KR20200037697A - Bio prove for detection of hormone and method of detecting target analyte thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a bio-probe for detecting hormones, comprising: magnetic microparticles (MMPs) where a first ligand specifically binding to a target analyte binds; and metal nanoparticles where a second ligand specifically binding to a target analyte binds. According to the present invention, antibody-coupled magnetic particles can separate a target hormone, so that a sex hormone in the urine can be non-invasively detected based on molecular barcode analysis without a pre-treatment step of a sample. Therefore, it is possible to save time required for the diagnosis of precocious puberty.

Description

호르몬 검출용 바이오 프로브 및 이를 이용한 표적 분석물질의 검출 방법{Bio prove for detection of hormone and method of detecting target analyte thereof}Bio probe for hormone detection and method of detecting target analyte using the same {Bio prove for detection of hormone and method of detecting target analyte thereof}

표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자(magnetic microparticle, MMP); 및 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 포함하는 호르몬 검출용 바이오 프로브에 관한 것이다. A magnetic microparticle (MMP) bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And a second ligand-specific metal nanoparticle that specifically binds to the target analyte.

8세 이전에 2차 성징의 출현 또는 초경이 시작되는 경우, 성 조숙증으로 진단한다. 최근에, 성 조숙증 사춘기 청소년의 수가 현저히 증가하고 있는 추세이며 특히 여자 아이들에게서 10배 이상 빈번하게 나타나고 있다. 성 조숙증의 발생 기전은 아직까지 알려지지 않았지만 유전병, 초기 초경, 불균형 신경계 및 영양 상태의 변화가 주요 원인으로 고려되고 있다. 이러한 발달상의 불균형은 비정상적인 신체적, 생물학적, 영양학적 경로와 같은 높은 건강 위험을 유발한다. 또한, 성 조숙증은 내분비 관련 암, 대사 및 정신 장애와 관련된 성인기의 생리적 및 심리적 건강에도 영향을 미친다. If the appearance of secondary sexual characteristics or menarche begins before age 8, it is diagnosed as premature ejaculation. In recent years, the number of adolescents with precocious puberty has increased significantly, especially in girls, more than 10 times more frequently. Mechanisms of premature ejaculation have not been known, but genetic diseases, early menarche, unbalanced nervous system, and changes in nutritional status are considered as major causes. This developmental imbalance leads to high health risks such as abnormal physical, biological and nutritional pathways. In addition, premature ejaculation also affects the physiological and psychological health of adulthood associated with endocrine-related cancer, metabolic and mental disorders.

성 조숙증 질환에 대한 예후는 치료 시기에 따라 크게 달라지므로 조기 진단이 중요하다. 이와 관련하여, 성 조숙증의 검출 감도를 향상시키기 위한 다양한 접근법이 개발되고 있다. 성 호르몬을 확인한 후에 자기공명영상(MRI)을 이용하여 초음파검사 및 뇌 영상 검사를 수행하여 성 조숙증을 진단한다. 남자 어린이의 경우, 아침에 혈장 테스토스테론의 수준으로 사춘기의 범위를 결정하고 여자 어린이의 경우, 에스트라디올의 수준으로 성 조숙증을 진단한다. 즉, 에스트라디올의 검출은 성 조숙증을 진단하는 데 있어 낮은 감도를 가지고 있는데 이는 혈청 에스트라디올 수준이 매우 불규칙하기 때문이다. 성선 자극호르몬(gonadotropin)에 대한 극도의 민감성 검사는 성 조숙증 진단에 있어 가장 일반적인 방법이다. 상기 방법은 GnRH 또는 GnRH 방출 호르몬 작용제에 의한 자극 후 성선자극호르몬을 측정하는 것인데 90~120분 간격으로 5~8회 반복하여 혈액을 채취해야 한다. 따라서 검사 전체 과정이 어린이들에게 고통스럽고 불편할 뿐만 아니라 비용이 비교적 비싸고 시간도 길다는 단점이 있다. Early diagnosis is important because the prognosis for premature ejaculation disease varies greatly depending on the timing of treatment. In this regard, various approaches have been developed to improve the detection sensitivity of premature ejaculation. After confirming sex hormones, magnetic resonance imaging (MRI) is performed to perform ultrasound and brain imaging to diagnose premature ejaculation. In the case of male children, the range of puberty is determined by the level of plasma testosterone in the morning, and in females, premature ejaculation is diagnosed by the level of estradiol. That is, the detection of estradiol has a low sensitivity in diagnosing premature ejaculation because the serum estradiol level is very irregular. Testing for extreme sensitivity to gonadotropins is the most common method for diagnosing premature ejaculation. The above method is to measure gonadotropin after stimulation by GnRH or GnRH releasing hormone agonist, and blood should be collected by repeating 5 to 8 times at intervals of 90 to 120 minutes. Therefore, not only is the entire examination process painful and inconvenient for children, but also the cost is relatively high and the time is long.

한편, 소변에는 호르몬, 단백질이 포함되어 있어 비침습적 진단을 위해 사용된다. 소변에서의 스테로이드 농도는 혈장에서의 농도보다 더 희석된 상태로 존재하기 때문에 민감한 질량 분석기와 샌드위치 ELISA 키트가 가장 일반적인 분석 방법이다. 그러나, 시료 준비 및 시간 소모적인 전처리 단계가 공정에 필요할 뿐만 아니라 일부 경우에는 분석을 위해 호르몬으로 표지된 화합물로서 방사성 분자를 사용하는데, 이는 비싸고 불안정하다는 단점이 있다. 최근 나노 기술은 호르몬 진단과 결합되어 탐지 시스템을 개선하였으나. 감도, 분석의 여러 표적 탐지는 여전히 문제로 남아 있다. 따라서, 시료의 전처리 없이도 소변의 낮은 농도로 존재하는 여러 개의 표적 물질을 동시에 검출할 수 있는 방법을 개발할 필요가 있다.Meanwhile, urine contains hormones and proteins, which are used for non-invasive diagnosis. Sensitive mass spectrometry and sandwich ELISA kits are the most common methods of analysis because steroid concentrations in the urine are more diluted than plasma concentrations. However, sample preparation and time consuming pretreatment steps are not only required for the process, but in some cases radioactive molecules are used as hormone-labeled compounds for analysis, which has the disadvantage of being expensive and unstable. Recently, nanotechnology has been combined with hormone diagnostics to improve the detection system. Sensitivity, detection of multiple targets in the analysis remains a problem. Therefore, there is a need to develop a method capable of simultaneously detecting multiple target substances present in a low concentration of urine without pre-treatment of the sample.

일 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자(magnetic microparticle, MMP); 및 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 포함하는 호르몬 검출용 바이오 프로브를 제공하는 것이다. One aspect is a magnetic microparticle (MMP) bound to a first ligand that specifically binds to a target analyte; And it is to provide a bio-probe for hormone detection comprising a metal nanoparticle bound to a second ligand that specifically binds to the target analyte.

다른 양상은 상기 바이오 프로브를 포함하는 성 조숙증, 성인병, 또는 암의 진단, 또는 약물 검사용 조성물을 제공하는 것이다. Another aspect is to provide a composition for diagnosing premature ejaculation, adult disease, or cancer, or a drug test comprising the bio probe.

다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 바이오-바코드 기반 표적 분석물질의 검출 방법을 제공하는 것이다. Other aspects include magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample; And it provides a method for detecting a bio-barcode-based target analyte comprising the step of performing a bio-barcode analysis of the complex.

다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 성 조숙증, 성인병, 또는 암의 진단, 또는 약물 검사를 위한 정보제공 방법을 제공하는 것이다.Other aspects include magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample; And it provides a method for providing information for the diagnosis of premature ejaculation, adult disease, or cancer, or drug testing, comprising performing a bio-barcode analysis of the complex.

일 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자(magnetic microparticle, MMP); 및 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 포함하는 바이오 프로브를 제공한다.One aspect is a magnetic microparticle (MMP) bound to a first ligand that specifically binds to a target analyte; And a metal nanoparticle to which a second ligand specifically binding to the target analyte is provided.

본 명세서 내 용어 "표적 분석물질"은 생체 시료 중 존재여부 또는 존재량을 확인하고자 하는 표적이 되는 물질을 의미한다. 상기 표적 분석물질은 호르몬일 수 있으며 예를 들어, 에스트라디올, 테스토스테론, 프로게스테론, 코르티코이드, 안드로겐, 안드로스테론, 에피테스토스테론, 에티오콜라놀론 또는 이의 조합일 수 있다. The term "target analyte" in the present specification refers to a substance that is a target to confirm the presence or absence of a biological sample. The target analyte can be a hormone and can be, for example, estradiol, testosterone, progesterone, corticosteroids, androgens, androsterones, epitestosterones, ethiocolanolones, or combinations thereof.

일 구체예에 따른 바이오 프로브에 적용할 수 있는 상기 표적 분석물질은 단백질, DNA 또는 RNA 등 서로 특이적인 결합능을 갖는 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 자성 미세입자 상의 제1 리간드 및 금속 나노입자 상의 제2 리간드와 특이적으로 결합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성할 수 있는 물질일 수 있다.The target analyte that can be applied to the bio probe according to one embodiment may be a material having specific binding ability to each other such as protein, DNA or RNA. Specifically, it may be a material capable of forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by specifically binding the first ligand on the magnetic microparticle and the second ligand on the metal nanoparticle.

