KR20200121496A - Complex for separation and detection of pathogens comprising magnetic nanoparticles immobilized with antibody and method for separation and detection of pathogens using the same - Google Patents

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KR20200121496A
KR20200121496A KR1020190044109A KR20190044109A KR20200121496A KR 20200121496 A KR20200121496 A KR 20200121496A KR 1020190044109 A KR1020190044109 A KR 1020190044109A KR 20190044109 A KR20190044109 A KR 20190044109A KR 20200121496 A KR20200121496 A KR 20200121496A
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황병희
박성진
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a complex for separation and detection of pathogenic microorganisms, and a method for pre-treatment, separation, and detection of pathogenic microorganisms using the same. More specifically, by rapidly separating and accurately detecting pathogenic microorganisms, the complex can be used for hygiene management of food and livestock products, diagnosis of causative bacteria, and disease diagnosis.

Description

항체 고정화 자성나노입자를 포함하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체 및 이를 이용한 병원성 미생물 분리 및 검출방법{Complex for separation and detection of pathogens comprising magnetic nanoparticles immobilized with antibody and method for separation and detection of pathogens using the same}Complex for separation and detection of pathogens comprising magnetic nanoparticles immobilized with antibody and method for separation and detection of pathogens using the same}

본 발명은 병원성 미생물 분리검출용 복합체 및 이를 이용해 병원성 미생물의 전처리 분리 및 검출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병원성 미생물을 신속하게 분리하고 정확하게 검출함으로써 식품, 축산물 등의 위생관리, 원인균 진단 및/또는 질병 진단에 사용될 수 있다.The present invention relates to a complex for separating and detecting pathogenic microorganisms and a method for pretreatment, separation and detection of pathogenic microorganisms using the same, and more particularly, by rapidly separating and accurately detecting pathogenic microorganisms, hygiene management of food, livestock products, etc., diagnosis of causative bacteria, and / Or can be used to diagnose disease.

과학 기술의 발달에도 불구하고 병원성 미생물에 의해 유발되는 질병들을 완전히 예방하는 것은 여전히 어려운 일로 여겨지고 있다. 예를 들면, 식중독은 자연독, 식품의 부패 및 식품 중 세균의 혼입에 의해 야기되는데, 이중에서도 자연독이나 음식물의 부패는 예방이 용이한 반면 세균이 혼입되어 오염되는 경우는 육안으로 관찰되지 않고, 전문적인 방법에 의존하지 않고는 검출이 매우 곤란하여 가장 예방이 어렵다.Despite advances in science and technology, it is still considered difficult to completely prevent diseases caused by pathogenic microorganisms. For example, food poisoning is caused by natural poisoning, spoilage of food, and the incorporation of bacteria in food. Of these, it is easy to prevent natural poison or spoilage of food, whereas contamination by bacteria is not observed with the naked eye. However, it is most difficult to prevent because it is very difficult to detect without relying on a specialized method.

최근에는 식당, 주문 배달업, 급식 센터, 패스트푸드점 등 대량으로 음식물을 공급하는 시설과 이를 이용하는 소비자가 증가함에 따라, 식품 내 병원성 미생물 오염정도를 관리하는데 더욱 어려움을 겪고 있다.In recent years, as the number of facilities that supply food in large quantities, such as restaurants, order delivery businesses, catering centers, and fast food stores, and the number of consumers who use them increases, it is more difficult to manage the level of contamination of pathogenic microorganisms in food.

병원성 미생물에 감염되어 식중독이 발생할 경우 심한 구토, 설사, 복통, 고열 등과 같이 그 증상이 심각하고, 시설을 통한 집단 감염이 많으며, 감염 후에도 장기적인 치료가 이루어져야하고, 치료가 어려운 경우도 많아 병원성 미생물을 조기에 발견하여 예방하는 것이 절실히 필요한 실정이다.If food poisoning occurs due to infection with pathogenic microorganisms, symptoms are severe, such as severe vomiting, diarrhea, abdominal pain, and high fever, and there are many group infections through facilities, and long-term treatment is required even after infection, and treatment is often difficult. Early detection and prevention is urgently needed.

