KR20200021256A - Fabrication method of anisotropic nanostructure using functional bacteriophage and high sensitivity explosive sensor using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기능성 박테리오파지를 이용한 이방성 나노구조체 제조법 및 이를 이용한 고감도 폭발물 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an anisotropic nanostructure manufacturing method using a functional bacteriophage and a high sensitivity explosive sensor using the same.
기존의 용액 공정 기반 자기 조립 기술은 그 대부분이 용매의 pH, 전해질 등을 조절하는 화학적 변수 혹은 기판 위에 형성되는 액적의 형태를 제어하는 물리적 변수를 조절함으로써 나노구조체의 형태를 제어하는데 집중해 왔다.Conventional solution process-based self-assembly techniques have focused on controlling the morphology of nanostructures by controlling the chemical variables that control the pH of the solvent, the electrolyte, etc., or the physical variables that control the shape of the droplets formed on the substrate.
표면 증강 플라즈몬 센서의 감도를 향상시키기 위한 다양한 연구들이 진행되어 왔으며 특히 표면이 이방성을 보이는 구조체를 형성할 경우 표면 증강 플라즈몬 센서의 감도를 크게 향상할 수 있다.Various studies have been conducted to improve the sensitivity of the surface-enhanced plasmon sensor. Especially, when the surface forms an anisotropic structure, the sensitivity of the surface-enhanced plasmon sensor can be greatly improved.
M13 박테리오파지의 용액 공정 기반 자기 조립 역시 화학적 변수의 조절은 대체로 pH, 전해질의 종류 및 농도를 조절함으로써 이루어져 왔다.Solution process-based self-assembly of M13 bacteriophages has also been achieved by controlling chemical parameters, usually by adjusting pH, type of electrolyte and concentration.
특히 물리적 변수를 제어하는 관점에서 Drop casting, Deep coating, Blade coating 등의 전형적인 방법을 기준으로 다양한 변형 방법론이 제시되어 왔다.In particular, from the viewpoint of controlling physical variables, various deformation methodologies have been proposed based on typical methods such as drop casting, deep coating, and blade coating.
하지만 M13 박테리오파지의 경우 자기 조립의 특성상 균일한 이방성 나노구조체를 제조하기 위해서는 액적을 기판 상에서 빠르게 이동시켜야 하나, 이 경우 증발에 의해 다발을 형성하는 M13 박테리오파지의 자기 조립 특성상, 증발 시간의 부족으로 인해 M13 박테리오파지가 다발을 형성하지 못하는 문제점이 존재한다.However, in the case of M13 bacteriophage, the droplets must be moved quickly on the substrate in order to produce uniform anisotropic nanostructures, but in this case, M13 bacteriophage, due to the lack of evaporation time, due to the lack of evaporation time, There is a problem that bacteriophages do not form a bundle.
한편, 최근 폭발물로 인한 사고가 빈번하게 발생하고 있어, 폭발 물질을 검출하는 화학 센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 방향족 화합물의 대부분은 극성의 정도가 크지 않아 종래에 알려진 화학 센서로 미량의 폭발 물질을 검출하는데 한계가 있다.Meanwhile, recently, accidents caused by explosives are frequently occurring, and interest in chemical sensors for detecting explosive materials is increasing. In particular, most of the aromatic compounds do not have a large degree of polarity, and thus there is a limit in detecting trace amounts of explosive substances by a chemical sensor known in the art.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 유전 공학 기술을 통해 M13 박테리오파지의 표면에 상호간 인력을 가지는 화학 작용기를 발현시킨 기능성 박테리오파지를 준비하고, 이를 자기 조립한 이방성 나노 구조체를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to prepare a functional bacteriophage expressing a chemical functional group having a mutual attraction on the surface of the M13 bacteriophage through genetic engineering technology, and self-assembled anisotropic nanostructure To provide.
또한, 상술한 이방선 나노 구조체를 포함하는, 폭발 물질에 대해 고감도, 고선택성을 보이는 표면 증강 플라즈몬 센서를 제공하는 것이다.In addition, it is to provide a surface-enhanced plasmon sensor comprising the above-described anisotropic nanostructure, showing a high sensitivity and high selectivity to the explosive material.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법은, M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액을 준비하는 단계; 기판을 상기 분산 용액에 수직 방향으로 진입시키는 단계; 및 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계;를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것이다.Method for producing an anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention, preparing a dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed; Entering a substrate in a direction perpendicular to the dispersion solution; And leaving the entered substrate out of the dispersion solution, wherein the M13 bacteriophage has a surface protein comprising tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide.
