KR20200082428A - Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same - Google Patents

Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same Download PDF

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KR20200082428A
KR20200082428A KR1020180173021A KR20180173021A KR20200082428A KR 20200082428 A KR20200082428 A KR 20200082428A KR 1020180173021 A KR1020180173021 A KR 1020180173021A KR 20180173021 A KR20180173021 A KR 20180173021A KR 20200082428 A KR20200082428 A KR 20200082428A
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Abstract

The present invention relates to a metal chalcogenide-bioreceptor treated with metal nanoparticles and a method for detecting a target material using the same. The present invention not only can detect the target material with high sensitivity and selectively, but also allows easy quantification of the target material, and thus can be effectively used for detection of the target material, particularly, in-situ detection of norovirus.

Description

금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질의 검출 방법{Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same}Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same}

본 발명은 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles and a target substance detection method using the same.

식중독은 식품 섭취에 연관된 인체에 유해한 미생물 또는 유독 물질에 의해 발생했거나 발생한 것으로 판단되는 감염성 또는 독소형 질환을 말하며, 그 원인에 따라 미생물에 의한 식중독과 화학물질에 의한 식중독으로 일반적으로 구분된다. 미생물에 의한 식중독은 세균성과 바이러스성으로 구분하고, 세균성 식중독은 독소형과 감염형으로 세분화되는데, 특히, 바이러스성 식중독을 유발하는 것으로 알려진 주된 유해 바이러스는 노로바이러스, 로타바이러스, 아스트로 바이러스 등이 있다. 이들 바이러스로 오염된 음식물을 섭취할 경우, 구토, 복통, 설사, 발열 등의 증상이 나타난다.Food poisoning refers to an infectious or toxin-type disease caused or deemed to have occurred due to microorganisms or toxic substances harmful to the human body related to food intake, and is generally classified into food poisoning by microorganisms and food poisoning by chemicals according to the cause. Food poisoning by microorganisms is divided into bacterial and viral, and bacterial food poisoning is subdivided into toxin type and infection type. In particular, the main harmful viruses known to cause viral food poisoning include norovirus, rotavirus, and astro virus. . When eating food contaminated with these viruses, symptoms such as vomiting, abdominal pain, diarrhea, and fever appear.

그 중, 노로바이러스는 세계적으로 가장 많은 인체 장염을 일으키는 병원체로써, 미국과 유럽의 경우 비세균성 장염의 90% 이상 발병원인으로 알려져 있다. 노로바이러스는 1968년 미국 오하이오주 Norwalk 초등학교에서 발생한 집단 식중독 환자에게서 처음 발견되었는데, 미국의 경우, 수질 관련 장염환자의 약 70% 이상, 식품 관련 장염환자의 50% 이상이 노로바이러스에 의해 발병되는 것으로 알려져 있다. 일본의 경우에는 2001년부터 2007년까지 발생한 식중독을 원인물질별로 살펴보면, 노로바이러스를 원인으로 하여 발생한 환자수가 가장 많은 것으로 보고되었다. 영국 식품기준청(FSA)에서도 영국 굴 재배 지역(39곳, 800건)에서 검사한 굴 중 76%에서 노로바이러스가 검출된 것으로 보고되었다. 또한, 최근 미국 질병관리본부(CDC)에서 수행한 수산식품관련 질병 심층 역학조사에서도, 1973-2006년간 발생한 188건의 식중독에 대한 원인물질의 비율은 세균(76.1%), 바이러스(21.3%), 기생충(2.6%)인 것으로 판명되었다.Among them, Norovirus is the most common pathogen causing human enteritis in the world, and is known to cause more than 90% of non-bacterial enteritis in the United States and Europe. Norovirus was first discovered in a group of food poisoning patients at Norwalk Elementary School, Ohio, USA in 1968. In the United States, norovirus is caused by more than 70% of water-related enteritis patients and more than 50% of food-related enteritis patients. Is known. In Japan, the food poisoning that occurred from 2001 to 2007 was considered as the cause, and it was reported that the highest number of patients were caused by Norovirus. The British Food Standards Agency (FSA) also reported that norovirus was detected in 76% of oysters tested in oyster cultivation areas (39 locations, 800 cases). In addition, a recent epidemiologic investigation of diseases related to aquatic foods conducted by the US Centers for Disease Control and Prevention (CDC) showed that the ratio of causative agents to 188 food poisonings occurred in 1973-2006 was bacterial (76.1%), virus (21.3%), and parasite (2.6%).

우리나라의 경우 식약의약품안전청의 발표에 따르면, 기후변화 등 다양한 수산 환경 변화로 인해 유통 굴의 54%가 바이러스, 기생충 등의 미생물학적 위해인자들로 오염되어 있으며, 우리나라의 경우 최근 8년간 바이러스성 식중독이 점점 증가하는 추세로, 노로바이러스에 의한 식중독 사고가 가장 많은 것으로 알려져 있다. 노로바이러스 식중독의 원인식품 중 패류나 생선 섭취 시, 노로바이러스가 10-100 입자(particles)만 존재하더라도 감염증상이 나타날 수 있어 조기 검출이 중요하다.According to the Korea Food and Drug Administration's announcement, 54% of distribution oysters are contaminated with microbiological hazards such as viruses and parasites due to various changes in fisheries environment such as climate change. Due to this increasing trend, food poisoning accidents caused by norovirus are the most known. Early food detection is important because norovirus may contain 10-100 particles when the shellfish or fish is consumed among foods causing norovirus food poisoning.

극미량의 수산어패류유래 식중독유발 바이러스를 신속 정확하게 탐지할 수 있는 종래의 PCR 기반(RT-PCR, multiplexed PCR) 방법에 따르면, 다중의 분석장치를 이용함으로써 여러 병원균의 동시 검출이 가능하나, 시료에 존재하는 오염원에 의하여 중합효소의 저해, 정량화의 어려움으로 허위 양성결과가 도출될 수 있는 단점이 있다. 또한, 표지인자로서 고가의 형광물질(Cy3, Cy5, Q-dot 등)을 사용해야 하므로 많은 비용이 소모되며, 현장에서 신속하게 적용할 수 없어 접근성에 제한이 있다. 또한, 기존의 항체를 이용한 면역분석기법은 간편하게 이용할 수 있는 장점이 있지만, 특정 미생물에 대해 선택성이 높지 않고, 항체 제작 및 검출장비 설비를 위한 많은 시간 및 비용이 소모될 뿐만 아니라, 검출한계가 낮다는 단점이 존재한다. 또한, 교차반응의 가능성이 있으므로, 고민감도의 초고속 현장 접근성이 용이한 새로운 형태의 검출 방법 개발에는 적합하지 못하다. 한편, DNA 칩 혹은 DNA microarray를 이용하여 식품 위해 미생물 유전자 검출을 위한 연구가 진행되고 있지만, 어레이칩, 측정시스템, 분석프로그램이 별도로 구성되어 있어 현장 접근성이 낮고, 분석에 많은 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서, 다른 방법과 융합하여 새로운 형태의 표적물질 검출 시스템 개발이 필요한 실정이다.According to a conventional PCR-based (RT-PCR, multiplexed PCR) method capable of quickly and accurately detecting a trace amount of a foodborne disease-derived virus derived from aquatic fish and shellfish, simultaneous detection of multiple pathogens is possible, but present in a sample There is a disadvantage that false positive results can be derived due to the difficulty of quantification and quantification of the polymerase by the pollutant. In addition, since expensive fluorescent materials (Cy3, Cy5, Q-dot, etc.) have to be used as a marker, a lot of cost is consumed and accessibility is limited because they cannot be applied quickly in the field. In addition, the existing immunoassay technique using an antibody has the advantage of being easy to use, but the selectivity is not high for a specific microorganism, a lot of time and cost for antibody production and detection equipment installation is consumed, and the detection limit is low. There are disadvantages. In addition, since there is a possibility of a cross reaction, it is not suitable for the development of a new type of detection method that is easy to access in a high-speed field with high sensitivity. On the other hand, research is being conducted to detect microbial genes for food using DNA chips or DNA microarrays. However, the array chip, measurement system, and analysis program are separately configured, and thus, there is a disadvantage of low field access and time-consuming analysis. . Therefore, there is a need to develop a new type of target substance detection system by fusion with other methods.

