KR20190082570A - Method for synthesis of monodisperse magnetic amylose microbeads and its applications - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a method for manufacturing magnetic amylose microbeads in the uniform size, and a method for purifying protein, and separating and concentrating target pathogens in a sample using the same. The method for manufacturing magnetic amylose microbeads comprises the following steps: coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles and preparing a nucleation agent; and adding the nucleation agent to a substrate solution including short chain amylose (SCA) and synthesizing magnetic amylose microbeads.

Description

균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법 및 이의 응용{METHOD FOR SYNTHESIS OF MONODISPERSE MAGNETIC AMYLOSE MICROBEADS AND ITS APPLICATIONS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing magnetic amylose microbeads having uniform size,

본 발명은 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법 및 이의 응용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 크기를 갖는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법 및 타겟병원균의 분리·농축 등 타겟물질과의 친화도(affinity)와 이들이 가지고 있는 자성특성을 이용하여 시료로부터 목적하는 물질을 효율적으로 분리 정제하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing magnetic amylose microbeads having a uniform size and affinity with target materials such as separation and concentration of target pathogens, And a method for efficiently separating and purifying a desired substance from a sample using the magnetic properties of the magnetic substance.

단백질의 분리 및 정제에 응용하기 위하여, 지난 수십년 동안 높은 친밀도와 선택성을 갖고 단백질과 결합할 수 있는 다양한 종류의 리간드가 주목을 받아오고 있다(Young et al 2012 Recombinant protein expression and purification: a comprehensive review of affinity tags and microbial applications, Ha et al 2008 Purification of his-tagged proteins using Ni2+-poly(2-acetamidoacrylic acid) hydrogel). 그 중, 복합체 매트릭스(complex matrices)를 이용한 단백질의 선택적 분리 및 정제는 단백질 및 효소 엔지니어링을 위한 중요한 기술이다.A variety of ligands have been attracting attention in recent decades for applications in the separation and purification of proteins, which can bind proteins with high affinity and selectivity (Young et al. of affinity tags and microbial applications, Ha et al 2008 Purification of his-tagged proteins using Ni2 + -poly (2-acetamidoacrylic acid) hydrogel). Among them, selective separation and purification of proteins using complex matrices is an important technology for protein and enzyme engineering.

또한, 자성 입자는 단백질 정제 및 시료 내에 존재하는 타겟 물질을 선택적으로 분리하는 소재로 널리 사용이 되고 있다. 특히 식품이나 음용수 또는 환경에 적은 수로 존재하는 특정 병원균을 검출하기 위해서는 이들을 시료로부터 효과적으로 분리 농축하는 과정이 필요하며, 이때 특정병원균과 특이적으로 결합하는 수용체를 가지고 있는 자성입자를 이용하게 되면 손쉽고 간단하게 시료로부터 타겟병원균을 분리 농축하여 정확한 검출을 가능하게 한다. 이러한 수요를 충족시키기 위해 Pierce, Sigma, Thermo Fisher 등 여러 글로벌 기업에서는 다양한 종류의 자성 입자를 판매하고 있고, 이들 자성 입자는 폴리스티렌, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 고분자 베이스 소재에 자성 나노입자를 도입하여 제작이 되고 있으며 가격이 밀리리터 당 USD100-300 정도로 고가에 판매가 되고 있다. In addition, magnetic particles are widely used as a material for selectively purifying a protein and a target substance present in the sample. In particular, in order to detect specific pathogens present in small numbers in food, drinking water or the environment, it is necessary to effectively separate and concentrate them from the sample. In this case, when magnetic particles having receptors specifically binding to specific pathogens are used, The target pathogen is separated and concentrated from the sample to enable accurate detection. To meet this demand, several global companies, such as Pierce, Sigma, and Thermo Fisher, sell a wide variety of magnetic particles, and these magnetic particles are used in polymeric base materials such as polystyrene, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol It is manufactured by introducing nanoparticles, and its price is being sold at a high price of about USD100-300 per milliliter.

따라서, 아밀로오스 합성효소의 생물학적 반응을 이용하여 슈크로오스로부터 아밀로오스를 합성하고, 합성된 아밀로오스는 자기조립반응을 통해 입자의 형태로 제작되는 기술이 연구되었다. 이 기술은 아밀로오스 분자의 자기조립 과정 중 자성 나노입자를 첨가해 주게 되면 아밀로오스와 함께 입자를 형성하게 되고, 이렇게 제작된 아밀로스 자성 나노입자는 초상자성(Superparamagnetic) 특성을 가지게 되며, 이는 타겟 바이오물질을 시료로부터 선택적으로 분리하는 소재로 높은 가치를 가지고 있다. 특히 저가의 슈크로오스를 기질로 사용하며, 복잡한 공정이 필요 없는 단순한 생물학적 반응과 상온에서의 자기조립과정을 통해 제작이 되기 때문에 제작에 소요되는 비용에 있어서 상기 기술한 상용제품과 비교할 수 없을 정도도 강점을 가지고 있다.Therefore, a technique of synthesizing amylose from sucrose using the biological reaction of amylose synthase and producing the amylose in the form of particles through self-assembly reaction has been studied. When the magnetic nanoparticles are added during the self-assembly process of the amylose molecule, the amorphous nanoparticles form particles together with the amylose, and the amylose nanoparticles thus produced have superparamagnetic properties, It has high value as a material to be selectively separated from the sample. In particular, it uses low-cost sucrose as a substrate, it is produced through a simple biological reaction that does not require a complicated process and a self-assembly process at room temperature, so that the cost for production can not be compared with the commercial products described above It also has strengths.

하지만 이 기술은 고온의 가열 과정을 필요로 하고, 아밀로오스 입자에 포집되는 자성 나노입자의 양이 많지 않아 자기응답력(magnetic sensitivity)이 낮으며 만들어지는 입자의 크기가 균일하지 않는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위해, 자기응답력(magnetic sensitivity)이 높고 크기가 균일한 입자를 제조하는 기술이 요구되고 있다. 자성입자의 높은 자기응답력(magnetic sensitivity)은 신속한 분리농축에 있어서 중요하며, 균일한 입자의 크기는 자성입자가 용액에서 가지는 분산특성(dispersibility)과 비표면적의 정확한 예측에 있어서 중요하며 소재를 이용한 분리농축 공정의 재현성 확보에 있어서 필수적인 요소이다.However, this technique requires a heating process at a high temperature, and the amount of magnetic nanoparticles collected on the amylose particles is not so small, so that the magnetic sensitivity is low and the size of particles produced is not uniform. Therefore, in order to solve such a problem, there is a demand for a technique for producing particles having high magnetic sensitivity and uniform size. The high magnetic susceptibility of the magnetic particles is important for rapid separation and concentration, and the uniform particle size is important for the accurate estimation of the dispersibility and specific surface area of the magnetic particles in the solution. This is an essential factor in ensuring the reproducibility of the concentration process.

대한민국 공개특허공보 제2009-0121313호, "저항성 전분 산물의 생산"Korean Patent Publication No. 2009-0121313, "Production of a resistant starch product" 대한민국 등록특허공보 제1214572호, "환상 아밀로오스의 제조방법"Korean Patent Registration No. 1214572, "Method for producing cyclic amylose"

본 발명은 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 사용하여 단 사슬 아밀로오스의 결정화를 촉진시켜 균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조하기 위한 것이다.The present invention is to produce magnetic amylose microbeads of uniform size by promoting the crystallization of mono-chain amylose by using dextran-coated magnetic nanoparticles on the surface as a nucleating agent.

본 발명은 덱스트란-자성 나노입자 코어-쉘 구조의 핵형성제를 사용하여 자성 나노입자와 단 사슬 아밀로오스 사이의 친화력을 향상시켜 자성 나노입자의 포집량을 높이고 이에 따라 자기응답력(magnetic sensitivity)이 향상된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조하기 위한 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a magnetic nanoparticle having a magnetic nanoparticle-core structure having a core-shell structure of dextran-magnetic nanoparticles, improving the affinity between the magnetic nanoparticles and the mono-chain amylose to increase the amount of magnetic nanoparticles captured, To produce magnetic amylose microbeads.

본 발명은 핵형성제의 농도를 조절하여 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기를 균일하게 제조하고, 핵형성제의 농도는 제조되는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기 및 균일도를 결정하기 때문에 이러한 특성을 이용하여 균일한 크기의 입자를 제조하기 위한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a magnetic amylose microbead by uniformly preparing magnetic amylose microbeads by controlling the concentration of the nucleating agent and determining the size and uniformity of the magnetic amylose microbeads to be produced, To produce particles.

본 발명은 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 이용하여 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 MBP-융합 단백질을 분리하고, 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 목적 분자의 탐지 성능을 향상시키기 위한 것이다.The present invention relates to a method of separating an MBP-fusion protein using magnetic amylose microbeads prepared by using dextran-coated magnetic nanoparticles as a nucleating agent on a surface thereof and using magnetic amylose microbeads functionalized with a ligand-fused MBP protein Thereby improving the detection performance of the target molecule.

즉, 본 발명은 특정 미생물에 특이적으로 결합하는 항체를 수식하기 위하여 융합 MBP를 가교단백질로 활용하여 식품, 음용수 또는 환경에 미량으로 존재하는 병원성 미생물의 효과적인 분리농축에 사용하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 분리 농축된 타겟병원균은 이 후 PCR이나 기타 분석법을 통해 정량 검출할 수 있다.That is, the present invention is to utilize fused MBP as a crosslinked protein to effectively isolate and concentrate pathogenic microorganisms present in trace amounts in food, drinking water or the environment in order to modify an antibody specifically binding to a specific microorganism. In addition, the present invention can quantitatively detect the isolated and concentrated target pathogen through PCR or other analysis method.

본 발명은 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 이용하여 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 MBP-융합 단백질을 분리하고, 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 특정 타겟병원균 및 목적 분자의 정확한 탐지에 필요한 분리농축 수단을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a method of separating an MBP-fusion protein using magnetic amylose microbeads prepared by using dextran-coated magnetic nanoparticles as a nucleating agent on a surface thereof and using magnetic amylose microbeads functionalized with a ligand-fused MBP protein To provide a means of separate enrichment required for accurate detection of specific target pathogens and target molecules.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란(dextran)을 코팅하여 핵형성제(nucleation agent)를 제조하는 단계; 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계를 포함한다.A method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a nucleation agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles; And adding the nucleating agent to a substrate solution containing short chain amylose (SCA) to synthesize magnetic amylose microbeads.

