229960002317 succinimide Drugs 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 2
- ATGUDZODTABURZ-UHFFFAOYSA-N thiolan-2-ylideneazanium;chloride Chemical compound Cl.N=C1CCCS1 ATGUDZODTABURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 2
- PVGATNRYUYNBHO-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)butanoate Chemical compound O=C1CCC(=O)N1OC(=O)CCCN1C(=O)C=CC1=O PVGATNRYUYNBHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DIXRLQJYISYSEL-UHFFFAOYSA-N 11-aminoundecane-1-thiol Chemical compound NCCCCCCCCCCCS DIXRLQJYISYSEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 11-mercaptoundecanoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCS GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVLXQGJVBGMLRR-UHFFFAOYSA-N 2-aminoacetic acid;hydron;chloride Chemical compound Cl.NCC(O)=O IVLXQGJVBGMLRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 1
- NLOGSHMIAWCODV-UHFFFAOYSA-N 2-piperazin-4-ium-1-ylethanesulfonate Chemical compound OS(=O)(=O)CCN1CCNCC1 NLOGSHMIAWCODV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N azide group Chemical group [N-]=[N+]=[N-] IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001615 biotins Chemical class 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- DNSISZSEWVHGLH-UHFFFAOYSA-N butanamide Chemical compound CCCC(N)=O DNSISZSEWVHGLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001718 carbodiimides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000837 carbohydrate group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000000151 cysteine group Chemical group N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- YTQHSQQSLTYMSL-UHFFFAOYSA-N dodecanohydrazide Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)NN YTQHSQQSLTYMSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- HEGSGKPQLMEBJL-RKQHYHRCSA-N octyl beta-D-glucopyranoside Chemical compound CCCCCCCCO[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O HEGSGKPQLMEBJL-RKQHYHRCSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 1
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 235000008979 vitamin B4 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011579 vitamin B4 Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/547—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
- C07F9/553—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07F9/576—Six-membered rings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/28—Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
- C07F9/38—Phosphonic acids [RP(=O)(OH)2]; Thiophosphonic acids ; [RP(=X1)(X2H)2(X1, X2 are each independently O, S or Se)]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/547—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
- C07F9/553—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07F9/572—Five-membered rings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/547—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
- C07F9/553—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07F9/576—Six-membered rings
- C07F9/58—Pyridine rings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/547—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
- C07F9/6561—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom containing systems of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring or ring system, with or without other non-condensed hetero rings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
- G01N2291/0257—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors with a layer containing at least one organic compound
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
본 발명은 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 물질의 표면에 도입하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은 예를 들면, 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 리포솜을 형성하는 단계; 및 상기 리포솜을 상기 물질의 표면에 도입하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법은 종래의 화학적인 표면 처리 방법에 비해 공정이 간편하고 시간이 단축될 뿐만 아니라 물질의 표면에 수용체를 고정함에 있어서 효율 및 재현성이 높은 효과가 있다. 또한 여러 시약을 사용할 필요가 없고 간단하여 화학 비전공자 들도 쉽게 활용할 수 있다.
기능성 작용기, 지질, 표면 화학, 수용체
Description
본 발명은 표면 화학 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물질의 표면에 기능성 작용기를 도입하는 방법에 관한 것이다. 여기서, 기능성 작용기란 수용체 고정에 필요한 작용기이거나 그 자체로서 수용체의 기능을 할 수 있는 작용기가 대표적이라고 할 수 있다.
물질(예를 들어, 고체 또는 입자)의 표면에 특정 기능을 갖는 기능성 작용기(functional group)를 도입하는 것은 바이오센서(biosensor), 가스센서(gas sensor), 나노입자를 이용한 진단 또는 약물 전달(drug delivery), 리포솜(liposome)을 이용한 진단 또는 약물 전달, 크로마토그래피(chromatography) 등의 다양한 분야에서 매우 중요하다. 이러한 작용기들은 수용체로 작용하는 생물 고분자(biological macromolecules)를 고정시키는데 사용되기도 하고 그 자체로 분자인식 (molecular recognition)에 사용될 수도 있다.
리포솜의 표면에 수용체를 고정시키는 경우 포스파티딜에탄올아 민(phosphatidylethanolamine; PE)이라는 지질에 특정 작용기를 도입하는 방법이 많이 사용된다. PE는 상부 기(head group)에 아미노기(amino group)를 가지고 있어 화학 반응을 일으키기 쉽기 때문이다. 예를 들어, PE를 포함하는 리포솜을 만들고 이 리포솜을 N-숙신이미딜 피리딜 디티오프로피오네이트(N-succinimidyl pyridyl dithiopropionate; SPDP)와 같은 화합물과 반응시키면 디티오피리딜기(dithiopyridyl group)가 생성된다 (도 1 참조). 여기에 티올기를 가지고 있는 수용체를 반응시키면 이황화결합에 의해 수용체가 고정된다. 그러나 이와 같이 표면에서 화학반응을 일으키는 방법은 반응의 효율이 낮고, 번거로우며, 재현성이 낮은 단점이 있다.
바이오센서의 금속 표면에 수용체를 고정시키는 경우 그 금속 표면에 자기조립단분자층(self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는 방법이 일반적으로 많이 사용된다. 한쪽 끝에 티올기를 갖는 알칸 티올 화합물은 황 원자와 금속 표면 사이의 화학흡착 결합과 탄화수소 사슬들 사이의 소수성 인력에 의해 금속표면에 자발적으로 자기조립단분자층을 형성한다. 이 때 알칸 티올 화합물이 티올기가 있는 끝의 반대편 끝에 특정 작용기를 가지고 있다면 그 작용기를 이용하여 다른 분자를 고정시킬 수 있다.
예를 들어 11-머캅토-1-운데칸산 (11-mercapto-1-undecanoic acid, MUA)과 같은 화합물로 자기조립 단분자층을 만든 후, 상기 자기조립 단분자층 표면에 있는 카르복시기에 N-에틸-N'-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드 [N-ethyl-N'- (3-dimethylaminopropyl)carbodiimide; EDC]와 N-하이드록시석신이미드 (N- hydroxysuccinimide; NHS)를 차례로 반응시키면 카르복시기가 있던 자리에 NHS 기가 도입되어 여기에 아미노기를 갖는 수용체 분자를 반응시킬 수 있다 (도 2 참조).
수용체 분자가 티올기를 가지고 있을 경우에는, 11-아미노-1-운데칸티올 (11-amino-1-undecanethiol)과 같은 화합물로 자기조립 단분자층을 만들고, 자기조립 단분자층 표면에 있는 아미노기에 N-[-말레이미도부티릴옥시]석신이미드 {N-[-Maleimidobutyrtloxy]succinimide; GMBS}를 반응시킨다. 그러면 아미노기가 있던 자리에 말레이미드(maleimide)기가 도입되어 티올기를 갖는 수용체 분자를 고정시킬 수 있다.
한편, 항체를 고정시킬 때는 항체를 소듐 m-피리오데이트 (sodium m-periodate) (또는, 요오드산 나트륨)와 반응시켜 항체에 있는 탄수화물에 알데하이드기가 형성되도록 한다. 금속 표면에는 아미노기를 이용하여 고정시킬 때와 동일한 방법으로 NHS 기를 도입하고 카르보하이드라자이드(carbohydrazide)를 반응시켜 아자이드기(azide group)를 도입한다. 여기에 알데하이드기를 포함하는 항체를 반응시키면 시프 염기(Schiff's base)가 형성되는데 이를 다시 시아노보로하이드라이드 (cyanoborohydride)로 반응시켜 결합을 안정화시킨다 (도 3 참조).