병원성 미생물을 검출, 확인하는 기존 방법으로는 채취한 검체를 선택배지를 이용하여 배양하고, 배지에 형성된 콜로니를 육안으로 관찰하거나, 기타 확인 수단을 이용하여 확인하는 방법 등이 있으며, 최근에는 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용한 검사법이 개발되어 사용되고 있다. 중합효소연쇄반응은 아주 적은 양의 DNA만을 갖고서도 특정 부위의 DNA 서열을 기하급수적으로 증폭할 수 있는 간단하고 편리한 장점을 가지고 있다. 이는 일반적인 검사법인 배지를 이용한 배양법 (96시간 이상 소요) 또는 효소결합면역측정법(Enzyme-Linked ImmumoSorbent Assay:48시간 소요)에 비하여 확정 실험의 단계를 생략할 정도의 정확성과 신속성(24시간 소요)을 가지지만, 충분한 유전자 농도를 확보하기 위해 식품에 감염된 병원성 미생물을 증식시키는 과정이 필수적으로 수반되어야 하므로, 16 내지 20 시간의 증균배양 시간이 소모될 수 있다는 단점이 있다. 따라서 여러 성분들이 혼재되어 있는 실제 샘플에서 병원성 미생물만을 단순한 과정만으로 검출가능한 농도로 신속하게 분리하여 짧은 시간에 정확한 검사를 가능하게 하는 새로운 기술의 개발이 절실하다.Existing methods for detecting and confirming pathogenic microorganisms include culturing the collected sample using a selective medium, observing the colonies formed in the medium with the naked eye, or confirming using other means. Recently, polymerase A test method using a chain reaction (PCR) has been developed and used. Polymerase chain reaction has a simple and convenient advantage of being able to amplify the DNA sequence of a specific site exponentially with only a very small amount of DNA. Compared to the general test method, culture using medium (takes more than 96 hours) or enzyme-linked immunoassay (enzyme-linked ImmumoSorbent Assay: takes 48 hours), the accuracy and speed (takes 24 hours) of omitting the step of the confirmation experiment. However, since the process of proliferating pathogenic microorganisms infected with food must necessarily be accompanied in order to secure sufficient gene concentration, there is a disadvantage in that 16 to 20 hours of enrichment culture time may be consumed. Therefore, there is an urgent need to develop a new technology that enables accurate testing in a short time by quickly separating only pathogenic microorganisms into detectable concentrations with only a simple process from actual samples in which several components are mixed.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the above-described background art are only for enhancing understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

일본 공개특허공보 제2008-530993호Japanese Patent Application Publication No. 2008-530993

본 발명자들은 식품 및 축산물의 위생관리 및 질병진단을 위해 병원성 미생물을 신속하게 분리하고 정확하게 검출할 수 있는 기술을 발명하고자 예의 노력을 하였다. 그 결과, 병원성 미생물과 특이적으로 결합을 형성하는 항체를 추가적인 화학반응 없이 손쉽게 고정화할 수 있는 자성나노입자 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 고안하였고, 이를 이용하여 시료 내에 존재하는 병원성 미생물을 신속하게 분리하여 정확하게 검출함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made diligent efforts to invent a technology that can quickly isolate and accurately detect pathogenic microorganisms for hygiene management and disease diagnosis of food and livestock products. As a result, a complex for separation and detection of pathogenic microorganisms in magnetic nanoparticles that can be easily immobilized without additional chemical reactions with antibodies that form a specific bond with pathogenic microorganisms was devised, and by using this, pathogenic microorganisms present in the sample were quickly separated. Thus, the present invention was completed by accurately detecting.

따라서, 본 발명의 목적은 시료로부터 병원성 미생물을 신속하게 분리하고 정확하게 검출할 수 있는 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a complex for separating and detecting pathogenic microorganisms capable of rapidly separating and accurately detecting pathogenic microorganisms from a sample.

본 발명의 다른 목적은 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 대량으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of mass-producing the complex for separating and detecting pathogenic microorganisms.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 사용하여 시료로부터 병원성 미생물을 신속하게 분리하고 검출하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for rapidly separating and detecting pathogenic microorganisms from a sample using the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent by the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 자성나노입자 표면에 병원성 미생물과 결합하는 항체를 추가적인 화학반응 없이 손쉽게 고정함으로써, 식품 또는 축산물로부터 병원성 미생물을 신속하게 분리하고, 정확하게 검출할 수 있는 병원성 미생물 분리검출용 복합체 또는 이를 이용하는 병원성 미생물 분리 및 검출 방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention is a pathogenic microorganism capable of quickly separating and accurately detecting pathogenic microorganisms from food or livestock products by easily immobilizing antibodies that bind pathogenic microorganisms on the surface of magnetic nanoparticles without additional chemical reactions. It provides a separation and detection complex or a method for separation and detection of pathogenic microorganisms using the same.

