KR20120130731A - Enzyme-immunoassay complex and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A complex for an enzyme-immunoassay is provided to integrate a large amount of enzymes and to improve enzyme stability. CONSTITUTION: A complex for an enzyme-immunoassay comprises: an enzyme agglomerate which is supported in a pore between fibers of a fiber matrix containing three-dimensional network fibers; a fiber matrix complex with an enzyme-three dimentional network structure containing a shell; and an antibody which is conjugated on the complex. The three-dimensional network fiber is a microfiber or nanofiber. The shell has multiple layers. The enzyme is horse radish peroxidase.

Description

효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법{Enzyme-immunoassay complex and manufacturing method thereof}Enzyme-immunoassay complex and manufacturing method

본 발명은 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정된 효소의 양을 극대화하면서도, 비특이적 결합에 의한 신호가 발생을 최소화하여 면역분석 시스템에 최적으로 활용할 수 있는 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a complex for measuring enzyme immunity and a method for manufacturing the same, and more particularly, to maximize the amount of immobilized enzyme, while minimizing the generation of signals due to non-specific binding enzymes that can be optimally used in immunoassay systems The present invention relates to a measuring complex and a method of manufacturing the same.

면역분석법(immunoassay)이란 생체분자를 탐지하는 기술들을 총칭하는 단어이다. 일반적으로 DNA의 혼성화(hybridization), 항체-항원 결합 등의 특이성 있는 결합을 이용해서 DNA 및 단백질, 또는 박테리아 등의 미생물 등이 존재하는 지를 알려주는 기술이라 할 수 있겠다. 이러한 면역분석법 중에 하나로 효소결합면역흡착검사(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA)는 항체의 항원에 대한 특이성과 효소의 기질선택성 및 촉매반응을 이용하여 바이러스, 병원균 등의 다양한 항원의 유무 및 정량화를 실현하는데 사용되는 면역분석법의 일종이다. 분석하고자 하는 항원을 탐지하기 위해서 효소결합면역흡착검사에서는 효소가 표지된 항체(enzyme conjugated antibody)를 이용한다. 1960년대부터 면역검사를 위해 이용되어 온 방사성 표지(radioactive label)와 비교하여 효소표지(enzyme label)는 효소자체가 가지는 기질선택성과 그 촉매반응으로 인한 높은 효율성을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 유해성 측면에서 안전성도 뛰어나다고 할 수 있다. 이와 같은 장점을 바탕으로 하여, 방사성면역측정법(radioimmunoassay, RIA)을 대체할 수 있는 효소결합면역흡착검사 시스템을 1971년에 Perrlmann과 Schuurs의 두 그룹이 독립적으로 발표하였으며, 이들의 결과를 바탕으로 1976년 Oraganon Teknika사에서 B형간염표면항원(hepatitis B surface antigen, HBsAg)을 탐지할 수 있는 효소결합면역흡착검사 시스템을 세계 최초로 상업적으로 제품화하는데 성공했다(Haas, H. and Hotz, G., J. Virol. Methods, 2, 1980). 현재까지도 효소결합면역흡착검사는 진단 키트 분야에서 가장 널리 이용되고 있는 보편적인 기술 중의 하나이다.
Immunoassay is a generic term for techniques for detecting biomolecules. In general, it can be said to be a technology that tells the presence of microorganisms such as DNA and proteins or bacteria using specific binding such as hybridization of DNA and antibody-antigen binding. One of these immunoassays is the Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA), which enables the presence and quantification of various antigens, such as viruses and pathogens, by using the specificity of the antibody antigen, substrate selectivity and catalytic reaction. It is a kind of immunoassay used to do. In order to detect the antigen to be analyzed, enzyme conjugated antibody is used in enzyme-linked immunosorbent assay. Compared to radioactive labels, which have been used for immunoassays since the 1960s, enzyme labels can be expected to have high efficiency due to substrate selectivity and catalytic reaction of enzyme itself, Safety is also excellent. Based on these advantages, two groups, Perrlmann and Schuurs, independently announced the enzyme-linked immunosorbent assay system to replace the radioimmunoassay (RIA) in 1971. Oraganon Teknika succeeded in commercializing the world's first commercially available enzyme-linked immunosorbent assay system for detecting hepatitis B surface antigen (HBsAg) (Haas, H. and Hotz, G., J.). Virol.Methods, 2, 1980). Enzyme-linked immunosorbent assays are still one of the most widely used techniques in diagnostic kits.

종래의 효소결합면역흡착검사의 경우, 효소표지항체가 탐지한 항원의 양을 효소반응의 신호로 나타내는 메커니즘을 기반으로 하고 있다. 하지만 기존의 효소결합면역흡착검사에서는 항체 하나에 하나의 효소가 결합됨으로써 감도를 향상시키는 데 제한이 있을 수밖에 없었다. 이러한 점은 극미량의 탐지가 요구되는 일부 항원의 경우, 몸에 해로울 정도로 많은지 적은지를 판단하는데 오류가 많았기 때문에 면역검사를 진행하는데 어려움이 있었다. 또한 부수적으로 효소 활성의 불안정성으로 인해 항체를 통하여 정확하게 항원을 검출했음에도 불구하고 주변 환경에 따라 항체에 결합된 효소를 통한 일관된 신호를 얻기가 어려웠다. 따라서 검출 신호의 일관된 결과 도출과 향상된 신호 검출을 위하여 고안정성, 고감도의 면역분석법이 절실하게 요구되었다.
Conventional enzyme-linked immunosorbent assays are based on a mechanism that indicates the amount of antigen detected by an enzyme-labeled antibody as a signal of an enzyme reaction. However, in the existing enzyme-linked immunosorbent assay, there was no limit to improving sensitivity by binding one enzyme to one antibody. This is difficult to proceed with the immunoassay because some of the antigens that require a small amount of detection, there was a lot of errors in determining whether or not to be harmful enough or not. Incidentally, due to instability of the enzyme activity, even though the antigen was correctly detected through the antibody, it was difficult to obtain a consistent signal through the enzyme bound to the antibody according to the surrounding environment. Therefore, high stability and high sensitivity immunoassay is urgently needed for consistent results and improved signal detection.

이와 관련되어 다양한 연구를 통해 고감도의 면역분석법을 달성하려는 노력이 제시되었다. 가장 기본적인 방법으로써 단위 항체 당 효소의 수를 늘리는 연구가 진행되었지만 효소의 양을 극대화할 경우에는 복합체의 크기가 커지면서 목적 항원이 없는 경우에서도 비특이적 결합에 의한 신호가 발생되는 문제점이 상존할 수밖에 없었다. 또한 이와 같은 복합체들의 대부분은 안정성 측면을 고려한 경우가 전무했다. 이 두 가지 문제점을 해결할 수 있는 대안이 절실하게 요구되었다. In this context, various studies have suggested efforts to achieve high sensitivity immunoassays. As the most basic method, studies have been conducted to increase the number of enzymes per unit antibody. However, when maximizing the amount of enzymes, there is no problem that signals due to nonspecific binding are generated even when the size of the complex increases and there is no target antigen. In addition, most of these complexes have never considered stability. There is an urgent need for alternatives to solve these two problems.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 고정된 효소의 양을 극대화하면서도, 비특이적 결합에 의한 신호가 발생을 최소화하여 면역분석 시스템에 최적으로 활용할 수 있는 효소면역측정용 복합체, 그 제조방법 및 면역분석 시스템을 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved of the present invention is to maximize the amount of the enzyme fixed, while minimizing the generation of signals due to non-specific binding enzymes that can be optimally utilized in immunoassay systems The present invention provides a complex for immunoassay, a method for preparing the same, and an immunoassay system.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하는 효소면역측정용 복합체를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, the cross-linked enzyme aggregate and the surface of the three-dimensional network fibers carried in the inter-fiber pores of the fiber matrix containing the three-dimensional network fibers and the diameter is larger than the inlet size of the pores A fibrous matrix complex of an enzyme-three-dimensional network structure comprising a shell comprising cross-linked enzymes surrounding; It provides a complex for measuring enzyme immunity; and an antibody conjugated to the complex.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fibers may be microfibers or nanofibers.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fibers are polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, Polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 쉘은 멀티레이어일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the shell may be a multilayer.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 효소는 모트립신, 트립신, 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 홀세라디쉬 페록시다아제, 소이빈 페록시다아제, 클로로 페록시다아제, 망가네이제 페록시다아제, 티로시나아제, 락카아제, 셀룰라아제, 사일라네이즈, 락타아제, 수크라아제, 오가노포스포히드로라아제, 클로리네스테라아제, 글루코스 옥시다아제, 알코올 데히드로제나아제, 글루코스 데히드로제나아제, 히드로제나아제 및 글루코스 이소머라아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme is trypsin, trypsin, subtilisin, papain, lipase, holceradish peroxidase, soybean peroxidase, chloro peroxidase, manga Naese peroxidase, tyrosinase, laccase, cellulase, silanase, lactase, sucrase, organophosphohydrolase, chlorine terase, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, glucose dehydrate At least one selected from the group consisting of rosenase, hydrogenase and glucose isomerase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 효소는 홀세라디쉬 페록시다아제일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme may be a holceradish peroxidase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계;를 포함하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법을 제공한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the method comprises the steps of: (1) adding an enzyme to a matrix comprising three-dimensional network fibers; (2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added into the pores of the matrix; (3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by adding a crosslinking agent to form an enzyme aggregate to form crosslinks between the enzymes; And (4) conjugating the antibody to the complex.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the precipitation agent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride , Potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof may be single or mixed.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the crosslinking agent is diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, 1-ethyl-3-dimethyl aminopropylcarbodiimide, glutar dialdehyde It may comprise any one or more compounds selected from the group consisting of, bis (imido ester), bis (succinimidyl ester) and diacid chloride.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step of removing the precipitation agent and the crosslinking agent between the step (3) and (4).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계는 효소가 매트릭스 표면에 흡착되거나 공유결합되는 것일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, step (1) may be an enzyme is adsorbed or covalently bonded to the matrix surface.

