KR20140127463A - Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same - Google Patents

Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same Download PDF

Info

Publication number
KR20140127463A
KR20140127463A KR1020130045762A KR20130045762A KR20140127463A KR 20140127463 A KR20140127463 A KR 20140127463A KR 1020130045762 A KR1020130045762 A KR 1020130045762A KR 20130045762 A KR20130045762 A KR 20130045762A KR 20140127463 A KR20140127463 A KR 20140127463A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nano
metal
biochip
plasmon resonance
biochip kit
Prior art date
Application number
KR1020130045762A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101470730B1 (en
Inventor
강성호
이승아
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020130045762A priority Critical patent/KR101470730B1/en
Publication of KR20140127463A publication Critical patent/KR20140127463A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101470730B1 publication Critical patent/KR101470730B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G01N21/554Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346Nanoparticles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The present invention relates to a nano-biochip kit, which detects the existence or content of target biomolecules included in an assay sample, using plasmon resonance scattering. Also, the present invention relates to a detecting device equipped with the nano-biochip kit and a target biomolecule detection method using the nano-biochip kit. The nano-biochip kit including metal nano-particles and metal nano-patterned biochip of the present invention minimizes a matrix effect through plasmon resonance scattering which is different among metal crystals because metals forming metal nano-patterns and metal nano-particles are different from each other, and increases detection sensitivity, thereby selectively detecting metal crystals. In other words, the metal nano-particles and the metal nano-pattern display unique wavelength-dependent selective plasmon resonance scattering, so biomolecules can be selectively detected without a matrix effect by a dark-field microscope. Therefore, accuracy and reliability of an analysis result can be improved, and the detection device can be widely used for gene, protein, and cell detection whose accuracy is considered important.

Description

파장-의존성 플라즈몬 공명산란을 이용한 나노바이오칩 키트 및 이를 이용한 생체분자의 검출방법{Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same}[0001] The present invention relates to a nano-biochip kit using wavelength-dependent plasmon resonance scattering and a method for detecting biomolecules using the same,

본 발명은 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료 내 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량을 검출하기 위한 나노바이오칩 키트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 나노바이오칩 키트를 구비한 검출장치 및 상기 나노바이오칩 키트를 이용한 표적 생체분자 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano biochip kit for detecting the presence or content of a target biomolecule contained in an assay sample using plasmon resonance scattering. The present invention also relates to a detection device equipped with the nano-biochip kit and a method for detecting a target biomolecule using the nano-biochip kit.

나노바이오칩(nanobiochip)이란 바이오칩에 나노기술이 접목된 것이다. 나노바이오칩 기술은 나노기술(NT)과 생명공학기술(BT)을 결합하여 극미량의 혈액이나 뇨, 타액 등과 같은 실질적인 생체시료로 여러 유전자(DNA, RNA), 단백질, 세포 및 다양한 대사물질을 칩 상에서 여러 센서와 다양한 전처리 기능으로 직접 감지하여, 보다 빠르고 정확한 질병 진단을 가능케 함으로써 인류의 질병퇴치와 건강한 삶의 질적 향상에 혁신적으로 기여할 수 있다. 이러한 나노바이오칩은 마이크로-바이오칩(micro-biochip)에 비해 상대적으로 초소형, 저가격, 고성능, 고집적, 저전력화는 물론 적은 시료의 양과 빠른 반응 시간과 분석시간이 가능하다는 장점을 가지고 이어 차세대 바이오칩으로 주목을 받고 있으며, 생명과학, 의학, 약학, 임상 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 기대되어 빠르게 성장하고 있다.Nanobiochip is a nanotechnology integrated with biochip. Nano-biochip technology combines nanotechnology (NT) and biotechnology (BT) to produce a variety of genes (DNA, RNA), proteins, cells and various metabolites on a chip By sensing directly with various sensors and various preprocessing functions, it is possible to diagnose diseases faster and more accurately, thereby contributing to the eradication of human diseases and quality improvement of healthy life. This nano-biochip has advantages such as small size, low price, high performance, high integration, low power, relatively small amount of sample, fast reaction time and analysis time compared to micro-biochip. And is rapidly growing, expecting to make innovative changes in various fields such as life sciences, medicine, pharmacy, and clinical.

나노어레이 바이오칩은 잉크젯 나노프린팅 기술이나 전자빔 식각(e-beam lithography) 기술과 원자힘현미경-디펜나노식각(atomic force microscope-dip pen nanolithography, AFM-DPN) 기술 등과 같은 다양한 나노식각(nanolithography) 기술 등을 이용하여 하나의 칩 기질 위에 다양한 물질을 수-수백 나노미터의 크기로 나열/배열하여 제작할 수 있다.Nano-array biochips are used for various nanolithography technologies such as ink-jet nano-printing technology, e-beam lithography and atomic force microscope-dip pen nanolithography (AFM-DPN) Can be fabricated by arranging / arranging various materials in a size of several hundreds of nanometers on one chip substrate.

하지만, 초소형의 칩과 극미량의 분석물질을 사용하는 만큼 분석 물질이나 표적(target) 혹은 표지(marker) 분자를 간단하고 빠르게 고감도로 검출할 수 있는 새로운 검출방법이나 검출기의 개발이 요구되고 있는 상황이다.
However, it is required to develop new detection methods and detectors that can detect analytes, target or marker molecules easily and quickly with high sensitivity because of using ultra-small chips and trace amounts of analytes .

한편, 금속 나노결정체와 유기흡착 사이의 상호작용은 매우 관심 있는 현상(예, 플라즈몬-향상된 형광, 형광소광, 플라즈몬 에너지 전환, 그리고 분자의 플라즈몬 공명결합)으로 각광받고 있다. 특히, 금속 나노입자는 특유의 크기와 모양에 의존하여 플라즈몬 공명이 달라지기 때문에 지난 십여 년 동안 많은 관심이 집중되고 있다. 더군다나 최근 그들의 나노크기는 높은 확산계수를 유도할 수 있으며, 광전기적 성질은 화학적/물리적으로 잘 조합을 이루도록 하여 검출과정에 사용할 수 있기 때문에 탐침 검출로써 나노입자를 사용해 왔다. 그러나, 생체시료나 질병 표지물질의 고감도 판별을 위한 나노입자의 적용은 새로운 검출기술의 개발이나 신호 증폭을 통한 검출감도의 향상을 여전히 요구되고 있다. On the other hand, the interaction between metal nanocrystals and organic adsorption is attracting interest as a phenomenon of very interest (eg, plasmon-enhanced fluorescence, fluorescence quenching, plasmon energy conversion, and plasmon resonance of molecules). In particular, metal nanoparticles have been attracting much attention over the past decade because of the unique size and shape of the nanoparticles and their plasmon resonance. Moreover, their nanoscale sizes have been able to induce high diffusivity and nanoparticles have been used as probes because they can be used in the detection process by chemically / physically combining well with photophysical properties. However, application of nanoparticles for discrimination of high sensitivity of biological samples or disease markers is still required to develop new detection techniques or to improve detection sensitivity through signal amplification.

형광염료가 결합된 바이오분자나 형광나노입자(예, 양자입자)를 이용하고, 투명 기판에 형성된 금속 박막 상에서 질병진단을 위한 면역분석은 형광현미경이나 전반사형광현미경과 같은 장치를 이용하여 이미 널리 이용되고 있으나(Talanta, 2013, 104, 32-38), 이들의 민감도, 안정성, 광표백이나 소광현상과 같은 한계로 인해 최근에는 비-형광 검출의 필요성이 크게 대두되고 있다. 뿐만 아니라 공통된 광원 하에 금나노입자(gold nanoparticles, GNPs)와 은나노입자 (sliver nanoparticles, SNPs)의 크기와 모양에 따른 산란된 빛의 효율은 형광염료로부터의 발광보다 규모 및 세기의 수준이 106배(SNP의 경우) 더 높다(Anal. Biochem., 1998, 262, 157-176). Immunoassay for the diagnosis of disease on a metal thin film formed on a transparent substrate using a biomolecule or a fluorescent nanoparticle (for example, a quantum particle) combined with a fluorescent dye is already widely used by a device such as a fluorescence microscope or a total reflection fluorescence microscope (Talanta, 2013, 104, 32-38). Recently, the necessity of non-fluorescence detection has been greatly increased due to limitations such as sensitivity, stability, In addition, the efficiency of scattered light according to the size and shape of gold nanoparticles (GNPs) and silver nanoparticles (SNPs) under a common light source is 10 6 times higher than the emission from fluorescent dyes (For SNPs) (Anal. Biochem., 1998, 262, 157-176).

지금까지 플라즈몬 공명을 기본으로 다양한 형태의 센서들이 개발되어 왔다. 광학적 플라즈몬 센서들로는 국소 표면 플라즈몬 공명 이동(localized surface plasmon resonance shift, LSPR-shift)과 국소 전기장 증강(local electric field enhancement) 메카니즘으로 크게 나뉠 수 있다. LSPR-shift를 기본으로 하는 화학적 센서는 소광(extinction) 기술과 자외선/가시광선(UV/Vis) 분광기 기술을 이용하는 응집 센서(aggregation sensors)와 암시야(dark field) 현미경 기술, 탄성 산란(elastic scattering) 기술을 이용하는 국소 굴절률(local refractive index) 센서로 분류된다. 국소 전기장 증강을 기본원리로 하는 화학적 센서는 금속 입자 근처에 막대한 전자기장의 증강을 기본으로 하는 표면 증강 라만 분광기(surface enhanced raman spectroscopy)와 금속증강형광(metal enhanced fluorescence, MEF) 등이 있다. Various types of sensors based on plasmon resonance have been developed so far. Optical plasmon sensors can be divided into localized surface plasmon resonance shift (LSPR-shift) and local electric field enhancement (LEF) mechanisms. Chemical sensors based on the LSPR-shift include aggregation sensors and dark field microscopy techniques using extinction technology and UV / Vis spectroscopy techniques, elastic scattering ) Technology using a local refractive index sensor. Chemical sensors based on local electric field enhancement include surface enhanced raman spectroscopy and metal enhanced fluorescence (MEF) based on enormous electromagnetic field enhancement near metal particles.

라만 산란이론은 적외선 흡수와 관련이 있는 양자화된 진동변화와 같은 원리로부터 유래되었다. 표면증강적외선흡수 분광기(surface enhanced infrared absorption spectroscopy, SEIRAS)가 개발됨으로써 기존의 금속 나노입자 근처 분자의 적외선(infrared, IR) 신호가 향상되었다 할지라도 증진된 IR 흡수에 비해 비탄성 광산란을 기본으로 하는 화학적 센서로서의 표면 증강 라만 산란(surface enhanced raman scattering, SERS)은 물의 라만 산란이 매우 약하기 때문에 수용액 상에서도 시료 분석이 가능하다는 장점을 가진다. The Raman scattering theory comes from the same principle as the quantized oscillation change associated with infrared absorption. Although surface enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS) has been developed to improve infrared (IR) signals in molecules near conventional metal nanoparticles, the chemical absorption Surface enhanced raman scattering (SERS) as a sensor has the advantage of being able to analyze samples in aqueous solution because Raman scattering of water is very weak.

2011년도에 한국과학기술원에서는 동일한 금속 재질의 나노선과 나노입자 사이의 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR)으로 발생하는 고온의 작은 지점(hot spot) 영역의 광학적 신호를 이용한 표면 증강 라만 산란으로 다양한 화학물질의 검출, 유전자와 단백질 같은 바이오분자의 확인을 위한 분석 도구로 샌드위치 면역분석시스템에 적용과 다중 검출 가능성을 제시하기도 했다(대한민국 등록특허 제10-1059596호). 하지만, 이는 두 개의 동일한 재질의 금속결정체(Au)의 빛 산란을 직접 이용하는 검출법으로 재질이 다른 두 금속결정체들에서 발생하는 각기 다른 고유의 파장을 선택하여 서로 방해 없이 검출에 이용할 수 있는 파장-의존성을 기본으로 한 검출 방법은 아니다. In 2011, the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) developed surface enhanced Raman scattering using optical signals of hot spots generated by local surface plasmon resonance (LSPR) between nano-particles and nanoparticles of the same metal. (Korean Patent No. 10-1059596), which is applied to a sandwich immunoassay system as an analytical tool for detection of biomolecules such as genes and proteins. However, this is a detection method that directly utilizes light scattering of two identical materials of metal crystal (Au), so that it can select different unique wavelengths generated from two different metal crystals and can use wavelength- Is not based on the detection method.