일 측면에 따르면, 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계에서, 기판의 이탈 속도는 150 ㎛/min 내지 250 ㎛/min 인 것일 수 있다.According to one aspect, in the step of leaving the entered substrate from the dispersion solution, the release rate of the substrate may be from 150 ㎛ / min to 250 ㎛ / min.
일 측면에 따르면, 상기 M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액의 농도는 2 mg/ml 내지 4 mg/ml인 것일 수 있다.According to one aspect, the concentration of the dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed may be from 2 mg / ml to 4 mg / ml.
일 측면에 따르면, 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계와 동시에 상기 기판 상의 분산 용액의 증발에 의해 상기 M13 박테리오파지가 자기 조립되고, 상기 자기 조립된 M13 박테리오파지는 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 것이며, 상기 자기 조립은, 상기 M13 박테리오파지의 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드 간의 인력 혹은 척력에 의해 수행되는 것일 수 있다.According to one aspect, the M13 bacteriophage is self-assembled by evaporation of the dispersion solution on the substrate at the same time as the step of leaving the entered substrate out of the dispersion solution, the self-assembled M13 bacteriophage is a self-assembled spiral spiral nanofiber structure The self-assembly may be performed by attraction or repulsive force between the tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptides of the M13 bacteriophage.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체는, SPR (Surface Plasmon Resonance) 금속 기판; 상기 기판 상에 형성된 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지;를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것이다.Anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention, SPR (Surface Plasmon Resonance) metal substrate; And M13 bacteriophage having a smear spiral nanofiber structure formed on the substrate, wherein the M13 bacteriophage has a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide.
일 측면에 따르면, 상기 이방성 나노구조체는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.According to one aspect, the anisotropic nanostructures, may be prepared according to the method for producing an anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention.
일 측면에 따르면, 상기 이방성 나노구조체는, 폭발 물질, 농약 및 생체 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나와 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것일 수 있다.According to one aspect, the anisotropic nanostructure, the surface plasmon resonance angle (surface plasmon resonance angle) may be changed in response to at least one selected from the group consisting of explosives, pesticides and biopolymers.
일 측면에 따르면, 상기 폭발 물질은, TNT(tri-nitro-toluene)인 것일 수 있다.According to one aspect, the explosive material may be tri-nitro-toluene (TNT).
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 폭발물 센서는, SPR (Surface Plasmon Resonance) 금속 기판, 상기 기판 상에 형성된 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것인, 이방성 나노구조체를 포함하는 센싱 부;Surface plasmon resonance explosive sensor according to an embodiment of the present invention, SPR (Surface Plasmon Resonance) metal substrate, M13 bacteriophage having a spherical spiral nanofiber structure formed on the substrate, wherein the M13 bacteriophage is tryptophan-histidine A sensing unit comprising an anisotropic nanostructure, having a surface protein comprising a tryptophan (Trp-His-Trp) peptide;
상기 센싱부와 연결되고, 상기 이방성 나노구조체가 미지 물질과 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)의 변화를 나타내는 경우에 광학 데이터를 얻는 광학 데이터 획득부; 및 상기 광학 데이터 획득부와 연결되고, 폭발 물질에 의한 광학 데이터를 이미 저장하고 있는 저장 데이터와 비교하여 상기 이방성 나노구조체와 반응한 미지 물질이 폭발 물질인가를 판단하는 판단부;를 포함한다.An optical data acquisition unit connected to the sensing unit to obtain optical data when the anisotropic nanostructure reacts with an unknown material to show a change in surface plasmon resonance angle; And a determination unit connected to the optical data acquisition unit and determining whether the unknown material reacted with the anisotropic nanostructure is an explosive material by comparing with the stored data which already stores optical data by the explosive material.
