KR20190089636A - Multiplexing Method Of Micro particle having theSuperparamagnetic Nanoparticle Pattern - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a diagnosing method for detecting bacteria in a short time using micro particles and detecting various bacteria simultaneously. According to an embodiment of the present invention, a multiplexing method for a super-paramagnetic nanoparticle pattern includes: a step of preparing a super-paramagnetic nanoparticle solution in which the super-paramagnetic nanoparticles are dispersed in a resin; a step of providing an alignment axis by aligning the super-paramagnetic nanoparticles in an outer magnetic field direction of encoding after injecting the super-paramagnetic nanoparticle solution into a micro-channel and applying an outer magnetic field of the encoding; a step of forming the super-paramagnetic nanoparticle pattern by locally hardening the super-paramagnetic nanoparticle solution with the alignment axis to have a predetermined pattern in the micro-channel; a step of preparing the super-paramagnetic nanoparticle patterns having the different alignment axes; and a step of individually aligning the alignment axis of the super-paramagnetic nanoparticle patterns in the outer magnetic field direction of decoding by exposing the super-paramagnetic nanoparticle patterns to an outer magnetic field of the decoding in a predetermined direction.

Description

초상자성 나노입자 패턴을 가진 마이크로 입자의 다중화 방법{Multiplexing Method Of Micro particle having theSuperparamagnetic Nanoparticle Pattern}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of multiplexing microparticles having a magnetic nanoparticle pattern,

본 발명은 자기장 안에서 특정한 방향성을 가지는 마이크로입자들을 이용한 다중화 분석 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로, 마이크로입자들에 대응하는 포획항체들을 각각 부착하고, 병원균들에 노출시킨 후 병원균들에 대응하는 형광 물질을 가지는 검출항체들을 각각 부착하여 동시에 병원균을 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multiplex analysis method using microparticles having a specific direction within a magnetic field, and more particularly, to a method for analyzing multiplexed microparticles by attaching capture antibodies corresponding to microparticles, exposing the microparticles to pathogens, To a method for detecting pathogens at the same time.

자성을 가진 입자들은 다른 추가적인 기계 없이 자기장만을 이용하여 고정하거나 움직이도록 조절이 가능하기에 여러 가지 바이오 연구에 사용되어지고 있다. 자성 입자들은 수 나노미터부터 마이크로미터로 다양한 크기로 개발되어 지고 있으며 보편적으로 바이오 샘플을 분리하는 분석 매개체로 이용되고 최근에는 세포계수기나 약물 전달 시스템 등 여러 가지방법으로 활용이 되고 있다. Magnetic particles are used in various bio-studies because they can be adjusted to fix or move using only a magnetic field without any additional machine. Magnetic particles have been developed in various sizes from several nanometers to micrometers and are commonly used as analytical mediums for separating biosamples. Recently, they have been used in various ways such as cell counter or drug delivery system.

한국 등록특허(KR 10-1196185 B1)는 자성축이 조절된 구조물의 제조방법을 개시하고 있다. 또한, 한국 등록특허(KR 10-1072187 B1)는 자성 구조물을 자기적으로 제어하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 한국 등록특허(KR 10-1196185 B1)는 단순한 자성축이 조절된 구조물만을 제시하고 있으며, 한국 등록특허(KR 10-1072187 B1)는 컬러 코드화된 자성 구조물을 개시하고 있다.A Korean patent (KR 10-1196185 B1) discloses a method of manufacturing a structure having a controlled magnetic axis. In addition, a Korean patent (KR 10-1072187 B1) discloses a method of magnetically controlling a magnetic structure. However, a Korean patent (KR 10-1196185 B1) only discloses a structure having a controlled magnetic axis, and a Korean registered patent (KR 10-1072187 B1) discloses a color-coded magnetic structure.

그러나, 컬러 코드화된 자성 구조물은 탐침 영역과 코드 영역을 구분하고 있으며, 코드 영역에 의한 컬러 특성은 탐침 영역의 형광신호는 코드 영역에 의한 칼라 특성에 영향을 미치며, 탐침 영역에만 국부적으로 형광 특성을 시료를 형성하기 위한 추가 공정이 요구된다.However, the color-coded magnetic structure distinguishes the probe region from the code region. The color characteristic of the code region affects the color characteristic of the probe region by the code region and locally affects the fluorescence characteristic only in the probe region. An additional process for forming the sample is required.

이에 따라, 코드 영역과 탐침 영역을 구분하지 않고서도 시료를 라벨링할 수 있는 새로운 진단 방법이 요구된다.Accordingly, there is a need for a new diagnostic method capable of labeling a sample without distinguishing between a code region and a probe region.

본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 마이크로입자를 이용하여 빠른 시간 내에 균을 검출 할 뿐만 아니라 여러 가지 균을 동시다발적으로 검출하기 위한 진단 방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a diagnostic method for simultaneously detecting microorganisms in a short period of time using microparticles.

본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 특정 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자를 포함하는 마이크로 입자를 이용하여 라벨링하는 방법 또는 다중화 방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a labeling method or a multiplexing method using microparticles containing superparamagnetic nanoparticles aligned in a specific direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법은, 레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계; 상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계; 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계; 및 상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of superimposing a superpowder nanoparticle pattern, comprising: preparing a superpowder nanoparticle solution in which superpowder nanoparticles are dispersed in a resin; Injecting the superpowder nanoparticle solution into a microchannel and applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis; Curing the superpowder nanoparticle solution having the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticles patterns having different alignment axes; And exposing the superpowder nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns in the decoding external magnetic field direction.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the super-magnetic nanoparticle patterns may have the same shape and different alignment axes.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the superficial magnetic nanoparticle patterns are in the form of a film, the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns are disposed in the plane of the film, and the alignment axis of the superpowder nanoparticle patterns is And may have a geometric reference axis to determine the rotation angle of the alignment axis.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는, 상기 인코딩 자기장의 방향을 변경하면서 상기 초상자성 나노입자 용액을 소정 패턴을 가지도록 경화시키어 상기 인코딩 자기장의 방향에 대응하는 초상자성 나노입자 패턴들을 각각 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of curing the super-fine magnetic nanoparticle solution having the alignment axis in the microchannel to prepare super-magnetic nanoparticle patterns having different alignment axes may include changing the direction of the encoding magnetic field The superpowder magnetic nanoparticle solution may be cured to have a predetermined pattern so as to form the superpowder nanoparticle patterns corresponding to the direction of the encoding magnetic field.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는, 상기 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 상기 마이크로 채널을 회전시키면서 소정 패턴으로 경화시키어 상기 마이크로 채널의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of curing the super-fine magnetic nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare the super-magnetic nanoparticle patterns having different alignment axes comprises: And the super micro magnetic nano patterns corresponding to the rotation angle of the microchannel can be formed by curing the microchannel while rotating the microchannel in a predetermined pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는, 상기 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 상기 초상자성 나노입자 용액을 경화시킨 후 상기 소정 패턴의 회전각에 대응하도록 절단하여 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of curing the super-fine magnetic nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare the super-magnetic nanoparticle patterns having different alignment axes comprises: The super-high magnetic nano-particle solution may be cured and then cut to correspond to the rotation angle of the predetermined pattern to form super-strong magnetic nano-patterns.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는, 상기 인코딩 자기장의 방향 및 상기 마이크로 채널의 방향은 고정되고, 소정 패턴을 회전시키면 경화시키어 상기 소정 패턴의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of curing the super-fine magnetic nanoparticle solution having the alignment axis in the microchannel to prepare the super-magnetic nanoparticle patterns having different alignment axes comprises: The direction of the microchannel is fixed and the superficial magnetic nano patterns corresponding to the rotation angle of the predetermined pattern can be formed by curing by rotating the predetermined pattern.

본 발명의 일 실시예에 따른 병원균 다중화 분석 방법은, 기준 병원성 균들에 각각 반응하는 포획 항체들 및 검출 항체들을 준비하는 단계; 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계; 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들 각각에 대응하는 포획 항체들을 부착하는 단계; 서로 다른 포획 항체들이 각각 부착된 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 상기 기준 병원성 균들 중에서 적어도 하나를 포함하는 분석 시료에 침지하여 상기 초상자성 나노입자 패턴들에 상기 기준 병원성 균들 중에서 적어도 하나를 부착시키는 단계; 상기 초상자성 나노입자 패턴들에 부착된 상기 기준 병원성 균들과 반응하도록 형광물질을 구비한 검출 항체를 부착시키는 단계; 및 상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a pathogen multiplexing analysis method comprising: preparing capture antibodies and detection antibodies that respectively react with reference pathogenic fungi; Preparing superparamagnetic nanoparticles patterns having different alignment axes; Attaching capture antibodies corresponding to each of the superparamagnetic nanoparticle patterns having different alignment axes; Immersing the supernatant nanoparticle patterns having different alignment axes attached with different capture antibodies in an analytical sample containing at least one of the reference pathogenic fungi to deposit at least one of the reference pathogenic fungi Attaching; Attaching a detection antibody having a fluorescent substance to react with the reference pathogenic bacteria attached to the super-magnetic nanoparticle patterns; And exposing the superpowder nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns in the decoding external magnetic field direction.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the super-magnetic nanoparticle patterns may have the same shape and different alignment axes.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the superficial magnetic nanoparticle patterns are in the form of a film, the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns are disposed in the plane of the film, and the alignment axis of the superpowder nanoparticle patterns is And may have a geometric reference axis to determine the rotation angle of the alignment axis.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 상기 디코딩 외부 자기장을 따라 각각 정렬시킨 상태에서 상기 검출 항체의 상기 형광 물질에서 발생시키는 광의 세기를 검출하여 상기 병원균의 농도를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the intensity of light generated from the fluorescent material of the detection antibody is detected in a state in which the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns are aligned along the decoding external magnetic field, The method comprising the steps of:

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 상기 디코딩 외부 자기장을 따라 각각 정렬시킨 상태에서 상기 검출 항체의 상기 형광 물질에서 발생시키는 광의 세기를 검출하여 상기 병원균의 농도를 추출하는 단계는, 현미경을 사용하여 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 형광 이미지를 획득하는 단계; 상기 형광 이미지에서 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각에 대하여 상기 정렬축과 상기 기하학적 기준축 사이의 회전각을 추출하는 단계; 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각에서 방출되는 광의 세기를 추출하는 단계; 및 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 상기 회전각 별로 광의 세기와 병원균의 농도의 관계를 이용하여 병원균의 농도를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the intensity of light generated from the fluorescent material of the detection antibody is detected in a state in which the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns are aligned along the decoding external magnetic field, The method comprising: obtaining a fluorescence image of the super-magnetic nanoparticle patterns using a microscope; Extracting a rotation angle between the alignment axis and the geometric reference axis for each of the super-strong magnetic nanoparticle patterns in the fluorescence image; Extracting intensity of light emitted from each of the super-magnetic nanoparticle patterns; And extracting the concentration of the pathogen using the relationship between the intensity of the light and the concentration of the pathogen depending on the rotation angle of the super-magnetic nanoparticle patterns.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 병원성 균은 Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium , Staphylococcus aureus, Escherichia coli O157:H7 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 포획 항체들은 anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium , anti-Staphylococcus aureus , 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 검출 항체들은, anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7-FITC 에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pathogenic bacteria may include at least one of Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Escherichia coli O157: H7. The capture antibodies may include at least one of anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium, anti-Staphylococcus aureus, and anti-Escherichia coli O157: H7. The detection antibodies may include at least one of anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, and anti-Escherichia coli O157: H7-FITC.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계; 상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계; 및 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 특정 패턴을 가지도록 국부적으로 경화시키어 초상자성 나노입자 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of preparing a nanoparticle nanoparticle solution, comprising: preparing a supernatant nanoparticle solution in which supernatant nanoparticles are dispersed in a resin;  Injecting the superpowder nanoparticle solution into a microchannel and applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis; And locally curing the supernatant nanocrystal solution having the alignment axis so as to have a specific pattern in the microchannel to form a supernatant nanoparticle pattern.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중화 분석 세트는, 동일한 형상의 복수의 초상자성 나노입자 패턴들을 포함한다. 복수의 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 서로 다른 정렬축을 가진다. 상기 정렬축은 각각의 초상자성 나노입 패턴들에서 초상자성 나노입자들이 사슬 구조로 정렬된 축이다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가진다.The multiplexing analysis set according to an embodiment of the present invention includes a plurality of super-magnetic nanoparticle patterns of the same shape. Each of the plurality of super-magnetic nanoparticle patterns has a different alignment axis. The alignment axes are axes in which the superparamagnetic nanoparticles are arranged in a chain structure in each of the superpowder nanoimpact patterns. Wherein the superparamagnetic nanoparticle patterns are in the form of a film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns are disposed in the plane of the film, and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns rotate in accordance with the decoded external magnetic field, And has a geometric reference axis for discrimination.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 적은 제작비용으로 간단하게 병원성 균의 검출이 가능하다. 특정 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자를 포함하는 마이크로 입자는 외부 자기장과 광경화(photopolymerization)을 이용하여 손쉽게 제작되며, 제작된 마이크로입자들은 추가적인 장비없이 일정한 자기장 안에서 각각의 정렬축 방향을 가지고 정렬하므로 정보를 저장하는 인코더(encoder) 또는 라벨의 역할을 할 수 있다. 각각의 마이크로입자들에 다른 병원성 균의 포획 항체들을 각각 붙여서 여러 병원성 균이 들어있는 샘플에서 반응 시킬 경우, 한 샘플에 있는 병원성 균의 유무를 동시 다발적으로 확인이 가능하게 된다. According to one embodiment of the present invention, detection of pathogenic bacteria is possible with a small production cost. Microparticles containing super-magnetic nanoparticles aligned in a specific direction are easily fabricated using an external magnetic field and photopolymerization, and the microparticles are aligned with their alignment axis directions in a certain magnetic field without additional equipment It can serve as an encoder or label for storing information. When each microparticle is reacted with a sample containing several pathogenic bacteria by attaching the capture antibodies of different pathogenic bacteria to each other, the presence of pathogenic bacteria in one sample can be confirmed simultaneously.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 구조체의 제조 방법을 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4a 내지 도 4d는 인코딩 외부 자기장이 없는 경우와 인코딩 외부 자기장의 방향에 따른 초상자성 나노입자들의 정렬 상태를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴들을 설명하는 평면도들이다.
도 6은 도 5의 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴들)이 디코딩 외부 자기장(Hdec)에 따라 정렬된 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴들을 설명하는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병원균 분석 방법을 설명하는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 초상자성 나노입자 패턴들이 디코딩 외부 자기장하에서 회전 후의 상태를 나타내는 도면들이다.
도 10은 다양한 조건에서의 광고정화 공정 결과를 나타내는 실험 결과이다.
도 11은 병원균들의 반응 시간에 따른 형광이미지들이다.
도 12는 도 11의 형광 이미지의 강도를 반응 시간에 따라 표시한 그래프이다.
도 13은 병원균들의 농도에 따른 형광이미지들이다.
도 14는 도 13의 형광 이미지의 강도를 병원균들의 농도에 따라 표시한 그래프이다.
도 15는 특정한 포획항체와 비대응 병원체 사이의 교차 반응(cross-reactivity)을 나타내는 현광 현미경 이미지이다.
도 16은 도 15의 현광 현미경 이미지로부터 추출한 형광 강도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중화 분석을 나타내는 형광 현미경 이미지들이다.
도 18은 도 17의 다중화 분석 결과를 요약한 결과이다.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of superimposing a super-magnetic nanoparticle pattern according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a method of fabricating a microchannel structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a conceptual diagram illustrating a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are views showing the alignment state of the super-magnetic nanoparticles according to the direction of the encoded external magnetic field and the case where no encoding external magnetic field is present.
FIG. 5 is a plan view illustrating superparamagnetic nanoparticle patterns according to another embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 6 shows a state in which the microparticles (or super-magnetic nanoparticle patterns) of Fig. 5 are aligned according to the decoding external magnetic field Hdec.
7 is a view for explaining super-magnetic nanoparticle patterns according to another embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a method for analyzing pathogens according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a state after super-magnetic nanoparticle patterns are rotated under a decoded external magnetic field according to still another embodiment of the present invention. FIG.
10 is an experimental result showing the result of the advertisement purification process under various conditions.
Fig. 11 shows fluorescence images according to reaction time of pathogens.
12 is a graph showing the intensity of the fluorescence image of FIG. 11 according to the reaction time.
Figure 13 is fluorescence images according to the concentration of pathogens.
FIG. 14 is a graph showing the intensity of the fluorescence image of FIG. 13 according to the concentration of pathogens.
Figure 15 is a light microscope image showing cross-reactivity between a specific capture antibody and non-responding pathogen.
16 is the fluorescence intensity extracted from the glare microscope image of Fig.
17 is a fluorescence microscope image showing multiplex analysis according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a summary of the multiplex analysis result of FIG.