물론, 질량분석과 면역 친화력의 동시연구가 가능함으로써 교차반응(cross-reactivity)의 위험을 최소화하며, 표적항체의 특이성을 향상시키는데 기여한 면역-MALDI-TOF-MS (면역-matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry)법은 최근 2012년도에 표면 플라즈몬 공명 (surface plasmon resonance, SPR)과 결합시켜 금-패턴된 칩 상에서 다중의 바이오 마커들을 분석하였다(Analyst, 2012, 137, 386-392). 하지만, 이 방법은 단일분자 검출에는 한계가 있으며, 질량피크의 감도와 항원 농도 사이의 정확한 상관관계를 현재의 실험적인 조건에서 얻기에는 어려운 점이 많다. 또한, 이 연구에서 의미하는 SPR법은 금속기질에서 반사되어 나오는 빛의 공명각 변화에 따른 분석물질의 상호작용 유무를 확인하는 방법으로 서로 다른 특유의 플라즈몬 공명산란을 갖는 두 금속결정체의 플라즈몬 공명산란 차이에 의해 방해효과를 최소화하여 고감도 선택적 검출을 하고자 하는 본 특허에서 제안하는 것과는 다른 의미를 갖는다. MALDI-TOF-MS (immuno-matrix-assisted laser desorption / mass spectrometry), which contributes to minimizing the risk of cross-reactivity and enhancing the specificity of target antibodies by enabling simultaneous analysis of mass analysis and immunoaffinity, ionization time-of-flight mass spectrometry has recently been used to combine surface plasmon resonance (SPR) in 2012 to analyze multiple biomarkers on a gold-patterned chip (Analyst, 2012, 137, 386- 392). However, this method has limitations in the detection of single molecules, and there are many difficulties in obtaining accurate correlations between the sensitivity of mass peaks and antigen concentration under current experimental conditions. In addition, the SPR method in this study is a method for confirming whether or not an analyte interacts with a change in the resonance angle of light reflected from a metal substrate. In this method, plasmon resonance scattering of two metal crystals having different specific plasmon resonance scattering Has a different meaning from that proposed in the present patent for performing high sensitivity selective detection by minimizing the disturbing effect due to the difference.

플라즈몬 공명을 기본으로 하는 암시야 산란 기술은 17세기 von Leeuwenhoek, Hooke과 Huygens에 의해 활용되어 왔다. 1903년에, Siedentopf와 Zsigmondy은 10 nm 크기보다 작은 단일 금나노입자를 관찰할 수 있다는 가능성을 처음 보여 주었다. Vainrub의 그룹은 cardioid annular condenser를 일반현미경에 장착하여 90 nm의 분해능을 갖는데 성공하였다. 최근에는, 단일분자 상호작용, 세포 내 바이러스 입자나 금속이 함유된 나노구조의 검출에 이용되었다. 2005년 Alivisatos 연구팀은 암시야 기술을 이용하여 동일한 재질의 단일나노입자(금-금, 은-은)의 플라즈몬 결합을 기본으로 하는 분자 플라즈몬 룰러(molecular plasmon rulers)라는 개념을 도입하였다(Nature Biotechnology, 2005, 23, 741-745). 이 “플라즈몬 룰러”는 일반 형광공명에너지 전이(fluorescent resonance energy transfer, FRET)를 기본으로 하는 룰러에 비해 높은 감도와 낮은 바탕잡음을 제공하며, FRET을 위한 10 nm 보다 70 nm의 분자간 거리 제한을 갖으며, DNA 분자의 혼성화 연구에 응용가능성을 제시하였다. 2009년 Ling의 그룹은 은과 금나노입자의 플라즈몬 공명산란(plasmon resonance scattering, PRS)을 수집하기 위해 일반 분광형광계를 결합시킨 암시야 현미경을 이용한 샌드위치 면역분석을 시도했다(Anal. Chem. 2009, 81, 1707-1714). 그러나, 이는 단지 두 금속입자의 PRS 성질을 개별적으로 적용하여 은나노입자가 금나노입자보다 더 강한 산란을 보이며, 유리 기질 상에서의 면역분석 시스템의 확립에 더 유용하다는 것을 증명한 것으로, 실제 질병 마커 분석에 대한 가능성이나 PRS 신호가 뚜렷이 구별되는 서로 다른 재질의 두 금속입자를 동시에 적용한 파장-의존성 연구는 수행되지 않았다. 또한, 단순히 유리기질 위에서의 분산된 바이오 분자 사이의 상호작용은 나노어레이 바이오칩 상의 패턴된 기질 위에서의 상호작용에 비해 나노입자들의 응집되는 정도에 따라 생성되는 크기가 PRS 신호의 재현성과 정확성에 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 금속-나노패턴칩 상에서 파장-의존을 기본으로 하는 향상된 암시야 산란 기술을 이용한 단일 나노입자의 고감도 선택성 검출은 여전히 보고되지 않고 있다. The technique of dark-field scattering based on plasmon resonance has been utilized by von Leeuwenhoek, Hooke and Huygens in the 17th century. In 1903, Siedentopf and Zsigmondy first demonstrated the possibility of observing single gold nanoparticles smaller than 10 nm in size. The group of Vainrub succeeded in having a resolution of 90 nm with a cardioid annular condenser mounted on a general microscope. In recent years, it has been used for the detection of single-molecule interactions, intracellular viral particles, and nanostructures containing metals. In 2005, the Alivisatos team used the concept of darkfield technology to introduce the concept of molecular plasmon rulers based on plasmon binding of single nanoparticles of the same material (gold-gold, silver-silver) (Nature Biotechnology, 2005, 23, 741-745). This "plasmon ruler" provides higher sensitivity and lower background noise than a ruler based on a common fluorescence resonance energy transfer (FRET), and has an intermolecular distance limit of 70 nm to 10 nm for FRET And suggested applicability to hybridization studies of DNA molecules. In 2009, Ling's group attempted a sandwich immunoassay using a dark-field microscope coupled with a general spectrophotometer to collect plasmon resonance scattering (PRS) of silver and gold nanoparticles (Anal. Chem. 2009, 81, 1707-1714). However, this demonstrates that silver nanoparticles show stronger scattering than gold nanoparticles and are more useful for establishing an immunoassay system on a glass substrate by applying the PRS properties of only two metal particles individually. The actual disease marker analysis And no wavelength-dependence studies have been performed simultaneously applying two metal particles of different materials with distinct PRS signals. In addition, the interaction between dispersed biomolecules on a glass substrate merely affects the reproducibility and accuracy of the PRS signal, depending on the degree of agglomeration of the nanoparticles relative to the interaction on the patterned substrate on the nanoarray biochip There is a problem that can occur. Thus, high sensitivity selectivity detection of single nanoparticles using an improved dark-field scattering technique based on wavelength-dependence on metal-nanopatterned chips has not yet been reported.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 고유의 플라즈몬 공명산란의 성질을 갖는 금속 나노바이오칩과 금속 나노입자를 이용하여 표적 생체분자를 검출할 수 있는 나노바이오칩 키트와 각각의 나노바이오칩 및 금속 나노입자 특유의 플라즈몬 공명산란을 파장-의존적으로 선택하여 검출할 수 있는 고감도 암시야 현미경을 이용한 검출 방법을 확립하여, 본 발명을 완성하였다.Under these circumstances, the inventors of the present invention have developed a nano-biochip kit capable of detecting target biomolecules using metal nano-biochips and metal nanoparticles having inherent plasmon resonance scattering properties, and a plasmon resonance characteristic specific to each nano-biochip and metal nanoparticles A detection method using a high-sensitivity dark-field microscope capable of detecting scattering in a wavelength-dependent manner has been established and the present invention has been completed.

본 발명의 하나의 목적은 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료 내 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량을 검출하기 위한 나노바이오칩 키트를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a nano biochip kit for detecting the presence or content of a target biomolecule contained in an assay sample using plasmon resonance scattering.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 나노바이오칩 키트; 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 암시야 집광장치가 장착된 암시야 현미경; 및 영상처리부를 포함하는, 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료에 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량 검출용 검출장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a nano-biochip kit of the present invention; A dark field microscope equipped with a dark field condensing device capable of collecting plasmon resonance scattering light; And a detecting unit for detecting the presence or content of the target biomolecule contained in the analysis sample using the plasmon resonance scattering.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 나노바이오칩을 이용한 표적 생체분자의 검출방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for detecting a target biomolecule using the nano-biochip of the present invention.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 한 양태로서, 본 발명은 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료 내 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량을 검출하기 위한 나노바이오칩 키트로서, (a) 기질(substrate); 상기 기질 상에 위치하고 제1금속을 포함하는 나노 패턴; 및 상기 나노 패턴의 제1금속에 연결된 포획분자;를 포함한 나노바이오칩; 및 (b) 빛 조사시 플라즈몬 공명산란 빛을 방출하는 제2금속을 포함하는 나노입자 ; 및 상기 나노입자에 연결된 검출분자;를 포함하는 나노입자 복합체;를 구비하고, 상기 포획분자 및 검출분자는 각각 표적 생체분자에 결합할 수 있는 것이고, 상기 나노바이오칩 키트는 나노바이오칩의 포획분자에 표적 생체분자 결합 시, 결합된 표적 생체분자에 검출분자가 결합되어 나노바이오칩에 나노입자 복합체가 연결되는 것이며, 빛 조사시 플라즈몬 공명산란에 의해 제1금속으로부터 방출될 수 있는 빛이, 플라즈몬 공명산란에 의해 제2금속으로부터 방출되는 빛 신호를 방해하지 않도록, 제1금속과 제2금속의 재료가 상이한 것이 특징인 나노바이오칩 키트를 제공한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a nano biochip kit for detecting the presence or content of a target biomolecule contained in an assay sample using plasmon resonance scattering, comprising: (a) a substrate; A nano pattern located on the substrate and comprising a first metal; And a capture molecule connected to the first metal of the nanopattern; And (b) a second metal that emits plasmon resonance scattering light upon illumination; And a detection molecule connected to the nanoparticle, wherein the capture molecule and the detection molecule are each capable of binding to a target biomolecule, and the nano-biochip kit is a target molecule In the biomolecule binding, the detection molecule is bound to the bound target biomolecule and the nanoparticle complex is connected to the nanobiochip. Light emitted from the first metal due to plasmon resonance scattering during the light irradiation is converted into plasmon resonance scattering Wherein a material of the first metal and a material of the second metal are different from each other so as not to interfere with the light signal emitted from the second metal.

본 발명에서 용어, "나노바이오칩 키트"란 나노바이오칩과 나노입자를 포함하는 것으로, 표적 생체분자 검출과정에서 필요한 기타 시약, 도구 등의 구성을 추가로 포함할 수 있다.The term "nano-biochip kit" in the present invention includes nano-biochips and nanoparticles, and may further include other reagents and tools necessary for the target biomolecule detection process.

본 발명에서 용어, "나노바이오칩"은 나노기술을 접목하여 제조한 바이오칩을 의미하며, 나노기술이란 기존 바이오칩에 사용되었던 기술에 비하여 칩 자체의 크기나 구성요소를 소형화하거나 감도를 향상시키거나, 기존 기술로 불가능하였던 스마트 기능을 수행할 수 있도록 하는 칩을 말한다. 본 발명에서 나노바이오칩은 바람직하게는 금속으로 나노패턴화된 바이오칩일 수 있다. 본 발명의 나노바이오칩은 다른 파장에서 파장-의존 선택적으로 흡수하는 성질을 갖는 금속 나노입자가 결합된 검출분자와 표적분자를 사이에 두고 결합될 수 있다.In the present invention, the term "nano-biochip" refers to a biochip produced by combining nanotechnology. The nanotechnology is a technology in which a size or a component of a chip itself is miniaturized, sensitivity is improved, It is a chip that enables smart functions that were impossible with technology. In the present invention, the nano-biochip may preferably be a bio-chip nanopatterned with a metal. The nano-biochip of the present invention can be bound with a target molecule bound to a detection molecule to which metal nanoparticles having a property of absorbing wavelength-dependently selectively at other wavelengths are bound.