또한, 상기 제1 리간드 및/또는 제2 리간드는 단백질, DNA 또는 RNA 등 일 수 있으며, 예를 들어 앱타머, 항체 및 바코드 DNA로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 앱타머는 바코드 DNA로서 동시에 작용할 수 있는 핵산으로 구성된 것일 수 있다. 일 구체예에 따른 바이오 프로브는 상기 제1 리간드 및/또는 제2 리간드를 2 이상 포함할 수 있다. Further, the first ligand and / or the second ligand may be protein, DNA or RNA, and may be selected from, for example, aptamer, antibody, and barcode DNA. In this case, the aptamer may be composed of nucleic acids that can simultaneously act as barcode DNA. The bio probe according to an embodiment may include two or more of the first ligand and / or the second ligand.

상기 제1 리간드는 직접 또는 링커를 통해 자성 미세입자에 결합할 수 있고, 상기 제2 리간드는 직접 또는 링커를 통해 금속 나노입자에 결합할 수 있다. 상기 제1 리간드 및/또는 제2 리간드가 단백질인 경우, 말단을 카르복시산 및 아민의 커플링 반응을 이용하여 자성 미세입자 또는 금속 나노입자 표면에 도입할 수 있다. 또한, 상기 금속 나노입자는 금속 나노입자와 공유결합을 형성하는 수용성의 저분자 물질을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 저분자 물질은 티올기를 포함할 수 있으며, 상기 티올기는 예를 들어, 2-티아졸린-2-티올, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]-1H-테트라졸-5-티올(1-[2-(Dimethylamino)ethyl]-1H-tetrazole-5-thiol, MTDT), 2-티아졸린 2-티올(2-Thiazolin 2-thiol), PEG-티올(PEG-thiol) 등 또는 이들의 조합일 수 있다. 즉, 상기 티올기는 금속 나노입자와 공유결합을 통해 비교적 안정한 결합을 형성하는 바, 앱타머가 반응하는 동안 떨어지지 않고 안정적으로 부착되어 있을 수 있다. 한편, 상기 제1 리간드 및/또는 제2 리간드가 DNA인 경우, 말단을 반응성 있는 작용기로 수식하여 각각 자성 미세입자 또는 금속 나노입자에 결합하도록 할 수 있다. 예를 들어, 말단을 티올기로 개질한 DNA는 금속 나노입자에 대한 결합능력을 가지며, 상기 결합은 금속 표면에서 이보다 강한 결합을 형성할 수 있는 치환체를 첨가함으로써 단절시킬 수 있다. The first ligand can bind to the magnetic microparticles directly or through a linker, and the second ligand can bind to metal nanoparticles directly or through a linker. When the first ligand and / or the second ligand are proteins, the terminal may be introduced to the surface of magnetic microparticles or metal nanoparticles using a coupling reaction between carboxylic acid and amine. In addition, the metal nanoparticles may further include a water-soluble low-molecular substance that forms a covalent bond with the metal nanoparticles. In this case, the low molecular substance may include a thiol group, and the thiol group is, for example, 2-thiazoline-2-thiol, 1- [2- (dimethylamino) ethyl] -1H-tetrazol-5-thiol ( 1- [2- (Dimethylamino) ethyl] -1H-tetrazole-5-thiol, MTDT), 2-thiazoline 2-thiol, PEG-thiol, or the like It can be a combination. That is, since the thiol group forms a relatively stable bond through covalent bonding with the metal nanoparticles, it may be stably attached without falling off during the reaction of the aptamer. On the other hand, when the first ligand and / or the second ligand is DNA, the terminal may be modified with a reactive functional group to bind to magnetic microparticles or metal nanoparticles, respectively. For example, DNA whose terminal is modified with a thiol group has a binding ability to metal nanoparticles, and the binding can be broken by adding a substituent capable of forming a stronger bond on the metal surface.

표적 분석물질이 DNA 또는 RNA와 같이 상보적인 서열의 DNA와 결합할 수 있는 핵산인 경우, 바코드 DNA는 말단에 제2 리간드에 해당하는 서열이 연결된 형태일 수 있다. 이때, 상기 바코드 DNA를 포함하는 금속 나노입자는 표적 분석물질과 복합체 형성을 위한 별도의 제2 리간드를 필요로 하지 않는다. When the target analyte is a nucleic acid capable of binding to a DNA having a complementary sequence such as DNA or RNA, the barcode DNA may have a form in which a sequence corresponding to a second ligand is connected to the terminal. At this time, the metal nanoparticle including the barcode DNA does not require a separate second ligand for complex formation with the target analyte.

상기 표적 분석물질과 리간드 간의 특이적인 결합은 항원-항체 간의 결합, 상보적인 서열 간의 혼성화 또는 리간드-수용체 간의 결합일 수 있다. 예를 들어, 상기 표적 분석물질이 항원이나 특정 리간드에 대한 수용체 등과 같은 단백질인 경우, 각각에 특이적으로 결합하는 항체 또는 리간드를 제1 리간드 또는 제2 리간드로 선택하여 이들 간의 특이적인 결합에 의해 복합체를 형성하도록 할 수 있다. 또한, 상기 표적 분석물질이 DNA 및 RNA와 같은 핵산인 경우, 상기 표적 분석물질의 일부와 상보적인 서열을 갖는 DNA를 제2 리간드로 선택하여 이들 간의 혼성화에 의해 복합체를 형성하도록 할 수 있다. The specific binding between the target analyte and the ligand may be antigen-antibody binding, hybridization between complementary sequences, or ligand-receptor binding. For example, when the target analyte is a protein such as an antigen or a receptor for a specific ligand, an antibody or ligand that specifically binds to each is selected as a first ligand or a second ligand, and by specific binding between them. It can be made to form a complex. In addition, when the target analyte is a nucleic acid such as DNA and RNA, DNA having a sequence complementary to a part of the target analyte may be selected as a second ligand to form a complex by hybridization therebetween.

일 구체예에 따른 바이오 프로브는 성 조숙증, 성인병, 또는 암을 진단하거나 또는 약물 검사를 하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 암은 비뇨기계 암 또는 부인과 암일 수 있다. 상기 비뇨기계 암은 예를 들어, 방광암, 전립선암, 음경암, 요관암 또는 신장암 등일 수 있고, 상기 부인과 암은 예를 들어, 유방암, 자궁암 또는 난소암 등일 수 있다. The bio probe according to an embodiment may be for diagnosing premature ejaculation, adult disease, or cancer, or for drug testing. Specifically, the cancer may be urinary system cancer or gynecological cancer. The urinary tract cancer may be, for example, bladder cancer, prostate cancer, penile cancer, ureter cancer or kidney cancer, and the gynecological cancer may be, for example, breast cancer, uterine cancer or ovarian cancer.

상기한 바와 같이, 일 양상에 따른 바이오 프로브는 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성함으로써 시료 내에 있는 표적 분석물질을 검출할 수 있다. 이때, 상기 표적 분석물질이 성 호르몬인 경우, 성 조숙증의 진단을 위한 비침습적 진단방법으로서 유용하게 이용될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 표적 분석물질의 종류에 따라 약물 검사, 성인병 및 기타 질병의 진단에도 적용될 수 있다. As described above, the bio probe according to one aspect may detect a target analyte in a sample by forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex. At this time, when the target analyte is a sex hormone, it can be usefully used as a non-invasive diagnostic method for the diagnosis of premature ejaculation. In addition, it can be applied to drug tests, diagnosis of adult diseases and other diseases according to the type of the target analyte.

다른 양상은 상기 바이오 프로브를 포함하는 성 조숙증, 성인병 또는 암의 진단, 또는 약물 검사용 조성물을 제공한다. 상기 바이오 프로브의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. Another aspect provides a composition for diagnosing premature ejaculation, adult disease or cancer, or a drug test comprising the bio probe. The details of the bio probe are as described above.

다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 바이오-바코드 기반 표적 분석물질의 검출 방법을 제공한다. 상기 방법은 시료 내에 소량으로 존재하는 표적 분석물질을 증폭 과정 없이도 검출할 수 있는 이점이 있다. Other aspects include magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample; And it provides a method for detecting a bio-barcode-based target analyte comprising the step of performing a bio-barcode analysis of the complex. The method has an advantage in that a target analyte present in a small amount in a sample can be detected without an amplification process.

일 구체예에 따른 방법은 다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 표적 분석물질은 호르몬 등일 수 있으며, 구체적으로 뇌하수체 호르몬, 스테로이드계 호르몬 또는 갑상선 호르몬 등일 수 있다. 상기 복합체는 자성 미세입자에 결합된 제1 리간드와 표적 분석물질 간 및 금속 나노입자에 결합된 제2 리간드와 표적 분석물질 간에 항원-항체 결합, 상보적인 서열 간의 혼성화 또는 리간드-수용체 간의 결합에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 표적 분석물질이 에스트라디올인 경우, 자성 미세입자에 결합된 항체와 에스트라디올 간의 항원-항체 결합 및 금속 나노입자에 결합된 항-에스트라디올 앱타머와 에스트라디올 간의 리간드-수용체 결합에 의해 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 상기 표적 분석물질이 테스토스테론인 경우, 자성 미세입자에 결합된 항체와 테스토스테론 간의 항원-항체 결합 및 금속 나노입자에 결합된 항-테스토스테론 항체와 테스토스테론의 항원-항체 결합에 의해 복합체를 형성할 수 있다. Another aspect of the method according to an embodiment includes magnetic microparticles having a first ligand bound specifically to a target analyte; And mixing a metal nanoparticle with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample to form a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex. The target analyte may be a hormone, etc., specifically, a pituitary hormone, a steroid-based hormone, or a thyroid hormone. The complex may be formed by antigen-antibody binding, hybridization between complementary sequences, or ligand-receptor binding between the first ligand bound to the magnetic microparticles and the target analyte and between the second ligand bound to the metal nanoparticles and the target analyte. Can be formed. For example, when the target analyte is estradiol, the antigen-antibody bond between the antibody bound to the magnetic microparticles and estradiol and the ligand-receptor bond between the anti-estradiol aptamer and estradiol bound to the metal nanoparticles The complex can be formed. In addition, when the target analyte is testosterone, a complex can be formed by antigen-antibody binding between an antibody bound to magnetic microparticles and testosterone and antigen-antibody binding of an anti-testosterone antibody bound to metal nanoparticles and testosterone. have.