본 발명에 따르면, 유전 공학 기술을 통해 개발한 기능성 M13 박테리오파지를 활용하여, 복잡한 공정 없이 간단한 자기 조립을 통해 이방성 나노구조체를 제조할 수 있다.According to the present invention, the functional M13 bacteriophage developed through genetic engineering technology can be used to prepare anisotropic nanostructures through simple self-assembly without complicated processes.
또한, 상기 이방성 나노구조체를 통해 폭발 물질에 대해 고감도, 고선택성을 보이는 표면 증강 플라즈몬 센서를 구현할 수 있다.In addition, it is possible to implement a surface-enhanced plasmon sensor showing a high sensitivity, high selectivity to the explosive material through the anisotropic nanostructure.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세 가지 펩타이드 W(Tryptophan); H(Histidine); W(Tryptophan)를 표면에 표시하는 기능성 박테리오파지의 화학 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 형성된 M13 박테리오파지의 형태를 나타낸 원자간력 현미경 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체가 미지의 물질과 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체가 폭발 물질들과 반응하는 것을 나타낸 그래프이다.1 illustrates three peptides W (Tryptophan) according to one embodiment of the present invention; H (Histidine); The chemical structure of the functional bacteriophage displaying W (Tryptophan) on its surface is shown.
2 is a view for explaining a method of manufacturing an anisotropic nanostructure according to an embodiment of the present invention.
3 is an atomic force microscope image showing the shape of M13 bacteriophage formed on a substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the change in the surface plasmon resonance angle (surface plasmon resonance angle) by the anisotropic nanostructure according to an embodiment of the present invention reacts with an unknown material.
5 is a graph showing that anisotropic nanostructures react with explosive materials according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member is present between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not to exclude other components.
이하, 본 발명의 기능성 박테리오파지를 이용한 이방성 나노구조체 제조법 및 이를 이용한 고감도 폭발물 센서에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, an anisotropic nanostructure manufacturing method using the functional bacteriophage of the present invention and a high sensitivity explosive sensor using the same will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법은, M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액을 준비하는 단계; 기판을 상기 분산 용액에 수직 방향으로 진입시키는 단계; 및 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계;를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것이다.Method for producing an anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention, preparing a dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed; Entering a substrate in a direction perpendicular to the dispersion solution; And leaving the entered substrate out of the dispersion solution, wherein the M13 bacteriophage has a surface protein comprising tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세 가지 펩타이드 W(Tryptophan); H(Histidine); W(Tryptophan)를 표면에 표시하는 기능성 박테리오파지의 화학 구조를 나타낸다.1 illustrates three peptides W (Tryptophan) according to one embodiment of the present invention; H (Histidine); The chemical structure of the functional bacteriophage displaying W (Tryptophan) on its surface is shown.
M13 박테리오파지는 중심부의 단일 가닥 DNA를 약 2700개의 pⅧ 단백질이 감싸고 있으며 길이 약 880nm, 너비 약 6.6nm를 가지는 섬유상 박테리오파지이다. 이와 같은 구조적 특성은 고도로 높은 밀도로 집적된 표면 단백질 특성을 M13 박테리오파지에 부여한다. 이는 유전 공학 기술을 통해 pⅧ 단백질 말단을 개질할 경우 높은 밀도의 화학 작용기가 M13 박테리오파지 표면에 발현됨을 의미한다.The M13 bacteriophage is a fibrous bacteriophage that is about 880 nm long and about 6.6 nm wide, encompassing about 2700 pV proteins in a single stranded DNA at its core. Such structural properties confer M13 bacteriophages with highly integrated surface protein properties. This means that high-density chemical functional groups are expressed on the surface of the M13 bacteriophage when genetic engineering techniques modify the pV protein ends.
본 발명에서는 M13 박테리오파지에 유전 공학 기술을 이용해 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 도입하였다. 즉, 상호간에 인력 혹은 척력을 인가할 수 있는 화학 작용기를 M13 박테리오파지의 표면에 발현시킴으로써 기존의 물리적 변수를 제어하는 방법론으로는 제조할 수 없었던 이방성 나노 구조체를 제조할 수 있다.In the present invention, tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide was introduced into M13 bacteriophage using genetic engineering techniques. That is, by expressing chemical functional groups that can apply attraction or repulsive force to each other on the surface of the M13 bacteriophage, anisotropic nanostructures that could not be manufactured by conventional methodologies for controlling physical variables can be produced.