이에, 본 발명자는 표적물질을 선택적 및 고민감도로 현장 검출할 수 있는 소재 및 방법을 개발하기 위한 연구를 수행하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventor completed the present invention by conducting research to develop a material and method capable of detecting the target material on-site with selective and high sensitivity.

대한민국 특허공개 제10-2017-0056006호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0056006

본 발명의 하나의 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 제공하는 것이다.One object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle Is to provide

본 발명의 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle It is to provide a composition for detecting a target substance containing.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle It is to provide a kit for detecting a target material comprising a.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체에 미지의 시료를 접촉시키는 단계; 시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표적물질 검출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle Contacting the unknown sample; Measuring the electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And when the size of the electrochemical signal is increased, to provide a target material detection method comprising the step of determining that the target material is included in the sample.

본 발명의 일 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 제공한다.One aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle to provide.

본 발명은 바이오리셉터로 작용하는 펩타이드 및 표면이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 기반의 표적물질 검출용 나노-바이오 복합체에 관한 것으로, 표적물질과 반응한 본 발명의 복합체를 전극에 처리할 경우, 낮은 농도에서도 전기신호를 나타내므로, 본 발명의 복합체를 사용하여 표적물질의 존재를 정확하고 간편하게 확인할 수 있다.The present invention relates to a nano-bio complex for detecting a target substance based on a metal chalcogenide treated with a metal nanoparticle and a peptide acting as a bioreceptor, and the electrode of the present invention reacting with the target substance In this case, since the electric signal is displayed even at a low concentration, the presence of the target substance can be accurately and simply confirmed using the complex of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어, "금속 칼코제나이드"는 주기율표 6족의 원소 중 산소를 제외한 원소 및 금속 원소로 구성된 이원계 이상의 화합물을 말하며, 주로 반금속이자 반도체로써 분류되는 소재를 말한다. 금속 칼코제나이드는 높은 역학적 특성, 전기화학적 특성 및 생체적합성을 나타내므로, 표적물질의 검출, 특히 생물학적 시료에서 표적물질의 검출에 유용하게 활용될 수 있다.The term "metal chalcogenide" used in the present invention refers to a compound of a binary system or higher composed of an element and a metal element other than oxygen among elements of Group 6 of the periodic table, and refers to a material mainly classified as a semi-metal and a semiconductor. Since metal chalcogenide exhibits high mechanical properties, electrochemical properties, and biocompatibility, it can be usefully used for detection of target materials, particularly for detection of target materials in biological samples.

금속 칼코제나이드에 금속 나노입자를 처리할 경우, 금속 칼코제나이드의 전도성이 향상되며, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드에 펩타이드를 고정화함으로써, 전도성이 우수하여 고민감도로 표적물질의 검출이 가능한 복합체의 형성이 가능해, 펩타이드에 결합하는 표적물질을 전기화학적 방법으로 분석할 수 있다.When the metal chalcogenide is treated with the metal chalcogenide, the conductivity of the metal chalcogenide is improved, and by immobilizing the peptide on the metal chalcogenide treated with the metal nanoparticle, the conductivity is excellent and the target material is detected with high sensitivity. The formation of this possible complex is possible, and the target material binding to the peptide can be analyzed by an electrochemical method.

표적물질의 검출은, 예를 들어, 본 발명의 복합체와 시료를 일정 시간 반응시킨 뒤 세척하고, 반응이 완료된 시료를 전극위에 도포 및 건조 후, Nafion을 처리한 전극의 전기화학적 임피던스 분석을 통하여 이루어질 수 있다.The detection of the target material is achieved through, for example, reacting the complex of the present invention with a sample for a certain period of time, washing it, applying and drying the completed sample on the electrode, and then analyzing the Nafion-treated electrode through electrochemical impedance analysis. Can.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 칼코제나이드의 표면은 카르복실기(-COOH) 그룹으로 개질된 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface of the metal chalcogenide may be modified with a carboxyl group (-COOH) group.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 개질은 상기 금속 칼코제나이드와 3-메르캅토프로피온산(3-mercapto propionic acid)의 반응에 의한 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the modification may be by reaction of the metal chalcogenide and 3-mercapto propionic acid (3-mercapto propionic acid).

금속 칼코제나이드의 표면은 금속 칼코제나이드와 3-메르캅토프로피온산과의 반응에 의하여 카르복실기 그룹으로 개질될 수 있으며, 금속 칼코제나이드의 표면이 카르복실 그룹으로 개질됨으로써, 임피던스 값이 최소화된 고민감도의 금속 나노입자가 결합된 금속 칼코제나이드의 합성이 가능하다.The surface of the metal chalcogenide can be modified into a carboxyl group by the reaction of the metal chalcogenide with 3-mercaptopropionic acid, and the surface of the metal chalcogenide is modified with a carboxyl group, thereby minimizing the impedance value. It is possible to synthesize metal chalcogenide to which metal nanoparticles of sensitivity are bound.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 금 나노입자, 은 나노입자 및 형광 나노입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 나노입자일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal nanoparticles may be one or more nanoparticles selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, and fluorescent nanoparticles.

카르복실 그룹으로 표면이 개질된 금속 칼코제나이드에 처리하는 금속 나노입자는 금속 칼코제나이드의 전도성을 향상시키는 것으로써, 금 나노입자, 은 나노입자 및/또는 형광 나노입자가 사용될 수 있으나, 금속 나노입자는 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate)인 것이 바람직하다.The metal nanoparticles treated on the metal chalcogenide whose surface is modified with a carboxyl group improve the conductivity of the metal chalcogenide, and gold nanoparticles, silver nanoparticles and/or fluorescent nanoparticles may be used, but metal The nanoparticles are preferably gold(III) chloride trihydrate.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 금속 칼코제나이드는, 몰리브데늄, 텅스텐, 아연, 카드뮴, 타이타늄, 바나듐, 크로미늄 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속; 및 황, 셀레늄 및 텔레늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 칼코제나이드로 이루어진 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal chalcogenide is any one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, zinc, cadmium, titanium, vanadium, chromium and manganese; And at least one chalcogenide selected from the group consisting of sulfur, selenium and telenium.