본 발명자들은 시료로부터 병원성 미생물을 분리 및 검출하기 위한 신규 물질 및 방법을 발굴하고자 노력한 결과, 구리-산화철 자성나노입자와 병원성 미생물에 특이적인 항체를 이용하여 추가적인 화학반응을 필요로 하지 않으면서 고정화 효율이 현저히 우수한 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 제공하고, 이를 이용하여 시료로부터 병원성 미생물을 효과적으로 분리 및 검출 가능함을 확인하였다.The present inventors have tried to discover new materials and methods for separating and detecting pathogenic microorganisms from samples. As a result, using copper-iron oxide magnetic nanoparticles and antibodies specific for pathogenic microorganisms, immobilization efficiency does not require additional chemical reactions. It was confirmed that this remarkably excellent complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms was provided, and that pathogenic microorganisms could be effectively separated and detected from a sample by using this.

본 발명의 일 측면은 구리-산화철 자성나노입자; 및 상기 자성나노입자 표면에 고정되어 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 항체;를 포함하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체에 관한 것이다.An aspect of the present invention is a copper-iron oxide magnetic nanoparticles; And an antibody that is immobilized on the surface of the magnetic nanoparticles and specifically binds to pathogenic microorganisms. It relates to a complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.

본 발명에서 '자성나노입자'는 강자성을 띄는 입자로 일반적으로 수 나노미터에서 수백 나노미터의 크기를 갖는 입자를 의미한다. 이러한 '자성나노입자'에 생물학적 기능성을 부여하기 위해서는 표면에 생체분자 등을 고정화하는 과정이 필수적이다. 이는 추가적인 화학반응을 필요로 하기 때문에 추가적인 비용과 시간, 노력을 소모해야하므로 이를 생략할 수 있다면 자성나노입자의 활용에 큰 장점을 가진다. 본 발명에서는 일반적으로 사용하는 자성나노입자인 산화철에 구리, 코발트, 니켈 등의 양이온성 금속이온들을 첨가하여 제작한 구리-산화철, 코발트-산화철, 니켈-산화철 자성나노입자들과 항체와 같은 단백질에 존재하는 히스티틴과 같은 음이온성 아미노산들의 상호작용을 이용하여 추가적인 화학반응 없는 고정화가 가능하다는 것을 확인하였다. 이를 이용하여 항체 또는 링커와 자성나노입자들의 고정화 효율을 확인한 결과 후술하는 실험에서와 같이 효율적으로 항체 또는 링커를 고정하기 위하여 구리-산화철 자성나노입자인 것이 다른 자성나노입자를 활용하는 것보다 3 내지 6배 더 바람직하다. 상기 구리-산화철 자성나노입자는 가장 바람직하게 CuFe2O4로 표시되는 것일 수 있다. In the present invention, "magnetic nanoparticles" are particles having ferromagnetic properties and generally mean particles having a size of several nanometers to hundreds of nanometers. In order to impart biological functionality to such'magnetic nanoparticles', it is essential to immobilize biomolecules on the surface. Since this requires an additional chemical reaction, additional cost, time, and effort must be consumed. If this can be omitted, it has a great advantage in the use of magnetic nanoparticles. In the present invention, copper-iron oxide, cobalt-iron oxide, nickel-iron oxide magnetic nanoparticles produced by adding cationic metal ions such as copper, cobalt, and nickel to iron oxide, which are commonly used magnetic nanoparticles, and proteins such as antibodies. It was confirmed that immobilization without additional chemical reactions was possible by using the interaction of existing anionic amino acids such as histidine. As a result of confirming the immobilization efficiency of the antibody or linker and the magnetic nanoparticles using this, copper-iron oxide magnetic nanoparticles are 3 to 3 than those of other magnetic nanoparticles in order to efficiently immobilize the antibody or linker as in the experiment described below. 6 times more preferable. The copper-iron oxide magnetic nanoparticles may be most preferably represented by CuFe 2 O 4 .

본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체는 표면을 개질하거나 코팅하는 등의 유해한 용매를 사용해야 하는 과정을 생략할 수 있고, 종래 자성나노입자보다 더 많은 항체 또는 링커를 고정할 수 있다는 점에서 현저한 장점을 갖는다.The complex for separating and detecting pathogenic microorganisms of the present invention has a remarkable advantage in that it can omit the process of using a harmful solvent such as modifying or coating the surface, and can immobilize more antibodies or linkers than conventional magnetic nanoparticles. Have.

상기 자성나노입자는 클러스터 형태일 수 있고, 평균 직경은 특별히 한정되지 않으나 10 내지 2000 nm인 것이 바람직하며, 외부에서 인가되는 자성에 의해 분리되기 위해서는 50 nm 이상인 것이 바람직하다.The magnetic nanoparticles may be in the form of clusters, and the average diameter is not particularly limited, but is preferably 10 to 2000 nm, and is preferably 50 nm or more in order to be separated by magnetism applied from the outside.