본 발명에서 용어, "나노패턴"은 나노미터 단위의 반복된 패턴을 의미한다. 구체적으로 본 발명에서 나노패턴은 바람직하게는 0.1 ~ 1000nm의 직경을 가질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 500nm의 직경을 가질 수 있다. 상기 나노패턴의 간격(pitch)은 1 nm 내지 100 um일 수 있으며, 바람직하게는 10 nm 내지 10 um일 수 있다. 또한, 본 발명의 나노패턴은 가로 배열될 수 있다. 바람직하게는, 상기 나노패턴은 잉크젯 나노프린팅, 전자빔 식각(e-beam lithography) 및 원자힘현미경-디펜나노식각(atomic force microscope-dip pen nanolithography, AFM-DPN) 등의 나노식각(nanolithography) 기술 중 어느 하나에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 나노패턴은 금속으로 나노패턴화된 것일 수 있다. 또한, 상기 나노패턴의 형태에는 제한을 두지 않는다. 금속 나노패턴의 모양에 따라서도 프라즈몬 공명이 달라질 수 있으므로 다양한 모양에 따른 패턴을 이용하는 것이 가능하다. 바람직하게는 구형 금속 나노패턴일 수 있다. 바이오칩을 금속으로 나노패턴화할 경우에는 금속의 특성에 따라 특정 화학 반응이나 결합이 잘 일어나며, 항체, 앱타머 등의 포획분자를 연결할 때에 용이하다. 이에 따라, 본 발명의 나노패턴은 더욱 바람직하게는, 티올기(-SH)를 이용한 화합물 등과의 결합이 용이한 금 나노패턴일 수 있다.
In the present invention, the term "nanopattern" means a repeated pattern of nanometer units. Specifically, in the present invention, the nanopattern may have a diameter of preferably from 0.1 to 1000 nm, more preferably from 1 to 500 nm. The pitch of the nanopattern may be between 1 nm and 100 um, preferably between 10 nm and 10 um. In addition, the nanopattern of the present invention may be arranged in a lateral direction. Preferably, the nanopattern is a nanolithography technique such as inkjet nano-printing, e-beam lithography, and atomic force microscope-dip pen nanolithography (AFM-DPN) And is manufactured by either one. Preferably, the nanopattern may be nanopatterned with a metal. In addition, the shape of the nanopattern is not limited. Because the plasmon resonance can be varied depending on the shape of the metal nanopattern, it is possible to use patterns according to various shapes. Preferably a spherical metal nano-pattern. In the case of nanopatterning of a biochip with metal, a specific chemical reaction or binding occurs well depending on the characteristics of the metal, and it is easy to connect capture molecules such as an antibody or an aptamer. Accordingly, the nanopattern of the present invention may more preferably be a gold nanopattern that is easily bonded to a compound or the like using a thiol group (-SH).

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 본 발명에서는 나노바이오칩에 금으로 나노패턴화하였다. 구체적으로는, 금 나노패턴은 10 mm2 유리 기질 위에 전자빔식각기술 (electron beam nanolithography)을 통해 국가나노종합팹센터 (Daejeon, South Korea)에서 공정하였다. 나노어레이는 전자빔증착을 통해 100 nm와 500 nm 직경을 갖는 금 스팟을 10 μm 간격으로 4 x 5 나노배열을 하여 사용하였다(도 2).
According to a specific embodiment of the present invention, the nanobiochip is nanopatterned with gold in the present invention. Specifically, the gold nanopattern is 10 mm 2 And processed on a glass substrate by electron beam nanolithography at the National Nanotechnology Fab Center (Daejeon, South Korea). Nano-arrays were fabricated by electron beam deposition using gold spots with diameters of 100 nm and 500 nm with a 4 x 5 nano array at 10 μm intervals (Fig. 2).

본 발명에서 용어, "나노입자"는 작은 크기의 입자를 의미하며, 이때, 상기 나노입자는 그 크기가 한정되는 것이 아니라, 상기 나노입자보다 큰 입자, 즉 마이크로입자 등을 포함할 수 있으며, 특정 플라즈몬 공명산란을 일으킬 수 있는 입자라면 어떠한 크기라도 무방하다. 바람직하게는 금속으로 이루어진 나노입자일 수 있다. 나노 영역에서는 입자의 크기에 따라 색깔이 변화한다. 따라서, 일률적인 크기를 갖는 나노입자를 제조하고 실용화하는 것이 나노입자 분야의 중요한 문제라고 할 수 있다. 본 발명에서 나노입자는 바람직하게는 1~200 nm의 크기일 수 있다. 또한, 나노 영역에서는 입자의 형태에 따라 색깔이 변화한다. 따라서, 플라즈몬 공명산란을 일으킬 수 있는 입자라면 어떠한 형태라도 무방하다. 바람직하게는 본 발명의 나노입자는 표적 생체분자와 특이적으로 반응하는 검출분자와 결합할 수 있다. 본 발명에서 용어, "나노입자 복합체"란 상기 나노입자 및 상기 나노입자에 연결된 검출분자를 포함하는 복합체를 의미한다.
In the present invention, the term "nanoparticle" refers to particles of a small size. The nanoparticles are not limited in size, but may include particles larger than the nanoparticles, Any size particle that can cause plasmon resonance scattering is acceptable. Preferably nanoparticles made of metal. In the nano region, the color changes depending on the particle size. Therefore, it is an important problem in the nanoparticle field to manufacture and commercialize nanoparticles having a uniform size. In the present invention, the nanoparticles may preferably have a size of 1 to 200 nm. In addition, in the nano region, the color changes depending on the particle shape. Therefore, any particle can be used as long as it can cause plasmon resonance scattering. Preferably, the nanoparticles of the present invention can bind to a detection molecule that specifically reacts with a target biomolecule. In the present invention, the term "nanoparticle complex" refers to a complex comprising the nanoparticle and the detection molecule linked to the nanoparticle.

본 발명에서 상기 제1금속을 포함하는 나노 패턴 또는 제2금속을 포함하는 나노입자의 형태는 구형, 별형(star-shaped), 네모형, 세모형으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형일 수 있다.
In the present invention, the shape of the nanoparticle including the first metal or the nanoparticle including the second metal may be selected from the group consisting of spherical, star-shaped, quadrangular, and cubic, It can be spherical.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 본 발명에서는 은나노입자에 항체를 결합하였다. 구체적으로는 은나노입자 (SNPs)는 996 mL 고순도 에탄올에 녹인 MUA 와 MCH 용액은 SNPs 용액과 섞어 10분 동안 초음파분해 (sonication)를 통해 분산시키고, SNP 표면에 MUA-MCH가 자가조립단층 (self-assembled monolayer, SAM)을 형성하도록 약 2시간 반응시켰다. 상기 SNPs를 항체와 결합시키기 위해 우선 EDC와 Sulfo-NHS 용액을 추가하여 활성화시켰다. 이에 검출항체 (detection antibody: cTnI clone 16A11) 용액에 활성화된 SNPs를 추가하고 반응시켰다. 최종적으로 결합되지 않은 항체를 제거하여, SNP-항체를 제작하였다.
According to a specific embodiment of the present invention, an antibody is bound to silver nanoparticles in the present invention. Specifically, silver nanoparticles (SNPs) were dissolved in 996 mL of high-purity ethanol. The MUA and MCH solutions were mixed with SNPs solution and sonicated for 10 minutes. The MUA-MCH was self- assembled monolayer, SAM). To bind the SNPs to the antibody, EDC and Sulfo-NHS solutions were first added to activate them. Activated SNPs were added to detection antibody (cTnI clone 16A11) solution and reacted. Finally, unbound antibodies were removed to produce SNP-antibodies.

본 발명에서 "플라즈몬 공명산란"이란 금속 등을 나노 크기로 제조할 경우 도체인 금속 내부의 수많은 자유 전자들이 외부의 특정 자극에 쉽게 감응하게 되는데, 이러한 금속 나노결정체에 빛이 입사되면 빛이 가지는 특정 에너지 전자기장과의 공명으로 인해서 금속의 자유전자들이 집단적으로 진동하게 되며 이 과정에서 산란되는 현상을 말한다. 특히, 금, 은 등의 금속 나노 결정체들은 가시광 영역의 빛과 강하게 공명하여 흡광 및 산란이 매우 강하게 일어나게 된다. In the present invention, the term "plasmon resonance scattering" means that when a metal or the like is prepared in a nanoscale, numerous free electrons in the metal, which is a conductor, are easily sensitized to a specific external stimulus. When light enters the metal nanocrystal, The resonance with the energy electromagnetic field causes the free electrons of the metal to vibrate collectively and scatter in this process. In particular, metal nanocrystals such as gold and silver strongly resonate with light in the visible light region, resulting in very strong absorption and scattering.

한편, 플라즈몬 공명의 주파수는 금속 나노결정체의 크기나 형태, 분산되어 있는 용매 등에 의해서 달라지는데, 이에 따라 금속 나노결정체의 크기, 형태 등을 일정하게 하는 기술이 지속적으로 개발되어 왔다. 본 발명의 "파장-의존성 플라즈몬 공명산란"은 금속 나노결정체의 크기와 형태를 극도로 일정하게 한 결과, 특정 파장 범위에 대해서만 특이적으로(즉, 파장-의존적으로) 흡광 및 산란이 일어나는 현상을 말한다.
On the other hand, the frequency of plasmon resonance varies depending on the size and shape of the metal nanocrystals and the solvent in which the metal nanocrystals are dispersed. Accordingly, techniques for constantizing the size and shape of the metal nanocrystals have been continuously developed. The term "wavelength-dependent plasmon resonance scattering" of the present invention means that the size and shape of the metal nanocrystals are extremely uniform, and as a result, the phenomenon of absorption and scattering occurs specifically (i.e., wavelength- It says.

본 발명에서 용어, "생체분자"는 생체 내외에서 발견될 수 있는 물질로서, 생체에 특정 반응을 일으키거나 특정 상태나 반응에 의해 발생하는 모든 물질을 말한다. 바람직하게는, 본 발명의 생체분자는 화합물, 단백질, DNA, RNA 또는 세포일 수 있다. 본 발명에서 용어, "표적 생체분자"는 본 발명의 나노바이오칩이 존재 또는 함량을 검출하고자 하는 대상 물질을 의미하며, 구체적으로는 상기 나노바이오칩을 구성하는 포획분자 및 금속입자에 결합한 검출분자와 특이적 상호반응을 하는 물질을 의미한다.
In the present invention, the term "biomolecule" refers to any substance that can be found in and / or out of a living body, and refers to any substance that generates a specific reaction in a living body or is caused by a specific state or reaction. Preferably, the biomolecule of the present invention may be a compound, a protein, a DNA, an RNA, or a cell. In the present invention, the term "target biomolecule" refers to a substance to which the presence or content of the nano-biochip of the present invention is to be detected. Specifically, a detection molecule bound to capture molecules and metal particles constituting the nano- Means a substance that reacts to a mutual reaction.

본 발명에서 용어, "포획분자"는 나노바이오칩의 나노패턴에 고정된 분자를 의미하며, 상기 표적 생체분자와 결합하는 특징을 가지는 모든 종류의 분자를 의미한다. 또한, 본 발명에서 금속 나노입자와 결합하는 "검출분자"는 상기 표적 생체분자와 결합하는 특징을 가지는 모든 종류의 분자를 의미한다. 바람직하게는, 본 발명에서 포획분자 또는 검출분자는 단백질, 유전자, 지질, 효소, 앱타머(aptamer) 및 리간드 중 어느 하나일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 포획분자 또는 검출분자는 항체일 수 있다.In the present invention, the term "capture molecule " means a molecule immobilized on the nanopattern of the nanobiochip, and means any molecule having a characteristic of binding to the target biomolecule. In the present invention, the term "detecting molecule" which binds to the metal nanoparticles means all kinds of molecules having a characteristic of binding to the target biomolecule. Preferably, the capture molecule or the detection molecule in the present invention may be any one of a protein, a gene, a lipid, an enzyme, an aptamer and a ligand. More preferably, the capture molecule or detection molecule may be an antibody.

본 발명에서는, 각각 상이한 항원과 결합하는 포획분자를 나노패턴 상에 각 나노패턴 별 또는 구획 별로 연결시켜, 다양한 항원을 동시에 검출 또는 정량할 수 있는 나노바이오칩을 구성할 수 있다. 이 경우, 포획분자는 일반적으로 마스킹 기법(masking)을 통하여 각 나노패턴 별 또는 구획 별로 연결시킬 수 있다. 상기 포획분자를 다양하게 함에 따라, 이에 상응하는 검출분자 또한 다양한 항원에 대한 것을 이용할 수 있다.
In the present invention, a nano-biochip capable of simultaneously detecting or quantifying various antigens can be constructed by connecting capture molecules binding to different antigens to each nanopattern on a nanopattern basis or on a segment basis. In this case, the trapping molecules can be connected to each of the nanopatterns or the compartments through masking in general. As the capture molecules are varied, corresponding detection molecules and also for various antigens can be used.

본 발명에서 기질(substrate)은 유리(glass), 용융-실리카(fused-silica), 석영(quartz)이나 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 중 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 기질은 10 mm 이하의 두께, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 1 mm의 두께를 가지는 빛의 투과가 가능한 유리 또는 고분자 재질일 수 있다.
In the present invention, the substrate may be composed of any one of glass, fused-silica, quartz, polydimethylsiloxane (PDMS) and polymethylmethacrylate (PMMA) . Preferably, the substrate may be a glass or polymeric material capable of transmitting light having a thickness of 10 mm or less, most preferably 10 nm to 1 mm.