본 발명의 복합체에는 바이오리셉터인 펩타이드의 전도성을 향상시키기 위한 소재로써 금속 칼코제나이드가 사용되며, 특히, 금속 칼코제나이드로써 텅스텐 다이설파이드(WS2)가 사용되는 것이 바람직하다.In the complex of the present invention, a metal chalcogenide is used as a material for improving the conductivity of the bioreceptor peptide, and in particular, it is preferable that tungsten disulfide (WS 2 ) is used as the metal chalcogenide.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 표적물질은 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원, 멜라민 및 히스타민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the target material may be selected from the group consisting of norovirus, microviral diarrhea virus, tuberculosis antigen, melamine and histamine.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 펩타이드는 상기 표적물질과 특이적으로 결합하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the peptide may be to specifically bind to the target material.

본 발명의 복합체에 표적물질과 특이적으로 결합하는 펩타이드, 예를 들어, 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원, 멜라민 또는 히스타민과 특이적으로 결합하는 펩타이드를 사용할 경우, 해당 펩타이드와 특이적으로 결합하는 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원(예를 들어, CFP10 또는 Ag85B), 멜라민 또는 히스타민을 고민감도 및 선택성으로 검출할 수 있다. When using a peptide that specifically binds a target substance to the complex of the present invention, for example, norovirus, microviral diarrhea virus, tuberculosis antigen, melamine or histamine, a peptide that specifically binds to the peptide is specific Norovirus, microviral diarrhea virus, tuberculosis antigen (e.g., CFP10 or Ag85B), melamine or histamine that binds with can be detected with high sensitivity and selectivity.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the peptide may be made of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 펩타이드를 바이로리셉터로 사용한 표적물질 검출용 복합체인 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조의 최적화 조건을 확립하였다. 따라서, 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체는 노로바이러스의 고민감도 및 특이적 검출에 특히 유용하게 활용될 수 있다.In the present invention, optimization conditions for the preparation of a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles as a complex for detecting a target substance using a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as a viroreceptor were established. Therefore, the complex according to one embodiment of the present invention can be particularly useful for the sensitivity and specific detection of norovirus.

본 발명의 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle It provides a composition for detecting a target material containing.

본 발명의 또 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 키트를 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle It provides a kit for detecting a target material comprising a.

본 발명의 표적물질 검출용 조성물 또는 키트를 사용하여, 표적물질이 시료에 포함되어 있는지를 간편하고 정확하게 확인할 수 있다. 예를 들어, 식품 시료를 본 발명의 조성물 또는 키트에 처리함으로써, 식품이 노로바이러스에 감염되었는지 사전에 확인할 수 있으므로, 식중독을 사전에 예방하는데 유용하게 활용할 수 있다.Using the composition or kit for detecting a target substance of the present invention, it is possible to conveniently and accurately check whether a target substance is included in a sample. For example, by treating the food sample with the composition or kit of the present invention, it is possible to confirm in advance whether the food is infected with norovirus, and thus can be usefully used to prevent food poisoning in advance.

표적물질 검출용 조성물 및 키트는 전술한 표적물질 검출용 복합체 외에 표적물질 검출 및/또는 분석에 일반적으로 사용되는 도구 및/또는 시약을 포함할 수 있다.The target substance detection composition and kit may include tools and/or reagents generally used for target substance detection and/or analysis, in addition to the aforementioned target substance detection complex.

이러한 도구나 시약으로는 적합한 담체, 검출 가능한 신호를 생성할 수 있는 표지 물질, 용해제, 세정제, 완충제, 안정화제 등이 포함될 수 있다. 표지물질이 효소인 경우에는 효소의 활성을 측정할 수 있는 기질 및 반응 정지제를 더 포함할 수 있다. 적합한 담체로는, 가용성 담체, 예를 들어, 당업계에 공지된 생리학적으로 허용되는 완충액(예를 들어, PBS 등); 불용성 담체, 예를 들어, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 불소수지, 가교 덱스트란, 폴리사카라이드 등; 라텍스에 금속을 도금한 자성 미립자와 같은 고분자, 기타 종이, 유리, 금속, 아가로스 및/또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.Such tools or reagents may include suitable carriers, labeling substances capable of generating a detectable signal, solubilizers, detergents, buffers, stabilizers, and the like. When the labeling substance is an enzyme, a substrate capable of measuring the activity of the enzyme and a reaction stopper may be further included. Suitable carriers include soluble carriers, such as physiologically acceptable buffers known in the art (eg PBS, etc.); Insoluble carriers such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyester, polyacrylonitrile, fluororesin, crosslinked dextran, polysaccharide, etc.; Polymers such as magnetic fine particles plated with metal in latex, other paper, glass, metal, agarose, and/or combinations thereof may be included.

또한, 표적물질 검출용 조성물 및 키트는 전술한 표적물질 검출용 복합체 외에 전기화학적 신호의 분석을 위한 카본 인쇄회로(예를 들어, Carbon-SPE)를 더 포함할 수 있으며, 전기화학적 신호의 분석을 위한 시료 및 장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the composition and kit for detecting a target substance may further include a carbon printed circuit (for example, Carbon-SPE) for analysis of the electrochemical signal in addition to the complex for detecting the target substance described above, and analyze the electrochemical signal. It may further include a sample and a device for.

본 발명의 또 다른 양상은 금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고, 상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고, 상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체에 미지의 시료를 접촉시키는 단계; 시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표적물질 검출 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention includes a metal nanoparticle, a metal chalcogenide and a peptide, the metal nanoparticle is bound to the metal chalcogenide, and the peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticle Contacting the unknown sample; Measuring the electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And when the size of the electrochemical signal increases, determining that the target material is included in the sample.

본 발명의 표적물질 검출 방법은 전기화학적 기술 기반의 표적물질 검출 방법으로써, 표적물질에 특이적인 바이오리셉터를 사용해 신속하고 간편한 표적물질의 검출이 가능하며, 여타 광학장비에 비해 검출이 쉽고, 휴대성이 높아 현장에 적용할 수 있다는 장점이 있어, 식중독균과 같은 표적물질의 신속한 현장 분석에 유용하게 활용될 수 있다.The target material detection method of the present invention is a target material detection method based on electrochemical technology, and it is possible to quickly and easily detect a target material using a bioreceptor specific to the target material, and it is easier to detect than other optical equipment, and is portable. It has a high advantage that it can be applied in the field, and can be usefully used for rapid on-site analysis of target substances such as food poisoning bacteria.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전기화학적 신호를 측정하는 방법은 임피던스법, 순환전압전류법 및 시간대전류법으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method for measuring the electrochemical signal may be selected from the group consisting of an impedance method, a cyclic voltammetry method, and a time zone current method.

본 발명의 표적물질 검출 방법은, 표적물질이 포함되어 있는지 확인하고자 하는 시료를 본 발명의 일 구체예에 따른 표적물질 검출용 복합체에 접촉시켜 표적물질이 상기 복합체와 반응하도록 하고, 이를 전극에 처리하여 전기화학적 신호의 분석에 의하여 수행될 수 있으며, 전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있다.In the method for detecting a target substance of the present invention, a sample to be checked to see if a target substance is included is brought into contact with the target substance detecting complex according to one embodiment of the present invention, so that the target substance reacts with the complex, and treatment with the electrode Therefore, it can be performed by analysis of the electrochemical signal, and when the size of the electrochemical signal increases, it can be determined that the target material is included in the sample.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 표적물질은 노로바이러스일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the target material may be norovirus.