이처럼 종래 방식대로 하이드라자이드(hydrazide) 작용기를 이용하여 항체를 고정시킬 경우 SAM이 형성된 센서 칩에서부터 시작하면 EDC/NHS 반응, 카르보하이드라자이드(carbohydrazide) 반응, 에탄올아민(ethanolamine) 반응, 항체 고정 반응, 시아노보로하이드라이드 반응의 5단계를 거쳐야 하며 총 시간은 약 3~4시간이 소요된다.
이와 같이 SAM에 화학반응을 일으키는 방법은 리포솜에 화학 반응을 일으키는 경우와 마찬가지로 반응성이 낮고, 번거로우며, 재현성이 낮은 문제를 가지고 있기 때문에 고정에 필요한 작용기를 갖는 알칸 티올 화합물들도 사용되고 있다. 예를 들어 끝에 NHS기를 가지고 있는 디티오비스(숙신이미딜 운데카노에이트) [dithiobis(succinimidyl undecanoate)] (도 4 참조)와 같은 화합물을 섞어 SAM을 형성하면 추가의 반응이 없이 SAM 표면에 직접 아미노기를 갖는 분자를 반응시킬 수 있는 NHS 기가 도입된다. 그러나 이와 같이 특정 작용기를 갖는 알칸 티올 화합물은 합성이 어렵기 때문에 가격이 비쌀 뿐만 아니라 안정성이 낮아 널리 사용되지 못하고 있다.
화학적인 고정 방법의 이와 같은 단점들을 해결하기 위해 종래에 아비딘(avidin) 단백질을 고정시킨 센서 칩을 사용하기도 한다. 아비딘은 바이오틴(biotin)과 강하게 그리고 선택적으로 결합하는 특성이 있는데 수용체 분자에 바이오틴을 화학적으로 결합시키는 것은 비교적 간단할 뿐만 아니라, 항체의 경우에는 미리 바이오틴을 결합시켜놓은 항체를 구입할 수도 있다.
따라서 아비딘이 고정된 센서 칩에 바이오틴을 결합시킨 수용체를 더해주면 빠른 시간에 간단하게 수용체를 고정시킬 수 있다. 그러나 아비딘은 비교적 쉽게 변성되기 때문에 아비딘을 포함하는 센서 칩은 보관이 어렵고 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다.
본 발명의 주 목적은 상기와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 물질의 표면에 기능성 작용기를 도입하는 데 있어서 여러 단계의 화학적인 반응을 거치지 않고 간단하게 작용기를 도입하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 값싼 재료를 이용하여 물질의 표면에 기능성 작용기를 도입함으로써 해당 표면 화학 기술의 경제성을 높이는 데 있다.
따라서 본 발명은 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법에 있어서, 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 물질의 표면에 도입하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 예를 들면 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 리포솜을 형성하는 단계; 및 상기 리포솜을 상기 물질의 표면에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 따른 "물질"이라 함은 금속, 세라믹, 리포솜, 반도체, 고분자 중의 어느 하나인 것이 보통이다. 그리고 이러한 물질은 바이오센서, 가스센서, 나노 물질, 크로마토그래피 매질, 반도체, 고분자, 리포솜 등의 표면을 구성하는 물질을 지칭하는 것일 수 있다.
여기서, 기능성 작용기란 물질에 특정의 기능을 부여하기 위하여 필요한 작 용기라는 넓은 의미로 해석되어야 한다. 대표적으로는, 기능성 작용기는 수용체 고정에 필요한 작용기이거나 그 자체로서 수용체의 기능을 할 수 있는 작용기일 수 있다.
또한 상기 본 발명에 따른 "수용체"라 함은 물질의 표면에 직접 또는 간접적으로 연결되어 타겟 물질과 상호 작용할 수 있는 물질이라는 넓은 의미로 해석 되어야 한다.
이러한 수용체로서는 바이오센서, 가스센서, 나노입자를 이용한 진단 또는 약물 전달, 리포솜을 이용한 진단 또는 약물 전달, 크로마토그래피(chromatography) 등의 다양한 분야에 이용되는 생물 고분자 또는 유기 작용기가 대표적이다. 생물고분자로는 항체나 호르몬과 같은 단백질뿐만 아니라 핵산이나 탄수화물 등 어떤 물질이라도 사용이 가능하다. 유기 작용기로는 간단한 카르복시기나 아미노기로부터 복잡한 바이오틴이나 엽산(folic acid)에 이르기까지 어떤 형태의 작용기도 가능하다.
본 발명에 따른 리포솜을 이용한 고체 또는 입자 표면에 기능성 작용기를 도입시키는 방법은 종래의 방법에 비해 간편하고 시간이 단축될 뿐만 아니라 수용체 고정에 있어서 효율 및 재현성이 높은 효과가 있다. 이러한 효과 때문에 본 발명에 따른 방법은 예를 들면, 바이오센서, 가스센서, 크로마토그래피 매질, 약물 전달용 나노 물질, 진단용 나노 물질 등의 표면에 기능성 작용기를 도입하는 데 매우 유리하다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 우선, 본 발명의 실시예와 관련하여 지질층의 형성에 관련된 기본적인 사항을 도 5 내지 도 10을 참조로 설명하고자 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 지질은 극성 머리 부분과 비극성 꼬리 부분으로 이루어져 있으며, 극성 머리에 두 개의 비극성 꼬리를 갖는 구조로 나타낼 수 있다. 이와 같은 지질의 구조적 특성으로 인하여 지질이 수용액 환경에 놓이게 되면 소수성 꼬리를 내부로 감추기 위해, 도 6에 도시한 바와 같이, 지질 이분자층(lipid bilayer)을 형성하여, 결과적으로 리포솜(liposome)이 만들어지게 된다.
옥타데칸티올(octadecanethiol)로 만들어진 자기조립 단분자층은 도 7에 도시한 바와 같이 소수성 표면을 가지고 있으며, 지질 이분자층을 형성하고 있는 리포솜을 이에 반응시키면 도 8에 도시한 바와 같이, 리포솜 내의 지질의 소수성 꼬리가 소수성 표면과 접촉하며 지질 단분자층(monolayer)을 형성할 수 있다. 이러한 지질 중에 기능성 작용기를 가진 지질을 혼합하면 효과적으로 바이오센서 표면에 기능성 작용기를 도입할 수 있는 것이다. 예를 들어, 바이오틴-PE(biotin-PE)(도 9 참조)와 같은 지질을 바탕 지질과 혼합하여 리포솜을 형성하면 도 10에 도시한 바와 같이 그 작용기를 지질 단분자층 표면에 나타나게 함으로써 그 위에 아비딘을 고정시킬 수 있다. 여기에서 "바탕 지질"이라 함은 기능성 작용기가 없는 지질로서 기능성 작용기를 갖는 화합물과 혼합되어 리포솜을 형성할 수 있는 물질을 가리킨다.