본 발명의 나노바이오칩 키트(100)에 공통적으로 적용되는 구성요소는 유전자, 단백질 및 세포 중 어느 하나인 표적 생체분자(20)와 특이적 상호반응을 하는 화합물이나 생체분자와 같은 포획분자(10), 표적 생체분자(20)와 특이적 상호반응을 하는 화합물이나 생체분자와 같은 검출분자와 결합한 금속 나노입자(나노입자 복합체, (30)) 및 포획분자(10)가 위치하는 기질(40)을 포함한다. 이러한 기질(40) 위에는 나노패턴이 형성되고 포획분자(10)는 기질(40) 위에 위치한다(도 4의 A).The components commonly applied to the nano-biochip kit 100 of the present invention include trapping molecules 10 such as compounds or biomolecules that specifically react with a target biomolecule 20, which is a gene, a protein, or a cell, A metal nanoparticle (nanoparticle complex (30)) bonded with a detection molecule such as a compound or a biomolecule that specifically interacts with the target biomolecule (20), and a substrate (40) where the capture molecule (10) . On this substrate 40 a nanopattern is formed and the capture molecules 10 are located above the substrate 40 (FIG. 4A).

구체적으로, 표적 생체분자를 검출하는 기작을 살펴보면, 1) 우선, 포획분자(10) 또는 검출분자는 단백질, 유전자, 지질, 효소, 앱타머(aptamer) 및 리간드 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 기질(40) 상에 부착된 포획분자(10)를 포함하는 나노바이오칩에 표적 생체분자(20) 포함 여부 또는 함량을 확인하기 위한 시료를 처리한다. 2) 이후, 상기 시료 처리한 나노바이오칩을 금속 나노입자에 결합한, 표적 생체분자와 특이적으로 상호반응을 하는 검출분자(30)와 상호반응시킨다. 3) 마지막으로, 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 암시야 집광장치가 장착된 암시야 현미경을 통하여, 금속 나노입자 특이적 플라즈몬 공명산란을 집광하여 표적 생체분자 존재 여부를 최종 검출한다.
Specifically, the mechanism of detecting a target biomolecule is as follows. 1) First, the capture molecule 10 or the detection molecule can be composed of any one of a protein, a gene, a lipid, an enzyme, an aptamer and a ligand. A sample for confirming the presence or content of the target biomolecule 20 is treated on the nano-biochip including the capture molecule 10 attached on the substrate 40. 2) Then, the sample-treated nano-biochip is allowed to interact with the detection molecule 30 that specifically binds to the target biomolecule bound to the metal nanoparticle. Finally, the presence of the target biomolecule is finally detected by condensing the metal nanoparticle-specific plasmon resonance scattering through a dark field microscope equipped with a dark field condensing device capable of collecting the plasmon resonance scattering light.

바람직하게는, 상기 나노바이오칩은 기질에 패턴화된 제1금속과 금속 나노입자를 구성하는 제2금속이 상이하여, 두 금속 결정체가 서로 다른 플라즈몬 공명산란 파장을 갖는 것일 수 있다. 두 금속 결정체의 구성 금속을 서로 상이하게 함으로써, 재질이 다른 두 금속 결정체들에서 발생하는 각기 다른 고유의 파장을 선택하여 서로 방해 없이 검출할 수 있다. 즉, 본 발명의 나노바이오칩은 금속 나노패턴과 금속 나노입자를 구성하는 제1금속 및 제2금속이 서로 상이함으로써 금속 결정체 간에 서로 상이한 플라즈몬 공명산란 파장을 갖게되고, 이에 따라 금속 나노입자 검출시 금속 나노패턴에 의한 방해효과를 최소화하여 검출감도를 증가시켜 각 금속 결정체를 선택적으로 검출할 수 있다.
Preferably, the nano-biochip is different in a first metal patterned on a substrate and a second metal constituting metal nanoparticles, and the two metal crystals have different plasmon resonance scattering wavelengths. By making the constituent metals of the two metal crystals different from each other, it is possible to select different intrinsic wavelengths occurring in the two metal crystals having different materials and to detect them without interfering with each other. That is, in the nano-biochip of the present invention, since the first metal and the second metal constituting the metal nanoparticles are different from each other, the metal crystals have different plasmon resonance scattering wavelengths, It is possible to selectively detect each metal crystal by increasing the detection sensitivity by minimizing the interference effect by the nano pattern.

바람직하게는, 상기 금속 나노패턴 또는 금속 나노입자를 구성하는 제1금속 또는 제2금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 금속 나노패턴을 구성하는 제1금속은 금이고, 상기 금속 나노입자를 구성하는 제2금속은 은일 수 있다.
Preferably, the first metal or the second metal constituting the metal nanoparticles or the metal nanoparticles may be selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd) More preferably, the first metal constituting the metal nanopattern may be gold, and the second metal constituting the metal nanoparticles may be silver.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, 금 나노패턴 칩과 은나노입자와 결합된 항체로 본 발명의 나노바이오칩 키트를 제작하였다. 상기 나노바이오칩 키트를 이용한 샌드위치 면역분석을 통하여 본 발명의 나노바이오칩 키트의 효능을 확인하였다. 구체적으로는, 샌드위치반응을 위해 포획항체 (capture antibody: anti-cTnI, clone 19C7)를 부착시키고, 이에 표적항원 (target antigen: cTnI standard protein)를 다양한 농도로 희석한 시료를 1시간 동안 반응시켰다. 은나노입자-항체 (anti-cTnI, clone 16A11)를 약 2시간 반응시키고, 암시야 플라즈몬 공명산란 이미징을 측정하였다(도 5 내지 도 9). In a specific embodiment of the present invention, the nano-biochip kit of the present invention was prepared with an antibody bound to gold nanoparticle chips and silver nanoparticles. The efficacy of the nano-biochip kit of the present invention was confirmed through sandwich immunoassay using the nano-biochip kit. Specifically, a capture antibody (anti-cTnI, clone 19C7) was attached to a sandwich reaction, and a sample diluted with target antigen (cTnI standard protein) at various concentrations was reacted for 1 hour. The silver nanoparticle-antibody (anti-cTnI, clone 16A11) was reacted for about 2 hours, and the dark-field plasmon resonance scattering imaging was measured (FIGS. 5 to 9).

은나노입자의 특유의 흡수파장에서 플라즈몬 공명 산란에 의한 실색 영상(밝은 파란색)과 이들에 검출항체를 결합시킨 후의 실색 영상(진한 파란색)을 비교하였다(도 5). 또한, 투과격자거울을 영상처리부와 베이스 현미경 사이에 장착하여 은나노입자와 은나노입자-항체의 빛의 회절에 따른 영상을 검출할 수 있음을 증명하였다(도 6). 금 나노패턴 칩(노란색)과 그 위에 질병관련 시료의 샌드위치 면역반응을 거친 후의 선택성 파장-의존 플라즈몬 공명산란에 의해 검출된 영상(파란색)으로, 영상처리부에 의해 실색 이미지 검출로 인해 정성 분석 뿐만 아니라 상호 분자들이 결합반응을 했음을 증명하였다(도 7). 또한, 고감도 검출 카메라를 이용하여 이들의 항원 농도에 따른 정량 분석 가능성을 보였다(도 8).(Light blue) due to plasmon resonance scattering at a specific absorption wavelength of silver nanoparticles and a false color image (dark blue) after combining the detection antibody with these (FIG. 5). In addition, it was proved that a transmission lattice mirror can be mounted between the image processing unit and the base microscope to detect images due to the diffraction of light of silver nanoparticles and silver nanoparticle-antibodies (FIG. 6). (Blue) detected by selective wavelength-dependent plasmon resonance scattering after a gold nanopattern chip (yellow) and a disease-related sample are subjected to a sandwich immune response on the gold nanopattern chip (yellow), as well as qualitative analysis (Fig. 7). In addition, high-sensitivity detection cameras were used to quantitatively analyze their antigen concentrations (Fig. 8).

금 나노패턴된 칩 위에 은나노입자-항체를 이용한 샌드위치 면역반응시킨 후의 금 나노패턴 칩의 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 현미경에 포함된 다양한 대역통과필터 (bandpass filter)를 이용해 원하는 흡수 파장에서 선택적으로 검출이 가능하다는 것을 보였다(도 9).
Deposition of Gold Nanopattern Chips After Sandwich Immunization with Gold Nanopatterned Chip on Nanoparticle-Immunoassay Various Bandpass Filters Included in Dark-Field Microscope with Improved Concentrator for Converging Plasmon Resonance Scattering Light it is possible to selectively detect at a desired absorption wavelength using a bandpass filter (Fig. 9).

본 발명에서 "분석 시료"는 본 발명의 나노바이오칩에 처리할 수 있는 시료라면 제한없이 포함하며, 특히 나노바이오칩에 균등하게 처리할 수 있는 액상 시료일 수 있다. 본 발명에서 분석 시료는 표적 생체분자를 포함할 수 있는 모든 물질일 수 있으며, 특히 생체가 노출되거나 생체에 처리되는 각종 물질들과 생체에서 분리된 물질들일 수 있다. 상기 생체에서 분리된 물질들은 구체적으로는, 혈액, 소변, 콧물, 세포, 추출된 DNA, RNA, 단백질 등일 수 있다.
In the present invention, the "analytical sample" includes any sample that can be processed into the nanobiochip of the present invention, and may be a liquid sample that can be uniformly treated on the nanobiochip. In the present invention, the analytical sample may be any substance capable of containing a target biomolecule, and may be various substances exposed to or exposed to the living body and substances separated from the living body. The substances separated from the living body may specifically be blood, urine, runny nose, cells, extracted DNA, RNA, protein, and the like.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명에 따른 나노바이오칩 키트; 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 암시야 집광장치가 장착된 암시야 현미경; 및 상기 암시야 현미경에 연결 설치되어 현미경으로부터 제공되는 영상을 처리하는 영상처리부를 포함하는, 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료에 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량 검출용 검출장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a nano biochip kit according to the present invention; A dark field microscope equipped with a dark field condensing device capable of collecting plasmon resonance scattering light; And a detection unit for detecting the presence or content of target biomolecules contained in the analysis sample using the plasmon resonance scattering, the image processing unit being connected to the darkfield microscope and processing an image provided from the microscope.

본 발명의 검출장치는 바람직하게는 투과격자 (transmission grating); 금속 할로겐 광원; 및 파장-의존성 공명산란 빛 이미지를 얻기 위한 선택성 스펙트럼 대역통과필터 (bandpass filter)를 추가로 포함할 수 있다.The detection device of the present invention preferably includes a transmission grating; Metal halide light source; And a selective spectral bandpass filter for obtaining a wavelength-dependent resonance scattering light image.

이때, 상기 현미경은 정립형 현미경으로 한정되는 것이 아니라, 도립형 현미경 등을 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치의 장착이 가능한 현미경은 모두 무방하다. At this time, the microscope is not limited to a size-type microscope, but a microscope capable of mounting an improved-condensing device capable of condensing wavelength-dependent plasmon resonance scattered light on an inverted microscope is all possible.

여기서, 상기 영상처리부는 바람직하게는 비-형광 금속성 나노입자의 3차원 이미지뿐만 아니라, z-모터를 장착하여 다양한 공간적 다중-이미지와 시간 개념이 포함된 4차원 이미지의 영상화를 구현하는 것일 수 있다. 이때, 상기 공간은 10 nm의 간격일 수 있지만, 이에 특별하게 한정되는 것은 아니다.Here, the image processing unit may preferably be a three-dimensional image of non-fluorescent metallic nanoparticles as well as a four-dimensional image including various spatial multi-images and time concepts by mounting a z-motor . At this time, the space may be an interval of 10 nm, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 검출장치는 다양한 모양, 크기, 재질에 따른 금속성 나노입자와 결합된 생체분자 시료에서도 나노입자 특유의 흡수 파장의 영향에 따른 실색-실시간 검출이 가능하도록 할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 검출장치는 비-형광 시료를 바이오칩 상에서 플라즈몬 공명산란의 원리를 기본으로 면역 분석할 수 있다.
Preferably, the detection device can perform real-time color-real-time detection according to the influence of the absorption wavelength peculiar to the nanoparticles even in a biomolecule sample combined with metallic nanoparticles according to various shapes, sizes, and materials. In particular, the detection apparatus according to the present invention can immunoassay a non-fluorescent sample on the basis of the principle of plasmon resonance scattering on a bio-chip.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 본 발명의 검출장치를 하기 설명과 같이 제작하였다. 그러나 하기의 설명은 단지 본 발명의 일 실시예에 불과한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.According to a specific embodiment of the present invention, the detection device of the present invention was produced as described below. It should be understood, however, that the following description is only illustrative of the invention and is not intended to limit the scope of the invention.