상기 핵형성제는 코어-쉘 구조를 가지고, 코어부에는 상기 자성 나노입자를 포함하고, 쉘부는 상기 덱스트란을 포함할 수 있다.The nucleating agent may have a core-shell structure, the core portion may include the magnetic nanoparticles, and the shell portion may include the dextran.

상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기는 상기 핵형성제의 함량에 따라 조절될 수 있다.The size of the magnetic amylose microbeads may be controlled depending on the content of the nucleating agent.

상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기는 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 합성 시간에 따라 조절될 수 있다.The size of the magnetic amylose microbeads can be controlled according to the synthesis time of the magnetic amylose microbeads.

상기 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계는, 아밀로오스 합성효소를 준비하는 단계; 기질 및 용매를 포함하는 기질 용액을 준비하는 단계; 및 상기 아밀로오스 합성효소를 상기 기질 용액에 첨가하고 효소 반응시켜 단 사슬 아밀로오스를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of synthesizing the magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to the substrate solution containing the short chain amylose (SCA) comprises: preparing an amylose synthase; Preparing a substrate solution comprising a substrate and a solvent; And adding the amylose synthase to the substrate solution and performing an enzymatic reaction to synthesize mono-chain amylose.

상기 아밀로오스 합성효소는 아밀로슈크라제(amylosucrase), 포스포릴라아제(phosphorylase), 전분합성효소(starch synthase), 아밀라제 및 D-효소(D-enzyme) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The amylose synthase may include at least one of amylosucrase, phosphorylase, starch synthase, amylase, and D-enzyme.

상기 자성 나노입자는 산화철 나노입자일 수 있다.The magnetic nanoparticles may be iron oxide nanoparticles.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된다.The magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention are produced by the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention.

상기 자성 아밀로오스 마이크로비드는 막대(rod) 형상일 수 있다.The magnetic amylose microbeads may be in the form of a rod.

상기 자성 아밀로오스 마이크로비드는 치료용 물질, 진단용 물질, 기능성 건강식품 소재 포장제, 코팅제 또는 크로마토그래피용 레진에 이용될 수 있다.The magnetic amylose microbeads can be used for therapeutic substances, diagnostic substances, packaging materials for functional health food materials, coating agents or chromatography resins.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계; 단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계; 타겟병원균을 포함하고 있는 시료에 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드를 첨가 후 이에 타겟병원균을 결합시키는 단계; 및 상기 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계를 포함한다.A method for isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention comprises: preparing a nucleating agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles; Synthesizing magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose; Adding the magnetic amylose microbeads to a sample containing target pathogens and then binding target pathogens thereto; And separating and concentrating the magnetic amylose microbeads to which the target pathogen is bound.

상기 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계는, 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 타겟병원균에 대한 경쟁적 바인더를 첨가하여 상기 아밀로오스 자성 비드로부터 타겟병원균을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The step of isolating and concentrating the magnetic amylose microbeads bound to the target pathogen may include a step of separating the target pathogen from the amylose magnetic beads by adding a competitive binder to the target pathogen on the surface of the magnetic amylose microbeads .

상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면은 MBP-SPG 융합단백질을 가교제로 이용하여 상기 타겟병원균에 특이적인 항체가 수식될 수 있다.The surface of the magnetic amylose microbeads may be modified with an antibody specific to the target pathogen using MBP-SPG fusion protein as a cross-linking agent.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계; 단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계; 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드에 목적 단백질을 결합시키는 단계; 및 상기 목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 정제하는 단계를 포함한다. A method for purifying a target protein using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes: preparing a nucleating agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles; Synthesizing magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose; Binding the desired protein to the magnetic amylose microbeads; And separating and purifying magnetic amylose microbeads to which the target protein is bound.

상기 목적 단백질은 MBP(maltose binding proteins)-융합 단백질(MBP-tagged protein)일 수 있다.The target protein may be a maltose binding protein (MBP) -fused protein (MBP-tagged protein).

상기 목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 정제하는 단계는, 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 목적 단백질에 대한 경쟁적 바인더를 첨가하여 상기 아밀로오스 자성 비드로부터 상기 목적 단백질을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The step of isolating and purifying the magnetic amylose microbeads to which the objective protein is bound may include separating the target protein from the amylose magnetic beads by adding a competitive binder to the target protein on the surface of the magnetic amylose microbeads have.

본 발명의 실시예에 따르면, 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 사용하여 단 사슬 아밀로오스의 결정화를 촉진시켜 균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, magnetic nanoparticles coated with dextran on the surface can be used as a nucleating agent to promote crystallization of mono-chain amylose to produce magnetic amylose microbeads of uniform size.

본 발명의 실시예에 따르면, 덱스트란-자성 나노입자 코어-쉘 구조의 핵형성제를 사용하여 자성 나노입자와 단 사슬 아밀로오스 사이의 친화력을 향상시켜 자성 나노입자의 포집률을 향상시키고, 따라서 자기응답력이 향상된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the nucleation agent of the dextran-magnetic nanoparticle core-shell structure is used to improve the affinity between the magnetic nanoparticles and the single-chain amylose to improve the collection efficiency of the magnetic nanoparticles, This improved magnetic amylose microbead can be produced.

본 발명의 실시예에 따르면, 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 이용하여 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 MBP-융합 단백질을 분리하고, 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 목적 분자의 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, MBP-fusion protein is separated using magnetic amylose microbeads prepared by using dextran-coated magnetic nanoparticles as a nucleating agent on the surface, and ligand-fusion MBP protein is functionalized with magnetic Amylose microbeads can be used to enhance the detection performance of the target molecule.

본 발명의 실시예에 따르면, 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 이용하여 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 MBP-융합 단백질을 분리하고, 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 목적 분자의 탐지 비용을 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, MBP-fusion protein is separated using magnetic amylose microbeads prepared by using dextran-coated magnetic nanoparticles as a nucleating agent on the surface, and ligand-fusion MBP protein is functionalized with magnetic Amylose microbeads can be used to reduce the detection cost of the target molecule.

본 발명의 실시예에 따르면, 자성 아밀로오스 마이크로비드에 MBP-SPG 융합단백질을 가교제로 사용하여 타겟병원균에 특이적으로 결합하는 항체를 수식하고 이를 이용하여 시료에 존재하는 타겟병원균을 분리 및 농축함으로써, 분리 및 농축된 타겟병원균은 PCR이나 기타 분석방법을 이용하여 정량적 검출이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, an MBP-SPG fusion protein is used as a cross-linking agent in magnetic amylose microbeads to modify an antibody specifically binding to a target pathogen, and by isolating and concentrating the target pathogen present in the sample, Separated and concentrated target pathogens can be quantitatively detected using PCR or other analytical methods.

본 발명의 실시예에 따르면, 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 사용하여 작은 부피의 단백질 분리 및 정제, 바이오 센서 및 엑추에이터(actuator)와 같은 다양한 분야에 응용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, magnetic amylose microbeads functionalized with a ligand-fused MBP protein can be used in various fields such as small volume protein separation and purification, biosensors and actuators.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법에 사용된 핵형성제의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a는 핵형성제의 투과전자현미경(Transmission electron microscopy; TEM) 결과 이미지를 도시한 것이고, 도 2b는 핵형성제의 크기 분포를 도시한 그래프이다.
도 2c는 핵형성제를 구성하고 있는 덱스트란 및 산화철 나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 2d는 γ-Fe2O3(i), 핵형성제(ii), Fe3O4의 기준 패턴(reference patterns)(iii) 및 γ-Fe2O3 의 기준 패턴(iv)에 대한 X-선회절 분석법(X-ray Diffraction Spectroscopy; XRD) 결과를 도시한 그래프이다.
도 3a는 핵형성제 없이 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.
도 4a는 핵형성제의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기(평균 직경)를 도시한 그래프이다.
도 4b는 합성 시간에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기(평균 직경)를 도시한 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과 이미지 및 크기 분포를 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 전자 맵핑(electron mapping) 및 투과전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.
도 5c는 말토오스 결합단백질-녹색형광단백질(MBP-GFP) 융합단백질이 기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형광 현미경(Fluorescence microscopy) 이미지 결과를 도시한 이미지이다.
도 5d는 용액 내에 분산되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 외부 자력에 의한 반응을 도시한 이미지이다.
도 6a는 인산완충식염수(phosphate buffer saline ; PBS) 내의 박테리아 수에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.
도 6b는 우유 내의 박테리아 수에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.
도 6c는 대장균(E. coli), 바실러스 세레우스 균(Bacillus cereus), 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus) 및 비브리오 콜레라(Vibrio cholera)에 대한 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.
도 6d는 박테리아 분리에 대한 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 재활용성(Number of Recycling)을 도시한 그래프(왼쪽) 및 각 사이클에서의 FITC-Ab-기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형광 현미경 이미지(오른쪽) 결과를 도시한 이미지이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드를 도시한 이미지이다.
도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이고, 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드의 투과전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a view showing a method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the structure of a nucleating agent used in a method of producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2A is a transmission electron microscopy (TEM) image of a nucleating agent, and FIG. 2B is a graph showing a size distribution of a nucleating agent.
FIG. 2C is a graph showing FT-IR spectra of dextran and iron oxide nanoparticles constituting the nucleating agent. FIG.
Figure 2d is X- for the reference pattern (iv) of the γ-Fe 2 O 3 (i ), nucleating agent (ii), Fe 3 O 4 reference pattern (reference patterns) (iii), and γ-Fe 2 O 3 of Ray diffraction spectroscopy (XRD).
FIG. 3A is an image showing a result of scanning electron microscopy of a magnetic amylose microbead produced without a nucleating agent, and FIG. 3B is an image showing a result of scanning electron microscopy of a magnetic amylose microbead according to an embodiment of the present invention.
4A is a graph showing the size (average diameter) of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention according to the concentration of the nucleating agent.
4B is a graph showing the size (average diameter) of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention with respect to the synthesis time.
5A is a graph showing a scanning electron microscopic result image and a size distribution of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.
5B is an image showing electron mapping and transmission electron microscopic results of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5c is an image showing fluorescence microscopy image of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention in which maltose binding protein-green fluorescent protein (MBP-GFP) fusion protein is functionalized.
5D is an image showing the reaction of magnetic amylose microbeads dispersed in a solution according to an embodiment of the present invention by external magnetic force.
6A is a graph showing the collection efficiency of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention, depending on the number of bacteria in a phosphate buffer saline (PBS).
6B is a graph showing the collection efficiency of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention according to the number of bacteria in the milk.
FIG. 6c shows the efficiency of collecting magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention against E. coli, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus and Vibrio cholera FIG.
Figure 6d is a graph showing the number of recycling of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the invention for bacterial isolation (left) and FITC-Ab-functionalized embodiments of the invention in each cycle (Right) image of the magnetic amylose microbeads according to the present invention.
FIGS. 7A to 7C are images showing rod-shaped magnetic amylose microbeads prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7d is an image showing a scanning electron microscope result of a bar-shaped magnetic amylose microbead produced by the method of manufacturing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an image showing a transmission electron microscope result of a bar-shaped magnetic amylose microbead produced by a method of producing a microbead. FIG.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a view showing a method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란(dextran)을 코팅하여 핵형성제(nucleation agent; Dex@IONPs)를 제조하는 단계(S110) 및 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 합성하는 단계(S120)를 포함한다.The method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes the steps of (S110) preparing a nucleation agent (Dex @ IONPs) by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles (S110) (S120) by adding a nucleating agent (Dex @ IONPs) to a substrate solution containing short chain amylose (SCA) to synthesize magnetic amylose microbeads (SAMBs).

