KR20120046603A - The detection method of protein-coated metal nanoparticle inside a single cell by z-depth dependent confocal surface-enhanced raman scattering combined with dark-field microscopy technique - Google Patents

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KR20120046603A
KR20120046603A KR1020100108343A KR20100108343A KR20120046603A KR 20120046603 A KR20120046603 A KR 20120046603A KR 1020100108343 A KR1020100108343 A KR 1020100108343A KR 20100108343 A KR20100108343 A KR 20100108343A KR 20120046603 A KR20120046603 A KR 20120046603A
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이소영
조근창
박진호
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Abstract

PURPOSE: A method for detecting a protein-coated metal nanoparticle inside a single cell using a z-depth dependent confocal surface-enhanced Raman scattering and a dark-field microscopy technique informs absorption inside a cell of a metal nano particle within an A549 cell and behavioral characteristic thereof by using a super spectral imaging technique and a SERS(Surface Enhanced Raman Scattering) combined with a DFM(Dark-Field Microscopy). CONSTITUTION: A method for detecting a protein-coated metal nanoparticle inside a single cell is as follows. A protein-coated metal nanoparticle is manufactured. The nanoparticle is absorbed inside a cell and detects the absorbed nanoparticle by using a dark-field microscope technique and a z-depth dependent confocal surface-enhanced Raman scattering.

Description

암시야 현미경 기술과 z-depth 의존 공초점 표면증강 라만 산란을 이용한 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법{The detection method of protein-coated metal nanoparticle inside a single cell by z-depth dependent confocal surface-enhanced Raman scattering combined with dark-field microscopy technique}The detection method of protein-coated metal nanoparticles inside a single cell by z-depth dependent confocal surface- using darkfield microscopy and z-depth-dependent confocal surface enhancement Raman scattering enhanced Raman scattering combined with dark-field microscopy technique}

본 발명은 암시야 현미경 기술과 z-depth 의존 공초점 표면증강 라만 산란을 이용한 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for the detection of single cell protein coated metal nanoparticles using dark field microscopy and z-depth dependent confocal surface enhanced Raman scattering.

나노파티클(NPs)은 타겟된 약품/유전자 전달, 세포내 이미징, 생체내 바이오센싱, 및 생의학적 진단 내지는 치료를 포함한 다양한 응용분야에 사용되고 있다(X. Michalet, et. al., Science 307 (2005) 538-544./ W. Russ Algar, et al., Anal. Chim. Acta 673 (2010) 1-25. / C.R. Patra, et. al., Adv. Drug. Deliv. Rev. 62 (2010) 346-361. / A.S. de Dios & M.E. D, Anal. Chim. Acta 666 (2010) 1-22.). 생체 시스템에는 NPs과 결합가능한 수 많은 영역이 존재하므로, NP를 통하여 세포 흡수와 세포내 위치를 결정하는 복잡한 과정에 대해 이해할 수 있다(W. Qian, et. al., J. Biomed. Opt. 15 (2010) 046025. / A.M. Schrand, et. al., Nat. Protoc. 5 (2010) 744-757.). 금 나노파티클은 안정성과 광학적 특성들로 인해 지난 수십 년간 많은 주목을 받아 오고 있다(A. N. Shipway, et. al., Chem Phys Chem. 1 (2000) 18-52. / R. Jin, Nanoscale 2 (2010) 343-362.). 금 나노파티클의 생물학적 응용에 대한 최근의 보고서들은 금 나노파티클의 생체적합성, 흡수, 및 세포수준(세포소기관 수준) 이하의 분포의 효과에 대해 초점을 맞추고 있다(T. Mironava, et. al., Nanotoxicology 4 (2010) 120-37.).
Nanoparticles (NPs) are used in a variety of applications, including targeted drug / gene delivery, intracellular imaging, in vivo biosensing, and biomedical diagnostics or therapies (X. Michalet, et. Al., Science 307 (2005) ) 538-544./ W. Russ Algar, et al., Anal. Chim.Acta 673 (2010) 1-25./CR Patra, et.al., Adv. Drug.Deliv. Rev. 62 (2010) 346 -361./AS de Dios & ME D, Anal. Chim.Acta 666 (2010) 1-22.). Since there are a number of regions that can bind NPs in biological systems, it is possible to understand the complex process of determining cellular uptake and intracellular localization through NP (W. Qian, et. Al., J. Biomed. Opt. 15 (2010) 046025./AM Schrand, et.al., Nat. Protoc. 5 (2010) 744-757.). Gold nanoparticles have attracted much attention over the last decade because of their stability and optical properties (AN Shipway, et. Al., Chem Phys Chem. 1 (2000) 18-52./R. Jin, Nanoscale 2 (2010). ) 343-362.). Recent reports on the biological application of gold nanoparticles have focused on the effects of biocompatibility, uptake, and subcellular distribution of gold nanoparticles (T organelle levels) (T. Mironava, et. Al., Nanotoxicology 4 (2010) 120-37.).

나노파티클의 흡수에 대한 삼차원적 편재화 정보를 얻기 위해서는, 일반적으로 Z-높이 방향에 대한 충분한 해상도를 갖는 공초점 현미경이 필요불가결하다(J.B. Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, Springer, New York, U.S.A. 3rd Ed. 2006.). 통상적인 공초점 현미경 기법은 세포내 형광 염색 표지된 단백질의 위치를 확인하는데 널리 응용되고 있다(R.D. Goldman, et. al., Live Cell Imaging, Cold Spring Harbor Laboratory Press, NewYork, U.S.A. 2nd Ed. 2010. / Xu Hun, et. al., Anal. Chim. Acta 625 (2008) 201-206.). 이것의 뛰어난 민감성에도 불구하고, 형광-퀀칭(P. Sharma, et. al., Anal. Chim. Acta 676 (2010) 87-92.) 및 포토블리칭(J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer, New York, U.S.A. 3rd Ed. 2006.) 효과 때문에, 나노파티클의 세포내 위치를 장시간 동안 모니터링하는 것이 용이하지 않다.
In order to obtain three-dimensional localization information on the absorption of nanoparticles, confocal microscopy with sufficient resolution in the Z-height direction is generally indispensable (JB Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, Springer, New York, USA). 3rd Ed. 2006.). Conventional confocal microscopy techniques have been widely applied to locate intracellular fluorescence staining labeled proteins (RD Goldman, et. Al., Live Cell Imaging, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, USA 2nd Ed. 2010. Xu Hun, et.al., Anal. Chim.Acta 625 (2008) 201-206.). Despite its excellent sensitivity, fluorescence-quenching (P. Sharma, et. Al., Anal. Chim. Acta 676 (2010) 87-92.) And photobleaching (JR Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer, New York, USA 3rd Ed. 2006.) Due to the effects, it is not easy to monitor the intracellular location of nanoparticles for a long time.

다크필드 마이크로스코피(DFM; 암시야 현미경 기법)은, 공간적으로 직접적 조사광이 아닌, 사선의 조사(oblique illumination)를 활용하고 빛의 레일리(Rayleigh) 산란을 수집한다(G. Wang, et. al., Analyst 135 (2010) 215-221.). 시료는 어두운 배경에 겹쳐진 밝은 이미지로서 나타날 것이다. 암시야 조사는 매우 낮은 배경을 나타내므로, 작은 신호들로도 각각의 비형광 나노파티클을 충분히 탐지할 수 있다. 암시야 초분광 이미징은 최근 단세포-결합 금 나노파티클의 광학적 특성을 사용하여 수용체 조절 상태를 확인하는데 사용되고 있다(J. Aaron, et. al., Nano Lett. 9 (2009) 3612-3618.).Darkfield microscopy (DFM) utilizes oblique illumination and collects Rayleigh scattering of light rather than spatially direct irradiation light (G. Wang, et. Al. ., Analyst 135 (2010) 215-221.). The sample will appear as a bright image superimposed on a dark background. The dark field irradiation has a very low background, so even small signals can adequately detect each non-fluorescent nanoparticle. Darkfield hyperspectral imaging has recently been used to confirm receptor regulatory status using the optical properties of single cell-bound gold nanoparticles (J. Aaron, et. Al., Nano Lett. 9 (2009) 3612-3618.).

계면(interface) 연구를 위한 초민감도 분광 도구인, SERS는 그것이 발견된 이후로, 나노구조 결합체의 표면 부위의 분자 이미징 또는 생물학적 센싱에 널리 사용되어 오고 있다(Yu-Chuan Liu, et. al., Anal. Chim. Acta 636 (2009) 13-18. / C. Schlucker, Chem Phys Chem. 10 (2009) 1344-1354.). SERS 방법은 포토블리칭 효과 없이 스펙트럼의 중첩을 피하는 좁은 밴드폭을 가져서, 다른 라만 신호로 인하여 세포내 과정에서 단백질을 포함한 다양한 생체 분자들을 모니터링하는데 있어서 많은 장점을 제공한다.SERS, an ultra-sensitive spectroscopic tool for interface research, has been widely used for molecular imaging or biological sensing of surface areas of nanostructured conjugates since it was discovered (Yu-Chuan Liu, et. Al., Anal. Chim.Acta 636 (2009) 13-18./C. Schlucker, Chem Phys Chem. 10 (2009) 1344-1354.). The SERS method has a narrow bandwidth that avoids overlapping spectra without the photobleaching effect, providing many advantages in monitoring various biomolecules including proteins in intracellular processes due to other Raman signals.