본 발명의 효소면역측정용 복합체는 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.The enzyme immunoassay complex of the present invention can accumulate a large amount of enzyme as compared to other conventional complexes. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer can effectively protect the enzyme from external shock, thereby improving the stability of the enzyme.

또한 효소면역측정용 복합체를 합성하는 과정에서 나노섬유 기반 폴리머의 합성 및 효소 고정화 과정에서의 조건을 변화시켜서 다양한 크기의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공한다. 이는 복합체의 물성에 따라 기판과의 비특이적 결합이 야기되는 면역검출 과정에서 제조되는 크기가 고정될 수밖에 없는 다른 복합체에 비해 비특이적 결합을 최소화시키면서 신호를 증폭시킬 수 있는 보편성을 제공한다.In addition, by synthesizing the nanofiber-based polymer in the process of synthesizing the enzyme immunoassay complex and the conditions in the enzyme immobilization process to provide a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure of various sizes. This provides the universality to amplify the signal while minimizing the nonspecific binding compared to other complexes that have to be fixed in size during the immunodetection process, which causes nonspecific binding to the substrate depending on the physical properties of the complex.

따라서, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 면역검출 분야에 사용하는 경우, 종래의 단일효소를 이용하는 경우보다 신호를 향상시킬 수 있으며, 다양한 크기의 복합체를 합성함으로써 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. 또한 다양한 플랫폼을 통하여 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. Therefore, when using the enzyme immunoassay complex of the present invention in the field of immunodetection, it is possible to improve the signal than when using a conventional single enzyme, by minimizing non-specific binding and improve the signal by synthesizing complexes of various sizes It can provide optimized results. Various platforms can also provide optimized results that minimize nonspecific binding and enhance signal.

도 1은 종래의 단일효소를 이용한 ELISA 방법과 본 발명을 통한 ELISA 방법의 차이점을 나타낸 모식도이다.
도 2a는 아닐린의 첨가량에 따라 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유를 합성한 것을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유에 합성된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 활성을 나타낸 그래프 이다.
도 3a는 위와 같이 합성된 3차원 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소 활성을 비교한 그래프이고, 도 3b는 효소 활성의 안정성을 확인한 그래프이다.
도 4a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 특정 농도에서 목적항원인 hIgG 검출에 따른 신호의 상승효과를 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 4b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이다.
도 5a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 목적항원인 hIgG의 농도에 따른 신호를 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 5b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이다.
도 6a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 면역반응에서의 선택적 결합능력을 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 6b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 선택적 결합능력을 확인한 결과이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 섬유 매트릭스에 효소를 고정화시키는 공정을 나타내는 모식도이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the difference between the ELISA method using a conventional single enzyme and the ELISA method according to the present invention.
Figure 2a is a graph showing the synthesis of polyaniline nanofibers of various sizes depending on the amount of aniline added, Figure 2b shows the activity of the fiber matrix complex of the antibody-enzyme-three-dimensional network structure synthesized in polyaniline nanofibers of various sizes It is a graph.
Figure 3a is a graph comparing the enzyme activity of the fiber matrix complex of the three-dimensional enzyme-3D network structure synthesized as above, Figure 3b is a graph confirming the stability of the enzyme activity.
Figure 4a is a result of confirming the synergistic effect of the signal according to the detection of the target antigen hIgG at a specific concentration using the EAC and EAPC as a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure, Figure 4b is magnetic This is confirmed by the nanoparticle-based immunoassay method.
Figure 5a is a result of confirming the signal according to the concentration of the target antigen hIgG using the EAC and EAPC as a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure by a well plate-based immunoassay method, Figure 5b is a magnetic nanoparticle-based immunity The result confirmed by the measuring method.
Figure 6a is a result of confirming the selective binding ability in the immune response using the EAC and EAPC as a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure by a well plate-based immunoassay method, Figure 6b is a magnetic nanoparticle-based immunoassay This is the result of checking the selective binding capacity by the method.
Figure 7 is a perspective view and a cross-sectional view of the polyaniline nanofiber matrix composite of the enzyme three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram showing a step of immobilizing an enzyme on a fiber matrix.

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

상술한 바와 같이 종래의 효소결합면역흡착검사의 경우 항체에 결합된 효소의 양에 한계가 있어 기질과 반응한 후에도 나타나는 신호가 미약했기 때문에 저농도의 항원을 측정하기 어려웠으며, 효소의 불안정성으로 인해 측정한 신호의 신뢰도가 떨어질 수밖에 없었다. 또한 다양한 연구를 통해 단위 항체 당 효소의 수를 늘리는 연구가 진행되었음에도 불구하고 그 크기가 커지면서 목적 항원이 없는 경우에서도 비특이적 결합에 의한 신호가 발생되는 문제점이 상존할 수밖에 없었다.
As described above, in the conventional enzyme-linked immunosorbent assay, the amount of the enzyme bound to the antibody was limited, so that the signal was weak even after reacting with the substrate, so it was difficult to measure the antigen at low concentration. The reliability of one signal was bound to decline. In addition, although various studies have been conducted to increase the number of enzymes per unit antibody, as the size increases, there is no problem that signals generated by nonspecific binding occur even in the absence of the target antigen.

이에, 본 발명에서는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하는 효소면역측정용 복합체를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.
Thus, in the present invention, the crosslinked enzyme aggregate carried in the interfiber pores of the fiber matrix including the three-dimensional network fibers and having a diameter larger than the inlet size of the pores and the crosslinked enzyme surrounding the surface of the three-dimensional network fibers. Fiber matrix complex of enzyme-three-dimensional network structure comprising a shell comprising a; And an antibody conjugated to the complex to provide a complex for measuring enzyme immunity. This allows the accumulation of a large amount of enzyme compared to other conventional complexes. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer can effectively protect the enzyme from external shock, thereby improving the stability of the enzyme.

먼저, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 설명한다. 본 발명의 효소면역측정용 복합체는 (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
First, the enzyme immunoassay complex of the present invention will be described. The enzyme immunoassay complex of the present invention comprises the steps of: (1) adding an enzyme to a matrix comprising three-dimensional network fibers; (2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added into the pores of the matrix; (3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by adding a crosslinking agent to form an enzyme aggregate to form crosslinks between the enzymes; And (4) conjugating the antibody to the complex.

먼저 (1) 단계로서 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 효소를 흡착 및/또는 공유결합시킨다. 3차원 네트워크 섬유의 표면이 효소와 공유결합할 수 있는 작용기를 포함하고 있다면(이를 위해 개질되어 있다면) 효소와 섬유간에 공유결합이 발생하고 이를 포함하지 않는다면 흡착된다. First, as step (1), the enzyme is adsorbed and / or covalently bonded to the porous matrix including the three-dimensional network fibers. If the surface of the three-dimensional network fiber contains a functional group capable of covalently bonding with the enzyme (modified for this), a covalent bond occurs between the enzyme and the fiber and is adsorbed if it does not contain it.

본 발명에 사용되는 파이버는 방사 시 3차원 네트워크가 형성되어 섬유와 섬유사이에 공극이 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있으며 섬유의 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 비용 및 효율을 고려하여 폴리아닐린 나노섬유를 사용하는 것이 유리하나 이에 제한되지 않는다. Fibers used in the present invention can be used without limitation as long as the three-dimensional network is formed during the spinning can form voids between the fibers and fibers, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, Polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride) It may be any one or more selected from the group consisting of, more preferably in consideration of cost and efficiency it is advantageous to use polyaniline nanofibers, but is not limited thereto.