통상적인 병원성 균의 검출은 균의 배양을 이용한 방법으로 수행되지만 이러한 방법은 시간이 많이 소요되며 낮은 검출 한계와 단일샘플에서 하나의 균을 진단하는 단점을 가지고 있다. 병원성 균의 진단을 목표로 많은 바이오센서들이 개발되어지고 있다. 대표적으로 쓰이는 진단기술의 예로 electrochemistry, surface-enhanced Raman scattering (SERS), fluorescence resonance energy transfer(FRET) 등이 있다. Conventional detection of pathogenic bacteria is carried out using a method of culturing bacteria, but this method is time-consuming and has a low detection limit and the disadvantage of diagnosing one bacterium in a single sample. Many biosensors have been developed for the purpose of diagnosis of pathogenic bacteria. Examples of typical diagnostic techniques include electrochemistry, surface-enhanced Raman scattering (SERS), and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

개발되어지는 기술들 중에서 바코드로서 역할을 하는 마이크로 입자를 이용한 검출 기술에 있어서, 빠른 시간 내에 균을 검출할 뿐만 아니라 여러 가지 균을 동시다발적으로 검출하기 위한 진단기술이 요구된다. In the detection technology using microparticles serving as a barcode among technologies to be developed, there is a need for a diagnostic technique for detecting bacteria simultaneously and for detecting various bacteria simultaneously.

이러한 기술에 쓰이는 마이크로 입자들은, 현재 다양한 방법으로 제작될 수 있으며 낮은 감도의 검출 한계와 동시 검출이 가능하지만, 복잡한 제작 과정과 높은 비용 그리고 검출 확인을 위한 복잡한 광학 장비들이 필요하다는 점에 대해서 단점을 지니고 있다. The microparticles used in these techniques can now be manufactured in a variety of ways and are capable of simultaneous detection with low sensitivity detection limits, but they have drawbacks in that they require complex optical procedures for complex fabrication processes, high cost and detection confirmation. .

본 발명은 특정 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자를 포함하는 마이크로 입자들을 제공한다. 마이크로 입자들 각각은 초상자성 나노입자의 정렬축에 따라 라벨링된다. 서로 다른 정렬축으로 라벨링된 마이크로 입자들 각각에 서로 다른 포획 항체(capture antibody)를 부착한다. 각각의 마이크로 입자에 부착된 포획 항체는 특정한 균과 반응하고, 특정한 균은 다시 검출 항체(detection antibody)와 결합하여 형광 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 각각의 마이크로 입자는 디코딩 외부 자기장을 인가하여 라벨링된 정렬축 방향으로 정렬된다. 이에 따라, 라벨링된 정렬축의 회전각을 검출하면, 어떤 포획항체 또는 검출항체가 부착된 것인지 확인될 수 있다.The present invention provides microparticles comprising superparamagnetic nanoparticles aligned in a particular direction. Each of the microparticles is labeled along the alignment axis of the supernatant nanoparticles. Attach different capture antibodies to each of the microparticles labeled with different alignment axes. The capture antibody attached to each microparticle reacts with a specific bacterium, and a specific bacterium can again bind with a detection antibody to exhibit fluorescence characteristics. In addition, each microparticle is aligned in the direction of the alignment axis labeled by applying a decoded external magnetic field. Thus, by detecting the rotation angle of the labeled alignment axis, it can be confirmed which capture antibody or detection antibody is attached.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자를 포함하는 마이크로 입자들을 사용하여 다중화 분석(multiplexing assay)이 가능한 차별화된 방법을 제시한다.According to an embodiment of the present invention, a differentiating method capable of performing a multiplexing assay using microparticles containing super-magnetic nanoparticles aligned in a specific direction is presented.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자를 포함하는 마이크로 입자들은 한 샘플안의 있는 복수의 균을 동시에 검출할 수 있다. 박테리아에 의한 질병에서, 원인이 되는 균은 한 가지 균 뿐만 아니라 여러 가지가 있을 수 있으며, 원인이 되는 균을 찾은 후 그에 맞는 치료를 진행해야 한다. 본 발명을 이용할 경우, 환자의 한 샘플에서 여러 균은 동시 다발적으로 검출될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the microparticles including the super-magnetic nanoparticles aligned in a specific direction can simultaneously detect a plurality of bacteria in one sample. In the case of bacterial diseases, the causative organism may be not only one kind of bacteria, but also various kinds of causative bacteria. When using the present invention, several bacteria can be detected simultaneously in one sample of a patient.

본 발명의 일 실시예에 따른 병원균 분석 방법은 병원성 균에 의한 질병을 진단하는 병원에서 검사 시간과 비용을 획기적으로 낮출 수 있다. 병원균 분석 방법은 한 가지 파장대의 형광 물질과 일정한 자기장을 만들 수 있는 간단한 장치만 필요하므로 추가적인 장비 없이 간단히 진단을 할 수 있다.The pathogen analysis method according to an embodiment of the present invention can dramatically reduce inspection time and cost in a hospital diagnosing disease caused by pathogenic bacteria. The pathogen analysis method requires only a simple device capable of producing a fluorescent material of a wavelength and a constant magnetic field, so that it can be diagnosed simply without additional equipment.

이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예와 결과 등에 대해 설명하고자 한다. 이하의 실시 예와 결과는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following examples and results are provided so that the disclosure of the present invention will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법을 설명하는 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of superimposing a super-magnetic nanoparticle pattern according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법은, 레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계(S110); 상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계(S120); 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 특정 패턴을 가지도록 국부적으로 경화시키어 초상자성 나노입자 패턴을 형성하는 단계(S130); 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계(S140); 및 상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계(S150);를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of superimposing a superpowder nanoparticle pattern includes: preparing a superpowder nanoparticle solution in which superpowder nanoparticles are dispersed in a resin (S110); (S120) of injecting the supernatant magnetic nanoparticle solution into a microchannel and then applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis; (S130) forming the supercritical nanoparticle pattern by locally curing the supernatant nanocrystal solution having the alignment axis so as to have a specific pattern in the microchannel; Preparing (S140) superparamagnetic nanoparticles patterns having different alignment axes; And a step (S150) of exposing the super-magnetic nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns in the decoding external magnetic field direction.

상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가질 수 있다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가질 수 있다.Each of the super-magnetic nanoparticle patterns may have the same shape and different alignment axes. Wherein the superparamagnetic nanoparticle patterns are in the form of a film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns are disposed in the plane of the film, and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns rotate in accordance with the decoded external magnetic field, You can have a geometric reference axis to identify it.

레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비한다. 레진은 단량체(monomer)이고, 광경화성 레진일 수 있다. 상기 초상자성 나노입자들은 200nm의 지름을 가질 수 있다. 상기 초상자성 나노 입자는 자철석 코어(magnetite core)와 폴리에틸렌 글리콜 매트릭스(polyethylene glycol matrix)로 구성될 수 있다.Prepare a supernatant magnetic nanoparticle solution in which the supernatant magnetic nanoparticles are dispersed in a resin. The resin is a monomer and may be a photocurable resin. The superpowder nanoparticles may have a diameter of 200 nm. The superparamagnetic nanoparticles may be composed of a magnetite core and a polyethylene glycol matrix.

상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공할 수 있다. The superpowder nanoparticle solution may be injected into a microchannel and then an encoding external magnetic field may be applied to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis.

폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane;PDMS)를 이용하여 직선형 마이크로 채널을 만들 수 있다. 구체적으로, 가스 투과성(gas permeable)을 가진 PDMS을 이용하여 마이크로 채널이 형성된다. PDMS가 코팅된 커버글라스를 이용하여 일자 마이크로 채널의 안쪽은 모두 PDMS로 이루어진다. Linear microchannels can be made using polydimethylsiloxane (PDMS). Specifically, microchannels are formed using PDMS having gas permeability. The inside of the flat microchannel is made of PDMS using the cover glass coated with PDMS.

단량체(monomer)와 초상자성(Superparamagnetic)을 가진 나노입자가 섞인 용액이 준비되고, 상기 용액은 상기 마이크로 채널 안으로 주입된 후, 인코딩 외부 자기장을 이용하여 초상자성 나노입자는 상기 인코딩 외부 자기장에 대해 정렬하여 정렬축을 가진 구조를 형성한다. 상기 용액은 마이크로 채널을 구성하는 PDMS에 의하여 둘러싸여 상기 마이크로 채널에 붙지 않는다.A solution in which a monomer and superparamagnetic nanoparticles are mixed is prepared and the solution is injected into the microchannel and then the superposed magnetic nanoparticles are aligned with respect to the encoded external magnetic field using an encoded external magnetic field Thereby forming a structure having an alignment axis. The solution does not adhere to the microchannel surrounded by the PDMS constituting the microchannel.

상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 특정 패턴을 가지도록 국부적으로 경화시키어 초상자성 나노입자 패턴을 형성한다. 원하는 방향으로 정렬된 초상자성 나노입자 패턴을 만들어준 후, 상기 특정 패턴의 개구부를 가진 마스크를 마이크로 채널 밑에 두고 자외선을 이용하여 광경화(photopolimerization)시킨다. 이에 따라, 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴은 고정된다. 광경화되지 않은 초상자성 나노입자 용액은 습식 식각에 의하여 제거된다.The supernatant nanoparticle solution having the alignment axis is locally cured to have a specific pattern in the microchannel to form a supercritical nanoparticle pattern. After making a pattern of superparamagnetic nanoparticles aligned in a desired direction, a mask having the opening of the specific pattern is placed under the microchannel, and photopolymerization is performed using ultraviolet rays. As a result, the super-magnetic nanoparticle pattern having the alignment axis is fixed. Unexposed photocatalytic nanoparticle solutions are removed by wet etching.

서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비한다. 예를 들어, 서로 다른 정렬축을 가지도록 인코딩 외부 자기장의 방향을 변경하면서 복수의 초상자성 나노입자 패턴을 생성한다. 초상자성 나노입자 패턴들은 정렬축에 따라 라벨링된다. Prepare superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes. For example, a plurality of super-magnetic nanoparticle patterns are generated while changing the direction of the encoding external magnetic field so as to have different alignment axes. The superficial magnetic nanoparticle patterns are labeled along the alignment axis.