과거 수십년 동안, 나노수준 의학에서 진단과 치료에 대한 잠재적 응용력 때문에 금속 플랫폼(platform) 표면에 단백질의 생체 결합에 대한 관심이 증가해오고 있다(D.W. Romanini and M.B. Francis, Bioconjugate Chem. 19 (2008) 153-157.). 다양한 생체 결합 방법 중 하나는 1-에틸-3-[3-다이메틸아미노프로필]카르보다이이미드 하이드로클로라이드(EDC)를 사용하여 달성할 수 있는데, 그것은 아민-반응 가교제이다(G.T. Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press, San Diego, U.S.A. 1996.). 트랜스페린(Tf)은 약물 타겟팅과 치료 물질을 운반하는 것을 가능하게 하는 강력한 리간드의 모델 시스템으로서 최근 연구되어 오고 있다(Z.M. Qian, et. al., Pharma. Rev. 54 (2002) 561.). NPs-Tf 결합체는 수용체-매개 내포작용(endocytosis)에 의해 세포내로 운반되는 것으로 알려져 있다(B.D. Chithrani and W.C.W. Chan, Nano Lett. 7 (2007) 15421550. / C.H.J. Choi, et. al., Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107 (2010) 1235-1240.).
In the past decades, interest in the biocombination of proteins on metal platform surfaces has increased due to the potential applications for diagnosis and treatment in nano-level medicine (DW Romanini and MB Francis, Bioconjugate Chem. 19 (2008) 153-157.). One of various biobinding methods can be achieved using 1-ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC), which is an amine-reactive crosslinker (GT Hermanson, Bioconjugate Techniques). , Academic Press, San Diego, USA 1996.). Transferrin (Tf) has been recently studied as a model system of potent ligands that enable drug targeting and delivery of therapeutic substances (ZM Qian, et. Al., Pharma. Rev. 54 (2002) 561.). NPs-Tf conjugates are known to be transported intracellularly by receptor-mediated endocytosis (BD Chithrani and WCW Chan, Nano Lett. 7 (2007) 15421550. / CHJ Choi, et. Al., Proc. Natl Acad.Sci. US A. 107 (2010) 1235-1240.).

본 발명자가 아는 한도에서, 현재까지 단세포에 대해 DFM과 결합한 공초점 라만 스펙트로스코피 연구는 없었다.To the best of the inventors' knowledge, there has been no confocal Raman spectroscopy study combining DFM with single cells to date.

이에, 본 발명자들은 DFM 또는 공초점 라만 스펙트로스코피를 이용하여 단세포 수준에서 비-형광 나노파티클의 축적 행동에 대한 보고가 거의 없는 데서 동기를 부여받고, 금 나노파티클이 흡수된 A549 인간 폐암종 세포에, 공초점 SERS 및 DFM 연구를 수행하여, 그들의 세포 내부의 흡수 메커니즘과 포유동물 세포내의 위치에 대해 보다 나은 모니터링이 가능함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
Thus, the inventors were motivated by little report on the accumulation behavior of non-fluorescent nanoparticles at the single cell level using DFM or confocal Raman spectroscopy, and the gold nanoparticles were absorbed into A549 human lung carcinoma cells. The present invention was completed by conducting confocal SERS and DFM studies, confirming that better monitoring of their uptake mechanisms within cells and their location in mammalian cells is possible.

본 발명의 목적은 단세포내 여러 단백질의 세포내 존재여부와 그들의 위치를 탐지할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method capable of detecting the intracellular presence of various proteins in a single cell and their positions.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 단백질 코팅된 금속 나노파티클을 이용하여 각 단백질의 세포내 행동 특성을 탐지하는 방법을 제공하는 것이다.
More specifically, it is an object of the present invention to provide a method for detecting intracellular behavioral properties of each protein using protein coated metal nanoparticles.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ⅰ) 단백질 코팅된 금속 나노파티클을 제조하는 단계; ⅱ) 상기 나노파티클을 세포내로 흡수시키고 이것을 암시야 현미경 기술(DFM)로 탐지하는 단계; 및 ⅲ) z-depth 의존 공초점 표면증강 라만 산란(SERS)을 이용하여 나노파티클을 탐지하는 단계;를 포함하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of iii) preparing protein coated metal nanoparticles; Ii) absorbing the nanoparticles into cells and detecting them with dark field microscopy (DFM); And iii) detecting nanoparticles using z-depth dependent confocal surface enhanced Raman scattering (SERS).

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

본 발명의 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 있어서, 상기 ⅰ) 단계의 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 제조는 단백질 결합 부위와 SERS 표지 부위를 갖는 염료(dye)에 의하여 단백질과 금속 나노파티클이 연결되는 것이 바람직하고, 이때 상기 염료는 비형광 물질인 것이 보다 바람직하다.In the method for detecting protein-coated metal nanoparticles in a single cell of the present invention, the preparation of the protein-coated metal nanoparticles of step iii) includes a protein and a metal nanoparticle by a dye having a protein binding site and a SERS labeling site. It is preferred that the particles are connected, wherein the dye is more preferably a non-fluorescent material.

또한, 본 발명의 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 있어서, 상기 금속 나노파티클에 사용된 금속은 금 또는 은인 것이 바람직하고, 상기 ⅱ) 단계의 나노파티클의 세포내 흡수는 나노파티클이 첨가된 배지에서 세포들을 배양시켜 이루어지는 것이 바람직하며, 이때 상기 ⅱ) 단계의 나노파티클의 세포내 흡수 여부는 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 확인하는 것이 보다 바람직하다.In addition, in the method for detecting protein-coated metal nanoparticles in a single cell of the present invention, the metal used for the metal nanoparticles is preferably gold or silver, and the intracellular uptake of the nanoparticles of step ii) is nanoparticles. It is preferable that the cells are cultured in the added medium, wherein the intracellular uptake of the nanoparticles of step ii) is more preferably confirmed using a transmission electron microscope (TEM).

또한, 본 발명의 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 기법에 초분광 이미징(hyperspectral imaging) 기법이 결합되는 것이 바람직하고, 이때 상기 DFM 기법은 ⅰ) 슬라이드 글라스 위에 세포들을 장착하고 그 위에 커버 글라스로 샌드위치시키는 단계; ⅱ) 상기 세포에 라만 염료가 코팅된 금속 나노파티클을 주입하고, 상기 세포를 배양하는 단계; 및 ⅲ) 상기 세포를 CCD 카메라가 장착된 통상의 암시야 현미경으로 촬영하는 단계;를 포함하는 것이 보다 바람직하다.In addition, in the method for detecting protein-coated metal nanoparticles in a single cell of the present invention, it is preferable that a hyperspectral imaging technique is combined with the technique of step ii), wherein the DFM technique is a slide glass. Mounting the cells thereon and sandwiching the cover glass thereon; Ii) injecting metal nanoparticles coated with Raman dye to the cells and culturing the cells; And iii) taking the cells under a conventional dark field microscope equipped with a CCD camera.

또한, 본 발명의 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 SERS 기법은 펠티어 냉각된 CCD 카메라가 장착된 라만 공초점 분광계를 사용하여 180° 기하학적으로 탐지되는 것이 바람직하다.In addition, in the method for detecting single-cell protein-coated metal nanoparticles of the present invention, the SERS technique of step iii) is preferably detected at 180 ° using a Raman confocal spectrometer equipped with a Peltier-cooled CCD camera. Do.

또한, 본 발명의 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법에 있어서, 상기 세포는 포유동물 세포주(cell line)인 것이 바람직하고, 이때 세포주는 A549, HeLa 및 K562 중에서 선택된 세포주인 것이 보다 바람직하다.
In addition, in the method for detecting protein-coated metal nanoparticles in a single cell of the present invention, the cell is preferably a mammalian cell line, and the cell line is more preferably a cell line selected from A549, HeLa, and K562. .

본 발명자들은 시트레이트 환원방법에 의해 음 전하를 갖는 금 나노파티클들의 콜로이드 분산물을 제조하였다. 나노파티클의 표면 특성화를 연구하기 위하여, UV-Vis 흡수분광법을 사용하고, 금 나노파티클 응집체의 형태를 관찰하기 위하여 투과전자현미경을 사용하였다. TEM 측정에 따라, 금 파티클의 평균 직경은 약 20 ㎚, 단일 파티클의 표면적은 약 1260 ㎚2로 계산되고, 단일 파티클은 3.4x105 개의 금 원자로 구성되고, 금 나노파티클의 농도는 약 3.8x10-9 M로 계산되며, 단층막의 완전한 커버를 위해서는 약 10-5 M의 농도가 필요하다.We have prepared a colloidal dispersion of gold nanoparticles with negative charge by the citrate reduction method. To study the surface characterization of nanoparticles, UV-Vis absorption spectroscopy was used, and transmission electron microscopy was used to observe the morphology of gold nanoparticle aggregates. According to TEM measurements, the average diameter of the gold particles is from about 20 ㎚, the surface area of a single particle is calculated to be about 2 1260 ㎚, single particles 3.4x10 consists of 5 gold atoms, the concentration of the gold nanoparticle is from about 3.8x10 - Calculated at 9 M, a concentration of about 10 -5 M is required for complete coverage of the monolayer.