상기 병원성 미생물 혹은 질병의 바이오마커는 상기 항체에 의해 결정되므로, 특별히 이에 한정되지 않으나, 대장균(E. coli), 살모넬라 속(Salmonella), 쉬겔라 속(Shigella), 엔테로박테리아세 속(Enterobacteriaceae), 슈도모나스 속(Pseudomonas), 모락셀라 속(Moraxella), 헬리코박터 속(Helicobacter) 및 스테노트로포모나스 속(Stenotrophomonas), 리스테리아 속(Listeria), 스타필로코코스 속(Staphylococcus), 비브리오 속(Vibrio) 및 바이러스, 암이나 면역 질환 등의 질병 바이오마커들 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게 대장균(E. coli O157:H7), 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis), 살모넬라 타이피(Salmonella typhi), 쉬겔라 디센테리에(Shigella dysenteriae), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 모락셀라 카타랄리스(Moraxella catarrhalis), 헬리코박터 파이로리(Helicobacter pylori) 및 스테노트로포모나스 말토필리아(Stenotrophomonas maltophilia), 리스테리아 모노사이토젠(Listeria monocytogene), 스타필로코커스 아루레우(Staphylococcus aureus), 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae), 비브리오 벌리피쿠스(Vibrio vulnificus), 노로바이러스(Norovirus), Human Immunodeficiency Virus, Human Epithelial Growth Factor Receptor 2, 인터페론(Interferons) 및 인터루킨(Interleukins)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis)일 수 있다.Because the pathogen or biomarker of the disease is determined by the antibody include, but not particularly limited to, Escherichia coli (E. coli), Salmonella genus (Salmonella), a break in Gela (Shigella), Enterobacter bacteria in three (Enterobacteriaceae), Pseudomonas species (Pseudomonas), morak Cellar in (Moraxella), Helicobacter genus (Helicobacter) and a stereo notes Pomona's in (Stenotrophomonas), Listeria genus (Listeria), Staphylococcus Cocos genus (Staphylococcus), Vibrio genus (Vibrio) and viruses , It may include disease biomarkers, such as cancer or immune disease, preferably E. coli ( E. coli O157:H7), Salmonella enteritidis , Salmonella typhi , and Shigella D. Centeriae ( Shigella dysenteriae ), Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa , Moraxella catarrhalis , Helicobacter pylori, and Helicobacter pylori stenotrobacter pylori and pilriah (Stenotrophomonas maltophilia), L. monocytogenes Zen (Listeria monocytogene), Staphylococcus Aru Leu (Staphylococcus aureus), Vibrio cholera (Vibrio cholerae), Vibrio Burley blood kusu (Vibrio vulnificus), norovirus (norovirus), Human Immunodeficiency virus , Human Epithelial Growth Factor Receptor 2, interferon (Interferons) and interleukins (Interleukins) may be any one or more selected from the group consisting of And, most preferably, it may be Salmonella enteritidis .

즉, 본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체는 식중독을 유발하는 병원성 미생물인 살모넬라 엔테리티디스의 표면에 위치한 항원에 특이적으로 결합하여, 액상 또는 고상의 시료 내에 존재하는 병원성 미생물의 존재를 분리하거나 농축할 수 있을 뿐 아니라 검출할 수 있다.That is, the complex for separating and detecting pathogenic microorganisms of the present invention specifically binds to an antigen located on the surface of Salmonella enteritidis, a pathogenic microorganism that causes food poisoning, to separate the presence of pathogenic microorganisms present in a liquid or solid sample, or Not only can it be concentrated, it can be detected.

따라서, 상기 항체는 상기 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 가장 바람직하게는 항-살모넬라 H 항체 또는 항-살모넬라 O 항체일 수 있다. Therefore, the antibody is not particularly limited as long as it specifically binds to the pathogenic microorganism, but most preferably may be an anti-Salmonella H antibody or an anti-Salmonella O antibody.

상기 구리-산화철 자성나노입자는 항체와 직접적으로 결합할 수 있고, 이는 링커를 부가하거나, 추가 표면 개질하는 등의 부가적인 공정없이도 다른 자성나노입자를 사용할 때보다 고정화되는 효율이 3 내지 6 배 이상 증진시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.The copper-iron oxide magnetic nanoparticles can be directly bonded to the antibody, and the efficiency of immobilization is 3 to 6 times higher than when using other magnetic nanoparticles without additional processes such as adding a linker or additional surface modification. It is preferable in that it can be improved.

상기 구리-산화철 자성나노입자와 항체 사이에 링커를 더 포함할 수 있으나, 부가되는 공정단계 대비 고정화효율에 차이가 없으므로, 공정 편리성과 비용 효율적인 측면에서 상기 구리-산화철 자성나노입자는 항체를 직접 결합시키는 것이 바람직하다.A linker may be further included between the copper-iron oxide magnetic nanoparticles and the antibody, but since there is no difference in immobilization efficiency compared to the added process step, the copper-iron oxide magnetic nanoparticles directly bind the antibody in terms of process convenience and cost-effectiveness. It is desirable to make it.