섬유를 제조하기 위한 방사의 종류 역시 섬유와 섬유간에 3차원 네트워크 구조를 갖는 것이면 통상의 중합 및/또는 방사공정을 활용할 수 있고, 전기방사, 용융방사 등을 모두 사용할 수 있다. 섬유의 직경 역시 나노섬유, 마이크로 섬유에 모두 적용될 수 있으나, 후술하는 효소집합체의 크기와 섬유와 섬유사이에 형성되는 공극의 크기를 고려할 때 나노섬유를 사용하는 것이 보다 유리할 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브의 경우 이를 섬유로 제직한다 하더라도 3차원 네트워크를 형성할 수 없으므로 본 발명의 범위에 속하지 않는다.If the type of spinning for producing the fiber also has a three-dimensional network structure between the fiber and the fiber can utilize a conventional polymerization and / or spinning process, it can be used both electrospinning, melt spinning and the like. The diameter of the fiber may also be applied to both nanofibers and microfibers, but it may be more advantageous to use nanofibers in consideration of the size of the enzyme assembly described below and the size of the pores formed between the fiber and the fiber. However, carbon nanotubes do not fall within the scope of the present invention because they cannot form a three-dimensional network even if they are woven into fibers.

본 발명의 일구현예에 따른 다공성 매트릭스는 3차원 네트워크 섬유를 일부 또는 전부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 때 다공성은 3차원 네트워크를 형성하는 섬유와 섬유간의 공간(공극)을 의미한다.The porous matrix according to the embodiment of the present invention may be configured to include some or all of the three-dimensional network fibers, wherein the porosity means the space (pore) between the fibers and the fibers forming the three-dimensional network.

본 발명의 섬유는 3차원상의 네트워크를 형성하며 이를 통해 파이버 매트릭스 구조를 가질 수 있게 되며, 상기 매트릭스 구조는 섬유가 복잡하게 얽힌 무정형의 구조일 수 있다. The fiber of the present invention forms a three-dimensional network and can have a fiber matrix structure, and the matrix structure may be an amorphous structure in which fibers are intricately intertwined.

본 발명에 포함되는 효소는 통상적으로 효소면역측정 시 사용될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 모트립신, 트립신, 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 홀세라디쉬 페록시다아제, 소이빈 페록시다아제, 클로로 페록시다아제, 망가네이제 페록시다아제, 티로시나아제, 락카아제, 셀룰라아제, 사일라네이즈, 락타아제, 수크라아제, 오가노포스포히드로라아제, 클로리네스테라아제, 글루코스 옥시다아제, 알코올 데히드로제나아제, 글루코스 데히드로제나아제, 히드로제나아제 및 글루코스 이소머라아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 한편, 보다 바람직하게는 홀세라디쉬 페록시다아제의 활성이 매우 우수하다.Enzymes included in the present invention can be used without limitation as long as it can be used in the enzyme immunoassay, preferably, trypsin, trypsin, subtilisin, papain, lipase, holceradish peroxidase, soybean peri Oxidase, chloro peroxidase, manganese peroxidase, tyrosinase, laccase, cellulase, silanase, lactase, sucrase, organophosphohydrolase, chlorinease, At least one selected from the group consisting of glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, glucose dehydrogenase, hydrogenase and glucose isomerase. On the other hand, more preferably, the activity of the horseradish peroxidase is very excellent.

한편, 본 발명의 파이버 매트릭스는 그 표면에 상기 효소와 공유결합될 수 있는 어떠한 작용기(예 : 아미노기)를 실질적으로 포함하거나 포함하고 있지 않은 섬유에도 적용될 수 있으므로, 파이버의 표면과 효소간에 공유결합으로 결합되거나 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에 흡착하게 될 수 있다. 따라서, 단순히 효소가 매트릭스의 표면에 흡착된 상태에서 수세 등의 외부충격이 가해지는 경우 흡착된 효소 중 대부분이 매트릭스에서 떨어져나가게 되므로 결과적으로 효소의 고정률이 현저하게 감소하게 되는 것이다.
On the other hand, since the fiber matrix of the present invention can be applied to a fiber that substantially contains or does not contain any functional group (eg, an amino group) that can be covalently bonded to the enzyme on its surface, the fiber matrix is covalently bonded between the surface of the fiber and the enzyme. It may be bound or adsorbed between the surface of the fiber or the voids (space) formed between the fiber and the fiber. Therefore, when an external shock such as water washing is applied simply while the enzyme is adsorbed on the surface of the matrix, most of the adsorbed enzymes are separated from the matrix, and as a result, the fixation rate of the enzyme is significantly reduced.

다음 (2) 단계로서 상기 매트릭스의 공극내부에 흡착 및/또는 공유결합된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가(enzyme precipiatation)한다. 흡착된 효소는 그 크기가 매우 작으므로 육안으로 거의 관찰되지 않는다. 이에 상기 흡착된 효소를 석출시키기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 경우 흡착된 효소들이 서로 뭉치게 되어 그 크기가 커지게 되어 결국 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에서 석출하게 된다. 이를 통해 직경이 섬유간 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체를 형성할 수 있는 것이며, 만일 석출화제를 첨가하지 않는 경우 집적체의 크기가 공극입구의 크기보다 작게되어 이후 집적체가 쉽게 섬유간 공극 사이를 이탈하게 된다.As a next step (2), an enzymatic precipiatation is added to the matrix to prevent leakage of enzymes adsorbed and / or covalently bound into the pores of the matrix. Adsorbed enzymes are so small in size that they are hardly observed with the naked eye. Accordingly, when a precipitation agent is added to the matrix to precipitate the adsorbed enzymes, the adsorbed enzymes agglomerate with each other to increase their size, thereby eventually depositing between pores (spaces) formed between the surface of the fiber or between the fiber and the fiber. Done. This allows the formation of cross-linked enzyme aggregates with diameters larger than the inlet size of the inter-fiber pores, and if no precipitation agent is added, the aggregate size is smaller than the pore inlet size and the aggregates are then easily The gap between the gaps will be.

이 때 사용될 수 있는 석출화제는 효소의 활성에 거의 영향을 미치지 않으면서 효소를 석출시킬 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
Precipitating agents that can be used at this time can be used without limitation as long as it can precipitate the enzyme with little effect on the activity of the enzyme, but preferably methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, Acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof may be used alone or in combination, but is not limited thereto.

다음, (3) 단계로서 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성한다. 구체적으로 섬유와 섬유사이에 형성된 공극(공간)의 크기에 비하여 석출된 효소의 크기가 상대적으로 작으므로 수세 등의 외부충격에 의하여 석출된 효소가 공극의 외부로 유출될 수 있다. 그러나, 가교결합제를 첨가하여 석출된 효소와 효소간에 가교결합을 형성하는 경우 가교결합된 효소들이 집합체를 형성하게 되고 상기 형성된 효소 집합체는 공극 내부를 거의 채우게 된다. 그 결과 공극의 입구보다 형성된 효소 집합체의 크기가 더 커지게 되므로 가교결합된 효소집합체는 수세 등의 외부충격에 의해서도 쉽게 공극의 외부로 유출되지 않게 된다. 그 결과 시간이 경과하여도 상기 공극 내부에 효소 집합체가 위치하게 되므로 섬유과 효소간의 공유결합과 같은 직접적인 결합관계가 형성되지 않는다 하더라도 효소 집합체가 섬유 매트릭스 내부에 장기간 구비될 수 있는 것이다. 또한 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스간에 형성된 복합체는 종래의 복합체에 비하여 고정된 효소의 양이 월등하게 많기 때문에 이를 바이오 센서 또는 바이오 연료전지 등에 활용하는 경우에도 그 성능이 종래의 복합체를 사용하는 경우에 비하여 현저하게 개선될 수 있는 것이다. Next, in step (3), a crosslinking agent is added to form a crosslink between the enzymes to form an enzyme aggregate. Specifically, since the size of the precipitated enzyme is relatively small compared to the size of the pores (spaces) formed between the fibers, the precipitated enzyme may be leaked to the outside of the pores by external impact such as water washing. However, when the crosslinking agent is added to form a crosslink between the precipitated enzyme and the enzyme, the crosslinked enzymes form an aggregate, and the formed enzyme aggregate almost fills the interior of the pores. As a result, the size of the enzyme aggregate formed is larger than the inlet of the pores, so that the cross-linked enzyme aggregate does not easily flow out of the pores even by an external impact such as washing with water. As a result, even if time passes, the enzyme aggregate is located in the pores, so that even if a direct binding relationship such as covalent bond between the fiber and the enzyme is not formed, the enzyme aggregate can be provided in the fiber matrix for a long time. In addition, the complex formed between the enzyme three-dimensional network fiber matrix has a much higher amount of fixed enzyme than the conventional complex, so even when the complex is used in a biosensor or a biofuel cell, the performance of the complex is increased. It can be significantly improved compared to.