단계 S110에서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란(dextran)을 코팅하여 핵형성제(Dex@IONPs)를 제조한다.In step S110, a method of producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes coating a surface of magnetic nanoparticles with dextran to prepare a nucleating agent (Dex @ IONPs).

보다 구체적으로, 단계 S110는 용매 내에 자성 나노입자 전구체 및 덱스트란을 첨가하여 핵형성제 용액을 제조하는 단계 및 핵형성제 용액을 초음파 처리하는 단계를 포함할 수 있다.More specifically, step S110 may comprise adding a magnetic nanoparticle precursor and dextran to the solvent to produce a nucleator solution and sonicating the nucleator solution.

먼저, 용매 내에 자성 나노입자 전구체 및 덱스트란을 첨가하여 핵형성제 용액을 제조한다.First, a magnetic nanoparticle precursor and dextran are added into a solvent to prepare a nucleating agent solution.

바람직하게는, 자성 나노입자 전구체로는 염화제이철 육수화물(FeCl3 ·6H2O) 및 염화제일철 사수화물(FeCl4H2O) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Preferably, the magnetic nanoparticle precursor may include at least one of ferric chloride hexahydrate (FeCl 3 · 6H 2 O) and ferrous chloride tetrahydrate (FeCl 2 · 4H 2 O) .

용매로는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 용매로는 탈이온수가 사용될 수 있다.The solvent is not particularly limited, but deionized water may be preferably used as the solvent.

또한, 핵형성제 용액은 침전제를 포함할 수 있고, 침전제로는 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화암모늄(NH4OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 침전제는 핵형성제 용액의 pH를 9 - 12 범위로 조절할 수 있다.In addition, the nucleating agent solution may comprise a precipitation agent, a precipitating agent may comprise at least one of a sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hydroxide (NH 4 OH), the precipitating agent is the pH of the nucleating agent solution 9 - 12 Range.

또한, 핵형성제 용액을 초음파 처리하는 단계는 핵형성제 용액을 1분 내지 20분 동안 초음파 처리할 수 있다.In addition, the step of sonicating the nucleating agent solution can sonicate the nucleating agent solution for 1 to 20 minutes.

초음파 처리 시간이 1분 미만이면 핵형성제(Dex@IONPs)가 완전히 생성되지 않고, 20분을 초과하면 핵형성제(Dex@IONPs)의 크기가 작아지는 문제가 있다.If the ultrasonic treatment time is less than 1 minute, the nucleating agent (Dex @ IONPs) is not completely formed, and if it exceeds 20 minutes, the size of the nucleating agent (Dex @ IONPs) becomes small.

초음파 처리가 완료되면 핵형성제 용액 내에 핵형성제(Dex@IONPs)가 침전된다. 따라서, 상등액은 버리고 침전된 핵형성제(Dex@IONPs)를 3차 증류수로서 세척액의 pH가 6~7이될 때까지 세척하여 수득한다. pH를 6~7로 한정하는 이유는 중성으로 조절하여 핵형성제(Dex@IONPs)를 안정화시키기 위한 것이다.Upon completion of the sonication, a nucleating agent (Dex @ IONPs) precipitates in the nucleating agent solution. Thus, the supernatant is discarded and the precipitated nucleating agent (Dex @ IONPs) is obtained as a tertiary distilled water by washing until the pH of the washings is 6-7. The reason for limiting the pH to 6-7 is to stabilize the nucleating agent (Dex @ IONPs) by neutral control.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 핵형성제 용액을 초음파 처리함으로써, 빠르게 분산시켜 안전한 콜로이드 용액을 제조할 수 있고, 핵형성제(Dex@IONPs)가 응집되는 핵형성제(Dex@IONPs) 응집 현상을 방지할 수 있다.Therefore, in the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention, a safe colloidal solution can be prepared by rapidly dispersing the ultrasonic wave of the nucleating agent solution, and the nucleating agent (Dex @ IONPs) Dex @ IONPs) can be prevented.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 따라 제조된 핵형성제(Dex@IONPs)는 코어-쉘 구조를 가질 수 있고, 코어-쉘 구조는 도 1b에서 상세히 설명하기로 한다.The nucleating agent (Dex @ IONPs) prepared according to the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention may have a core-shell structure, and the core-shell structure will be described in detail in FIG. 1B.

도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 따라 제조된 핵형성제의 구조를 도시한 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view showing the structure of a nucleating agent prepared according to a method of producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 따라 제조된 핵형성제(Dex@IONPs)는 코어-쉘 구조를 가질 수 있고, 코어부(110)에는 자성 나노입자를 포함하고, 쉘부(120)는 덱스트란을 포함할 수 있다.The core forming material (Dex @ IONPs) prepared according to the manufacturing method of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention may have a core-shell structure, the core portion 110 includes magnetic nanoparticles, 120) can include dextran.

코어부(110)에 포함되는 자성 나노입자는 자성을 띄는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금으로 이루어진 것이라면 제한없이 사용될 수 있고, 금속 물질은 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 및 Cr 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, p 및 q는 각각 식 0 < p ≤3 및 0 < q ≤5이다.)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, NiFeCo 및 MnFe2O4 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The magnetic nanoparticles included in the core portion 110 may be used without limitation as long as the magnetic nanoparticles are composed of a magnetic metal material, a magnetic material, or a magnetic alloy, and the metal material includes at least one of Pt, Pd, Ag, Cu, may be, of the magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM '2 O 4, and MpOq (M and M' are each independently selected from Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, and Cr And 0 < p < 3 and 0 &lt; q &lt; 5), and the magnetic alloy may include at least one of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, NiFeCo, and MnFe 2 O 4 .

바람직하게는, 자성 나노입자는 산화철 나노입자를 포함하고, 더욱 바람직하게는, 자성 나노입자는 2 ㎚ 내지 20 ㎚의 직경을 갖는 마그헤마이트(Fe2O3) 및 마그네타이트(Fe3O4) 중 적어도 하나를 포함함으로써 초상자성(SPIO 혹은 USPIO)을 가질 수 있다.Preferably, the magnetic nanoparticles include iron oxide nanoparticles. More preferably, the magnetic nanoparticles are selected from the group consisting of maghemite (Fe 2 O 3 ) and magnetite (Fe 3 O 4 ) having a diameter of 2 nm to 20 nm, (SPIO or USPIO) by including at least one of them.

자성 나노입자 표면에 코팅되는 쉘부(120)로 덱스트란을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않고, 키토산, 녹말 또는 올리고당과 같은 다당질류가 사용될 수 있다.It is preferable to use dextran as the shell 120 coated on the surface of the magnetic nanoparticles, but polysaccharides such as chitosan, starch or oligosaccharide can be used without limitation.

자성 나노입자를 이용하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조하는 종래의 경우, 자성 나노입자가 쉘부(120)를 포함하지 않기 때문에 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면에 자성 나노입자가 형성되어, 자성 아밀로오스 마이크로비드 간의 응집력이 향상되어 균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조할 수 없다.In the conventional case of producing magnetic amylose microbeads using magnetic nanoparticles, magnetic nanoparticles are formed on the surface of the magnetic amylose microbeads because the magnetic nanoparticles do not include the shell part 120, so that the cohesion between the magnetic amylose microbeads The magnetic amylose microbeads of uniform size can not be produced.

또한, 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면에 형성된 자성 나노입자로 인해 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면을 기능화하기가 어렵다.In addition, it is difficult to functionalize the surface of the magnetic amylose microbeads due to the magnetic nanoparticles formed on the surface of the magnetic amylose microbeads.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 따라 제조된 핵형성제(Dex@IONPs)는 코어부(110)에는 자성 나노입자를 포함하고, 쉘부(120)에는 덱스트란을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지기 때문에, 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 표면에 자성 나노입자가 노출되지 않아, 자성 나노입자 간 발생할 수 있는 응집력을 감소시켜, 균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 제조할 수 있다.However, the nucleating agent (Dex @ IONPs) prepared according to the method of manufacturing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention includes magnetic nanoparticles in the core portion 110 and dextrane in the shell portion 120 The magnetic nanoparticles are not exposed on the surface of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) to reduce the cohesive force that may occur between the magnetic nanoparticles, and the magnetic amylose microbeads (SAMBs) Can be produced.

또한, 핵형성제는 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs) 제작 반응 중 핵형성 반응을 촉진시켜 짧은 시간 내에 핵형성을 유발하기 때문에 제조되는 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기를 균일하게 형성시켜줄 수 있다.In addition, since the nucleating agent promotes nucleation reaction during the reaction of producing magnetic amylose microbeads (SAMBs) and induces nucleation in a short time, the size of magnetic amylose microbeads (SAMBs) can be uniformly formed.

그러나, 핵형성제가 없는 종래 반응의 경우 반응시간 전체에 거쳐 핵형성이 발생하기 때문에 만들어지는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기가 균일하지 않는 문제가 있다.However, in the case of the conventional reaction without nucleating agent, since the nucleation occurs throughout the reaction time, there is a problem that the size of magnetic amylose microbeads produced is not uniform.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법을 따라 제조된 핵형성제는 쉘부(120)에 덱스트란을 포함하기 때문에 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면을 기능화하기 용이하다.Also, since the nucleating agent prepared according to the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention includes dextran in the shell part 120, it is easy to functionalize the surface of the magnetic amylose microbeads.