상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시킨다. 라벨링된 초상자성 나노입자 패턴은 디코딩 외부 자기장에 의하여 분류된다. 즉, 초상자성 나노입자 패턴의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자가장의 방향으로 정렬된다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가질 수 있다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 형태는 뒤집어져도 정렬축의 회전각을 판별할 수 있도록 거울대칭 구조를 가지지 않을 수 있다.And the super-magnetic nanoparticle patterns are exposed to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns in the decoding external magnetic field direction. Labeled superparamagnetic nanoparticle patterns are classified by a decoding external magnetic field. That is, the alignment axis of the superpowder nanoparticle pattern is aligned in the direction of the decoded outer edge. The alignment axis of the super-fine magnetic nanoparticle patterns may have a geometric reference axis to rotate according to the decoded external magnetic field to determine the rotation angle of the alignment axis. The shapes of the super-magnetic nanoparticle patterns may not have a mirror-symmetric structure so that the rotation angle of the alignment axis can be discriminated even if they are inverted.

정렬축 또는 방향성을 가지는 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴)을 병원성 균을 검출하는 것에 응용하기 위해서 샌드위치이뮤노 분석(sandwichimmuno assay)를 통해서 진행할 수 있다. 초상자성 나노입자 패턴의 정렬축의 라벨링에 따라 각각 다른 균의 포획 항체(capture antibody)를 부착할 수 있다. The alignment axis or directional microparticles (or superparamagnetic nanoparticle pattern) can be run through a sandwichimmuno assay to detect pathogenic bacteria. Capture antibodies of different microorganisms can be attached according to the labeling of the alignment axis of the superfine magnetic nanoparticle pattern.

본 발명에서, 초상자성 나노입자 패턴과 마이크로 입자는 동일한 구성으로 혼용되어 사용된다.In the present invention, the superparamagnetic nanoparticle pattern and the microparticles are mixed and used in the same constitution.

서로 다른 각도의 방향성 또는 정렬축을 가지는 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴들)에게 각각 다른 균의 포획 항체(capture antibody)를 단백질 광고정화(protein photoimmobilization)을 이용하여 부착한다. 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴들)은 여러 가지의 병원성 균이 들어있는 샘플에 모두 투입한다. 일정 시간이 지난 후, 형광 물질이 붙은 검출 항체(detection antibdy)를 마이크로 입자에 반응 시켜준다. 만약 특정 균이 존재하여 마이크로 입자에 붙어 있는 포획 항체(capture antibody)와 반응하여 붙어있다면, 검출 항체(detection antibody)는 상기 특정 균에 붙게 된다. 따라서, 마이크로 입자는 검출 항체(detection antibody)의 형광 물질에 의하여 형광을 나타낸다. 반대로 샘플에 특정 균이 존재하지 않는다면, 상기 특정 균은 마이크로 입자의 포획 항체(capture antibody)와 검출 항체(detection antibody)에 반응하지 않아 형광을 나타내지 않게 된다. . 이런 방법을 이용하면, 균의 유무를 알 수 있다.Different microbial capture antibodies are attached to microparticles (or superparamagnetic nanoparticle patterns) having directional or alignment axes at different angles using protein photoimmobilization. Microparticles (or superparamagnetic nanoparticle patterns) are all put into a sample containing several pathogenic bacteria. After a certain period of time, a detection antibody with a fluorescent substance is allowed to react with the microparticles. If a specific bacterium is present and attached to a capture antibody attached to the microparticle, the detection antibody is attached to the specific bacterium. Therefore, the microparticles exhibit fluorescence by the fluorescent substance of the detection antibody. On the contrary, if there is no specific bacterium in the sample, the specific bacterium does not react with the capture antibody and the detection antibody of microparticles, and thus does not show fluorescence. . Using this method, the presence or absence of bacteria can be known.

한편, 디코딩 외부 자기장 하에 마이크로 입자들을 두었을 때, 마이크로 입자는 정렬축 방향으로 정렬된다. 마이크로 입자 각각은 서로 다른 정렬축 및 서로 다른 포획 항체를 가진다. 따라서, 상기 마이크로 입자의 정렬축의 회전각을 검출하면, 상기 마이크로 입자들을 분류한다, 또한, , 상기 마이크로 입자들의 형광의 세기를 검출하면, 특정 균의 유무 및 농도를 확인할 수 있다.On the other hand, when the microparticles are placed under the decoding external magnetic field, the microparticles are aligned in the alignment axis direction. Each microparticle has a different alignment axis and a different capture antibody. Therefore, by detecting the rotation angle of the alignment axis of the microparticles, the microparticles are classified, and if the intensity of fluorescence of the microparticles is detected, presence or absence of a specific microbe and concentration can be confirmed.

이러한 병원균 검출 방법은 마이크로 입자의 정렬축( 또는 방향성)을 가지고 서로 다른 균의 유무를 파악한다. 이러한 병원균 검출 방법은. 기존의 마이크로 입자를 통한 균 검출의 바이오센서와는 달리, 여러 형광 물질들을 사용할 필요 없이 한 가지 파장대의 형광 물질로도 검출할 수 있다. 이러한 병원균 검출 방법은.비용이 훨씬 절감되며 더욱 간단하게 검출하는 과정을 가진다. This pathogen detection method has the alignment axis (or directionality) of the microparticles and detects the presence or absence of different microorganisms. These pathogen detection methods are as follows. Unlike conventional biosensors for detecting bacteria through microparticles, it is possible to detect fluorescence in one wavelength range without using various fluorescent materials. This pathogen detection method has a much lower cost and a simpler detection process.

박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기생충에 의한 병원성 또는 전염성 질병은 전 세계적으로 중요한 공중 보건 문제가 된다. 여러 박테리아 병원체를 현장에서 스크리닝하기 위해서는 신속하고 간단하며 정확한 검출 방법이 시급하다. 우리는 여러 박테리아를 동시에 검출하기 위해 정렬된 초상자성 나노 입자(alligned superparamagnetic nanoparticles; SMNP)의 정렬축에 의해 인코딩된 마이크로 입자를 기반으로 하는 새로운 감지 방법을 제시한다. 다양한 자기축(또는 정렬축)을 갖는 인코딩된 마이크로입자(또는 초상자성 나노 입자 패턴)는 외부 자기장 하에서 정렬될 수 있는 광경화성 중합체 및 초상자성 나노입자(SMNP)를 사용하여 제조된다. 인코딩된 마이크로 입자(또는 초상자성 나노 입자 패턴)는 특정 자기 축(또는 정렬축)을 갖기 때문에 디코딩 외부 자기장의 방향으로 회전하여 배열된다. 디코딩 외부 자기장 하에서 각각의 회전한 각도의 측정에 의해, 인코딩된 마이크로 입자는 다중화 분석을 위해 디코딩되어 사용될 수 있다.Pathogenic or infectious diseases caused by bacteria, viruses, fungi, and parasites are important public health problems worldwide. Rapid, simple and accurate detection methods are urgent for screening several bacterial pathogens in situ. We present a new sensing method based on microparticles encoded by the alignment axis of aligned allparagraph superparamagnetic nanoparticles (SMNP) to detect multiple bacteria simultaneously. Encoded microparticles (or superparamagnetic nanoparticle patterns) with various magnetic axes (or alignment axes) are prepared using photo-curable polymers and superparamagnetic nanoparticles (SMNP) that can be aligned under an external magnetic field. The encoded microparticles (or superparamagnetic nanoparticle patterns) are arranged to rotate in the direction of the decoding external magnetic field because they have a particular magnetic axis (or alignment axis). Decoding By measuring the angle of rotation under each external magnetic field, the encoded microparticles can be decoded and used for multiplex analysis.

구체적으로, Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157 : H7과 같은 4 가지 병원체를 동시에 분석하였다. 상응하는 포획 항체와 접합된(conjugated) 마이크로 입자를 사용하여, 각각의 표적 병원체의 농도는 형광 라벨을 사용하여 분석되었다. 결과적으로, 다양한 병원체를 정량적으로 동시에 분석함으로써 다중화 역량을 성공적으로 입증하였다. 이 새로운 병원균 검출 방법은 병원균과 같은 여러 원인을 탐지하여 다양한 질병을 예방하는 유망한 도구이다.Specifically, four pathogens such as Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 were simultaneously analyzed. Using conjugated microparticles with corresponding capture antibodies, the concentration of each target pathogen was analyzed using fluorescent labels. As a result, we have successfully demonstrated multiplexing capabilities by quantitatively analyzing various pathogens simultaneously. This new pathogen detection method is a promising tool to detect various causes such as pathogens and prevent various diseases.

식중독 질환(Foodborne diseases)은 공중 보건에 큰 관심거리이며 전 세계적으로 점차 증가하고 있다. 식중독 질환(Foodborne diseases)은 일반적으로 본질적으로 감염성이거나 독성을 가지며 오염된 음식이나 물에서 병원체, 바이러스 및 독소와 같은 해로운 요인에 의해 유발된다. 특히 식중독 병원균은 심각한 설사나 치명적인 전염을 가져올 수 있다. 식품 안전은 식품 생산, 운송, 가공, 보관 및 취급 중에 식품에 들어갈 수 있는 위험 요소의 신속하고 민감한 탐지에 달려 있다. 화학 물질, 병원성 박테리아, 기생충, 곰팡이 및 바이러스를 비롯한 다양한 원인 중 식품 매개성 병원균은 식중독의 심각한 발생에 있어 중요한 도구가 된다. 대장균(Escherichia coli) O157 : H7, Campylobacter spp., 리스테리아 모노 사이토겐 (Listeria monocytogenes), 살모넬라 엔테리티니스 (Salmonella enteritidis) 등은 식중독 질환의 주요 세계적 원인이다.Foodborne diseases are a major concern for public health and are increasing worldwide. Foodborne diseases are generally inherently infectious, toxic and are caused by harmful factors such as pathogens, viruses and toxins in contaminated food or water. Foodborne pathogens can lead to severe diarrhea and fatal infections. Food safety depends on the rapid and sensitive detection of the risks that can enter food during food production, transportation, processing, storage and handling. Foodborne pathogens among a variety of causes, including chemicals, pathogenic bacteria, parasites, fungi, and viruses, are important tools in the serious development of food poisoning. Escherichia coli O157: H7, Campylobacter spp., Listeria monocytogenes, Salmonella enteritidis and the like are major global causes of food poisoning diseases.

식품 매개 병원체의 검출은 일반적으로 배양 방법에 기초한 고전적 방법을 사용하여 수행된다. 불행하게도, 이러한 방법은 시간이 많이 소요되는 절차와 여러 번 힘든 단계를 필요로 하며, 신속하고 민감한 탐지의 한계를 나타내며 대부분의 경우 한 가지 샘플로 단일 유형의 세균 검출에 사용된다. 무엇보다 여러 식품 매개 병원균을 동시에 검출 할 능력이 없다는 것이 문제점이며, 우선적으로 해결해야 할 필요가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 전기 화학, 표면 강화 라만 산란 법 (surface-enhanced Raman scattering; SERS), 양자점에 기반한 형광 공명 에너지 전달법 (fluorescence resonance energy transfer; FRET) 등 다양한 검출 기술을 사용하여 여러 식품 매개 병원균을 하나의 시료로 검출하려는 많은 시도가 개발되었다. 그러나, 이들 방법은 주로 검출을 위한 광학적 방법에 의존하기 때문에 기술적 제약에 기인한 다중화 능력(multiplexing capability) 또는 동시 감지에 근본적인 단점이 있다. 따라서, 다중화 능력을 개선하기 위한 대안적인 방법에 대한 필요성이 증가하고 있다.Detection of foodborne pathogens is generally carried out using classical methods based on culture methods. Unfortunately, this method requires time-consuming procedures and several difficult steps, represents a limitation of rapid and sensitive detection, and is often used to detect a single type of bacteria in one sample. Above all, it is a problem that there is no ability to detect multiple food-borne pathogens at the same time, and it is necessary to solve them first. To overcome these limitations, various detection techniques such as electrochemistry, surface-enhanced Raman scattering (SERS), and quantum dot-based fluorescence resonance energy transfer (FRET) Many attempts have been made to detect pathogens as a single sample. However, since these methods mainly depend on the optical method for detection, there is a fundamental disadvantage in multiplexing capability or simultaneous detection due to technical constraints. Accordingly, there is an increasing need for alternative methods for improving multiplexing capabilities.

본 발명은 10-105 CFU/ml 범위의 민감도를 보여주는 2 ~ 4 개의 박테리아 병원체를 동시에 탐지할 수 있다. The present invention can simultaneously detect 2-4 bacterial pathogens showing sensitivity ranging from 10 < -10 > 5 CFU / ml.

최근에, 인코딩된 마이크로입자는 검출 및 정량화에서의 장점 때문에 신속하고 다중화 분석 플랫폼(assay platform)을 위한 진단 도구로서 제안되었다. 그들은 분광적(pectrometric), 그래픽(graphical), 전자적(electronic) 및 물리적(physical) 방법과 같은 다양한 방법으로 가공될 수 있다. 그러나 뛰어난 멀티플렉싱 기능에도 불구하고, 복잡한 제조 공정과 디코딩을 위한 특정 광학 장비가 필요하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 자성 나노 입자를 포함한 인코딩된 고분자 마이크로 입자가 다중 분석 시스템(multiplexed assay system )에 도입되었다. Recently, encoded microparticles have been proposed as a diagnostic tool for rapid and multiplex assay platforms because of their advantages in detection and quantification. They can be processed in a variety of ways such as pectrometric, graphical, electronic and physical methods. Despite its excellent multiplexing capabilities, however, it has the disadvantage of requiring specific optical equipment for complex manufacturing processes and decoding. In order to overcome these disadvantages, encoded polymer microparticles including magnetic nanoparticles have been introduced into a multiplexed assay system.