상기 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 가지는 M13 박테리오파지는 그 화학 구조상 다수의 π전자를 내포하고 있으며 π전자는 상호간에 π-π 상호 작용을 통해 인력이 작용하는 특성을 가지고 있다. 즉 상기 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 가지는 M13 박테리오파지는 π-π 상호 작용을 통해 상호간에 인력이 작용하는 특성을 내포한다.M13 bacteriophage having a surface protein comprising the tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide contains a large number of π electrons in its chemical structure, and π electrons interact with each other through π-π interactions. Has the property to That is, the M13 bacteriophage having a surface protein comprising the tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide contains a characteristic that the attraction force is mutually acted through π-π interaction.
일 측면에 따르면, 상기 M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액을 준비하는 단계에서, 상기 분산 용액은 TBS(tris buffered saline) 버퍼(12.5mM Tris 및 37.5mM NaCl, pH7.5)에 M13 박테리오파지가 분산된 것일 수 있다.According to one aspect, in the step of preparing a dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed, the dispersion solution is M13 bacteriophage is dispersed in tris buffered saline (TBS) buffer (12.5mM Tris and 37.5mM NaCl, pH7.5) Can be.
일 측면에 따르면, 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계와 동시에 상기 기판 상의 분산 용액의 증발에 의해 상기 M13 박테리오파지가 자기 조립되고, 상기 자기 조립된 M13 박테리오파지는 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 것이며, 상기 자기 조립은, 상기 M13 박테리오파지의 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드 간의 인력 혹은 척력에 의해 수행되는 것일 수 있다.According to one aspect, the M13 bacteriophage is self-assembled by evaporation of the dispersion solution on the substrate at the same time as the step of leaving the entered substrate out of the dispersion solution, the self-assembled M13 bacteriophage is a self-assembled spiral spiral nanofiber structure The self-assembly may be performed by attraction or repulsive force between the tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptides of the M13 bacteriophage.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a method of manufacturing an anisotropic nanostructure according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면. 상기 진입된 기판(100)을 상기 분산 용액(200)에서 이탈시킴과 동시에 상기 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 가지는 M13 박테리오파지(300)가 다발 형태(310)로 자기 조립되는 것을 알 수 있다. 이는 이탈 방향의 마찰력과 M13 박테리오파지(300) 간의 π-π 상호 작용에 의한 것이다.Referring to FIG. 2. M13
다발의 형태는 기판, 용액, 공기가 만나는 삼상 경계면의 상태에 의해 결정되며, 이탈 속도, 용액의 농도 등을 제어하여 상기 삼상 경계면의 상태를 제어할 수 있다.The shape of the bundle is determined by the state of the three-phase interface where the substrate, the solution, and the air meet, and the state of the three-phase interface may be controlled by controlling the release rate, the concentration of the solution, and the like.
일 측면에 따르면, 상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계에서, 기판의 이탈 속도는 150 ㎛/min 내지 250 ㎛/min 인 것일 수 있다.According to one aspect, in the step of leaving the entered substrate from the dispersion solution, the release rate of the substrate may be from 150 ㎛ / min to 250 ㎛ / min.
유전 공학 기술을 적용하지 않은 일반적인 M13 박테리오파지는 1분당 150 ㎛ 라는 빠른 이탈 속도 하에서 불량한 자기 조립에 의해 다발 구조를 형성하지 못하지만 유전 공학 기술을 통해 상호간에 π 결합이 가능한 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 가지는 M13 박테리오파지는 1분당 150 ㎛ 내지 250 ㎛, 바람직하게는 1분당 200 ㎛의 빠른 이탈 속도 하에서도 π-π 상호 작용에 의해 다발을 형성할 수 있다.Typical M13 bacteriophages without genetic engineering technology cannot try to form bundles due to poor self-assembly under fast release rates of 150 µm per minute, but tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-) is capable of π bonding to each other through genetic engineering techniques. M13 bacteriophages with surface proteins comprising His-Trp) peptides can form bundles by π-π interactions even under fast release rates of 150 μm to 250 μm per minute, preferably 200 μm per minute.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 형성된 M13 박테리오파지의 형태를 나타낸 원자간력 현미경 이미지이다.3 is an atomic force microscope image showing the shape of the M13 bacteriophage formed on the substrate according to an embodiment of the present invention.