다시 도 1a를 참조하면, 단계 S120에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계를 진행한다.1A, in step S120, a method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention comprises adding a nucleating agent (Dex @ IONPs) to a substrate solution containing short chain amylose (SCA) To thereby prepare a magnetic amylose microbead.

바람직하게는, 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCAs)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 합성하는 단계는, 기질 용액을 제조하는 단계 및 기질 용액에 아밀로오스 합성효소 및 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 합성하는 단계를 포함한다.Preferably, the step of synthesizing magnetic amylose microbeads (SAMBs) by adding a nucleating agent to a substrate solution comprising short chain amylose (SCAs) comprises the steps of preparing a substrate solution and adding amylose synthesis Enzymes and nucleating agents (Dex @ IONPs) to synthesize magnetic amylose microbeads (SAMBs).

실시예에 따라, 단 사슬 아밀로오스(SCAs)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성(SAMBs)하는 단계는, 아밀로오스 합성효소를 준비하는 단계, 기질 및 용매를 포함하는 기질 용액을 준비하는 단계 및 아밀로오스 합성효소를 상기 기질 용액에 첨가하고 효소 반응시켜 단 사슬 아밀로오스를 합성하는 단계를 진행한 다음, 단 사슬 아밀로오스(SCAs)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 합성할 수 있다.According to an embodiment, the step of synthesizing (SAMBs) magnetic amylose microbeads by adding a nucleating agent (Dex @ IONPs) to a substrate solution comprising mono-chain amylose (SCAs) comprises the steps of preparing an amylose synthase, Preparing a substrate solution containing a solvent, and adding an amylose synthase to the substrate solution and performing an enzyme reaction to synthesize mono-chain amylose. Then, the substrate solution containing single-chain amylose (SCAs) (Dex @ IONPs) can be added to synthesize magnetic amylose microbeads (SAMBs).

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 기질 용액을 제조한다.First, a method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention produces a substrate solution.

기질 용액은 아밀로오스 합성효소가 기질로 사용하는 당류를 포함한 생리활성용액으로, 용매에 기질(substrate)를 첨가하여 만든다. 기질은 아밀로오스를 합성하는 과정에서 아밀로오스 합성효소에 의해 이용되어 중합체를 형성하는 단량체로써의 역할을 한다. 이러한 기질로는 포도당(glucose), 올리고당(oligosaccharide) 및 자당(sucrose) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The substrate solution is a physiologically active solution containing a saccharide used as a substrate for the amylose synthase, and is prepared by adding a substrate to the solvent. The substrate serves as a monomer that is used by the amylose synthase in the process of synthesizing amylose to form a polymer. Such a substrate may include at least one of glucose, oligosaccharide, and sucrose.

용매로는 Tris-HCl, PBS 등이 사용될 수 있다. 기질 용액의 제조 시, 용매 100중량부에 대해 기질은 2 ~ 25 중량부 함유되는 것이 바람직하다. 기질이 2 중량부 미만으로 함유되면 아밀로오스 합성효소에 의해 아밀로오스 사슬은 형성되지만 자성 아밀로오스 마이크로비드가 형성되지 않는 문제가 발생한다. 그리고 기질이 25 중량부를 초과이면 아밀로오스 합성효소가 기질을 소모하고 만들어지는 산물이 이성체가 형성될 확률이 높아지는 문제가 있다.As the solvent, Tris-HCl, PBS and the like can be used. In preparing the substrate solution, the substrate is preferably contained in an amount of 2 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent. When the substrate is contained in an amount of less than 2 parts by weight, an amylose chain is formed by the amylose synthase, but there arises a problem that magnetic amylose microbeads are not formed. If the substrate is more than 25 parts by weight, the amylose synthase consumes the substrate and the product produced is likely to form an isomer.

또한, 용매의 pH 값은 6 ~ 9인 것이 바람직하다. 용매의 pH 값이 6 미만이면 효소 반응에서 아밀로오스 합성효소의 활성이 낮아 반응산물의 형성이 원활하지 않은 문제가 생긴다. 용매의 pH 값이 9를 초과하는 경우에도 효소 반응에서 아밀로오스 합성효소의 활성이 낮아지는 문제가 발생한다.The pH value of the solvent is preferably 6 to 9. If the pH value of the solvent is less than 6, the activity of the amylose synthase is low in the enzyme reaction, resulting in a problem that the formation of the reaction product is not smooth. Even when the pH value of the solvent exceeds 9, there arises a problem that the activity of the amylose synthase decreases in the enzyme reaction.

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 기질 용액에 아밀로오스 합성효소 및 핵형성제(Dex@IONPs)를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성한다.Finally, in the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention, amylose synthesizing enzyme and nucleating agent (Dex @ IONPs) are added to a substrate solution to synthesize magnetic amylose microbeads.

아밀로오스 합성효소는 아밀로슈크라제(amylosucrase), 포스포릴라아제(phosphorylase), 전분합성효소(starch synthase), 아밀라제 및 D-효소(D-enzyme) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The amylose synthase may include at least one of amylosucrase, phosphorylase, starch synthase, amylase, and D-enzyme.

따라서, 기질 용액은 용매 내에 아밀로오스 합성효소 및 기질을 포함함으로써 단 사슬 아밀로오스를 생성할 수 있다.Thus, the substrate solution can produce mono-chain amylose by including amylose synthase and substrate in the solvent.

핵형성제(Dex@IONPs)는 용매 100 중량부에 대해 0.1 ~ 30 중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. 핵형성제(Dex@IONPs)가 0.1 중량부 미만으로 함유되면 자성 나노입자의 기능을 발휘할 수 없는 문제가 발생할 우려가 있어 바람직하지 않고, 핵형성제(Dex@IONPs)가 30 중량부를 초과하면 아밀로오스 합성효소의 활성을 저해하여 반응산물의 형성이 원만하지 않은 문제가 발생할 우려가 있으며, 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기가 균일하지 않게 되어 바람직하지 않다.The nucleating agent (Dex @ IONPs) is preferably added in an amount of 0.1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent. If the content of the nucleating agent (Dex @ IONPs) is less than 0.1 part by weight, the function of the magnetic nanoparticles may not be exhibited, which is undesirable. If the nucleating agent (Dex @ IONPs) exceeds 30 parts by weight, The activity of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) may be inhibited and the reaction products may not be smoothly formed. The size of the produced magnetic amylose microbeads (SAMBs) is not uniform.

핵형성제(Dex@IONPs)를 기질 용액에 첨가하고 효소 반응시켜 기질 용액을 합성함에 있어서, 효소 반응 온도는 20℃ 내지 60℃의 온도 범위가 바람직하다. 반응 온도가 20℃ 미만이면, 아밀로오스 합성효소의 활성이 낮아 반응산물의 형성이 원만하지 않은 문제가 발생한다. 그리고 반응 온도가 60℃를 초과하면 아밀로오스 합성효소가 열적 스트레스로 인해 활성을 잃어버리는 문제가 발생하며, 반감기 또한 짧아지는 문제가 발생하게 된다.In the synthesis of a substrate solution by adding a nucleating agent (Dex @ IONPs) to a substrate solution and performing an enzymatic reaction, the enzyme reaction temperature is preferably within a temperature range of 20 ° C to 60 ° C. If the reaction temperature is less than 20 캜, the activity of the amylose synthase is low, and the formation of the reaction product is not smooth. If the reaction temperature exceeds 60 ° C, the amylose synthase loses its activity due to thermal stress, and the half life is also shortened.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조방법은, 종래와 같이 복잡하거나 고온의 공정을 거치지 않고 아밀로오스 합성효소 및 핵형성제(Dex@IONPs)를 이용하여 간단하게 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 합성할 수 있다.Therefore, the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be easily performed by using amylose synthesis enzymes and nucleating agents (Dex @ IONPs) without the complicated or high temperature process SAMBs) can be synthesized.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조방법은 아밀로오스 합성효소 및 핵형성제(Dex@IONPs)를 기질 용액에 첨가하고 일정 조건에서 효소 반응을 진행시켜 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 형성하는 것으로, 아밀로오스 합성효소의 기질 소모와 함께 형성된 단 사슬 아밀로오스(SCAs)의 자가 조립을 통해 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)가 자발적으로 형성된다.Also, the method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention comprises adding amylose synthesizing enzyme and a nucleating agent (Dex @ IONPs) to a substrate solution and conducting an enzyme reaction under a predetermined condition to produce magnetic amylose microbeads (SAMBs) Magnetic amylose microbeads (SAMBs) are spontaneously formed through self-assembly of single-chain amylose (SCAs) formed together with substrate consumption of amylose synthase.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조방법은 효소적 합성에 의해 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 형성하는 것이므로, 제조 과정이 간단하고, 종래와 같이 고온의 열처리가 필요 없다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조방법으로 제조되는 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 아밀로오스의 순도가 높다.Since the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention forms magnetic amylose microbeads (SAMBs) by enzymatic synthesis, the manufacturing process is simple and high temperature heat treatment as in the prior art is not required. In addition, the magnetic amylose microbeads (SAMBs) prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention have high purity of amylose.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법에 의해 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기(직경)는 핵형성제(Dex@IONPs)의 함량에 따라 조절될 수 있다.The size (diameter) of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) produced by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be controlled according to the content of the nucleating agent (Dex @ IONPs).

보다 구체적으로, 기질 용액 내에 포함되는 단 사슬 아밀로오스(SCAs)의 양은 한정되어 있기 때문에, 핵형성제(Dex@IONPs)의 농도가 증가할수록 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기는 감소될 수 있다.More specifically, since the amount of single-chain amylose (SCAs) contained in the substrate solution is limited, the size of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) can be reduced as the concentration of the nucleating agent (Dex @ IONPs) is increased.

띠라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 핵형성제(Dex@IONPs)의 농도에 따라 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기를 용이하게 조절할 수 있다.Accordingly, the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can easily control the size of magnetic amylose microbeads (SAMBs) according to the concentration of the nucleating agent (Dex @ IONPs).

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법에 의해 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기는 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 합성 시간에 따라 조절될 수 있다.The size of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) produced by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be controlled according to the synthesis time of the magnetic amylose microbeads (SAMBs).