일 구체예에 따른 방법은 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 바이오-바코드 분석은 질량분석법에 의해 수행될 수 있다. 일반적으로 바이오-바코드 분석은 ELISA, 전기영동 또는 형광발색단을 이용하여 수행되어 왔다. 그러나, 상기 ELISA 방법에 의할 경우, 민감도가 낮을 뿐만 아니라 경쟁반응을 통한 ELISA 방법이 일반적으로 사용되므로, 항체 사용비용이 증가하며 검출 한계점의 한계가 존재한다는 문제점이 있다. 상기 경쟁반응은 동일한 호르몬을 검출하는 두 가지 항체(HRP 부착 항체 및 HRP 미부착 항체)를 경쟁시켜 발색 정도를 확인하는 것으로, 호르몬 농도가 높을수록 신호가 낮아지는 형태를 나타낸다. 또한, 전기영동에 의할 경우, 바코드 DNA와 상보적인 서열을 갖는 DNA를 별도로 준비하여야 하며, 전기영동의 특성상 정확한 정량이 불가능하다는 문제점이 있었다. 또한, 형광발색단을 이용하여 분석하는 경우, 추가적인 형광물질을 변형(modification)해야 하므로 비용이 증가한다는 문제점이 있으며 검출 한계가 좋지 않다는 문제점이 있었다. 그러나, 질량분석법에 의한 바이오-바코드 분석은, 나노입자를 통해 기존의 질량 분석 대비 신호 증폭의 효과를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 ELISA에 비해 감도가 100만 배 이상 향상되며, 정량적 비교가 가능하다는 이점이 있다. The method according to one embodiment includes performing a bio-barcode analysis of the complex. The bio-barcode analysis can be performed by mass spectrometry. In general, bio-barcode analysis has been performed using ELISA, electrophoresis, or fluorophores. However, when using the ELISA method, since the sensitivity is not only low, but the ELISA method through a competitive reaction is generally used, there is a problem that the cost of using the antibody increases and the limit of the detection limit exists. The competition reaction is to determine the color development by competing two antibodies (HRP attached antibody and HRP unattached antibody) that detect the same hormone, and the higher the hormone concentration, the lower the signal. In addition, in the case of electrophoresis, DNA having a complementary sequence to barcode DNA must be prepared separately, and there is a problem that accurate quantification is impossible due to the characteristics of electrophoresis. In addition, in the case of analysis using a fluorescence chromophore, there is a problem in that the cost is increased because an additional fluorescence material needs to be modified, and the detection limit is not good. However, bio-barcode analysis by mass spectrometry can not only realize the effect of signal amplification compared to conventional mass spectrometry through nanoparticles, but also improves sensitivity by 1 million times or more and compares quantitatively compared to conventional ELISA. There is an advantage.

또한, 금속 나노입자에 티올기를 포함하는 저분자 물질을 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 저분자 물질에 포함되는 티올기는 2-티아졸린-2-티올, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]-1H-테트라졸-5-티올, 2-티아졸린 2-티올 또는 PEG-티올 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 티올기를 포함하는 저분자 물질이 2-티아졸린-2-티올 또는 MTDT일 경우, 상기 물질은 높은 이온화 효율을 보이는 분자로서 수용성이고 금과 공유결합으로 결합할 수 있는바, 질량분석기 신호의 향상시킬 수 있다. 즉, 바코드 시약(DNA 및 화합물)과 금 나노입자의 결합은 분석 시스템의 고감도에 기여하는 최종 검출신호를 증폭시킬 수 있으므로, 종래 연구에서 보고된 검출 수치보다 훨씬 낮은 수준(100 ag/㎖)의 표적 분석물질을 검출할 수 있다. In addition, the step of introducing a low molecular material containing a thiol group in the metal nanoparticles may be further included. At this time, the thiol group included in the low-molecular substance is 2-thiazoline-2-thiol, 1- [2- (dimethylamino) ethyl] -1H-tetrazol-5-thiol, 2-thiazoline 2-thiol or PEG- Thiol and the like. For example, when the low-molecular substance containing the thiol group is 2-thiazoline-2-thiol or MTDT, the substance is a molecule exhibiting high ionization efficiency and is water-soluble and capable of covalently binding to gold, a mass spectrometer Improve the signal. That is, the combination of barcode reagents (DNA and compound) and gold nanoparticles can amplify the final detection signal that contributes to the high sensitivity of the analysis system, so that the level of detection (100 ag / ml) is much lower than the detection value reported in the previous studies. Target analytes can be detected.

다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 표적 분석물질의 검출을 위한 정보제공 방법을 제공한다. 상기 표적 분석물질의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. Other aspects include magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to the target analyte with a sample. And it provides a method for providing information for the detection of a target analyte comprising the step of performing a bio-barcode analysis of the complex. The details of the target analyte are as described above.

일 구체예에 따른 방법은 다른 양상은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 복합체의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. 상기 시료는 혈액, 조직, 소변, 점액, 타액, 눈물, 혈장, 혈청, 또는 이들의 조합일 수 있다. Another aspect of the method according to an embodiment includes magnetic microparticles having a first ligand bound specifically to a target analyte; And mixing a metal nanoparticle with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample to form a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex. The details of the complex are as described above. The sample may be blood, tissue, urine, mucus, saliva, tears, plasma, serum, or a combination thereof.

소변에는 호르몬, 단백질 등이 포함되어 있어 비침습적 진단을 위해 사용되는데, 소변 내 존재하는 스테로이드 호르몬의 경우 혈장에 존재하는 경우보다 낮은 농도로 존재하는바, 감도가 높은 특별한 검출장치를 사용하여 검출하여야 한다. 특히, 어린이의 경우 혈장을 수집하기 위해서는 고통이 따르는 문제가 있다. 따라서, 상기 시료가 소변일 경우, 시료의 전처리 없이 바이오-바코드 분석을 기반으로 한 소변 내 성 호르몬의 비침습적 검출이 가능하므로 소아의 소변 내 호르몬 농도가 혈청보다 낮음에도 불구하고 표적 분석물질, 예를 들어 성 호르몬의 검출이 용이한 바성 조숙증의 진단에 이용될 수 있다. Urine contains hormones, proteins, etc., and is used for non-invasive diagnosis. Steroid hormones present in urine are present at a lower concentration than those present in plasma, and should be detected using a special detection device with high sensitivity. do. In particular, in children, there is a problem of suffering in order to collect plasma. Therefore, when the sample is urine, it is possible to detect non-invasive sex hormones in the urine based on bio-barcode analysis without pre-treatment of the sample, so the target analyte, even though the hormone concentration in the urine of the child is lower than the serum For example, it can be used for the diagnosis of bar premature ejaculation, which is easy to detect sex hormones.

일 구체예에 따른 방법은 상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계의 구체적인 내용은 전술한 바와 같다. 상기한 바와 같이, 일 양상에 따른 바이오 프로브는 금속 나노입자 표면에 약 7~900만개의 분자가 로딩되어 있어 질량 분석기 신호가 크게 향상되었을 뿐만 아니라, ELISA에 비해 1000배 낮은 LOD 농도인 100 ag/㎖을 검출할 수 있어, 소변에 낮은 농도로 존재하는 여러 표적 호르몬을 동시에 검출할 수 있는바 성 조숙증의 조기 진단과 예후 예측을 할 수 있을 뿐만 아니라, 진단시 유발되는 통증의 문제를 해결할 수 있다.The method according to one embodiment includes performing a bio-barcode analysis of the complex. The details of the step of performing the bio-barcode analysis are as described above. As described above, in the bio probe according to one aspect, about 70 to 9 million molecules are loaded on the surface of the metal nanoparticles, and the mass spectrometer signal is greatly improved, and the LOD concentration of 100 ag / 1000 times lower than that of ELISA ㎖ can be detected, it is possible to detect multiple target hormones present in a low concentration in the urine at the same time, as well as early diagnosis and prognosis prediction of sex premature ejaculation, it can solve the problem of pain caused during diagnosis .

요로 분석은 일반적으로 위양성 신호에 영향을 미치는 많은 뇨의 구성요소들을 제거하기 위해 추가 샘플 준비 단계가 필요하다. 그러나, 일 양상에 따른 프로브의 경우 항체가 결합된 자성입자가 표적 호르몬을 분리할 수 있어 시료의 전처리 단계 없이 분자 바코드 분석을 기반으로 한 소변 내 성 호르몬을 비침습적으로 검출할 수 있는바, 성 조숙증의 진단에 소요되는 시간을 절약할 수 있다. Urinary tract analysis generally requires additional sample preparation steps to eliminate many urinary components that affect false positive signals. However, in the case of the probe according to one aspect, since the magnetic particle to which the antibody is bound can separate the target hormone, it is possible to non-invasively detect the sex hormone in urine based on molecular barcode analysis without the pretreatment step of the sample. It can save time for diagnosing premature ejaculation.