더욱 자세하게, 도 3 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 형성된 M13 박테리오파지의 형태를 나타낸 원자간력 현미경 이미지이고, 도 3 (b)는 같은 방법으로 일반적인 M13 박테리오파지를 이용하였을 경우의 원자간력 현미경 이미지이다.More specifically, Figure 3 (a) is an atomic force microscope image showing the shape of the M13 bacteriophage formed on the substrate according to an embodiment of the present invention, Figure 3 (b) is a general M13 bacteriophage when using the same method Atomic Force Microscopy Image.
도 3 (a) 및 (b)를 참조하면, 유전 공학 기술을 적용하지 않은 일반적인 M13 박테리오파지는 1분당 150 ㎛ 라는 빠른 이탈 속도 하에서 불량한 자기 조립에 의해 다발 구조를 형성하지 못하고, 등방성 구조로 조립되는 것을 알 수 있고, π 결합이 가능한 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 가지는 M13 박테리오파지는 π-π 상호 작용에 의해 다발 형태로 이방성으로 조립된 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B, a general M13 bacteriophage without genetic engineering technology does not form a bundle structure due to poor self-assembly under a fast release rate of 150 μm per minute, and is assembled into an isotropic structure. It can be seen that, M13 bacteriophage having a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide capable of π binding can be seen to be anisotropically assembled in bundle form by π-π interaction. .
일 측면에 따르면, 상기 M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액의 농도는 2 mg/ml 내지 4 mg/ml인 것일 수 있다. 상술한 바와 같이 박테리오파지 분산 용액의 농도를 제어하여 상기 삼상 경계면의 상태를 제어하여 박테리오파지 다발의 형태를 제어할 수 있다. 특히 분산 용액의 농도가 2 mg/ml 내지 4 mg/ml일 경우, “스메틱 나선형 나노섬유 구조(smectic helicoidal nanofilament)”를 가지는 M13 박테리오파지 다발을 구현할 수 있다.According to one aspect, the concentration of the dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed may be from 2 mg / ml to 4 mg / ml. As described above, the shape of the bacteriophage bundle may be controlled by controlling the concentration of the bacteriophage dispersion solution to control the state of the three-phase interface. In particular, when the concentration of the dispersion solution is 2 mg / ml to 4 mg / ml, M13 bacteriophage bundle having a "smectic helicoidal nanofilament" can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체는, SPR (Surface Plasmon Resonance) 금속 기판; 상기 SPR 금속 기판 상에 형성된 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지;를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것이다.Anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention, SPR (Surface Plasmon Resonance) metal substrate; And M13 bacteriophage having a smematic helical nanofiber structure formed on the SPR metal substrate, wherein the M13 bacteriophage has a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide.
일 측면에 따르면, 상기 이방성 나노구조체는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.According to one aspect, the anisotropic nanostructures, may be prepared according to the method for producing an anisotropic nanostructures according to an embodiment of the present invention.
일 측면에 따르면, 상기 이방성 나노구조체는, 폭발 물질, 농약 및 생체 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나와 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것일 수 있다.According to one aspect, the anisotropic nanostructure, the surface plasmon resonance angle (surface plasmon resonance angle) may be changed in response to at least one selected from the group consisting of explosives, pesticides and biopolymers.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체가 미지의 물질과 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the change in the surface plasmon resonance angle (surface plasmon resonance angle) when the anisotropic nanostructure according to an embodiment of the present invention reacts with an unknown material.
도 4를 참조하면, 미지의 물질(500)이 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지(400)에 인접할 때, 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the surface plasmon resonance angle changes when the
일 측면에 따르면, 상기 폭발 물질은, TNT(tri-nitro-toluene)인 것일 수 있다.According to one aspect, the explosive material may be tri-nitro-toluene (TNT).
