KR20130119378A - Method and device for detecting target material - Google Patents

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KR20130119378A
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KR1020130044969A
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주재현
장보승
홍성완
위성복
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주식회사 나노브릭
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Abstract

PURPOSE: A method and a device for detecting a target material are provided to detect a target material by applying an electric field or a magnetic field to particles on which a detection reactor coupling to a target material is formed, thereby rapidly and simply detecting a target material. CONSTITUTION: A method for detecting a target material comprises the following steps of mixing an inspection target material with the solvent in which multiple particles (910) on which a detection reactor (920) which is selectively coupled to a target material (930) is formed are dispersed; and applying an electric field or a magnetic field to the solvent in which the inspection target material is mixed. If the target material is included in the inspection target material, any one characteristic of the hydrodynamic size, the shape, the surface charge, and the mass of the multiple particles is changed by the target material coupled to the detection reactor. The multiple particles with the changed characteristic are regularly arranged at particular intervals by being applied with the electric field or the magnetic field, and reflect or transmit the light in the range of the particular wavelength. [Reference numerals] (AA) Electric field or a magnetic field; (BB,DD) Incident light; (CC) Reflected light 1; (EE) Reflected light 2

Description

타겟 물질 검출 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING TARGET MATERIAL}METHOD AND DEVICE FOR DETECTING TARGET MATERIAL}

본 발명은 타겟 물질 검출 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 타겟 물질과 결합하면 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고 이에 따라 인가되는 전기장 또는 자기장에 의한 배열 상태가 변화하여 반사광 또는 투과광의 파장이 달라지는 입자를 이용하여 타겟 물질을 손쉽게 검출할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting a target substance. More specifically, in combination with the target material, at least one of hydrodynamic size, shape, surface charge, and mass changes, and thus the arrangement of the reflected light or transmitted light is changed by changing the applied state by the applied electric or magnetic field. The present invention relates to a method and apparatus for easily detecting a target material using particles having different wavelengths.

디옥시리보핵산(DNA)이나 리보핵산(RNA)과 같은 핵산을 비롯하여 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스 등에 대하여 최근까지도 전세계적으로 많은 연구가 진행되고 있고, 특히, 위와 같은 물질들을 검출하는 기술은 학술적으로나 의약학적으로 그 중요성이 날로 높아지고 있다. 실제 의료 환경에서도, 핵산, 단백질, 세균 및 바이러스 등 인간의 질병 치료와 관련된 물질을 검출함으로써 질병의 유무나 유형을 신속하고 정확하게 파악할 수 있는 기술의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.Numerous studies have been conducted around the world until recently regarding nucleic acids such as deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA), proteins, cells, bacteria, viruses, etc. Its importance is increasing day by day. Even in the actual medical environment, there is a continuous demand for the development of a technology capable of quickly and accurately identifying the presence or type of a disease by detecting substances related to human disease treatment such as nucleic acids, proteins, bacteria, and viruses.

하지만, 현재까지 소개된 종래의 검출 기술은 대부분 가격이 비싸고 사용 방법이 복잡한 시약이나 장비를 필요로 하거나 검사자가 전문 지식을 갖추고 있을 것을 요구한다는 문제점이 있으며, 이에 따라 피검사자로서는 이러한 요구 조건이 갖추어진 검사소를 직접 방문해야 하는 번거로움을 겪어야 하는 문제점도 있었다.However, the conventional detection techniques introduced to date have a problem that most of them require expensive reagents and complicated methods of use, or require inspectors to have specialized knowledge. There was also the problem of having to visit the inspection station in person.

이러한 문제점들을 보완하기 위해서는 사용법이 간단하고, 검출 가능한 타겟 물질의 범위가 넓어야 하고, 휴대성이 높아야 하며, 가격도 저렴해야 하는 등의 요소가 고려될 필요가 있다. 개선된 검출 기술의 일 예로서 이온, 친화성, 사이즈 그리고 면역 크로마토그래피법을 이용한 방법들이 보편적으로 사용되고 있다.To solve these problems, factors such as simple usage, wide range of detectable target materials, high portability, and low price should be considered. As an example of an improved detection technique, methods using ion, affinity, size and immunochromatography are commonly used.

이 중에서 멤브레인 기반의 면역 크로마토그래피의 원리를 이용한 방법은 높은 감도와 넓은 선택성, 그리고 휴대성을 갖춘 방법으로서 의료 진단 분야에서 널리 이용되고 있다. 이러한 방법에 따르면, 금 나노 입자 표면에 검출 반응기를 연결하여 검체선 및 대조선에 금 나노 입자 특유의 붉은 선이 나타나는지 여부를 기준으로 하여 타겟 물질의 검출 여부를 결정하게 된다.Among them, the method using the principle of membrane-based immunochromatography is widely used in the field of medical diagnosis as a method having high sensitivity, wide selectivity, and portability. According to this method, the detection reactor is connected to the surface of the gold nanoparticles to determine whether the target material is detected based on whether the red lines characteristic of the gold nanoparticles appear on the sample line and the control line.

한편, 자성 입자를 이용한 MICT(Magnetic Immuno Chromatographic Test)법은 면역 크로마토그래피법에서 금 나노 입자를 대신하여 자성 나노 입자를 적용시킨 방법에 해당하는 것으로서 가격이 비싼 금 나노 입자를 자성입자로 대체할 뿐만 아니라 측정 시간을 단축시키고 민감도를 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.MICT (Magnetic Immuno Chromatographic Test) method using magnetic particles corresponds to a method in which magnetic nanoparticles are applied in place of gold nanoparticles in immunochromatography, and replaces expensive gold nanoparticles with magnetic particles. It also has the advantage of reducing measurement time and improving sensitivity.

하지만, 이상에서 설명한 방법들 역시 검출 결과를 확인하기 위해서 별도의 고성능 측정 장치를 필요로 한다는 문제점을 여전히 가지고 있다.However, the methods described above still have a problem in that a separate high performance measurement apparatus is required to confirm the detection result.

이에, 본 발명자는, 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 색이 변하거나 광 투과도가 변하는 광결정성 물질을 이용하여 타겟 물질을 검출할 수 있는 방법 및 장치를 개발하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have developed a method and apparatus capable of detecting a target material using a photocrystalline material whose color or light transmittance changes as an electric or magnetic field is applied.

본 발명은 타겟 물질과 결합할 수 있는 검출 반응기가 형성되어 있는 입자에 전기장 또는 자기장을 인가하여 타겟 물질을 검출함으로써 기존의 검출 기술에 비해 신속하고 간단하며 민감도가 높은 타겟 물질 검출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a method and apparatus for detecting a target substance which is faster, simpler and more sensitive than conventional detection techniques by detecting an target substance by applying an electric or magnetic field to a particle having a detection reactor capable of bonding with the target substance. It aims to do it.

본 발명에 따른 타겟 물질 검출 방법은, 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 검출 반응기가 표면에 형성된 복수의 입자가 분산된 용매에 검사 대상 물질을 혼합시키는 단계, 및 상기 검사 대상 물질이 혼합된 용매에 전기장 또는 자기장을 인가하는 단계를 포함하되, 상기 검사 대상 물질 내에 상기 타겟 물질이 포함되어 있으면, 상기 타겟 물질이 상기 검출 반응기와 결합함으로 인하여 상기 복수의 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고, 상기 특성이 변화된 복수의 입자는 상기 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 특정 범위의 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 특정 파장 범위의 광을 반사시키거나 투과시키는 것을 특징으로 한다.In the target material detection method according to the present invention, a detection reactor capable of selectively binding to a target material includes mixing a test target material with a solvent in which a plurality of particles formed on a surface are dispersed, and a solvent in which the test target material is mixed. And applying an electric or magnetic field to the target material, wherein the target material is combined with the detection reactor, thereby providing a hydrodynamic size and shape of the plurality of particles. At least one of the surface charge and the mass is changed, and the plurality of particles having the changed property are regularly arranged at a specific range of intervals as the electric or magnetic field is applied to reflect or transmit light in a specific wavelength range. It is characterized by.

상기 타겟 물질에는, 단백질, DNA, RNA, 세포, 박테리아 및 바이러스 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.The target material may include at least one of a protein, DNA, RNA, cells, bacteria, and viruses.

상기 검출 반응기에는, 니켈(Ni), 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2) 및 수산화기(-OH) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.The detection reactor may include at least one of nickel (Ni), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), and a hydroxyl group (-OH).

상기 검출 반응기에는, 단백질 A (Protein A), 단백질 G (Protein G), 스트렙타아비딘 (Streptavidin), Anti-AFP 및 Anti-DEP 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.The detection reactor may include at least one of Protein A, Protein G, Streptavidin, Anti-AFP, and Anti-DEP.