한편, 석출화제를 처리한 후 가교결합제를 첨가하는 것이, 가교결합제만 첨가하는 경우에 비하여 그 효과가 현저하게 증진된다. 이는 효소의 흡착 후 가교결합제를 첨가하는 경우 섬유와 섬유간에 형성된 공극의 내부를 상당부분 채우지 못하게 되거나 가사 이를 채웠다 하더라도 효소들의 농도는 주위 농도와 같아지게 된다. 주위와 같은 농도의 효소가 가교결합을 하여 나노섬유안의 공극에서 공극의 입구보다 더 큰 덩어리를 이루지 못하여 수세과정에서 가교결합된 효소가 외부로 유출되는 경우가 발생할 확률이 높다. 공유결합 역시 공유결합된 효소들을 제외한 나머지 효소들은 큰 덩어리를 이루지 못하고 이후 수세될 확률이 높다.On the other hand, adding a crosslinking agent after treating the precipitation agent significantly improves the effect as compared with the case where only the crosslinking agent is added. When the crosslinking agent is added after the adsorption of the enzyme, the concentration of the enzyme becomes equal to the ambient concentration even if the inside of the pores formed between the fibers and the fibers is not filled or the filling of the pores. Enzymes of the same concentration crosslink and do not form a larger mass in the pores in the nanofiber than the inlet of the pores, so the crosslinked enzymes are likely to leak out during the washing process. Covalent bonds, except for covalent enzymes, do not form large masses and are more likely to be washed later.

하지만 본 발명의 경우 효소의 흡착 후 석출을 통해 효소들이 강제적으로 나노섬유 안의 공극을 더욱 조밀하게 메우게 되며 공국에 채워진 효소들은 가교결합을 통해 큰 덩어리를 이루기 때문에 병목현상 혹은 ship in a bottle 현상으로 수세과정에서 손실이 EAC 보다 덜하게 되는 것으로 예상된다.However, in the case of the present invention, the enzymes are forced to fill the pores in the nanofibers more densely by precipitation after the adsorption of the enzymes, and the enzymes filled in the cooperatives form a large mass through crosslinking, and thus, as a bottleneck or ship in a bottle phenomenon. It is expected that losses will be less than EAC in the wash process.

나아가, 섬유의 표면에 효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있다. Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers having little functional group capable of covalently bonding with enzymes on the surface of the fiber, it is very difficult for the enzyme to be immobilized on the surface of the fiber. However, in the present invention, since the enzymes precipitated on the surface of the fiber are crosslinked to form a shell surrounding the surface of the fiber, even if a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the enzyme like a hot dog, a large amount on the surface of the fiber Can be immobilized by forming a shell.

본 발명에 사용될 수 있는 가교결합제는 효소의 활성을 저해하지 않고서 효소간에 가교결합을 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 글루타르 디알데하이드를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 공지된 가교결합제를 제한없이 사용하는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
The crosslinking agent that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it can form crosslinking between enzymes without inhibiting the activity of the enzyme, but is preferably diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, At least one compound selected from the group consisting of diimide, 1-ethyl-3-dimethyl aminopropylcarbodiimide, glutar dialdehyde, bis (imido ester), bis (succinimidyl ester) and diacid chloride It may be used, including, but more preferably, glutar dialdehyde may be used, but is not limited thereto, it will be apparent to those skilled in the art to use without limitation cross-linking agents known in the art.

한편, 상기 (3) 단계 이후 바람직하게는 상기 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 수세하여 첨가된 가교결합제 및 석출화제를 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 수세단계를 거치면서 통상의 제조방법으로 제조된 매트릭스 복합체의 경우 공극사이에 고정된 효소가 상당부분 공극 밖으로 유출되지만, 본 발명에 의해 제조된 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 공극 내부에 형성된 효소 집합체의 크기가 공극의 입구보다 크게 되므로 상기 효소 집합체는 수세공정에도 불구하고 외부로 유출되지 않고 공극의 내부에 고정될 수 있게 되는 것이다.
On the other hand, after the step (3), preferably, the process of removing the added cross-linking agent and precipitation agent by washing the enzyme three-dimensional network fiber matrix complex may be further performed. In the case of the matrix complex prepared by the conventional manufacturing method during the washing step, the enzyme immobilized between the pores flows out of the pores, but the enzyme-3D network fiber matrix complex prepared by the present invention is formed inside the pores. Since the size of the enzyme aggregate is larger than the inlet of the pores, the enzyme aggregate can be fixed inside the pores without flowing out despite the washing process.

다음, (4) 단계로서, 상기 효소를 포함하는 매트릭스에 항체를 컨쥬게이트시킨다. 이 때 사용하려는 항체는 타겟 항원에 맞추어 다양하게 사용할 수 있으며, 한가지 항체 또는 여러가지 항체를 혼합하여 컨쥬게이트 시키는 것 역시 가능하다.Next, as step (4), the antibody is conjugated to the matrix containing the enzyme. In this case, the antibody to be used can be used in various ways according to the target antigen, and it is also possible to conjugate one antibody or a mixture of several antibodies.

효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 제조하는 과정에서 사용되는 남아있는 가교결합제의 작용기 의하여 항체가 매트릭스에 컨쥬게이션 된다.
Antibodies are conjugated to the matrix by the functional groups of the remaining crosslinker used in the preparation of the enzyme-3D network fiber matrix complex.

이를 통해 제조된 본 발명의 복합체는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체를 포함한다.The composite of the present invention thus prepared is carried in the interfiber pores of the fiber matrix including the three-dimensional network fibers and surrounds the surface of the cross-linked enzyme aggregate and the surface of the three-dimensional network fibers having a diameter larger than the inlet size of the pores. Fiber matrix complexes of an enzymatic three-dimensional network structure comprising a shell comprising crosslinked enzymes; And antibodies conjugated to the complex.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다. 이를 살펴보면 3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스의 공극 내부에 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소집적체가 담지되어 있다. 또한, 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸고 있다. 도 7의 우하단의 EPCs 는 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸는 부분에 대한 단면도로서 섬유와 쉘을 형성하는 효소집적체 사이에는 공유결합이 실질적으로 형성되지 않으면서 마치 핫도그처럼 효소집적체를 포함하는 쉘이 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싸고 있다.Figure 7 is a perspective view and a cross-sectional view of the polyaniline nanofiber matrix composite of the enzyme three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention. Looking at this, a crosslinked enzyme aggregate having a diameter larger than the inlet size of the pores is carried in the pores of the fiber matrix of the three-dimensional network structure. In addition, a shell containing an enzyme aggregate surrounds the surface of the three-dimensional network fiber. 7 is a cross-sectional view of a portion of the shell of the three-dimensional network fibers wrapped around the shell of the three-dimensional network fibers as if the covalent bond is not substantially formed between the fibers and the enzyme aggregate forming the shell. Shells containing enzyme aggregates, such as hot dogs, surround the surface of three-dimensional network fibers.

결국, 본 발명의 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되지 않을 정도로 상기 공극의 내부에 형성된 효소 복합체의 크기가 충분히 크게 되므로 종래의 효소 복합체에 비하여 현저하게 많은 양의 효소가 매트릭스에 고정되어 복합체를 형성할 수 있게 된다. 다시 말해 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되는 통로인 공극의 입구의 크기보다 공극 내부에 형성된 효소 복합체의 크기가 더 크게 되어 결국 수세 등의 외부 자극이 있는 경우에도 효소 복합체가 상기 공극의 내부에 구비될 수 있게 되며, 이는 효소와 매트릭스간에 직접적인 결합관계가 형성되지 않고서도 상기 복합체가 장기간 유지될 수 있게 되는 것이다.As a result, the enzyme three-dimensional network fiber matrix complex of the present invention is significantly larger than the conventional enzyme complex because the size of the enzyme complex formed inside the pores is large enough so that the pores formed between the fibers and the fibers do not flow out. Positive enzymes can be immobilized on the matrix to form complexes. In other words, the size of the enzyme complex formed inside the pores is larger than the size of the inlet of the pores, which are the outflow passages from the pores formed between the fibers and the fiber, so that even if there is an external stimulus such as water washing, The complex can be maintained for a long time without forming a direct binding relationship between the enzyme and the matrix.

나아가, 섬유의 표면에 효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있으며 이러한 쉘은 멀티레이어를 형성할 수 있다.Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers having little functional group capable of covalently bonding with enzymes on the surface of the fiber, it is very difficult to fix the enzyme on the surface of the fiber. However, in the present invention, since the enzymes precipitated on the surface of the fiber are crosslinked to form a shell surrounding the surface of the fiber, even if a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the enzyme like a hot dog, a large amount on the surface of the fiber The enzyme of may form a shell and may be immobilized, and such shell may form a multilayer.