상기 링커는 당업계에 공지된 나노입자 표면에 고정화될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The linker is not particularly limited as long as it can be immobilized on the surface of the nanoparticles known in the art.

본 발명에 따른 병원성 미생물 분리검출용 복합체는 자석에 영향을 받는 자성의 성질을 가지면서 병원성 미생물을 특이적으로 분리 및 검출할 수 있는 성질을 함께 가지는 나노미터 크기 수준의 다기능성 입자이다. 이를 이용하면 여러 다른 성분들이 혼재되어 있는 액체, 고체 등의 다양한 식품 및 임상 샘플들으로부터 병원성 미생물의 존재 유무를 정성/정량적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 병원성 미생물을 분리하는데 동시에 적용할 수 있다. 본 발명은 시료에서 병원성 미생물을 1~3 시간 이내에 고속으로 분리 및 검출할 수 있다. 이는 기존 병원성 미생물을 검출하는 전과정을 단순화함으로써 시료 전처리의 정확성, 재현성 및 신뢰성을 향상시켰으며, 미량의 병원성 미생물을 고속으로 검출할 수 있는데 현저한 장점을 갖는다.The complex for separating and detecting pathogenic microorganisms according to the present invention is a multifunctional particle having a nanometer-sized level with a property capable of specifically separating and detecting pathogenic microorganisms while having magnetic properties affected by magnets. Using this, it is possible to qualitatively/quantitatively detect the presence or absence of pathogenic microorganisms from various food and clinical samples, such as liquids and solids, in which several different components are mixed, and can be applied simultaneously to separate pathogenic microorganisms. The present invention can separate and detect pathogenic microorganisms from a sample at high speed within 1 to 3 hours. This simplifies the entire process of detecting existing pathogenic microorganisms, thereby improving the accuracy, reproducibility and reliability of sample preparation, and has a remarkable advantage in being able to detect trace amounts of pathogenic microorganisms at high speed.

상기 자성은 영구자석 또는 전자석을 통해 인가할 수 있다.The magnetism may be applied through a permanent magnet or an electromagnet.

본 발명에서 '정량적'은 본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체와 결합된 병원성 미생물의 양을 수치적으로 검출할 수 있음을 의미한다. 구체적으로 자성 하에서 병원성 미생물과 결합된 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분리하고, 열처리를 통해 병원성 미생물을 복합체로부터 분리 및 용해(lysis)한 후, DNA를 추출하여 Real-tim PCR을 통해 Ct value를 병원성 미생물 농도로 환산함으로써 확인할 수 있다.In the present invention,'quantitative' means that the amount of pathogenic microorganisms bound to the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms of the present invention can be numerically detected. Specifically, the complex for separating and detecting pathogenic microorganisms combined with pathogenic microorganisms is separated under magnetism, and the pathogenic microorganisms are separated from the complex through heat treatment and lysed, and then DNA is extracted to determine the Ct value through Real-tim PCR. It can be confirmed by converting it to the concentration of microorganisms.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체에 의해 검출되는 병원성 미생물의 정량적 검출범위는 4.0 × 103 개 내지 1.6 × 109 개의 세포인 것으로 확인되었다. According to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the quantitative detection range of pathogenic microorganisms detected by the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms of the present invention was 4.0 × 10 3 to 1.6 × 10 9 cells.

본 발명의 다른 측면은 다음 단계를 포함하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for producing a complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms comprising the following steps.

1) 구리-산화철 자성나노입자를 초음파 처리하는 단계;1) ultrasonically treating the copper-iron oxide magnetic nanoparticles;

2) 상기 초음파 처리된 구리-산화철 자성나노입자에 항체를 고정화하여 복합체를 얻는 단계; 및2) obtaining a complex by immobilizing the antibody on the sonicated copper-iron oxide magnetic nanoparticles; And

3) 상기 복합체로부터 미반응 물질을 제거하는 단계.3) removing unreacted material from the complex.

상기 1) 단계는 구리-산화철 자성나노입자를 초음파 처리하는 단계이다. 구체적으로 상기 구리-산화철 자성나노입자에 초음파를 가하여 자성나노입자 클러스터의 콜로이드를 형성하는 단계이다.Step 1) is a step of ultrasonically treating the copper-iron oxide magnetic nanoparticles. Specifically, this is a step of forming a colloid of magnetic nanoparticle clusters by applying ultrasonic waves to the copper-iron oxide magnetic nanoparticles.