본 발명에서는 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 정립형(upright type) 현미경 검출장치(도 1a), 이에 포함된 투과격자(transmission grating)(도 1b), 상기 현미경에 이중 접속구 (dual port)에 장착된 두 개의 영상부(실색 검출이 가능한 카메라와 고감도 검출 카메라)(도 1c)를 사용하여, 본 발명의 검출장치를 제작하였다.In the present invention, an upright type microscope detection apparatus (FIG. 1A) equipped with an improved condensing apparatus capable of collecting wavelength-dependent plasmon resonance scattering light, a transmission grating (FIG. 1B) , And a detection device of the present invention was fabricated using two image portions (a camera capable of detecting a false color and a high-sensitivity detection camera) (Fig. 1C) mounted on a dual port of the microscope.

본 발명에 따른 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치가 장착된 암시야 검출장치는 현미경으로부터 제공되는 영상을 처리하는 영상처리부를 포함하며, 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치가 장착된 암시야 검출장치는 영상처리부와 베이스 현미경 사이에 배치되어 투과격자 기법을 이용하여 시료의 이미지를 획득하는 투자격자거울 또는 스펙트럼의 선택성이 가능한 대역통과필터(bandpass filter)를 더 포함될 수 있다.A dark field detection apparatus equipped with an improved-light condensing device capable of condensing wavelength-dependent plasmon resonance scattering light according to the present invention includes an image processing section for processing an image provided from a microscope, and a wavelength-dependent plasmon resonance scattering light A dark field detection device equipped with an improved concentrator capable of focusing can be used as an investment grating mirror which is disposed between the image processing section and the base microscope and acquires an image of the sample using a transmission grating technique or a spectral selectable band pass filter bandpass filter).

한편, 본 발명에 따른 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치가 장착된 암시야 검출장치는 도립형 현미경 또는 정립형 현미경을 제한없이 사용할 수 있다. 일반적으로 제물대를 기준으로 대물렌즈의 위치에 따라 도립형 또는 정립형으로 분류되며, 도립형 검출장치는 집광장치의 하부방향에 대물렌즈가 위치하며, 정립형 집광장치는 상부방향에 대물렌즈가 위치하게 된다.
On the other hand, the dark field detection apparatus equipped with the enhanced-light condensing device capable of condensing the plasmon resonance scattering light according to the present invention can use an inverted microscope or a fixed-size microscope without limitation. Generally, an object type lens is classified into an up-type or a down-type according to a position of an object lens on the basis of a object stand. In the object type detection apparatus, an objective lens is positioned in a lower direction of the light- .

본 발명에 따른 영상처리부는 상기 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치가 장착된 암시야 현미경에 연결 설치되어 현미경으로부터 제공되는 영상을 처리하여 수요자가 원하는 영상으로 출력하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 영상처리부라면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 실색 검출이 가능한 카메라와 고감도 검출 카메라를 이중으로 설치하였다(도 1c). 이때, 상기 영상처리부는 영상을 처리하기 위해 프로그램화되어 있는 컴퓨터 또는 마이크로프로세서 등과 연결되어 있는 것이 바람직하다.
The image processing unit according to the present invention is connected to a dark-field microscope equipped with an enhanced-light condensing device capable of condensing the wavelength-dependent plasmon resonance scattering light, processes the image provided from the microscope, And is not particularly limited as long as it is a typical image processing unit in the art having such a purpose. In a specific embodiment of the present invention, a camera capable of detecting false colors and a high-sensitivity detection camera are provided in duplicate (FIG. 1C). At this time, the image processing unit is preferably connected to a computer or a microprocessor that is programmed to process the image.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명의 나노바이오칩 키트를 이용한 표적 생체분자 검출방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for detecting a target biomolecule using the nano-biochip kit of the present invention.

바람직하게는 본 발명은, 상기 나노바이오칩과 분석시료를 반응시키는 단계; 상기 나노바이오칩과, 금속 나노입자와 결합한 검출분자를 반응시키는 단계; 및 상기 나노바이오칩에서 금속 나노패턴과 금속 나노입자를 검출하는 단계를 포함하는, 표적 생체분자 검출방법일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 검출하는 단계는 상기 금속 나노입자를 광다이오드 배열(photodiode arrays, PDA), 전하주입장치 (charge-injection device, CID), 전하-쌍 장치(charge-couple device, CCD), 디지털 일안 반사식 사진기 (digital single lens reflex) 중 어느 하나 이상의 방법에 의해 검출하는 것일 수 있다.Preferably, the method further comprises: reacting the nano-biochip with an analytical sample; Reacting the nanobiochip with a detection molecule bound to the metal nanoparticle; And detecting the metal nanoparticles and the metal nanoparticles in the nanobiochip. More preferably, the detecting step comprises exposing the metal nanoparticles to a photodiode array (PDA), a charge-injection device (CID), a charge-couple device (CCD) Or by a method of one or more of digital single lens reflex cameras.

본 발명에서 상기 나노바이오칩, 분석시료, 포획분자 및 표적 생체분자는 상기 설명한 바와 같다.In the present invention, the nano-biochip, the assay sample, the capture molecule, and the target biomolecule are as described above.

본 발명의 표적 생체분자 검출방법은 본 발명의 금속 나노패턴이 배열된 나노바이오칩과 검출분자와 금속 나노입자를 포함하는 나노바이오칩 키트를 이용하여, 금속 나노패턴과 금속 나노입자를 검출한다. 본 발명의 나노바이오칩 키트는 금속 나노패턴과 금속 나노입자를 구성하는 금속이 서로 상이함으로써, 상기 두 금속 결정체는 서로 다른 파장-의존적 플라즈몬 공명산란을 일으키게 되며, 이에 따라 금속 결정체 간에 방해효과를 최소화하여 본 발명에 따른 표적 생체분자 검출시 검출감도를 증가시켜 각 금속 결정체를 선택적으로 검출할 수 있게 된다.
The target biomolecule detection method of the present invention detects a metal nanoparticle and a metal nanoparticle using the nanobiochip arranged with the metal nanopattern of the present invention and the nanobiochip kit including the detection molecule and the metal nanoparticle. In the nano-biochip kit of the present invention, since the metal nanopattern and the metal constituting the metal nanoparticles are different from each other, the two metal crystals cause different wavelength-dependent plasmon resonance scattering, thereby minimizing the interference effect between the metal crystals It is possible to selectively detect each metal crystal by increasing the detection sensitivity when detecting the target biomolecules according to the present invention.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명의 나노바이오칩 키트를 이용한 질병진단의 정보제공방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for providing disease diagnosis information using the nano-biochip kit of the present invention.

바람직하게는 본 발명은, 상기 나노바이오칩 키트의 포획분자와 분석시료를 접촉시키는 단계; 상기 분석시료와 접촉시킨 포획분자에 검출분자와 결합한 금속 나노입자와 접촉시키는 단계; 상기 금속 나노입자를 광다이오드 배열(photodiode arrays, PDA), 전하주입장치 (charge-injection device, CID), 전하-쌍 장치(charge-couple device, CCD), 디지털 일안 반사식 사진기 (digital single lens reflex) 중 어느 하나에 의해 검출하는 단계; 및 상기 표적 생체분자의 검출여부에 따라 질병을 진단하는 단계를 포함하는, 나노바이오칩을 이용한 질병진단의 정보제공방법을 제공한다.Preferably, the present invention provides a method for analyzing a nano-biochip, comprising: contacting a capture molecule of the nano-biochip kit with an assay sample; Contacting the capture molecule in contact with the analytical sample with metal nanoparticles bound to the detection molecule; The metal nanoparticles can be used in various applications such as photodiode arrays (PDAs), charge-injection devices (CIDs), charge-couple devices (CCDs), digital single lens reflex cameras ); ≪ / RTI > And diagnosing disease according to whether or not the target biomolecule is detected. The present invention also provides a method for providing information on disease diagnosis using a nano-biochip.

본 발명에서 상기 나노바이오칩, 분석시료, 포획분자 및 표적 생체분자는 상기 설명한 바와 같다.In the present invention, the nano-biochip, the assay sample, the capture molecule, and the target biomolecule are as described above.

본 발명에서 용어, "질병"이란 본 발명의 나노바이오칩에 의해 표적 생체분자의 검출여부에 의해 의심될 수 있는 질병은 제한없이 포함한다. 곧, 표적 생체분자의 종류에 따라 진단 대상 질병이 정해진다. In the present invention, the term "disease" includes, without limitation, diseases susceptible to detection of a target biomolecule by the nano-biochip of the present invention. Soon, the disease to be diagnosed is determined by the type of the target biomolecule.

상기 질병은 단순히 질병뿐 아니라 개체의 상태, 유전적 특징, 시료의 생체 안정성 및 특정 대사과정의 활성화 등을 모두 포함한다. 예를 들어, 상기 질병은 표적 생체분자가 DNA, RNA, 단백질 등 특정 유전적 성분에 대한 것일 경우에는, 각종 유전적 특징, 유전병 또는 돌연변이 등을 포함할 수 있다. 또한, 표적 생체분자가 특정 질병이나 개체의 상태에 특이적으로 발현되거나 양이 조절되는 단백질인 경우에는 해당 특정 질병이나 개체의 상태를 포함할 수 있다. 아울러, 해당 표적 생체분자가 특정 질병이나 개체의 상태에서 특이적으로 발생하거나 영향을 미치거나 특정 대사과정에서 발생하는 화합물인 경우에는, 해당 특정 질병, 개체의 상태 및 특정 대사과정의 활성화를 포함할 수 있다.
Such diseases include not only disease but also all of the state of the individual, genetic characteristics, biostability of the sample and activation of a specific metabolic process. For example, the disease may include various genetic features, genetic diseases, mutations, etc., if the target biomolecule is for a particular genetic component, such as DNA, RNA, protein, and the like. In addition, if the target biomolecule is a protein specifically expressed or controlled in a specific disease or condition, it may include the state of the specific disease or individual. In addition, when the target biomolecule is a compound that specifically occurs or affects a specific disease or individual, or occurs in a specific metabolic process, it includes the activation of the specific disease, the condition of the individual, and the specific metabolic process .