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 자가 조립 반응(self-assembly reaction)에 의해 아밀로오스 마이크로 비드(SAMBs)가 형성되기 때문에 반응 초기에는 핵 형성하기 위한 반응 지연 시간을 포함하고, 이 후에는 핵이 성장된다.Since the amylose microbeads (SAMBs) are formed by the self-assembly reaction, the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention includes reaction delay time for nucleation in the initial stage of the reaction, After this, nuclei are grown.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 반응 초기에는 핵형성제(Dex@IONPs)와 단 사슬 아밀로오스(SCAs)가 반응하여 핵형성제-단 사슬 아밀로오스 복합체(Dex@IONPs/SCAs complexes)를 형성한 다음, 핵형성제-단 사슬 아밀로오스 복합체(Dex@IONPs/SCAs complexes)와 아밀로오스 합성효소의 기질 소모로 인해 형성된 단 사슬 아밀로오스(SCAs)의 자가 조립을 통해 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)가 자발적으로 형성될 수 있다.More specifically, in the method of producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention, a nucleating agent-short chain amylose complex (Dex @ IONPs) is reacted with a nucleating agent (Dex @ IONPs) and short chain amylose / SCAs complexes) and then self-assembly of mono-chain amylose (SCAs) formed by the starch-amylose complex (Dex @ IONPs / SCAs complexes) and substrate depletion of amylose synthase to form magnetic amylose microbeads SAMBs) can be spontaneously formed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 합성 시간에 따라, 입자의 크기가 점점 성장되기 때문에 합성 시간이 증가함에 따라, 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기가 증가될 수 있다.Also, since the size of the particles grows gradually according to the synthesis time, the magnetic amylose microbeads (SAMBs) can be increased in size as the synthesis time increases, have.

그러나, 기질 용액 내에 포함되는 단 사슬 아밀로오스(SCAs)의 양은 한정되어 있기 때문에, 일정 시간이 지나면 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 크기는 더 이상 증가하지 않는다.However, since the amount of the single-chain amylose (SCAs) contained in the substrate solution is limited, the size of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) does not increase any more after a certain time.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 막대(rod) 형태로 재배열할 수 있다.According to the embodiment, the magnetic amylose microbeads (SAMBs) prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be rearranged in the form of a rod.

단 사슬 아밀로오스(SCAs)를 포함하는 기질 용액에 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계 S120를 진행한 후, 외부 자력을 이용하면, 자성 아밀로오스 마이크로비드는 일자(linear)로 배열을 하게 되고, 그 표면에 단 사슬 아밀로오스(SCAs)의 추가적인 자기조립과정을 통해 막대형태의 구조가 안정화 된다.After the step S120 of synthesizing the magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to the substrate solution containing the single-chain amylose (SCAs), the magnetic amylose microbeads are arranged in a linear manner using the external magnetic force And the rod-like structure is stabilized through an additional self-assembly process of single-chain amylose (SCAs) on its surface.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 형상을 구형뿐만 아니라 막대 형상으로도 제조할 수 있어, 다양한 분야에 활용하기 용이하다. Accordingly, the magnetic amylose microbeads (SAMBs) prepared by the method of the present invention can be used not only in spherical shapes but also in rod shapes, and thus can be utilized in various fields.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 치료용 물질, 진단용 물질, 기능성 건강식품 소재 포장제, 코팅제 또는 크로마토그래피용 레진에 이용될 수 있다.The magnetic amylose microbeads (SAMBs) prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention can be used for therapeutic substances, diagnostic substances, functional health food packaging materials, coating agents or chromatography resins .

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 타겟병원균의 분리, 농축 또는 단백질의 정제에 사용될 수 있다.The magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention can be used for separation, concentration, or purification of a target pathogen.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 면역 자성입자를 이용하여 타겟병원균 검출을 위한 타겟병원균의 분리 및 농축에 사용할 수 있다.In particular, the immunomagnetic particles using the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be used for isolating and concentrating target pathogens for target pathogen detection.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계, 단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계, 타겟병원균을 포함하고 있는 시료에 자성 아밀로오스 마이크로비드를 첨가하여 타겟병원균을 결합시키는 단계 및 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계를 포함한다.A method for isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a nucleating agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles, adding a nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose, Adding magnetic amylose microbeads to a sample containing target pathogens to bind target pathogens and isolating and concentrating the magnetic amylose microbeads to which target pathogens are bound, .

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계 및 단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계는 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 동일하므로, 동일한 설명에 대해서는 생략하기로 한다.A method for isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes the steps of: preparing a nucleating agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles; and adding a nucleating agent to the substrate solution containing mono-chain amylose To synthesize magnetic amylose microbeads is the same as that described in Figs. 1A and 1B, and therefore, the same description will be omitted.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 타겟병원균을 포함하고 있는 시료에 자성 아밀로오스 마이크로비드를 첨가하여 타겟병원균을 결합시키는 단계를 진행한다.In the method of isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention, magnetic amylose microbeads are added to a sample containing target pathogens to bind target pathogens.

시료에는 분리하고자 하는 병원성 미생물, 미생물, 기타 미생물, 식품 기질 등이 포함되어 있고, 이들 중에 분리하고자 하는 미생물을 분리하기 위해 분리하고자 하는 표적 물질(예; 타겟병원균)에 특이적으로 결합하는 타겟팅 모이어티(moiety)가 표면에 결합되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 미생물이 포함된 시료에 처리하면, 표적 물질(예; 타겟병원균)에 특이적으로 결합하는 타겟팅 모이어티가 반응하여 표적 물질-타겟팅 모이어티 결합체가 생성 된다.The sample contains a pathogenic microorganism to be separated, microorganisms, other microorganisms, a food substrate, etc., and a targeting moyer that specifically binds to a target substance (for example, target pathogen) to be separated in order to isolate the microorganism to be separated Treatment of a magnetic amylose microbead according to an embodiment of the present invention in which the moiety is bonded to a surface to a sample containing the microorganism causes a targeting moiety that specifically binds to the target material To produce a target material-targeting moiety conjugate.

"타겟팅 모이어티(targeting moiety)"는 타겟 미생물의 표면에 존재하는 항원 또는 미생물 내의 단백질 또는 유전자에 결합할 수 있는 모든 물질을 의미한다. 본 발명의 일 구현 예에 따른 타겟팅 모이어티는 단백질, 단편을 이용한 조립항체, 펩타이드, 항체, 항체 단편 또는 유전자로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것일 수 있으며, 바람직하게는 항체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다."Targeting moiety" means any substance capable of binding to an antigen or a protein or gene in a microorganism present on the surface of the target microorganism. The targeting moiety according to an embodiment of the present invention may be one or more selected from the group consisting of a protein, an assembling antibody using a fragment, a peptide, an antibody, an antibody fragment or a gene, preferably an antibody, It does not.

바람직하게는, 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면은 MBP-SPG 융합단백질을 가교제로 이용하여 상기 타겟병원균에 특이적인 항체가 수식될 수 있다.Preferably, the surface of the magnetic amylose microbeads can be modified by using an MBP-SPG fusion protein as a cross-linking agent to specifically target the pathogen.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 MBP-SPG 융합단백질을 가교제로 사용하여 타겟병원균에 특이적으로 결합하는 항체를 자성 아밀로오스 마이크로입자 표면에 수식하고 이를 이용하여 시료에 존재하는 타겟병원균을 분리 및 농축할 수 있다.Therefore, in the method of isolating and concentrating the target pathogen using the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention, the MBP-SPG fusion protein is used as the cross-linking agent and the antibody specifically binding to the target pathogen is immobilized on the surface of the magnetic amylose microparticle, And can be used to isolate and concentrate the target pathogen present in the sample.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계를 포함한다.A method for isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes separating and concentrating magnetic amylose microbeads to which a target pathogen is bound.

타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계는, 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 타겟병원균에 대해 경쟁적 바인더를 첨가하여 아밀로오스 자성 비드로부터 타겟병원균을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The step of isolating and concentrating the magnetic amylose microbeads bound to the target pathogen may comprise the step of isolating the target pathogen from the amylose magnetic beads by adding a competitive binder to the target pathogen on the surface of the magnetic amylose microbeads.

바람직하게는, 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 타겟병원균에 대한 경쟁적 바인더는 말토오스(maltose)일 수 있다.Preferably, the competitive binder for the target pathogen on the magnetic amylose microbead surface may be maltose.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법은 타겟병원균을 보다 용이하게 검출하기 위해 타겟병원균에 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제거할 수도 있다. 표적 물질이 미생물인 경우에는 미생물을 검출하기 위해 당업계에 통상적으로 이용되는 방법을 사용할 수 있으며, 표적 물질이 유전자인 경우에는 PCR 방법 등을 통해 유전자를 증폭하여 검출할 수도 있다.The method of isolating and concentrating a target pathogen using the magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention may remove the magnetic amylose microbeads bound to the target pathogen to more easily detect the target pathogen. When the target substance is a microorganism, a method commonly used in the art may be used to detect microorganisms. If the target substance is a gene, the gene may be amplified and detected by a PCR method or the like.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법에 따라 분리 및 농축된 타겟병원균은 PCR이나 기타 분석방법을 이용하여 정량적 검출이 가능하다More specifically, according to the method of isolating and concentrating the target pathogen using the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention, the target pathogen isolated and concentrated can be quantitatively detected by PCR or other analysis method

따라서, 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 MBP-융합 단백질을 분리하고 리간드-융합 MBP 단백질이 기능화된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 사용하여 목적 분자 및 타겟 미생물을 탐지하는데 사용될 수 있다.Thus, magnetic amylose microbeads (SAMBs) can be used to isolate MBP-fusion proteins and detect target molecules and target microorganisms using magnetic amylose microbeads (SAMBs) functionalized with ligand-fused MBP proteins.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법은 자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계, 단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계, 자성 아밀로오스 마이크로비드에 목적 단백질을 결합시키는 단계 및 목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 정제하는 단계를 포함한다. A method of purifying a target protein using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a nucleating agent by coating dextran on the surface of magnetic nanoparticles, adding a nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose Thereby synthesizing magnetic amylose microbeads, binding the desired protein to the magnetic amylose microbeads, and separating and purifying magnetic amylose microbeads bound to the target protein.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법은 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 이용하여 목적 단백질을 정제할 수 있다.A method for purifying a target protein using magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention comprises purifying a target protein using magnetic amylose microbeads (SAMBs) prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention can do.