DLS 측정방법은 원래의 금 나노파티클 및 Tf-코팅된 금 나노파티클의 수력학적 반경들이 각각 29.5 (±3.9)와 345.8 (±18.0) ㎚임을 나타내고, 80 kDa의 분자량을 갖는 본 발명에 사용된 인간 혈청 Tf 단백질 시료는 각각 4.50, 5.78, 및 13.56 ㎚의 a, b, 및 c 결정축을 갖는다. 각각 ~1260 ㎚2의 단일 금 입자와 20~176 ㎚2의 단일 Tf 단백질의 측정된 표면적을 고려하면, 이론적으로 8~83 Tf 단백질이 단일 금 나노파티클에 결합할 수 있다고 예측된다. 금 나노파티클에 결합된 Tf는 TEM 이미지와 DLS 측정으로부터의 단량체 보다 큰 응집 상태의 형태를 가질 것으로 판단된다(도 5 참조).The DLS method indicates that the hydraulic radii of the original gold nanoparticles and Tf-coated gold nanoparticles are 29.5 (± 3.9) and 345.8 (± 18.0) nm, respectively, and the humans used in the present invention having a molecular weight of 80 kDa Serum Tf protein samples have a, b, and c crystal axes of 4.50, 5.78, and 13.56 nm, respectively. Considering the measured surface areas of single gold particles of ˜1260 nm 2 and single Tf proteins of 20-176 nm 2 , respectively, it is theoretically predicted that 8-83 Tf proteins can bind to single gold nanoparticles. The Tf bound to the gold nanoparticles is believed to have a larger form of aggregation than the monomers from the TEM image and DLS measurements (see FIG. 5 ).

금 나노파티클에 Tf를 결합시켰는데, 먼저 처음에 깨끗한 적색의 금 나노파티클의 색이 MBA로 개질한 후에는 청색으로 변하였다(도 6 참조). TEM 측정에서 콜로이드 용액은 MBA-첨가된 금 나노파티클에 Tf가 결합된 후 재분산이 이루어진다(도 7 참조). 본 발명자들이 수행한 IR과 라만 데이터는 금 표면에 결합된 MBA의 COOH 그룹과 Tf의 아미노 그룹간의 커플링 반응에 기인한 아미드 결합의 형성을 나타낸다.Tf was bound to the gold nanoparticles, first the color of the clean red gold nanoparticles first changed to MBA and then turned blue (see FIG. 6 ). In the TEM measurement, the colloidal solution is redispersed after Tf is bound to MBA-added gold nanoparticles (see FIG. 7 ). The IR and Raman data carried out by the inventors show the formation of amide bonds due to the coupling reaction between the COOH group of MBA and the amino group of Tf bound to the gold surface.

나노파티클의 세포 흡수의 TEM 이미지를 확인하기 위하여, A549 세포내 금 나노파티클의 흡수를 TEM을 이용하여 조사하였다. 금 나노파티클은 A549 세포의 엔도좀에 적재된다(도 3 참조). 또한, 금 나노파티클이 A549 세포의 세포질과 핵 양쪽 모두에 존재한다(도 4 참조). 금 나노파티클의 초분광 이미지를 확인하였다(도 5 참조). To confirm TEM images of cellular uptake of nanoparticles, uptake of gold nanoparticles in A549 cells was investigated using TEM. Gold nanoparticles are loaded into the endosome of A549 cells (see FIG. 3 ). In addition, gold nanoparticles are present in both the cytoplasm and nucleus of A549 cells (see FIG. 4 ). Hyperspectral images of gold nanoparticles were confirmed (see FIG. 5 ).

DFM, 초분광 이미징 및 SERS 방법을 사용하여 단일 A549세포에서 단백질 코팅된 금 나노파티클의 DFM 및 SERS를 조사하였다. 상기 조사를 위하여 다양한 장치 구성을 이용하였다(도 2 참조). MBA-개질된 금 나노파티클의 흡수 후 DFM 이미지와 A549 단세포 내의 어떤 특정 지점에 대응하는 SERS 스펙트럼을 확인하였다(도 8 참조). 그 결과, DFM과 결합한 Z-depth 의존 SERS에 의해 나노파티클의 내재화를 확인하였다. MBA 코팅된 금 나노파티클의 일부는 세포내부의 구역으로 흡수되었다. Tf-코팅된 금 나노파티클은 단세포내에서 발견된다(도 9 참조).
DFM and SERS of protein coated gold nanoparticles were investigated in single A549 cells using DFM, hyperspectral imaging and SERS methods. Various device configurations were used for this investigation (see FIG. 2 ). After absorption of MBA-modified gold nanoparticles, DFM images and SERS spectra corresponding to certain points in A549 single cells were identified (see FIG. 8 ). As a result, the internalization of nanoparticles was confirmed by Z-depth dependent SERS combined with DFM. Some of the MBA coated gold nanoparticles were absorbed into the intracellular zone. Tf-coated gold nanoparticles are found in single cells (see FIG. 9 ).

본 발명자들은 약 30 ㎚의 수평 해상도를 갖는 초분광 이미징 스캔을 통해서, 금 나노파티클(Au NP)이 A549 세포의 엔도좀내에 내재되어 있음을 확인하였다. 또한, 단세포 내 금 나노파티클의 흡수는 DFM으로 먼저 확인할 수 있고, 그리고 나서 마이크로미터 해상도에서 z-depth 의존 SERS에 의해 확인될 수 있다. 대략적인 금 나노파티클의 위치를 DFM에 의해 확인된 후에, 특이 진동 마커 밴드를 갖는 라만 염료(dye)를 사용하여 세포 내부의 분포 측정이 가능하므로, 특정한 분광 특성을 얻음으로써 단세포 내에 삼차원 편재화(three-dimensional localization)를 확인할 수 있다. 본 발명자들은 1-에틸-3-[3-다이메틸아미노프로필]카르보다이이미드 하이드로클로라이드(EDC) 반응을 사용하여 트랜스페린(Tf) 단백질과의 결합에 -COOH 표면 기능 그룹을 갖고 있는 4-메르캅토벤조익산(MBA)에 의해 개질된 금 나노파티클을 사용하였다. 색 변화, UV-Vis 흡수분광법 및 SERS에 의해 금 표면에서의 상기 단백질 결합 반응을 조사하였다. 본 발명의 결과는 SERS와 결합된 DFM 기법이 단세포 수준에서 단백질 결합을 갖는 생물학적 과정을 모니터링하는데 큰 잠재력을 가질 수 있음을 입증한다. 이와 같이, 본 발명자들은 어떤 형광 염료를 사용함이 없이도 DFM 이미지에서의 색 차이에 의한 부분적 도움으로 다른 세포질 부분으로부터 핵을 구별할 수 있었다. 결론적으로, 본 발명자들의 DFM 이미징 기술과 결합한 Z-depth 의존 SERS 방법은 단세포 수준에서 흡수 또는 세포내 과정을 모니터링함에 있어 높은 잠재력을 갖고 있다.
The inventors identified hyperspectral imaging scans with a horizontal resolution of about 30 nm to confirm that gold nanoparticles (Au NP) were embedded in the endosome of A549 cells. In addition, the uptake of gold nanoparticles in single cells can be confirmed first by DFM and then by z-depth dependent SERS at micrometer resolution. After the approximate location of the gold nanoparticles has been confirmed by DFM, it is possible to measure the distribution inside the cell using a Raman dye having a specific vibration marker band, thereby obtaining three-dimensional localization within a single cell by obtaining specific spectral characteristics. three-dimensional localization). We use a 1-ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC) reaction to produce a 4-mer having a -COOH surface functional group for binding to transferrin (Tf) protein. Gold nanoparticles modified with captobenzoic acid (MBA) were used. The protein binding reaction on the gold surface was examined by color change, UV-Vis absorption spectroscopy and SERS. The results of the present invention demonstrate that DFM techniques combined with SERS can have great potential for monitoring biological processes with protein binding at the single cell level. As such, we were able to distinguish nuclei from other cellular parts with partial help by color differences in the DFM image without using any fluorescent dye. In conclusion, the Z-depth dependent SERS method combined with our DFM imaging technology has a high potential for monitoring uptake or intracellular processes at the single cell level.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 초분광 이미징 기술과 DFM과 결합한 SERS를 이용하여 A549 세포내의 금 나노파티클의 세포내 흡수 및 그 행동 특성을 알려준다. 금 나노파티클위에 모여 있는 방향족 흡착물들의 진동 밴드들은 단세포 내의 어느 유기 구성성분으로부터의 별다른 간섭 없이 세포내의 존재와 위치에 대한 고유한 정보를 제공하므로, 단세포 내의 방향족 스트레칭(stretching) 밴드를 가지는 이러한 진동 지문(fingerprinting)은 DFM과 결합한 SERS를 사용하여 단백질이 코팅된 금 나노파티클의 세포내 분포를 확인하는데 사용될 수 있다. 아울러, 본 발명의 탐지방법은 비형광 단백질 부착된 나노파티클에 대한 세포내 이미징 도구로서 사용하는데 유용할 수 있다.
As described above, the present invention uses SERS combined with hyperspectral imaging technology and DFM to inform intracellular uptake and behavioral behavior of gold nanoparticles in A549 cells. Vibration bands of aromatic adsorbates gathered on gold nanoparticles provide inherent information about their presence and location within the cell without any interference from any organic component in the single cell, so these vibrations have aromatic stretching bands within the single cell. Fingerprinting can be used to confirm the intracellular distribution of protein coated gold nanoparticles using SERS combined with DFM. In addition, the detection method of the present invention may be useful for use as an intracellular imaging tool for non-fluorescent protein attached nanoparticles.