본 발명의 실시예에 따른 기능성 작용기를 갖는 화합물은 "기능성 작용기를 갖는 지질"과 "기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소 화합물"로 구성되는 군 중 어느 하나 이상일 수 있다. 기능성 작용기를 갖는 화합물은 수용체 고정 반응에 사용되거나 다른 분자와의 상호작용에 직접 사용될 수 있는 작용기를 가지고 있으면서 소수성 꼬리를 통해 지질과 혼합되어 층(layer)을 형성할 수 있다. 이와 같은 기능성 작용기를 갖는 화합물의 예로는, 바이오틴-PE 외에 도 11에 도시한 바와 같이 1,2-디팔미토일-sn-글리세로-포스포에탄올아민-N-[4-(p-말레이미도페닐)부티르아미드 {1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-phosphoethanolamine-N- [4-(p-maleimidophenyl)butyramide; MBP-PE}나 1,2-디올레오일-sn-글리세로- {[N-(5-아미노-1-카르복시펜틸)이미노 디아세트산]숙시닐} {1,2-dioleoyl-sn- glycero- 3- {[N(5-amino-1-carboxypentyl) imino diacetic acid]succinyl; DOGS-NTA} 등 기능성 작용기를 갖는 지질이 있다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 옥타데실 바이오틴 (octadecyl biotin), 옥타데실 하이드라자이드 (octadecyl hydrazide), 옥타데실 말레이미드 (octadecyl maleimide), 옥타데실 NTA (octadecyl N-nitrilotriacetic acid) 등 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소도 기능성 작용기를 갖는 화합물의 대표적인 예라고 할 수 있다. 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소는 지질과 섞여 리포솜을 형성할 수 있다. 따라서, 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소를 구비하는 리포솜 을 이용하여 자기조립단분자층 위에 지질 단분자층을 형성하면 물질 표면에 기능성 작용기를 도입할 수 있다 (도 13).
도 14에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 작용기를 갖는 세 종류의 화합물을 도식적으로 나타내었다. 도 14에서, 특히 기능성 작용기를 갖는 탄화수소(a)는 기능성 작용기를 갖는 알칸티올 화합물(b)이나 기능성 작용기를 갖는 지질(c)에 비하여 단순한 구조를 가지고 있기 때문에 지질이나 알칸티올 화합물에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다. 첫째, 지방족 사슬의 구조적 단순성 때문에 합성이 쉽다. 둘째, 단순한 구조로 인하여 합성 반응에 제약이 적고 긴 탄화수소 사슬을 갖는 다양한 화합물이 이미 존재하기 때문에 거의 무한한 종류의 작용기를 갖는 기능성 작용기를 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 셋째 포화된 지방족 사슬은 반응성이 낮기 때문에 안정하여 보관이 쉽다. 넷째, 이와 같은 이유들로 인하여 경제성이 매우 높다.
본 발명 중 리포솜 제조 시 바람직하게는 바탕 지질 및 기능성 작용기를 갖는 화합물을 한 개의 바이알(vial)에 한 개의 센서 칩을 코팅할 수 있는 양만큼 필름형태로 말려서 보관하고 이를 이용하여 리포솜을 제조할 수 있다. 또는 미리 리포솜을 만들어 그것을 한 개의 센서칩을 코팅할 수 있는 양만큼 나눠 얼린 상태로 보관하여 사용할 수도 있다. 이 경우 사용하기 전에 초음파를 약간 가하여 리포솜을 다시 SUV(small unilamella vesicle)로 전환시켜주는 것이 바람직하다.
또한 상기 서술한 바와 같이 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 물질의 표면에 도입하는 본 발명에 따른 방법은 이미 소수성 표면을 가지고 있 는 물질, 표면을 소수성으로 전환시킬 수 있는 모든 물질, 리포솜과 같은 지질 입자, 그리고 지질 이분자층을 결합시킬 수 있는 모든 물질 등의 표면 화학에 적용할 수 있다. 예를 들어, 표면 플라스몬 공명 (surface plasmon resonance, SPR) 원리를 이용하는 바이오센서나 수정미소저울 (quartz crystal microbalance) 바이오센서의 표면을 구성하는 물질(보통, 금속임)에 적용이 가능하다.
상기 수정미소저울과 같이 금속 표면을 갖는 센서 외에도 탄소나노튜브 가스센서, 반도체 방식 가스 센서, 나노와이어 FET(nanowire FET) 가스 센서, 전기화학식 가스센서 등 여러 가지 방식의 센서의 표면 역시 지질층으로 코팅하는 것이 가능하다. 따라서 기능성 작용기를 갖는 화합물을 포함한 리포솜으로 코팅함으로써 도 15 또는 도 16에 도시한 바와 같이 표면의 화학적 특성이 서로 다른 수많은 가스 센서를 만들 수 있다. 이와 같이 표면의 화학적 특성이 다른 센서는 유기 가스에 대해 서로 다른 반응을 보이기 때문에 특이적인 가스 센서로 사용될 수 있다.
또한 가스센서의 경우 분석 대상물질이 분자량이 작은 유기화합물이기 때문에 센서 표면의 화학적 특성을 고르게 하기 위하여 도 17에 도시한 바와 같이 한 종류의 기능성 작용기를 갖는 지질로만 코팅할 수도 있다. 궁극적으로는 이와 같은 다양한 가스 센서를 적절히 조합함으로써 전자 코(e-nose)의 구성이 가능하게 된다.
C18 실리카겔은 그 표면이 소수성을 띠므로 지질층으로 코팅할 수 있다. 따라서 본 발명의 방법을 적용하여 다양한 작용기를 도입한 크로마토그래피 매 질(chromatography media)로서 기능할 수 있다. 예를 들어 옥타데실 NTA를 리포솜에 섞어 코팅하면 히스티딘 태그(histidine tag)를 갖는 단백질을 분리할 수 있는 물질을 만들 수 있다.
또한 리포솜은 지질 이분자층으로 되어있기 때문에 기능성 작용기를 갖는 화합물을 직접 도입할 수 있다. 리포솜을 제조할 때 적당한 기능성 작용기를 갖는 화합물을 포함시켜 만들면 리포솜에 항체를 비롯한 목표 지향성 리간드(targeting ligand)를 쉽게 도입할 수 있다. 이와 같은 목표 지향성 리간드를 갖춘 리포솜은 치료물질의 전달이나 진단에 사용될 수 있다.
소수성 폴리(디메틸시록산)[poly(dimethylsiloxane); PDMS] 표면은 지질 단분자층으로 코팅할 수 있는 반면, PDMS 표면을 플라스마로 산화시켜 친수성으로 전환시키면 지질 이분자층으로 코팅할 수 있다. 따라서 상기와 같이 다양한 방법으로 PDMS 표면에 기능성 작용기를 도입하는 것이 가능하다.
나노 물질들은 초고감도 바이오센서, 진단, 치료물질 전달, 생명과학 연구 등에 응용될 수 있는데, 그러한 응용을 위한 핵심 기술이 바로 생기능성 부여(biofunctionalization)이다. 본 발명에 따른 방법은 나노물질의 생기능성 부여에도 사용될 수 있다.