목적 단백질은 MBP(maltose binding proteins)-융합 단백질(MBP-tagged protein)일 수 있다.The target protein may be MBP (maltose binding protein) -fusion protein (MBP-tagged protein).

목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 분리 및 정제하는 단계는, 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs) 표면에 목적 단백질에 대한 경쟁적 바인더를 첨가하여 아밀로오스 자성 비드로부터 목적 단백질을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The step of isolating and purifying the magnetic amylose microbeads (SAMBs) to which the target protein is bound comprises the step of separating the target protein from the amylose magnetic beads by adding a competitive binder to the target protein on the surface of the magnetic amylose microbeads (SAMBs) can do.

본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법은 아밀로슈크라제-매개 촉매반응을 통한 순수한 아밀로오스 분자와 핵형성제(Dex@IONPs)로 구성되는 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 빠르고 효율적인 합성과 MBP-융합 단백질의 자성 분리 및 정제에 이들의 응용을 입증한다.The method of purifying a target protein using the magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention is a method of purifying magnetic amylose microbeads (SAMBs) composed of pure amylose molecules and nucleus forming agents (Dex @ IONPs) through amylose- And their application to magnetic separation and purification of MBP-fusion proteins.

상향식 접근방식(bottom-up approach)에 기반한 효소 촉매의 사용은 핵형성제(Dex@IONPs)가 기질과 반응하여 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs) 복합체를 형성하는 것을 가능하게 한다. 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs) 표면의 아밀로오스 분자는 MBP-융합 단백질과 친화 흡착을 위해 사용될 수 있다.The use of an enzyme catalyst based on a bottom-up approach allows nucleating agents (Dex @ IONPs) to react with the substrate to form magnetic amylose microbeads (SAMBs) complexes. Amylose molecules on the surface of magnetic amylose microbeads (SAMBs) can be used for affinity adsorption with MBP-fusion proteins.

단백질의 자성 분리 및 정제를 위한 친화 주형으로 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 효율은 모델 단백질로 MBP-융합 녹색 형광 단백질(GFP)에 의해 증명될 수 있었다. 생체분자 분리에 있어서 응용을 연구하기 위하여, 아밀로오스 자성 비드의 선택성 및 재활용을 조사하였다. 자성 아밀로오스 마이크로비드는 목적 단백질의 정제 수용력에 유효한 손실 없이 몇 번이고 재활용될 수 있다.The efficiency of magnetic amylose microbeads (SAMBs) as a template for magnetic separation and purification of proteins could be demonstrated by MBP-fusion green fluorescent protein (GFP) as a model protein. In order to study the application in biomolecule separation, the selectivity and recycling of amylose magnetic beads were investigated. Magnetic amylose microbeads can be recycled several times without loss effective in the purification capacity of the target protein.

구체적으로, 시험관내에서 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)의 효소적 합성은 아밀로오스-나노 물질 혼성 마이크로 입자의 제조를 위한 강력한 상향식 접근방식(bottom-up approach)이다.Specifically, the enzymatic synthesis of magnetic amylose microbeads (SAMBs) in vitro is a powerful bottom-up approach for the production of amylose-nanomaterial hybrid microparticles.

자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 효소적 반응 동안 아밀로오스 및 핵형성제(Dex@IONPs)의 소수성 반응에 의해 합성된 아밀로오스 분자와 복합체를 형성할 수 있다. 자성적 특성 때문에 아밀로오스 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)는 생체물질의 자성적 분리 적용을 위한 사용이 가능하게 한다. 자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)를 사용하여 대장균 세포 용액물로부터 MBP-융합 GFP의 분리 및 정제를 테스트함에 의해 자성 분리력을 측정하였고, 정제 수용력은 아밀로오스 자성 비드 ㎎ 당 단백질 72 ㎍ 이었다. Magnetic amylose microbeads (SAMBs) can form complexes with amylose molecules synthesized by the hydrophobic reaction of amylose and nucleating agents (Dex @ IONPs) during the enzymatic reaction. Because of its magnetic properties, amylose magnetic amylose microbeads (SAMBs) make it possible to use for magnetic separation applications of biomaterials. Magnetic separation power was measured by testing separation and purification of MBP-fused GFP from E. coli cell solution using magnetic amylose microbeads (SAMBs), and the purification capacity was 72 mu g of amylose magnetic bead mg protein.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법에 의해 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드의 특성에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, characteristics of the magnetic amylose microbeads produced by the method for producing magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention will be described.

제조예Manufacturing example

핵형성제(Dex@IONPs)Nucleating agents (Dex @ IONPs)

80mmol의 FeCl3 ·6H2O, 40mmol의 FeCl2 ·4H2O 및 150mg의 덱스트란(dextran)을 20ml의 탈이온수(deionized water; DW)에 용해시켜 핵형성제 용액을 제조하였다. 핵형성제 용액을 2분 동안 질소 가스를 부드럽게 흘려주어(gentle stream) 버블링시키고, Q500 초음파기(VC 750, Sonics & Materials Inc., Newtown, CT, USA)를 이용하여 초음파 처리하였다.80mmol of the FeCl 3 · 6H 2 O, dextran (dextran) 2 · 4H 2 O and the 150mg FeCl 40mmol of deionized water of 20ml; was dissolved in (deionized water DW) was prepared in the nucleating agent solution. The nucleating agent solution was ultrasonicated using a Q500 sonicator (VC 750, Sonics & Materials Inc., Newtown, CT, USA) for 2 minutes while bubbling gently with gentle stream.

초음파 처리는 6-mm의 초음파 프로브(ultrasound probe)를 사용하여, 25%의 진폭(amplitude)으로 3분동안 얼음 배쓰(ice bath)에서 5초의 간격(interval)과 5초의 파쇄 주기(disruption period)로 진행되었다.The ultrasonic treatment was performed by using a 6-mm ultrasound probe, an interval of 5 seconds and a disruption period of 5 seconds in an ice bath for 3 minutes at an amplitude of 25% .

자성 아밀로오스 마이크로비드(SAMBs)Magnetic amylose microbeads (SAMBs)

데이노코커스 제오써르말리스(Deinococcus geothermalis; DGAS)로부터 유래된 아밀로슈크라제(amylosucrase)를 사용하는 효소 중합 반응(enzymatic polymerization)을 이용하여 단 사슬 아밀로오스(SCA)를 제조하였다. 50mM의 Tris-HCl 용액(pH 8.0)에 500 단위(unit)의 데이노코커스 제오써르말리스 및 500mM의 자당(sucrose)을 포함하는 기질 용액에 핵형성제(Dex@IONPs)를 혼합하였다.Single-chain amylose (SCA) was prepared by enzymatic polymerization using amylosucrase derived from Deinococcus geothermalis (DGAS). A nucleating agent (Dex @ IONPs) was mixed in a 50 mM Tris-HCl solution (pH 8.0) in a substrate solution containing 500 units of Deanococcus zeussalmaris and 500 mM sucrose.

탈이온수(deionized water; DW)를 이용하여 자성 아밀로오스 마이크로비드 용액이 1mL가 되도록 혼합하고, 40℃에서 48시간동안 배양하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하였다. 자성 아밀로오스 마이크로비드는 자기 분리법(magnetic separation method)으로 분리되고, 탈이온수 및 에탄올로 3번 세척된 다음, 4℃의 20% 에탄올에 보관하였다.Magnetic amylose microbeads were mixed with 1 ml of deionized water (DW) and incubated at 40 ° C for 48 hours to synthesize magnetic amylose microbeads. The magnetic amylose microbeads were separated by a magnetic separation method, washed three times with deionized water and ethanol, and then stored at 4 ° C in 20% ethanol.

도 2a는 핵형성제의 투과전자현미경(Transmission electron microscopy; TEM) 결과 이미지를 도시한 것이고, 도 2b는 핵형성제의 크기 분포를 도시한 그래프이다.FIG. 2A is a transmission electron microscopy (TEM) image of a nucleating agent, and FIG. 2B is a graph showing a size distribution of a nucleating agent.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 127.4±35 nm의 직경의 핵형성제가 잘 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2A and 2B, it can be seen that a nucleation agent having a diameter of 127.4. + -. 35 nm is well formed.

도 2c는 핵형성제, 덱스트란 및 산화철 나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.2C is a graph showing FT-IR spectra of the nucleating agent, dextran and iron oxide nanoparticles.

도 2c에서 핵형성제는 붉은색 그래프 선을 나타내고, 덱스트란은 검은색 그래프 선을 나타내며, 산화철 나노입자는 파랑색 그래프 선을 나타낸다.In FIG. 2C, the nucleating agent shows a red line, the dextran shows a black line, and the iron oxide nanoparticles show a blue line.

도 2c를 참조하면, 핵형성제의 FT-IR 스펙트럼은 덱스트란의 C-C-O 및 C-H에 대응하는 1150-1085 cm-1 및 3600-3200 cm-1에서 흡수가 나타나고, 산화철 나노입자(마그네타이트)의 Fe-O 결합에 해당하는 538 cm-1에서 흡수를 나타냈다.Referring to FIG. 2C, the FT-IR spectrum of the nucleating agent shows absorption at 1150-1085 cm -1 and 3600-3200 cm -1 corresponding to the CCO and CH of dextran, and the absorption of iron-iron nanoparticles (magnetite) O bond at 538 cm &lt; -1 & gt ;.

도 2d는 γ-Fe2O3(i), 핵형성제(ii), Fe3O4의 기준 패턴(reference patterns)(iii) 및 γ-Fe2O3 의 기준 패턴(iv)에 대한 X-선회절 분석법(X-ray Diffraction Spectroscopy; XRD) 결과를 도시한 그래프이다.Figure 2d is X- for the reference pattern (iv) of the γ-Fe 2 O 3 (i ), nucleating agent (ii), Fe 3 O 4 reference pattern (reference patterns) (iii), and γ-Fe 2 O 3 of Ray diffraction spectroscopy (XRD).

도 2d를 참조하면, 핵형성제의 X-선회절 분석법 결과는 Fe2O3 결정에 특징적인 피크를 나타내고, 결정질 γ-Fe2O3와 비교하여 낮은 피크 쪽으로 피크가 약간 이동되었다.Referring to FIG. 2D, the X-ray diffraction pattern of the nucleating agent shows a characteristic peak in the Fe 2 O 3 crystal, and the peak shifts slightly toward the lower peak as compared with the crystalline γ-Fe 2 O 3 .