상기 입자는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 포함할 수 있다.The particles may comprise a superparamagnetic material.

상기 용매는 가시광선 투과성 물질로 이루어질 수 있다.The solvent may be made of a visible light transmitting material.

상기 용매는 망 구조의 고분자 및 젤(gel) 형태의 고형물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent may include at least one of a polymer in a network structure and a solid in a gel form.

상기 타겟 물질 검출 방법은, 상기 전기장 또는 자기장이 인가된 용매로부터 반사되는 광의 파장을 참조로 하여 상기 검사 대상 물질에 상기 타켓 물질이 포함되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The target material detection method may further include determining whether the target material is included in the test target material by referring to a wavelength of light reflected from the solvent to which the electric or magnetic field is applied.

그리고, 본 발명에 따른 타겟 물질 검출 장치는, 타켓 물질에 선택적으로 결합할 수 있는 검출 반응기가 표면에 형성된 복수의 입자가 규칙적으로 배열된 상태로 포함되고, 검사 대상 물질이 주입될 수 있는 표시부, 및 상기 표시부에 대하여 전기장 또는 자기장을 인가하는 전자기장 발생부를 포함하되, 상기 검사 대상 물질 내에 상기 타겟 물질이 포함되어 있으면, 상기 타겟 물질이 상기 검출 반응기를 통하여 상기 검출 반응기와 결합함으로 인하여 상기 복수의 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고, 상기 특성이 변화된 복수의 입자는 상기 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 특정 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 특정 파장 범위의 광을 반사시키거나 투과시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the target material detection apparatus according to the present invention includes a display unit in which a plurality of particles formed on a surface of a detection reactor capable of selectively binding to a target material are regularly arranged, and into which a test target material may be injected; And an electromagnetic field generator configured to apply an electric field or a magnetic field to the display unit, wherein the target material is combined with the detection reactor through the detection reactor when the target material is included in the inspection target material. Properties of at least one of the hydrodynamic size, shape, surface charge, and mass are changed, and the plurality of particles having the changed properties are arranged regularly at specific intervals as the electric or magnetic field is applied, and at a specific wavelength. It is characterized by reflecting or transmitting light in the range.

본 발명에 의하면, 기존의 방법 및 장치에 비해 간단하게 타겟 물질을 검출할 수 있고 검출 장치가 더욱 소형화될 수 있으며 추가적인 판별 수단 없이 육안으로 관찰될 수 있는 반사광 또는 투과광의 색 변화를 통하여 누구나 손쉽게 타켓 물질의 검출 유무를 확인할 수 있게 되는 효과가 달성된다.According to the present invention, anyone can easily target the target material through the color change of the reflected light or transmitted light which can be easily detected compared to the existing methods and devices, the detection device can be further miniaturized, and can be observed with the naked eye without additional discriminating means. The effect of being able to confirm the presence or absence of the detection of a substance is achieved.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 금 나노 입자를 사용하는 멤브레인 기반의 면역 크로마토그래피법에 비해 입자의 표면을 개질하는 것이 더 용이하므로, 입자의 표면에 다양한 검출 반응체를 형성시킴으로써 검출 가능한 타겟 물질의 범위를 확장할 수 있고 소량의 시료로도 높은 감도로 타겟 물질을 검출할 수 있게 되는 효과가 달성된다.In addition, according to the present invention, since it is easier to modify the surface of the particle compared to the membrane-based immunochromatography method using the conventional gold nanoparticles, the target material detectable by forming a variety of detection reactants on the surface of the particle The effect of being able to extend the range of and detecting a target substance with high sensitivity even with a small amount of samples is achieved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질로부터 반사되는 광을 파장을 조절하는 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 세기의 전기장 또는 자기장이 인가될 때 나타나는 색 가변 물질의 컬러 변화를 촬영한 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 또는 자기장의 세기에 따라 색 가변 물질로부터 반사되는 광의 파장을 측정한 그래프를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 가변 물질을 구성하는 자성 입자의 SEM 사진을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 가변 물질을 광 투과성 물질로 이루어진 캡슐로 캡슐화한 후, 자기장을 인가하여 초록색 계열의 광이 반사되도록 한 것을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질의 상부에 나비 모양의 패턴을 형성하고, 색 가변 물질의 하부에 서로 다른 세기의 자기장을 발생시키는 자극을 줄무늬 모양으로 교대로 형성시킨 자석을 위치시킨 후, 자석을 회전시킴에 따라 색 가변 물질의 색상 및 패턴이 변화되는 것을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광 투과도 가변 물질의 광 투과도가 조절되는 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 입자를 용매에 분산시킨 상태에서 자기장을 인가하는 실험을 수행한 결과를 사진으로서 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질 또는 광 투과도 가변 물질을 이용한 타겟 물질 검출 장치의 동작 원리를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 물질 검출 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 물질 검출 방법의 흐름도를 예시적으로 나타내는 도면이다.
FIG. 1 is a diagram exemplarily illustrating a principle of controlling a wavelength of light reflected from a color variable material according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram exemplarily illustrating a result of photographing a color change of a color-variable material that appears when electric or magnetic fields of various intensities are applied according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram exemplarily illustrating a graph measuring wavelengths of light reflected from a color variable material according to an intensity of an electric or magnetic field according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A is a diagram exemplarily illustrating an SEM image of the magnetic particles constituting the color variable material according to the exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4B is a view showing that the green variable light is reflected by encapsulating the color variable material according to the exemplary embodiment of the present invention into a capsule made of a light transmitting material and then applying a magnetic field.
FIG. 5 illustrates a magnet in which a butterfly pattern is formed on an upper portion of the color variable material, and a magnetic pole alternately formed in a stripe shape to generate magnetic fields of different intensities in the lower portion of the color variable material according to an embodiment of the present invention; After positioning, the color and pattern of the color-variable material change as the magnet rotates.
FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a principle of adjusting light transmittance of a light transmittance variable material according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams exemplarily showing results of experiments of applying a magnetic field in a state in which particles are dispersed in a solvent according to one embodiment of the present invention.
9 is a diagram conceptually illustrating an operating principle of a target material detection apparatus using a color variable material or a light transmittance variable material according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are diagrams exemplarily illustrating a configuration of a target substance detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a flowchart of a method for detecting a target substance according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

[입자의 구성][Configuration of Particles]

본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 음전하 또는 양전하를 갖는 입자로서 콜로이드 용매에 분산되어 존재할 수 있다. 이때, 입자는 동일한 부호의 전하로 인한 상호간의 척력으로 인하여 서로간에 소정의 간격을 두고 배열되어 있을 수 있다. 입자의 직경은 수 nm 내지 수백 μm일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Particles according to an embodiment of the present invention may be present in a colloidal solvent dispersed as a particle having a negative charge or a positive charge. At this time, the particles may be arranged at a predetermined interval from each other due to mutual repulsive force due to the charge of the same sign. The diameter of the particles may be several nm to several hundred μm, but is not necessarily limited thereto.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는, 이종의 물질로 이루어진 코어-쉘(core-shell) 형태로 구성될 수 있고, 이종의 물질로 이루어진 멀티-코어(multi-core) 형태로 구성될 수 있고, 복수의 나노 입자로 이루어진 클러스터 형태로 구성될 수 있으며, 이에 더하여 소정의 전하를 가지는 전하층이 이들 입자를 감싸는 구조로 구성될 수 있다.In addition, the particles according to an embodiment of the present invention, may be configured in the form of a core-shell (core-shell) consisting of different materials, multi-core (multi-core) consisting of different materials And, it may be configured in the form of a cluster consisting of a plurality of nanoparticles, in addition, a charge layer having a predetermined charge may be configured in a structure surrounding these particles.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리부덴(Mo) 등의 원소나 이들의 산화물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylen terephthalate) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터(cluster)에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있는데, 예를 들면, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다.More specifically, the particles according to an embodiment of the present invention is silicon (Si), titanium (Ti), barium (Ba), strontium (Sr), iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pb), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo) and the like or a material containing an oxide thereof. In addition, the particles according to an embodiment of the present invention may be made of a polymer material such as PS (polystyrene), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PVC (polyvinyl chloride), PET (polyethylen terephthalate). In addition, the particles according to an embodiment of the present invention may be configured as a form in which a material having a charge on a particle or a cluster that does not have a charge, for example, the surface is formed by an organic compound having a hydrocarbon group Particles processed (or coated) by organic compounds having processed (or coated) particles, carboxylic acid groups, ester groups, or acyl groups, halogens (F, Cl, Br) , I, etc.) Particles whose surface is processed (coated) by complex compounds containing elements, particles whose surface is processed (coated) by coordination compounds containing amines, thiols, and phosphines For example, the particles may be charged by forming radicals on their surfaces.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 후술할 용매 내에서 침전되지 않고 안정한 콜로이드 상태를 유지하도록 하고 광결정성을 효과적으로 나타내기 위하여, 입자와 용매로 이루어진 콜로이드 용액의 계면동전위(electrokinetic potential)(즉, 제타 전위)의 값이 기설정된 값 이상으로 높을 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이가 기설정된 값 이하일 수 있으며, 용매와 입자의 굴절률 차이가 기설정된 값 이상일 수 있다. 예를 들면, 콜로이드 용액의 계면동전위의 절대값은 10mV 이상일 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이는 5 이하일 수 있으며, 입자와 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, in order for the particles to maintain a stable colloidal state without being precipitated in the solvent to be described later and to exhibit photonic crystallinity effectively, the interelectrokinetic potential of the colloidal solution of the particles and the solvent (electrokinetic potential) (Ie, zeta potential) may be higher than or equal to a predetermined value, a difference in specific gravity between particles and a solvent may be lower than or equal to a predetermined value, and a difference in refractive index between the solvent and the particle may be greater than or equal to a predetermined value. For example, the absolute value of the interfacial potential of the colloidal solution may be 10mV or more, the difference in specific gravity of the particles and the solvent may be 5 or less, the difference in refractive index of the particles and the solvent may be 0.3 or more.