예를 들어, 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide; TOPO)로 안정화된 퀀텀 도트(TOPO-stabilized quantum dot)의 경우 TOPO가 소수성 표면을 갖는 성질을 이용하여 그 위에 직접 지질 단분자층을 형성할 수 있다. 특히 이 방법은 TOPO 층을 대체하지 않고 그 위에 층을 한 겹 더하는 방식이기 때문에 퀀텀 도 트의 민감한 표면을 노출시키지 않는다는 장점이 있다. 금 또는 은 나노입자는 QCM이나 SPR 표면과 동일한 방법으로 알칸티올을 이용하여 소수성 SAM을 형성하고 그 위에 지질 단분자층을 만들 수 있다. 탄소 나노 튜브는 소수성 표면을 가지고 있어 그 표면에 지질층이 형성될 수 있다. 따라서 본 발명의 방법을 따라 상기 물질들의 표면에 기능성 작용기를 도입하여 결과적으로 나노물질에 생기능성을 부여하는 것이 가능하다.
이하에서는 상기의 설명을 토대로 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 다양한 실험 예를 도 18 내지 도 26을 참조로 상세히 서술하고자 한다.
실시예 1 : 옥타노익 하이드라자이드를 이용한 바이오센서 표면에 항체 고정
바이오센서용 측정기 준비
수정미소저울 (quartz crystal microbalance, QCM)은 일본 크리스탈 썬라이프(Crystal Sunlife)사에서 구입하였다. 사각형인 수정미소저울 크기는 8 X 8 mm이고 원형인 금 전극의 직경은 5 mm이며 수정미소저울의 고유진동수는 약 10 MHz이다. 수정미소저울의 진동수는 질량 증가에 비례하여 감소하기 때문에 수정미소저울 표면에 분석 대상 물질이 결합할 수 있는 수용체가 고정되어 있으면 분석 대상물질이 결합함에 따라 주파수가 변하는 원리를 이용하여 바이오센서로 사용될 수 있다. 수정미소저울 바이오센서 시스템은 본 연구실에서 제작된 것을 사용하였다.
본 발명에서는 수정미소저울 전극 위에 용액을 더할 수 있는 우물을 가지고 있는 우물형 셀 (well cell)과 용액이 튜브를 통해 흘러가며 수정미소저울 전극과 접촉하도록 되어있는 흐름형 셀 (flow cell)을 함께 사용하였다. 먼저 우물형 셀에서 검출 물질과 특이적 결합을 하는 수용체 단백질을 고정시킨 다음 흐름형 셀로 교체하여 완충용액을 펌프를 통해 주입하고 검출하고자 하는 시료는 주입밸브(injection valve)를 통해 주입한다. 분석물질이 흐름형 셀에 장착된 QCM의 표면을 통과하면서 항체에 결합하면 질량이 변하여 진동 주파수에 변화가 일어나게 되고 주파수 측정기에서 이 진동수를 측정하여 컴퓨터로 보냄으로써 데이터를 분석할 수 있도록 하였다.
자기조립단분자층(SAM) 형성
수정미소저울의 전극 표면을 세척하기 위해 수정미소저울을 1분 동안 60 ℃ 피라냐 용액(piranha solution) (H2SO4:H2O2 = 7:3)에 담근 후 증류수와 에탄올로 헹구고 질소가스로 건조시켰다. 다음으로 1-옥타데칸티올(1-octadecanethiol , Sigma-Aldrich, USA)을 에탄올에 2mM로 녹인 용액에 수정미소저울을 넣고 12~15시간 동안 교반하여 전극 표면에 자기조립 단분자층 (self-assembled monolayer, SAM)이 형성되도록 하였다. SAM이 형성된 센서 칩을 꺼내서 에탄올로 헹구고 질소가스로 건조시킨 후 셀(cell)에 장착하였다.
이와 같이 옥타데칸티올(octadecanethiol)과 같은 티올기 (thiol group)를 포함하는 탄화수소 화합물, 즉 알칸티올 분자를 더해주면 황 원자가 금속 표면에 화학흡착을 하고 소수성 탄화수소 사슬 사이에 인력이 작용하여, 도 7에 도시한 바와 같이, SAM이 만들어진다.
리포솜 제조
상기 SAM과 결합시킬 리포솜을 제조하였다. 본 실시예에서는 디팔미토일 포스파티딜콜린(dipalmitoyl phosphatidyl cholin; DPPC)에 옥타노익 하이드라자이드를 2:1의 몰 비로 혼합하여 리포솜을 만들었다. 여기에서 DPPC는 리포솜을 형성하는 바탕지질로 사용되었고 옥타노익 하이드라자이드는 이 리포솜에 하이드라자이드 기가 나타나도록 하기 위한 기능성 작용기를 지닌 탄화수소 화합물로 사용되었다. 옥타노익 하이드라자이드는 도 12에 제시된 옥타데실 하이드라자이드와 동일한 작용기를 가지고 있으면서 탄화수소 사슬 길이만 짧은 구조를 가지고 있다.
한 개의 센서칩에 수용체를 고정할 수 있는 분량의 리포솜을 만들 수 있도록 지질을 필름 형태로 미리 말려놓은 바이알을 사용하는 경우 지질필름 바이알에 pH를 7.0으로 맞춘 0.1M 4-(2-하이드록시에틸)피페라진-1-에탄술폰산[4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid; HEPES] 완충용액 120μL를 더하고 부드럽게 펼쳐준다. 질소가스로 충전한 후 위를 막고 초음파를 가하여 소형 단층판 소포 소낭(small unilamella vesicle; SUV)이 되게 한다.
초음파를 가하는 방법은 두 가지를 사용할 수 있다. 첫 번째 방법으로는 물의 온도를 50-60 ℃ 정도로 맞춘 초음파 세척기에 바이알을 한 시간 정도 띄워놓는다. 두 번째 방법으로는 500mL 비커에 물을 3분의 2정도 채우고 바이알을 띄워놓은 상태에서 초음파 균질기 (ultrasonic homogenizer)로 20분 정도 초음파를 가한다. SUV가 되는 것은 불투명한 흰색이 약간 뿌연 맑은 색으로 바뀌는 것을 통해 알 수 있다. 지질필름 바이알에 완충용액을 넣어주면 처음에는 지질이 여러 층으로 겹쳐있는 다층판 소포 소낭(multilamella vesicle; MLV)이 형성되어 불투명한 흰색을 띠게 된다. 여기에 초음파 에너지를 가하면 지질 분자들 사이의 인력이 파괴되어 재배치가 일어나면서 평형에 도달하게 된다. 그 결과 작은 크기의 리포솜인 SUV가 형성되어 약간 뿌연 투명한 색을 띠게 된다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
상기 제조된 리포솜을 자기조립단분자층이 형성되어 있는 센서칩과 다음과 같은 방법으로 반응시켰다. 1-옥타데칸티올로 SAM을 형성한 QCM을 우물형 셀에 장착하였다. 1-옥타데칸티올로 형성된 SAM의 표면을 40 mM 옥틸 글루코시드(octyl glucoside) 100μL로 3회 씻은 후 바로 이어 즉시 리포솜 용액 100μL를 넣고 50 ℃에 30-60분 동안 놓아두었다. 상기 우물형 셀을 주파수 측정기에 연결하고 리포솜 용액을 제거한 후 0.1M 수산화나트륨(NaOH)을 100μL 넣고 30초 동안 놓아두었다. 그리고 인산완충식염수(phosphate buffered saline, PBS)으로 3회 세척하였다. 이렇게 제조된 항체 고정용 바이오센서의 항체 고정여부를 확인하였다.