상기 2) 단계는 상기 초음파를 통해 클러스터화된 구리-산화철 자성나노입자에 항체를 고정화하여 복합체를 얻는 단계이다. 즉, 상기 초음파 처리에 의해 클러스터화된 구리-산화철 자성나노입자에, 병원성 미생물을 특이적으로 인식하여 결합할 수 있는 항체를 고정화하여, 병원성 미생물을 분리 및 검출하도록 하는 단계이다. Step 2) is a step of obtaining a complex by immobilizing the antibody on the clustered copper-iron oxide magnetic nanoparticles through the ultrasonic wave. That is, an antibody capable of specifically recognizing and binding pathogenic microorganisms is immobilized on the copper-iron oxide magnetic nanoparticles clustered by the ultrasonic treatment, so that pathogenic microorganisms are separated and detected.

상기 2) 단계는 10 내지 40℃, 1 내지 60분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 15 내지 30℃, 5 내지 15분 동안 수행되는 것일 수 있는데, 상기 하한치 및 상한치 내에서 수행되는 것이 자성나노입자에 항체를 가장 효율적으로 고정화할 수 있다. 해당 업계에서 자성나노입자의 표면에 고정화되는 항체의 양은, 검출범위 및 검출효율과 관련성이 높으므로, 유해한 용매를 사용하는 표면개질이나 치환 및 코팅 과정 없이 단 1%라도 항체를 더 고정화할 수 있음은 유의미한 의미를 갖는다.The step 2) may be performed for 10 to 40° C., 1 to 60 minutes, preferably 15 to 30° C., may be performed for 5 to 15 minutes, and magnetic nanoparticles are performed within the lower and upper limits. Antibodies can be most efficiently immobilized on particles. The amount of antibody immobilized on the surface of magnetic nanoparticles in the industry is highly related to the detection range and detection efficiency, so even 1% of the antibody can be further immobilized without surface modification or substitution and coating processes using harmful solvents. Has a meaningful meaning.

상기 1) 단계를 수행하고 나서, 2) 단계를 수행하기 전, 상기 초음파 처리된 구리-산화철 자성나노입자 표면에 링커를 고정화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 링커를 포함하는 경우, 상기 항체 배향성이 향상될 수 있으나, 부가적인 화학 공정 단계가 요구됨에도 불구하고, 항체를 직접 결합시킬 때와 고정화 비율에 큰 차이가 없으므로 공정 편리성과 비용효율 측면에서 상기 구리-산화철 자성나노입자와 항체를 직접 결합시키는 것이 가장 바람직하다.After performing the step 1) and before performing the step 2), the step of immobilizing the linker on the surface of the ultrasonically treated copper-iron oxide magnetic nanoparticles may be further included. In the case of including a linker, the orientation of the antibody may be improved, but despite the need for an additional chemical process step, there is no significant difference in the immobilization ratio and when directly binding the antibody, so the copper- It is most preferable to directly bind the iron oxide magnetic nanoparticles to the antibody.

상기 링커는 당업계에 공지된 나노입자 표면에 고정화될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The linker is not particularly limited as long as it can be immobilized on the surface of the nanoparticles known in the art.

최종적으로 3) 단계는 상기 복합체로부터 미반응 물질을 제거하는 단계으로, 당업계에서 일반적으로 사용되는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 외부에서 자성을 인가하여 상기 복합체를 분리한 후, 용액을 제거하고 PBS 완충액을 첨가한 다음 다시 자성을 인가하여 용액만을 제거하는 반복과정으로 수행될 수 있다.Finally, step 3) is a step of removing the unreacted material from the complex, and if it is a method commonly used in the art, it is not particularly limited, but for example, after separating the complex by applying magnetism from the outside, the solution is removed and After adding a PBS buffer solution, magnetism is applied again to remove only the solution.

본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체는, 구리-산화철 자성나노입자에 병원성 미생물과 특이적으로 결합을 형성하는 항체를 고정화하여 제조되는 것이 바람직하다.The complex for separating and detecting pathogenic microorganisms of the present invention is preferably prepared by immobilizing an antibody that specifically binds to a pathogenic microorganism on copper-iron oxide magnetic nanoparticles.