대부분의 경우 인코딩 능력은 상향 변환 나노 결정(upconverting nanocrystals), 양자점(quantum dots ) 또는 컬러 바코드된 자기 마이크로입자(colour-barcoded magnetic microparticles)의 광학 특성에 기인한다. 인코딩 수는 상이한 재료의 조합에 의해 제한된다는 문제점이 남아있다.In most cases the encoding capability is due to the optical properties of upconverting nanocrystals, quantum dots or color-barcoded magnetic microparticles. The problem remains that the number of encodings is limited by a combination of different materials.

본 발명에서는 정렬된 초상자성 나노 입자 (aligned superparamagnetic nanoparticles; SMNP)로부터 자기 축(magnetic axes) (또는 정렬축)에 의해 인코딩된 고분자 마이크로입자가 제안된다. UV 경화성 폴리머와 정렬된 초상자성 나노 입자로 구성된 인코딩된 마이크로입자들은 인코딩 외부 자기장 및 광중합(photopolymerization)에 반복적으로 노출됨으로써 쉽게 제조될 수 있다. In the present invention, polymeric microparticles encoded by aligned magnetic axes (or alignment axes) from aligned superparamagnetic nanoparticles (SMNP) are proposed. Encoded microparticles composed of superparamagnetic nanoparticles aligned with a UV curable polymer can be easily prepared by repeated exposure to the encoded external magnetic field and photopolymerization.

정렬된 초상자성 나노 입자들이 디코딩 외부 자기장에 배치되면, 인코딩된 마이크로입자는 특정 자기 축(또는 정렬축)을 갖기 때문에 디코딩 외부 자기장의 방향에 따라 회전하고 정지된다. 그 다음, 인코딩된 마이크로입자는 단순히 그들의 회전각을 측정함으로써 디코딩될 수 있다. 이 새로운 개념의 타당성을 보여주기 위해, 우리는 인코딩된 마이크로 입자를 사용하여 병원균을 검출하기 위한 다중화 분석법을 시연했다. 우리는 인코딩된 마이크로 입자를 회전각으로 디코딩하여 4 가지 유형의 병원체를 동시에 성공적으로 분류하고, 병원체의 농도를 형광성 라벨의 강도로 정량적으로 분석했다.When aligned superparamagnetic nanoparticles are placed in the decoding external magnetic field, the encoded microparticles rotate and stop in the direction of the decoding external magnetic field because they have a particular magnetic axis (or alignment axis). The encoded microparticles can then be decoded simply by measuring their rotation angle. To demonstrate the feasibility of this new concept, we demonstrated multiplexing assays to detect pathogens using encoded microparticles. We successfully decoded the encoded microparticles at rotational angles, successfully classifying four types of pathogens concurrently, and quantitatively analyzed the concentration of the pathogen by the intensity of the fluorescent label.

본 발명의 일 실시예에 따른 병원균 다중화 분석 방법은, 기준 병원성 균들에 각각 반응하는 포획 항체들 및 검출 항체들을 준비하는 단계; 레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계; 상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계; 상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 특정 패턴을 가지도록 국부적으로 경화시키어 초상자성 나노입자 패턴을 형성하는 단계; 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들 각각에 대응하는 포획 항체들을 부착하는 단계; 서로 다른 포획 항체들이 각각 부착된 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 기준 병원성 균을 포함하는 액상 샘플에 침지하는 단계; 상기 액상 샘플에 상기 기준 병원성 균과 반응하도록 형광 물질을 구비한 검출 항체를 부착시키는 단계; 및 상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a pathogen multiplexing analysis method comprising: preparing capture antibodies and detection antibodies that respectively react with reference pathogenic fungi; Preparing a supernatant magnetic nanoparticle solution in which the supernatant magnetic nanoparticles are dispersed in a resin;  Injecting the superpowder nanoparticle solution into a microchannel and applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis; Locally curing the supernatant nanocrystal solution having the alignment axis so as to have a specific pattern in the microchannel to form a supernatant nanoparticle pattern; Attaching capture antibodies corresponding to each of the superparamagnetic nanoparticle patterns having different alignment axes; Immersing the supernatant nanoparticle patterns having different alignment axes, to which different capture antibodies are respectively attached, in a liquid sample containing a reference pathogenic bacterium; Attaching a detection antibody having a fluorescent substance to the liquid sample so as to react with the reference pathogenic bacteria; And And exposing the superpowder nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns in the direction of the decoding external magnetic field.

[물질][matter]

본 발명에서 사용된 초상자성 나노입자 패턴은 초상자성 나노 입자(Superparamagnetic nanoparticles)와 광경화성 수지 단량체 용액(photocurable resin monomer solution)으로 구성된다. 초상자성 나노 입자는 수 내지 수백 nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 초상자성 나노 입자는 초자철석 코어(magnetite core)와 폴리에틸렌 글리콜 매트릭스(polyethylene glycol matrix)로 구성될 수 있다.The super-magnetic nanoparticle pattern used in the present invention is composed of superparamagnetic nanoparticles and a photocurable resin monomer solution. The superpowder magnetic nanoparticles may have a size of several to several hundred nanometers. The superparamagnetic nanoparticles may be composed of a magnetite core and a polyethylene glycol matrix.

광경화성 레진(photocurable resin)은 Poly(ethylene glycol) (700) diacrylate을 포함할 수 있다. 광경화성 레진은 10 중량 퍼센트(wt%)의 광개시제 (photoinitiator)를 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone(DMPA)일 수 있다.  Photocurable resins may include poly (ethylene glycol) (700) diacrylate. The photocurable resin may comprise 10 weight percent (wt%) of photoinitiator. The photoinitiator may be 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA).

단백질을 마이크로입자의 표면에 고정시키기 위해 4-Benzoyl benzylamine hydrochloride(Bz)를 광개시제로 사용하였다. Bz 기능의 확인을 위해 Streptavidin을 사용하였고, 형광 바이오틴 (fluorescent biotin)을 검출 라벨(detection label)로 사용하였다.  4-Benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) was used as a photoinitiator to fix the protein to the surface of the microparticles. Streptavidin was used for identification of Bz function, and fluorescent biotin was used as detection label.

병원균의 검출을 위해, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus , 그리고 Escherichia coli O157:H7 이 준비된다.For the detection of pathogens, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli O157: H7 are prepared.

포획항체(capture antibody)로, anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium , anti-Staphylococcus aureus , 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7 이 준비된다.Anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium, anti-Staphylococcus aureus, and anti-Escherichia coli O157: H7 are prepared as capture antibodies.

검출 항체(또는 라벨링 물질)로, anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7-FITC 가 준비된다.Anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC and anti-Escherichia coli O157: H7-FITC are prepared as detection antibodies (or labeling substances).

[인코딩된 마이크로 입자의 생산을 위한 마이크로 유체 장치][Microfluidic device for production of encoded microparticles]

초상자성 나노 입자의 정렬에 따른 인코딩된 마이크로 입자는 마이크로 유체 장치에 의하여 제조된다. 마이크로 유체 장치(100)는 마이크로 채널 구조체(110) 및 UV 경화장치(120)를 포함할 수 있다.The encoded microparticles according to the alignment of the superpowder magnetic nanoparticles are produced by a microfluidic device. The microfluidic device 100 may include a microchannel structure 110 and a UV curing device 120.

마이크로 채널 구조체(110)는 폴리디메틸실록산(poly (dimethylsiloxane); PDMS)의 성형 공정(molding process)에 의하여 제조된다.The microchannel structure 110 is manufactured by a molding process of polydimethylsiloxane (PDMS).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 구조체의 제조 방법을 설명하는 도면들이다.FIG. 2 illustrates a method of fabricating a microchannel structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 유체 장치를 설명하는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.

도 2 (a)를 참조하면, 주형(10)이 제조된다. 주형(10)은 포토 리소그래피를 사용하여 형성된 포토레지스트 패턴(12)과 실리콘 웨이퍼(11)를 포함할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴(12)의 높이는 100 마이크로미터 수준이고, 포토 레지스트 패턴(12)의 길이는 수백 마이크로미터 이상일 수 있다. 상기 주형(10)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다.Referring to Fig. 2 (a), a mold 10 is produced. The mold 10 may include a photoresist pattern 12 and a silicon wafer 11 formed using photolithography. The height of the photoresist pattern 12 may be about 100 micrometers and the length of the photoresist pattern 12 may be several hundred micrometers or more. The mold 10 can be formed in various ways.

도 2(b)를 참조하면, 폴리디메틸실록산(PDMS)와 경화제(curing agent)의 혼합물을 주형(10)에 부어 섭씨 150도의 핫 플레이트에서 15 분 동안 열 경화시켰다. 경화된 폴리디메틸실록산(PDMS) 혼합물은 패턴화된 PDMS 복제물(13)을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 2 (b), a mixture of polydimethylsiloxane (PDMS) and a curing agent was poured into the mold 10 and thermally cured on a hot plate at 150 degrees Celsius for 15 minutes. The cured polydimethylsiloxane (PDMS) mixture can provide the patterned PDMS replica 13.

도 2(c)를 참조하면, 패턴화된 PDMS 복제물(13)은 실리콘 웨이퍼(11)에서 분리된다. 상기 포토 레지스트 패턴(12)은 산소 플라즈마 처리에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 2 (c), the patterned PDMS replica 13 is separated from the silicon wafer 11. The photoresist pattern 12 may be removed by oxygen plasma treatment.

도 2(d)를 참조하면, 패턴화된 PDMS 복제물(13)은 산소 플라즈마 처리 후에, PDMS 코팅층(16)을 포함한 커버 유리(15)와 결합한다. Referring to Fig. 2 (d), the patterned PDMS replica 13 is bonded to the cover glass 15 including the PDMS coating layer 16 after oxygen plasma treatment.

본딩된 마이크로 채널 구조체(110)는 마이크로 채널(14)과 PDMS 코팅층(16) 사이의 강한 접착을 위해 섭씨 150도의 핫 플레이트에서 10 분 동안 가열된다. The bonded microchannel structure 110 is heated for 10 minutes on a hot plate at 150 degrees Celsius for strong adhesion between the microchannel 14 and the PDMS coating layer 16.

마이크로 채널(14)은 인코딩된 마이크로입자의 제조를 위해 약 100 ㎛ 높이로 제조된다. 마이크로 채널(14)은 레진에 초상자성 나노입자들(132)을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액(130)에 의하여 채워진다. 마이크로 채널(14)은 외부로부터 초상자성 나노입자 용액(130)을 공급받는 입구와 초상자성 나노입자 용액(130)을 배출하는 출구를 포함할 수 있다. Microchannel 14 is fabricated at about 100 [mu] m height for the production of the encoded microparticles. The microchannel 14 is filled with the supernatant nanoparticle solution 130 in which the supernatant nanoparticles 132 are dispersed in the resin. The microchannel 14 may include an inlet for receiving the supernatant nanoparticle solution 130 from the outside and an outlet for discharging the supernatant nanoparticle solution 130.

[ 인코딩된 마이크로 입자의 제조][Preparation of encoded microparticles]

직경 200 nm의 초상자성 나노 입자는 광경화성 수지 단량체 용액(photocurable resin monomer solution)에 200 mg/ml의 농도로 분산된다. Superparamagnetic nanoparticles with a diameter of 200 nm are dispersed in a photocurable resin monomer solution at a concentration of 200 mg / ml.

광경화성 레진은 Poly(ethylene glycol) (700) diacrylate (PEG-DA 700)을 사용하고, 광개시제는 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone(DMPA)을 10 중량 % 사용하였다.The photocurable resin used was poly (ethylene glycol) (700) diacrylate (PEG-DA 700) and the photoinitiator was 10 wt% of 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA).

인코딩 외부 자기장 아래에서, 초상자성 나노입자 용액(130) 내의 초상자성 나노 입자들은 자기력선(magnetic field lines)을 따라 사슬 형 구조를 형성하기 위해 정렬될 수 있다. 이 현상을 바탕으로, 우리는 초상자성 나노 입자 사슬의 방향으로 인코딩된 마이크로 입자를 제조한다. Under the encoding external magnetic field, the supercritical nanoparticles in the supernatant nanoparticle solution 130 may be aligned to form a chain-like structure along magnetic field lines. Based on this phenomenon, we produce microparticles encoded in the direction of the superparamagnetic nanoparticle chains.

도 3을 참조하면, 마이크로 유체 장치(100)는 마이크로 채널 구조체(110) 및 UV 경화장치(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the microfluidic device 100 may include a microchannel structure 110 and a UV curing device 120.

UV 경화장치(120)는 자외선 소스(121), 포토 마스크(124) 및 대물 렌즈(122)로 구성된다. 자외선은 포토 마스크(124) 및 스테이지(126)를 통과하여 통해 마이크로 채널(14)로 전달되어 모노머 용액의 중합을 발생시킨다. 마이크로 채널(14)은 외부로부터 초상자성 나노입자 용액(130)을 공급받는 입구와 초상자성 나노입자 용액(130)을 배출하는 출구를 포함할 수 있다. 상기 입구는 호스(128)를 통하여 외부로부터 초상자성 나노입자 용액(130)을 공급받을 수 있다.The UV curing device 120 is composed of an ultraviolet source 121, a photomask 124, and an objective lens 122. Ultraviolet light passes through the photomask 124 and the stage 126 to the microchannel 14 to cause polymerization of the monomer solution. The microchannel 14 may include an inlet for receiving the supernatant nanoparticle solution 130 from the outside and an outlet for discharging the supernatant nanoparticle solution 130. The inlet may be supplied with the supernatant nanoparticle solution 130 from the outside through the hose 128.