도 3a는 핵형성제 없이 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.FIG. 3A is an image showing a result of scanning electron microscopy of a magnetic amylose microbead produced without a nucleating agent, and FIG. 3B is an image showing a result of scanning electron microscopy of a magnetic amylose microbead according to an embodiment of the present invention.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드 제조 시, 10mg/ml의 핵형성제가 첨가되었다.Figure 3b shows the addition of 10 mg / ml of nucleating agent in the preparation of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 사용함으로써, 핵형성제 없이 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드에 비해 균일한 크기의 자성 아밀로오스 마이크로비드가 형성되는 것을 알 수 있다.3A and 3B, a magnetic amylose microbead according to an embodiment of the present invention uses magnetic nanoparticles coated with dextran on its surface as a nucleating agent, so that compared to magnetic amylose microbeads prepared without a nucleating agent, It can be seen that a magnetic amylose microbead of a size is formed.

또한, 핵형성제 없이 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드는 자성 아밀로오스 마이크로비드들 간에 응집이 발생하나, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 표면에 덱스트란이 코팅된 자성 나노입자를 핵형성제로 사용함으로써, 자성 아밀로오스 마이크로비드들 간에 응집이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.In addition, the magnetic amylose microbeads produced without the nucleating agent cause coagulation between the magnetic amylose microbeads, but the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention use the magnetic nanoparticles coated with dextran on the surface as nucleating agents , It can be seen that coagulation does not occur between the magnetic amylose microbeads.

도 4a는 핵형성제의 농도에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기(평균 직경)를 도시한 그래프이다.4A is a graph showing the size (average diameter) of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention according to the concentration of the nucleating agent.

도 4a는 24시간 동안 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성시켰다.Figure 4a synthesized magnetic amylose microbeads for 24 hours.

도 4a를 참조하면, 핵형성제의 농도가 증가할수록 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기가 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4A, as the concentration of the nucleating agent increases, the size of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention decreases.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 제조할 때, 단 사슬 아밀로오스의 양은 한정되어 있기 때문에, 핵형성제의 농도가 증가할수록 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 평균 직경이 감소된다. 띠라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 핵형성제의 농도에 따라 자성 아밀로오스 마이크로비드의 평균 직경이 조절될 수 있다.More specifically, when preparing the magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention, since the amount of single-chain amylose is limited, as the concentration of the nucleating agent increases, the average of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention The diameter is reduced. The average diameter of the magnetic amylose microbeads can be controlled according to the concentration of the nucleating agent in the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention.

도 4b는 합성 시간에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기(평균 직경)을 도시한 그래프이다.FIG. 4B is a graph showing the size (average diameter) of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention according to the synthesis time. FIG.

도 4b는 핵형성제 사용하지 않거나(control), 6 mg/ml 및 10 mg/ml의 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하였다.FIG. 4b shows the preparation of magnetic amylose microbeads by using no nucleating agent (control), adding 6 mg / ml and 10 mg / ml nucleating agent.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 자가 조립 반응(self-assembly reaction)은 반응 초기에 지연 시간을 갖는 비선형 S자 성장 곡선(non-linear sigmoidal growth curve)을 나타내고, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 자가 조립 반응이 핵 형성 단계 및 성장 단계로 구성되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4B, the self-assembly reaction of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention shows a non-linear sigmoidal growth curve having a delay time at the beginning of the reaction , It can be seen that the self-assembly reaction of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention comprises the nucleation step and the growth step.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 전자주사현미경 결과 이미지 및 크기 분포를 도시한 그래프이다.5A is a graph showing an electron scanning microscopic result image and a size distribution of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 1.25㎛를 중심으로 균일한 크기의 분포를 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention exhibit a uniform size distribution centered at 1.25 μm.

도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 전자 맵핑(electron mapping) 및 투과전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.5B is an image showing electron mapping and transmission electron microscopic results of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.

도 5b는 투과 전자현미경(TEM, JEM-2010F, JEOL, Tokyo, Japan)으로 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형태와 전자 맵핑을 관찰하였다. 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 화학적 조성을 EDX 스펙트로미터로 측정하였다. FIG. 5B was a transmission electron microscope (TEM, JEM-2010F, JEOL, Tokyo, Japan) showing the morphology and electron mapping of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention. The chemical composition of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention was measured by EDX spectrometer.

또한, 도 5b은 철, 탄소 및 산소가 각각 적색, 녹색 및 청색의 점으로 표시하였다.In Fig. 5B, iron, carbon and oxygen are indicated by dots of red, green and blue, respectively.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 구형의 형상을 갖고, 약 1.25 ㎛ 의 직경을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5B, it can be seen that the magnetic amylose microbead according to the embodiment of the present invention has a spherical shape and has a diameter of about 1.25 mu m.

또한, 투과 전자현미경 및 전자 맴핑으로부터 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드 내에 철 및 산소로 인해 산화철이 위치함을 명백하게 관찰될 수 있고, 탄소 및 산소로 인해 덱스트란 및 아밀로오스 분자가 위치하는 것을 확인할 수 있다.It can also be clearly observed from the transmission electron microscope and electron mapping that iron oxide and iron oxide are located in the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention and that dextran and amylose molecules are located due to carbon and oxygen .

도 5c는 말토오스 결합단백질-녹색형광단백질(MBP-GFP) 융합단백질이 기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형광 현미경(Fluorescence microscopy) 이미지 결과를 도시한 이미지이다.FIG. 5c is an image showing fluorescence microscopy image of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention in which maltose binding protein-green fluorescent protein (MBP-GFP) fusion protein is functionalized.

도 5c를 참조하면, 녹색형광단백질을 통해 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드가 말토오스 결합단백질과 특이적으로 결합하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5C, it can be seen that the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention specifically bind to the maltose binding protein through the green fluorescent protein.

특히, 오른쪽 이미지는 외부 자력(magnetic field)이 가해졌을 때의 말토오스 결합단백질-녹색형광단백질(MBP-GFP) 융합단백질이 기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형광 현미경(Fluorescence microscopy) 이미지 결과를 도시한 것으로, 이를 통해 외부 자력(magnetic field)이 가해졌을 시, 초상자성 특성을 가지고 있는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드가 자력의 방향에 따라 한 줄로 배열되는 것을 알 수 있다.Particularly, the right image shows the fluorescence microscopy of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention in which the maltose binding protein-green fluorescent protein (MBP-GFP) fusion protein is functionalized when the external magnetic field is applied ) Shows that the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention having superparamagnetic characteristics are arranged in one line according to the direction of the magnetic force when an external magnetic field is applied thereto, .

도 5d는 용액 내에 분산되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 외부 자력에 의한 반응을 도시한 이미지이다.5D is an image showing the reaction of magnetic amylose microbeads dispersed in a solution according to an embodiment of the present invention by external magnetic force.

도 5d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드가 분산된 용액에 자석을 접근시키면 5초 내에 용액으로부터 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리할 수 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5D, it can be seen that the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can be separated from the solution within 5 seconds by bringing the magnets closer to the solution in which the magnetic amylose microbeads are dispersed there was.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 말토오스 결합 단백질(MBP, maltose binding protein) 융합 단백질의 분리, 정제 및 농축 등에 사용하여 성능을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention can be used for separation, purification and concentration of maltose binding protein (MBP) fusion proteins to improve performance.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드(immune-SAMBs)의 타겟병원균 포집 효율(Capture efficiency)을 측정하기 위하여, 재조합 MBP-타겟-연쇄상구균G군의 단백질G(recombinant MBP-tagged Streptococcal protein G(MBP-SPG)) 융합 단백질이 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면 상에 결합되어, 대장균(E. coli) O157:H7에 대해 특이적인 항체를 접합시키는 가교제(cross-linker)로 사용되었다.6A to 6D are graphs showing the relationship between the protein G of the recombinant MBP-target-streptococcal G group (recombinant) and the protein G of the recombinant MBP-target-streptococcal G group in order to measure the target pathogen capture efficiency of the magnetic amylose microbeads (immune-SAMBs) MBP-tagged Streptococcal protein G (MBP-SPG) fusion protein is bound on the surface of a magnetic amylose microbead according to an embodiment of the invention to bind an antibody specific for E. coli O157: H7 It was used as a cross-linker.

도 6a는 인산완충식염수(phosphate buffer saline ; PBS) 내의 분산되어 있는 박테리아 수에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.6A is a graph showing the collection efficiency of magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention in accordance with the number of bacteria dispersed in phosphate buffer saline (PBS).

도 6a는 타겟 박테리아는 대장균이다.6A, the target bacteria is E. coli.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드(immune-SAMBs)는 가장 널리 사용되고 있는 시제품인 폴리스티렌 기반 자기비드(polystyrene based immunomagnetic beads; PSMBs)(commercial) 보다 포집 효율이 약간 더 높음을 알 수 있다.6A, magnetic amylose microbeads (SAMBs) according to an embodiment of the present invention have a slightly higher collection efficiency than polystyrene based immunomagnetic beads (PSMBs) (commercial), which is the most widely used prototype. High.

도 6b는 우유 내의 박테리아 수에 따른 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.6B is a graph showing the collection efficiency of the magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention according to the number of bacteria in the milk.

도 6b는 타겟 박테리아는 대장균이고, 102 CFU/ml 내지 106 CFU/ml의 박테리아 농도에서 진행됐다.Figure 6b shows that the target bacteria was E. coli and proceeded at a bacterial concentration of 10 &lt; 2 &gt; CFU / ml to 10 &lt; 6 &gt; CFU / ml.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드(immune-SAMBs)는 가장 널리 사용되고 있는 시제품인 폴리스티렌 기반 자기비드(polystyrene based immunomagnetic beads; PSMBs)(commercial) 보다 포집 효율이 유의미하게 더 높다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6B, the magnetic amylose microbeads (SAMBs) according to the embodiment of the present invention have a better collection efficiency than polystyrene based immunomagnetic beads (PSMBs) (commercial), which is the most widely used prototype &Lt; / RTI &gt;

도 6c는 대장균(E. coli), 세레우스 균(Bacillus cereus), 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus) 및 비브리오 콜레라(Vibrio cholera)에 대한 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 포집 효율을 도시한 그래프이다.FIG. 6C shows the collection efficiency of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention against E. coli, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, and Vibrio cholera It is a graph.