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 나노구조체가 폭발 물질들과 반응하는 것을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing that anisotropic nanostructures react with explosive materials according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 폭발 물질 중, 특히 TNT와 민감하게 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것을 알 수 있으며, 극미량의 TNT(0.5fM)를 다른 유사한 화학구조들과 구분할 수 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the surface plasmon resonance angle changes in response to the TNT, particularly with the explosive substance, and distinguishes a trace amount of TNT (0.5fM) from other similar chemical structures. I can see that I can.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 폭발물 센서는, SPR (Surface Plasmon Resonance) 금속 기판, 상기 기판 상에 형성된 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지를 포함하고, 상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것인, 이방성 나노구조체를 포함하는 센싱부;Surface plasmon resonance explosive sensor according to an embodiment of the present invention, SPR (Surface Plasmon Resonance) metal substrate, M13 bacteriophage having a spherical spiral nanofiber structure formed on the substrate, wherein the M13 bacteriophage is tryptophan-histidine Sensing part comprising an anisotropic nanostructure, having a surface protein comprising a tryptophan (Trp-His-Trp) peptide;
상기 센싱부와 연결되고, 상기 이방성 나노구조체가 미지 물질과 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)의 변화를 나타내는 경우에 광학 데이터를 얻는 광학 데이터 획득부; 및 상기 광학 데이터 획득부와 연결되고, 폭발 물질에 의한 광학 데이터를 이미 저장하고 있는 저장 데이터와 비교하여 상기 이방성 나노구조체와 반응한 미지 물질이 폭발 물질인가를 판단하는 판단부;를 포함한다.An optical data acquisition unit connected to the sensing unit to obtain optical data when the anisotropic nanostructure reacts with an unknown material to show a change in surface plasmon resonance angle; And a determination unit connected to the optical data acquisition unit and determining whether the unknown material reacted with the anisotropic nanostructure is an explosive material by comparing with the stored data which already stores optical data by the explosive material.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 폭발물 센서는, 여러 미지의 물질들을 감지할 수 있으며, 저장된 폭발 물질의 데이터와 비교하여 폭발물을 효과적으로 감지할 수 있으며, 극미량의 TNT(0.5fM)를 다른 유사한 화학구조들과 구분하며 선택적이고 높은 감도로 감지하는 것이 가능하다.The surface plasmon resonance explosive sensor according to the present invention can detect various unknown substances, can effectively detect explosives in comparison with the data of stored explosive substances, and trace amounts of TNT (0.5fM) to other similar chemical structures. It is distinguishable from, and can be detected with selective and high sensitivity.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the techniques described may be performed in a different order than the described method, and / or the components described may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
100: 기판
200: 분산 용액
300: M13 박테리오파지
310: 다발 형태의 M13 박테리오파지
400: 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지
500: 미지의 물질100: substrate
200: dispersion solution
300: M13 bacteriophage
310: Bundled M13 bacteriophage
400: M13 bacteriophage having a symmetric spiral nanofiber structure
500: Unknown
Claims (9)
기판을 상기 분산 용액에 수직 방향으로 진입시키는 단계; 및
상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계;를 포함하고,
상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것인,
이방성 나노구조체의 제조방법.
Preparing a dispersion solution in which M13 bacteriophage is dispersed;
Entering a substrate in a direction perpendicular to the dispersion solution; And
Removing the entered substrate from the dispersion solution;
The M13 bacteriophage has a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide,
Method for producing anisotropic nanostructures.
상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계에서,
기판의 이탈 속도는 150 ㎛/min 내지 250 ㎛/min 인 것인,
이방성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of leaving the entered substrate out of the dispersion solution,
The release rate of the substrate is from 150 μm / min to 250 μm / min,
Method for producing anisotropic nanostructures.
상기 M13 박테리오파지가 분산된 분산 용액의 농도는 2 mg/ml 내지 4 mg/ml인 것인,
이방성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
The concentration of the dispersion solution in which the M13 bacteriophage is dispersed is 2 mg / ml to 4 mg / ml,
Method for producing anisotropic nanostructures.
상기 진입된 기판을 상기 분산 용액에서 이탈시키는 단계와 동시에 상기 상의 분산 용액의 증발에 의해 상기 M13 박테리오파지가 자기 조립되고,
상기 자기 조립된 M13 박테리오파지는 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 것이며,
상기 자기 조립은, 상기 M13 박테리오파지의 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드 간의 인력 혹은 척력에 의해 수행되는 것인,
이방성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
The M13 bacteriophage is self-assembled by evaporation of the dispersion solution of the phase simultaneously with the step of leaving the entered substrate out of the dispersion solution,
The self-assembled M13 bacteriophage has a helical spiral nanofiber structure,
The self-assembly is to be carried out by attraction or repulsive force between the tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide of the M13 bacteriophage,
Method for producing anisotropic nanostructures.