항체의 산화
항체(anti-goat IgG Ab)를 QCM 표면에 고정시키기 전에 항체에 포함된 탄수 화물 부분에 산화반응을 통해 알데하이드기가 형성되도록 하였다. 알데하이드기는 하이드라지드기와 반응하여 공유결합을 형성하기 때문에 항체를 일정한 반향으로 고정시킬 수 있다. PBS에 0.5 mg/mL이 되도록 녹인 항체(anti-goat IgG Ab)에 50 mM 소듐 m-페리오데이트 용액 0.2 mL를 섞고 어두운 곳에서 30분 동안 반응시켰다. 반응하지 않은 소듐 m-페리오데이트는 완충액 A(100mM sodium acetate buffer, pH 5.5)에 대해 투석하여 제거하였다.
항체의 고정과 확인
자기조립단분자층과 지질 단분자층이 차례로 결합되어 있는 QCM 표면을 pH 5.5인 100mM 아세트산 소듐 완충용액으로 3회 씻은 후 소듐 m-피리오데이트로 산화시킨 항체를 더하여 1시간 동안 반응 시켰다. 초순수로 3회 씻은 후 이중결합의 환원을 위해 0.1M 시아노보로하이드라이드(cyanoborohydride) 100μL를 가하고 1시간 동안 반응시켜 알데하이드기를 갖는 수용체의 고정을 안정화시켰다. 마지막으로 단백질의 비특이적 흡착을 방지하기 위해 QCM 표면을 차단 완충액(blocking buffer; 1 mM EDTA, 0.25% bovine serum albumin, 0.1% sodium azide, 0.05% Tween-20 in PBS)으로 30분 동안 처리하였다.
도 18은 항체를 고정하는 과정의 주파수 변화를 그래프로 나타낸 그림이다. 여기에서 산화된 항체를 넣고 반응시킬 때 주파수가 점진적으로 감소하는 것을 볼 수 있는데 이는 항체의 결합에 의해 QCM 표면의 질량이 증가하고 있다는 것을 의미 한다. 그러나 NaCNBH3를 넣고 반응시킬 경우 질량의 변화가 거의 없기 때문에 주파수 역시 변하지 않는 것을 볼 수 있다. 이 방법으로는 두 단계의 화학반응과 비특이적 흡착을 억제하기 위해 BSA로 코팅하는 과정까지 포함하여 150분이 소요되었다.
그러나 도 18에서 보는 것처럼 항체 고정반응은 30분 이내에 거의 완료되며 NaCNBH3에 의한 환원반응 역시 매우 빠르기 때문에 지질 단분자층을 형성하는 시간까지 포함하여 전체적으로 90분 이내로 단축할 수 있을 것이다. 반면에 도 2와 도 3에 제시된 기존 방법의 경우 도 19에 나타난 것과 같이 다섯 단계의 화학반응이 필요하여 시간을 최대한 단축시킨다 해도 3시간 이상이 소요된다. 뿐만 아니라 기존의 방법에서는 4단계의 반응이 필요한데 비해 우리가 고안한 방법은 두 단계 반응만 필요하기 때문에 고정 효율이나 재현성이 더 높아질 수 있다. 또한 여러 종류의 시약을 사용할 필요가 없어 화학에 익숙하지 않은 사용자들이 쉽게 접근할 수 있다.
다음으로 위의 방법으로 고정된 항체 (anti-goat IgG antibody)가 수용체로서 기능을 발휘하는지 확인하기 위해 서로 다른 농도의 항원 (goat IgG)을 차례로 주입한 결과 도 20과 같이 농도에 비례하는 주파수 변화가 관찰되었다. 이 때 한 농도의 항원을 주입하여 주파수 변화를 관찰한 후에는 해리 용액 (0.2M Glycine-HCl, pH2.3 + 1% DMSO)을 주입하여 결합한 항원을 완전히 제거한 후 다음 농도의 항원을 주입하였다. 또한 항원을 5 μg/mL의 동일한 농도로 반복하여 주입하며 주 파수 변화를 측정한 결과 도 21에서 보는 것처럼 높은 재현성을 볼 수 있었다.
이와 같이 수정미소저울이 농도에 비례하여 주파수가 변할 뿐만 아니라 반복 사용이 가능한 것은 곧 수용체인 항체가 화학결합을 통해 안정하게 고정되었다는 것을 의미한다. 여기에는 옥타노익 하이드라자이드의 실험 결과만 제시했지만 탄소 사슬 길이가 더 긴 도데카노익 하이드라자이드나 옥타데실 하이드라자이드를 이용했을 때에도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
실시예 2 : MBP-PE를 이용한 바이오센서 표면에 항체 고정
바이오센서용 측정기 준비
바이오센서용 측정기는 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
자기조립단분자층(SAM) 형성
자기조립단분자층의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다
리포솜 제조
상기 SAM과 결합시킬 리포솜을 제조하였다. 본 실시예에서는 DPPC와 MBP-PE의 두 가지 지질을 혼합하여 리포솜을 만들었다. 여기에서 DPPC는 리포솜을 형성하는 바탕지질로 사용되었고 MBP-PE는 이 리포솜에 말레이미드(maleimide) 기가 나타나도록 하기 위해 사용되었다. 클로로포름:메탄올(1:2) 용매를 이용하여 DPPC 용액 을 12 mg/mL 농도로 만들었다. MBP-PE를 클로로포름에 8.2 mg/mL 농도로 녹였다. DPPC용액 200 μL에 MBP-PE 용액 200 μL를 섞어 그 가운데 40 μL를 유리 바이알 바닥에 고르게 펼쳤다. 질소가스를 부드럽게 불어넣으며 지질 용액을 말려 필름이 형성되도록 하였다. 바로 사용하지 않는 바이알은 질소 기체로 채운 후 -20 ℃ 또는 -70 ℃의 저온에 보관하였다. 나머지는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
티올기를 갖는 수용체의 고정여부 확인
펩티드에는 시스테인 잔기를 추가함으로써 간단하게 티올기를 도입할 수 있다. 단백질의 경우에는 트라우츠 시약(Traut's reagent; 2-iminothiolane-HCl)와 반응시킴으로써 티올기를 도입할 수 있다. 이와 같이 트라우츠 시약으로 티올기를 도입한 항체 (anti-goat IgG antibody, 농도는 50μg/mL) 100μL를 자기조립단분자층과 지질 단분자층이 차례로 결합되어 있는 QCM 표면에 가하고 1시간 동안 반응시켰다. 항체 용액을 제거하고 PBS로 3회 세척하였다. 50 μg/mL 농도의 소 혈청 알부민(bovine serum albumin; BSA) 용액을 100μL 가하고 30분 동안 반응시켰다. 이와 같은 방법으로 수정미소저울에 티올기를 포함하는 항체를 고정시킨 후 서로 다른 농도의 항원 (goat IgG)을 차례로 주입한 결과 도 22의 실선 그래프와 같이 농도에 비례하는 주파수 변화가 관찰되었다.