상기한 바와 같은 본 발명의 금속 나노입자와 금속 나노패턴된 나노바이오칩을 포함하는 나노바이오칩 키트는 금속 나노패턴과 금속 나노입자를 구성하는 금속이 서로 상이함으로써 금속 결정체 간에 서로 다른 플라즈몬 공명산란을 통해 방해효과를 최소화하여 검출감도를 증가시켜 각 금속 결정체를 선택적으로 검출할 수 있다. 즉, 금속 나노입자와 금속 나노패턴이 각각 독특한 파장-의존성 선택적 플라즈몬 공명산란을 보임에 따라 암시야 현미경에 의해 방해효과(matrix effect) 없이 선택적으로 생체분자를 검출할 수 있다. 따라서, 분석결과의 정확도와 신뢰도가 향상되어, 검출의 정확도가 중요시되는 유전자, 단백질, 세포 등의 검출분야에서 널리 사용될 수 있다.
As described above, the nano-biochip kit including the metal nanoparticles and the metal nanopatterned nanobiochip of the present invention has a structure in which the metal constituting the metal nanoparticles and the metal nanoparticles are different from each other, The effect can be minimized and the detection sensitivity can be increased to selectively detect each metal crystal. That is, as the metal nanoparticles and the metal nanopatterns exhibit unique wavelength-dependent selective plasmon resonance scattering, biomolecules can be selectively detected by a dark-field microscope without a matrix effect. Therefore, the accuracy and reliability of the analysis result are improved, and it can be widely used in the detection field of genes, proteins, cells, etc. in which the accuracy of detection is important.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치에 관한 것으로, 도 1a는 본 발명에 따른 금 나노패턴된 칩에 반응하는 임상시료의 비-형광 검출을 위한 플라즈몬 공명산란을 이용하는 향상된 암시야 정립형(upright type) 현미경을 나타내는 실사진, 도 1b는 본 발명에 따른 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 정립형(upright type) 현미경 검출장치에 포함된 투과격자(transmission grating)를 나타내는 구성도, 도 1c는 본 발명에 따른 영상처리부로써 하나의 정립형 현미경에 이중 접속구 (dual port)에 의해 장착된 두 개의 영상부(실색 검출이 가능한 카메라와 고감도 검출 카메라)를 동시 장착한 구성도로써 함께 설명한다.
도 2는 본 발명의 금 나노패턴된 바이오칩의 실사진 및 모식도(A), DIC 이미지(B), SEM 이미지(C)이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노입자 복합체(은나노입자-항체) 제조과정을 도식화한 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 (A) 나노바이오칩 키트를 구성하는 요소들을 보여주는 모식도와 (B)금나노패턴칩과 은나노입자-항체를 이용한 Sandwich ELISA 방법을 도식화한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 은나노입자(A)와 은나노입자-항체 결합체(B)를 영상화한 실색사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 투과격자거울을 포함한 장치를 통해 얻은 은나노입자(A)와 은나노입자-항체 결합체(B) 이미지이다.
도 7는 100 nm와 500 nm 금 나노패턴된 칩(A)과 그 위에 은나노입자-항체를 이용한 샌드위치 면역반응시킨 후의 금 나노패턴 칩(B)의 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 현미경을 이용해 검출한 실색 이미지이다.
도 8은 100 nm 와 500 nm의 직경을 갖는 금 나노패턴 칩 위에 포획항체, 표적항원, 검출항체(은나노입자-항체)를 샌드위치 면역반응을 거친 후의 선택성 파장-의존 플라즈몬 공명 산란에 의해 검출된 영상의 실사진이다.
도 9는 100 nm와 500 nm 금 나노패턴된 칩 위에 은나노입자-항체를 이용한 샌드위치 면역반응 시킨 후의 다양한 대역통과필터를 포함한 금 나노패턴 칩의 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 현미경을 이용해 검출한 실색 이미지이다.
1A through 1C illustrate an enhanced-light concentrator capable of collecting wavelength-dependent plasmon resonance scattering light according to the present invention, wherein FIG. 1A illustrates a non- FIG. 1B is a microscope showing an improved upright type microscope using plasmon resonance scattering for fluorescence detection. FIG. 1B is a schematic diagram of an upright type microscope employing an enhanced condensing device capable of condensing the wavelength-dependent plasmon resonance scattering light according to the present invention. FIG. 1C is a schematic view showing a transmission grating included in an upright type microscope detection apparatus. FIG. 1C is an image processing unit according to an embodiment of the present invention. (A camera capable of detecting a false color and a high-sensitivity detection camera) are mounted at the same time.
FIG. 2 is a schematic view (A), a DIC image (B), and an SEM image (C) of a gold nanopatterned biochip of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process for producing a nanoparticle composite (silver nanoparticle-antibody) according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing elements constituting (A) a nano-biochip kit according to the present invention and (B) a sandwich ELISA method using a gold nanopattern chip and a silver nanoparticle-antibody.
Fig. 5 is a photograph showing the silver nanoparticles (A) and the silver nanoparticle-antibody conjugate (B) according to the present invention imaged.
6 is an image of a silver nanoparticle (A) and a silver nanoparticle-antibody conjugate (B) obtained through an apparatus including a transmission grating mirror according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the wavelength dependence of the wavelength-dependent plasmon resonance scattering light of a gold nanopattern chip (B) after 100 nm and 500 nm gold nanopatterned chips (A) and a sandwich immunoassay using the silver nanoparticle- It is a false color image detected using a dark field microscope equipped with an improved condensing device.
FIG. 8 is a graph showing the results of the detection of a captured antibody, a target antigen, and a detection antibody (silver nanoparticle-antibody) on a gold nanopattern chip having diameters of 100 nm and 500 nm by a selective wavelength-dependent plasmon resonance .
FIG. 9 is a graph showing the results of an enhanced focusing to collect the wavelength-dependent plasmon resonance scattering light of a gold nanopattern chip including various bandpass filters after sandwiched immunity with a silver nanoparticle-antibody on 100 nm and 500 nm gold nanopatterned chips This is a false color image detected using a dark field microscope equipped with a device.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 :  One : 나노바이오칩Nano biochip 키트의Of kit 제작 making

1-1. 시료 준비1-1. Sample Preparation

11-mercaptoundecanoic acid (MUA, 95%), 6-mercapto-1-hexanol (MCH, 97%), 1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl)carbodiimide hydrochloride (EDC), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.5%), 2-mercaptoethanol, 2-(morphozlino)ethanesulfonic acid (MES), glycine, O-[2-(3-mercaptopropionylamino)ethyl]-O-methylpolyethylene glycol (HS-PEG, 5kDa), phosphate buffered saline (PBS)는 시그마-알드리치 (St. Louis, MO, USA)사에서 구입했다. Sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide, NHSS), dithiobis(succinimidyl propionate) (DSP), Protein A/G은 Pierce (Rockford, IL, USA)사에서 구입했다. Tris(base)는 Mallinckrodt Baker, Inc. (Phillipsburg, NJ, USA)사에서 구입했다. StabilGuard는 SurModics (Eden Prairie, MN, USA)사에서 구입했다. 80 nm 은나노입자 (SNPs, 1.83 pM, 1.10 x 109 particles/mL)는 BBI Life Sciences (Cardiff, UK)사에서 구입했다. 단일클론항체 (Monoclonal mouse anti-cardiac troponin I antibody: clone 19C7 and 16A11)과 표준 human cardiac troponin I (cTnI, clone 8T53)는 HyTest (Turku, Finland)사에서 구입했다. 1 x PBS 완충용액 (pH 7.4; 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na2HPO4, 1.4 mM KH2PO4)과 50mM MES 완충용액은 0.2-μm 맴브레인 필터를 이용하여 여과하였고, UV-B (G15TE, 280-315 nm, Philips, Netherlands) 램프를 이용하여 광표백 (photo-bleaching) 하였다.
1-ethyl-3- (3-dimethylamino-propyl) carbodiimide hydrochloride (EDC), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.5%), 11-mercaptoundecanoic acid (MUA, 95%), 6-mercapto- %), 2-mercaptoethanol, 2- (morphozlino) ethanesulfonic acid (MES), glycine, O - [2- (3-mercaptopropionylamino) ethyl] - O -methylpolyethylene glycol (HS-PEG, 5kDa), phosphate buffered saline (PBS ) Were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Sulfo-NHS ( N- hydroxysulfosuccinimide, NHSS), dithiobis (succinimidyl propionate) (DSP) and Protein A / G were purchased from Pierce (Rockford, IL, USA). Tris (base) was purchased from Mallinckrodt Baker, Inc. (Phillipsburg, NJ, USA). StabilGuard was purchased from SurModics (Eden Prairie, MN, USA). 80 nm silver nanoparticles (SNPs, 1.83 pM, 1.10 x 10 9 particles / mL) were purchased from BBI Life Sciences (Cardiff, UK). Monoclonal mouse anti-cardiac troponin I antibody (clone 19C7 and 16A11) and standard human cardiac troponin I (cTnI, clone 8T53) were purchased from HyTest (Turku, Finland). 1 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4; 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na 2 HPO 4 , 1.4 mM KH 2 PO 4 ) and 50 mM MES buffer were filtered using a 0.2-μm membrane filter, B (G15TE, 280-315 nm, Philips, Netherlands) lamp.

1-2. 금 나노패턴 칩 제조 1-2. Fabrication of gold nanopattern chip

금 나노패턴은 10 mm2 유리 기질 위에 전자빔식각기술 (electron beam nanolithography)을 통해 국가나노종합팹센터 (Daejeon, South Korea)에서 공정하였다. 나노어레이는 전자빔증착을 통해 100 nm와 500 nm 직경을 갖는 금 스팟을 10 μm 간격으로 4 x 5 나노배열을 하였다(도 2). 모든 칩은 침적 (deposition)하기 전에 아세톤 (99.5% purity)으로 30초, 이소프로필 알코올 (99.9% purity)로 30초, 그리고 피라나 용액 (piranha solution, 1:1 = H2SO4:30% H2O2)로 먼저 세척하였다. 각 단계 사이에는 고순도 물로 세척하고, 세척된 칩은 질소 가스로 건조 시킨 후 건조기에 보관하였다.
Gold nanopatterns were processed on a 10 mm 2 glass substrate by electron beam nanolithography at the National Nanotechnology Fab Center (Daejeon, South Korea). Nano-arrays were fabricated by electron beam evaporation, and gold spots with diameters of 100 nm and 500 nm were arrayed in 4 x 5 nanometers at 10 μm intervals (Fig. 2). All chips 30 seconds deposited (deposition) of acetone (99.5% purity) before and 30 seconds with isopropyl alcohol (99.9% purity), and blood Rana solution (piranha solution, 1: 1 = H 2 SO 4: 30% H 2 O 2 ). Between each step was washed with high purity water, and the washed chips were dried with nitrogen gas and stored in a dryer.

1-3. 항체가 표면에 1-3. Antibody to surface 결합된 은나노입자Combined silver nanoparticles 제조 Produce

항체와 은나노입자 (SNPs)의 결합 과정은 도 3에서 도시한 바와 같다. 구체적으로는, 996 mL 고순도 에탄올에 녹인 10 mM MUA (~2.2 mg)와 30 mM MCH (3.982 mL) 용액은 80 nm SNPs 용액 3mL (final 1.35 pM)와 섞어 10분 동안 초음파분해 (sonication)를 통해 분산시키고, SNP 표면에 MUA-MCH가 자가조립단층 (self-assembled monolayer, SAM)을 형성하도록 약 2시간 반응시켰다. 그리고, 원심분리기 (12 000 rpm, 90 min, 4 oC)를 통해 고순도 증류수를 가지고 두 번 세척하였다. 50 mM MES과 0.1 M NaCl (pH 6.0)용액에 SNPs-MUA-MCH 침전물을 다시 녹였다. The binding process of the antibody and the silver nanoparticles (SNPs) is as shown in FIG. Specifically, 10 mM MUA (~ 2.2 mg) and 30 mM MCH (3.982 mL) dissolved in 996 mL of high purity ethanol were mixed with 3 mL (final 1.35 pM) of 80 nm SNPs and sonicated for 10 minutes And reacted for about 2 hours to form a self-assembled monolayer (SAM) of MUA-MCH on the SNP surface. And washed twice with high purity distilled water through a centrifuge (12 000 rpm, 90 min, 4 o C). The SNPs-MUA-MCH precipitate was re-dissolved in 50 mM MES and 0.1 M NaCl (pH 6.0).

항체와 SNPs를 결합시키기 위해 EDC와 Sulfo-NHS을 이용하였다. 40 mg EDC (2 mg/mL in 50 mM MES pH 6.0, 20 mL)과 196 mg Sulfo-NHS (2 mg/mL 1xPBS pH 7.4, 98 mL)는 2 mL SNPs-MUA-MCH 용액에 추가하였다. 30-40분 동안 실온에서 흔들어 준 후, SNPs-MUA-MCH-NHSS 용액을 원심분리기 (17,000 rpm, 30 min, 4 oC)하여 세척하고, PBS 완충용액에 다시 녹였다. 10 mg/mL 검출항체 (detection antibody: cTnI clone 16A11) 용액 1 mL에 활성화된 SNPs를 추가하고 4시간 동안 상온에서 흔들어 반응시키고 12시간 4 oC에 저장하였다. 10 mM Tris (pH 7.5)와 1 M glycine 용액 200 mL를 용액에 추가하여 15분 동안 반응시켜 과량의 반응하지 않은 hydroxylamine을 소광시킨다. 최종적으로 SNP-항체 부유물은 원심분리기 (17,000 rpm, ~90 min, 4 oC)를 이용하여 결합되지 않은 항체를 제거하였다. SNP-검출항체 (최종 농도 ~ 5.48 pM = 3.30x109 particles/mL)는 PBS 완충용액에 녹여 4 oC에 보관하였다.
EDC and Sulfo-NHS were used to bind the antibody and SNPs. To the 2 mL SNPs-MUA-MCH solution, 40 mg EDC (2 mg / mL in 50 mM MES pH 6.0, 20 mL) and 196 mg Sulfo-NHS (2 mg / mL 1xPBS pH 7.4, 98 mL) were added. After shaking at room temperature for 30-40 minutes, the SNPs-MUA-MCH-NHSS solution was washed by centrifuge (17,000 rpm, 30 min, 4 ° C) and dissolved again in PBS buffer. Activated SNPs were added to 1 mL of 10 mg / mL detection antibody (cTnI clone 16A11), shaken at room temperature for 4 hours, o C stored. Add 10 mM Tris (pH 7.5) and 200 mL of 1 M glycine solution to the solution for 15 minutes to quench the excess unreacted hydroxylamine. Finally, the SNP-antibody suspension was centrifuged (17,000 rpm, ~ 90 min, 4 o C) was used to remove unbound antibody. The SNP-detection antibody (final concentration ~ 5.48 pM = 3.30 x 10 9 particles / mL) was dissolved in PBS buffer o .