도 1은 단백질 결합된 시료 제조를 나타낸 도식도이다.
도 2는 DFM과 결합한 z-depth 의존 SERS의 장치 구성의 도식도이며, 홀로그래픽 노치 필터 우측의 슬릿은 라만스펙트로미터의 공초점화(confocality)를 제공할 수 있다.
도 3은 A549 세포를 포함하는 금 나노파티클의 TEM 이미지로서,“E”화살표는 엔도좀(endosome)에서 금 나노파티클의 위치를 가리킨다.
도 4는 A549 세포를 포함하는 금 나노파티클의 DFM 이미지이며, "C" 및 "N" 화살표는 각각 세포질과 핵내의 금 나노파티클의 위치를 가리킨다.
도 5는 금 나노파티클의 초분광 이미지로서 적색 박스에 표시한 부분의 확대부분을 나타낸다. 적색은 500 ~ 700 ㎚에서 금의 반사율 스펙트럼으로부터의 중첩된 이미지를 가리킨다. 상기 이미지를 얻기 위하여, ~30 ㎚의 명목상의 수평 해상도를 사용하였다. 화소 크기는 31 ㎚ X 31 ㎚이다. 화살표 “E”는 TEM 이미지와 일치되게 엔도좀내 금 나노파티클의 위치를 가리키며, “Au”는 금 나노파티클을 가리킨다.
도 6은 순수한 시트레이트-환원된 금 나노파티클의 사진(좌측), MBA의 첨가한 후의 색 변화 사진(중간), MBA 코팅된 금 나노파티클에 단백질의 결합을 거친 후 금 나노파티클의 색이 회복된 사진(우측)을 나타낸다.
도 7은 시트레이트 환원된 금 나노파티클에 MBA를 첨가하기 전과 첨가한 후의 시트레이트 환원된 금 콜로이드 나노파티클의 UV-Vis 흡수 스펙트럼의 변화를 보여주며, MBA-코팅된 금 나노파티클에 Tf의 첨가한 후의 회복과 Tf의 결합 전과 결합 후의 MBA 코팅된 금 나노파티클에 대해 얻어진 대응하는 TEM 이미지이다.
도 8은 A549 세포내에 삽입된(embeded) MBA-코팅된 금 나노파티클의 DFM 및 z-depth 의존 SERS 스펙트럼이다. 화살표는 SERS 스펙트럼에 따라 결정된 금 나노파티클의 “MBA”위치를 가리킨다. MBA 코팅된 금 나노파티클은 “MBA”지점에서 세포 표면으로부터 대략 ~7 ㎛ 안쪽에 위치하여 발견되었다.
도 9는 단일 A549 세포내 Tf-결합된 MBA 코팅된 금 나노파티클의 DFM과 z-depth 의존 SERS 스펙트럼이다. 화살표는 SERS 스펙트럼에 따라 결정된 금 나노파티클의 "A" 및 “B”의 위치를 가리킨다. Tf-결합된 MBA 코팅된 금 나노파티클은 "A" 및 “B”의 2개의 다른 지점에서 세포 표면으로부터 대략 3 ㎛ 안쪽에 위치하여 발견되었다.
1 is a schematic showing protein preparation sample preparation.
2 is a schematic of the device configuration of a z-depth dependent SERS in combination with a DFM, with the slit to the right of the holographic notch filter can provide confocality of the Raman spectrometer.
FIG. 3 is a TEM image of gold nanoparticles comprising A549 cells, with an “E” arrow indicating the position of the gold nanoparticles in the endosome.
4 is a DFM image of gold nanoparticles containing A549 cells, with the "C" and "N" arrows pointing to the location of the gold nanoparticles in the cytoplasm and nucleus, respectively.
Fig. 5 shows an enlarged portion of the portion marked in the red box as a hyperspectral image of gold nanoparticles. Red indicates superimposed images from the reflectance spectrum of gold at 500-700 nm. To obtain the image, a nominal horizontal resolution of ˜30 nm was used. The pixel size is 31 nm X 31 nm. The arrow “E” points to the location of the gold nanoparticles in the endosome, consistent with the TEM image, and “Au” points to the gold nanoparticles.
Figure 6 is a photograph of pure citrate-reduced gold nanoparticles (left), the color change photograph after addition of MBA (middle), and the color recovery of gold nanoparticles after binding of proteins to MBA coated gold nanoparticles. Photo (right)
FIG. 7 shows the change in UV-Vis absorption spectra of citrate reduced gold colloidal nanoparticles before and after addition of MBA to citrate reduced gold nanoparticles and addition of Tf to MBA-coated gold nanoparticles. Recovery after one and corresponding TEM images obtained for MBA coated gold nanoparticles before and after binding of Tf.
8 is a DFM and z-depth dependent SERS spectrum of MBA-coated gold nanoparticles embedded in A549 cells. The arrow points to the “MBA” position of the gold nanoparticles determined according to the SERS spectrum. MBA coated gold nanoparticles were found located approximately ˜7 μm from the cell surface at the “MBA” site.
9 is DFM and z-depth dependent SERS spectra of Tf-bound MBA coated gold nanoparticles in single A549 cells. Arrows indicate the positions of "A" and "B" of the gold nanoparticles determined according to the SERS spectrum. Tf-bound MBA coated gold nanoparticles were found located approximately 3 μm from the cell surface at two different points, “A” and “B”.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. It should be noted, however, that the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention is not limited to the following examples. Will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

<< 실시예Example 1> 시료 제조 1> Sample Preparation

시트레이트 환원방법에 의해 음 전하를 갖는 금 나노파티클들의 콜로이드 분산물을 제조하였다(P. C. Lee and D. Meisel, J. Phys. Chem. 86 (1982) 3391-3395.). 금 나노파티클 시료를 제조하기 위해, 먼저 1.4 mM HAuCl4 (99.9+ %, Sigma Aldrich) 수용액 30 ㎖를 끓였다. 그리고 나서, 대략 3 ㎖의 1% 소디움시트레이트 용액을 격렬한 교반하에 HAuCl4 용액에 첨가하고, 추가하여 약 1시간 가량 계속하여 끓였다. Tf(human, minimum ≥98%), 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC), 4-mercaptobenzoic acid (MBA, 90%) 및 벤질아미드(99%)는 Sigma Aldrich로부터 구입하였고, 4-aminobenzenethiol (ABT, 4-aminothiophenol, >96%) 및 4-hydroxyl benzenethiol (HBT, 4-mercaptophenol, >95%)는 Tokyo Kasei로부터 구입하여 그대로 사용하였다. 5% CO2 대기의 배양기의 37℃ 온도에서, 10% FBS 및 항생제로 보충된 RPMI1640 배지에서 인간 폐암종 세포(A549, ATCC CCL-185)를 배양하였다. FBS(fetal bovine serum; 소태아혈청)는 WelGene(Seoul, Korea)으로부터 구입하였다.
Colloidal dispersions of gold nanoparticles with negative charges were prepared by citrate reduction (PC Lee and D. Meisel, J. Phys. Chem. 86 (1982) 3391-3395.). To prepare a gold nanoparticle sample, 30 ml of an aqueous 1.4 mM HAuCl 4 (99.9 +%, Sigma Aldrich) solution was first boiled. Then, approximately 3 ml of 1% sodium citrate solution was added to the HAuCl 4 solution under vigorous stirring, and further boiled for about 1 hour. Tf (human, minimum ≥98%), 1-ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC), 4-mercaptobenzoic acid (MBA, 90%) and benzylamide (99%) were purchased from Sigma Aldrich. , 4-aminobenzenethiol (ABT, 4-aminothiophenol,> 96%) and 4-hydroxyl benzenethiol (HBT, 4-mercaptophenol,> 95%) were purchased from Tokyo Kasei and used as is. Human lung carcinoma cells (A549, ATCC CCL-185) were cultured in RPMI1640 medium supplemented with 10% FBS and antibiotics at 37 ° C. temperature in a 5% CO 2 atmosphere incubator. FBS (fetal bovine serum) was purchased from WelGene (Seoul, Korea).

<< 실시예Example 2>  2> 나노파티클의Nanoparticles 특성화 - 표면 특성화 Characterization-Surface Characterization

표면 플라즈몬 밴드를 조사하기 위하여, UV-Vis 흡수분광법(Mecasys UV-3220 spectrophotometer)을 사용하였다. 또한, 금 나노파티클 응집체(aggregate)의 형태(morphology)를 관찰하는데 투과전자현미경(TEM)을 사용하였다. 쿼지-일래스틱 라이트 스캐터링(quasi-elastic light scattering; 준탄성광산란) 및 제타 포텐셜 측정법(zeta potential measurements; 제타전위측정법)을 사용하여 파티클의 수력학적 반경(hydrodynamic radius)과 표면포텐셜을 모니터링하였으며, 이를 위해 Otsuka ELSZ-2 분석기를 사용하였다. 나노파티클 용액의 금 함유 퍼센티지는 Perkin-Elmer OPTIMA 4300DV ICP-AES를 이용하여 139.3 ppm으로 측정하였다. JEOL JEM-1010 TEM을 사용하여 약 20 ㎚의 직경을 갖는 금 나노파티클의 형태를 조사하였다.
In order to investigate the surface plasmon band, UV-Vis absorption spectroscopy (Mecasys UV-3220 spectrophotometer) was used. In addition, transmission electron microscopy (TEM) was used to observe the morphology of the gold nanoparticle aggregates. The hydrodynamic radius and surface potential of the particles were monitored using quasi-elastic light scattering and zeta potential measurements. The Otsuka ELSZ-2 analyzer was used for this purpose. The gold-containing percentage of nanoparticle solution was measured at 139.3 ppm using Perkin-Elmer OPTIMA 4300DV ICP-AES. The morphology of gold nanoparticles having a diameter of about 20 nm was investigated using JEOL JEM-1010 TEM.