이 때 한 농도의 항원을 주입하여 주파수 변화를 관찰한 후에는 해리 용액을 주입하여 결합한 항원을 완전히 제거하고 다음 농도의 항원을 주입하였다. 또한 25 μg/mL의 동일한 농도로 반복하여 항원을 주입했을 때 도 22 점선 그래프와 같이 일정한 주파수 변화값이 유지되었다. 이와 같이 수정미소저울이 농도에 비례하여 주파수가 변할 뿐만 아니라 반복 사용이 가능한 것은 곧 수용체인 항체가 화학결합을 통해 안정하게 고정되었다는 것을 의미한다.
실시예 3 : 옥타데실 말레이미드를 이용한 바이오센서 표면에 항체 고정
바이오센서용 측정기 준비
바이오센서용 측정기는 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
자기조립단분자층(SAM) 형성
자기조립단분자층의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다
리포솜 제조
옥타노익 하이드라자이드 대신 옥타데실 말레이미드를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 옥타데실 말레이미드의 구조는 도 12에 제시되어 있다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
티올기를 갖는 수용체의 고정 여부 확인
실시예 2와 동일한 방법으로 수정미소저울에 티올기를 포함하는 항체 (anti-goat IgG antibody)를 고정시킨 후 항체의 고정여부 확인을 위해 항원(goat IgG)를 100 μg/mL의 일정한 농도로 반복하여 주입하였다. 이 때 항원을 주입하여 주파수 변화를 관찰한 후에는 해리 용액을 주입하여 결합한 항원을 완전히 제거한 후 다시 항원을 주입하였다. 그 결과 도 23에서 볼 수 있는 것처럼 주파수 변화 값이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4 : 아비딘 단백질이 고정된 바이오센서의 제조
자기조립단분자층(SAM) 형성
자기조립단분자층의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
리포솜 제조
리포솜의 제조는 MBP-PE 용액 대신 클로로포름에 녹인 0.5 mg/mL 바이오틴- PE를 사용하고 바탕지질로 DPPC 대신 에그 레시틴(egg lecithin)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 리포솜을 만들어 한 번 사용할 분량으로 나누어 -80 ℃에 보관하여 사용하였다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
아비딘 고정 여부 확인
자기조립단분자층과 지질 단분자층이 차례로 결합되어 있는 QCM 표면에 50μg/mL 아비딘 단백질 용액을 더하여 10분 동안 반응시켰다. 이와 같은 방법으로 수정미소저울에 아비딘을 고정시킨 후 그 아비딘에 다시 바이오틴을 결합시킨 항체 (anti-rabbit IgG antibody)를 더해주었다. 아비딘 단백질에는 4개의 바이오틴이 결합할 수 있기 때문에 수정미소저울 표면의 바이오틴에 결합한 아비딘은 다시 항체에 결합된 바이오틴과 결합함으로써 항체를 수정미소저울 표면에 고정시킬 수 있다.
이렇게 항체가 고정된 수정미소저울에 서로 다른 농도의 항원 (rabbit IgG)을 차례로 주입하였다. 이 때 한 농도의 항원을 주입하여 주파수 변화를 관찰한 후에는 해리용액을 주입하여 결합한 항원을 완전히 제거한 후 다음 농도의 항원을 주입하였다. 그 결과 도 24에 제시된 바와 같이 항원 농도에 비례하는 주파수 변화가 관찰되었다. 따라서 항체가 안정한 형태로 고정된 것으로 판단된다.
실시예 5 : 지질을 이용한 가스센서의 제조
자기조립단분자층(SAM) 형성
자기조립단분자층의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
리포솜 제조
DPPC를 바탕지질로 한 4종류의 가스센서용 리포솜을 제조하였다. 한 종류는 바탕지질만으로 리포솜을 만들었고 나머지 세 종류는 바탕지질에 바이오틴-PE, MBP-PE, 1,2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스토에탄올아민-N-(7-니트로-2-1,3-벤즈옥사디아졸-4-일){1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine-N-(7-nitro-2-1,3- benzoxadiazol-4-yl)}(NBD-PE)를 각각 24:1의 질량비로 섞어 만들었다. 리포솜을 만드는 방법은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
전자 코(e-nose)의 제조
상기 방법으로 제조된 다양한 작용기를 갖는 센서들을 어레이로 배열하여 전자 코를 제조하였다.
본 실시예에서 수행한 방법 외에도 당업자의 관점에서 1개의 가스센서만 이용할 수도 있으며, 또 다른 여러 센서들을 배열하여 다양한 화합물을 분석하기 위한 전자 코를 제조할 수도 있다. 여러 개의 가스센서는 서로 다른 유기 화합물에 대해 서로 다른 패턴으로 반응하기 때문에 이러한 패턴을 분석함으로써 유기화합물의 종류를 파악할 수 있게 된다.
본 실험에서는 4개의 수정미소저울을 DPPC, 바이오틴-PE, MBP-PE 및 NBD-PE 4가지 지질로 각각 코팅하여 네 종류의 가스센서를 제조하고, 기체 상태의 유기화합물에 대한 반응을 측정하였다. 그 결과 도 25에 도시한 바와 같이, 가스의 종류에 따라 서로 다르게 반응하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 6 : 두 종류 FAC을 이용한 QCM 가스 센서
자기조립단분자층(SAM) 형성
자기조립단분자층의 형성은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
리포솜 제조
에그 레시틴을 바탕지질로 하여 두 종류의 가스센서용 리포솜을 제조하였다. 하나는 바탕지질에 3-도데실티오페논을 2:1(몰 비)의 비율로 섞었고 다른 하나는 도데칸니트릴을 2:1로 섞어주었다. 리포솜을 만드는 방법은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
상기 리포솜과 자기조립단분자층의 결합
실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
서로 다른 유기 가스에 대한 반응 조사
상기 방법으로 제조된 두 가지 가스 센서를 한 챔버에 넣고 서로 다른 유기 가스를 차례로 흘려보내며 주파수 변화를 측정하였다. 이 때 운반 가스는 질소를 사용하였으며 유속은 100 ccm(cc per min)이었다. 유기 가스를 흘려보낸 후에는 질소 가스를 흘려 센서 표면에 결합된 유기 가스 분자가 떨어져 나가고 베이스라인이 회복되도록 하였다. 유기 가스의 농도는 실온에서 해당 물질의 증기압으로 하였다.
그 결과 두 종류 가스센서가 물과 헥산에는 유사한 반응을 보이지만 톨루엔, 에틸 아세테이트, 에틸 3-클로로프로피오네이트의 세 종류 기체에 대해 서로 다른 반응을 보여주는 것을 확인할 수 있었다(도 26 참조). 이와 같은 결과는 QCM 표면을 코팅하는데 사용한 FAC의 작용기 종류에 따라 특정 유기 가스에 대한 반응이 달라진다는 것을 의미한다. 따라서 이와 같은 방법으로 QCM을 비롯한 여러 종류의 센서 표면을 코팅함으로써 수없이 다양한 종류의 가스 센서를 만들 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라 PE를 포함하는 리포솜을 만들고 이 리포솜에 SPDP를 반응시켜 디티오피리딜기(dithiopyridyl group)를 생성하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 따라 EDC와 NHS의 연속반응으로 SAM의 카르복실기를 NHS 기로 전환시킨 후 단백질의 아미노기와 반응시켜 단백질을 고정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 3은 종래 기술에 따라 도 2에서 형성된 NHS 기를 하이드라자이드기로 전환시켜 항체를 고정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 종래 기술에 따른 디티오비스(숙신이미딜 운데카노에이트)의 화학식을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명을 설명하기 위해 지질(lipid)의 구조를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명을 설명하기 위해 지질 이분자층 (lipid bilayer)과 리포솜 (liposome)의 구조를 도식화한 것이다.