도 1은 본 발명의 복합체를 이용한 ELISA 방법을 나타내는 모식도로서, 종래의 단일효소의 사용에 비하여 현저하게 향상된 효과를 가질 수 있다.Figure 1 is a schematic diagram showing the ELISA method using the complex of the present invention, can have a significantly improved effect compared to the use of a conventional single enzyme.

따라서, 본 발명의 효소면역측정용 복합체는 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.Therefore, the enzyme immunoassay complex of the present invention can accumulate a large amount of enzyme as compared to other conventional complexes. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer can effectively protect the enzyme from external shock, thereby improving the stability of the enzyme.

또한 효소면역측정용 복합체를 합성하는 과정에서 나노섬유 기반 폴리머의 합성 및 효소 고정화 과정에서의 조건을 변화시켜서 다양한 크기의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공한다. 이는 복합체의 물성에 따라 기판과의 비특이적 결합이 야기되는 면역검출 과정에서 제조되는 크기가 고정될 수밖에 없는 다른 복합체에 비해 비특이적 결합을 최소화시키면서 신호를 증폭시킬 수 있는 보편성을 제공한다.In addition, by synthesizing the nanofiber-based polymer in the process of synthesizing the enzyme immunoassay complex and the conditions in the enzyme immobilization process to provide a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure of various sizes. This provides the universality to amplify the signal while minimizing the nonspecific binding compared to other complexes that have to be fixed in size during the immunodetection process, which causes nonspecific binding to the substrate depending on the physical properties of the complex.

그러므로, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 면역검출 분야에 사용하는 경우, 종래의 단일효소를 이용하는 경우보다 신호를 향상시킬 수 있으며, 다양한 크기의 복합체를 합성함으로써 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. 또한 다양한 플랫폼을 통하여 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다.
Therefore, when using the enzyme immunoassay complex of the present invention in the field of immunodetection, it is possible to improve the signal than when using a conventional single enzyme, by minimizing non-specific binding and improve the signal by synthesizing complexes of various sizes It can provide optimized results. Various platforms can also provide optimized results that minimize nonspecific binding and enhance signal.

<제조예 1> 3차원 폴리머 나노섬유의 합성 및 조건에 따른 크기 변화Preparation Example 1 Size Change According to Synthesis and Conditions of 3D Polymer Nanofibers

구체적으로 효소고정화를 위해 폴리아닐린 기반의 3차원 폴리머 나노섬유는 산화제인 과산화황산암모늄(ammonium persulfate)를 개시제로 하여 산화 중합을 통해 제조하였다. 이때 과산화황산암모늄의 양과 초기 아닐린의 농도에 따라 폴리아닐린의 성장이 조절될 수 있으며, 과산화황산암모늄의 양을 고정한 상태에서 초기 아닐린 농도를 도 2와 같이 준비할 경우, 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유가 합성될 수 있다. 준비한 과산화황산암모늄 용액 10 ml을 HCl용액에 잘 녹인 아닐린 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 이 이후에 잘 섞인 혼합용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm의 속도로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후에 산성의 용액을 중성화시키기 위해 증류수로 용액을 씻어주는 과정을 여러 번 반복하여 pH를 중성까지 높이고, 이 이후에 4℃ 에 보관하였다.
Specifically, the polyaniline-based three-dimensional polymer nanofibers were prepared by oxidative polymerization using ammonium persulfate as an initiator. At this time, the growth of polyaniline may be controlled according to the amount of ammonium persulfate and the concentration of initial aniline, and when the initial aniline concentration is prepared as shown in FIG. 2 while the amount of ammonium peroxide is fixed, polyaniline nanofibers of various sizes are synthesized. Can be. 10 ml of the prepared ammonium persulfate solution was added to a 10 ml solution of aniline dissolved in HCl solution and mixed well. After this, the mixed solution was stirred for 24 hours at room temperature at 200 rpm. After the polymerization process was repeated several times the process of washing the solution with distilled water to neutralize the acidic solution to increase the pH to neutral, and then stored at 4 ℃.

이와 같은 과정을 통해 합성된 3차원 폴리머 나노섬유의 크기를 확인하기 위해 동적광산란법(Dynamic light scattering)을 이용하였다. 이를 통해 확인한 결과 초기 아닐린의 농도가 가장 낮을 때(0.5 중량%) 합성되는 3차원 폴리머 나노섬유의 크기는 700 nm까지 커지며, 초기 아닐린의 농도가 높아질수록 그 크기는 지속적으로 작아져서, 초기 아닐린의 농도가 7.5 중량%인 경우 폴리머 나노섬유의 크기는 160 nm까지 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 초기 아닐린의 농도가 10 중량%를 넘어서면서 부터는 응고되는 현상이 발생하였다. 이러한 결과는 간단한 조건을 변화시키면서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 크기를 조절함으로써 그 용도에 따라 선택적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공할 수 있음을 뜻한다. 본 발명의 용도로써 효소결합면역흡착검사를 진행하기 위해 이와 같은 결과 중에 그 크기가 가장 작은 조건인 초기 아닐린의 농도 7.5 중량%를 사용하였다.
Dynamic light scattering was used to confirm the size of the 3D polymer nanofibers synthesized through the above process. As a result, the size of the three-dimensional polymer nanofibers synthesized at the lowest initial aniline concentration (0.5% by weight) increases up to 700 nm, and as the initial aniline concentration increases, the size continues to decrease. When the concentration is 7.5% by weight, the size of the polymer nanofibers was confirmed to be reduced to 160 nm. In addition, solidification occurred when the initial concentration of aniline exceeded 10% by weight. These results indicate that by controlling the size of the fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure while changing simple conditions, it is possible to provide a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure selectively according to its use. In order to proceed with the enzyme-linked immunosorbent assay as the use of the present invention, a concentration of 7.5% by weight of the initial aniline concentration, which is the smallest condition among these results, was used.

<제조예 2> 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스의 제조Preparation Example 2 Preparation of Polyaniline Nanofiber Matrix of 3D Network Structure

구체적으로 효소고정화를 위해 폴리아닐린 기반의 3차원 폴리머 나노섬유는 산화제인 과산화황산암모늄(ammonium persulfate)을 개시제로 하여 1 M HCl 용액에 0.1 M이 되도록 녹여 준비하고 아닐린 용액과 1 M 염산을 각각 3:17의 비율로 넣고 잘 섞어 준다. 준비한 과산화황상암모늄 용액 10 ml을 아닐린과 HCl이 섞인 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 이 이후에 잘 섞인 용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm의 속도로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후에 산성의 용액을 중성화시키기 위해 증류수로 용액을 씻어주는 과정을 여러 번 반복하여 pH를 중성까지 높이고, 이 이후에 4℃ 에 보관하였다. 이렇게 합성된 폴리아닐린 나노섬유는 서로서로 산호처럼 복잡하게 연결되어 3차원 네트워크 구조를 형성하고 아닐린의 농도에 따라 나노섬유의 바깥가지 부분의 공극뿐만 아니라 안쪽에서 많은 공극을 가지고 있다.
Specifically, the polyaniline-based three-dimensional polymer nanofibers were prepared by dissolving ammonium persulfate, an oxidizing agent, to 0.1 M in 1 M HCl solution, and aniline solution and 1 M hydrochloric acid, respectively 3: Put it in the ratio of 17 and mix well. 10 ml of the prepared ammonium persulfate solution was added to a 10 ml solution containing aniline and HCl and mixed well. After this, the well mixed solution was stirred for 24 hours at room temperature at 200 rpm. After the polymerization process was repeated several times the process of washing the solution with distilled water to neutralize the acidic solution to increase the pH to neutral, and then stored at 4 ℃. The polyaniline nanofibers thus synthesized are intricately connected to each other like corals to form a three-dimensional network structure, and depending on the concentration of aniline, as well as the pores of the outer branches of the nanofibers, there are many pores inside.

<비교예 1> EA에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조 Comparative Example 1 Preparation of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure According to EA

도 8의 석출화제를 넣는 경우와 비교하기 위해 EA(enzyme adsorption)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 1ml 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하여 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EA를 제조하였다. 제조된 EA 용액을 PB 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거하였다.
The polyaniline nanofiber matrix composite of the enzyme three-dimensional network structure was prepared according to enzyme adsorption (EA) for comparison with the case where the precipitation agent of FIG. 8 was added. Specifically, the mixture was mixed with a 1 mg solution of HRP (Horseradish peroxidase) at 10 mg / ml in the polyaniline nanofiber solution (initial aniline concentration of 7.5 wt%) prepared in Preparation Example 2, and then stirred at 150 rpm for 1 hour to be adsorbed. EA was prepared as a fiber matrix composite of -3D network structure. The prepared EA solution was centrifuged and washed with PB buffer to remove enzymes remaining without reaction.