실시예Example 2 : 선택성 파장-의존  2: Selective wavelength-dependent 플라즈몬Plasmon 공명산란 검출용 암시야 현미경 시스템 Dark-field microscope system for resonance scattering detection

파장-의존 향상된 암시야 현미경 시스템 (wavelength dependent-enhanced dark-field microscopy, WD-EDFM)의 물리적 배치와 모식도는 도 1에서 보여준다. 금 나노패턴 칩 위에서 SNPs-cTnI 항체는 정립형 올림푸스 BX51 현미경 (Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo, Japan)에 향상된 암시야 조명시스템 (CytoViva, Auburn, AL, USA)을 부착시켜 사용함으로써 그들의 공명빛산란에 의해 영상화하였다. 기존의 현미경 집광장치를 대신해 CytoViva 1250 암시야 집광장치를 장착한 이 시스템은 Solarc 24 W 금속할로겐광원 (Welch Allyn, Skaneateles Falls, NY, USA)을 부착하였다. 개구수 (numerical aperture, NA)가 0.6-1.3까지 조절이 가능한 100 x 오일타입 대물렌즈를 이용하였다. 금 나노패턴 칩 상의 SNPs-cTnI 항체의 실색 공명빛산란 이미지는 니콘 D3S 디지털 카메라 (Tokyo, Japan)에 의해 수집되었다. 데이터의 수집은 MetaMorph 7.0 (Universal Imaging Co., Downingtown) 소프트웨어를 이용하였다.The physical arrangement and schematic diagram of the wavelength dependent-enhanced dark-field microscopy (WD-EDFM) is shown in FIG. On the gold nanopattern chip, SNPs-cTnI antibodies were detected by using an improved dark field illumination system (CytoViva, Auburn, AL, USA) attached to a specularized Olympus BX51 microscope (Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo, Japan) It was imaged by light scattering. The system, equipped with a CytoViva 1250 dark-light concentrator instead of a conventional microscope concentrator, was equipped with a Solarc 24 W metal halide light source (Welch Allyn, Skaneateles Falls, NY, USA). A 100 x oil type objective lens whose numerical aperture (NA) is adjustable from 0.6 to 1.3 was used. The image of the true resonance light scattering of the SNPs-cTnI antibody on the gold nanopattern chip was collected by a Nikon D3S digital camera (Tokyo, Japan). Data were collected using MetaMorph 7.0 (Universal Imaging Co., Downingtown) software.

본 발명에 따른 금 나노패턴된 칩에 반응하는 임상시료의 비-형광 검출을 위한 플라즈몬 공명산란을 이용하는 향상된 암시야 정립형(upright type) 현미경 시스템을 이용하였으며(도 1a), 본 발명에 따른 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 정립형(upright type) 현미경 검출장치(도 1a) 및 이에 포함된 투과격자(transmission grating)(도 1b)와 본 발명에서는 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된-집광장치가 장착된 암시야 현미경에 연결 설치하여 현미경으로부터 제공되는 영상을 처리하여 수요자가 원하는 영상으로 출력하기 위하여 영상처리부로, 하나의 현미경의 이중 접속구 (dual port)에 두 개의 영상처리부(다채로운 색을 검출하는 카메라와 고감도 카메라)를 동시 장착하여 사용하였다(도 1c).
An improved upright type microscope system using plasmon resonance scattering for non-fluorescence detection of clinical samples responsive to gold nanopatterned chips according to the present invention was used (Fig. 1a) (FIG. 1A) and a transmission grating (FIG. 1B) included therein, which are equipped with an improved condensing device capable of collecting the light, An improved image processing system capable of collecting wavelength-dependent plasmon resonance scattering light. An image processing unit for processing an image provided from a microscope by connecting to a dark field microscope equipped with a condensing device and outputting a desired image to a user. Two image processing units (a camera for detecting various colors and a high-sensitivity camera) were simultaneously mounted on a dual port 1c).

실시예Example 3 : 금 나노패턴 칩을 이용한 샌드위치 면역분석 3: Sandwich immunoassay using gold nanopattern chip

샌드위치 면역분석의 기본과정은 다음과 같다(도 4의 B). 금 나노패턴 칩은 DMSO에 녹인 4 mg/mL DSP에 약 30분 동안 담궜다. 그리고, DMSO 용액으로 세척 후 증류수로 다시 세척하였다. 0.1 mg/mL Protein A/G는 금 표면을 활성화시키기 위해 약 1시간 동안 반응시켰다. 반응되지 않은 succinimide 그룹은 10 mM Tris(pH 7.5)와 1 M glycine에 의해 약 30분 동안 블록킹 (blocking)하였다. 칩은 StabilGuard에 의해 약 30분 반응시켜 안정화시키고 증류수로 간단히 세척하였다. 샌드위치반응을 위해 포획항체 (capture antibody: anti-cTnI, clone 19C7) 20 mL를 1시간 동안 반응시키고 1xPBS (pH 7.4)로 세척하였다. 표적항원 (target antigen: cTnI standard protein)를 다양한 농도로 희석한 시료를 1시간 동안 반응시켰다. 1xPBS (pH 7.4)로 세척한 후, SNPs-항체 (anti-cTnI, clone 16A11) 20 mL를 약 2시간 반응시키고, 암시야 플라즈몬 공명산란 이미징을 측정하였다(도 7). SNPs와 결합한 항체는 분자 크기를 고려하여 항체분자보다 반응시간을 증가시켰다. 모든 반응 단계 사이에 1xPBS 완충액을 이용해 세척했으며, 실온에서 교반하였다.
The basic procedure of sandwich immunoassay is as follows (Fig. 4B). The gold nanopattern chip is immersed in a 4 mg / mL DSP dissolved in DMSO for about 30 minutes. After washing with DMSO solution, it was washed again with distilled water. 0.1 mg / mL Protein A / G was reacted for about 1 hour to activate the gold surface. Unreacted succinimide groups were blocked with 10 mM Tris (pH 7.5) and 1 M glycine for approximately 30 minutes. The chip was stabilized by reacting with StabilGuard for about 30 minutes and was simply rinsed with distilled water. For the sandwich reaction, 20 mL of capture antibody (anti-cTnI, clone 19C7) was reacted for 1 hour and washed with 1 × PBS (pH 7.4). The target antigen (cTnI standard protein) diluted to various concentrations was reacted for 1 hour. After washing with 1xPBS (pH 7.4), 20 mL of SNPs-antibody (anti-cTnI, clone 16A11) was reacted for about 2 hours and the dark-field plasmon resonance scattering imaging was measured (FIG. 7). Antibodies associated with SNPs increased the reaction time than antibody molecules in consideration of molecular size. Between all reaction steps was washed with 1x PBS buffer and stirred at room temperature.

도 5 내지 9는 전술한 바에 따른 결과로서, 유리 기질 위에서 80 nm 은나노입자의 특유의 흡수파장에서 플라즈몬 공명 산란에 의한 실색 영상(밝은 파란색)과 이들에 검출항체를 결합시킨 후의 실색 영상(진한 파란색)을 비교한 데이터가 도 5이다. 또한, 도 6은 투과격자거울을 영상처리부와 베이스 현미경 사이에 장착하여 은나노입자 (A)와 은나노입자-항체 (B)의 빛의 회절에 따른 영상을 검출할 수 있음을 증명하였다. 도 7은 금 나노패턴 칩과 그 위에 질병관련 시료의 샌드위치 면역반응을 거친 후의 선택성 파장-의존 플라즈몬 공명 산란에 의한 향상된 암시야 검출장치 의해 수집한 실색 이미지를 나타낸다. 여기서, (A)는 단지 전자빔 식각기술에 의해 공정된 100 nm 와 500 nm의 직경을 갖는 금 나노패턴 칩에 대한 선택성 파장-의존 플라즈몬 공명 산란에 의해 검출된 영상(금 스팟, 노란색)이고, (B)는 100 nm 와 500 nm의 직경을 갖는 금 나노패턴 칩 위에 포획항체, 표적항원(cTnI), 검출항체(은나노입자-항체)를 샌드위치 면역반응을 거친 후의 선택성 파장-의존 플라즈몬 공명 산란에 의해 검출된 영상(파란색)으로, 영상처리부에 의해 실색 이미지 검출로 인해 정성 분석뿐만 아니라 상호 분자들이 결합반응을 했음을 증명하였다. 또한, 고감도 검출 카메라를 이용하여 이들의 항원 농도에 따른 정량 분석 가능성을 확인하였다(도 8). 또한, 100 nm와 500 nm 금 나노패턴된 칩 위에 은나노입자-항체를 이용한 샌드위치 면역반응시킨 후의 금 나노패턴 칩의 파장-의존성 플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 향상된 집광장치가 장착된 암시야 현미경에 포함된 다양한 대역통과필터 (bandpass filter)를 이용해 원하는 흡수 파장에서 선택적으로 검출 가능하다는 것을 확인하였다(도 9).
FIGS. 5 to 9 show the result of the above-mentioned method. As a result of the above-mentioned results, it was found that a false-color image (bright blue) due to plasmon resonance scattering at a specific absorption wavelength of 80 nm nano- ) Is shown in Fig. In addition, FIG. 6 demonstrates that a transmissive grating mirror can be mounted between an image processing unit and a base microscope to detect images of light diffraction of silver nanoparticles (A) and silver nanoparticle-antibody (B). FIG. 7 shows a false color image collected by an improved dark field detection apparatus by selective wavelength-dependent plasmon resonance scattering after sandwich immunity reaction of a gold nanopattern chip and a disease-related sample thereon. (A) is an image (gold spot, yellow) detected by selective wavelength-dependent plasmon resonance scattering on a gold nanopattern chip having diameters of 100 nm and 500 nm, B) was characterized by selective wavelength-dependent plasmon resonance scattering after sandwich immunization with the capture antibody, target antigen (cTnI), and detection antibody (silver nanoparticle-antibody) on gold nanopattern chips having diameters of 100 nm and 500 nm In the detected image (blue), the image processing unit proved that not only the qualitative analysis but also the mutual molecules were coupled due to the detection of the false color image. In addition, the possibility of quantitative analysis according to the antigen concentration thereof was confirmed using a high-sensitivity detection camera (FIG. 8). In addition, a dark-field microscope equipped with an improved condensing device capable of collecting wavelength-dependent plasmon resonance scattering light of a gold nanopattern chip after sandwich immune reaction using a silver nanoparticle-antibody on 100 nm and 500 nm gold nanopatterned chips It is possible to selectively detect at a desired absorption wavelength by using various bandpass filters included in the optical filter (FIG. 9).

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

10 : 포획분자
20 : 표적 생체분자
30 : 검출분자와 결합한 금속 나노입자
40 : 기질
100 : 나노바이오칩 키트
10: capture molecule
20: Target biomolecule
30: Metal nanoparticles bound to the detection molecule
40: substrate
100: Nano Biochip Kit

Claims (17)