본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체는 구리-산화철 자성나노입자에 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 항체를 직접 고정화하거나, 서열번호 1로 표시되는 변형된 단백질 A의 BC 도메인을 고정시킨 후 항체를 고정함으로써, 항체의 활성을 유지하면서 구리-산화철 자성나노입자에 고정되는 항체의 고정화 양이 크게 증가되어, 본 발명에 의한 항체가 고정된 자성나노입자를 이용하여 병원성 미생물을 실제 식품 또는 축산물로부터 초고속으로 정확하게 분리 및 검출할 수 있다는 효과를 갖는다.The complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms of the present invention directly immobilizes an antibody that specifically binds to a pathogenic microorganism on copper-iron oxide magnetic nanoparticles, or after fixing the BC domain of the modified protein A represented by SEQ ID NO: 1 By immobilization, the amount of immobilization of the antibody immobilized on the copper-iron oxide magnetic nanoparticles is greatly increased while maintaining the activity of the antibody, so that pathogenic microorganisms can be removed from the actual food or livestock products using the magnetic nanoparticles to which the antibody according to the present invention is immobilized. It has the effect of being able to accurately separate and detect.

본 발명의 다른 측면은 하기 단계를 포함하는 병원성 미생물 분리 및 검출 방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for isolation and detection of pathogenic microorganisms comprising the following steps.

Ⅰ) 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분석 대상 시료와 접촉시키는 단계;Ⅰ) contacting the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms with a sample to be analyzed;

Ⅱ) 자성을 인가하여 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분리하는 단계; 및Ⅱ) separating the complex for separating and detecting the pathogenic microorganism by applying magnetism; And

Ⅲ) 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체와 특이적으로 결합한 병원성 미생물을 검출하는 단계.Ⅲ) detecting pathogenic microorganisms specifically bound to the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.

우선 상기 Ⅰ) 단계와 같이 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분석 대상 시료와 접촉시킨다.First, as in step I), the complex for separating and detecting the pathogenic microorganism is brought into contact with the sample to be analyzed.

상기 분석 대상 시료는 병원성 미생물이 서식하는 것으로 의심될 수 있는 모든 대상을 포함하며, 바람직하게는 식품 또는 축산물일 수 있다.The sample to be analyzed includes all subjects that may be suspected of inhabiting pathogenic microorganisms, and may preferably be food or livestock products.

본 발명의 검출방법에 의한 병원성 미생물의 정량적 검출범위는 4.0 × 103 개 내지 1.6 × 109 개의 세포인 것으로 확인되었다. It was confirmed that the quantitative detection range of pathogenic microorganisms by the detection method of the present invention was 4.0 × 10 3 to 1.6 × 10 9 cells.

상기 Ⅰ) 단계는 10 내지 120분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 50 내지 120분 동안 수행될 수 있으며, 비용 및 시간면에서 60 내지 80분 동안 수행되는 것이 가장 바람직하다.Step I) may be performed for 10 to 120 minutes, preferably 50 to 120 minutes, and most preferably 60 to 80 minutes in terms of cost and time.

다음, 상기 Ⅱ) 단계에서와 같이, 자성을 인가하여 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분리한다. 구체적으로 상기 Ⅰ) 단계로부터 얻은 결과물의 일부분에 자성을 인가하면, 해당 부위에 본 발명에 따른 병원성 미생물 분리검출용 복합체가 모이게 되어, 분리할 수 있게 된다. Next, as in step II), the complex for separating and detecting the pathogenic microorganism is separated by applying magnetism. Specifically, when magnetism is applied to a part of the result obtained from step Ⅰ), the complex for separating and detecting pathogenic microorganisms according to the present invention is collected at the corresponding site, thereby enabling separation.