한편, 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자는 자기장이 인가됨에 따라 자성을 갖게 되는, 즉, 자화되는 되는 물질을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에서 자기장이 인가되지 않는 경우에 자성을 지닌 입자끼리 뭉치는 현상을 방지하기 위하여 외부 자기장을 인가하면 자화(magnetization)가 일어나지만 외부 자기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 자화(remnant magnetization)가 일어나지 않는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 이용할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the particles may include a material that becomes magnetic, that is, magnetized as the magnetic field is applied. Particularly, according to an embodiment of the present invention, when an external magnetic field is applied to prevent a phenomenon of aggregation of particles having magnetism in the case where a magnetic field is not externally applied, magnetization occurs but an external magnetic field is not applied A superparamagnetic material which does not cause remnant magnetization can be used.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 용매에 잘 분산되고 응집되지 않도록 하기 위해서 입자 표면을 동일한 부호의 전하로 코팅할 수 있고, 입자가 용매 내에서 침전되지 않도록 하기 위해서 입자 표면을 해당 입자와 비중이 다른 물질로 코팅하거나 용매에 해당 입자와 비중이 다른 물질을 혼합할 수도 있다.Also, according to one embodiment of the present invention, in order to prevent the particles from being well dispersed in the solvent and agglomerate, the surface of the particles can be coated with the charge of the same sign, It may be coated with a material having a different specific gravity from that of the particles, or a material having a specific gravity different from that of the particles may be mixed with the solvent.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자는 특정 파장의 광을 반사시킬 수 있도록, 즉, 특정 컬러를 갖도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 입자는 산화수 조절 또는 무기 안료, 안료 등의 코팅을 통하여 특정 컬러를 갖게 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 입자에 코팅되는 무기 안료로는 발색단을 포함하는 Zn, Pb, Ti, Cd, Fe, As, Co, Mg, Al 등이 산화물, 유화물, 유산염의 형태로 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 입자에 코팅되는 염료로는 형광 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 매염 염료, 황화 염료, 배트 염료, 분산 염료, 반응성 염료 등이 사용될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the invention, the particles may be configured to reflect light of a particular wavelength, that is, to have a specific color. More specifically, the particles according to the present invention may have a specific color through oxidation control or coating of inorganic pigments, pigments and the like. For example, Zn, Pb, Ti, Cd, Fe, As, Co, Mg, Al and the like including a chromophore may be used in the form of oxides, emulsions and lactates as inorganic pigments coated on the particles according to the present invention , A fluorescent dye, an acid dye, a basic dye, a mordant dye, a sulfide dye, a bat dye, a disperse dye, a reactive dye and the like may be used as the dye coated on the particles according to the present invention.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자는 서로 동일한 전하를 갖도록 전하를 갖는 물질로 코팅될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the particles may be coated with a material having a charge to have the same charge with each other.

[입자 또는 용매의 전기 분극 특성][Electric Polarization Characteristics of Particles or Solvents]

본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시 장치에 포함되는 입자 또는 용매는 전기 분극(electrical polarization) 특성을 가질 수 있는데, 이러한 입자 또는 용매는 외부 전기장이 인가됨에 따라 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the particles or the solvent included in the display device may have an electrical polarization characteristic. The particles or the solvent may have an electron polarization, an ion polarization, an interfacial polarization, and an external electric field. It may include a material that is polarized by any one of the rotational polarization.

보다 구체적으로, 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에 입자 또는 용매가 전기적 평형 상태를 유지하지만, 외부 전기장이 인가되는 경우에는 입자 또는 용매 내의 전자가 소정 방향으로 이동함에 따라 입자가 분극될 수 있다. 반대로, 외부 전기장이 인가되지 않은 경우에 입자 또는 용매를 구성하는 전기적으로 비대칭적인 구성요소에 의하여 생성된 단위 분극(unit polarization)에 의하여 각 입자가 무질서하게 배열되지만, 외부에서 전기장이 인가되는 경우에는 단위 분극을 갖는 입자 또는 용매가 외부 전기장의 방향에 따라 소정의 방향으로 재배열될 수 있으며 이에 따라 전체적으로 상당히 큰 전기 분극값(polarization value)을 나타낼 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 분극은 이온의 비대칭적 배치나 분자의 비대칭적 구조에서 발생할 수 있으며, 이러한 단위 분극으로 인하여 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 미세한 잔류 분극값(remnant polarization value)이 나타날 수 있다.More specifically, the particles or the solvent maintain the electrical equilibrium when no external electric field is applied, but the particles may be polarized as the electrons in the particles or the solvent move in a predetermined direction when the external electric field is applied. Conversely, when no external electric field is applied, each particle is randomly arranged by unit polarization generated by electrically asymmetrical components constituting the particle or solvent, but when an external electric field is applied Particles or solvents with unit polarization may be rearranged in a predetermined direction depending on the direction of the external electric field, and thus may exhibit a fairly large polarization value as a whole. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, unit polarization may occur in an asymmetrical arrangement of ions or in an asymmetric structure of molecules, and even in the absence of an external electric field due to such unit polarization, a fine residual polarization may be achieved. value) may appear.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분자의 비대칭적 배치에 의한 단위 분극 특성이 나타날 수도 있다. 보다 구체적으로, 물 분자 외에 Trichloroethylene, Carbon Tetrachloride, Di-Iso-Propyl Ether, Toluene, Methyl-t-Bytyl Ether, Xylene, Benzene, DiEthyl Ether, Dichloromethane, 1,2-Dichloroethane, Butyl Acetate, Iso-Propanol, n-Butanol, Tetrahydrofuran, n-Propanol, Chloroform, Ethyl Acetate, 2-Butanone, Dioxane, Acetone, Metanol, Ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid, Dimethylformamide, Dimethyl Sulfoxide 등은 분자 구조의 비대칭성에 의해 단위 분극 특성이 나타낼 수 있으므로 본 발명에 따른 입자 또는 용매를 구성하는 물질로서 채용될 수 있을 것이다. 참고로, 물질의 분극 특성을 비교하기 위하여 사용되는 분극 지수(polarity index)는, 물(H2O)의 분극 특성을 9로 설정할 때 해당 물질의 상대적인 분극 정도를 나타내는 지표이다.According to one embodiment of the present invention, unit polarization characteristics may be exhibited by asymmetrical arrangement of molecules. More specifically, in addition to water molecules, trichloroethylene, carbon tetrachloride, di-iso-propyl ether, toluene, methyl-t-bithyl ether, xylene, benzene, diethyl ether, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, butyl acetate, iso-propanol, n-Butanol, Tetrahydrofuran, n-Propanol, Chloroform, Ethyl Acetate, 2-Butanone, Dioxane, Acetone, Metanol, Ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid, Dimethylformamide, Dimethyl Sulfoxide, etc. Therefore, it may be employed as a material constituting the particles or solvent according to the present invention. For reference, a polarity index used to compare polarization properties of materials is an index indicating relative polarization degree of the material when the polarization property of water (H 2 O) is set to 9.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 잔류 분극량이 크게 나타나며 이력(hysteresis)이 남는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있고, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 분극량이 나타나지 않으며 이력(hysteresis)이 남지 않는 초상유전성(superparaelectric) 물질을 포함할 수 있다.On the other hand, the particles or the solvent according to an embodiment of the present invention is a ferroelectric material in which the polarization amount increases as the external electric field is applied and the residual polarization amount is large even when the external electric field is not applied and the hysteresis remains. It may include a superparaelectric material in which the polarization amount increases as the external electric field is applied and the residual polarization amount does not appear and no hysteresis is left when the external electric field is not applied.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있는데, ABO3와 같은 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로는 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, SrTiO3 BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, CaTiO3, LiNbO3 등을 예로 들 수 있다. 예를 들면, PbZrO3(또는 PbTiO3)에 인가되는 외부 전기장의 방향에 따라 PbZrO3(또는 PbTiO3) 내에서의 Zr(또는 Ti)(즉, ABO3 구조에서의 B)의 위치가 변동될 수 있으며 이로 인하여 PbZrO3(또는 PbTiO3) 전체의 극성이 바뀔 수 있게 된다.In addition, the particles or the solvent according to an embodiment of the present invention may include a material having a perovskite structure, a material having a perovskite structure, such as ABO 3 PbZrO 3 , PbTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , SrTiO 3 BaTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , CaTiO 3 , LiNbO 3 , and the like can be given. For example, PbZrO 3 (or PbTiO 3) PbZrO depending on the direction of the external electric field is applied to the third (or PbTiO 3) in the Zr (or Ti) is located (that is, B of the ABO 3 structure) may vary As a result, the polarity of the entire PbZrO 3 (or PbTiO 3 ) may be changed.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용매는 분극 지수(polarity index)가 1 이상인 물질을 포함할 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the solvent may include a material having a polarity index of 1 or more.