소아의 경우 소변 내 호르몬의 농도가 혈청보다 적기 때문에 소변 내 호르몬을 측정에 한계가 있다. 그러나, 일 양상에 따른 프로브의 경우 바코드 시약과 금 나노입자의 결합에 의해 최종 검출 신호를 고감도로 증폭시킬 수 있어 소변의 낮은 농도에서도 동시에 여러 개의 표적 호르몬을 검출할 수 있는바 높은 비용, 낮은 정확도 및 통증을 수반한 샘플 수집과 같은 성 조숙증 진단의 문제를 해결할 수 있다.In children, the concentration of hormone in the urine is lower than that in serum, so there is a limit in measuring the hormone in the urine. However, in the case of the probe according to one aspect, the final detection signal can be amplified with high sensitivity by the combination of the barcode reagent and gold nanoparticles, so that multiple target hormones can be simultaneously detected even at low concentrations of urine. And the diagnosis of premature ejaculation, such as collecting samples with pain.

도 1은 일 양상에 따른 성 호르몬 측정을 위한 바코드 분석의 개요를 나타낸 그림이다.
도 2는 에스트라디올의 검출을 위한 2-티아졸린-2-티올의 질량 분석기 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 상업적 ELSIA 키트를 이용하여 에스트라디올(A) 및 테스토스테론(B)을 검출한 결과를 나타낸 그래프이다(n=4).
도 4는 겔 전기영동에 기반한 바이오 바코드 분석 결과(A: 에스트라디올, B; 테스토스테론)를 나타낸 것이다.
도 5는 겔 건기영동에 기반한 바이오 바코드 분석을 이용한 다중 표적 검출 결과를 나타낸 것이다.
도 6는 바코드 DNA의 형광 신호 그래프이다. (A)는 소변에서 단일 표적을 검출한 결과이고, (B)는 다중 호르몬(2종)을 동시에 검출한 결과이다.
1 is a diagram showing an outline of a barcode analysis for measuring sex hormones according to one aspect.
2 is a graph showing the results of mass spectrometry analysis of 2-thiazoline-2-thiol for the detection of estradiol.
3 is a graph showing the results of detecting estradiol (A) and testosterone (B) using a commercial ELSIA kit (n = 4).
Figure 4 shows the results of bio-barcode analysis based on gel electrophoresis (A: estradiol, B; testosterone).
Figure 5 shows the results of the detection of multiple targets using bio-barcode analysis based on gel dry motion.
6 is a fluorescence signal graph of barcode DNA. (A) is the result of detecting a single target in urine, and (B) is the result of simultaneously detecting multiple hormones (2 types).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are provided to help understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[준비예][Preparation example]

소변의 준비Preparation of urine

성 조숙증이 의심되는 6~10살의 어린이 6명(남자: 3명, 여자: 3명)으로부터 자가 뇨를 시료 컵에 10㎖씩 받아 준비하였다. Six children (3 males, 3 females) of 6 to 10 year olds suspected of premature ejaculation were prepared by receiving 10 ml of auto urine in a sample cup.

대조뇨의 준비Preparation of control urine

스티렌-디비닐벤젠 공중합체 수지(SERDOLIT PAD-I, 0.1~0.2 mm, Serva, Germany)를 사용하여 호르몬을 흡착시켜 공변 소변(호르몬이 없는 소변)을 제조하였다.Covalent urine (hormone-free urine) was prepared by adsorbing hormones using styrene-divinylbenzene copolymer resin (SERDOLIT PAD-I, 0.1-0.2 mm, Serva, Germany).

[실시예][Example]

실시예 1. 자성 입자(Magnetic Particle)에 대한 항체 기능화Example 1 Functionalization of Antibodies to Magnetic Particles

1-에틸-3(-3-디메틸아미노프로필) 카르보이미드(EDC) 시약을 사용하여 카르복시산 및 아민 커플링 반응을 통해 항-에스트라디올 및 테스토스테론 폴리클로날 항체(Abs)를 자성 입자(micro magnetic particle, MMP)의 표면에 고정시켰다. 자성 입자와 항체를 항온 배양한 후, Tris-HCl 완충용액을 첨가하여 반응을 중단시켰다. Tris 완충 용액으로 항체 결합-자성입자(antibody conjugated-MMP, Abs-MMP)를 3회 세척한 후, Abs-MMP를 PBS 용액으로 재보정하였다. Invitogen 社에서 제공하는 표준 절차에 따라 MMP에 항체를 결합시켰다. 이후, 하기 계산식 1에 따른 BCA(bicinchoninic acid) 단백질 분석법을 사용하여 MMP의 로딩 능력을 계산하였다.Anti-estradiol and testosterone polyclonal antibodies (Abs) are magnetic particles (micro magnetic) through a carboxylic acid and amine coupling reaction using 1-ethyl-3 (-3-dimethylaminopropyl) carboimide (EDC) reagent. particle, MMP). After incubating the magnetic particles and the antibody, the reaction was stopped by adding Tris-HCl buffer. After washing the antibody conjugated-MMP (Abs-MMP) three times with Tris buffer solution, Abs-MMP was re-calibrated with PBS solution. The antibody was bound to MMP according to the standard procedure provided by Invitogen. Subsequently, the loading capacity of MMP was calculated using a bicinchoninic acid (BCA) protein assay according to Equation 1 below.

[계산식 1][Calculation formula 1]

결합 단백질의 양=초기 단백질 농도-상등액 중 미 결합 단백질 농도Amount of binding protein = initial protein concentration-unbound protein concentration in the supernatant

실시예 2. 금 나노입자 프로브(Gold Nanoparticle, AuNP)의 준비Example 2. Preparation of gold nanoparticle probe (AuNP)

2-1. 에스트라디올에 대한 금 나노입자 프로브의 준비2-1. Preparation of gold nanoparticle probes for estradiol

앱타머의 크기는 항체의 크기보다 작기 때문에 많은 양의 분자가 나노입자에 로딩될 수 있는바, 비용 효과 및 안정성과 같은 장점이 있다. 또한, 항-에스트라디올 앱타머의 결합 친화도, 교차 결합 및 특이성 등이 이미 검증되어 있다. 따라서, 항-에스트라디올 단일클론항체 대신 앱타머(45bp)를 사용하여, 에스트라디올을 검출하기 위한 프로브를 제조하였다. Since the size of the aptamer is smaller than the size of the antibody, a large amount of molecules can be loaded onto the nanoparticles, which has advantages such as cost effectiveness and stability. In addition, the binding affinity, cross-linking and specificity of anti-estradiol aptamers have already been verified. Thus, a probe for detecting estradiol was prepared using aptamer (45 bp) instead of an anti-estradiol monoclonal antibody.

항-에스트라디올 DNA 압타머의 5' 말단을 이황화(disulfide) 그룹으로 개질시켰다. 이때, 이황화 그룹은 AuNP와 공유결합하여 비교적 안정한 결합을 형성하는바, 앱타머가 반응하는 동안 떨어지지 않고 안정적으로 부착되어 있을 수 있다. 항-17-β-에스트라디올 앱타머 및 형광발색단으로 개질된 항-17-β-에스트라디올 앱타머의 염기서열은 하기 표 1에 나타난 바와 같다.The 5 'end of the anti-estradiol DNA aptamer was modified with a disulfide group. At this time, the disulfide group forms a relatively stable bond by covalently bonding with AuNP, and may be stably attached without falling off during the reaction of the aptamer. The base sequences of the anti-17-β-estradiol aptamer and the anti-17-β-estradiol aptamer modified with a fluorophore are shown in Table 1 below.

항-17-β-에스트라디올 앱타머Anti-17-β-estradiol aptamer 5'AAAAAAAAAAAAGGGATGCCGTTTGGGCCCAAGTTCGGCATAGTG 3'5'AAAAAAAAAAAAGGGATGCCGTTTGGGCCCAAGTTCGGCATAGTG 3 ' 형광발색단으로 개질된 항-17-β-에스트라디올 앱타머Anti-17-β-estradiol aptamer modified with fluorophore 5'AAAAAAAAAAAAGGGATGCCGTTTGGGCCCAAGTTCGGCATAGTG-Alexa 6475'AAAAAAAAAAAAGGGATGCCGTTTGGGCCCAAGTTCGGCATAGTG-Alexa 647

100㎛ 용액을 얻기 위해 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)-정제 앱타머를 Milipore 물(18.2 ㏁㎝)에 용해하였다. 100μL의 앱타머 용액에 100nM 1,2-디티오트레이톨(1,4-dithiothreitol, DTT)(Sigma-Aldrich) 100μL를 첨가하여 이황화결합을 분해하였다. 1시간 후, DTT를 제거하고 NAP-5 컬럼을 사용하여 분리된 티올화 앱타머(thiolated aptamer)를 제거하였다. 260㎚ 파장에서 흡광도 측정을 하여 티올화 앱타머의 농도를 계산하였다. 50㎚ AuNP(DNA : AuNS의 최종 농도비 = 10,000: 1)에 DNA 용액을 첨가하였다. pH 7 및 10% SDS를 함유한 인산염 완충용액을 pH 조정을 위해 첨가한 후, 2M 염화나트륨(sodium chloride) 용액(Sigma-Aldrich)의 6개 분액을 최종 농도 0.3M이 되도록 첨가하였다. 이후, 생성된 용액을 실온에서 밤새 항온 배양하였다. 앱타머-기능화 AuNP를 8,500 rpm에서 15분 동안 원심분리하고 초기에 사용된 AuNP 용액의 1/10 부피의 탈 이온수에 농축시켰다.High performance liquid chromatography (HPLC) -purified aptamer was dissolved in Milipore water (18.2 mm 2) to obtain a 100 μm solution. To 100 μL of aptamer solution, 100 μL of 100 nM 1,2-dithiothreitol (DTT) (Sigma-Aldrich) was added to decompose disulfide bonds. After 1 hour, DTT was removed and the separated thiolated aptamer was removed using a NAP-5 column. The concentration of thiolated aptamer was calculated by measuring absorbance at a wavelength of 260 nm. DNA solution was added to 50 nm AuNP (final concentration ratio of DNA: AuNS = 10,000: 1). A phosphate buffer solution containing pH 7 and 10% SDS was added for pH adjustment, and then 6 aliquots of 2M sodium chloride solution (Sigma-Aldrich) were added to a final concentration of 0.3M. Thereafter, the resulting solution was incubated overnight at room temperature. The aptamer-functionalized AuNP was centrifuged at 8,500 rpm for 15 minutes and concentrated in 1/10 volume of deionized water of the initially used AuNP solution.