TEM 측정에 따라, 금 파티클의 평균 직경은 약 20 ㎚이었다. 단일 파티클의 표면적은 약 1260 ㎚2로 계산된다. 단일 파티클은 3.4x105 개의 금 원자로 구성되고, 금 나노파티클의 농도는 약 3.8x10-9 M로 계산되었다. 단층막의 완전한 커버를 위해서는 약 10-5 M의 농도가 필요하다. 본 발명자들의 실험 조건하에서, 금 나노파티클상의 MBA 결합을 위해 사용되는 10-5~10-3 M의 흡착물질 농도는 그것의 단층막 커버리지를 위해 필요로 하는 것보다 높다. 금 나노파티클 대신에, 본 발명자들은 은 나노파티클을 테스트하여 유사한 결과를 얻었으며, 본 발명의 방법이 다른 SERS 활성 나노구조에 광범위한 방법으로 적용될 수 있다는 것을 확인하였다.According to the TEM measurement, the average diameter of the gold particles was about 20 nm. The surface area of a single particle is calculated to be about 1260 nm 2 . The single particle consisted of 3.4 × 10 5 gold atoms and the concentration of gold nanoparticles was calculated to be about 3.8 × 10 −9 M. A concentration of about 10 −5 M is required for complete coverage of the monolayer film. Under our experimental conditions, the adsorbent concentrations of 10 −5 to 10 −3 M used for MBA binding on gold nanoparticles are higher than what is needed for its monolayer membrane coverage. Instead of gold nanoparticles, we tested silver nanoparticles and obtained similar results, confirming that the method of the present invention can be applied to a wide variety of other SERS active nanostructures.

DLS(independent dynamic light scattering) 측정방법은 원래의 금 나노파티클 및 Tf-코팅된 금 나노파티클의 수력학적 반경들이 각각 29.5 (±3.9)와 345.8 (±18.0) ㎚임을 나타내었다. 80 kDa의 분자량을 갖는 본 발명자들의 인간 혈청 Tf 단백질 시료는 각각 4.50, 5.78, 및 13.56 ㎚의 a, b, 및 c 결정축을 갖는다(H. W. Yang, et. al., Protein Sci. 9 (2000) 49-52.). 각각 ~1260 ㎚2의 단일 금 입자와 20~176 ㎚2의 단일 Tf 단백질의 측정된 표면적을 고려하면, 이론적으로 8~83 Tf 단백질이 단일 금 나노파티클에 결합할 수 있다고 예측된다. 금 나노파티클에 결합된 Tf는 도 5의 TEM 이미지와 DLS 측정으로부터의 단량체 보다 큰 응집 상태의 형태를 가질 것으로 판단된다. 또한, Tf는 금 표면에 가깝게 결합된 구조 대신 다소 부피가 큰 구조를 형성할 가능성이 있다. 반면에, 수용액 상태에서는 다소 유연한 단백질 구조를 보여줄 것이기에, 한정된 수의 Tf가 금 표면 위에 연결될 것으로 예측된다. 이것은 어떠한 이유로 MBA에 기인한 강한 피크가 Tf의 결합 후에도 압도하는 방식으로 여전히 존재하는지와 관련되어 있을 것이다. 금위의 MBA 흡착물의 일부분은 Tf와 반응하지 않을 가능성이 있다. 부피가 큰 단백질 구조를 고려하면, 그것은 여전히 MBA-코팅된 금 나노파티클 표면위에 Tf의 결합 후에 라만 스펙트럼이 어떻게 변하는지를 추측하는 것의 문제이고, 그 이유는 SERS 강도는 표면으로부터의 거리에 매우 민감하기 때문이다(C. Schlucker, Chem Phys Chem. 10 (2009) 1344-1354.).
Independent dynamic light scattering (DLS) measurements showed that the hydraulic radii of the original gold nanoparticles and Tf-coated gold nanoparticles were 29.5 (± 3.9) and 345.8 (± 18.0) nm, respectively. Our human serum Tf protein samples with a molecular weight of 80 kDa have a, b, and c crystal axes of 4.50, 5.78, and 13.56 nm, respectively (HW Yang, et. Al., Protein Sci. 9 (2000) 49 -52.). Considering the measured surface areas of single gold particles of ˜1260 nm 2 and single Tf proteins of 20-176 nm 2 , respectively, it is theoretically predicted that 8-83 Tf proteins can bind to single gold nanoparticles. The Tf bound to the gold nanoparticles is believed to have a larger form of aggregation than the monomers from the TEM image and DLS measurements of FIG. 5 . In addition, Tf is likely to form a rather bulky structure instead of a structure that is closely bonded to the gold surface. In aqueous solution, on the other hand, it will show a somewhat flexible protein structure, so a finite number of Tf is expected to be linked onto the gold surface. This may be for some reason whether a strong peak due to MBA is still present in an overwhelming way after the binding of Tf. Some of the gold MBA adsorbates are unlikely to react with Tf. Considering the bulky protein structure, it is still a matter of guessing how the Raman spectra change after binding of Tf on the MBA-coated gold nanoparticle surface, because the SERS intensity is very sensitive to distance from the surface. (C. Schlucker, Chem Phys Chem. 10 (2009) 1344-1354.).

<< 실시예Example 3>  3> 나노파티클에On nanoparticles TfTf 의 결합 - 금 Bond of-gold 나노파티클상의Nanoparticle phase 단백질 결합 Protein binding

무수에탄올 내 40 ㎕ 부피의 MBA (10-3 M)을 200 ㎕ 부피의 수용성 금 용액에 첨가하였다. 반응하지 않은 금 나노파티클의 표면들은 과량의 2-mercaptoethanol (≥99 %, Sigma Aldrich)을 사용하여 덮음으로써, 비특이적 결합이 일어나지 않도록 하였다. 5분 후에 적색에서 진한 청색으로 색 변화가 있었다. 200 ㎕ 부피의 MBA-첨가된 금 나노파티클 용액을, Tf (10-6 M) 와 EDC (10-6 M)가 1 : 1로 혼합된 1 ㎖와 혼합하였으며, 완충용액(10 mM 인산칼륨 및 0.15 M NaCl)하 또는 완충용액 없이 하룻밤 동안 커플링 반응을 유지시켰다. 80 kDa 분자량을 갖는 0.016 g의 Tf를 20 ㎖의 증류수에 용해하여 마이크로몰 농도의 시료를 제조하였다. 완충용액의 첨가하기 전, Thermoelectron Orion 3 star bench top pH meter를 사용하여 Au NP는 pH 5~6으로 측정되었다. 나머지 화학물질과 Tf는 원심분리되고 Au NP 표면의 미반응 NHS 그룹은 에탄올아민(≥99.5 %, Sigma Aldrich)으로 퀀치시켜서, 혈청 단백질의 추가적인 결합이 일어나지 않게 하였다. 도 1은 MBA-첨가된 Au NPs에 대한 단백질 결합 과정의 본 발명의 실험 도식도를 설명하고 있다.40 μl volume of MBA ( 10-3 M) in anhydrous ethanol was added to a 200 μl volume of aqueous gold solution. Surfaces of the unreacted gold nanoparticles were covered with excess 2-mercaptoethanol (≥99%, Sigma Aldrich) to prevent nonspecific binding. After 5 minutes there was a color change from red to dark blue. A 200 μl volume of MBA-added gold nanoparticles solution was mixed with 1 ml of Tf ( 10-6 M) and EDC ( 10-6 M) in a 1: 1 mixture of buffer (10 mM potassium phosphate and The coupling reaction was maintained overnight under 0.15 M NaCl) or without buffer. A sample of micromolar concentration was prepared by dissolving 0.016 g of Tf having a molecular weight of 80 kDa in 20 ml of distilled water. Prior to the addition of the buffer, Au NPs were measured at pH 5-6 using a Thermoelectron Orion 3 star bench top pH meter. The remaining chemicals and Tf were centrifuged and the unreacted NHS group on the Au NP surface was quenched with ethanolamine (≥99.5%, Sigma Aldrich) to prevent further binding of serum proteins. 1 illustrates an experimental schematic of the present invention of the protein binding process for MBA-added Au NPs.