다만, 본 발명에 따른 입자 및 용매의 구성이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉 전기장에 의하여 입자 사이의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.However, the configuration of the particles and the solvent according to the present invention is not necessarily limited to those listed above, but within the range in which the object of the present invention can be achieved, that is, within the range in which the spacing between the particles can be controlled by an electric field. Note that changes can be made accordingly.

[검출 반응기의 구성][Configuration of Detection Reactor]

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 타겟 물질과 결합할 수 있는 검출 반응기가 입자의 표면에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자와 검출 반응기는 공유결합에 의하여 컨주게이션(conjugation)하여 입자 복합체를 구성할 수 있다.According to one embodiment of the invention, a detection reactor capable of binding with a given target material may be formed on the surface of the particles. According to one embodiment of the invention, the particles and the detection reactor can be conjugated (conjugated) by covalent bonds to form a particle complex.

후술할 바와 같이 입자 및 용매와 혼합되는 검사 대상 물질 내에 타겟 물질이 포함되어 있으면, 타겟 물질이 입자 표면에 형성된 검출 반응기와 결합함으로 인하여 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고, 이와 같이 특성이 변화된 복수의 입자는 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 소정의 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 특정 파장 범위의 광을 반사시키거나 투과시킬 수 있게 된다.As will be described later, if the target material is included in the test target material mixed with the particles and the solvent, the hydrodynamic size, shape, surface charge and mass of the particles due to binding of the target material to the detection reactor formed on the surface of the particle At least one of the characteristics is changed, and the plurality of particles in which the characteristics are changed are regularly arranged at predetermined intervals as an electric or magnetic field is applied to reflect or transmit light in a specific wavelength range.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 검출 반응기로는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 수산화기(-OH)와 같이 전하를 띄는 작용기가 사용될 수 있고, 니켈(Ni), 단백질 A (Protein A), 단백질 G (Protein G), 스트렙타아비딘 (Streptavidin), Anti-AFP, Anti-DEP를 비롯한 다양한 항체가 사용될 수 있다. 이로써, 검출 반응기는 핵산, 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스 등의 다양한 물질과 결합하여 정제 작업뿐만 아니라 배란, 당뇨, 심장 질환, 암 등의 다양한 생체 진단에 필요한 검출 기능을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a detection reactor, a functional group having a charge such as a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH2), and a hydroxyl group (-OH) may be used, and nickel (Ni) and protein A ( Various antibodies can be used including Protein A), Protein G, Streptavidin, Anti-AFP, Anti-DEP. As a result, the detection reactor may be combined with various substances such as nucleic acids, proteins, cells, bacteria, viruses, and the like to perform detection functions necessary for various biological diagnosis such as ovulation, diabetes, heart disease, cancer, as well as purification.

[색 가변 물질의 구성][Configuration of Color Variable Material]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질로부터 반사되는 광을 파장을 조절하는 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다,FIG. 1 is a diagram exemplarily illustrating a principle of controlling a wavelength of light reflected from a color variable material according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 동일한 전하를 갖는 복수의 입자(110)에 전기장이 인가되는 경우, 각 입자(110)가 갖는 전하 또는 자성으로 인하여 입자(110)에는 소정의 방향의 전기적 인력 또는 자기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 한 쪽으로 치우쳐진 입자(110) 사이의 거리가 좁아지게 됨과 동시에, 입자(110) 사이에는 쿨롱의 법칙에 의한 전기적 척력이 작용하거나(입자가 동일한 전하를 갖는 경우) 입체장애효과에 의한 물리적 척력이 작용하게 된다(입자의 표면에 부착된 검출 기능기나 타겟 물질로 인하여 입자의 유체역학적 크기가 큰 경우). 따라서, 전기장 또는 자기장으로 인한 인력과 입자 사이의 척력의 상대적인 세기에 따라 입자(110)들의 간격이 결정될 수 있으며, 이에 따라 소정의 간격을 두고 배열된 입자(110)들은 광결정의 기능을 할 수 있게 된다. 즉, Bragg 법칙에 의하면 입자(110)들로부터 반사되는 광의 파장은 입자(110)들의 간격에 의해 결정되기 때문에, 입자(110)들의 간격을 제어함에 따라 입자(110)들로부터 반사되는 광의 파장이 조절될 수 있는 것이다.According to an embodiment of the present invention, when an electric field is applied to a plurality of particles 110 having the same charges, electrical attraction in a predetermined direction may be applied to the particles 110 due to the charge or magnetism of the particles 110. Alternatively, magnetic attraction acts and thus the distance between the particles 110 biased to one side becomes narrow, and at the same time, electrical repulsive force is applied between the particles 110 according to Coulomb's law (the particles have the same charge). In this case, the physical repulsive force due to steric hindrance is applied (when the hydrodynamic size of the particle is large due to a detection function or a target substance attached to the surface of the particle). Accordingly, the spacing of the particles 110 may be determined according to the relative strength of the repulsive force between the particles and the attractive force due to the electric or magnetic field, so that the particles 110 arranged at a predetermined interval may function as a photonic crystal. do. That is, according to the Bragg's law, since the wavelength of the light reflected from the particles 110 is determined by the interval of the particles 110, the wavelength of the light reflected from the particles 110 is controlled by controlling the interval of the particles 110 It can be adjusted.

도 1을 참조하면, 전기장 또는 자기장이 인가되지 않는 경우에 캡슐(130) 내의 입자(312)는 불규칙하게 배열되어 있을 수 있으며, 이러한 경우에는 입자(110)로부터 별다른 색이 표출되지 않게 된다. 다음으로, 소정의 전기장 또는 자기장이 인가되면, 전기장 또는 자기장으로 인한 인력과 입자(110) 사이의 척력 척력이 평형을 이루면서 입자(110)는 소정의 간격을 두고 규칙적으로 배열될 수 있으며, 이에 따라 간격이 제어된 복수의 입자(110)로부터 특정 파장의 광을 반사될 수 있게 된다. 또한, 입자(110)에 인가되는 전기장 도는 자기장의 세기가 커지면 전기장 또는 자기장으로 인한 인력도 커지기 때문에 입자(110)의 간격이 더 좁아지게 되고, 이에 따라 입자(110)로부터 반사되는 광의 파장은 더 짧아지게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(110)에 인가되는 전기장 또는 자기장의 세기를 조절함으로써 입자(110)로부터 반사되는 광의 파장을 조절할 수 있게 된다. 전기장이나 자기장의 세기가 더 커짐에 따라 입자로부터 반사되는 광의 파장이 가시광선 대역을 넘어 자외선 대역에 해당하게 되면 입자가 가시광선을 반사하지 않고 투과시키게 되므로 이러한 경우에는 광 투과도가 증가할 수도 있다.Referring to FIG. 1, when an electric or magnetic field is not applied, the particles 312 in the capsule 130 may be irregularly arranged, and in this case, a different color may not be expressed from the particles 110. Next, when a predetermined electric or magnetic field is applied, the repulsive force between the particle 110 and the attraction force due to the electric or magnetic field is balanced, the particles 110 can be arranged regularly at a predetermined interval, accordingly It is possible to reflect light of a specific wavelength from the plurality of particles 110 whose spacing is controlled. In addition, since the electric field applied to the particle 110 or the intensity of the magnetic field increases, the attraction of the electric field or the magnetic field also increases, so that the distance between the particles 110 becomes narrower, and thus the wavelength of the light reflected from the particle 110 is further increased. Will be shortened. That is, according to one embodiment of the present invention, by adjusting the intensity of the electric or magnetic field applied to the particle 110 it is possible to adjust the wavelength of the light reflected from the particle (110). As the intensity of the electric or magnetic field increases, when the wavelength of the light reflected from the particle corresponds to the ultraviolet band beyond the visible light band, the particles transmit the light without reflecting the visible light.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 입자(110)와 용매(120)로 구성되는 색 가변 물질은 광 투과성 물질로 구성되는 캡슐(130)에 의하여 캡슐화될 수도 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the color variable material composed of the particles 110 and the solvent 120 may be encapsulated by the capsule 130 composed of a light transmissive material. have.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 세기의 전기장 또는 자기장이 인가될 때 나타나는 색 가변 물질의 컬러 변화를 촬영한 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram exemplarily illustrating a result of photographing a color change of a color-variable material that appears when electric or magnetic fields of various intensities are applied according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 인가되는 전기장 또는 자기장의 세기를 조절함에 따라 입자로부터 반사되는 광은 적색에서 초록색, 그리고 보라색까지 가시광선 파장대의 모든 영역에서 조절될 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that as the intensity of the applied electric or magnetic field is adjusted, the light reflected from the particles can be adjusted in all regions of the visible wavelength range from red to green and purple.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 또는 자기장의 세기에 따라 색 가변 물질로부터 반사되는 광의 파장을 측정한 그래프로서, 인가되는 전기장 또는 자기장의 세기가 증가함에 따라 파장이 긴 붉은색 계열의 광에서 점차 파장이 짧은 푸른색 계열의 광으로 이동하게 됨을 확인할 수 있다.3 is a graph measuring wavelengths of light reflected from a color-variable material according to the intensity of an electric or magnetic field according to an embodiment of the present invention. It can be seen that the light gradually shifts to a blue light having a short wavelength.