인코딩 자기장 발생부(142,144)는 두 개의 영구 자석(142)과 영구자석 정렬 패널(144)을 포함할 수 있다. 인코딩 자기장 발생부(142,144)는 상기 마이크로 채널(14)에 균일한 인코딩 자기장을 생성할 수 있다. 상기 인코딩 자기장 발생부(142,144)는 스테이지(124)에서 임의의 각도로 회전할 수 있다. 인코딩 자기장 발생부(142,144)는 전자석으로 구성되도록 변형될 수 있다.The encoding magnetic field generators 142 and 144 may include two permanent magnets 142 and a permanent magnet alignment panel 144. The encoding magnetic field generators 142 and 144 can generate a uniform encoding magnetic field in the microchannel 14. [ The encoding magnetic field generators 142 and 144 may rotate at an arbitrary angle in the stage 124. [ The encoding magnetic field generators 142 and 144 may be modified to be comprised of electromagnets.

마이크로 채널(14)이 단량체 용액과 초상자성 나노 입자로 구성된 초상자성 나노입자 용액(130)으로 채워진 후, 마이크로 채널(14)을 인코딩 외부 자기장에 노출시키면, 초상자성 나노 입자은 소정의 방향으로 정렬된다. 초상자성 나노 입자들은 인코딩 외부 자기장 방향으로 직선 사슬 형태로 정렬된다.When the microchannel 14 is filled with the solution of super-magnetic nanoparticles 130 composed of the monomer solution and the super-magnetic nanoparticles, and then the microchannel 14 is exposed to the encoding external magnetic field, the super-magnetic nanoparticles are aligned in a predetermined direction . The superpowder magnetic nanoparticles are aligned in a linear chain in the direction of the encoded external magnetic field.

초상자성 나노 입자들을 함유하는 초상자성 나노입자 용액(130)은 UV 경화장치(120)에 의하여 소정의 패턴을 가지도록 경화될 수 있다. 포토 마스크(124)를 상기 마이크로 채널(14)에 정렬하고, UV 광 (λ = 360 ㅁ 50 nm)에 노출시킨다. 초상자성 나노입자 용액(130)은 40 mW/cm2의 강도에서 1 초의 UV 노출로 중합된다. The supernatant nanoparticle solution 130 containing the superpowder magnetic nanoparticles may be cured to have a predetermined pattern by the UV curing apparatus 120. [ A photomask 124 is aligned with the microchannel 14 and exposed to UV light (? = 360 nm, 50 nm). The supernatant magnetic nanoparticle solution 130 is polymerized with a 1 second UV exposure at an intensity of 40 mW / cm 2 .

도 4a 내지 도 4d는 인코딩 외부 자기장이 없는 경우와 인코딩 외부 자기장의 방향에 따른 초상자성 나노입자들의 정렬 상태를 나타내는 도면들이다.FIGS. 4A to 4D are views showing the alignment state of the super-magnetic nanoparticles according to the direction of the encoded external magnetic field and the case where no encoding external magnetic field is present.

도 4a를 참조하면, 마이크로 채널에 초상자성 나노입자 용액(130)이 채워지나, 인코딩 외부 자기장이 인가되지 않았다. 초상자성 나노입자들(132)은 특정한 정렬 상태를 가지고 않고 랜덤하게 배열된다. Referring to FIG. 4A, the supercritical nanoparticle solution 130 is filled in the microchannel, but the encoded external magnetic field is not applied. The superpowder magnetic nanoparticles 132 are randomly arranged without a specific alignment state.

도 4b를 참조하면, 인코딩 외부 자기장(Hx)이 마이크로 채널(14)의 길이 방향으로 인가된다. 초상자성 나노입자들(132)은 인코딩 외부 자기장(Hx) 방향으로 정렬된다. 포토 마스크(124)의 패턴은 "L"자 형태이고, 자외선에 의하여 경화된 초상자성 나노입자 패턴은 "L"자 형태를 가진다.Referring to FIG. 4B, an encoded external magnetic field Hx is applied in the longitudinal direction of the microchannel 14. The superpowder magnetic nanoparticles 132 are aligned in the direction of the encoded external magnetic field (Hx). The pattern of the photomask 124 is in an "L" shape, and the super-magnetic nanoparticle pattern cured by ultraviolet light has an "L" shape.

도 4c를 참조하면, 인코딩 외부 자기장(Hy)이 마이크로 채널(14)의 길이 방향에 수직한 방향으로 인가된다. 초상자성 나노입자들(132)은 인코딩 외부 자기장(Hy) 방향으로 정렬된다. 포토 마스크(124)의 패턴은 "L"자 형태이고, 자외선에 의하여 경화된 초상자성 나노입자 패턴은 "L"자 형태를 가진다.Referring to FIG. 4C, the encoded external magnetic field Hy is applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the microchannel 14. The superpowder magnetic nanoparticles 132 are aligned in the direction of the encoded external magnetic field (Hy). The pattern of the photomask 124 is in an "L" shape, and the super-magnetic nanoparticle pattern cured by ultraviolet light has an "L" shape.

도 4d를 참조하면, 인코딩 외부 자기장(Hxy)이 마이크로 채널(14)의 길이 방향에 45도 방향으로 인가된다. 초상자성 나노입자들(132)은 인코딩 외부 자기장(Hxy) 방향으로 정렬된다. 포토 마스크(124)의 패턴은 "L"자 형태이고, 자외선에 의하여 경화된 초상자성 나노입자 패턴은 "L"자 형태를 가진다.Referring to FIG. 4D, an encoded external magnetic field Hxy is applied in the direction of 45 degrees in the longitudinal direction of the microchannel 14. The superpowder magnetic nanoparticles 132 are aligned in the direction of the encoded external magnetic field (Hxy). The pattern of the photomask 124 is in an "L" shape, and the super-magnetic nanoparticle pattern cured by ultraviolet light has an "L" shape.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴들을 설명하는 평면도들이다.FIG. 5 is a plan view illustrating superparamagnetic nanoparticle patterns according to another embodiment of the present invention. FIG.

도 5를 참조하면, UV 광의 짧은 노출 시간은 인코딩된 마이크로 입자(또는 초상자성 나노입자 패턴)의 재현 가능한 제조를 보장한다. 4 종류의 개별 자기축(또는 정렬축)을 갖는 초상자성 나노입자 패턴들(200a~200d)은, 45 도 간격으로 0 도에서 135도 까지 자기축의 각을 가진다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가질 수 있다. 상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 배치 평면(xy 평면) 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가질 수 있다. 상기 기준축은 x축일 수 있다.Referring to FIG. 5, the short exposure time of UV light ensures reproducible production of encoded microparticles (or super-magnetic nanoparticle patterns). The superparamagnetic nanoparticle patterns 200a to 200d having four kinds of individual magnetic axes (or alignment axes) have magnetic axis angles from 0 to 135 degrees at intervals of 45 degrees. Each of the super-magnetic nanoparticle patterns may have the same shape and different alignment axes. Wherein the superparamagnetic nanoparticle patterns are in the form of a film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns are disposed in a plane (xy plane) of the film, and the alignment axis of the superpowder nanoparticle patterns rotates in accordance with the decoded external magnetic field, You can have a geometric reference axis to determine the angle of rotation of the alignment axis. The reference axis may be x-axis.

초상자성 나노입자 패턴들(200a~200d) 각각은 정렬축과 기준축 사이의 서로 다른 각도들을 각각 가질 수 있다. 이러한 초상자성 나노입자 패턴들(200a~200d)들 각각은 인코딩 자기장과 기하학적 기준축 사이의 각도를 조절하는 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들이 제조된다. Each of the superparamagnetic nanoparticle patterns 200a to 200d may have different angles between the alignment axis and the reference axis, respectively. Each of these superparamagnetic nanoparticle patterns 200a-200d may be implemented in various ways to adjust the angle between the encoding magnetic field and the geometric reference axis. Superparamagnetic nanoparticle solutions with alignment axes are cured in microchannels to produce superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes.

일 실시예에 따르면, 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 마이크로 채널을 회전시키면서 소정 패턴으로 경화시키어 상기 마이크로 채널의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입자 패턴들을 각각 형성할 수 있다. 예를 들어, 마이크채널의 특정 위치에서 특정 패턴으로 경화시킨다. 이어서, 상기 마이크로 채널을 회전시키고 경화시킬 위치를 변경한 후, 변경된 위치에서 자외선을 이용하여 소정 패턴으로 경화시킨다. 이러한 과정을 반복하면, 다양한 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들이 제조된다.According to one embodiment, the direction of the encoding magnetic field is fixed, and the microchannel is rotated and cured in a predetermined pattern to form the super-magnetic nanoparticle patterns corresponding to the rotation angle of the microchannel. For example, a specific pattern of the microphone channel is cured in a specific pattern. Subsequently, the microchannel is rotated and the position to be cured is changed, and then the microchannel is cured in a predetermined pattern using ultraviolet rays at the changed position. Repeating this process produces superparamagnetic nanoparticle patterns with various alignment axes.

변형된 실시예에 따르면, 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 초상자성 나노입자 용액을 경화시킨 후 소정 패턴의 회전각에 대응하도록 절단하여 초상자성 나노입 패턴들이 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 채널에 주입된 모든 초상자성 나노입자 용액은 동시에 경화된다. 이어서, 경화된 초상자성 나노입자 필름은 레이저 절단 공정을 이용하여 상기 초상자성 나노입 패턴들을 제공할 수 있다. 기하학적 기준축과 정렬축 사이의 각도가 상기 초상자성 나노입 패턴들 별로 서로 다르도록, 경화된 초상자성 나노입자 필름은 절단된다. According to the modified embodiment, the direction of the encoding magnetic field is fixed, and the supernatant nano-particle pattern can be formed by curing the supernatant nanoparticle solution and then cutting to correspond to the rotation angle of the predetermined pattern. For example, all the supernatant nanoparticle solutions injected into the microchannel are cured simultaneously. The cured superporous nanoparticle film may then be subjected to a laser cutting process to provide the super-strong nano-particles patterns. The cured super high magnetic nanoparticle film is cut so that the angle between the geometrical reference axis and the alignment axis is different for each of the super high magnetic nano patterns.

또 다른 변형된 실시예에 따르면, 인코딩 자기장의 방향 및 마이크로 채널의 방향은 고정되고, 소정 패턴을 회전시키면 경화시키어 상기 소정 패턴의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입 패턴들이 각각 형성된다. 예를 들어, 상기 소정 패턴의 회전은 포토 마스크를 회전시키거나 소정 패턴을 형성하는 자외선 이미지를 회전시켜 수행될 수 있다. 상기 자외선 이미지의 회전은 포토 마스크를 사용하지 않고 디지털 마이크로미터 소자(digital micromirror device)와 같은 스캐닝 수단에 의하여 달성될 수 있다.According to another modified embodiment, the direction of the encoding magnetic field and the direction of the microchannel are fixed, and when the predetermined pattern is rotated, the super-magnetic nano patterns corresponding to the rotation angle of the predetermined pattern are formed by curing. For example, the rotation of the predetermined pattern may be performed by rotating a photomask or rotating an ultraviolet image forming a predetermined pattern. The rotation of the ultraviolet image can be accomplished by a scanning means such as a digital micromirror device without using a photomask.

도 6은 도 5의 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴들)이 디코딩 외부 자기장(Hdec)에 따라 정렬된 상태를 나타낸다.Fig. 6 shows a state in which the microparticles (or super-magnetic nanoparticle patterns) of Fig. 5 are aligned according to the decoding external magnetic field Hdec.

초상자성 나노입자 패턴들(200a~200d)의 정렬축은 디코딩 외부 자기장(Hdec) 방향으로 회전하여 정렬된다.The alignment axes of the superficial magnetic nanoparticle patterns 200a to 200d are rotated and aligned in the direction of the decoding external magnetic field Hdec.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초상자성 나노입자 패턴들을 설명하는 도면들이다.7 is a view for explaining super-magnetic nanoparticle patterns according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 초상자성 나노입자 패턴들(또는 마이크로 입자) 각각은 포토 마스크 및 채널 높이에 따라 240 μm x 200 μm x 100 μm의 크기를 가질 수 있다. 0 도, 30도, 60도 및 90도 의 자기 축(또는 정렬축)을 갖는 인코딩된 초상자성 나노입자 패턴들(300a~300d)은 Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, 그리고 Escherichia coli O157:H7을 각각 검출하기 위하여 사용되었다.Referring to FIG. 7 , each of the super-magnetic nanoparticle patterns (or microparticles) may have a size of 240 μm × 200 μm × 100 μm depending on the photomask and channel height. The encoded superparamagnetic nanoparticles patterns 300a-300d having magnetic axes (or alignment axes) of 0, 30, 60, and 90 degrees correspond to Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli O157: H7 Respectively.

[마이크로 입자에 단백질의 광 고정화][Optical immobilization of proteins on microparticles]

인코딩된 초상자성 나노입자 패턴들(300a~300d)에 단백질을 접합시키기 위해 단백질을 직접 고정화할 수 있는 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)을 링커(linker)로 사용하여 광고정(photoimmobilization) 공정이 수행될 수 있다. 이 공정의 타당성을 확인하기 위해, Streptavidin과 형광 바이오틴(fluorescent biotin)이 우선적으로 사용되었다. 인산 완충 식염수 (phosphate buffered saline ; PBS)에 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드 (100 ㎍ / ㎖) 및 Streptavidin (100 ㎍ / ㎖)을 혼합하고, 200 ㎕의 혼합 용액을 인코딩된 초상자성 나노입자 패턴에 첨가하였다. 4-Benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz), which is capable of directly immobilizing the protein to bind the protein to the encoded superparamagnetic nanoparticle patterns 300a to 300d, is used as a linker A photoimmobilization process can be performed. To confirm the validity of this process, Streptavidin and fluorescent biotin were preferentially used. Benzoyl benzylamine hydrochloride (100 占 퐂 / ml) and Streptavidin (100 占 퐂 / ml) were mixed in phosphate buffered saline (PBS), and 200 占 퐇 of the mixed solution was added to the encoded super- .