도 6에 나타난 바와 같이, 처음에 깨끗한 적색의 금 나노파티클의 색이 MBA로 개질한 후에는 청색으로 변하였다. 상기 색깔은 단백질과 결합시에 적색으로 복귀되었다. 본 발명자들은 최근에 개질된 금 나노파티클 표면에 아미노산의 결합 행동을 조사하여 색의 변화, ATR-IR 및 SERS 데이터를 관찰하였다(J.H. Park, et. al., ChemComm. (2009) 7354-7356.). 소혈청 알부민과 같은 단백질은 비슷한 행동을 나타내었다. 이러한 도면들에서, 금 나노파티클 용액은 일반적으로 나노파티클이 응집된 상태로 있을 때, 표면 플라즈몬 밴드가 좀 더 장파장으로 이동하기 때문에 적색에서 청색으로 색이 변하는 것을 나타낸다. 역으로, 응집된 금 나노파티클의 재분산은 단백질과의 결합시에 청색에서 적색으로 색이 회복되는 결과를 가져온다.As shown in FIG. 6 , the color of the clean red gold nanoparticles first changed to blue after modifying with MBA. The color returned to red upon binding to the protein. We recently examined the binding behavior of amino acids on the surface of modified gold nanoparticles to observe changes in color, ATR-IR and SERS data (JH Park, et. Al., Chem Comm. (2009) 7354-7356. ). Proteins like bovine serum albumin showed similar behavior. In these figures, gold nanoparticle solutions generally show a change in color from red to blue because the surface plasmon bands shift to longer wavelengths when the nanoparticles are in an aggregated state. Conversely, redispersion of aggregated gold nanoparticles results in a color recovery from blue to red upon binding to the protein.

TEM 측정은 또한 콜로이드 용액은 도 7에서 UV 스펙트럼에서와 같이, MBA-첨가된 금 나노파티클에 Tf가 결합된 후 재분산이 되어야 함을 나타내었다. 본 발명자들의 분광학적 연구는 명확하게 Tf의 결합 후에 상호 파티클간 거리의 증가로 인해 표면 플라즈몬 밴드의 회복이 있음을 나타내었다.
TEM measurements also showed that the colloidal solution should be redispersed after Tf is bound to the MBA-added gold nanoparticles, as in the UV spectrum in FIG. 7 . The spectroscopic study of the inventors clearly showed that there is a recovery of the surface plasmon band due to the increase in the interparticle distance after binding of Tf.

금 나노파티클 표면의 결합 반응을 좀 더 조사하기 위하여, 본 발명자들은 SERS(surface-enhanced Raman scattering) 및 ATR-FTIR(attenuated total-reflection Fourier-transform infrared)를 사용하는 진동 분광학적 수단을 수행하였다. 본 발명자들의 IR과 라만 데이터는 또한 금 표면에 결합된 MBA의 COOH 그룹과 Tf의 아미노 그룹간의 커플링 반응에 기인한 아미드 결합의 형성을 뒷받침한다.
To further investigate the binding reaction of the gold nanoparticle surface, the inventors performed vibration spectroscopic means using surface-enhanced Raman scattering (SERS) and attenuated total-reflection Fourier-transform infrared (ATR-FTIR). Our IR and Raman data also support the formation of amide bonds due to the coupling reaction between the COOH group of MBA bound to the gold surface and the amino group of Tf.

<< 실시예Example 4>  4> 나노파티클의Nanoparticles 세포 흡수의  Cell uptake TEMTEM 이미지 - A549  Image-A549 세포내Intracellular  gold 나노파티클의Nanoparticles 흡수 absorption

금 나노파티클의 흡수는 TEM을 이용하여 조사하였다. A549 세포들을 나노파티클과 접촉하기 전에 성장 배지를 포함하고 있는 접시당 1x104 세포의 농도로 100 ㎜ 배양접시(SPL, Korea)위에 놓았다. 나노파티클이 첨가되고, 그리고 세포들을 37℃, 5% CO2 농도에서 배양하였다. 24시간 후에, 세포들을 DPBS로 2번 세척하고, Karnovsky 고정액으로 24시간 동안 고정시켰으며, 0.5 M 오스미움테트록사이드에 최종적으로 고정시켰다. 고정 후, 각각 15분 동안 연속적으로 30, 50, 70, 80, 90% 에탄올로 시료를 세정 및 탈수시키고, 100% 에탄올로 3번 더 이를 시행하였다. 80℃에서 고분자화된 프로필렌옥사이드내 레진 혼합물에 시료들을 담갔다. 다이아몬드 나이프를 이용하여 TEM을 위한 초박편들을 준비하였다. 투과전자현미경을 이용하여 시료들을 분석하였다.The absorption of gold nanoparticles was investigated using TEM. A549 cells were placed on a 100 mm culture dish (SPL, Korea) at a concentration of 1 × 10 4 cells per dish containing growth medium before contacting the nanoparticles. Nanoparticles were added and cells were incubated at 37 ° C., 5% CO 2 concentration. After 24 hours, cells were washed twice with DPBS, fixed for 24 hours with Karnovsky fixative, and finally fixed in 0.5 M osmiumtetroxide. After fixation, samples were washed and dehydrated with 30, 50, 70, 80, 90% ethanol continuously for 15 minutes each, and this was done three more times with 100% ethanol. Samples were immersed in a resin mixture in propylene oxide polymerized at 80 ° C. Ultrathins were prepared for the TEM using a diamond knife. Samples were analyzed using transmission electron microscopy.

도 3은 금 나노파티클이 적재된 A549 세포들의 TEM 이미지를 나타내다. 상기 TEM 이미지로부터, 본 발명자들은 상당한 엔도좀에 적재된 파티클을 관찰할 수 있었다. 금 나노파티클의 형광-퀀칭 효과는 코로우컬리제이션(colocalization) 실험을 방해하므로, 상기 결과의 확인을 위해서 세포소기관-특이적 마커를 사용하는 실험은 바람직하지 않다. 따라서, 그 대신 그들의 응집된 상태로 세포 내에 삽입된 금 나노파티클을 DFM을 사용하여 확인할 수 있었다. 구체적으로, 상온에서 DFM을 위한 고 해상도 어댑터가 부착된 라만 분광기 내 마이크로스테이지에 널리 떨어져 분포된 A549 세포들을 가진 슬라이드 글라스를 위치시켰다. 라만 레이저 셔터가 닫혀있을 때, DFM 이미지가 얻어졌다. 본 발명자들의 DFM 이미지는, 도 4에 나타낸 것과 같이, 금 파티클이 A549 세포의 세포질과 핵(P.V. AshaRani, et. al., ACS Nano 3 (2009) 279-290.) 양쪽 모두에 존재한다는 것을 나타내었다. 도 5는 적색 박스로 표시된 부분의 확대사진에서 금 나노파티클의 초분광 이미지를 나타낸다. 적색은 종래의 보고서(J. Aaron, et. al., Nano Lett. 9 (2009) 36123618.)와 일치되게, 500 ~ 700 ㎚에서 금의 반사율 스펙트럼으로부터의 중첩된 이미지를 나타낸다. 상기 이미지를 얻기 위하여, 약 30 ㎚의 명목상 수평 해상도를 성취하였다. 화살표 “E”는 TEM 이미지와 일치되게 엔도좀 내 금 나노파티클의 위치를 나타낸다.
3 shows TEM images of A549 cells loaded with gold nanoparticles. From the TEM images, we were able to observe the particles loaded on the significant endosomes. Since fluorescence-quenching effects of gold nanoparticles interfere with colocalization experiments, experiments using organelle-specific markers to confirm the results are undesirable. Therefore, gold nanoparticles inserted into cells in their aggregated state could be identified using DFM instead. Specifically, a slide glass with A549 cells distributed widely apart on a microstage in a Raman spectrometer with a high resolution adapter for DFM at room temperature was placed. When the Raman laser shutter was closed, a DFM image was obtained. DFM image of the inventors of the present invention is, as shown in Figure 4, the gold particles of the A549 cell cytoplasm and nucleus (PV AshaRani, et. Al. , ACS Nano 3 (2009) 279-290.) Indicate that the presence in both It was. 5 shows a hyperspectral image of gold nanoparticles in an enlarged photograph of a portion marked with a red box. Red represents superimposed images from the reflectance spectra of gold at 500-700 nm, consistent with the conventional report (J. Aaron, et. Al., Nano Lett. 9 (2009) 36123618.). In order to obtain the image, a nominal horizontal resolution of about 30 nm was achieved. Arrow “E” indicates the position of the gold nanoparticles in the endosome, consistent with the TEM image.