도 6c는 타겟 박테리아는 대장균이다.6C, the target bacteria is E. coli.

도 6c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드(immune-SAMBs)는 대장균(E. coli)에 특이적으로 결합하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6C, it can be seen that the magnetic amylose microbeads (immune-SAMBs) according to the embodiment of the present invention are specifically bound to E. coli.

도 6d는 박테리아 분리에 대한 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 재활용성(Number of Recycling)을 도시한 그래프(왼쪽) 및 각 사이클에서의 FITC-Ab-기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형광 현미경 이미지(오른쪽) 결과를 도시한 이미지이다.Figure 6d is a graph showing the number of recycling of magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the invention for bacterial isolation (left) and FITC-Ab-functionalized embodiments of the invention in each cycle (Right) image of the magnetic amylose microbeads according to the present invention.

도 6d는 3번의 재사용 동안 FITC-Ab-기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 상대적 정제 수용력을 측정하였다.Figure 6d measures the relative tablet capacity of the magnetic amylose microbeads according to the FITC-Ab-functionalized inventive embodiments during three re-use.

도 6d를 참조하면, FITC-Ab-기능화된 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 폴리스티렌 기반 자기비드(polystyrene based immunomagnetic beads; PSMBs)(commercial) 보다 포집 효율이 높고, 3번의 재생 및 재사용 후에 MBP-융합 단백질에 대한 친밀도와 특이성이 유지되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6D, the magnetic amylose microbeads according to the FITC-Ab-functionalized embodiments of the present invention have higher collection efficiency than polystyrene based immunomagnetic beads (PSMBs) (commercial), and have three regeneration and reuse Later, the affinity and specificity for the MBP-fusion protein is maintained.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드는 세포 용해물로부터 MBP-융합 단백질의 분리/ 정제 및 시료에 존재하는 특정 미생물의 검출에 필수적인 분리농축 과정에의 적용에 적합하다.Accordingly, the magnetic amylose microbeads according to the embodiments of the present invention are suitable for separation and purification of MBP-fusion proteins from cell lysates, and application to separation and concentration processes essential for the detection of specific microorganisms present in a sample.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드를 도시한 이미지이다.FIGS. 7A to 7C are images showing rod-shaped magnetic amylose microbeads prepared by the method for producing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 기질 용액 내에 첨가된 핵형성제의 우수한 감도와 안정성으로 인해 자성 아밀로오스 마이크로비드는 외부 자기장(magnet)으로 쉽게 정렬될 수 있고, SCA-간접 침전법(SCA-mediated precipitation process)에 의해 용이하게 고정될 수 있다.Referring to FIG. 7A, the method of manufacturing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention is characterized in that the magnetic amylose microbeads can be easily aligned with an external magnetic field due to excellent sensitivity and stability of the nucleating agent added in the substrate solution And can be easily immobilized by the SCA-mediated precipitation process.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법은 외부 자기장을 조절하여 자성 아밀로오스 마이크로비드의 형상을 제어할 수 있다.Accordingly, the method of producing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention can control the shape of the magnetic amylose microbeads by controlling the external magnetic field.

도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드의 주사전자현미경 결과를 도시한 이미지이고, 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드의 투과전자현미경 결과를 도시한 이미지이다.FIG. 7d is an image showing a scanning electron microscope result of a bar-shaped magnetic amylose microbead produced by the method of manufacturing magnetic amylose microbeads according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an image showing a transmission electron microscope result of a bar-shaped magnetic amylose microbead produced by a method of producing a microbead. FIG.

도 7d 및 도 7e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 막대 형상의 자성 아밀로오스 마이크로비드가 선형으로 정렬되어 막대 형상을 갖는 것을 알 수 있다.7D and 7E, it can be seen that the rod-shaped magnetic amylose microbeads prepared by the method of manufacturing magnetic amylose microbeads according to the embodiment of the present invention are linearly aligned and have a rod shape.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

110: 코어부 120: 쉘부110: core part 120: shell part

Claims (16)

자성 나노입자의 표면에 덱스트란(dextran)을 코팅하여 핵형성제(nucleation agent)를 제조하는 단계; 및
단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드(magnetic amylose microbead; SAMB)의 제조방법.
Coating a surface of the magnetic nanoparticles with dextran to prepare a nucleation agent; And
Synthesizing magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to a substrate solution containing short chain amylose (SCA)
Wherein the magnetic amylose microbeads (SAMBs) are formed on the substrate.
제1항에 있어서,
상기 핵형성제는 코어-쉘 구조를 가지고, 코어부에는 상기 자성 나노입자를 포함하고, 쉘부는 상기 덱스트란을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nucleating agent has a core-shell structure, the core portion includes the magnetic nanoparticles, and the shell portion includes the dextran.
제1항에 있어서,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기는 상기 핵형성제의 함량에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the magnetic amylose microbeads is controlled according to the content of the nucleating agent.
제1항에 있어서,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 크기는 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 합성 시간에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the magnetic amylose microbeads is controlled according to the synthesis time of the magnetic amylose microbeads.
제1항에 있어서,
상기 단 사슬 아밀로오스(Short chain amylose; SCA)를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계는,
아밀로오스 합성효소를 준비하는 단계;
기질 및 용매를 포함하는 기질 용액을 준비하는 단계; 및
상기 아밀로오스 합성효소를 상기 기질 용액에 첨가하고 효소 반응시켜 단 사슬 아밀로오스를 합성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of synthesizing the magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to the substrate solution containing the short chain amylose (SCA)
Preparing an amylose synthase;
Preparing a substrate solution comprising a substrate and a solvent; And
Adding the amylose synthase to the substrate solution and performing an enzymatic reaction to synthesize mono-chain amylose
Wherein the magnetic amylose microbeads are prepared by a method comprising the steps of:
제5항에 있어서,
상기 아밀로오스 합성효소는 아밀로슈크라제(amylosucrase), 포스포릴라아제(phosphorylase), 전분합성효소(starch synthase), 아밀라제 및 D-효소(D-enzyme) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the amylose synthase comprises at least one of amylosucrase, phosphorylase, starch synthase, amylase, and D-enzyme. (Method for producing magnetic amylose microbeads).
제 1항에 있어서,
상기 자성 나노입자는 산화철 나노입자인 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the magnetic nanoparticles are iron oxide nanoparticles.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 자성 아밀로오스 마이크로비드의 제조 방법으로 제조된 자성 아밀로오스 마이크로비드.
A magnetic amylose microbead prepared by the process for producing magnetic amylose microbeads according to any one of claims 1 to 7.
제8항에 있어서,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드는 막대(rod) 형상인 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드.
9. The method of claim 8,
Wherein the magnetic amylose microbeads are rod-shaped.
제8항에 있어서,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드는 치료용 물질, 진단용 물질, 기능성 건강식품 소재 포장제, 코팅제 또는 크로마토그래피용 레진에 이용되는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드.
9. The method of claim 8,
Wherein the magnetic amylose microbeads are used for a therapeutic substance, a diagnostic substance, a functional health food packaging agent, a coating agent or a chromatography resin.
자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계;
단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계;
타겟병원균을 포함하고 있는 시료에 상기 자성 아밀로오스 마이크로비드를 첨가하여 타겟병원균을 결합시키는 단계; 및
상기 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법.
Coating the surface of the magnetic nanoparticles with dextran to prepare a nucleating agent;
Synthesizing magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose;
Adding the magnetic amylose microbeads to a sample containing target pathogens to bind target pathogens; And
Separating and concentrating the magnetic amylose microbeads to which the target pathogen is bound
And isolating and concentrating the target pathogen using the magnetic amylose microbeads.
제11항에 있어서,
상기 타겟병원균이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 농축하는 단계는,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 타겟병원균에 대한 경쟁적 바인더를 첨가하여 상기 아밀로오스 자성 비드로부터 타겟병원균을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법.
12. The method of claim 11,
The step of isolating and concentrating the magnetic amylose microbeads to which the target pathogens are bound,
And adding a competitive binder to the target pathogen on the surface of the magnetic amylose microbead to isolate the target pathogen from the amylose magnetic bead. 2. A method for isolating and concentrating a target pathogen using magnetic amylose microbeads.
제11항에 있어서,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드의 표면은 MBP-SPG 융합단백질을 가교제로 이용하여 상기 타겟병원균에 특이적인 항체가 수식된 것을 특징으로 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 타겟병원균의 분리 및 농축방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the surface of the magnetic amylose microbeads is modified with an antibody specific to the target pathogen using a MBP-SPG fusion protein as a cross-linking agent, thereby isolating and concentrating the target pathogen using the magnetic amylose microbeads.
자성 나노입자의 표면에 덱스트란을 코팅하여 핵형성제를 제조하는 단계;
단 사슬 아밀로오스를 포함하는 기질 용액에 상기 핵형성제를 첨가하여 자성 아밀로오스 마이크로비드를 합성하는 단계;
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드에 목적 단백질을 결합시키는 단계; 및
상기 목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 정제하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법.
Coating the surface of the magnetic nanoparticles with dextran to prepare a nucleating agent;
Synthesizing magnetic amylose microbeads by adding the nucleating agent to a substrate solution containing mono-chain amylose;
Binding the desired protein to the magnetic amylose microbeads; And
Separating and purifying the magnetic amylose microbeads to which the target protein is bound
Wherein the magnetic amylose microbeads are used for purifying target proteins using magnetic amylose microbeads.
제14항에 있어서,
상기 목적 단백질은 MBP(maltose binding proteins)-융합 단백질(MBP-tagged protein)인 것을 특징으로 하는 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the target protein is a maltose binding protein (MBP) -tagged protein. 2. A method for purifying a target protein using magnetic amylose microbeads,
제14항에 있어서,
상기 목적 단백질이 결합된 자성 아밀로오스 마이크로비드를 분리 및 정제하는 단계는,
상기 자성 아밀로오스 마이크로비드 표면에 목적 단백질에 대한 경쟁적 바인더를 첨가하여 상기 아밀로오스 자성 비드로부터 상기 목적 단백질을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 자성 아밀로오스 마이크로비드를 이용한 목적 단백질의 정제방법.
15. The method of claim 14,
The step of separating and purifying magnetic amylose microbeads to which the target protein is bound comprises:
And separating the target protein from the amylose magnetic beads by adding a competitive binder to the target protein on the surface of the magnetic amylose microbeads, thereby purifying the target protein using the magnetic amylose microbeads.
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