본 발명의 표적물질 검출 방법에 사용되는 표적물질 검출용 복합체에 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 펩타이드를 사용할 경우, 상기 복합체는 노로바이러스에 특이적으로 결합하므로, 로타바이러스, 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 등 다양한 물질이 혼합된 시료에서도 노로바이러스를 특이적으로 검출할 수 있다.When using a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the complex for detecting a target substance used in the method for detecting a target substance of the present invention, the complex specifically binds to norovirus, and thus, rotavirus, dengue virus serotype 1, Norovirus can be specifically detected even in samples in which various substances such as 2, 3, and 4 are mixed.

금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 이를 이용한 표적물질의 검출 방법에 따르면, 표적물질을 고민감도 및 선택적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 표적물질의 간편한 정량이 가능하므로, 표적물질의 검출, 특히, 노로바이러스의 현장 검출에 유용하게 사용할 수 있다.According to the metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles and a method for detecting the target material using the same, the target material is not only capable of being sensitively and selectively detected, but also can be easily quantified, so that the target material It can be useful for the detection of, in particular, on-site detection of norovirus.

도 1은 (a) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성방법 및 (b) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 이용한 노로바이러스의 전기화학적 검출 방법을 나타낸 대한 모식도이다.
도 2는 온도에 따른 금속 칼코제나이드 합성 후, (a) X선 회절 분석(X-Ray Diffraction) 및 (b 내지 e) 전계방사형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 구조 및 모양을 분석한 결과이다((b) 260℃, (c) 270℃, (d) 280℃, (e) 290℃).
도 3은 반응 온도를 280℃ 고정한 상태에서, 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드 시료에 대한 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 반응 온도를 280℃ 고정한 상태에서, 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드 시료에 대한 전계방사형 주사전자현미경 이미지이다((a) 2시간, (b) 4시간, (c) 8시간, (d) 12시간, (e) 16시간, (f) 20시간).
도 5는 반응 온도에 따라 획득한 금속 칼코제나이드의 가스 흡착법(Brunauer-Emmett-Teller) 결과를 나타낸 그래프이다((a) 270℃, (b) 280℃, (c) 290℃).
도 6은 반응 시간에 따라 획득한 금속 칼코제나이드의 가스 흡착법(Brunauer-Emmett-Teller) 그래프이다((a) 12시간, (b) 16시간, (c) 20시간).
도 7은 3-메르캅토프로피온산(3-Mercaptopropionic acid; MPA) 농도에 따른 (a) 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드 임피던스 그래프 및 (b) 임피던스 값이다.
도 8은 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate) 농도에 따른 (a) 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드 임피던스 그래프 및 (b 내지 g) 주사전자현미경 이미지이다((b) 0mg, (c) 0.6mg, (d) 1.2mg, (e) 2.4mg, (f) 5.0mg, (g) 10.0mg).
도 9는 금속 칼코제나이드 및 금속 나노입자가 코팅된 금속 칼코제나이드의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 (a) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조시 사용하는 바이오리셉터의 농도에 따른 임피던스 값, (b) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 제조시 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드와 바이오리셉터간 결합 반응시간에 따른 임피던스 값, (c) 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터와 노로바이러스의 결합 반응시간에 따른 임피던스 값이다.
도 11은 (a) 노로바이러스 농도에 따른 임피던스 스펙트럼과 (b) 이를 이용한 노로바이러스 검출한계를 나타낸 그래프이다. 또한, (c) 실제 굴로부터 추출한 노로바이러스 농도에 따른 임피던스 스펙트럼과 (d) 이를 이용한 노로바이러스의 검출한계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터와 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 및 로타바이러스를 각각 반응시킨 후 얻은 임피던스 그래프이다.
1 shows a method of synthesizing (a) a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles, and (b) a method for electrochemical detection of norovirus using a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles. This is a schematic diagram of Korea.
Figure 2 after the metal chalcogenide synthesis according to temperature, (a) X-ray diffraction analysis (X-Ray Diffraction) and (b to e) field emission scanning electron microscope (Field Emission Scanning Electron Microscope) to analyze the structure and shape One result ((b) 260°C, (c) 270°C, (d) 280°C, (e) 290°C).
3 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the metal chalcogenide sample obtained according to the reaction time, with the reaction temperature fixed at 280°C.
FIG. 4 is a field emission scanning electron microscope image of a metal chalcogenide sample obtained according to a reaction time while the reaction temperature is fixed at 280° C. ((a) 2 hours, (b) 4 hours, (c) 8 hours. , (d) 12 hours, (e) 16 hours, (f) 20 hours).
5 is a graph showing the gas adsorption method (Brunauer-Emmett-Teller) of the metal chalcogenide obtained according to the reaction temperature ((a) 270°C, (b) 280°C, (c) 290°C).
6 is a graph of the gas adsorption method (Brunauer-Emmett-Teller) of the metal chalcogenide obtained according to the reaction time ((a) 12 hours, (b) 16 hours, (c) 20 hours).
7 is a graph showing (a) metal chalcogenide impedance graphs coated with metal nanoparticles and (b) impedance values according to 3-Mercaptopropionic acid (MPA) concentration.
FIG. 8 is a graph of (a) metal chalcogenide impedance coated with metal nanoparticles and (b to g) scanning electron microscope images according to the concentration of gold(III) chloride trihydrate ((b) 0mg, (c) ) 0.6mg, (d) 1.2mg, (e) 2.4mg, (f) 5.0mg, (g) 10.0mg).
9 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of metal chalcogenide and metal chalcogenide coated with metal nanoparticles.
FIG. 10 is (a) impedance value according to the concentration of a bioreceptor used in manufacturing a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles, (b) when manufacturing a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles The impedance value according to the binding reaction time between the metal chalcogenide treated with the metal nanoparticles and the bioreceptor, and (c) the impedance value according to the binding reaction time between the metal chalcogenide treated with the metal nanoparticles-bioreceptor and norovirus. .
11 is a graph showing (a) impedance spectrum according to norovirus concentration and (b) norovirus detection limit using the same. In addition, (c) is a graph showing the impedance spectrum according to the norovirus concentration extracted from the actual oyster and (d) the limit of detection of the norovirus using the same.
12 is an impedance graph obtained after reacting a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles and dengue virus serotypes 1, 2, 3, 4 and rotavirus, respectively.

이하 본 발명을 하나 이상의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through one or more embodiments. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인Example 1 Confirmation of Synthesis Optimization Conditions for Metal Chalcogenide

<1-1> 반응 온도에 따른 금속 칼코제나이드 합성 최적화 조건 확인<1-1> Metal chalcogenide synthesis optimization conditions according to the reaction temperature

표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 반응 온도에 따라 금속 칼코제나이드(chalcogenide)를 합성하여 최적의 반응 온도를 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles for the electrochemical detection of the target material, the metal chalcogenide was synthesized according to the reaction temperature to determine the optimal reaction temperature.