<< 실시예Example 5>  5> DFMDFM , , 초분광Hyperspectral 이미징Imaging  And SERSSERS 방법 - 단일 A549세포에서 단백질 코팅된 금  Method-Protein Coated Gold in Single A549 Cells 나노파티클의Nanoparticles DFMDFM 및 SERS And SERS

초분광 이미징은 CytoViva (Auburn, U.S.A.)VNIR hyperspectral imager를 사용하여 수행하였다. 이미징 패턴을 얻기 위해, 10 ㎚의 최소 간격을 갖는 동력 상태가 사용되었다. ~30 ㎚의 수평 해상도의 이미지가 얻어졌다. 또한, 나노파티클의 세포내 흡수는 Leica DL LM 수직 현미경 및 고-해상도 CytoViva 150 adapter로 DFM을 사용하여 또한 모니터링하였다. 대략적으로 105 세포들이 젤라틴-코팅된 슬라이드 글라스위에 장착되고, 마운팅 솔루션(DAKO fluorescent mounting medium)을 이용하여 커버글라스로 샌드위치되었으며, 24시간 동안 나노파티클 용액에서 배양하였다. 살균된 커버 글라스는 알코올 램프불을 사용하여 준비하였고, 세포 배양 페트리 접시의 중앙에 위치시켰다. 커버 글라스 위에 0.8 ㎖ 부피의 젤라틴 용액 (0.2%)을 도말시켜, 30 내지 45분 동안 담근 후에 제거하였다. 10 ㎖ 부피의 RPMI 용액을 상기 A549 세포들이 도말되어 24시간 동안 배양된 커버글라스가 덮여진 배양 접시에 부어졌다. 그리고 나서, 약 5 ppm의 라만 염료가 코팅된 금 나노파티클을 마이크로피펫을 사용하여 주입하고 24시간 동안 배양하였다. 상기 커버 글라스를 들어올려 분리되고, 암시야 분광계를 위해 준비된 마운팅 용액으로 처리된 또 다른 깨끗한 슬라이드 글라스에 위치시켰다. 커버글라스에 대한 보정된 두께를 갖는 대물렌즈(Leica, x40)를 사용하여, Infinite Ⅱ color CCD 카메라를 사용하여 이미지를 얻었다.Hyperspectral imaging was performed using a CytoViva (Auburn, USA) VNIR hyperspectral imager. To obtain the imaging pattern, a power state with a minimum spacing of 10 nm was used. An image with a horizontal resolution of ˜30 nm was obtained. In addition, intracellular uptake of nanoparticles was also monitored using DFM with a Leica DL LM vertical microscope and a high-resolution CytoViva 150 adapter. Approximately 10 5 cells were mounted on gelatin-coated slide glass, sandwiched with cover glass using a DAKO fluorescent mounting medium, and incubated in nanoparticle solution for 24 hours. Sterile cover glass was prepared using an alcohol lamp and placed in the center of the cell culture Petri dish. 0.8 ml volume of gelatin solution (0.2%) was smeared on the cover glass, soaked for 30-45 minutes and then removed. A 10 mL volume of RPMI solution was poured into a cover glass covered culture dish in which the A549 cells were plated and incubated for 24 hours. Then, about 5 ppm of Raman dye-coated gold nanoparticles were injected using a micropipette and incubated for 24 hours. The cover glass was lifted off and placed in another clean slide glass treated with a mounting solution prepared for the dark field spectrometer. Images were obtained using an Infinite II color CCD camera using an objective lens (Leica, x40) with a corrected thickness for the cover glass.

라만 스펙트럼은 인티그럴 마이크로스코프(Leica DM LM)이 장착된 라만 공초점 시스템 모델 1000 분광계(Renishaw)를 사용하여 얻었다. 자발적인 라만 산란은 펠티어 냉각된(70℃) CCD 카메라(400 x 600 화소)를 사용하여 180° 기하학적으로 탐지하였다. 적당한 홀로그래픽 수퍼노치 필터가 플라즈마 라인 리젝션 필터를 갖는 20 mW 공냉 헬륨-네온 레이저(Melles Griots Model 25 LHP 928)로부터 632.8 ㎚에 대한 분광계에 세팅되었다. 도 2는 이러한 장치 구성을 설명하고 있다.
Raman spectra were obtained using a Raman confocal system model 1000 spectrometer (Renishaw) equipped with an integrated microscope (Leica DM LM). Spontaneous Raman scattering was detected by 180 ° geometry using a Peltier cooled (70 ° C.) CCD camera (400 × 600 pixels). A suitable holographic supernotch filter was set in the spectrometer for 632.8 nm from a 20 mW air cooled helium-neon laser (Melles Griots Model 25 LHP 928) with a plasma line rejection filter. 2 illustrates such a device configuration.

도 8은 MBA-개질된 금 나노파티클의 흡수 후 DFM 이미지와 A549 단세포 내의 어떤 특정 지점에 대응하는 SERS 스펙트럼을 나타낸다. DFM과 결합한 Z-depth 의존 SERS에 의해 나노파티클의 내재화를 확인하였다. SERS 스펙트럼은 이전의 보고서들과 일치한다(J. Kneipp, et. al., Nano Lett. 7 (2007) 2819-2823.). 대부분의 지점들에 대한 라만 스펙트럼은 상기 위치들에서 금 나노파티클의 부존재를 나타내는 MBA의 진동 밴드의 어떤 표시도 포함하고 있지 않음을 나타낸다. MBA 코팅된 금 나노파티클의 일부는 도 8에 나타낸 바와 같이 세포내부의 구역으로 흡수되었다는 것을 확인하였다. FIG. 8 shows the DFM image after absorption of MBA-modified gold nanoparticles and the SERS spectrum corresponding to any particular point in A549 single cell. Internalization of nanoparticles was confirmed by Z-depth dependent SERS coupled with DFM. SERS spectra are consistent with previous reports (J. Kneipp, et. Al., Nano Lett. 7 (2007) 2819-2823.). Raman spectra for most of the points indicate that they do not contain any indication of the vibration band of the MBA indicating the absence of gold nanoparticles at these locations. It was confirmed that some of the MBA coated gold nanoparticles were taken up into intracellular zones as shown in FIG . 8 .

Tf가 금 나노파티클 표면에 부착되었을 때, 수용체-중재 내포작용(endocytosis)이 일어날 수 있고, 상기 나노파티클은 세포내로 운반되었다(B.D. Chithrani and W.C.W. Chan, Nano Lett. 7 (2007) 15421550. / C.H.J. Choi, et. al., Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107 (2010) 1235-1240.). 부착된 Tf 분자들은 여전히 활성을 갖고 세포 표면에서 수용체에 의해 인지된 것으로 예측된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, Tf-코팅된 금 나노파티클은 단세포내에서 발견되었다. “A” 및 “B”지점의 SERS 스펙트럼들에 대해, 본 발명자들은 그 위치들에서 금 나노파티클의 존재를 입증하는 Tf-결합된 MBA의 매우 현저한 특성을 발견하였다. 화살표는 SERS 스펙트럼에 따라 결정된 금 나노파티클의 위치를 나타낸다. 삽입된 숫자들은 마이크로미터 단위로 상대적으로 조종된 z-depth 위치들이다.
When Tf adheres to the surface of gold nanoparticles, receptor-mediated endocytosis can occur and the nanoparticles are transported intracellularly (BD Chithrani and WCW Chan, Nano Lett. 7 (2007) 15421550./CHJ Choi, et. Al., Proc. Natl. Acad. Sci. US A. 107 (2010) 1235-1240. Attached Tf molecules are still active and are predicted to be recognized by receptors at the cell surface. As shown in FIG . 9 , Tf-coated gold nanoparticles were found in single cells. For the SERS spectra at points “A” and “B”, we found very significant properties of Tf-bound MBAs attesting the presence of gold nanoparticles at those locations. The arrow indicates the position of the gold nanoparticles determined according to the SERS spectrum. The numbers inserted are z-depth positions that are relatively steered in micrometers.

본 발명자들은 어떤 형광 염료를 사용함이 없이도 DFM 이미지에서의 색 차이에 의한 부분적 도움으로 다른 세포질 부분으로부터 핵을 구별할 수 있었다. 그러나, 금의 형광-퀀칭 효과가 통상적인 세포기관-특이적 유기 표지 염료를 사용하는 코로우컬리제이션 실험을 막기 때문에(J.B. Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, Springer, New York, U.S.A. 3rd Ed. 2006.), 본 발명자들의 실험 조건하에서 세포의 특정 소기관에 나노파티클의 위치를 확정하는 것은 여전히 개선되어야 할 문제이다.
We were able to distinguish nuclei from other cellular parts with partial help by color differences in the DFM image without using any fluorescent dye. However, because the fluorescence-quenching effect of gold prevents co-culture experiments using conventional organelle-specific organic label dyes (JB Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, Springer, New York, USA 3rd Ed. 2006 .), The location of nanoparticles in certain organelles of cells under our experimental conditions is still a problem to be improved.

<< 실시예Example 6> 기타 테스트 6> Other Test

본 발명자들이 라만 염료를 사용하지 않는 경우, 세포내 환경(H. W. Tang, et. al., Anal. Chem. 79 (2007) 3646-3653.)에서 DNA와 단백질의 약한 특성을 찾을 수 없었다. 라만 염료로 사용된 MBA 이외에, 단세포내 그들의 3-차원적 위치를 확인을 위하여, 금 나노파티클상에, 각각 NH2 와 OH 표면 기능 그룹을 포함하는 4-아미노티오페놀(ABT)와 4-메르캅토페놀(HBT)의 다른 방향족 티올 뿐만 아니라 1,4-페닐렌다이이소시아나이드(PDIC)도 테스트 하였다. ABT와 HBT와 같은 대부분의 방향족 흡착 물질들은 MBA와 유사한 스펙트럼 패턴을 나타내는 것으로 알려져 있다. ~2188 ㎝-1에서 독특한 NC 스트레칭 밴드를 나타내는 PDIC를 도입함으로써, 라만 스펙트럼에서 보다 분명한 구별이 가능하였다. 단백질 또는 DNA의 적절한 결합 반응을 도입함으로써, 본 발명자들은 DFM과 SERS의 기반하에 그들의 스펙트럼의 차이에 의해 복합 분석을 달성할 수 있다.When we did not use Raman dye, we could not find the weak properties of DNA and protein in the intracellular environment (HW Tang, et. Al., Anal. Chem. 79 (2007) 3646-3653.). In addition to the MBA used as the Raman dye, 4-aminothiophenol (ABT) and 4-mer containing NH 2 and OH surface functional groups on gold nanoparticles, respectively, to identify their 3-dimensional position in single cells. Other aromatic thiols of captophenol (HBT) as well as 1,4-phenylenediisocyanide (PDIC) were tested. Most aromatic adsorbents such as ABT and HBT are known to exhibit a similar spectral pattern as MBA. By introducing PDIC, which exhibits a unique NC stretching band at ˜2188 cm −1 , clearer distinctions in the Raman spectrum were possible. By introducing appropriate binding reactions of proteins or DNA, we can achieve complex analysis by differences in their spectra on the basis of DFM and SERS.