그들은 18 mW/cm2의 강도에서 20 분 동안 자외선 (λ = 365 ㅁ 5 nm)에 의해 조사되었다. 조명된 인코딩된 마이크로입자들은 이어서 인산 완충 식염수로 세척 한 후, 그들은 실온에서 30 분 동안 형광 바이오틴(fluorescent biotin) (100㎍ /ml)과 반응시켰다. They were irradiated with ultraviolet light (? = 365? 5 nm) for 20 minutes at an intensity of 18 mW / cm 2 . The illuminated encoded microparticles were then washed with phosphate buffered saline and then reacted with fluorescent biotin (100 μg / ml) for 30 minutes at room temperature.

다음으로, 생성된 마이크로 입자를 인산 완충 식염수 (phosphate buffered saline ; PBS)로 3 회 세척하였다. 접합된 Streptavidin 및 형광 바이오틴을 형광 현미경으로 시각화하여 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(Bz)의 기능을 확인 하였다. Next, the resulting microparticles were washed three times with phosphate buffered saline (PBS). The conjugated Streptavidin and fluorescent biotin were visualized by fluorescence microscopy to confirm the function of 4-benzoylbenzylamine hydrochloride (Bz).

병원체의 다중화 분석을 위해, 우리는 인코딩된 마이크로입자와 포획 항체(capture antibodies)를 접합(conjugate)하기 위해 이 과정을 적용했다. 이 때, 20㎍/㎖의 각각의 포획 항체와 500 ㎍/㎖의 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(Bz)를 사용하였다. 이전의 공정과 마찬가지로, 혼합 용액 및 각각의 인코딩된 마이크로입자를 혼합하고 20 분 동안 UV 광 (18 mW/cm2)에 노출시켰다. 최종적으로 여러 개의 병원균을 검출하기 위해 섭씨 4도에서 보관 하였다. 각각의 포획 항체(310a~310d)는 anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium , anti-Staphylococcus aureus , 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7 일 수 있다.For multiplexing analysis of pathogens, we applied this procedure to conjugate the captured microparticles and capture antibodies. At this time, 20 μg / ml of each capture antibody and 500 μg / ml of 4-benzoylbenzylamine hydrochloride (Bz) were used. As in the previous process, the mixed solution and each encoded microparticle were mixed and exposed to UV light (18 mW / cm 2 ) for 20 minutes. Finally, to detect multiple pathogens, we kept them at 4 ° C. Each of the capture antibodies 310a to 310d may be anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium, anti-Staphylococcus aureus, and anti-Escherichia coli O157: H7.

[병원균 준비][Preparation of pathogens]

Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157 : H7을 다중화 분석을 위해 준비하였다. 이들은 섭씨 25도 에서 24 시간 동안 R2A 배지 (R2A medium)에서 배양된 후, 멸균된 인산 완충 식염수 (phosphate buffered saline ; PBS)로 세척되었다. Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 were prepared for multiplex analysis. They were cultured in R2A medium for 24 hours at 25 ° C and then washed with sterile phosphate buffered saline (PBS).

병원균(pathogens)의 농도를 확인하기 위해, 흡광도(absorbance)를 분광 광도계 (spectrophotometer)를 사용하여 파장 600 nm에서 측정하였다. 그 결과, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157 : H7의 흡광도는 각각 1.80, 2.74, 2.71, 2.06이고, 2.7ⅹ108, 1.2ⅹ108, 1.4ⅹ108 및 2.6ⅹ108 콜로니 형성 단위 ( colony-forming unit; CFU/ml) 값을 각각 나타내었다. To determine the concentration of pathogens, the absorbance was measured at a wavelength of 600 nm using a spectrophotometer. As a result, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 in the absorbance is 1.80, 2.74, 2.71, and 2.06, 2.7ⅹ10 8, 1.2ⅹ10 8, 1.4ⅹ10 8 and 2.6ⅹ10 8 colony forming units (each colony -forming unit; CFU / ml), respectively.

[ 병원균 검출을 위한 다중화 분석 절차][Multiplex analysis procedure for pathogen detection]

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병원균 분석 방법을 설명하는 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating a method for analyzing pathogens according to another embodiment of the present invention.

도 7 및 8을 참조하면, Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157 : H7의 4 가지 유형의 병원체(320a~320d)가 0도, 30 도, 60 도 및 90 도의 자기축(또는 정렬축)을 갖는 각각의 인코딩된 초상자성 나노입자 패턴들(300a~300d)과 반응하도록 할당되었다.Referring to FIGS. 7 and 8, four types of pathogens 320a-320d of Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli O157: H7 were grown on magnetic axes (or alignment) of 0, 30, 60, Axis) of each of the encoded super-magnetic nanoparticle patterns 300a-300d.

각각의 포획 항체(310a~310d)와 접합된 인코딩된 마이크로 입자들에 상응하는 농도의 병원체와 15 분 동안 실온에서 반응시키고, 인산 완충 식염수 (phosphate buffered saline ; PBS)로 3 회 세척하였다. Reacted at a concentration of the pathogens corresponding to the encapsulated microparticles conjugated with each of the capture antibodies 310a to 310d at room temperature for 15 minutes and washed three times with phosphate buffered saline (PBS).

이어서, 20 μg / ml의 각 검출 항체(330a~330d)는 실온에서 20 분 동안 인코딩된 마이크로 입자의 표면에서 병원체와 반응하였다. 각 검출 항체(330a~330d)는 anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7-FITC 이다.Each detection antibody (330a-330d) at 20 [mu] g / ml then reacted with the pathogen at the surface of the microparticles encoded at room temperature for 20 minutes. Each of the detection antibodies 330a to 330d is anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, and anti-Escherichia coli O157: H7-FITC.

먼저, 이 과정을 거쳐 인코딩된 마이크로입자를 각 병원체의 다양한 농도에 반응시켜 각 병원체의 표준 곡선을 얻었다.  First, the standard curve of each pathogen was obtained by reacting the encoded microparticles with various concentrations of each pathogen through this process.

다음으로, 우리는 재현성 및 다중화 능력을 평가하기 위해 각 병원균의 특정 농도를 사용하여 다중화 분석을 수행했다. 알려진 농도 값은 표준 곡선에서 얻은 신호와 비교되었다.Next, we performed multiplex analysis using specific concentrations of each pathogen to assess reproducibility and multiplexing capabilities. The known concentration values were compared with the signals obtained from the standard curve.

[ 인코딩된 마이크로 입자의 디코딩][Decoding of encoded microparticles]

서로 다른 자기 축을 갖는 인코딩된 마이크로 입자들(또는 초상자성 나노입자 패턴들)은 자기축에 따라 특정 운동을 나타낸다. 랜덤하게 분산된 마이크로 입자가 특정 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출되면, 자기축과 자기장 방향이 동일하도록, 마이크로입자는 회전하여 정지한다. Encoded microparticles (or superparamagnetic nanoparticles patterns) having different magnetic axes exhibit specific motion along their magnetic axis. When randomly dispersed microparticles are exposed to a decoding external magnetic field in a specific direction, the microparticles rotate and stop so that the direction of magnetic field and magnetic field is the same.

이 원리를 바탕으로 우리는 마이크로 입자의 유형을 결정하고 병원체의 검출을 위한 다중 분석법을 수행했다. Based on this principle, we determined the type of microparticles and performed multiple assays for the detection of pathogens.

15 도 간격으로 4 가지 유형의 마이크로 입자 0 도에서 90 도까지 서로 다른 자기 축을 가진 인코딩된 마이크로 입자들(300a~300d)이 제조된다.Encoded microparticles 300a to 300d having different magnetic axes from 0 deg. To 90 deg. Are prepared at fourteen types of microparticles at intervals of 15 degrees.

디코딩 외부 자기장이 없을 때, 마이크로 입자들은 움직이지 않았고 랜덤한 기준축 방향을 가지고 있다. Decoding When there is no external magnetic field, the microparticles do not move and have a random reference axis orientation.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 초상자성 나노입자 패턴들이 디코딩 외부 자기장하에서 회전 후의 상태를 나타내는 도면들이다.FIG. 9 is a view showing a state after super-magnetic nanoparticle patterns are rotated under a decoded external magnetic field according to still another embodiment of the present invention. FIG.

도 9를 참조하면, 초상자성 나노입자 패턴들(300a~300d)은 특정 방향을 갖는 디코딩 외부 자기장(Hdec)에서, 초상자성 나노입자 패턴들(300a~300d) 정렬축(또는 자기축)이 자기장 방향과 평행하게 배열되도록 움직였다.Referring to Figure 9, the superparamagnetic nanoparticles pattern (300a ~ 300d) is in the decoded external magnetic field with a specific direction (H dec), the superparamagnetic nanoparticles pattern (300a ~ 300d) arranged axis (or the magnetic axis) is And moved parallel to the direction of the magnetic field.

디코딩의 혼란을 방지하기 위해, 마이크로 입자들의 모양은 "L" 자 형태일 수 있다. 기준축은 기학적 구조와 평행한 방향일 수 있다.To avoid confusion in decoding, the shape of the microparticles may be in the "L" shape. The reference axis may be in a direction parallel to the geometric structure.

그래서 우리는 기준축을 사용하여 회전 방향을 쉽게 찾을 수 있다. 따라서, 기준축의 방향은 일종의 바코드로 작용하여 인코딩된 마이크로 입자가 다중 분석에 사용될 수 있다. So we can easily find the direction of rotation using the reference axis. Thus, the direction of the reference axis acts as a kind of bar code so that the encoded microparticles can be used for multiple analysis.

현존하는 대부분의 바코드 입자는 추가적인 검출 프로그램 또는 장치를 필요로 한다.Most existing bar code particles require additional detection programs or devices.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩된 마이크로입자는 12 개 이상의 표적에 대해 다중화 분석을 동시에 수행 할 수 있고, 특정 장치없이 자기장만을 사용하여 표적 분석물(target analytes)을 검출 할 수 있다. 또한, 이 시스템은 다수의 표적을 검출하는데 오직 한 종류의 파장만을 사용한다는 확실한 이점이 있다.Meanwhile, the encoded microparticles according to an embodiment of the present invention can simultaneously perform multiplex analysis on 12 or more targets, and target analytes can be detected using only a magnetic field without a specific device. The system also has the clear advantage of using only one type of wavelength to detect multiple targets.

[ 단백질의 광고정 확인][Confirmation of protein advertising]

도 10은 다양한 조건에서의 광고정화 공정 결과를 나타내는 실험 결과이다.10 is an experimental result showing the result of the advertisement purification process under various conditions.

도 10을 참조하면, 광고정화 공정(photoimmobilization process)으로, 표적 단백질은 성공적으로 인코딩된 마이크로입자에 접합된다. 그러나 단백질이 장시간 자외선에 장기간 노출될 필요가 있기 때문에, 접합 단백질(conjugated proteins)의 활성이 평가될 필요가 있다. 병원균을 적용하기 전에, 우리는 Streptavidin과 형광 바이오틴을 사용하여 안정한 고정화(stable immobilization), 표적 단백질(target proteins ) 및 비특이적 결합(non-specific bindings)의 활성을 확인했다. Referring to FIG. 10, in a photoimmobilization process, the target protein is conjugated to successfully encoded microparticles. However, since proteins need long-term exposure to ultraviolet light for a long time, the activity of conjugated proteins needs to be evaluated. Prior to application of the pathogen, we identified stable immobilization, target proteins and non-specific binding activity using streptavidin and fluorescent biotin.

Streptavidin은 20 분 동안 강도가 18 mW/cm2 인 자외선 노출 하에서 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)를 사용하여 마이크로입자와 반응하였다. Streptavidin reacted with microparticles using 4-benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) under ultraviolet light exposure for 18 minutes at a strength of 18 mW / cm 2 .

다음에, 형광 바이오틴은 마이크로입자에서 Streptavidin과 실온에서 30 분 동안 반응하였다. 도 10의 A를 참조하면, 그 결과, 명확한 형광 신호가 측정되었다. Next, fluorescent biotin was reacted with streptavidin in microparticles for 30 minutes at room temperature. Referring to Fig. 10A, as a result, a clear fluorescence signal was measured.

도 10의 B를 참조하면, 그러나 형광 신호는 Streptavidin이 없는 경우에도 측정되었다. 이러한 결과에 기초하여, 우리는 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)가 여전히 자외선에 의해 활성화되어 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)가 형광 바이오틴과 반응한다고 가정했다. Referring to Figure 10B, however, the fluorescence signal was also measured in the absence of Streptavidin. Based on these results, we found that 4-benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) is still activated by ultraviolet light and 4-benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) .

따라서, 표적 단백질( 또는 포획 항체)을 고정화한 후 활성화된 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)를 차단(blocking)하기 위해, 우리는 인코딩된 마이크로입자를 1 % 소혈청알부민(Bovine serum albumin;BSA)을 인산 완충 식염수 (phosphate buffered saline ; PBS)에 녹인 용액에 1 시간 동안 반응시켰다. Thus, in order to block the activated 4-benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) after immobilizing the target protein (or capture antibody), we encode the encoded microparticles in 1% bovine serum Bovine serum albumin (BSA) was dissolved in phosphate buffered saline (PBS) for 1 hour.

도 10의 C를 참조하면, 소혈청알부민(Bovine serum albumin;BSA) 코팅 후, 대조군으로서, Streptavidin을 가지지 않는 마이크로입자는 형광 바이오틴과 반응하였고 어떠한 신호도 검출되지 않았다. Referring to FIG. 10C, after coating with bovine serum albumin (BSA), as a control, microparticles having no Streptavidin reacted with fluorescent biotin and no signal was detected.