2-2. 테스토스테론에 대한 금 나노입자 프로브의 준비2-2. Preparation of gold nanoparticle probes for testosterone

테스토스테론 검출을 위해, 단일클론항체를 사용하여 프로브를 제조하였다. 상기 단일클론항체는 테스토스테론의 바코드 DNA로서 금 나노입자 프로브의 표면에 이식하였다. 50-㎚ AuNP 1㎖에 항-테스토스테론 단일클론항체 10㎕을 첨가하여 pH 9.2가 되도록 조정하였다. 금-황화 결합이 바코드 DNA를 AuNP와 결합시키는데 사용되기 때문에 바코드 DNA의 5' 말단에 티올 그룹을 첨가하였고 AuNP와 방향성 항체 접합을 위해 시스테인-단백질 G를 AuNP와 함께 30분 동안 배양하였다. 이때 티올 작용기를 포함하는 시스테인은 AuNP에 직접 결합하고 단백질 G의 일부는 항체의 Fc 영역에 결합한다. 이황화 그룹은 Ab-AuNP 용액에 첨가된 바코드 DNA를 감소시켰다. 바코드 DNA 서열은 하기 표 2에 나타난 바와 같다;For testosterone detection, probes were prepared using monoclonal antibodies. The monoclonal antibody was implanted on the surface of a gold nanoparticle probe as testosterone barcode DNA. 10 μl of anti-testosterone monoclonal antibody was added to 1 ml of 50-nm AuNP to adjust the pH to 9.2. Since the gold-sulphide bond is used to bind the barcode DNA with AuNP, a thiol group was added to the 5 'end of the barcode DNA, and cysteine-protein G was incubated with AuNP for 30 minutes for directional antibody conjugation with AuNP. At this time, the cysteine containing a thiol functional group directly binds to AuNP, and a part of protein G binds to the Fc region of the antibody. The disulfide group reduced the barcode DNA added to the Ab-AuNP solution. Barcode DNA sequences are shown in Table 2 below;

테스토스테론 바코드 DNATestosterone barcode dna 5'TTTTTTTTTTTTAGGGGTACAGGGTGTTCT 3'5'TTTTTTTTTTTTAGGGGTACAGGGTGTTCT 3 ' 형광발색단-개질 바코드 DNAFluorochrome-modified barcode DNA 5'TTTTTTTTTTTTAGGGGTACAGGGTGTTCT-Alexa4885'TTTTTTTTTTTTAGGGGTACAGGGTGTTCT-Alexa488

이후, 혼합물을 10℃에서 몇 분 동안 방치한 후 2M 염화나트륨 용액을 첨가하여 최종 농도 0.15M에 첨가하였다. 항체 및 바코드 DNA-기능화 AuNP를 4℃, 8,500 rpm에서 15분 동안 원심분리하고, 초기에 사용된 AunP 용액의 1/10 부피의 탈 이온수에 농축시켰다. Thereafter, the mixture was left at 10 ° C for a few minutes, and then 2M sodium chloride solution was added to the final concentration of 0.15M. Antibody and barcode DNA-functionalized AuNPs were centrifuged at 4 ° C., 8,500 rpm for 15 minutes and concentrated in 1/10 volume of deionized water of the AunP solution used initially.

2-3. 질량분석을 위한 금 나노입자 프로브의 준비2-3. Preparation of gold nanoparticle probes for mass spectrometry

질량분석기 신호의 향상을 위해 높은 이온화 효율을 보이는 2-티아졸린-2-티올 및 1-[2-(디메틸아미노)에틸]-1H-테트라졸-5-티올(1-[2-(Dimethylamino)ethyl]-1H-tetrazole-5-thiol, MTDT)를 앱타머 또는 항체로 50㎚ AuNP 표면에 이식하였다(graft). 이때 수용성이면서 금과 공유결합 할 수 있는 상기 2-티아졸린-2-티올(2-thiazoline-2-thiol) 및 MTDT는 각각 에스트라디올 및 테스토스테론을 나타낸다. 에스트라디올 검출을 위해 항-에스트라디올 앱타머를 먼저 AuNP와 함께 배양한 후 2-티아졸린-2-티올(AuNP에 대한 2-티아졸린-2-티올의 몰비=108:1)을 첨가하였다. 또한, 테스토스테론을 검출하기 위해 항-테스토스테론 모노클로날 항체를 AuNP와 혼합한 후 MTDT 용액(AuNP에 대한 MTDT의 몰비=108:1)과 함께 배양하였다.2-thiazoline-2-thiol and 1- [2- (dimethylamino) ethyl] -1H-tetrazol-5-thiol (1- [2- (Dimethylamino)) with high ionization efficiency to improve mass spectrometer signal ethyl] -1H-tetrazole-5-thiol (MTDT) was grafted onto the 50 nm AuNP surface with aptamer or antibody. The 2-thiazoline-2-thiol and MTDT, which are water-soluble and capable of covalent bonding with gold, represent estradiol and testosterone, respectively. For the detection of estradiol, the anti-estradiol aptamer was first incubated with AuNP and then 2-thiazoline-2-thiol (molar ratio of 2-thiazoline-2-thiol to AuNP = 10 8 : 1) was added. . In addition, in order to detect testosterone, an anti-testosterone monoclonal antibody was mixed with AuNP and then incubated with an MTDT solution (molar ratio of MTDT to AuNP = 10 8 : 1).

실시예 3. AuNP 프로브의 특성 확인Example 3. Confirmation of the properties of the AuNP probe

상기 실시예 2-1 및 2-2에서 제조한 프로브의 특성을 확인하였다. 먼저, AuNP당 바코드 DNA/앱타머의 양을 정량화하기 위하여 형광발색단-표지 바코드 DNA/앱타머-기능화 AuNP를 8.500rpm에서 15분 동안 원심분리하고 1㎖의 탈 이온수에 재현탁하여 결합되지 않은 DNA/앱타머를 제거하는 과정을 2회 반복하였다. 추가 원심분리 후, 형광발색단-표지 AuNP 프로브의 펠렛을 25mM 시안화칼륨(potassium cyanide, KCN) (Sigma-Aldrich) 50㎕로 처리하고 혼합물을 AuNP가 완전히 용해될 때까지 실온에서 배양하였다. 표준 곡선을 얻기 위해 Infinite® F200 Pro(Tecan, Zurich, Switzerland)를 사용하여 형광발색단-표지 바코드 DNA/앱타머의 형광 강도를 측정하였다. 시료를 1 μM 내지 1nM 범위의 10배 증분으로 연속하여 희석시켰다. 최종적으로 AuNP로부터 방출된 형광-표지 DNA/앱타머의 형광 강도를 측정하여 표준 곡선과 비교한 후 AuNP에 가교 결합된 바코드 DNA/앱타머의 수를 결정하였다. The properties of the probes prepared in Examples 2-1 and 2-2 were confirmed. First, in order to quantify the amount of barcode DNA / aptamer per AuNP, fluorescence chromophore-labeled barcode DNA / aptamer-functionalized AuNP was centrifuged at 8.500 rpm for 15 minutes and resuspended in 1 ml of deionized water to unbound DNA. / The process of removing the aptamer was repeated twice. After further centrifugation, the pellet of the fluorochrome-labeled AuNP probe was treated with 50 μl of 25 mM potassium cyanide (KCN) (Sigma-Aldrich) and the mixture was incubated at room temperature until AuNP was completely dissolved. The fluorescence intensity of the chromophore-labeled barcode DNA / aptamer was measured using Infinite® F200 Pro (Tecan, Zurich, Switzerland) to obtain a standard curve. Samples were serially diluted in 10-fold increments ranging from 1 μM to 1 nM. Finally, the fluorescence intensity of the fluorescence-labeled DNA / aptamer released from AuNP was measured and compared to a standard curve to determine the number of barcode DNA / aptamer cross-linked to AuNP.

테스토스테론의 바코드 DNA 형광 신호 측정 결과, 약 80개의 바코드 DNA가 50㎚에 고정될 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 에스트라디올의 앱타머 형광신호 측정 결과, 약 2,500개의 앱타머가 기능화된 표적 호르몬일 수 있음을 확인할 수 있었다. As a result of measuring the barcode DNA fluorescence signal of testosterone, it was confirmed that about 80 barcode DNAs can be fixed at 50 nm. In addition, as a result of measuring the fluorescence signal of aptamer of estradiol, it was confirmed that about 2,500 aptamers may be functionalized target hormones.