플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료 내 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량을 검출하기 위한 나노바이오칩 키트로서,
(a) 기질(substrate); 상기 기질 상에 위치하고 제1금속을 포함하는 나노 패턴; 및 상기 나노 패턴의 제1금속에 연결된 포획분자;를 포함하는 나노바이오칩; 및
(b) 빛 조사시 플라즈몬 공명산란 빛을 방출하는 제2금속을 포함하는 나노입자; 및 상기 나노입자에 연결된 검출분자;를 포함하는 나노입자 복합체;를 구비하고,
상기 포획분자 및 검출분자는 각각 표적 생체분자에 결합할 수 있는 것이고,
상기 나노바이오칩 키트는 나노바이오칩의 포획분자에 표적 생체분자 결합 시, 결합된 표적 생체분자에 검출분자가 결합되어 나노바이오칩에 나노입자 복합체가 연결되는 것이며,
빛 조사시 플라즈몬 공명산란에 의해 제1금속으로부터 방출될 수 있는 빛이, 플라즈몬 공명산란에 의해 제2금속으로부터 방출되는 빛 신호를 방해하지 않도록, 제1금속과 제2금속의 재료가 상이한 것이 특징인 나노바이오칩 키트.
A nano biochip kit for detecting the presence or content of a target biomolecule contained in an assay sample using plasmon resonance scattering,
(a) a substrate; A nano pattern located on the substrate and comprising a first metal; And a capture molecule connected to the first metal of the nanopattern; And
(b) nanoparticles comprising a second metal that emits plasmon resonance scattering light upon irradiation; And a detection molecule coupled to the nanoparticle, wherein the nanoparticle complex comprises:
The capture molecule and the detection molecule are each capable of binding to the target biomolecule,
In the nano-biochip kit, when a target biomolecule is bound to a capturing molecule of a nano-biochip, a detection molecule is bound to the bound target biomolecule, and the nanoparticle complex is connected to the nano-
The material of the first metal and the material of the second metal are different so that light that can be emitted from the first metal by the plasmon resonance scattering at the time of light irradiation does not interfere with the light signal emitted from the second metal by plasmon resonance scattering In nano biochip kit.
제1항에 있어서, 상기 표적 생체분자는 화합물, 단백질, DNA, RNA 또는 세포인 것인, 나노바이오칩 키트.
The nano biochip kit according to claim 1, wherein the target biomolecule is a compound, a protein, a DNA, an RNA, or a cell.
제1항에 있어서, 상기 포획분자 또는 검출분자는 단백질, 유전자, 지질, 효소, 앱타머(aptamer) 및 리간드 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The nano-biochip kit according to claim 1, wherein the capture molecule or the detection molecule is any one or more of a protein, a gene, a lipid, an enzyme, an aptamer, and a ligand.
제3항에 있어서, 상기 포획분자 또는 검출분자는 항체인 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The nano-biochip kit according to claim 3, wherein the capture molecule or the detection molecule is an antibody.
제1항에 있어서, 상기 기질은 유리(glass), 용융-실리카(fused-silica), 석영(quartz)이나 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The method according to claim 1, wherein the substrate is any one of glass, fused-silica, quartz, polydimethylsiloxane (PDMS), and polymethylmethacrylate (PMMA) As a nano biochip kit.
제1항에 있어서, 상기 기질은 10 nm 내지 1mm의 두께를 가지는, 빛의 투과가 가능한 유리 또는 고분자 재질인 것인, 나노바이오칩 키트.
The nano-biochip kit according to claim 1, wherein the substrate is a glass or polymer material capable of transmitting light having a thickness of 10 nm to 1 mm.
제1항에 있어서, 상기 나노패턴은 잉크젯 나노프린팅, 전자빔 식각(e-beam lithography) 및 원자힘현미경-디펜나노식각(atomic force microscope-dip pen nanolithography, AFM-DPN)을 포함하는 나노식각(nanolithography) 기술 중 어느 하나에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
2. The method of claim 1, wherein the nanopattern is selected from the group consisting of nanolithography (AFM-DPN) including ink-jet nano-printing, e-beam lithography and atomic force microscope-dip pen nanolithography ) ≪ / RTI > technology. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제7항에 있어서, 상기 나노패턴은 1 내지 500nm 범위의 직경을 갖고, 상기 나노패턴의 간격(pitch)은 10 nm 내지 10 μm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The nano-biochip kit according to claim 7, wherein the nanopattern has a diameter ranging from 1 to 500 nm, and the pitch of the nanopattern ranges from 10 nm to 10 μm.
제1항에 있어서, 상기 제1금속 또는 제2금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The nano-biochip kit according to claim 1, wherein the first metal or the second metal is selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd).
제9항에 있어서, 상기 제1금속은 금이고, 상기 제2금속은 은인 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
The nano biochip kit according to claim 9, wherein the first metal is gold and the second metal is silver.
제1항에 있어서, 상기 제1금속을 포함하는 나노 패턴 또는 제2금속을 포함하는 나노입자의 형태는 구형, 별형(star-shaped), 네모형, 세모형으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 것인, 나노바이오칩 키트.
2. The method of claim 1, wherein the nanoparticles comprising the nanopattern or the second metal comprising the first metal are selected from the group consisting of spherical, star-shaped, Nano Biochip Kit.
제11항에 있어서, 상기 나노 패턴 또는 나노입자의 형태는 구형인 것을 특징으로 하는, 나노바이오칩 키트.
12. The nano-biochip kit according to claim 11, wherein the nanopatterns or nanoparticles have a spherical shape.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 나노바이오칩 키트;
플라즈몬 공명산란 빛을 집광할 수 있는 암시야 집광장치가 장착된 암시야 현미경; 및
상기 암시야 현미경에 연결 설치되어 현미경으로부터 제공되는 영상을 처리하는 영상처리부를 포함하는, 플라즈몬 공명산란을 이용하여 분석시료에 포함된 표적 생체분자의 존재 또는 함량 검출용 검출장치.
A nano biochip kit according to any one of claims 1 to 12;
A dark field microscope equipped with a dark field condensing device capable of collecting plasmon resonance scattering light; And
And an image processing unit connected to the dark field microscope and processing an image provided from the microscope, wherein the detection unit detects the presence or content of the target biomolecule contained in the analysis sample using plasmon resonance scattering.
제13항에 있어서, 투과격자 (transmission grating); 금속 할로겐 광원; 및 파장-의존성 공명산란 빛 이미지를 얻기 위한 선택성 스펙트럼 대역통과필터 (bandpass filter)를 추가로 포함하는 것인, 검출장치.
14. The apparatus of claim 13, further comprising: a transmission grating; Metal halide light source; And a selective spectral bandpass filter for obtaining a wavelength-dependent resonance scattered light image.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 나노바이오칩 키트를 이용한 표적 생체분자 검출방법.
A method for detecting a target biomolecule using the nano-biochip kit according to any one of claims 1 to 12.
제15항에 있어서, 상기 방법은
(a) 상기 나노바이오칩과 분석시료를 반응시키는 단계;
(b) (a)단계에 따른 나노바이오칩과, 금속 나노입자와 결합한 검출분자를 반응시키는 단계; 및
(c) (b)단계에 따른 나노바이오칩에 결합되어 있는 금속 나노입자를 검출하는 단계를 포함하는, 표적 생체분자 검출방법.
16. The method of claim 15,
(a) reacting the nano-biochip with an analytical sample;
(b) reacting the nanobiochip according to step (a) with a detection molecule bound to the metal nanoparticle; And
(c) detecting the metal nanoparticles bound to the nanobiochip according to step (b).
제16항에 있어서, 상기 (c)단계의 검출하는 단계는 광다이오드 배열(photodiode arrays, PDA), 전하주입장치 (charge-injection device, CID), 전하-쌍 장치(charge-couple device, CCD), 디지털 일안 반사식 사진기 (digital single lens reflex) 중 어느 하나 이상의 방법에 의해 검출하는 것인, 표적 생체분자 검출방법.
17. The method of claim 16, wherein the detecting of the step (c) comprises the steps of: (a) forming a photodiode array (PDA), a charge-injection device (CID), a charge- , And a digital single lens reflex camera (digital single lens reflex camera).
KR1020130045762A 2013-04-24 2013-04-24 Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same KR101470730B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130045762A KR101470730B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130045762A KR101470730B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140127463A true KR20140127463A (en) 2014-11-04
KR101470730B1 KR101470730B1 (en) 2014-12-09

Family

ID=52451691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130045762A KR101470730B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101470730B1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655020B1 (en) * 2015-03-17 2016-09-06 경희대학교 산학협력단 System and method for obtaining super resolution image using resonance scattered lights of plasmon nano particles
KR101685076B1 (en) * 2015-06-03 2016-12-09 연세대학교 산학협력단 Photoconductant biosensor
KR20180024719A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 경희대학교 산학협력단 Method and System for Obtaining Images of Augmented 3D Super-resolution of Fluorescence-free Nanoparticles Using Enhanced Dark-field Illumination Based on Least-cubic Algorithm
KR20200075995A (en) * 2018-12-18 2020-06-29 한국식품연구원 Ratiometric Detection of Capsaicinoids based on Wavelength-Dependent Plasmon Inherent Elastic Scattering
WO2020197305A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 주식회사 엑소퍼트 Method for manufacturing surface-enhanced raman scattering-based substrate for detecting target substance, substrate manufactured thereby for detecting target substance, and method for detecting target substance by using same substrate
KR102428467B1 (en) * 2021-05-26 2022-08-03 경북대학교 산학협력단 Diagnosis method using plasmon phenomenon, diagnostic kit and manufacturing method of diagnostic kit
WO2022182125A1 (en) * 2021-02-23 2022-09-01 모던밸류 주식회사 Heat controller-integrated, turn-off-type droplet loading cartridge for measuring optical signal

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE489482T1 (en) * 2005-08-19 2010-12-15 Nanosphere Inc METHOD FOR PRODUCING HYBRID SUBSTRATES WITH DNA AND ANTIBODIES AND USES THEREOF
EP2351610A3 (en) * 2006-03-28 2011-10-12 Inanovate, Inc. Nano-particle biochip substrates
KR100808762B1 (en) * 2006-07-06 2008-02-29 충북대학교 산학협력단 Detecting Method For Nano Bio-Chip
KR101432073B1 (en) * 2011-05-11 2014-08-21 경희대학교 산학협력단 High sensitive combined-nanobiochip for simultaneous detection of multi-biomolecule markers and using the same information providing method of disease diagnosis

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655020B1 (en) * 2015-03-17 2016-09-06 경희대학교 산학협력단 System and method for obtaining super resolution image using resonance scattered lights of plasmon nano particles
KR101685076B1 (en) * 2015-06-03 2016-12-09 연세대학교 산학협력단 Photoconductant biosensor
KR20180024719A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 경희대학교 산학협력단 Method and System for Obtaining Images of Augmented 3D Super-resolution of Fluorescence-free Nanoparticles Using Enhanced Dark-field Illumination Based on Least-cubic Algorithm
KR20200075995A (en) * 2018-12-18 2020-06-29 한국식품연구원 Ratiometric Detection of Capsaicinoids based on Wavelength-Dependent Plasmon Inherent Elastic Scattering
WO2020197305A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 주식회사 엑소퍼트 Method for manufacturing surface-enhanced raman scattering-based substrate for detecting target substance, substrate manufactured thereby for detecting target substance, and method for detecting target substance by using same substrate
KR20200115840A (en) * 2019-03-27 2020-10-08 주식회사 엑소퍼트 A Method of manufacturing a substrate for detecting a target substance based on a surface-enhanced raman scattering, the substrate manufactured by the method and method for detecting target substance using the same
WO2022182125A1 (en) * 2021-02-23 2022-09-01 모던밸류 주식회사 Heat controller-integrated, turn-off-type droplet loading cartridge for measuring optical signal
KR102428467B1 (en) * 2021-05-26 2022-08-03 경북대학교 산학협력단 Diagnosis method using plasmon phenomenon, diagnostic kit and manufacturing method of diagnostic kit

Also Published As

Publication number Publication date
KR101470730B1 (en) 2014-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101470730B1 (en) Nanopatterned Biochip Kit based on Wavelength-Dependent Plasmon Resonance Scattering and Biomolecule Detection Method Using the Same
Wang et al. Mixed monolayers on gold nanoparticle labels for multiplexed surface-enhanced Raman scattering based immunoassays
Hong et al. Nanobiosensors based on localized surface plasmon resonance for biomarker detection
JP5175584B2 (en) Local surface plasmon resonance imaging system
US20230213507A1 (en) Optical probe for bio-sensor, optical bio-sensor including optical probe, and method for manufacturing optical probe for bio-sensor
US7989213B2 (en) Surface enhanced resonance raman scattering spectroscopy (SERRS) nanoparticle probes and methods of use
WO2016187588A1 (en) Plasmonic nanoparticles and lspr-based assays
WO2013065747A1 (en) Metal complex quantum crystals and surface enhanced raman scattering (sers) analysis method of biochemical substance using same
EP3350117B1 (en) End-cap suitable for optical fiber devices and nanoplasmonic sensors
US20110070661A1 (en) Raman-active reagents and the use thereof
Ahn et al. Ultrasensitive detection of α-fetoprotein by total internal reflection scattering-based super-resolution microscopy for superlocalization of nano-immunoplasmonics
Wersäll et al. Directional nanoplasmonic antennas for self-referenced refractometric molecular analysis
KR101768750B1 (en) A method and system for fluorescence-free detection of a target biomolecule using total internal reflection scattering
KR101514894B1 (en) A method and system for fluorecence-free detection of a target biomolecule using wavelength-dependent differential interference contrast microscopy
Han et al. Retroreflection-based optical biosensing: From concept to applications
Wang et al. Monolithic integration of nanorod arrays on microfluidic chips for fast and sensitive one-step immunoassays
US20140004528A1 (en) Spectroscopic Troponin I Detection and Quantification Using Plasmonic Nano-Materials
Abedin et al. Sensing biomolecular interactions by the luminescence of a planar gold film
Kim et al. Label-free C-reactive protein SERS detection with silver nanoparticle aggregates
WO2020075879A1 (en) Raman-active nanoparticle and method for producing same
KR101432073B1 (en) High sensitive combined-nanobiochip for simultaneous detection of multi-biomolecule markers and using the same information providing method of disease diagnosis
EP3948236A1 (en) Plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy imaging by multi-resonant nanostructures
Cui et al. Bulk phase-encoded gold nanoparticles: the fourth-generation surface-enhanced Raman scattering tag for Hg2+ ion detection
US20110195516A1 (en) Wire grid substrate structure and method for manufacturing such a substrate
KR101745897B1 (en) Method for Quantitative Screening of Viruses Using Total Internal Reflection Scattering

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 5