4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)가 차단되었음을 확인하였기 때문에, 우리는 BSA 및 형광 비오틴으로 코팅된 Streptavidin과 마이크로입자 사이의 반응을 수행했다.  Since we confirmed that 4-Benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) was blocked, we performed a reaction between BSA and fluorescent biotin-coated Streptavidin and microparticles.

도 10의 D를 참조하면, BSA 및 형광바이오틴으로 코팅된 Streptavidin과 마이크로입자가 반응한 경우, 명확한 형광 신호는 측정되었다. 이러한 실험을 통해 Streptavidin의 활성은 UV 조사 시간이 길어 졌음에도 불구하고 유지되는 것으로 판명되었다., 활성화된 4- 벤조일 벤질아민 하이드로클로라이드(4-Benzoyl benzylamine hydrochloride; Bz)는 소혈청알부민(Bovine serum albumin) 코팅에 의해 효과적으로 차단될 수 있다. Referring to Figure 10D, when microparticles were reacted with streptavidin coated with BSA and fluorescent biotin, a clear fluorescence signal was measured. These experiments show that the activity of Streptavidin is retained despite the longer UV exposure time. Activated 4-Benzoyl benzylamine hydrochloride (Bz) is a bovine serum albumin ) Coating. ≪ / RTI >

[병원체의 검출][Detection of Pathogens]

최적화된 조건 하에서 각각의 병원체에 대한 분석이 수행되었다. Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157 : H7의 포획 항체는 각각 0 도, 30 도, 60 도 및 90 도 자기 축을 갖는 인코딩된 마이크로입자(300a~300d)에 접합되었다. 생성된 인코딩된 마이크로입자는 각각의 병원체와 반응시킨 후, 대응하는 검출 항체-FITC(330a~330d)의 용액으로 인큐베이션 되었다. Analysis was performed for each pathogen under optimized conditions. The capture antibodies of Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 were conjugated to encoded microparticles (300a to 300d) with 0, 30, 60 and 90 degree magnetic axes, respectively. The resulting encoded microparticles were incubated with a solution of the corresponding detection antibody-FITC (330a-330d) after reacting with each pathogen.

배경 시험으로, 병원균이 없는 4 가지 대조군 실험을 실시했다. 대조군의 형광 강도는 52 a.u. 미만이었다. (Bacillus subtillis : 51.8 ± 2.78 a.u, Salmonella typhimurium : 46.8 ± 2.48 a.u., Staphylococcus aureus : 36.8 ± 3.54 a.u, Escherichia coli O157 : H7 : 33.8 ± 2.48 a.u).As a background test, four control experiments without pathogens were conducted. The fluorescence intensity of the control group was 52 au. Respectively. (Bacillus subtillis: 51.8 + - 2.78 au, Salmonella typhimurium: 46.8 + - 2.48 au, Staphylococcus aureus: 36.8 + 3.54 au, Escherichia coli O157: H7: 33.8 + 2.48 a.u).

도 11은 병원균들의 반응 시간에 따른 형광이미지들이다.Fig. 11 shows fluorescence images according to reaction time of pathogens.

도 12는 도 11의 형광 이미지의 강도를 반응 시간에 따라 표시한 그래프이다.12 is a graph showing the intensity of the fluorescence image of FIG. 11 according to the reaction time.

도 11을 참조하면, 포획 항체의 농도는 일정하고, 검출 항체의 농도도 일정하다. 또한, 병원균의 농도도 일정하다. 한편, 병원균과 반응하는 초상자성 나노입자 패턴들의 반응시간은 다양하게 변경되었다. 반응 시간은 5분, 10분, 15분, 20분. 30분, 및 1시간이다. 11, the concentration of the capture antibody is constant and the concentration of the detection antibody is constant. Also, the concentration of pathogenic bacteria is constant. On the other hand, the response times of the superparamagnetic nanoparticle patterns reacting with pathogens vary widely. The reaction time is 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes. 30 minutes, and 1 hour.

도 12를 참조하면, 형광 강도는 반응시간의 증가에 따라 전반적으로 증가한다.Referring to FIG. 12, the fluorescence intensity increases as the reaction time increases.

도 13은 병원균들의 농도에 따른 형광이미지들이다.Figure 13 is fluorescence images according to the concentration of pathogens.

도 14는 도 13의 형광 이미지의 강도를 병원균들의 농도에 따라 표시한 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing the intensity of the fluorescence image of FIG. 13 according to the concentration of pathogens.

도 13 및 도 14를 참조하면, Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157:H7 의 농도는 10 배씩(10, 10^2, 10^4 이렇게 증가되는데 10배씩이라고 해도 괜찮을지 모르겠습니다.) 증가한다. Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus 및 Escherichia coli O157:H7 의 표준 곡선은 10 내지 108 CFU/ml의 농도 범위로 도시한다. 13 and 14, the concentration of Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 is increased by 10 times (10, 10, 2, 10 ^ 4, do. The standard curves for Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 are shown in the concentration range of 10 to 10 8 CFU / ml.

각각의 병원균에 대한 검출 한계 (limit of detections; LOD)는 각각 Bacillus subtillis의 경우 5.7 CFU/ml, Salmonella typhimurium의 경우 3.4 CFU/ml, Staphylococcus aureus의 경우 12.3 CFU/ml 및 Escherichia coli O157 : H7의 경우 16.9 CFU/ml 이다.The limit of detections (LOD) for each pathogen is 5.7 CFU / ml for Bacillus subtillis, 3.4 CFU / ml for Salmonella typhimurium, 12.3 CFU / ml for Staphylococcus aureus and Escherichia coli O157: H7 16.9 CFU / ml.

검출 한계(LOD)는 3.3 x SD / b로 정의된다. 여기서 SD와 b는 블랭크 측정의 표준 편차(standard deviation of blank measurement)와 선형 회귀선의 기울기(slope of the linear regression line)를 각각 나타낸다. The detection limit (LOD) is defined as 3.3 x SD / b. Where SD and b represent the standard deviation of the blank measurement and the slope of the linear regression line, respectively.

우리 시스템의 검출 한계(LOD) 값은 병원체 탐지를 위한 다른 시스템보다 우수한 감도를 나타냈다. The detection limit (LOD) value of our system showed better sensitivity than other systems for pathogen detection.

Bacillus subtillis의 경우, y = 12.13log (x) + 62.75이다. For Bacillus subtillis, y = 12.13 log (x) + 62.75.

Salmonella typhimurium의 경우, y = 15.12log (x) + 69.21이다.For Salmonella typhimurium, y = 15.12 log (x) + 69.21.

Staphylococcus aureus의 경우, y = 10.32log (x) + 52.89이다.For Staphylococcus aureus, y = 10.32 log (x) + 52.89.

Escherichia coli O157 : H7의 경우, y = 6.66log (x) +25이다. 이러한 표준 곡선은 알려진 농도의 병원체에서 측정된 형광 신호를 다중화 분석에서 해당 농도로 변환하는 데 사용되었다.For Escherichia coli O157: H7, y = 6.66 log (x) +25. These standard curves were used to convert the fluorescence signal measured at a known concentration of pathogen to the corresponding concentration in the multiplex analysis.

[병원체의 다중 분석][Multiple analysis of pathogens]

이 시스템의 재현성 및 다중화 능력을 평가하기 위해, 인코딩된 마이크로입자에 기초한 3 가지 분석을 수행하였다. To evaluate the reproducibility and multiplexing capabilities of this system, three analyzes based on encoded microparticles were performed.

다중화 분석(multiplexed assays) 전에, 우리는 4 가지 유형의 인코딩된 마이크로입자를 오직 한 종류의 병원균에만 반응시켜 특정 포획 항체(particular capture antibody)와 비대응 병원체(non-corresponding pathogens) 간의 교차 반응(cross-reactivity)을 조사했다. Prior to multiplexed assays, we reacted four types of encoded microparticles to only one species of pathogen, cross-reacting between a particular capture antibody and non-corresponding pathogens -reactivity.

도 15는 특정한 포획항체와 비대응 병원체 사이의 교차 반응(cross-reactivity)을 나타내는 현광 현미경 이미지이다.Figure 15 is a light microscope image showing cross-reactivity between a specific capture antibody and non-responding pathogen.

도 16은 도 15의 현광 현미경 이미지로부터 추출한 형광 강도이다.16 is the fluorescence intensity extracted from the glare microscope image of Fig.

도 15 및 도 16을 참조하면, 각 병원체의 포획 항체와 결합된(conjugated) 4 가지 유형의 인코딩된 마이크로입자가 Bacillus subtillis와 배양(incubated)되었을 때, 형광 신호는 0 도의 자기 축을 갖는 인코딩된 마이크로 입자에서만 측정되었다. Referring to Figures 15 and 16, when four types of encoded microparticles conjugated with the capture antibody of each pathogen are incubated with Bacillus subtillis, the fluorescence signal is encoded into an encoded micro- Only the particles were measured.

우리가 이러한 조사를 모든 경우에 적용했을 때 전체 사건은 비슷한 결과를 보였다. 그 결과, 특정 병원체의 특이 항체가 해당 병원체에만 주로 반응한다는 것이 확인되었다.When we applied these investigations in all cases, the whole case showed similar results. As a result, it was confirmed that the specific antibody of a specific pathogen mainly reacted to the corresponding pathogen.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중화 분석을 나타내는 형광 현미경 이미지들이다.17 is a fluorescence microscope image showing multiplex analysis according to another embodiment of the present invention.

도 18은 도 17의 다중화 분석 결과를 요약한 결과이다.FIG. 18 is a summary of the multiplex analysis result of FIG.

도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 시료(Assay1)의 병원균 농도는 다음과 같다. Bacillus subtilis : 10 CFU/ml, Salmonella typhimurium : 108 CFU/ml, Staphylococcus aureus : 102 CFU/ml, Escherichia coli O157:H7 : 106 CFU/ml.17 and 18, the pathogen concentration of the first sample (Assay 1) is as follows. Bacillus subtilis: 10 CFU / ml, Salmonella typhimurium: 10 8 CFU / ml, Staphylococcus aureus: 10 2 CFU / ml, Escherichia coli O157: H7: 10 6 CFU / ml.

형광 강도로부터 추출된 병원 균 농도는 다음과 같다. Bacillus subtilis : 100.0149 CFU/ml, Salmonella typhimurium : 107.826 CFU/ml, Staphylococcus aureus : 102.2 CFU/ml, Escherichia coli O157:H7 : 108.34 CFU/ml.The concentration of the pathogenic bacteria extracted from the fluorescence intensity is as follows. Bacillus subtilis: 10 0.0149 CFU / ml, Salmonella typhimurium: 10 7.826 CFU / ml, Staphylococcus aureus: 10 2.2 CFU / ml, Escherichia coli O157: H7: 10 8.34 CFU / ml.

이 시스템에서 교차 반응성(cross-reactivity)의 없음을 평가한 후, 올인원 반응(all-in-one reaction)에서 4 가지 유형의 인코딩된 마이크로입자와 4 가지 병원체를 사용하여 다중화 분석(multiplexed assays)을 수행했다. 4 가지 유형의 병원균의 알려진 농도를 분석하여 해당 형광 강도를 측정했습니다. 이러한 결과를 바탕으로 분석 대상 병원체(target pathogens)의 농도를 각각의 표준 곡선(standard curves)으로부터 추정하였다. After evaluating the absence of cross-reactivity in this system, multiplexed assays using four types of encoded microparticles and four pathogens in an all-in-one reaction . The known fluorescence intensities were determined by analyzing known concentrations of the four types of pathogens. Based on these results, the concentration of the target pathogens was estimated from each standard curve.

마지막으로, 알려진 농도를 표준 곡선으로부터 추정된 값과 비교하였다. 결과적으로, 3 가지 분석(three assays)으로부터 추정된 농도는 수용 가능한 오차 범위에서 알려진 농도와 잘 일치하였다. Finally, known concentrations were compared to estimated values from the standard curve. As a result, the estimated concentrations from the three assays were in good agreement with known concentrations at acceptable tolerances.

또한, 외부 자기장에 의해 배열된 마이크로 입자의 기울기 각도는 추가적인 장비없이 쉽게 분석되고 디코딩되었다. In addition, the tilt angle of the microparticles arranged by the external magnetic field was easily analyzed and decoded without additional equipment.

그러나 Escherichia coli O157 : H7의 경우, 전체적으로 형광 강도가 표준 곡선에 비해 다소 강하게 측정되었다. 이는 Salmonella typhimurium 의 높은 농도를 가진 시료 1과 3에서 특히 두드러졌다. However, in the case of Escherichia coli O157: H7, the fluorescence intensity as a whole was measured more strongly than the standard curve. This was particularly noticeable in samples 1 and 3 with high concentrations of Salmonella typhimurium.

실제로, 이 시스템은 Escherichia coli O157 : H7과 Salmonella typhimurium의 더 높은 농도 범위에서 약간 과대 평가(slight overestimation)를 보였다. Indeed, the system showed a slight overestimation at higher concentrations of Escherichia coli O157: H7 and Salmonella typhimurium.

그러나 식중독(foodborne) 또는 전염성(infectious ) 질병을 예방하기 위해서는, 저농도의 병원균을 검출하고 조기에 대상물의 안전성을 구별하는 것이 더 중요하다. 이 측면에서, 이 시스템은 표적 병원체의 임계 농도 영역에서 우수한 성능 및 편리한 분석을 입증했다.However, in order to prevent foodborne or infectious diseases, it is more important to detect low-level pathogens and distinguish the safety of the object early. In this regard, the system has demonstrated excellent performance and convenient analysis in the critical concentration range of the target pathogen.