다음으로, BCA 분석을 사용하여 AuNP에 대한 항체의 양을 정량 하였다. Ab-DNA-AuNP의 Au 코어를 KCN 용액으로 용해시켰다. 이후, BCA 분석 용액을 상기 용액에 첨가하였다. 시료를 배양한 후, reader Infinite® F200 Pro (Tecan)를 사용하여 흡광도를 측정하였다.Next, the amount of antibody against AuNP was quantified using BCA analysis. The Au core of Ab-DNA-AuNP was dissolved with KCN solution. Then, the BCA analysis solution was added to the solution. After culturing the sample, the absorbance was measured using a reader Infinite® F200 Pro (Tecan).

바코드 DNA 형광 신호 측정 결과, 약 80개의 바코드 DNA가 50㎚에 고정될 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, BCA 분석에 의해 약 7개의 항체가 60㎚ AuNP에 존재하는 것을 확인할 수 있었다. MMP의 다클론항체 로딩 용량을 확인한 결과, 초기 항체의 양은 150㎍이었고, 접합과 분리 후에 항체 상에 10㎍만이 남아있음을 확인할 수 있었다. 즉, 항체가 입자 표면에 성공적으로 도입되었음을 알 수 있다. As a result of measuring the barcode DNA fluorescence signal, it was confirmed that about 80 barcode DNAs can be fixed at 50 nm. In addition, it was confirmed by BCA analysis that about 7 antibodies were present in 60 nm AuNP. As a result of confirming the polyclonal antibody loading capacity of MMP, it was confirmed that the initial antibody amount was 150 μg, and only 10 μg remained on the antibody after conjugation and separation. That is, it can be seen that the antibody has been successfully introduced to the particle surface.

실시예 4. 질량분석을 이용한 바이오-바코드 분석Example 4. Bio-barcode analysis using mass spectrometry

바코드 분석 절차는 최종 검출 부분을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 수행하였다. 분석 후, 50mM의 100mM KCN을 시료에 첨가하여 AuNP를 이온화 형태로 용해시킨 다음, 10㎕의 시료를 90㎕의 물로 희석시켰다. 희석시킨 시료의 각 10㎕를 컬럼으로 주입하였다. 액체 크로마토그래피-질량 분석(LC-MS) 분석은 Kinetex C18 컬럼(100mm Х 2.1mm ID, 2.6㎛ 입자 크기, Phenomenex, Torrance, CA)을 갖는 UFLC XR 시리즈 액체 크로마토그래피 시스템(Shimadzu, Japan)을 및 Thermo Scientific(San Jose, USA)의 Q exactive plus tandem 질량 분석기를 사용하여 수행하였다. 이동상은 이동상 A에 대하여 0.1% 포름산 수용액 및 이동상 B에 대하여 0.1% 포름산 메탄올을 포함하였다. 이동상 용리구배는 0.5 mL/분의 유속으로 적용하고, 2% 이동상 B를 0.5분 동안 유지하고, 8.5분에 걸쳐 95% B로 램프(ramp)한 다음 9.0분이 될 때까지 유지하였다. 이어서, 2% B에서 1분 동안 재평형을 수행하여 전체 실행 시간이 10분이 되도록 하였다. 모든 분석물은 양이온 모드에서 분석하였고, 모세관 온도는 300℃로 설정하였다. 분무 전압은 4000 v로 하였고, 질량 스펙트럼은 분자 이온에서 생성된 이온 스캔 모드를 통해 수집하였으며, 이를 병렬-반응 모니터링이라고 호칭하였다. 시스 가스(sheath gas), 이온 스위프 가스(ion sweep gas), 및 보조가스-유량은 각각 53arb(임의 단위), 3arb, 및 14arb로 하였다.The barcode analysis procedure was performed in the same manner as above except for the final detection portion. After the analysis, 50 mM of 100 mM KCN was added to the sample to dissolve AuNP in an ionized form, and then 10 μl of the sample was diluted with 90 μl of water. Each 10 µl of the diluted sample was injected into the column. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis was performed using a UFLC XR series liquid chromatography system (Shimadzu, Japan) with a Kinetex C18 column (100 mm Х 2.1 mm ID, 2.6 μm particle size, Phenomenex, Torrance, CA) and This was done using a Q exactive plus tandem mass spectrometer from Thermo Scientific (San Jose, USA). The mobile phase included 0.1% formic acid aqueous solution for mobile phase A and 0.1% formic acid methanol for mobile phase B. The mobile phase elution gradient was applied at a flow rate of 0.5 mL / min, 2% mobile phase B was maintained for 0.5 min, ramped to 95% B over 8.5 min, and maintained until 9.0 min. Subsequently, re-equilibration was performed at 2% B for 1 minute so that the total execution time was 10 minutes. All analytes were analyzed in cation mode, and the capillary temperature was set at 300 ° C. The spray voltage was 4000 v, and the mass spectrum was collected through an ion scan mode generated from molecular ions, which was called parallel-response monitoring. Sheath gas, ion sweep gas, and auxiliary gas-flow rate were 53 arb (arbitrary unit), 3 arb, and 14 arb, respectively.

도 2는 에스트라디올 검출을 위한 2-티아졸린-2-티올의 질량 분석기 분석결과를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing the results of mass spectrometry analysis of 2-thiazoline-2-thiol for estradiol detection.

도 2에 나타난 바와 같이, 그래프는 분자 바코딩 방법이 100 ag/㎖의 에스트라디올을 성공적으로 검출하였음을 확인할 수 있었다. 비록 AuNP에서 많은 양의 바코드 DNA가 질량 분석기 신호를 향상 시켰으나, 이 효과는 극적이지는 않았다. 바코드 DNA의 분자량은 상대적으로 높기 때문에(항-에스트라디올 앱타머(바코드): 14000.1g/mol, 테스토스테론 바코드: 9261g/mol), 따라서 이온화 효율은 에스트라디올 또는 테스토스테론 보다 낮다. 또한, 전자 스프레이 이온화(ESI) 및 다양한 동위원소 패턴에 의해 생성된 다중 전하 분포는 바코드 DNA의 질량 스펙트럼에서 다중 이온 신호를 유도하고 ESI에 의한 질량 분석에서 상대적으로 낮은 감도를 유발한다. 실제로, 질량 분석기를 이용한 바코드 DNA의 검출 결과는 AuNP에 2,000개의 바코드 DNA가 로딩되었지만 신호가 직접 호르몬 검출에 비해 10배 향상되었음을 확인할 수 있었다. 표준 곡선을 바탕으로, 작은 분자에 대한 AuNP의 로딩 용량을 계산하고 약 7~900만 개의 2-티아졸린-2-티올 및 MTDT가 단일 AuNP에 결합하는 것을 확인할 수 있었다. 최종 검출 단계에서 2-티아졸린-2-티올 및 MTDT의 피크에 기초하여 호르몬을 결정하였다. 이것은 질량 분석기의 신호가 증폭될 수 있음을 나타내며 매우 낮은 호르몬 수준에서도 높은 민감도의 탐지를 가능하게 한다. 상기 결과를 통해, 이러한 접근법은 이전 연구(10 fg/㎖)의 LOD보다 105배 낮은, 1 ag/㎖의 호르몬을 검출할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 종래의 17-β-에스트라디올 질량 분석기는 300 fg/㎖(검출한계=300 fg/㎖)을 검출할 수 있었으나, 일 양상에 따른 프로브를 이용한 방법은 17-β-에스트라디올 100 ag/㎖를 소변에서 성공적으로 검출할 수 있었다.2, the graph confirmed that the molecular barcoding method successfully detected 100 ag / ml of estradiol. Although a large amount of barcode DNA in AuNP enhanced the mass spectrometer signal, this effect was not dramatic. Because the molecular weight of barcode DNA is relatively high (anti-estradiol aptamer (barcode): 14000.1 g / mol, testosterone barcode: 9261 g / mol), therefore, the ionization efficiency is lower than estradiol or testosterone. In addition, multiple charge distributions generated by electron spray ionization (ESI) and various isotopic patterns induce multiple ion signals in the mass spectrum of barcode DNA and cause relatively low sensitivity in mass spectrometry by ESI. In fact, as a result of detecting barcode DNA using a mass spectrometer, it was confirmed that although 2,000 barcode DNAs were loaded into AuNP, the signal was improved 10 times compared to direct hormone detection. Based on the standard curve, the loading capacity of AuNPs for small molecules was calculated and it was confirmed that about 70-90 million 2-thiazoline-2-thiols and MTDTs bind to a single AuNP. Hormones were determined based on the peaks of 2-thiazoline-2-thiol and MTDT in the final detection step. This indicates that the signal from the mass spectrometer can be amplified and allows detection of high sensitivity even at very low hormone levels. From the above results, it can be confirmed that this approach can detect 1 ag / ml of hormone, 10 5 times lower than the LOD of the previous study (10 fg / ml). That is, the conventional 17-β-estradiol mass spectrometer was able to detect 300 fg / mL (detection limit = 300 fg / mL), but the method using a probe according to one aspect was 17-β-estradiol 100 ag / Ml was successfully detected in urine.