도 7은 본 발명을 설명하기 위해 센서의 금속 표면에 알칸티올 화합물을 더해줄 때 형성되는 자기조립 단분자층 구조를 도식화한 것이다.
도 8은 본 발명을 설명하기 위해 센서 표면의 소수성 자기조립 단분자층 위에 리포솜을 더해줄 때 형성되는 지질 단분자층 구조를 도식화한 것이다.
도 9는 본 발명을 설명하기 위해 바이오틴-PE (biotin-PE; 1,2-Dioleoyl-sn- Glycero-3- phosphatidylethanolamine-n-biotinyl)의 구조식을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명을 설명하기 위해 바탕 지질에 수용체 고정에 필요한 작용기를 갖는 지질을 섞어 리포솜을 만들고 그 리포솜을 소수성 자기조립 단분자층 위에 더해줄 때 형성되는 지질 단분자층 구조를 도식화한 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 용도에 사용할 수 있는 기능성 작용기를 갖는 지질들의 구조를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 용도에 사용할 수 있는 몇 가지 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소 구조를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바탕지질에 기능성 작용기를 갖는 탄화수소 화합물을 섞어 리포솜을 만들고 그 리포솜을 소수성 자기조립 단분자층 위에 더해줄 때 형성되는 지질 단분자층 구조를 도식화한 것이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기조립이 가능한 세 종류 기능성 분자를 나타낸 것으로, (a) 기능성 작용기를 갖는 탄화수소 화합물, (b) 기능성 작용기를 갖는 알칸티올 화합물, (c) 기능성 작용기를 갖는 지질이며, 기능성 작용기는 R로 표시되어 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 특정 작용기를 갖는 지질을 바탕지질과 섞어 리포솜을 만든 후 그 리포솜을 이용하여 코팅한 가스 센서 표면 구조를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 특정 작용기를 갖는 탄화수소 화합물을 바탕지질과 섞어 리포솜을 만든 후 그 리포솜을 이용하여 코팅한 가스 센서 표면 구조를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 특정 작용기를 갖는 지질로만 구성된 리포솜을 이용하여 코팅한 가스 센서 표면 구조를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 옥타노익 하이드라자이드를 이용하여 산화된 항체를 고정하는 과정에서 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 18의 결과와 비교하기 위하여 종래 기술에 따른 산화된 항체를 고정하는 과정에서 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 옥타노익 하이드라자이드를 이용하여 산화된 항체를 고정시켜 만들어진 면역센서 칩에서 항원의 농도에 따른 주파수 변화값을 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 옥타노익 하이드라자이드를 이용하여 산화된 항체를 고정시켜 만들어진 면역센서 칩에서 동일한 농도의 항원을 반복하여 주입할 때 주파수 변화값을 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 MBP-PE를 이용하여 티올기를 갖는 항체를 고정시켜 만들어진 면역센서 칩에서 항원의 농도에 따른 주파수 변화값과, 동일한 농도의 항원을 반복하여 주입할 때 주파수 변화값을 나타낸 그래프이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 옥타데실 말레이미드를 이용하여 티올기를 갖는 항체를 고정시켜 만들어진 면역센서 칩에서 동일한 농도의 항원을 반복하여 주입할 때 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 24는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바이오틴-PE를 이용하여 아비딘을 고정시키고 다시 그 위에 바이오틴 기를 부착한 항체를 고정시켜 만들어진 면역센서 칩에서 항원의 농도에 따른 주파수 변화값을 나타낸 그래프이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바탕지질인 DPPC로만 코팅한 가스센서와 바탕지질에 바이오틴-PE, MBP-PE 또는 NBD-PE를 섞어 코팅한 세 종류의 가스 센서의 기체 상태의 유기 화합물에 대한 반응 비교를 나타낸 그래프이다.
도 26은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 바탕지질인 DPPC에 3-도데실티오페논 또는 도데칸니트릴을 섞어 만든 리포솜으로 코팅한 두 종류 가스 센서의 유기 가스에 대한 반응을 비교한 그래프로서, 에틸 아세테이트는 에틸 3-클로로프로피오네이트이다.
Claims (11)
- 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법에 있어서, 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 물질의 표면에 도입하는 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 방법이 기능성 작용기를 갖는 화합물을 지질과 혼합하여 리포솜을 형성하는 단계; 및상기 리포솜을 상기 물질의 표면에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기능성 작용기가 수용체 고정에 필요한 작용기이거나 그 자체로서 수용체의 기능을 할 수 있는 작용기인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 방법이 상기 물질의 표면에 상기 리포솜을 단분자층 또는 이분자층으로 도입하는 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기능성 작용기를 갖는 화합물이 기능성 작용기를 갖는 지질 또는 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소로 구성되는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 물질이 금속, 세라믹, 리포솜, 반도체, 고분자 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 기능성 작용기를 갖는 긴 사슬 탄화수소가 옥타데실 바이오틴(octadecyl biotin), 옥타데실 하이드라자이드(octadecyl hydrazide), 옥타데실 말레이미드(octadecyl maleimide), 옥타데실 NTA(octadecyl NTA) 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 물질은 바이오센서 또는 가스 센서 중의 어느 하나의 표면을 구성하는 물질인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 물질이 크로마토그래피 매질인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 물질이 나노 물질인 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 방법이 상기 물질의 표면에 자기조립 단분자층(SAM)을 형성시키는 단계;상기 기능성 작용기를 포함하는 화합물을 지질과 혼합하여 리포솜을 형성하는 단계; 및상기 리포좀과 상기 자기조립 단분자층을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080100808A KR101045525B1 (ko) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 |
| PCT/KR2009/002195 WO2010044523A1 (ko) | 2008-10-14 | 2009-04-27 | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 |
| CN200980145453.0A CN102307885B (zh) | 2008-10-14 | 2009-04-27 | 向物质表面引入功能性官能团的方法 |
| JP2011532003A JP2012505076A (ja) | 2008-10-14 | 2009-04-27 | 機能性作用基を物質の表面に導入する方法 |
| EP09820673A EP2354146A4 (en) | 2008-10-14 | 2009-04-27 | METHOD FOR THE INTRODUCTION OF A FUNCTIONAL GROUP ON THE SURFACE OF A MATERIAL |
| US13/124,174 US20110223318A1 (en) | 2008-10-14 | 2009-04-27 | Method for introducing functional group to surface of material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080100808A KR101045525B1 (ko) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110004657A Division KR101044922B1 (ko) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100041565A true KR20100041565A (ko) | 2010-04-22 |
| KR101045525B1 KR101045525B1 (ko) | 2011-07-01 |
Family
ID=42106673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080100808A KR101045525B1 (ko) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110223318A1 (ko) |
| EP (1) | EP2354146A4 (ko) |
| JP (1) | JP2012505076A (ko) |
| KR (1) | KR101045525B1 (ko) |
| CN (1) | CN102307885B (ko) |
| WO (1) | WO2010044523A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011155669A1 (ko) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | 경북대학교 산학협력단 | 금속 박막 표면이 개질된 연료전지의 연료측정용 ｓｐｒ 센서 및 이의 제조방법 |