우리는 병원체의 다중화 분석을 위해 다양한 자기 축을 가진 인코딩된 마이크로 입자를 개발했다. 상응하는 표적은 평행 자기장 하에서 각각의 인코딩된 마이크로 입자의 경사각을 측정함으로써 쉽게 디코딩되었고, 각각의 표적 병원체의 농도는 형광 표지를 사용하여 성공적으로 분석되었다. We have developed encoded microparticles with various magnetic axes for multiplexing analysis of pathogens. The corresponding target was easily decoded by measuring the tilt angle of each encoded microparticle under a parallel magnetic field, and the concentration of each target pathogen was successfully analyzed using fluorescent labels.

단지 4 개의 병원체가 분석되었지만, 이러한 인코딩된 마이크로 입자는 자기 축의 변경으로 분석될 표적의 수를 확장시키는 다중화 능력을 갖는다. 이 새로운 감지 플랫폼은 식중독을 포함한 다양한 질병의 동시 진단을 위한 유망한 도구로 활용 될 것으로 기대된다.Although only four pathogens have been analyzed, these encoded microparticles have the ability to multiplex to expand the number of targets to be analyzed by the change of magnetic axis. This new sensing platform is expected to be a promising tool for the simultaneous diagnosis of various diseases including food poisoning.

이상에서는 본 발명을 특정 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the spirit of the invention.

14: 마이크로 채널
110: 마이크로 채널 구조체
120: UV 경화장치
126: 스테이지
132: 초상자성 나노입자
142: 영구자석
14: Microchannel
110: Microchannel structure
120: UV curing device
126: stage
132: Super magnetic nanoparticles
142: permanent magnet

Claims (15)

레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계;
상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계;
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계; 및
상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
Preparing a supernatant magnetic nanoparticle solution in which the supernatant magnetic nanoparticles are dispersed in a resin;
Injecting the superpowder nanoparticle solution into a microchannel and applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis;
Curing the superpowder nanoparticle solution having the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticles patterns having different alignment axes; And
And exposing the super-magnetic nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns in the direction of the decoding external magnetic field. .
제1 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가지는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein each of the super-magnetic nanoparticle patterns has the same shape and has different alignment axes.
제1 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고,
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가지는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
The super-magnetic nanoparticle patterns are in the form of a film,
Wherein the alignment axes of the superparamagnetic nanoparticle patterns are arranged in the plane of the film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns have geometrical reference axes so as to rotate according to the decoded external magnetic field to determine the rotation angle of the alignment axes A method of multiplexing a superfine magnetic nanoparticle pattern.
제1 항에 있어서,
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는:
상기 인코딩 자기장의 방향을 변경하면서 상기 초상자성 나노입자 용액을 소정 패턴을 가지도록 경화시키어 상기 인코딩 자기장의 방향에 대응하는 초상자성 나노입자 패턴들을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
Curing the superpowder nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes comprising:
Wherein the superficial magnetic nanoparticle pattern is formed by curing the superficial magnetic nanoparticle solution so as to have a predetermined pattern while changing the direction of the encoding magnetic field to form the superficial magnetic nanoparticle pattern corresponding to the direction of the encoding magnetic field Way.
제1 항에 있어서,
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는:
상기 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 상기 마이크로 채널을 회전시키면서 소정 패턴으로 경화시키어 상기 마이크로 채널의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
Curing the superpowder nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes comprising:
Wherein the direction of the encoding magnetic field is fixed and the microchannel is rotated and cured in a predetermined pattern to form super magnetic nano patterns corresponding to the rotation angle of the microchannel. .
제1 항에 있어서,
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는:
상기 인코딩 자기장의 방향은 고정되고, 상기 초상자성 나노입자 용액을 경화시킨 후 상기 소정 패턴의 회전각에 대응하도록 절단하여 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
Curing the superpowder nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes comprising:
Wherein the direction of the encoding magnetic field is fixed and the super high magnetic nanoparticle pattern is formed by curing the super high magnetic nanoparticle solution and cutting the super high magnetic nanoparticle pattern so as to correspond to the rotation angle of the predetermined pattern. Way.
제1 항에 있어서,
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 경화시키어 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계는:
상기 인코딩 자기장의 방향 및 상기 마이크로 채널의 방향은 고정되고, 소정 패턴을 회전시키면 경화시키어 상기 소정 패턴의 회전각에 대응하는 초상자성 나노입 패턴들을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 초상자성 나노입자 패턴의 다중화 방법.
The method according to claim 1,
Curing the superpowder nanoparticle solution with the alignment axis in the microchannel to prepare superparamagnetic nanoparticle patterns with different alignment axes comprising:
Wherein the direction of the encoding magnetic field and the direction of the microchannel are fixed and the superficial magnetic nanoparticle pattern is formed by rotating the predetermined pattern and curing the superficial magnetic nano patterns corresponding to the rotation angle of the predetermined pattern. Multiplexing method.
기준 병원성 균들에 각각 반응하는 포획 항체들 및 검출 항체들을 준비하는 단계;
서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 준비하는 단계;
서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들 각각에 대응하는 포획 항체들을 부착하는 단계;
서로 다른 포획 항체들이 각각 부착된 서로 다른 정렬축을 가진 초상자성 나노입자 패턴들을 상기 기준 병원성 균들 중에서 적어도 하나를 포함하는 분석 시료에 침지하여 상기 초상자성 나노입자 패턴들에 상기 기준 병원성 균들 중에서 적어도 하나를 부착시키는 단계;
상기 초상자성 나노입자 패턴들에 부착된 상기 기준 병원성 균들과 반응하도록 형광물질을 구비한 검출 항체를 부착시키는 단계; 및
상기 초상자성 나노입자 패턴들을 특정한 방향의 디코딩 외부 자기장에 노출시키어 상기 디코딩 외부 자기장 방향으로 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 각각 정렬시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
Preparing capture antibodies and detection antibodies that respectively react with the reference pathogenic fungi;
Preparing superparamagnetic nanoparticles patterns having different alignment axes;
Attaching capture antibodies corresponding to each of the superparamagnetic nanoparticle patterns having different alignment axes;
Immersing the supernatant nanoparticle patterns having different alignment axes attached with different capture antibodies in an analytical sample containing at least one of the reference pathogenic fungi to deposit at least one of the reference pathogenic fungi Attaching;
Attaching a detection antibody having a fluorescent substance to react with the reference pathogenic bacteria attached to the super-magnetic nanoparticle patterns; And
And exposing the super-magnetic nanoparticle patterns to a decoding external magnetic field in a specific direction to align the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns in the direction of the decoding external magnetic field.
제8 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 동일한 형상을 가지고 서로 다른 정렬축을 가지는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein each of the super-magnetic nanoparticle patterns has the same shape and has different alignment axes.
제8 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고,
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가지는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
9. The method of claim 8,
The super-magnetic nanoparticle patterns are in the form of a film,
Wherein the alignment axes of the superparamagnetic nanoparticle patterns are arranged in the plane of the film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns have geometrical reference axes so as to rotate according to the decoded external magnetic field to determine the rotation angle of the alignment axes Pathogen multiplexing analysis method.
제10 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 상기 디코딩 외부 자기장을 따라 각각 정렬시킨 상태에서 상기 검출 항체의 상기 형광 물질에서 발생시키는 광의 세기를 검출하여 상기 병원균의 농도를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
11. The method of claim 10,
And extracting the concentration of the pathogen by detecting intensity of light generated from the fluorescent material of the detection antibody while aligning axes of the super-magnetic nanoparticle patterns are aligned along the decoding external magnetic field, Pathogen multiplexing analysis method.
제11 항에 있어서,
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축을 상기 디코딩 외부 자기장을 따라 각각 정렬시킨 상태에서 상기 검출 항체의 상기 형광 물질에서 발생시키는 광의 세기를 검출하여 상기 병원균의 농도를 추출하는 단계는:
현미경을 사용하여 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 형광 이미지를 획득하는 단계;
상기 형광 이미지에서 상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각에 대하여 상기 정렬축과 상기 기하학적 기준축 사이의 회전각을 추출하는 단계;
상기 초상자성 나노입자 패턴들 각각에서 방출되는 광의 세기를 추출하는 단계; 및
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 상기 회전각 별로 광의 세기와 병원균의 농도의 관계를 이용하여 병원균의 농도를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
12. The method of claim 11,
Detecting the intensity of light generated by the fluorescent material of the detection antibody in a state where the alignment axes of the super-magnetic nanoparticle patterns are aligned along the decoding external magnetic field to extract the concentration of the pathogen, comprising:
Obtaining a fluorescent image of the super-magnetic nanoparticle patterns using a microscope;
Extracting a rotation angle between the alignment axis and the geometric reference axis for each of the super-strong magnetic nanoparticle patterns in the fluorescence image;
Extracting intensity of light emitted from each of the super-magnetic nanoparticle patterns; And
And extracting the concentration of the pathogen using the relationship between the intensity of the light and the concentration of the pathogen in each rotation angle of the super-magnetic nanoparticle patterns.
제8 항에 있어서,
상기 병원성 균은 Bacillus subtillis, Salmonella typhimurium , Staphylococcus aureus, Escherichia coli O157:H7 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 포획 항체들은 anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium , anti-Staphylococcus aureus , 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 검출 항체들은, anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC, 그리고 anti-Escherichia coli O157:H7-FITC 에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein said pathogenic bacterium comprises at least one of Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Escherichia coli O157: H7,
Wherein said capture antibodies comprise at least one of anti-Bacillus subtilis, anti-Salmonella typhimurium, anti-Staphylococcus aureus, and anti-Escherichia coli O157: H7,
Wherein said detection antibodies comprise at least one of anti-Bacillus subtilis-FITC, anti-Salmonella typhimurium-FITC, anti-Staphylococcus aureus-FITC and anti-Escherichia coli O157: H7-FITC .
제8항에 있어서,
레진에 초상자성 나노입자들을 분산시킨 초상자성 나노입자 용액을 준비하는 단계;
상기 초상자성 나노입자 용액을 마이크로 채널에 주입한 후 인코딩 외부 자기장을 인가하여 상기 초상자성 나노입자들을 상기 인코딩 외부 자기장 방향으로 정렬시키어 정렬축을 제공하는 단계; 및
상기 정렬축을 가진 상기 초상자성 나노입자 용액을 상기 마이크로 채널 내에서 특정 패턴을 가지도록 국부적으로 경화시키어 초상자성 나노입자 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병원균 다중화 분석 방법.
9. The method of claim 8,
Preparing a supernatant magnetic nanoparticle solution in which the supernatant magnetic nanoparticles are dispersed in a resin;
Injecting the superpowder nanoparticle solution into a microchannel and applying an encoding external magnetic field to align the superpowder nanoparticles in the direction of the encoded external magnetic field to provide an alignment axis; And
And locally curing the supernatant nanoparticle solution having the alignment axis so as to have a specific pattern in the microchannel to form a supernatant nanoparticle pattern.
다중화 분석 세트에 있어서,
동일한 형상의 복수의 초상자성 나노입자 패턴들을 포함하고,
복수의 초상자성 나노입자 패턴들 각각은 서로 다른 정렬축을 가지고,
상기 정렬축은 각각의 초상자성 나노입 패턴들에서 초상자성 나노입자들이 사슬 구조로 정렬된 축이고,
상기 초상자성 나노입자 패턴들은 필름 형태이고,
상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 필름의 평면 내에 배치되고, 상기 초상자성 나노입자 패턴들의 정렬축은 상기 디코딩 외부 자기장에 따라 회전하여 상기 정렬축의 회전 각도를 판별할 수 있도록 기하학적 기준축을 가지는 것을 특징으로 하는 다중화 분석 세트.

In the multiplexed analysis set,
A plurality of super-magnetic nanoparticle patterns of the same shape,
Each of the plurality of super-magnetic nanoparticle patterns has a different alignment axis,
Wherein the alignment axis is an axis in which the super-magnetic nanoparticles are arranged in a chain structure in each of the super-strong nano-particles patterns,
The super-magnetic nanoparticle patterns are in the form of a film,
Wherein the alignment axes of the superparamagnetic nanoparticle patterns are arranged in the plane of the film and the alignment axes of the superpowder nanoparticle patterns have geometrical reference axes so as to rotate according to the decoded external magnetic field to determine the rotation angle of the alignment axes Multiplexing analysis set.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210057671A (en) * 2019-11-12 2021-05-21 충남대학교산학협력단 Spiral magnetic field forming device for imparting chirality
WO2023027408A1 (en) * 2021-08-23 2023-03-02 경북대학교 산학협력단 Device for performing multi-detection analysis on sample using deep learning-based decoding of encoded magnetic particles, and method therefor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110100117A (en) * 2010-03-03 2011-09-09 서울대학교산학협력단 Fabricating method of magnetic axis controlled structure
KR20120106686A (en) * 2012-02-07 2012-09-26 주식회사 나노브릭 Method, film and device for displaying by using magnetic particles
KR20140110463A (en) * 2013-03-08 2014-09-17 부산대학교 산학협력단 Methods of manufacturing magnetic nano-particles and methods of manufacturing fluorescent magnetic nano-particles using the magnetic nano-particles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110100117A (en) * 2010-03-03 2011-09-09 서울대학교산학협력단 Fabricating method of magnetic axis controlled structure
KR20120106686A (en) * 2012-02-07 2012-09-26 주식회사 나노브릭 Method, film and device for displaying by using magnetic particles
KR20140110463A (en) * 2013-03-08 2014-09-17 부산대학교 산학협력단 Methods of manufacturing magnetic nano-particles and methods of manufacturing fluorescent magnetic nano-particles using the magnetic nano-particles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210057671A (en) * 2019-11-12 2021-05-21 충남대학교산학협력단 Spiral magnetic field forming device for imparting chirality
WO2023027408A1 (en) * 2021-08-23 2023-03-02 경북대학교 산학협력단 Device for performing multi-detection analysis on sample using deep learning-based decoding of encoded magnetic particles, and method therefor

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