[비교예][Comparative example]

비교예 1. 면역 분석(ELISA)Comparative Example 1. Immunoassay (ELISA)

에스트라디올 및 테스토스테론에 대한 표준 ELISA 분석을 위하여, 상용 ELISA 키트(항-테스토스테론 = ab108666 및 항-17-β-에스트라디올 = ab108667, Abcam)를 사용하였다. 희석된 시료, 표준 및 대조군을 웰에 첨가한 후 100㎕의 HRP-접합체를 각 웰에 첨가하였다. 이때, 기질 블랭크를 위한 블랭크 웰을 남겨두었다. 테스토스테론의 경우 37℃에서 1시간, 에스트라디올의 경우 37℃에서 2시간 동안 배양한 후, 각 웰을 1x 세척 완충액 300㎕로 3회 세척하였다. 마지막 세척을 한 후, 남아있는 유체를 깨끗하게 제거하고 100㎕의 TMB 기질 용액을 모든 웰에 첨가하였다. 37℃에서 15분 동안 추가로 배양한 후, 모든 웰에 100㎕의 정지 용액을 첨가하였다. 최종적으로, 정지 용액을 첨가한 후 30분 이내에 또는 블랭크에 대하여 5분 이내에 620-630㎚의 기준 파장에 대하여 450㎚에서 시료의 흡광도를 측정하였다.For standard ELISA analysis for estradiol and testosterone, commercial ELISA kits (anti-testosterone = ab108666 and anti-17-β-estradiol = ab108667, Abcam) were used. Diluted samples, standards and controls were added to the wells and then 100 μl of HRP-conjugate was added to each well. At this time, a blank well was left for the substrate blank. After incubating for 1 hour at 37 ° C for testosterone and 2 hours at 37 ° C for estradiol, each well was washed 3 times with 300 μl of 1 × wash buffer. After the last wash, the remaining fluid was removed cleanly and 100 μl of TMB substrate solution was added to all wells. After further incubation at 37 ° C. for 15 minutes, 100 μl of stop solution was added to all wells. Finally, the absorbance of the sample was measured at 450 nm for a reference wavelength of 620-630 nm within 30 minutes after adding the stop solution or within 5 minutes for the blank.

도 3은 상업적 ELSIA 키트를 이용하여 에스트라디올(A) 및 테스토스테론(B)을 검출한 결과를 나타낸 그래프이다(n=4).3 is a graph showing the results of detecting estradiol (A) and testosterone (B) using a commercial ELSIA kit (n = 4).

도 3에 나타난 바와 같이, PBS 완충액 조건에서 호르몬의 검출한계(LOD)는 약 10~20 pg/㎖임을 확인할 수 있었고, 소변에서는 20~70 pg/㎖로 증가하였음을 확인할 수 있었다. 즉, 소변에는 이온, 단백질 등의 다양한 요로 물질이 포함되어 있어 호르몬과 항체의 결합을 차단할 수 있으므로 소변 내 ELISA 키트의 분석 감도는 완충액 조건에 비해 감소할 수 있다. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the detection limit (LOD) of the hormone in the PBS buffer condition was about 10-20 pg / ml, and it was confirmed that the urine increased to 20-70 pg / ml. That is, since urine contains various urinary tract substances such as ions and proteins, it can block the binding of hormones and antibodies, so the sensitivity of analysis of the ELISA kit in urine may be reduced compared to buffer conditions.

비교예 2. 전기영동을 이용한 바이오-바코드 분석Comparative Example 2. Bio-barcode analysis using electrophoresis

에스트라디올 및 테스토스테론을 검출하기 위하여 바이오-바코드 겔 분석을 적용하였다. 테스토스테론 및 에스트라디올의 길이가 다른 바코드 DNA(각각 30 및 45bp)는 전기영동 중에 고유 폴리아크릴아미드 겔을 분리할 수 있으므로, 상기 두 개의 호르몬을 검출하기 위해 바이오-바코드 겔 분석을 수행하였다. 먼저, 100㎍/㎖에서 1pg/㎖ 범위의 다양한 소변 호르몬 농도에서 바이오 바코드 분석을 수행하였다.Bio-barcode gel analysis was applied to detect estradiol and testosterone. Barcode DNA with different lengths of testosterone and estradiol (30 and 45 bp respectively) can separate native polyacrylamide gels during electrophoresis, so a bio-barcode gel analysis was performed to detect the two hormones. First, bio barcode analysis was performed at various urine hormone concentrations ranging from 100 μg / ml to 1 pg / ml.

분석 후, 10mM의 100mM KCN을 시료에 첨가하여 AuNP를 이온화 형태로 용해시켰다. 또한, 바코드 DNA와 상보적인 1μM 올리고뉴클레오티드(하이브리드 DNA) 1μL와 1M 염화나트륨 용액(S7653, Sigma-Aldrich) 2㎕를 첨가하여 이중-가닥 바코드 DNA(바코드 dsDNA)를 형성하였다. 상기 용액을 95℃에서 5분 동안 배양한 후, 바코드 dsDNA를 폴리아크릴아미드 겔 전기영동을 이용하여 바코드 DNA의 길이를 확인하였다. 15% 음성 폴리아크릴아미드 젤 용액을 30% 아크릴아미드/비스 용액(29:1)(BIO-RAD), 10 x Tris/Boric Acid/EDTA(BIO-RAD), 황산 암모늄(Sigma-Aldrich) 및 테트라메틸에틸렌디아민(BIO-RAD)과 함께 준비하였다. 10 x 로딩 완충액(TaKaRa)과 혼합된 최종 DNA 시료를 겔에 넣고 1시간 동안 120v에서 전기 영동을 수행하였다. 전기영동 후, 겔을 SYBR® Green I Nucleic Acid Stain (Lonza)로 염색하여 이중-가닥 DNA(dsDNA)를 시각화하였다. 겔을 탈 이온수로 2회 세척하고 겔 문서화 시스템 Scinomics, Daejeon, South Korea)을 사용하여 영상화하였다. ImageJ를 사용하여 각 DNA 밴드의 형광 강도를 분석하고, 신호를 음성 대조군(NC) 밴드로 정규화 하였다.After analysis, 10 mM of 100 mM KCN was added to the sample to dissolve AuNP in ionized form. In addition, double-stranded barcode DNA (bar code dsDNA) was formed by adding 1 μL of 1 μM oligonucleotide (hybrid DNA) complementary to barcode DNA and 2 μl of 1 M sodium chloride solution (S7653, Sigma-Aldrich). After incubating the solution at 95 ° C. for 5 minutes, barcode dsDNA was checked for the length of barcode DNA using polyacrylamide gel electrophoresis. The 15% negative polyacrylamide gel solution was 30% acrylamide / bis solution (29: 1) (BIO-RAD), 10 x Tris / Boric Acid / EDTA (BIO-RAD), ammonium sulfate (Sigma-Aldrich) and tetra Prepared with methylethylenediamine (BIO-RAD). The final DNA sample mixed with 10 x loading buffer (TaKaRa) was placed in a gel, and electrophoresis was performed at 120v for 1 hour. After electrophoresis, the gel was stained with SYBR® Green I Nucleic Acid Stain (Lonza) to visualize double-stranded DNA (dsDNA). The gel was washed twice with deionized water and imaged using a gel documentation system Scinomics, Daejeon, South Korea). The fluorescence intensity of each DNA band was analyzed using ImageJ, and the signal was normalized to a negative control (NC) band.

도 4는 소변 내 두 개의 개별 표적 호르몬을 검출하기 위한 바이오 바코드 분석의 전기영동 결과를 나타낸 것이다. 4 shows the electrophoresis results of bio-barcode analysis to detect two individual target hormones in urine.

도 4에 나타난 바와 같이, 예상되는 분자량(테스토스테론: 30bp, 에스트라디올: 45bp)과 일치하여, 천연 폴리아크릴아미드 겔 상에 각각의 표적 유전자에 상응하는 상이한 길이의 바코드 DNA를 확인할 수 있었다. 단일 호르몬 검출을 위한 분석 결과에서 1pg/㎖의 검출 한계를 나타냈다. As shown in Fig. 4, in accordance with the expected molecular weight (testosterone: 30 bp, estradiol: 45 bp), barcode DNA of different lengths corresponding to each target gene could be identified on the natural polyacrylamide gel. The analysis result for detecting a single hormone showed a detection limit of 1 pg / ml.

도 5는 겔 전기영동에 기반한 바이오 바코드 분석을 이용한 다중 표적 검출 결과를 나타낸 것이다.Figure 5 shows the results of multiple target detection using bio-barcode analysis based on gel electrophoresis.

도 5에 나타난 바와 같이, 겔 분석에 의해 각 호르몬을 결정할 수 있었으나, 감도는 감소하였음을 확인할 수 있었다. 그래프는 강도가 약한 선형 상관 관계를 가지고 있다는 것을 보여 주었고, 따라서 이 접근법은 호르몬의 절대적 양을 정량화 할 수는 없었다. As shown in FIG. 5, each hormone could be determined by gel analysis, but it was confirmed that the sensitivity was decreased. The graph showed that the intensity had a weak linear correlation, so this approach was unable to quantify the absolute amount of hormone.