구체적으로, 3차 증류수 10㎖에 텅스텐육염화물 0.4g 및 티오아세트아미드 0.37g을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 수열합성방법을 이용하여 각각 다른 온도(270℃, 280℃, 290℃) 에서 16시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거하였다(3회 반복). 그 다음, 수득된 WS2NF(tungsten disulfide nanoflower) 파우더를 60℃에서 10시간 동안 건조하였다.Specifically, 0.4 g of tungsten hexachloride and 0.37 g of thioacetamide were added to 10 ml of tertiary distilled water and stirred for 1 hour. The reaction was performed for 16 hours at different temperatures (270°C, 280°C, 290°C) using a hydrothermal synthesis method. After the reaction was completed, to remove impurities, the supernatant was removed using a centrifuge at 4,500 x g for 10 minutes (repeat 3 times). Then, the obtained WS 2 tungsten disulfide nanoflower (NF) powder was dried at 60° C. for 10 hours.

X선 회절 분석법(x-ray diffraction, XRD) 분석을 위하여, Bruker AXS의 New D8-Advance 장치를 사용하였고, WS2NF를 Cu-Kα에 올려 5 내지 70℃까지 분석하였다. 한편, ThermoFisher Scientific사의 K-alpha 주사현미경을 사용하여 WS2NF의 구조 및 모양을 분석하였다. 한편, Carl Zeiss사의 SIGMA 전계방사형 주사현미경을 사용하여 WS2NF의 구조 및 모양을 분석하였다.For X-ray diffraction (XRD) analysis, a New D8-Advance device of Bruker AXS was used, and WS 2 NF was placed on Cu-Kα and analyzed to 5 to 70°C. Meanwhile, the structure and shape of WS 2 NF were analyzed using a K-alpha scanning microscope from ThermoFisher Scientific. On the other hand, the structure and shape of WS 2 NF was analyzed using a SIGMA field emission scanning microscope from Carl Zeiss.

X선 회절 분석법 분석 결과, 반응온도가 260℃에서는 WO3(ICSD No. 80634) 구조가 형성되는 것을 확인하였으며, 반응 온도가 270℃ 이상에서는 hexagonal(ICSD No. 08-0237) 구조가 형성되는 것으로 확인되었다(도 2(a)). 또한, 주사현미경 분석 결과, 260℃에서는 나노 꽃 입자 모양이 형성되지 않았으나, 270℃ 이상에서는 나노 꽃 입자가 형성된 것으로 확인되었다. 반면, 290℃의 반응온도에서는 고온으로 인한 나노 꽃 입자의 분해된 모습이 확인되었다(도 2(b) 내지 도 2(e)).As a result of X-ray diffraction analysis, it was confirmed that a WO 3 (ICSD No. 80634) structure was formed at a reaction temperature of 260° C., and a hexagonal (ICSD No. 08-0237) structure was formed at a reaction temperature of 270° C. or higher. It was confirmed (Fig. 2(a)). In addition, as a result of the scanning microscope analysis, it was confirmed that nano flower particles were not formed at 260° C., but nano flower particles were formed at 270° C. or higher. On the other hand, at a reaction temperature of 290° C., decomposition of nano flower particles due to high temperature was confirmed (FIGS. 2( b) to 2( e )).

따라서, 금속 칼코제나이드 구조 및 나노 꽃 입자 모양이 가장 안정하게 합성된 280℃가 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 온도임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the metal chalcogenide structure and nano flower particle shape of 280°C, which were most stably synthesized, are the optimum reaction temperature for metal chalcogenide synthesis.

<1-2> 반응 시간에 따른 금속 칼코제나이드 합성 최적화 조건 확인<1-2> Confirmation of optimization conditions for metal chalcogenide synthesis according to reaction time

표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 반응 시간에 따라 금속 칼코제나이드(chalcogenide)를 합성하여 최적의 반응 시간을 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles for electrochemical detection of a target material, an optimal reaction time was confirmed by synthesizing metal chalcogenide according to the reaction time.

구체적으로, 3차 증류수 10㎖에 텅스텐육염화물 0.4g 및 티오아세트아미드 0.37g을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 수열합성방법을 이용하여 280℃에서 각각 다른 시간(2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 16시간, 20시간) 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거하였다(3회 반복). 그 다음, 수득된 WS2NF(tungsten disulfide nanoflower) 파우더를 60℃에서 10시간 동안 건조하였다.Specifically, 0.4 g of tungsten hexachloride and 0.37 g of thioacetamide were added to 10 ml of tertiary distilled water and stirred for 1 hour. The reaction was performed at 280°C for different times (2 hours, 4 hours, 8 hours, 12 hours, 16 hours, 20 hours) using a hydrothermal synthesis method. After the reaction was completed, to remove impurities, the supernatant was removed using a centrifuge at 4,500 x g for 10 minutes (repeat 3 times). Then, the obtained WS 2 tungsten disulfide nanoflower (NF) powder was dried at 60° C. for 10 hours.

X선 회절 분석법 분석 결과, 반응 시간이 2시간인 경우, WO3(monoclinic)구조가 형성된 것으로 확인되었다. 반응 시간이 4 또는 8시간인 경우, WO3(hexagonal)구조가 형성되고, 반응 시간이 12시간 이상인 경우, WS2(hexagonal)구조가 형성된 것으로 확인되었다(도 3). 또한, 주사현미경 분석 결과, 반응시간이 2, 4 또는 8시간인 경우, 막대 모양이 형성되는 반면, 반응 시간이 12, 16 또는 20시간인 경우, 나노 꽃 입자 모양이 형성된 것으로 확인되었다(도 4).As a result of X-ray diffraction analysis, it was confirmed that when the reaction time was 2 hours, a WO 3 (monoclinic) structure was formed. When the reaction time was 4 or 8 hours, a WO 3 (hexagonal) structure was formed, and when the reaction time was 12 hours or more, it was confirmed that a WS 2 (hexagonal) structure was formed (FIG. 3 ). In addition, as a result of the scanning microscopic analysis, when the reaction time was 2, 4 or 8 hours, a rod shape was formed, while when the reaction time was 12, 16 or 20 hours, it was confirmed that a nano flower particle shape was formed (FIG. 4 ). ).

따라서, 금속 칼코제나이드 구조 및 나노 꽃 입자 모양이 가장 안정하게 합성된 16시간이 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 시간임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the 16 hours that the metal chalcogenide structure and nano flower particle shape were most stably synthesized were the optimal reaction times for metal chalcogenide synthesis.

<1-3> 표면적 분석에 따른 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인<1-3> Synthesis optimization conditions of metal chalcogenide according to surface area analysis

표적물질의 전기화학적 검출을 위한 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 제조하기 위하여, 최적 반응 온도 또는 최적 반응 시간으로 제조된 금속 칼코제나이드(chalcogenide)의 표면적을 분석하여 최적의 반응 온도 및 반응 시간을 확인하였다.In order to prepare a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles for electrochemical detection of a target material, the surface area of the metal chalcogenide prepared at an optimum reaction temperature or an optimum reaction time is analyzed to optimize The reaction temperature and reaction time were confirmed.