<비교예 2> EAC에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조Comparative Example 2 Preparation of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure According to EAC

도 8의 석출화제를 넣는 경우와 비교하기 위해 EAC(enzyme adsorption and crosslinking)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 1ml 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하였다. 그 뒤 가교결합제로써 글루타르 디알데하이드의 농도가 0.5%가 되도록 추가한 뒤에 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4℃의 냉장고에서 1시간동안 반응시켜 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC를 제조하였다. 제조된 EAC 용액을 PB 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거하였다.
The polyaniline nanofiber matrix composite of the enzyme three-dimensional network structure was prepared according to enzyme adsorption and crosslinking (EAC) in order to compare the case with the precipitation agent of FIG. 8. Specifically, the mixture was mixed with a 1 mg solution of HRP (Horseradish peroxidase) of 10 mg / ml in the polyaniline nanofiber solution prepared in Preparation Example 2 (initial aniline concentration of 7.5 wt%), and the mixture was stirred at 150 rpm for 1 hour to be adsorbed well. Thereafter, the concentration of glutar dialdehyde as a crosslinking agent was added to 0.5%, followed by reaction for 1 hour in a refrigerator at 4 ° C. for sufficient reaction of the crosslinking agent to prepare an EAC as a fiber matrix complex having an enzyme three-dimensional network structure. It was. The prepared EAC solution was centrifuged and washed with PB buffer to remove the remaining enzymes without reacting.

<실시예 1> EAPC에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조 Example 1 Preparation of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure According to EAPC

도 8의 EAPC(enzyme adsorption and crosslinking)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 및 GOx(Glucose oxidase) 1 ml 부피의 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하였다. 그 뒤에 석출화제로써 암모늄 설페이트(ammonium sulfate)의 농도가 50%(w/v)가 되도록 추가한 뒤에 효소의 석출이 충분하게 진행되도록 상온 조건에서 30분 동안 200 rpm으로 교반하였다. 그 뒤에 석출된 효소를 가교결합하기 위해서, 가교결합제로써 글루타르 디알데하이드의 농도가 0.5중량%가 되도록 추가한 뒤에 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4℃의 냉장고에서 1시간동안 반응시켜 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC를 제조하였다. 제조된 EAPC 용액을 PB 버퍼를 이용해 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거였한다.
The polyaniline nanofiber matrix composite of the enzyme three-dimensional network structure was prepared according to Enzyme adsorption and crosslinking (EAPC) of FIG. 8. Specifically, in the polyaniline nanofiber solution prepared in Preparation Example 2 (initial aniline concentration of 7.5% by weight) and mixed with a solution of 1 ml volume of HRP (Horseradish peroxidase) and GOx (Glucose oxidase) of 10mg / ml so that the adsorption is good Stir at 150 rpm for 1 hour. Thereafter, the concentration of ammonium sulfate as a precipitation agent was added to 50% (w / v), followed by stirring at 200 rpm for 30 minutes at room temperature so that precipitation of the enzyme proceeded sufficiently. Then, to crosslink the precipitated enzyme, the concentration of glutar dialdehyde as a crosslinking agent was added to 0.5% by weight, followed by reaction for 1 hour in a refrigerator at 4 ° C. for sufficient reaction of the crosslinking enzyme. EAPC was prepared as a fiber matrix composite of network structure. Centrifugation and washing of the prepared EAPC solution using PB buffer were repeated to remove enzymes that did not react.

<실시예 2> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 항체 고정화Example 2 Antibody Immobilization of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 효소결합면역흡착검사에 이용하기 위해 모델단백질으로써 hIgG 항체 용액을 혼합하고 2시간 동안 200 rpm에서 교반하였다. 이 때 항체는 효소 주변에 잔류하는 가교결합제에 의해 활성된 기능기와 반응하여, 보다 더 효율적인 반응을 위하여 항체 용액과 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액의 농도는 질량비로 1:1를 기준으로 하였다. 제조된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 트리스 버퍼를 이용해 남아있는 기능기를 비활성화시키고, 일반적으로 사용하는 PBS 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 항체들을 제거하였다.
The fiber matrix complex of enzyme-3D network structure prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was mixed with hIgG antibody solution as a model protein for use in enzyme-linked immunosorbent assay and stirred at 200 rpm for 2 hours. . At this time, the antibody reacts with the functional group activated by the crosslinking agent remaining around the enzyme, so that the concentration of the antibody solution and the fiber matrix complex solution of the enzyme three-dimensional network structure is 1: 1 in mass ratio for more efficient reaction. It was made. The prepared antibody-enzyme-three-dimensional network structure of the fiber matrix complex solution using Tris buffer inactivates the remaining functional groups, and centrifugation and rinsing are repeated using the PBS buffer, which is generally used. Antibodies were removed.

<실시예 3> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소활성 및 안정성 측정Example 3 Determination of Enzyme Activity and Stability of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure

상기 비교예 1 및 실시예 1을 통해 제조된 각각의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소 활성을 UV/Vis 분광계를 이용하여 측정하였다. 구체적으로 우선 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 농도를 폴리아닐린 나노섬유의 양을 기준으로 10 μg/ml의 농도로 준비하였다. HRP의 효소 반응성을 알아보기 위해 기질로써 TMB(3,3,5,5-Tetramethylbenzidine)를 이용하였으며, 이를 용해하기 위한 유기용매로써 DMSO(Dimethyl sulfoxide)를 사용하였다. 우선 TMB를 고농도로 DMSO에 녹인 후에 인산염 완충용액(PB 버퍼)로 희석하였다. 이는 효소가 반응하는데 유기용매 상에서보다는 일반 PB 버퍼 상에서 더 안정적이기 때문이다. 이 이후에 5:95의 비율로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액과 TMB 반응 용액을 섞은 후에 분광계를 통해 흡광도를 실시간으로 측정하고 이 데이터를 통해 효소의 활성을 측정하였다.
The enzyme activity of the fiber matrix complex of each enzyme-three-dimensional network structure prepared through Comparative Example 1 and Example 1 was measured using a UV / Vis spectrometer. Specifically, the concentration of the fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure was prepared at a concentration of 10 μg / ml based on the amount of polyaniline nanofibers. To determine the enzyme reactivity of HRP, TMB (3,3,5,5-Tetramethylbenzidine) was used as a substrate, and DMSO (dimethyl sulfoxide) was used as an organic solvent for dissolving it. TMB was first dissolved in DMSO at high concentration and then diluted with phosphate buffer (PB buffer). This is because the enzyme reacts more stable on normal PB buffer than on organic solvent. Thereafter, the fiber matrix complex solution of the enzyme-3D network structure and the TMB reaction solution were mixed at a ratio of 5:95, and then the absorbance was measured through a spectrometer in real time, and the activity of the enzyme was measured through this data.

도 2b는 UV/Vis 분광계를 이용하여 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유를 이용하여 합성된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 활성을 나타낸 것이다. 초기 아닐린의 농도가 각각 2.5, 5, 7.5 중량% 일 때 Ab-HRP/EAPC의 활성(A655/min)은 0.430, 0.570, 그리고 1.105이다. 또한 도 3a는 단순 유리(free)된 효소, EA, EAC, 그리고 EAPC의 활성을 측정한 그래프로서, EA, EAC, 그리고 EAPC의 활성(A655/min)은 각각 1 ㎍/ml의 폴리아닐린 나노섬유 당 0.005, 0.04, 그리고 5.63이다. EAPC(실시예 1)의 활성이 EA보다 1000배 이상 크고 EAC보다 140배 더 크게 나왔다. 도 3b는 실온 조건과 200 rpm의 엄격한 교반 조건에서 효소 활성을 지속적으로 측정하고 기록한 그래프로서 60일 후에 EA와 EAC의 활성이 각각 초기 활성 대비 2% 그리고 18%인 반면, EAPC는 초기 활성의 69%를 유지하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 단순 유리된 효소 혹은 단순하게 가교결합된 EAC 접근방식에 비해 석출기법을 이용한 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC가 훨씬 더 활성이 안정화된다고 말할 수 있다.
Figure 2b shows the activity of the fiber matrix complex of the antibody-enzyme-3D network structure synthesized using polyaniline nanofibers of various sizes using a UV / Vis spectrometer. Ab-HRP / EAPC activity (A655 / min) is 0.430, 0.570, and 1.105 when the initial aniline concentrations are 2.5, 5 and 7.5 wt%, respectively. In addition, Figure 3a is a graph measuring the activity of free enzymes, EA, EAC, and EAPC, wherein the activity of EA, EAC, and EAPC (A655 / min) is 1 μg / ml of polyaniline nanofibers, respectively. 0.005, 0.04, and 5.63. The activity of EAPC (Example 1) was more than 1000 times greater than EA and 140 times greater than EAC. FIG. 3b is a graph of continuous measurement and recording of enzyme activity at room temperature and strict stirring at 200 rpm. EA and EAC activity was 2% and 18% of initial activity, respectively, after 60 days, whereas EAPC was 69% of initial activity. You can see it keeps%. It can be said that EAPC is much more stable in activity as a fiber matrix complex of enzyme-three-dimensional network structure using precipitation method compared to simple free enzyme or simple crosslinked EAC approach.