도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 가변 물질을 구성하는 자성 입자의 SEM 사진을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 4에서, 입자로서 50m ~ 300nm 사이의 초상자성체 Fe3O4 입자가 사용되었다.4A is a diagram exemplarily illustrating an SEM image of the magnetic particles constituting the color variable material according to the exemplary embodiment of the present invention. In Fig. 4, superparamagnetic Fe 3 O 4 particles between 50 and 300 nm were used as the particles.

도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 가변 물질을 광 투과성 물질로 이루어진 캡슐로 캡슐화 한 후, 자기장을 인가하여 초록색 계열의 광이 반사되도록 한 것을 촬영한 도면이다. 도 4의 (b)를 참조하면, 캡슐 내의 입자가 자기장에 따라 특정 간격을 두고 규칙적으로 배열되고 이에 따라 특정 파장 범위인 초록색 계열의 광이 주로 반사되고 있음을 확인할 수 있다.Figure 4 (b) is a view showing the green light is reflected after the encapsulated color variable material according to an embodiment of the present invention in a capsule made of a light transmitting material, by applying a magnetic field. Referring to FIG. 4 (b), it can be seen that the particles in the capsule are regularly arranged at regular intervals according to the magnetic field, and accordingly the light of the green series having a specific wavelength range is mainly reflected.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질 상부에 나비 모양의 패턴을 형성하고, 색 가변 물질 하부에 서로 다른 세기의 자기장을 발생시키는 자극을 줄무늬 모양으로 교대로 형성시킨 자석을 위치시킨 후, 자석을 회전시킴에 따라 색 가변 물질의 색상 및 패턴이 변화되는 것을 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 5 illustrates a butterfly pattern formed on an upper portion of the color variable material and a magnet alternately formed in a stripe shape on a lower portion of the color variable material according to an embodiment of the present invention. Thereafter, the color and pattern of the color-variable material change as the magnet rotates.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극 특성을 갖는 용매에 분산된 상태에서 입자 및 용매에 전기장이 인가되는 경우, 입자가 갖는 전하로 인하여 복수의 입자에는 전기장의 세기와 입자의 전하량에 비례하는 전기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 복수의 입자는 전기영동(electrophoresis)되어 소정 방향으로 이동하면서 입자 사이의 간격이 좁아지게 되며, 이와 반대로 입자 사이의 간격이 좁아짐에 따라 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에서 발생하는 전기적 척력은 증가하게 되므로 입자 사이의 간격이 계속하여 좁아지지는 않고 소정의 균형을 이루게 된다. 한편, 용매가 갖는 전기 분극 특성으로 인하여 용매가 소정의 방향으로 분극되고 이에 따라 전기적 인력이 국부적으로 발생하게 되어 분극된 용매와 전기적으로 상호 작용하는 복수의 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 유지될 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 외부 전기장으로 인한 전기적 인력, 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이의 전기적 척력 및 분극으로 인한 전기적 인력이 평형(equilibrium)을 이루는 거리를 두고 복수의 입자가 규칙적으로 배열될 수 있게 된다. 위와 같은 원리에 따라, 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 제어될 수 있으며, 소정의 간격을 두고 배열된 복수의 입자는 광결정으로서의 기능을 할 수 있게 된다. 규칙적으로 배열된 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장은 입자 사이의 간격에 의해 결정되기 때문에, 입자 사이의 간격을 제어함에 따라 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장을 임의로 제어할 수 있게 되는 것이다. 여기서, 반사되는 광의 파장의 패턴은 전기장의 세기 및 방향, 입자의 크기 및 질량, 입자 및 용매의 굴절률, 입자의 전하량, 용매의 전기 분극 특성, 용매 내의 분산된 입자의 농도 등의 요인에 의하여 다양하게 나타날 수 있다.On the other hand, according to the first embodiment of the present invention, when the electric field is applied to the particles and the solvent in a state in which a plurality of particles having the same charge charge is dispersed in a solvent having electrical polarization characteristics, the plurality of particles due to the charge of the particles In the particles of, electric attractive force proportional to the electric field intensity and the amount of charge of the particles are applied. Accordingly, the plurality of particles are electrophoresis and move in a predetermined direction, thereby narrowing the spacing between the particles. As the spacing is narrowed, the electrical repulsive force generated between the plurality of particles having the same sign with each other increases, so that the spacing between the particles does not continue to be narrowed, but a predetermined balance is achieved. On the other hand, due to the electrical polarization characteristics of the solvent, the solvent is polarized in a predetermined direction, thereby causing an electrical attraction locally, so that the interval between the plurality of particles electrically interacting with the polarized solvent is maintained at a predetermined interval. It becomes possible. That is, according to the first embodiment of the present invention, the electrical attraction due to the external electric field, the electrical repulsive force between the particles having the same code charge and the electrical attraction due to the polarization of the plurality of particles at a distance forming an equilibrium (equilibrium) Can be arranged regularly. According to the above principle, the spacing between the particles can be controlled at a predetermined interval, and the plurality of particles arranged at a predetermined interval can function as a photonic crystal. Since the wavelength of light reflected from the plurality of particles arranged regularly is determined by the spacing between the particles, the wavelength of the light reflected from the plurality of particles can be arbitrarily controlled by controlling the spacing between the particles. Here, the pattern of the wavelength of the reflected light varies depending on factors such as the intensity and direction of the electric field, the size and mass of the particles, the refractive index of the particles and the solvent, the amount of charge of the particles, the electrical polarization characteristics of the solvent, and the concentration of the dispersed particles in the solvent. May appear.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자가 용매 내에 분산된 상태에서 입자 및 용매에 전기장이 인가되는 경우, 입자가 갖는 전하로 인하여 복수의 입자에는 전기장의 세기와 입자의 전하량에 비례하는 전기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 복수의 입자는 전기영동(electrophoresis)되어 소정 방향으로 이동하면서 입자 사이의 간격이 좁아지게 되며, 이와 반대로 입자 사이의 간격이 좁아짐에 따라 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에서 발생하는 전기적 척력은 증가하게 되므로 입자 사이의 간격이 계속하여 좁아지지는 않고 소정의 균형을 이루게 된다. 한편, 입자가 갖는 전기 분극 특성으로 인하여 복수의 입자가 소정의 방향으로 분극되고 이와 같이 분극된 복수의 입자 사이에는 전기적 인력이 국부적으로 발생하게 되어 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 유지될 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 외부 전기장으로 인한 전기적 인력, 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이의 전기적 척력 및 분극으로 인한 전기적 인력이 평형(equilibrium)을 이루는 거리를 두고 복수의 입자가 규칙적으로 배열될 수 있게 된다. 위와 같은 원리에 따라, 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 제어될 수 있으며, 소정의 간격을 두고 배열된 복수의 입자는 광결정으로서의 기능을 할 수 있게 된다. 규칙적으로 배열된 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장은 입자 사이의 간격에 의해 결정되기 때문에, 입자 사이의 간격을 제어함에 따라 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장을 임의로 제어할 수 있게 되는 것이다. 여기서, 반사되는 광의 파장의 패턴은 전기장의 세기 및 방향, 입자의 크기 및 질량, 입자 및 용매의 굴절률, 입자의 전하량, 입자의 전기 분극 특성, 용매 내의 분산된 입자의 농도 등의 요인에 의하여 다양하게 나타날 수 있다.Further, according to the second embodiment of the present invention, when an electric field is applied to the particles and the solvent in a state in which a plurality of particles having the same charge and having the electrical polarization property are dispersed in the solvent, the plurality of particles due to the charge of the particles In the particles of, electric attractive force proportional to the electric field intensity and the amount of charge of the particles are applied. Accordingly, the plurality of particles are electrophoresis and move in a predetermined direction, thereby narrowing the spacing between the particles. As the spacing is narrowed, the electrical repulsive force generated between the plurality of particles having the same sign with each other increases, so that the spacing between the particles does not continue to be narrowed, but a predetermined balance is achieved. On the other hand, due to the electrical polarization characteristics of the particles, a plurality of particles are polarized in a predetermined direction, and the electrical attraction is locally generated between the plurality of polarized particles so that the spacing between the particles can be maintained at a predetermined interval. do. That is, according to the second embodiment of the present invention, the electrical attraction due to the external electric field, the electrical repulsive force between the particles having the same charge with each other and the electrical attraction due to the polarization of the plurality of particles at a distance (equilibrium) Can be arranged regularly. According to the above principle, the spacing between the particles can be controlled at a predetermined interval, and the plurality of particles arranged at a predetermined interval can function as a photonic crystal. Since the wavelength of light reflected from the plurality of particles arranged regularly is determined by the spacing between the particles, the wavelength of the light reflected from the plurality of particles can be arbitrarily controlled by controlling the spacing between the particles. Here, the pattern of the wavelength of the reflected light varies depending on factors such as the intensity and direction of the electric field, the size and mass of the particles, the refractive index of the particles and the solvent, the amount of charge of the particles, the electrical polarization characteristics of the particles, the concentration of dispersed particles in the solvent, and the like. May appear.