구체적으로, Quantachrome사의 Nova 1200e 모델을 사용하여 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 표면적 분석을 수행하였으며, 반응 시간을 16시간으로 고정 또는 반응 온도를 280℃로 고정한 것을 제외하면 실시예 <1-1> 또는 <1-2>와 동일한 방법으로 WS2NF를 수득하였으며, 이를 60℃에서 12시간 동안 건조 시킨 후 표면적을 측정하였다.Specifically, Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis was performed using the Nova 1200e model of Quantachrome, and Example <1-1> except that the reaction time was fixed at 16 hours or the reaction temperature was fixed at 280°C. Alternatively, WS 2 NF was obtained in the same manner as in <1-2>, and after drying at 60° C. for 12 hours, the surface area was measured.

반응시간을 16시간으로 고정하여, 반응 온도에 따른 금속 칼코제나이드의 표면적을 분석한 결과, 반응 온도가 280℃일 경우, 표면적이 14.8m2/g으로 가장 넓게 나타나는 것으로 확인되었다(도 5). 반면, 반응 온도를 280℃로 고정하여, 반응 시간에 따른 금속 칼코제나이드의 표면적을 분석한 결과, 반응 시간이 16시간일 경우, 표면적이 가장 넓게 나타나는 것으로 확인되었다.The reaction time was fixed to 16 hours, and as a result of analyzing the surface area of the metal chalcogenide according to the reaction temperature, when the reaction temperature was 280°C, it was confirmed that the surface area was most wide at 14.8 m 2 /g (FIG. 5). . On the other hand, by fixing the reaction temperature at 280°C, and analyzing the surface area of the metal chalcogenide according to the reaction time, when the reaction time is 16 hours, it was confirmed that the surface area is the largest.

따라서, 금속 칼코제나이드의 표면적이 가장 넓게 합성된 280℃ 및 16시간이 금속 칼코제나이드 합성의 최적 반응 조건임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that 280° C. and 16 hours synthesized with the largest surface area of the metal chalcogenide were optimal reaction conditions for the synthesis of the metal chalcogenide.

실시예 2. 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인Example 2. Synthesis optimization conditions of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles

금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적화 조건 확인하기 위하여, 금속 칼코제나이드 표면을 카르복실(-COOH) 그룹으로 개질시킨 후, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드를 합성하였다.To confirm the optimization conditions for the synthesis of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles, the metal chalcogenide surface was modified with a carboxyl group (-COOH), and metal chalcogenide treated with metal nanoparticles was synthesized.

구체적으로, 20㎎의 금속 칼코제나이드에 n-부틸리튬/헥세인 용액(1.25M, 2㎖)을 넣고 1시간 동안 교반한 후, 3-메르캅토프로피온산을 각각 다른 농도(25, 50, 60, 80, 100, 150mM)로 넣고 1시간 동안 교반하였다. 결합하지 않은 3-메르캅토프로피온산을 제거하기 위하여, 3일 동안 1000Da 투석백에 넣고 투석하였다. 투석 후, 카르복실 그룹으로 치환된 금속 칼코제나이드 용액에 0.3M 수소화붕소나트륨 용액 1㎖ 및 염화금산(Gold(Ⅲ) chloride trihydrate을 각각 다른 양(0.6, 1.2, 2.4, 5.0, 10.0㎎)으로 넣고 2시간 동안 반응시켰다. 불순물을 제거하기 위하여, 4,500×g에서 10분 동안 원심분리한 후, 상층액을 버리고, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드에 3차 증류수를 넣어 분산시킨 후, 분석에 사용하였다.Specifically, n-butyllithium/hexane solution (1.25M, 2ml) was added to a metal chalcogenide of 20mg and stirred for 1 hour, and then 3-mercaptopropionic acid was added at different concentrations (25, 50, 60). , 80, 100, 150mM) and stirred for 1 hour. To remove unbound 3-mercaptopropionic acid, it was dialyzed in a 1000Da dialysis bag for 3 days. After dialysis, 1 ml of 0.3 M sodium borohydride solution and gold(III) chloride trihydrate were added to metal chalcogenide solution substituted with carboxyl groups in different amounts (0.6, 1.2, 2.4, 5.0, 10.0 mg). After adding and reacting for 2 hours, in order to remove impurities, after centrifugation at 4,500×g for 10 minutes, the supernatant was discarded and tertiary distilled water was added to the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles, followed by dispersion. Used for analysis.

CH Instruments 사의 CHI 750E 장비를 사용하여 임피던스 분석을 수행하였다. 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 10㎕ 및 0.1% Nafion을 올려 분석하였으며, 임피던스 분석 전, OCP(Open Circuit Potential)를 측정한 후, 그 값을 임피던스에 입력하였다.Impedance analysis was performed using a CHI 750E instrument from CH Instruments. 10 μl and 0.1% Nafion were placed on the working electrode of the carbon printed circuit and analyzed. Before the impedance analysis, the OCP (Open Circuit Potential) was measured, and the value was input to the impedance.

3-메르캅토프로피온산 농도에 따라 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드를 합성한 후, 임피던스를 분석한 결과, 60mM의 3-메르캅토프로피온산을 사용한 경우, 임피던스가 가장 낮은 것으로 확인되었다(도 7). 3-메르캅토프로피온산 농도를 60mM 고정하고, 염화금산 농도에 따른 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드를 분석한 결과, 2.4㎎ 이상의 염화금산를 사용하였을 경우, 임피던스 값이 더 이상 감소하지 않는 것으로 확인되었다(도 8(a)). 또한, 주사전자현미경 분석 결과, 염화금산 농도가 증가할수록 금속 나노입자의 크기가 증가하는 것으로 확인되었다(도 8(b) 내지 도 8(g)).After synthesizing the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles according to the concentration of 3-mercaptopropionic acid, the impedance was analyzed, and when using 60 mM of 3-mercaptopropionic acid, the impedance was found to be the lowest (Fig. 7). ). As a result of analyzing the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles according to the concentration of 3-mercaptopropionic acid at a concentration of 60 mM and the concentration of gold chloride, it was confirmed that when gold chloride of 2.4 mg or more was used, the impedance value did not decrease any more. (Fig. 8(a)). In addition, as a result of the scanning electron microscope analysis, it was confirmed that the size of the metal nanoparticles increased as the concentration of gold chloride increased (FIG. 8(b) to FIG. 8(g)).

또한, X 회절 분석법 분석 결과, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드에서 금속 나노입자 피크(JCPDS No. 04-0784)가 확인되어, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드가 합성된 것으로 확인되었다(도 9).In addition, as a result of X diffraction analysis, the metal nanoparticle peak (JCPDS No. 04-0784) was confirmed in the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles, confirming that the metal chalcogenide treated with metal nanoparticles was synthesized. Became (Fig. 9).

따라서, 임피던스 값이 가장 낮은 3-메르캅토프로피온산 60mM 및 염화금산 2.4㎎(0.1㎎/㎖) 사용 조건이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드의 합성 최적 조건임을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the conditions for using 3-mercaptopropionic acid 60mM and 2.4 mg (0.1 mg/mL) of gold chloride with the lowest impedance value are optimal conditions for the synthesis of metal chalcogenide treated with metal nanoparticles.