<실시예 4> 자성나노입자의 항체 고정화Example 4 Antibody Immobilization of Magnetic Nanoparticles

자성나노입자를 효소결합면역흡착검사에 이용하기 위해 모델단백질으로써 hIgG 항체를 고정화 하였다. 우선 자성나노입자를 수산화나트륨 용액을 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 2회 반복한 후 증류수를 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 2회 반복하여 자성나노입자 표면에 불순물을 제거하였다. 자성나노입자에 존재하는 카르복실기를 아민기로 치환해주기 위하여 16.4 mg/mL EDC(ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide) 용액을 혼합하고 30분 동안 4℃에서 200 rpm으로 교반하였다. 그 후 pH 6.0, 25 mM MES 버퍼를 이용하여 씻어 준 후 모델단백질인 hIgG 항체 용액을 혼합하고 1시간 동안 200 rpm에서 교반하였다. 이 때 항체는 EDC 용액에 의해 생성된 기능기와 반응하여 고정화 되었다. 제조된 항체-자성나노입자 용액을 0.1% BSA 용액(0.1% BSA in 10 mM PBS(pH 7.4))을 이용해 남아있는 기능기를 비활성화시키고, 일반적으로 사용하는 PBS 버퍼를 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 항체들을 제거하였다.
In order to use magnetic nanoparticles for enzyme-linked immunosorbent assay, hIgG antibody was immobilized as a model protein. First, the magnetic nanoparticles were repeatedly separated and washed twice using sodium hydroxide solution, and then the magnetic separation and washing were repeated twice using distilled water to remove impurities from the surface of the magnetic nanoparticles. In order to replace the carboxyl group present in the magnetic nanoparticles with an amine group, a 16.4 mg / mL EDC (ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide) solution was mixed and stirred at 200 rpm at 4 ° C. for 30 minutes. After washing with pH 6.0 and 25 mM MES buffer, the model protein hIgG antibody solution was mixed and stirred at 200 rpm for 1 hour. At this time, the antibody was immobilized by reacting with the functional group produced by the EDC solution. The prepared antibody-magnetic nanoparticle solution was inactivated with the remaining functional groups using 0.1% BSA solution (0.1% BSA in 10 mM PBS (pH 7.4)), and magnetic separation and washing using a commonly used PBS buffer. Was repeated to remove the remaining antibodies without reaction.

<실시예 5> Well plate를 이용한 목적 항원의 분석Example 5 Analysis of Target Antigen Using Well Plate

실시예 2를 통해 준비한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체가 목적 항원을 분석하는데 어떠한 특성을 가지는지 확인하기 위해 well plate를 이용한 효소결합면역흡착검사를 수행하였다. 보다 구체적으로 well plate에 목적 항원과 결합하는 항체(결합항체)를 탄산수소나트륨 완충용액(100 mM sodium bicarbonate buffer(pH 9.4))에 10 μg/ml의 농도로 희석하여 각 well에 50 μl씩 넣고 4℃ 에서 12시간 동안 결합항체를 well plate에 흡착시켰다. 그 후에 well plate와 복합체의 비특이적 결합을 방지하기 위하여 각 well에 3 w/v% BSA 용액(100 μl)을 넣고 1시간 동안 반응하였다. 반응한 BSA 용액을 모두 제거하고 PBS-T[0.05% Tween-20 in 10 mM PBS(pH 7.4)] 용액으로 각각의 well을 5번 씻어준다. 검출한계를 확인하기 위해서 PBS 용액으로 희석한 다양한 농도의 목적 항원 용액(5-0.0001 μg/ml)을 50 μl씩 넣어 37℃에서 1시간 동안 보온시켜 항원-항체 결합을 유도한다. 결합되지 않은 목적 항원을 제거하기 위해 PBS-T 용액으로 5번 씻어준다. 그 이후에 목적 항원과 특이적으로 결합하는 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 PBS-T 용액에 1 μg/ml의 농도로 희석하여 50 μl씩 넣고, 37℃ 에서 1시간 30분 동안 보온시켜서 최종적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체와 well plate 사이에 항체-항원 결합 기반의 다리가 생기도록 유도한다. 그 후 PBS-T 용액으로 10번 세척하여 잔류한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제거한다. 이 이후에 목적 항원을 정량하기 위해서 실시예 3에서와 같은 TMB 용액을 50 μl 넣어준 후에 30분 동안 교반을 하면서 반응하였으며 plate reader를 통해 655 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다.
Enzyme-linked immunosorbent assay using a well plate was performed to confirm what characteristics the fiber matrix complex of the antibody-enzyme-3D network structure prepared in Example 2 had in analyzing the target antigen. More specifically, dilute the antibody (binding antibody) that binds the target antigen to a well plate in a concentration of 10 μg / ml in 100 mM sodium bicarbonate buffer (pH 9.4) and add 50 μl to each well. Binding antibodies were adsorbed onto well plates at 4 ° C. for 12 hours. Thereafter, in order to prevent nonspecific binding of the well plate and the complex, 3 w / v% BSA solution (100 μl) was added to each well and reacted for 1 hour. Remove all the reaction BSA solution and wash each well five times with PBS-T [0.05% Tween-20 in 10 mM PBS (pH 7.4)] solution. To confirm the detection limit, 50 μl of various target antigen solutions (5-0.0001 μg / ml) diluted with PBS solution were added and kept warm at 37 ° C. for 1 hour to induce antigen-antibody binding. Wash 5 times with PBS-T solution to remove unbound target antigen. Subsequently, 50 μl of the fiber matrix complex solution of the antibody-enzyme-three-dimensional network structure that specifically binds the target antigen was diluted in 1 μg / ml in PBS-T solution, and it was put at 37 ° C. for 1 hour 30 Insulate for minutes to finally induce an antibody-antigen binding based bridge between the fiber matrix complex of the enzyme-3D network structure and the well plate. After washing 10 times with PBS-T solution, the remaining fiber matrix complex of antibody-enzyme-3D network structure is removed. After this, 50 μl of the same TMB solution as in Example 3 was added to quantify the target antigen, followed by stirring for 30 minutes. The absorbance was measured at a wavelength of 655 nm through a plate reader.

효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 진단 성능을 비교하기 위해 EAPC와 EAC를 이용하여 위와 같은 방법으로 실험을 진행하였다. 도 4a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC(실시예 1)와 EAC(비교예 2)를 이용하여 목적항원인 hIgG의 진단을 well plate 기반의 면역검사를 통해 성능을 확인한 결과이다. 같은 폴리아닐린 나노섬유의 농도를 기준으로 EAC보다 EAPC의 농도에 따른 신호를 확인한 결과, 목적항원으로써 hIgG의 농도가 500 ng/ml일 때, 6배 이상의 향상된 신호를 관찰하였다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 도 5a와 같이 다양한 농도의 목적항원을 반응시켜서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 검출한계 및 검출범위를 확인하였다. 그 결과 EAPC의 검출한계가 1 ng/mL hIgG(6.7 pM)이며, 검출범위가 1~500 ng/ml인 것을 확인하였다.
In order to compare the diagnostic performance of the fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure, the experiment was conducted using the EAPC and EAC as described above. Figure 4a is a result of confirming the performance of the target antigen hIgG by using a well plate-based immunoassay using EAPC (Example 1) and EAC (Comparative Example 2) as the fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure. As a result of confirming the signal according to the concentration of EAPC rather than EAC based on the concentration of the same polyaniline nanofibers, when the concentration of hIgG as the target antigen was 500 ng / ml, more than six times improved signal was observed. In addition, based on these results, as shown in FIG. 5A, the target antigens of various concentrations were reacted to confirm the detection limit and the detection range of the fiber matrix complex of the enzyme-3D network structure. As a result, it was confirmed that the detection limit of EAPC was 1 ng / mL hIgG (6.7 pM), and the detection range was 1 to 500 ng / ml.