[광 투과도 가변 물질의 구성][Configuration of Light Transmitter Variable Material]

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광 투과도 가변 물질의 광 투과도가 조절되는 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram exemplarily illustrating a principle of adjusting light transmittance of a light transmittance variable material according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 6의 (a)를 참조하면, 전기장 또는 자기장이 인가되지 않는 경우에 복수의 입자(610)는 용매(620) 내에서 불규칙하게 분산되어 있을 수 있으며, 입자(610) 및 용매(620)에 입사되는 광의 투과도는 특별히 제어되지 않는 상태가 된다. 즉, 광 투과도 가변 물질에 입사되는 광은 용매(620) 내에 불규칙하게 분산되어 있는 복수의 입자(610) 혹은 용매(620)에 의하여 산란 또는 반사되거나 광 투과도 가변 물질을 그대로 투과할 수 있게 된다.First, referring to FIG. 6A, when an electric field or a magnetic field is not applied, the plurality of particles 610 may be irregularly dispersed in the solvent 620, and the particles 610 and the solvent 620. The transmittance of the light incident on the) is not particularly controlled. That is, light incident on the variable light transmittance may be scattered or reflected by the plurality of particles 610 or the solvent 620 irregularly dispersed in the solvent 620 or may transmit the variable light transmittance as it is.

다음으로, 도 6의 (b)를 참조하면, 전기장이 인가되는 경우에 전기 유변 현상에 의하여 복수의 입자(610)가 분극되어 전기장의 방향과 같아지도록 회전하거나 이동할 수 있다. 또한, 자기장이 인가되는 경우에 복수의 입자(610)의 S극으로부터 N극으로의 방향이 자기장의 방향과 같아지도록 복수의 입자(610) 각각이 회전하거나 이동할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기장 또는 자기장이 인가되는 경우에 자기장에 의하여 복수의 입자(610)가 자화될 수 있고 그 자화 방향이 자기장의 방향과 같아지도록 자화된 복수의 입자(610) 각각이 회전하거나 이동할 수 있다.Next, referring to FIG. 6B, when an electric field is applied, the plurality of particles 610 may be polarized by an electric rheological phenomenon to rotate or move to be the same as the direction of the electric field. In addition, when a magnetic field is applied, each of the plurality of particles 610 may rotate or move so that the direction from the S pole to the N pole of the plurality of particles 610 is the same as the direction of the magnetic field. Further, according to an embodiment of the present invention, when the electric or magnetic field is applied, the plurality of particles 610 may be magnetized by the magnetic field and the plurality of particles 610 magnetized such that the magnetization direction is the same as the direction of the magnetic field. Each can rotate or move.

이렇게 회전하거나 이동된 각각의 입자(610)의 양극 및 음극은 주변의 입자(610)의 음극 및 양극과 같아지거나 각각의 입자(610)의 N극 및 S극은 주변의 입자(610)의 S극 및 N극과 각각 가까워지기 때문에, 복수의 입자들(610) 사이에 전기적 또는 자기적 인력이 발생하게 되며, 이에 따라 복수의 입자(610)가 전기장 또는 자기장의 방향과 평행한 방향으로 규칙적으로 정렬되게 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 광 투과도 가변 물질 내의 입자(610)가 전기장 또는 자기장의 방향과 평행한 방향으로 정렬될 수 있으므로, 전기장 또는 자기장의 세기 또는 방향으로 조절하여 입자의 정렬 상태를 제어함으로써 광 투과도 가변 물질에 입사되는 광이 입자(610)에 의하여 산란되거나 반사되는 정도를 조절할 수 있으며 나아가 광 투과도를 조절할 수 있게 된다.The anode and the cathode of each particle 610 rotated or moved in this way are the same as the cathode and the anode of the surrounding particle 610 or the N and S poles of each particle 610 are the S of the surrounding particles 610. As the poles and the north poles are close to each other, an electric or magnetic attraction occurs between the plurality of particles 610, so that the plurality of particles 610 regularly in a direction parallel to the direction of the electric or magnetic field. Can be aligned. That is, according to an embodiment of the present invention, as the electric or magnetic field is applied, the particles 610 in the light transmittance variable material may be aligned in a direction parallel to the direction of the electric or magnetic field, and thus the intensity or direction of the electric or magnetic field. By controlling the alignment of the particles to control the degree of light scattered or reflected by the particle 610 to the light transmittance variable material can be adjusted to further control the light transmittance.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 입자를 용매에 분산시킨 상태에서 자기장을 인가하는 실험을 수행한 결과를 예시적으로 나타내는 도면이다.7 and 8 are diagrams exemplarily illustrating a result of an experiment of applying a magnetic field in a state in which particles are dispersed in a solvent according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 광 투과도 가변 물질에 자기장이 수직한 방향으로 인가되는 경우에 캡슐 내의 입자들이 자기장의 방향과 평행한 방향(입사되는 광의 방향과 평행한 방향)으로 정렬되는 것을 확인할 수 있으며(도 7의 (a)에서는 일직선 형태로 정렬된 복수의 입자가 점의 형태로 관찰됨) 이에 따라 자기장의 방향과 평행한 방향으로 광 투과도 가변 물질에 입사되는 광의 투과도가 상대적으로 높아진 것을 확인할 수 있다.First, referring to FIG. 7A, when the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the light transmittance variable material, the particles in the capsule are aligned in a direction parallel to the direction of the magnetic field (direction parallel to the direction of incident light). 7 (a), a plurality of particles aligned in a straight line are observed in the form of dots. Accordingly, the transmittance of light incident on the light transmittance variable material in a direction parallel to the direction of the magnetic field is relatively high. It can be seen that the increase.

다음으로, 도 7의 (b)를 참조하면, 광 투과도 가변 물질에 자기장이 평행한 방향으로 인가되는 경우 혹은 광 투과도 가변 물질에 인가되었던 자기장이 차단되어도 입자에 잔류 자화 현상이 나타나는 경우에 입자가 일직선 형태의 정렬 상태를 유지한 채 입사되는 광의 방향과 수직한 방향으로 배열되는 것을 확인할 수 있으며 이에 따라 광 투과도 가변 물질에 입사되는 광의 투과도가 상대적으로 낮아진 것을 확인할 수 있다.Next, referring to FIG. 7B, when the magnetic field is applied to the variable light transmittance in a parallel direction or when the residual magnetization phenomenon appears in the particle even when the magnetic field applied to the variable light transmittance is blocked. It can be seen that the alignment is arranged in a direction perpendicular to the direction of the incident light while maintaining the alignment state of the straight form, and thus the transmittance of the light incident on the light transmittance variable material is relatively lowered.