상기 SPR 금속 기판 상에 형성된 스메틱 나선형 나노섬유 구조를 가지는 M13 박테리오파지;를 포함하고,
상기 M13 박테리오파지는 트립토판-히스티딘-트립토판(Trp-His-Trp) 펩타이드를 포함하는 표면 단백질을 갖는 것인,
이방성 나노구조체.
Surface Plasmon Resonance (SPR) metal substrates;
And M13 bacteriophage having a helical spiral nanofiber structure formed on the SPR metal substrate.
The M13 bacteriophage has a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide,
Anisotropic Nanostructures.
상기 이방성 나노구조체는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 이방성 나노구조체의 제조방법에 따라 제조된 것인,
이방성 나노구조체.
The method of claim 5,
The anisotropic nanostructure is prepared according to the method for producing an anisotropic nanostructure of any one of claims 1 to 4,
Anisotropic Nanostructures.
상기 이방성 나노구조체는, 폭발 물질, 농약 및 생체 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나와 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이 변화하는 것인,
이방성 나노구조체.
The method of claim 5,
The anisotropic nanostructure, the surface plasmon resonance angle changes in response to at least one selected from the group consisting of explosives, pesticides and biopolymers,
Anisotropic Nanostructures.
상기 폭발 물질은, TNT(tri-nitro-toluene)인 것인,
이방성 나노구조체.
The method of claim 7, wherein
The explosive material is tri-nitro-toluene (TNT),
Anisotropic Nanostructures.
상기 센싱부와 연결되고, 상기 이방성 나노구조체가 미지 물질과 반응하여 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)의 변화를 나타내는 경우에 광학 데이터를 얻는 광학 데이터 획득부; 및
상기 광학 데이터 획득부와 연결되고, 폭발 물질에 의한 광학 데이터를 이미 저장하고 있는 저장 데이터와 비교하여 상기 이방성 나노구조체와 반응한 미지 물질이 폭발 물질인가를 판단하는 판단부;를 포함하는
표면 플라즈몬 공명 폭발물 센서
Surface Plasmon Resonance (SPR) metal substrate, comprising a M13 bacteriophage having a spherical spiral nanofiber structure formed on the substrate, wherein the M13 bacteriophage is a surface protein comprising a tryptophan-histidine-tryptophan (Trp-His-Trp) peptide Sensing unit comprising an anisotropic nanostructure, having a;
An optical data acquisition unit connected to the sensing unit to obtain optical data when the anisotropic nanostructure reacts with an unknown material to show a change in surface plasmon resonance angle; And
A determination unit connected to the optical data acquisition unit and determining whether the unknown material reacted with the anisotropic nanostructure is an explosive material by comparing with the stored data which already stores the optical data by the explosive material.
Surface Plasmon Resonance Explosives Sensor
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|---|---|---|---|
| KR1020180096783A KR102161573B1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | Fabrication method of anisotropic nanostructure using functional bacteriophage and high sensitivity explosive sensor using it |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200021256A true KR20200021256A (en) | 2020-02-28 |
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| KR20160131172A (en) * | 2015-05-06 | 2016-11-16 | 부산대학교 산학협력단 | Discoloration sensor based on virus, sensor for diagnosing lung cancer, and detecting system |
| KR20170013176A (en) * | 2015-07-27 | 2017-02-06 | 부산대학교 산학협력단 | Discrimination method of country-of-origin of agricultural products by a color sensor based on virus and discrimination system for country-of-origin of agricultural products including a color sensor |
| KR20180069980A (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-26 | 한국기계연구원 | Surfaced enhanced Raman scattering substrate for detecting target substances, and preparing method thereof |
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- 2018-08-20 KR KR1020180096783A patent/KR102161573B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ‘M13 박테리오파지 기반 나노구조체의 형성 메커니즘 규명 및 그 응용에 관한 연구’, 김원근, 부산대학교, 석사 논문 (2017.08.)* * |
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| KR102161573B1 (en) | 2020-10-05 |
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