<실시예 6> 자성나노입자를 이용한 항원의 분석Example 6 Analysis of Antigen Using Magnetic Nanoparticles

실시예 2를 통해 준비한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체가 목적 항원을 분석하는데 어떠한 특성을 가지는지 확인하기 위해 실시예 4를 통해 제작된 항체-자성나노입자를 이용하여 효소결합면역흡착검사를 수행하였다. 먼저 제작된 항체-자성나노입자를 PBS-T[0.05% Tween-20 in 10 mM PBS(pH 7.4)] 용액으로 3번 씻어준다. 검출한계를 확인하기 위해서 PBS 용액으로 희석한 다양한 농도의 목적 항원 용액(5-0.0001 μg/ml)을 1 ml씩 넣어 200 rpm에서 1시간 동안 교반시켜 항원-항체 결합을 유도한다. 결합되지 않은 목적 항원을 제거하기 위해 PBS-T 용액으로 3번 씻어준다. 그 이후에 목적 항원과 특이적으로 결합하는 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 PBS-T 용액에 1.5 μg/ml의 농도로 희석하여 1 ml씩 넣고, 200 rpm 에서 30분 동안 교반시켜서 최종적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체와 항체-자성나노입자 사이에 항체-항원 결합 기반의 다리가 생기도록 유도한다. 그 후 PBS-T 용액으로 4번 세척하여 잔류한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제거한다. 이 이후에 목적 항원을 정량하기 위해서 TMB와 glucose, HRP 용액을 1 ml 넣어준 후에 200 rpm에서 30분 동안 교반을 하면서 반응하였으며 UV/vis 분광계를 통해 655 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다.
Enzyme-linked immunity using the antibody-magnetic nanoparticles prepared in Example 4 to determine what characteristics the fiber matrix complex of the antibody-enzyme-3D network structure prepared in Example 2 has in analyzing the target antigen Adsorption test was performed. First, the prepared antibody-magnetic nanoparticles are washed three times with PBS-T [0.05% Tween-20 in 10 mM PBS (pH 7.4)] solution. In order to confirm the detection limit, 1 ml of the target antigen solution (5-0.0001 μg / ml) diluted with PBS solution was added in 1 ml and stirred at 200 rpm for 1 hour to induce antigen-antibody binding. Wash three times with PBS-T solution to remove unbound target antigen. Subsequently, a solution of the fiber matrix complex of the antibody-enzyme-three-dimensional network structure that specifically binds to the target antigen was diluted in a concentration of 1.5 μg / ml in PBS-T solution, and added in 1 ml each, at 200 rpm for 30 minutes. Stirring finally leads to the formation of bridges based on antibody-antigen binding between the fiber matrix complex of the enzyme-3D network structure and the antibody-magnetic nanoparticles. After washing 4 times with PBS-T solution, the remaining fiber matrix complex of antibody-enzyme-3D network structure is removed. After this, 1 ml of TMB, glucose, and HRP solution were added to quantify the target antigen, followed by stirring at 200 rpm for 30 minutes. The absorbance was measured at 655 nm using a UV / vis spectrometer.

도 4b는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC를 이용하여 목적항원인 hIgG의 진단 성능을 자성나노입자 기반의 면역검사를 통해 확인한 결과이다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 도 5b와 같이 다양한 농도의 목적항원을 반응시켜서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 검출한계 및 검출범위를 확인하였다. 그 결과 EAPC의 검출한계가 0.1 ng/mL hIgG(0.67 pM)이며, 검출범위가 1~500 ng/ml인 것을 확인하였다.
Figure 4b is a result of confirming the diagnostic performance of the target antigen hIgG using the magnetic nanoparticles based immunoassay using EAPC as a fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure. In addition, based on the results, as shown in FIG. 5B, the target antigens of various concentrations were reacted to confirm the detection limit and the detection range of the fiber matrix complex of the enzyme-three-dimensional network structure. As a result, it was confirmed that EAPC had a detection limit of 0.1 ng / mL hIgG (0.67 pM) and a detection range of 1 to 500 ng / ml.

<실시예 7> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 선택적 결합능력 확인Example 7 Confirmation of Selective Binding Ability of Fiber Matrix Complex of Enzyme-3D Network Structure

실시예 2의 EAPC에 대하여 도 6a는 목적항원을 hIgG, rIgG(토끼 면역 글로불린 G), mIgG(쥐 면역 글로불린 G) 등의 세 가지 항원에 대한 선택적 결합능력을 well plate 기반의 면역 검사를 통해 확인한 결과이고, 도 6b는 자성나노입자 기반의 먼역 검사를 통해 확인한 결과이다. 그래프에서와 같이 인간 면역 글로불린 G에서만 선택적으로 반응하는 것을 확인할 수 있었다.
For the EAPC of Example 2, Figure 6a shows the target antigen as a selective binding ability to three antigens, such as hIgG, rIgG (rabbit immunoglobulin G), mIgG (rat immunoglobulin G) confirmed by well plate-based immunoassay Results 6b is a result confirmed through the magnetic nanoparticle-based far station inspection. As shown in the graph it was confirmed that only selectively reacts with human immunoglobulin G.

본 발명의 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법은 면역측정분야에서 유용하게 활용될 수 있다.The complex for measuring enzyme immunity of the present invention and a method of preparing the same may be usefully used in the field of immunoassay.

Claims (12)

3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및
상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하는 효소면역측정용 복합체.
A shell containing a crosslinked enzyme aggregate contained within the interfiber pores of the fiber matrix comprising three-dimensional network fibers and having a diameter larger than the inlet size of the pores and the crosslinked enzymes surrounding the surface of the three-dimensional network fibers. Fiber matrix complex of enzyme-three-dimensional network structure comprising; And
Enzyme immunoassay complex comprising an antibody conjugated to the complex.
제1항에 있어서, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.The complex of claim 1, wherein the three-dimensional network fiber is a microfiber or a nanofiber. 제2항에 있어서,
상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
The method of claim 2,
The three-dimensional network fibers are polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid Polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride) is any one or more selected from the group consisting of enzyme complex immunoassay complex.
제1항에 있어서, 상기 쉘은 멀티레이어인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.The complex of claim 1, wherein the shell is a multilayer. 제1항에 있어서,
상기 효소는 모트립신, 트립신, 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 홀세라디쉬 페록시다아제, 소이빈 페록시다아제, 클로로 페록시다아제, 망가네이제 페록시다아제, 티로시나아제, 락카아제, 셀룰라아제, 사일라네이즈, 락타아제, 수크라아제, 오가노포스포히드로라아제, 클로리네스테라아제, 글루코스 옥시다아제, 알코올 데히드로제나아제, 글루코스 데히드로제나아제, 히드로제나아제 및 글루코스 이소머라아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
The method of claim 1,
The enzyme is mitripsin, trypsin, subtilisin, papain, lipase, holceridish peroxidase, soybean peroxidase, chloro peroxidase, manganese peroxidase, tyrosinase, lacca Aases, Cellulase, Silanese, Lactase, Sucrase, Organophosphohydrolase, Chlorinesterase, Glucose oxidase, Alcohol dehydrogenase, Glucose dehydrogenase, Hydrogenase and Glucose isomerase Enzyme immunoassay complex, characterized in that any one or more selected from the group consisting of.
제5항에 있어서,
상기 효소는 홀세라디쉬 페록시다아제인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
The method of claim 5,
The enzyme is an enzyme immunoassay complex, characterized in that the Holceradi peroxidase.
(1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계;
(2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및
(3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계;를 포함하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
(1) adding an enzyme to a matrix comprising three-dimensional network fibers;
(2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added into the pores of the matrix; And
(3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by adding a crosslinking agent to form an enzyme aggregate to form crosslinks between the enzymes; And
(4) conjugating the antibody to the complex; a method for preparing an enzyme immunoassay complex comprising a.
제7항에 있어서,
상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The precipitation agent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof alone Or a method for producing an enzyme immunoassay complex, characterized in that the mixture.
제7항에 있어서,
상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The crosslinking agent is diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, 1-ethyl-3-dimethyl aminopropylcarbodiimide, glutar dialdehyde, bis (imido ester), bis (succinimi Dill ester) and diacid chloride, any one or more compounds selected from the group consisting of a method for producing an enzyme immunoassay complex characterized in that it comprises.
제7항에 있어서,
상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Method for producing an enzyme immunoassay complex, characterized in that further comprising the step of removing the precipitation agent and cross-linking agent between step (3) and (4).
제7항에 있어서,
상기 (1) 단계는 효소가 매트릭스 표면에 흡착되거나 공유결합되는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Step (1) is a method for producing an enzyme immunoassay complex, characterized in that the enzyme is adsorbed or covalently bonded to the matrix surface.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 복합체를 이용한 효소면역측정방법. Enzyme immunoassay method using the complex of any one of claims 1 to 6.
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