한편, 도 8의 (a)를 참조하면, 광 투과도 가변 물질에 자기장이 인가되지 않은 경우에 광 투과도 가변 물질의 전 영역에 있어서 입사광의 투과도가 큰 차이 없이 균일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 다음으로, 도 8의 (b)를 참조하면, 광 투과도 가변 물질을 자기장(즉, 광 투과도 가변 물질에 수직한 방향으로 인가되는 자기장)이 발생되는 영역과 자기장이 발생되지 않는 영역이 소정의 간격을 두고 반복적으로 배치되는 자석 위에 올려 놓는 경우에는 광 투과도 가변 물질 중 자기장이 인가되는 영역에서는 입자가 자기장의 방향과 평행한 방향으로 정렬됨에 따라 자기장의 방향과 평행한 방향으로 입사되는 광의 투과도가 높게 나타나는 것(즉, 투명하게 나타남)을 확인할 수 있고, 반면에 광 투과도 가변 물질 중 자기장이 인가되지 않는 영역에서는 입자가 자기장의 방향과 평행한 방향으로 정렬되지 않아 자기장의 방향과 평행한 방향으로 입사되는 광의 투과도가 낮게 나타나는 것(즉, 불투명하게 나타남)을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 8A, when the magnetic field is not applied to the variable light transmittance, it may be confirmed that the transmittance of incident light uniformly appears in all regions of the variable light transmittance material without a large difference. Next, referring to FIG. 8B, a region in which a light transmittance variable material is generated with a magnetic field (that is, a magnetic field applied in a direction perpendicular to the light transmittance variable material) and a region where no magnetic field is generated are spaced a predetermined distance. In the case of placing on a magnet repeatedly arranged with respect to the magnetic field, the transmittance of light incident in a direction parallel to the direction of the magnetic field is high as the particles are aligned in a direction parallel to the direction of the magnetic field in a region where the magnetic field is applied. In the region where the magnetic field is not applied among the light transmittance variable materials, the particles are not aligned in the direction parallel to the direction of the magnetic field, so that they appear in the direction parallel to the direction of the magnetic field. It can be seen that the transmittance of the light to appear is low (that is, appear opaque).

참고로, 도 8의 실험에 있어서, 10nm 내지 10um 크기의 산화철 입자(Fe2O3 또는 Fe3O4)가 자성을 갖는 입자로서 사용되었고, 활로겐화 탄화수소 오일(halogenated hydrocarbon oil)이 용매로서 사용되었으며, 젤라틴과 아카시아 수용액의 혼합물이 캡슐로서 사용되었다.For reference, in the experiment of FIG. 8, iron oxide particles (Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 ) having a size of 10 nm to 10 μm were used as the magnetic particles, and halogenated hydrocarbon oil was used as the solvent. A mixture of gelatin and acacia aqueous solution was used as capsule.

[색 가변 물질 또는 광 투과도 가변 물질을 이용한 타겟 물질 검출 방법 및 장치의 구성][Configuration of Target Material Detection Method and Apparatus Using Color-Variable Material or Light-Transmittance Variable Material]

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질 또는 광 투과도 가변 물질을 이용한 검출 장치의 동작 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating an operating principle of a detection device using a color variable material or a light transmittance variable material according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치는, 표면에 검출 반응기(920)가 형성된 복수의 입자(910)를 포함할 수 있다.9, a detection apparatus according to an embodiment of the present invention may include a plurality of particles 910 having a detection reactor 920 formed on a surface thereof.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 검사 대상 물질에 타겟 물질(920)이 포함되어 있지 않은 경우에는, 검출 반응기(920)가 타겟 물질(930)과 결합하지 않게 되어 입자(910)의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하, 질량 등의 특성이 변화하지 않게 되고 이렇게 특성이 그대로 유지된 입자(910)는 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 제1 간격(즉, 고유의 간격)을 두고 규칙적으로 배열되어 제1 파장 범위(즉, 고유의 파장 범위)의 광을 반사시키게 된다(도 9의 (a)).According to an embodiment of the present invention, when the target material 920 is not included in the test target material, the detection reactor 920 does not bind to the target material 930, thereby causing the hydrodynamic size of the particle 910 to be detected. characteristics such as hydrodynamic size, shape, surface charge, mass, etc. are not changed, and the particles 910 maintained as such are regularly spaced at first intervals (ie, inherent intervals) as electric or magnetic fields are applied. Are arranged to reflect light in the first wavelength range (i.e., inherent wavelength range) (Fig. 9 (a)).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 검사 대상 물질에 타겟 물질(930)이 포함되어 있는 경우에는, 타겟 물질(930)이 검출 반응기(920)와 결합하게 되어 입자(910)의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고, 이렇게 특성이 변화된 입자(910)는 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 제2 간격(즉, 타겟 물질(930)에 대응되는 특정 간격)을 두고 규칙적으로 배열되어 제2 파장 범위(즉, 타겟 물질(930)에 대응되는 특정 파장 범위)의 광을 반사시키게 된다(도 9의 (b)).In addition, according to an embodiment of the present invention, when the target material 930 is included in the test target material, the target material 930 is combined with the detection reactor 920, thereby providing a hydrodynamic size of the particle 910. (hydrodynamic size), shape, surface charge, and mass of at least one of the characteristics is changed, the particles 910 changed in this characteristic is corresponding to the second interval (ie, the target material 930 as the electric or magnetic field is applied) It is arranged regularly at a certain interval to reflect light of a second wavelength range (ie, a specific wavelength range corresponding to the target material 930) (FIG. 9B).

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질 또는 광 투과도 가변 물질을 이용한 검출 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.10 and 11 are diagrams exemplarily illustrating a configuration of a detection apparatus using a color variable material or a light transmittance variable material according to an embodiment of the present invention.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(1000, 1100)는 표면에 검출 반응기가 형성되어 있는 입자(1010, 1110)가 분산된 용매를 포함할 수 있고, 이러한 용매에 검사 대상 물질을 주입시킬 수 있는 검사 대상 물질 주입구(1030, 1130)를 포함할 수 있으며, 입자에 대하여 자기장을 인가할 수 있는 자석(1040, 1140)이나 전기장을 인가할 수 있는 전극(1040, 1140)을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(1000, 1100)는 검사 대상 물질이 주입된 검체선과는 별개로 검사 물질이 주입되지 않는 대조선을 더 포함함으로써 검사자로 하여금 검체선으로부터 반사되는 광의 파장(즉, 컬러)을 대조선으로부터 반사되는 광의 파장과 비교하여 타겟 물질의 검출 여부를 보다 명확하게 판단할 수 있도록 할 수 있다.10 and 11, the detection apparatus 1000 or 1100 according to an embodiment of the present invention may include a solvent in which particles 1010 and 1110 in which a detection reactor is formed on a surface thereof are dispersed. It may include a test material injection holes 1030, 1130 for injecting a test material into the solvent, the magnet 1040, 1140 for applying a magnetic field to the particles or an electrode 1040 for applying an electric field , 1140). Meanwhile, the detection apparatus 1000 or 1100 according to an exemplary embodiment of the present invention further includes a control line in which the test substance is not injected separately from the test line into which the test target material is injected, thereby allowing the inspector to reflect the wavelength of the light reflected from the test line. The color (ie, color) can be compared with the wavelength of the light reflected from the control line to make it possible to more clearly determine whether the target material is detected.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 검사 대상 물질에 타겟 물질이 포함되어 있으면 타겟 물질(1020, 1120)이 검출 반응기를 갖는 입자(1010, 1110)와 결합하게 되어 입자의 유체역학적 크기가 증가하게 되고, 이렇게 특성이 변화된 입자에 자기장이 인가되면 커진 입자의 크기로 인하여 입자 사이의 간격이 넓어지게 된다. 따라서, 검체선의 입자로부터 반사되는 광의 파장이 대조선의 입자로부터 반사되는 광의 파장보다 길어지게 되며, 검사자는 이러한 반사광의 파장 차이를 눈으로 관찰하여 검사 대상 물질에 타겟 물질이 포함되어 있음을 판별할 수 있게 된다.First, as shown in FIG. 10, when the target material is included in the test target material, the target materials 1020 and 1120 are combined with the particles 1010 and 1110 having the detection reactor, thereby increasing the hydrodynamic size of the particles. When the magnetic field is applied to the particles whose properties are changed, the spacing between the particles becomes wider due to the size of the larger particles. Therefore, the wavelength of the light reflected from the particles of the sample line is longer than the wavelength of the light reflected from the particles of the control line, the inspector can observe the difference in the wavelength of the reflected light with the eye to determine that the target material is included in the material to be inspected. Will be.