실시예 3. 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적화 조건 확인 및 노로바이러스와의 반응 시간 최적화 조건 확인Example 3. Synthesis optimization conditions of metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles and reaction time optimization conditions with norovirus

금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적화 조건을 확인하고, 노로바이러스와 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 반응 시간의 최적화 조건을 확인하기 위하여, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 표면에 다양한 농도의 펩타이드를 다양한 반응 시간으로 처리하였다.In order to confirm the synthesis optimization conditions of the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticles, and to determine the optimization conditions of the reaction time of the norovirus and the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticles, the metal nano Various concentrations of peptides were treated on the surface of the metal chalcogenide treated with particles at various reaction times.

구체적으로, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 용액에 각각 다른 농도의 펩타이드를(0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 2.0㎎/㎖) 100㎕씩 넣은 후, 90분 동안 반응시켰다. 또한, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드와 펩타이드 반응시간을 확인하기 위하여, 0.7㎎/㎖ 농도의 펩타이드를 각각 다른 반응 시간(60, 90, 120, 180, 240, 300, 360분) 동안 반응시켰다. 사용한 펩타이드의 아미노산 서열은 표 1과 같다.Specifically, 100 μl of peptides of different concentrations (0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, and 2.0 mg/ml) were added to the metal chalcogenide solution treated with 0.1 mg/ml metal nanoparticles, followed by 90 minutes. During the reaction. In addition, in order to confirm the reaction time of the metal chalcogenide treated with the metal nanoparticles and the peptide, the peptides at the concentration of 0.7 mg/ml were used for different reaction times (60, 90, 120, 180, 240, 300, 360 minutes). To react. The amino acid sequence of the used peptide is shown in Table 1.

명칭designation 아미노산 서열(5'→3')Amino acid sequence (5'→3') 서열번호Sequence number receptor peptide receptor peptide QHKMHKPHKNTKEKEKEKEGGGGSGGGGSCQHKMHKPHKNTKEKEKEKEGGGGSGGGGSC 서열번호 1SEQ ID NO: 1

0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드 용액에 대한 펩타이드 농도에 따른 임피던스 경향성을 분석한 결과, 펩타이드 농도가 1㎎/㎖인 경우, 임피던스 값이 더 이상 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 10(a)). 또한, 펩타이드 농도를 1㎎/㎖로 고정하고 반응 시간에 따른 임피던스 그래프를 확인한 결과, 240분에서 임피던스 값이 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 10(b)). 따라서, 1.0㎎의 펩타이드 농도 및 240분의 반응 시간 조건이 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 합성 최적 조건임을 확인하였다.As a result of analyzing the impedance tendency according to the peptide concentration for the metal chalcogenide solution treated with 0.1 mg/ml metal nanoparticles, it was confirmed that the impedance value does not increase any more when the peptide concentration is 1 mg/ml. (Fig. 10(a)). In addition, when the peptide concentration was fixed at 1 mg/ml and the impedance graph according to the reaction time was confirmed, it was confirmed that the impedance value did not increase at 240 minutes (FIG. 10(b)). Therefore, it was confirmed that the peptide concentration of 1.0 mg and the reaction time condition of 240 minutes are optimal conditions for the synthesis of the metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles.

한편, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 노로바이러스에 대한 최적 반응 시간을 확인하기 위하여, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 용액에 노로바이러스(105 copies/㎖) 100㎕을 넣고, 각각 다른 반응 시간(20, 30, 40, 50, 60, 90, 120분)으로 반응시킨 결과, 60분에서 임피던스가 더 이상 증가하지 않는 것으로 확인되어, 노로바이러스와 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 최적 반응 시간은 60분임을 확인하였다.On the other hand, in order to confirm the optimal reaction time for the norovirus of the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticles, the norovirus in the metal chalcogenide-biooriceptor solution treated with the metal nanoparticles of 0.1 mg/ml (10 5 copies/ml) After adding 100 µl and reacting with different reaction times (20, 30, 40, 50, 60, 90, 120 minutes), it was confirmed that the impedance no longer increases at 60 minutes. , It was confirmed that the optimal reaction time of norovirus and metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles was 60 minutes.

실시예 4. 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 노로바이러스 농도 변화에 따른 전기화학적 검출 확인Example 4. Confirmation of electrochemical detection according to norovirus concentration change of metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles

실시예 3에서 제조한 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 사용하여 농도 의존적으로 노로바이러스의 검출이 가능한지 확인하기 위하여, 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 노로바이러스를 농도별로 처리하여 임피던스의 경향성을 분석하였다.Using the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticles prepared in Example 3, in order to confirm whether norovirus can be detected in a concentration-dependent manner, the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticle The virus was treated by concentration to analyze the tendency of the impedance.

구체적으로, 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 각각 DMEM에 버퍼로 희석된 노로바이러스(대조군, 101, 102, 103, 104 copies/㎖)를 100㎕ 넣고, 60분 동안 반응시켰다. 그 후, 200㎕의 3차 증류수를 넣어, 바이러스가 결합된 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 분산시켰다. 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 10㎕의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 및 4㎕의 0.1% Nafion을 올린 후 임피던스를 분석하였다.Specifically, norovirus (control, 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 copies/ml) diluted with buffer in DMEM, respectively, in a metal chalcogenide-bioreceptor treated with 0.1 mg/ml metal nanoparticles 100 µl was added and reacted for 60 minutes. Then, 200 μl of tertiary distilled water was added to disperse the metal chalcogenide-biolyceptor treated with virus-bound metal nanoparticles. Impedance was analyzed after raising the metal chalcogenide-biolyceptor treated with 10 μl of metal nanoparticles and 4 μl of 0.1% Nafion on the working electrode of the carbon printed circuit.

그 결과, 노로바이러스 농도가 증가할수록 임피던스 값이 증가하고(도 11(a) 및 도 11(b)), 검출한계는 2.37 copies/㎖(R2=0.9875)인 것으로 확인되었다. 또한, ISO TS 1527-1 방법으로, 굴에서부터 노로바이러스를 분리한 후, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 적용하여 임피던스를 분석한 결과, 노로바이러스의 농도 의존적으로 임피던스 값이 증가하고, 검출한계는 6.21 copies/㎖(R2=0.9698)인 것으로 확인되었다(도 11(c) 및 도 11(d)).As a result, as the norovirus concentration increased, the impedance value increased (Figs. 11(a) and 11(b)), and the detection limit was found to be 2.37 copies/ml (R 2 =0.9875). In addition, after the norovirus was separated from the oyster by the ISO TS 1527-1 method, the impedance was analyzed by applying the metal nanoparticles to the treated metal chalcogenide-biolyceptor, and the impedance value was dependent on the norovirus concentration. It increased, and the detection limit was confirmed to be 6.21 copies/ml (R 2 =0.9698) (FIGS. 11(c) and 11(d)).

따라서, 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터를 사용하여 노로바이러스를 농도 의존적 및 높은 민감도로 검출할 수 있음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that norovirus can be detected with concentration-dependent and high sensitivity using a metal chalcogenide-biooriceptor treated with metal nanoparticles.