나노파티클의 다른 흡착물과 세포의 상호작용에 의해서, 세포막의 전하(charge)에 영향을 끼쳐서 세포막의 형태와 기능이 변화한다는 것이 제안되었다(P. Thevenot, et. al, Nanomedicine 4 (2008) 226-236.). 식세포 작용(phagocytosis), 클라트린-매개 내포작용(clathrin-mediated endocytosis), 카베올래(caveolae)-중재 내포작용, 및 비-클라트린, 비-카베올래 내포작용을 포함하는 세포내로 나노파티클의 흡수에 관한 많은 추정 메카니즘들이 있다(K. Unfried, et. al., Nanotoxicology 1 (2007) 52-71.). 금 나노파티클-막 상호작용은 세포주-의존적 현상일 수 있다고 제안되어 오고 있다(H. K. Patra, et. al., Nanomedicine 3 (2007) 111-119.). 본 발명자들은 또 다른 포유류 세포주인 HeLa 세포를 사용하여 유사한 결과를 얻었다. 포유동물 세포들에서 세포내 흡수 메카니즘과 위치 결정에 대한 세포 선택적 행동을 보다 잘 설명하기 위하여, 본 발명자들은 다른 형태의 세포주를 사용하여 다른 단백질에 대한 실험을 수행할 계획이다. 본 발명자들의 DFM 이미징 기술과 결합한 Z-depth 의존 SERS 방법은 단세포 수준에서 흡수 또는 세포내 과정을 모니터링함에 있어 높은 잠재력을 갖고 있다.
It has been suggested that the interaction of other particles with nanoparticles with the cell affects the charge of the cell membrane, thereby changing the shape and function of the cell membrane (P. Thevenot, et. Al, Nanomedicine 4 (2008) 226). -236.). Absorption of nanoparticles into cells, including phagocytosis, clathrin-mediated endocytosis, caveolae-mediated inclusion, and non-clatrine, non-cabeleol inclusion There are many estimation mechanisms for (K. Unfried, et. Al., Nanotoxicology 1 (2007) 52-71.). Gold nanoparticle-membrane interactions have been suggested to be cell line-dependent phenomena (HK Patra, et. Al., Nanomedicine 3 (2007) 111-119.). We obtained similar results using HeLa cells, another mammalian cell line. To better explain the cellular uptake mechanism and intracellular uptake mechanisms in mammalian cells, we plan to perform experiments on different proteins using different types of cell lines. The Z-depth dependent SERS method in combination with our DFM imaging technology has a high potential for monitoring uptake or intracellular processes at the single cell level.

이와 같이, 본 발명자들은 초분광 이미징 및 DFM 결합한 SERS에 의해 포유동물 A549 단세포내에 금 나노파티클의 세포내 흡수를 연구하였다. 금 나노파티클에 결합된 방향족 흡착물질의 진동 밴드에 의해서, 단세포내 다른 유기 구성물질로부터 별다른 방해없이 세포내 존재여부와 위치에 관한 독특한 정보를 제공하는 것으로 나타났다. 단세포내의 방향족 스트레칭 밴드를 갖는 이러한 진동 지문(fingerprinting)은 DFM 결합된 SERS를 사용하여 단백질-코팅딘 금 나노파티클의 세포내 분포에 사용될 수 있는 것으로 나타났다. 본 발명자들의 색깔 변화, UV-Vis 흡착 및 SERS의 복합된 데이터로 입증된 바와 같이, EDC 커플링 반응을 경유한 -COOH 표면 기능 그룹을 갖는 MBA에 의한 단백질 결합은 효과적인 것으로 나타났다. 본 발명자들의 결과는 상기 실험방법이 비-형광 단백질-부착된 나노파티클에 대한 유용한 세포 이미징 도구로써 사용될 수 있음을 나타낸다.
As such, we studied the intracellular uptake of gold nanoparticles in mammalian A549 single cells by hyperspectral imaging and DFM bound SERS. Vibration bands of aromatic adsorbents bound to gold nanoparticles have been shown to provide unique information about the presence and location of cells within the cell, without interfering with other organic components. Such vibrational fingerprinting with aromatic stretching bands in single cells has been shown to be used for intracellular distribution of protein-coateddine gold nanoparticles using DFM bound SERS. As demonstrated by our combined data of color change, UV-Vis adsorption and SERS, protein binding by MBA with -COOH surface functional group via an EDC coupling reaction has been shown to be effective. The results of the present inventors show that the method can be used as a useful cell imaging tool for non-fluorescent protein-attached nanoparticles.

한편, 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시예 보다는 특허청구범위에 의하여 한정지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다On the other hand, the specific scope of the present invention is defined by the claims rather than the embodiments described above, all changes and modifications derived from the meaning and scope and equivalent concepts of the claims to the scope of the invention Should be interpreted to include

Claims (11)

ⅰ) 단백질 코팅된 금속 나노파티클을 제조하는 단계;
ⅱ) 상기 나노파티클을 세포내로 흡수시키고 이것을 암시야 현미경 기술(DFM)로 탐지하는 단계; 및
ⅲ) z-depth 의존 공초점 표면증강 라만 산란(SERS)을 이용하여 나노파티클을 탐지하는 단계;를 포함하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
Iii) preparing protein coated metal nanoparticles;
Ii) absorbing the nanoparticles into cells and detecting them with dark field microscopy (DFM); And
Iii) detecting nanoparticles using z-depth dependent confocal surface enhanced Raman scattering (SERS).
제 1항에 있어서, 상기 ⅰ) 단계의 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 제조는 단백질 결합 부위와 SERS 표지 부위를 갖는 염료(dye)에 의하여 단백질과 금속 나노파티클이 연결되는 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
According to claim 1, wherein the step of the protein-coated metal nanoparticles of the step iii) the protein and the metal nanoparticles are characterized in that the protein and metal nanoparticles are linked by a dye having a SERS labeling site (dye) Method for Detection of Coated Metal Nanoparticles.
제 2항에 있어서, 상기 염료는 비형광 물질인 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 2, wherein the dye is a non-fluorescent material.
제 1항에 있어서, 상기 금속 나노파티클에 사용된 금속은 금 또는 은인 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1, wherein the metal used for the metal nanoparticles is gold or silver.
제 1항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 나노파티클의 세포내 흡수는 나노파티클이 첨가된 배지에서 세포들을 배양시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1, wherein the intracellular uptake of the nanoparticles of step ii) is performed by culturing the cells in a medium containing the nanoparticles.
제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 나노파티클의 세포내 흡수 여부는 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 확인하는 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1 or 5, wherein the intracellular uptake of the nanoparticles of step ii) is confirmed using a transmission electron microscope (TEM).
제 1항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 기법에 초분광 이미징(hyperspectral imaging) 기법이 결합되는 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1, wherein the method of step ii) is combined with a hyperspectral imaging technique.
제 1항 또는 제 7항에 있어서, 상기 DFM 기법은
ⅰ) 슬라이드 글라스 위에 세포들을 장착하고 그 위에 커버 글라스로 샌드위치시키는 단계;
ⅱ) 상기 세포에 라만 염료가 코팅된 금속 나노파티클을 주입하고, 상기 세포를 배양하는 단계; 및
ⅲ) 상기 세포를 CCD 카메라가 장착된 통상의 암시야 현미경으로 촬영하는 단계;를 포함하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
8. The method of claim 1 or 7, wherein the DFM technique is
Iii) mounting the cells on a slide glass and sandwiching the cover glass thereon;
Ii) injecting metal nanoparticles coated with Raman dye to the cells and culturing the cells; And
Iii) photographing the cells with a conventional dark field microscope equipped with a CCD camera.
제 1항에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 SERS 기법은 펠티어 냉각된 CCD 카메라가 장착된 라만 공초점 분광계를 사용하여 180° 기하학적으로 탐지되는 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1, wherein the SERS technique of step iii) is detected by a 180 ° geometry using a Raman confocal spectrometer equipped with a Peltier-cooled CCD camera. .
제 1항에 있어서, 상기 세포는 포유동물 세포주(cell line)인 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.
The method of claim 1, wherein the cell is a mammalian cell line.
제 10항에 있어서, 상기 세포주는 A549, HeLa 및 K562 중에서 선택된 세포주인 것을 특징으로 하는 단세포내 단백질 코팅된 금속 나노파티클의 탐지방법.The method of claim 10, wherein the cell line is a cell line selected from A549, HeLa, and K562.
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