다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 검사 대상 물질에 타겟 물질이 포함되어 있으면 타겟 물질(1020, 1120)이 검출 반응기를 갖는 입자(1010, 1110)와 결합하게 되어 음전하를 띄던 입자의 표면에 양전하가 형성되게 되고, 이렇게 특성이 변화된 입자에 자기장이 인가되면 입자 표면의 전하가 양전하로 변화됨으로 인하여 입자가 상부 전극(즉, (-) 전극)쪽으로 이동하여 소정의 간격을 두고 규칙적으로 배열되게 된다. 따라서, 검체선의 입자로부터 반사되는 광의 파장이 대조선의 입자로부터 반사되는 광의 파장과 달리지게 되며, 검사자는 이러한 반사광의 파장 차이를 눈으로 관찰하여 검사 대상 물질에 타겟 물질이 포함되어 있음을 판별할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 11, if the target material is included in the test target material, the target materials 1020 and 1120 may be combined with the particles 1010 and 1110 having the detection reactor, so as to be on the surface of the negatively charged particles. Positive charges are formed, and when the magnetic field is applied to the particles whose properties are changed, the charges on the surface of the particles are changed to positive charges so that the particles move toward the upper electrode (that is, the (-) electrode) and are arranged regularly at a predetermined interval. do. Therefore, the wavelength of the light reflected from the particle of the sample line is different from the wavelength of the light reflected from the particle of the control line, and the inspector can visually observe the difference in the wavelength of the reflected light to determine whether the target material is included in the material to be inspected. Will be.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 색 가변 물질 또는 광 투과도 가변 물질을 이용한 검출 방법의 흐름도를 예시적으로 나타내는 도면이다.12 is a diagram illustrating a flowchart of a detection method using a color variable material or a light transmittance variable material according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 먼저 나노 입자를 합성하고 다양한 표면 물질로 코팅하여 검출 기능기 - 나노 입자 복합체를 준비할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 링커(linker)를 이용하여 나노 입자 표면에 검출 반응기를 컨쥬게이션시킬 수 있다. 다음으로, 검출 기능기 - 나노 입자 복합체가 용매에 분산되어 있는 상태로 포함되어 있는 검체선에 검사 대상 물질을 주입시키면, 나노 입자의 표면에 형성되어 있는 검출 반응기에 검출 타켓이 항원-항체(antigen-antibody) 반응 또는 정전기적 상호작용 등으로 결합하게 되고 이로 인해 나노 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성에 변화가 생길 수 있다. 다음으로, 검출 장치의 검체선과 대조선에 전기장 또는 자기장을 인가하게 되면 나노 입자들이 전기력 또는 자기력에 의해 소정의 간격을 두고 규칙적으로 배열되게 되는데. 이로 인해 발생되는 색 가변 현상을 참조로 하여 타켓 물질의 유무를 신속하고 간편하게 판별할 수 있다.Referring to FIG. 12, first, nanoparticles may be synthesized and coated with various surface materials to prepare a detection functional group-nanoparticle composite. Here, according to one embodiment of the present invention, the detection reactor may be conjugated to the surface of the nanoparticles using various linkers. Next, when the test substance is injected into the sample vessel containing the detection functional group-nanoparticle complex dispersed in a solvent, the detection target is antigen-antibody (antigen) into the detection reactor formed on the surface of the nanoparticle. -antibody) or electrostatic interactions, which can result in changes in at least one of the hydrodynamic size, shape, surface charge, and mass of the nanoparticles. Next, when an electric field or a magnetic field is applied to the sample line and the control line of the detection device, the nanoparticles are regularly arranged at predetermined intervals by electric or magnetic forces. The presence or absence of the target substance can be quickly and easily determined with reference to the color shift phenomenon generated thereby.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

110: 입자
120: 용매
130: 캡슐
140: 광투과성 필름
610: 입자
620: 용매
910: 입자
920: 검출 기능기
930: 타겟 물질
1000, 1100: 검출 장치
1010, 1110: 검출 반응기를 갖는 입자
1020, 1120: 타겟 물질
1030, 1130: 검사 대상 물질 주입구
1040, 1140: 자석 또는 전극
110: particles
120: Solvent
130: Capsule
140: light transmissive film
610: particles
620: Solvent
910 particles
920: detection function
930: target substance
1000, 1100: detection device
1010, 1110: Particles with Detection Reactor
1020, 1120: target substance
1030, 1130: Test object injection hole
1040, 1140: magnet or electrode

Claims (9)

타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 검출 반응기가 표면에 형성된 복수의 입자가 분산된 용매에 검사 대상 물질을 혼합시키는 단계, 및
상기 검사 대상 물질이 혼합된 용매에 전기장 또는 자기장을 인가하는 단계
를 포함하되,
상기 검사 대상 물질 내에 상기 타겟 물질이 포함되어 있으면, 상기 타겟 물질이 상기 검출 반응기와 결합함으로 인하여 상기 복수의 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고,
상기 특성이 변화된 복수의 입자는 상기 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 특정 범위의 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 특정 파장 범위의 광을 반사시키거나 투과시키는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
Mixing a material to be tested with a detection reactor capable of selectively binding with a target material to a solvent in which a plurality of particles formed on a surface are dispersed, and
Applying an electric field or a magnetic field to a solvent in which the test target material is mixed;
Including,
When the target material is included in the test target material, at least one of hydrodynamic size, shape, surface charge, and mass of the plurality of particles changes due to the target material binding to the detection reactor. and,
And a plurality of particles whose properties are changed are regularly arranged at intervals of a specific range as the electric or magnetic field is applied to reflect or transmit light having a specific wavelength range.
제1항에 있어서,
상기 타겟 물질에는, 단백질, DNA, RNA, 세포, 박테리아 및 바이러스 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
The target material detection method, characterized in that at least one of a protein, DNA, RNA, cells, bacteria and viruses.
제1항에 있어서,
상기 검출 반응기에는, 니켈(Ni), 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2) 및 수산화기(-OH) 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
The detection reactor, the target substance detection method characterized in that at least one of nickel (Ni), carboxyl group (-COOH), amine group (-NH 2 ) and hydroxyl group (-OH).
제1항에 있어서,
상기 검출 반응기에는, 단백질 A (Protein A), 단백질 G (Protein G), 스트렙타아비딘 (Streptavidin), Anti-AFP 및 Anti-DEP 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
The detection reactor, Protein A (Protein A), Protein G (Protein G), Streptavidin (Streptavidin), Anti-AFP and Anti-DEP at least one of the target substance detection method characterized in that it comprises.
제1항에 있어서,
상기 입자는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
And said particle comprises a superparamagnetic material.
제1항에 있어서,
상기 용매는 가시광선 투과성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
The solvent detection method of the target material, characterized in that consisting of a visible light transmitting material.
제1항에 있어서,
상기 용매는 망 구조의 고분자 및 젤(gel) 형태의 고형물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
The solvent is a target substance detection method, characterized in that it comprises at least one of a polymer of the network structure and a solid in the form of a gel (gel).
제1항에 있어서,
상기 전기장 또는 자기장이 인가된 용매로부터 반사되는 광의 파장을 참조로 하여 상기 검사 대상 물질에 상기 타켓 물질이 포함되어 있는지 여부를 판단하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 방법.
The method of claim 1,
Determining whether the target material is included in the test target material by referring to a wavelength of light reflected from the solvent to which the electric or magnetic field is applied;
Target material detection method further comprises.
타켓 물질에 선택적으로 결합할 수 있는 검출 반응기가 표면에 형성된 복수의 입자가 규칙적으로 배열된 상태로 포함되고, 검사 대상 물질이 주입될 수 있는 표시부, 및
상기 표시부에 대하여 전기장 또는 자기장을 인가하는 전자기장 발생부
를 포함하되,
상기 검사 대상 물질 내에 상기 타겟 물질이 포함되어 있으면, 상기 타겟 물질이 상기 검출 반응기를 통하여 상기 검출 반응기와 결합함으로 인하여 상기 복수의 입자의 유체역학적 크기(hydrodynamic size), 형상, 표면 전하 및 질량 중 적어도 하나의 특성이 변화하고,
상기 특성이 변화된 복수의 입자는 상기 전기장 또는 자기장이 인가됨에 따라 특정 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 특정 파장 범위의 광을 반사시키거나 투과시키는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 검출 장치.
A display unit including a plurality of particles formed on the surface of the detection reactor capable of selectively binding to the target material in a state of being regularly arranged, and into which the material to be inspected can be injected, and
Electromagnetic field generator for applying an electric or magnetic field to the display unit
Including,
When the target material is included in the test target material, at least one of the hydrodynamic size, shape, surface charge, and mass of the plurality of particles due to the target material is coupled to the detection reactor through the detection reactor. One characteristic changes,
And a plurality of particles whose properties are changed are regularly arranged at specific intervals as the electric or magnetic field is applied to reflect or transmit light in a specific wavelength range.
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