실시예 5. 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 검출 특이성 확인Example 5. Confirmation of detection specificity of metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles

금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터가 노로바이러스에만 특이적으로 결합하는지 확인하기 위하여, 노로바이러스, 노로바이스와 유사한 증상을 나타내는 로타바이러스, 및 다른 종류의 바이러스인 뎅기바이러스를 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 적용하여 임피던스를 분석하였다.To confirm that the metal chalcogenide-biooriceptor treated with the metal nanoparticles specifically binds to the norovirus, the norovirus, rotavirus showing norovirus-like symptoms, and dengue virus, another type of virus, are metal nanoparticles. Impedance was analyzed by applying to a particle treated metal chalcogenide-biooriceptor.

구체적으로, 로타바이러스, 뎅기바이러스 혈청형 1, 2, 3, 4 및 노로바이러스를 DMEM 버퍼에 희석(104 copies/㎖)하여 사용하였다. 0.1㎎/㎖의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터에 희석하여 준비한 바이러스를 각각 100㎕씩 넣고, 60분 동안 반응시켰다. 불순물을 제거하기 위하여, 4500×g에서 7분 동안 원심 분리하여 상층액을 제거했다. 그 후, 카본 인쇄회로의 작업전극 위에 바이러스와 반응시킨 금속 나노입자가 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터 10㎕ 및 0.1% Nafion 4㎕을 올린 후 임피던스를 분석하였다.Specifically, rotavirus, dengue virus serotypes 1, 2, 3, 4 and norovirus were used by diluting (10 4 copies/ml) in DMEM buffer. The prepared virus was diluted with a metal chalcogenide-biooriceptor treated with 0.1 mg/ml metal nanoparticles, and 100 µl of each virus was added and reacted for 60 minutes. To remove impurities, the supernatant was removed by centrifugation at 4500×g for 7 minutes. Thereafter, 10 μl of a metal chalcogenide-biolyceptor treated with metal nanoparticles reacted with a virus on a working electrode of a carbon printed circuit and 4 μl of 0.1% Nafion were raised and then analyzed for impedance.

그 결과, 노로바이러스 샘플에서만 임피던스 값이 증가하였고, 뎅기바이러스 및 로타바이러스에서는 임피던스 값이 증가하지 않는 것으로 확인되었다(도 12).As a result, the impedance value increased only in the norovirus sample, and it was confirmed that the impedance value did not increase in dengue virus and rotavirus (FIG. 12).

이와 같은 결과를 통하여, 노로바이러스에 대한 본 발명의 금속 나노입자로 처리된 금속 칼코제나이드-바이오리셉터의 고민감성 및 선택성을 확인하였다.Through these results, it was confirmed the distress and selectivity of the metal chalcogenide-biolyceptor treated with the metal nanoparticles of the present invention for norovirus.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be construed as being included in the present invention.

<110> CHUNG ANG University industry Academic Cooperation Foundation <120> Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same <130> PN180469 <160> 1 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 30 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> receptor peptide <400> 1 Gln His Lys Met His Lys Pro His Lys Asn Thr Lys Glu Lys Glu Lys 1 5 10 15 Glu Lys Glu Gly Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Gly Ser Cys 20 25 30 <110> CHUNG ANG University industry Academic Cooperation Foundation <120> Metal Nanoparticle-Decorated Metallic Calcogenide-Bioreceptor and their Detection Method of Target Material using the same <130> PN180469 <160> 1 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 30 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> receptor peptide <400> 1 Gln His Lys Met His Lys Pro His Lys Asn Thr Lys Glu Lys Glu Lys 1 5 10 15 Glu Lys Glu Gly Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Gly Ser Cys 20 25 30

Claims (13)

금속 나노입자, 금속 칼코제나이드 및 펩타이드를 포함하고,
상기 금속 나노입자는 상기 금속 칼코제나이드에 결합되고,
상기 펩타이드는 상기 금속 나노입자에 결합된 표적물질 검출용 복합체.
Metal nanoparticles, metal chalcogenide and peptides,
The metal nanoparticles are bound to the metal chalcogenide,
The peptide is a complex for detecting a target substance bound to the metal nanoparticles.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 칼코제나이드의 표면은 카르복실기(-COOH) 그룹으로 개질된 것인 표적물질 검출용 복합체.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the surface of the metal chalcogenide is modified with a carboxyl group (-COOH) group.
제 2 항에 있어서, 상기 개질은 상기 금속 칼코제나이드와 3-메르캅토프로피온산(3-mercapto propionic acid)의 반응에 의한 것인 표적물질 검출용 복합체.
The complex for detecting a target substance according to claim 2, wherein the modification is by reaction of the metal chalcogenide with 3-mercapto propionic acid.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 나노입자는 금 나노입자, 은 나노입자 및 형광 나노입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 나노입자인 것인 표적물질 검출용 복합체.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are one or more nanoparticles selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, and fluorescent nanoparticles.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 칼코제나이드는,
몰리브데늄, 텅스텐, 아연, 카드뮴, 타이타늄, 바나듐, 크로미늄 및 망간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속; 및
황, 셀레늄 및 텔레늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 칼코제나이드
로 이루어진 것인 표적물질 검출용 복합체.
According to claim 1, The metal chalcogenide,
Any metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, zinc, cadmium, titanium, vanadium, chromium and manganese; And
At least one chalcogenide selected from the group consisting of sulfur, selenium and telenium
It is composed of a target substance detection complex.
제 1 항에 있어서, 상기 표적물질은 노로바이러스, 소바이러스성설사증 바이러스, 결핵 항원, 멜라민 및 히스타민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 물질인 것인 표적물질 검출용 복합체.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the target substance is any substance selected from the group consisting of norovirus, microviral diarrhea virus, tuberculosis antigen, melamine and histamine.
제 1 항에 있어서, 상기 펩타이드는 상기 표적물질과 특이적으로 결합하는 것인 표적물질 검출용 복합체.
The complex for detecting a target substance according to claim 1, wherein the peptide specifically binds to the target substance.
제 1 항에 있어서, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것인 표적물질 검출용 복합체.
According to claim 1, The peptide is a complex for detecting a target substance consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
제 1 항의 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 조성물.
A composition for detecting a target substance comprising the complex of claim 1.
제 1 항의 복합체를 포함하는 표적물질 검출용 키트.
A kit for detecting a target substance comprising the complex of claim 1.
제 1 항의 복합체에 미지의 시료를 접촉시키는 단계;
시료에 접촉된 복합체의 전기화학적 신호를 측정하는 단계; 및
전기화학적 신호의 크기가 증가할 경우, 상기 시료에 표적물질이 포함되어 있는 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 표적물질 검출 방법.
Contacting an unknown sample with the complex of claim 1;
Measuring the electrochemical signal of the complex in contact with the sample; And
When the size of the electrochemical signal increases, determining that the target material is included in the sample
Target material detection method comprising a.
제 11 항에 있어서, 상기 전기화학적 신호를 측정하는 방법은 임피던스법, 순환전압전류법 및 시간대전류법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법인 것인 표적물질 검출 방법.
12. The method of claim 11, wherein the method for measuring the electrochemical signal is any one selected from the group consisting of an impedance method, a cyclic voltammetry method, and a time zone current method.
제 1 항에 있어서, 상기 표적물질은 노로바이러스인 것인 표적물질 검출 방법.The method of claim 1, wherein the target material is norovirus.
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