| KR101365676B1 (ko) * | 2012-02-28 | 2014-02-21 | 강릉원주대학교산학협력단 | 지질을 이용한 고체 표면의 기능화 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101184928B1 (ko) * | 2009-05-14 | 2012-09-20 | 한국과학기술연구원 | 작은 올리고뉴클레오티드의 중합 방법 및 상기 중합 방법에 의하여 제조된 고분자 올리고뉴클레오티드의 용도 |
| KR101223483B1 (ko) * | 2010-09-10 | 2013-01-17 | 한국과학기술연구원 | 전하결합 및 생분해성 공유결합으로 동시에 연결된 고분자―ｓｉＲＮＡ 나노입자 전달체 |
| WO2015189262A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | Danmarks Tekniske Universitet | A method for the chemical modification of polychlorinated biphenyls for improved affinity towards noble metal surfaces |
| CN110108624B (zh) * | 2019-05-08 | 2020-06-16 | 中国科学院化学研究所 | 一种功能化磷脂制备纳米单颗粒的方法及该纳米单颗粒的检测 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62193645A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 吸着剤 |
| JPH022938A (ja) * | 1988-06-11 | 1990-01-08 | Shinku Yakin Kk | 磁性微粒子およびその製造方法 |
| DE4217353B4 (de) * | 1992-05-26 | 2008-02-21 | Nimbus Biotechnologie Gmbh | Verfahren zur säulenchromatographischen Trennung von Proteinen mittels Lipidbilayer-beschichteter Silicagele |
| SE9403245D0 (sv) * | 1994-09-26 | 1994-09-26 | Pharmacia Biosensor Ab | Improvements relating to bilayer lipid membranes |
| JPH11295312A (ja) * | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Nissui Pharm Co Ltd | 抗リン脂質抗体測定方法及び抗リン脂質抗体測定用免疫凝集反応試薬 |
| CA2455427A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-04-10 | Regents Of The University Of California | Sensitive and rapid detection of pathogenic organisms and toxins using fluorescent polymeric lipids |
| JP2005098733A (ja) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Ulvac Japan Ltd | バイオセンサー、バイオセンサーによる測定方法及びバイオセンサー装置 |
| JP2007514925A (ja) * | 2003-12-01 | 2007-06-07 | みらかホールディングス株式会社 | 光学バイオセンサー |
| CN1892219A (zh) * | 2005-06-30 | 2007-01-10 | 欧姆龙株式会社 | 生物分子固定化基片、生物芯片及生物传感器 |
| JP2007040974A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-02-15 | Omron Corp | 生体分子固定化基板、バイオチップ及びバイオセンサ |
| KR100673835B1 (ko) * | 2005-08-16 | 2007-01-24 | 성균관대학교산학협력단 | Ｓｐｒ을 이용하여 단백질을 정량하는 방법 |
| KR100786577B1 (ko) * | 2005-11-04 | 2007-12-21 | (주)바이오메트릭스 테크놀로지 | 신규한 아미노캘릭스아렌 유도체, 이의 제조방법, 및상기의 제조방법에 의해 제조된 자기조립단분자층, 상기자기조립 단분자층에 자발적인 올리고유전자의 비가역적인분자인식에 의한 올리고유전자 고정화 방법 및 이에 의해제조된 올리고유전자 칩 |
| SE530716C2 (sv) * | 2006-10-06 | 2008-08-19 | Corline Systems Ab | Molekylärt aggregat på ett substrat |
-
2008
- 2008-10-14 KR KR1020080100808A patent/KR101045525B1/ko active IP Right Grant
-
2009
- 2009-04-27 WO PCT/KR2009/002195 patent/WO2010044523A1/ko active Application Filing
- 2009-04-27 EP EP09820673A patent/EP2354146A4/en not_active Withdrawn
- 2009-04-27 CN CN200980145453.0A patent/CN102307885B/zh active Active
- 2009-04-27 JP JP2011532003A patent/JP2012505076A/ja active Pending
- 2009-04-27 US US13/124,174 patent/US20110223318A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011155669A1 (ko) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | 경북대학교 산학협력단 | 금속 박막 표면이 개질된 연료전지의 연료측정용 ｓｐｒ 센서 및 이의 제조방법 |
| KR20110135249A (ko) * | 2010-06-10 | 2011-12-16 | 경북대학교 산학협력단 | 금속 박막 표면이 개질된 연료전지의 연료측정용 ｓｐｒ 센서 및 이의 제조방법 |
| KR101365676B1 (ko) * | 2012-02-28 | 2014-02-21 | 강릉원주대학교산학협력단 | 지질을 이용한 고체 표면의 기능화 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2354146A1 (en) | 2011-08-10 |
| JP2012505076A (ja) | 2012-03-01 |
| US20110223318A1 (en) | 2011-09-15 |
| KR101045525B1 (ko) | 2011-07-01 |
| CN102307885A (zh) | 2012-01-04 |
| WO2010044523A1 (ko) | 2010-04-22 |
| CN102307885B (zh) | 2015-04-29 |
| EP2354146A4 (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Puiu et al. | Peptide-based biosensors: From self-assembled interfaces to molecular probes in electrochemical assays | |
| KR101045525B1 (ko) | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 | |
| Heyse et al. | Emerging techniques for investigating molecular interactions at lipid membranes | |
| US7179659B2 (en) | Sensor surfaces for detecting analytes and methods of use | |
| US20070224639A1 (en) | Substrate for immobilizing biomolecules, biochip, and biosensor | |
| Ludden et al. | Assembly of bionanostructures onto β-cyclodextrin molecular printboards for antibody recognition and lymphocyte cell counting | |
| JP2002501198A (ja) | センサー | |
| JP2008512540A (ja) | アッセイ法、物質および製造 | |
| US20100267170A1 (en) | Robust, self-assembled, biocompatible films | |
| Kaushik et al. | Nanobiotechnology for sensing applications: from lab to field | |
| JP2011027632A (ja) | 生体分子固定化基板、生体分子輸送基板及びバイオチップ | |
| Samorì | STM and AFM Studies on (bio) molecular Systems: Unravelling the Nanoworld | |
| JP2011185874A (ja) | 生体分子分析用キット、これを用いた生体分子の分析方法 | |
| Larsson et al. | Gravimetric antigen detection utilizing antibody-modified lipid bilayers | |
| JP2005535898A (ja) | 表面官能化のための方法及び試薬 | |
| KR101044922B1 (ko) | 기능성 작용기를 물질의 표면에 도입하는 방법 | |
| KR100965244B1 (ko) | 리포솜을 이용한 바이오센서 또는 가스센서의 제조방법 | |
| JP4271086B2 (ja) | 免疫分析方法 | |
| JP2003536056A (ja) | リガンドの固定化のための表面 | |
| Grunwald | A brief introduction to the streptavidin-biotin system and its usage in modern surface based assays | |
| KR101437739B1 (ko) | N-하이드록시이미드기를 물질의 표면에 도입하는 방법 | |
| Puiu et al. | Peptide-based electrochemical biosensors | |
| WO2005036171A1 (en) | Method and system for detection of a target analyte | |
| Chen | Interaction and Reaction | |
| JP4457107B2 (ja) | 固定化方法およびそのためのキット |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140526 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150526 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160602 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180514 Year of fee payment: 8 |