비교예 3. 형광발색단을 이용한 바이오-바코드 분석Comparative Example 3. Bio-barcode analysis using fluorescence chromophore

표적 호르몬(17-β-에스트라디올 및 테스토스테론)을 광범위한 농도(100㎍/㎖ ~ 10ag/㎖)로 10배씩 연속하여 희석시켰다. 시료에 사용된 용액은 DMSO(20%) 또는 공변 소변(대조뇨)이 함유된 PBS 용액의 희석액에 의해 제조되었다. 10㎕의 자성 프로브 및 10㎕의 AuNP 프로브를 연속적으로 희석된 시료 100㎕에 첨가하였다. 상기 혼합물을 실온에서 1시간 동안 배양하였다. MMP-표적-AuNP 복합체는 짧게 자기적으로 분리되었고 PBS-DMSO 용액으로 2회 세척하였다. 형광발색단으로 바코드 DNA를 분리하기 위해 시료를 50mM KCN 용액 100㎕에 재현탁 하였다. 이후, 시료를 95℃에서 5분 동안 가열하고 신호에 입자를 제외한 액상 시료를 얻기 위해 자기장을 적용하였다. 이를 통해 반응에 사용된 자성입자는 제거되고, AuNP 프로브에서 탈착된 바코드 DNA만을 선택적으로 분리하였다. 바코드 DNA 및 이온화된 AuNP를 포함하는 용액을 검정색 투명 바닥 96 웰에 옮겼다. 마지막으로 각 플레이트의 형광 강도를 플레이트 판독기 Infinite® F200 Pro(Tecan)를 사용하여 488 및 647㎚에서 측정하였다.Target hormones (17-β-estradiol and testosterone) were serially diluted 10-fold at a wide range of concentrations (100 μg / ml to 10 ag / ml). The solution used for the sample was prepared by dilution of a PBS solution containing DMSO (20%) or covariate urine (control urine). 10 μl magnetic probe and 10 μl AuNP probe were added to 100 μl of serially diluted samples. The mixture was incubated for 1 hour at room temperature. The MMP-target-AuNP complex was briefly magnetically separated and washed twice with PBS-DMSO solution. To separate barcode DNA with a fluorescence chromophore, the sample was resuspended in 100 μl of 50 mM KCN solution. Thereafter, the sample was heated at 95 ° C. for 5 minutes and a magnetic field was applied to the signal to obtain a liquid sample excluding particles. Through this, the magnetic particles used in the reaction were removed, and only barcode DNA detached from the AuNP probe was selectively separated. The solution containing barcode DNA and ionized AuNP was transferred to 96 wells with a black transparent bottom. Finally, the fluorescence intensity of each plate was measured at 488 and 647 nm using a plate reader Infinite® F200 Pro (Tecan).

도 6은 바코드 DNA의 형광 신호 그래프이다.6 is a fluorescence signal graph of barcode DNA.

도 6a에 나타난 바와 같이, 에스트라디올의 검출 한계는 10 pg/㎖이며, 테스토스테론의 검출 한계는 100 ng/㎖ 임을 확인할 수 있었다. 또한, 형광 기반 바이오 바코드 분석은 단일 분석에서 두 개의 호르몬을 결정할 수 있었고 1시간 이내에 성공적으로 검출할 수 있었다(도 6b).As shown in Figure 6a, it was confirmed that the detection limit of estradiol is 10 pg / ml, and the detection limit of testosterone is 100 ng / ml. In addition, fluorescence-based bio-barcode analysis was able to determine two hormones in a single analysis and was successfully detected within 1 hour (FIG. 6B).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

<110> KOREA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY <120> Bio prove for detection of hormone and method of detecting target analyte thereof <130> PN121905 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> anti-17-beta-estradiol aptamer <400> 1 aaaaaaaaaa aagggatgcc gtttgggccc aagttcggca tagtg 45 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> testosterone barcode DNA <400> 2 tttttttttt ttaggggtac agggtgttct 30 <110> KOREA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY <120> Bio prove for detection of hormone and method of detecting target          analyte thereof <130> PN121905 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> anti-17-beta-estradiol aptamer <400> 1 aaaaaaaaaa aagggatgcc gtttgggccc aagttcggca tagtg 45 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> testosterone barcode DNA <400> 2 tttttttttt ttaggggtac agggtgttct 30

Claims (18)

표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자(magnetic microparticle, MMP); 및 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 포함하는 호르몬 검출용 바이오 프로브.A magnetic microparticle (MMP) bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And a second ligand-specific metal nanoparticle that specifically binds to the target analyte. 청구항 1에 있어서, 상기 표적 분석물질은 에스트라디올, 테스토스테론, 프로게스테론, 코르티코이드, 안드로겐, 안드로스테론, 에피테스토스테론 및 에티오콜라놀론으로 구성된 군에서 선택된인 것인 바이오 프로브.The bio probe according to claim 1, wherein the target analyte is selected from the group consisting of estradiol, testosterone, progesterone, corticosteroid, androgen, androsterone, epitestosterone, and thiocholanolone. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 리간드는 항체인 것인 바이오 프로브. The bio probe according to claim 1, wherein the first ligand is an antibody. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 리간드는 앱타머, 항체 및 바코드 DNA로부터 선택된 것인 바이오 프로브.The bio probe according to claim 1, wherein the second ligand is selected from aptamer, antibody, and barcode DNA. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 리간드는 직접 또는 링커를 통해 자성 미세입자에 결합된 것인 바이오 프로브. The bio probe of claim 3, wherein the first ligand is bound to magnetic microparticles directly or through a linker. 청구항 4에 있어서, 상기 제2 리간드는 직접 또는 링커를 통해 금속 나노입자에 결합된 것인 바이오 프로브. The method according to claim 4, The second ligand is a bio probe that is bound to the metal nanoparticles directly or through a linker. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 나노입자는 저분자 물질을 추가로 포함하는 것인 바이오 프로브.The method according to claim 1, wherein the metal nanoparticle is a bio probe that further comprises a low-molecular material. 청구항 7에 있어서, 상기 저분자 물질은 금속 나노입자와 공유결합을 형성하는 수용성 물질인 것인 바이오 프로브.The bio probe according to claim 7, wherein the low molecular material is a water-soluble material that forms a covalent bond with metal nanoparticles. 청구항 7에 있어서, 상기 저분자 물질은 티올기를 포함하는 것인 바이오 프로브. The bio probe according to claim 7, wherein the low molecular substance comprises a thiol group. 청구항 9에 있어서, 상기 티올기는 2-티아졸린-2-티올, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]-1H-테트라졸-5-티올(1-[2-(Dimethylamino)ethyl]-1H-tetrazole-5-thiol, MTDT), 2-티아졸린 2-티올(2-Thiazolin 2-thiol) 및 PEG-티올(PEG-thiol)로 구성된 군에서 선택된 것인 바이오 프로브. The method according to claim 9, wherein the thiol group is 2-thiazoline-2-thiol, 1- [2- (dimethylamino) ethyl] -1H-tetrazol-5-thiol (1- [2- (Dimethylamino) ethyl] -1H -Bio probe selected from the group consisting of tetrazole-5-thiol, MTDT), 2-thiazoline 2-thiol and PEG-thiol. 청구항 1에 있어서, 상기 표적 분석물질과 리간드 간의 특이적인 결합은 항원-항체 간의 결합, 상보적인 서열 간의 혼성화 또는 리간드-수용체 간의 결합인 것인 바이오 프로브. The bio probe according to claim 1, wherein the specific binding between the target analyte and the ligand is an antigen-antibody binding, hybridization between complementary sequences, or a ligand-receptor binding. 청구항 1에 있어서, 상기 프로브는 성 조숙증, 성인병, 또는 암의 진단 또는 약물 검사를 위한 것인 바이오 프로브.The method according to claim 1, The probe is a bio-probe for the diagnosis or drug test of premature ejaculation, adult disease, or cancer. 청구항 1의 바이오 프로브를 포함하는 성 조숙증, 성인병, 또는 암의 진단, 또는 약물 검사용 조성물.A composition for diagnosing premature ejaculation, adult disease, or cancer, or a drug test comprising the bio probe of claim 1. 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 바이오-바코드 기반 표적 분석물질의 검출 방법.
Magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample; And
A method of detecting a bio-barcode-based target analyte, comprising performing bio-barcode analysis of the complex.
청구항 10에 있어서, 상기 표적 분석물질은 에스트라디올, 테스토스테론, 프로게스테론, 코르티코이드, 안드로겐, 안드로스테론, 에피테스토스테론 및 에티오콜라놀론으로 구성된 군에서 선택된 것인 방법.The method of claim 10, wherein the target analyte is selected from the group consisting of estradiol, testosterone, progesterone, corticosteroid, androgen, androsterone, epitestosterone, and thiocholanolone. 청구항 10에 있어서, 상기 바이오-바코드 분석은 질량분석법으로 수행되는 것인 방법. The method of claim 10, wherein the bio-barcode analysis is performed by mass spectrometry. 청구항 14에 있어서, 금속 나노입자에 티올기를 포함하는 저분자 물질을 도입하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.The method of claim 14, further comprising introducing a low molecular material comprising a thiol group to the metal nanoparticles. 표적 분석물질에 특이적으로 결합하는 제1 리간드가 결합된 자성 미세입자; 및 표적 분석 물질에 특이적으로 결합하는 제2 리간드가 결합된 금속 나노입자를 시료와 혼합하여 자성 미세입자-표적 분석물질-금속 나노입자 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 복합체의 바이오-바코드 분석을 수행하는 단계를 포함하는 표적 분석물질의 검출을 위한 정보제공 방법.


Magnetic microparticles bound with a first ligand that specifically binds to a target analyte; And forming a magnetic microparticle-target analyte-metal nanoparticle complex by mixing a metal nanoparticle bound with a second ligand specifically binding to a target analyte with a sample; And
Method for providing information for the detection of a target analyte comprising the step of performing bio-barcode analysis of the complex.


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