상기 병원성 미생물 혹은 질병의 바이오마커는 상기 항체에 의해 결정되므로, 특별히 이에 한정되지 않으나, 대장균(E. coli), 살모넬라 속(Salmonella), 쉬겔라 속(Shigella), 엔테로박테리아세 속(Enterobacteriaceae), 슈도모나스 속(Pseudomonas), 모락셀라 속(Moraxella), 헬리코박터 속(Helicobacter) 및 스테노트로포모나스 속(Stenotrophomonas), 리스테리아 속(Listeria), 스타필로코코스 속(Staphylococcus), 비브리오 속(Vibrio) 및 바이러스, 암이나 면역 질환 등의 질병 바이오마커들 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게 대장균(E. coli O157:H7), 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis), 살모넬라 타이피(Salmonella typhi), 쉬겔라 디센테리에(Shigella dysenteriae), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 모락셀라 카타랄리스(Moraxella catarrhalis), 헬리코박터 파이로리(Helicobacter pylori) 및 스테노트로포모나스 말토필리아(Stenotrophomonas maltophilia), 리스테리아 모노사이토젠(Listeria monocytogene), 스타필로코커스 아루레우(Staphylococcus aureus), 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae), 비브리오 벌리피쿠스(Vibrio vulnificus), 노로바이러스(Norovirus), Human Immunodeficiency Virus, Human Epithelial Growth Factor Receptor 2, 인터페론(Interferons) 및 인터루킨(Interleukins)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis)일 수 있다.Because the pathogen or biomarker of the disease is determined by the antibody include, but not particularly limited to, Escherichia coli (E. coli), Salmonella genus (Salmonella), a break in Gela (Shigella), Enterobacter bacteria in three (Enterobacteriaceae), Pseudomonas species (Pseudomonas), morak Cellar in (Moraxella), Helicobacter genus (Helicobacter) and a stereo notes Pomona's in (Stenotrophomonas), Listeria genus (Listeria), Staphylococcus Cocos genus (Staphylococcus), Vibrio genus (Vibrio) and viruses , It may include disease biomarkers, such as cancer or immune disease, preferably E. coli ( E. coli O157:H7), Salmonella enteritidis , Salmonella typhi , and Shigella D. Centeriae ( Shigella dysenteriae ), Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa , Moraxella catarrhalis , Helicobacter pylori, and Helicobacter pylori stenotrobacter pylori and pilriah (Stenotrophomonas maltophilia), L. monocytogenes Zen (Listeria monocytogene), Staphylococcus Aru Leu (Staphylococcus aureus), Vibrio cholera (Vibrio cholerae), Vibrio Burley blood kusu (Vibrio vulnificus), norovirus (norovirus), Human Immunodeficiency virus , Human Epithelial Growth Factor Receptor 2, interferon (Interferons) and interleukins (Interleukins) may be any one or more selected from the group consisting of And, most preferably, it may be Salmonella enteritidis .

즉, 본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체는 식중독을 유발하는 병원성 미생물인 살모넬라 엔테리티디스의 표면에 위치한 항원에 특이적으로 결합하여, 액상 또는 고상의 시료 내에 존재하는 병원성 미생물의 존재를 분리하거나 농축할 수 있을 뿐 아니라 검출할 수 있다.That is, the complex for separating and detecting pathogenic microorganisms of the present invention specifically binds to an antigen located on the surface of Salmonella enteritidis, a pathogenic microorganism that causes food poisoning, to separate the presence of pathogenic microorganisms present in a liquid or solid sample, or Not only can it be concentrated, it can be detected.

따라서, 상기 항체는 상기 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 가장 바람직하게는 항-살모넬라 H 항체 또는 항-살모넬라 O 항체일 수 있다.Therefore, the antibody is not particularly limited as long as it specifically binds to the pathogenic microorganism, but most preferably may be an anti-Salmonella H antibody or an anti-Salmonella O antibody.

상기 (Ⅱ) 단계에서 자성은 영구자석 또는 전자석을 통해 인가되는 것일 수 있다.In the step (II), the magnetism may be applied through a permanent magnet or an electromagnet.

상기 (Ⅲ) 단계는 (ⅰ) 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체에 결합된 병원성 미생물을 용해(Lysis)하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 (ⅰ)로부터 얻은 용해된 용액을 원심분리하고, 상층액을 얻어 병원성 미생물에 대하여 Real time-PCR을 이용하여 분석하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.The step (III) includes (i) dissolving (Lysis) pathogenic microorganisms bound to the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms; And (ii) centrifuging the dissolved solution obtained from (i), obtaining a supernatant, and analyzing pathogenic microorganisms using Real time-PCR.

상기 (ⅰ) 단계에서 용해는 가열을 통해 수행될 수 있고, 이때 온도는 50 내지 150℃일 수 있다.The dissolution in step (i) may be performed through heating, and the temperature may be 50 to 150°C.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(ⅰ) 본 발명은 시료로부터 병원성 미생물을 신속하게 분리하고 정확하게 검출할 수 있는 병원성 미생물 분리검출용 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다.(I) The present invention provides a complex for separating and detecting pathogenic microorganisms capable of rapidly separating and accurately detecting pathogenic microorganisms from a sample, and a method for manufacturing the same.

(ⅱ) 또한, 본 발명은 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 사용하여 시료로부터 병원성 미생물을 분리하고 검출하는 방법을 제공한다.(Ii) In addition, the present invention provides a method for separating and detecting pathogenic microorganisms from a sample using the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.

(ⅲ) 본 발명의 병원성 미생물 분리검출용 복합체 및 이를 이용해 병원성 미생물을 분리 및 검출하는 방법은 다량의 성분들이 혼재되어 있는 액상 또는 고상의 식품이나 임상샘플에 실제 활용할 수 있으며, 이 방법을 통해 상기 식품으로부터 병원성 미생물을 간단한 과정을 통해 신속하고 정확하게 분리 및 검출할 수 있는 기능을 보이며 이 기능을 이용하여 식품의 오염 정도를 빠르게 확인하여 식중독 감염을 예방하거나 병원성 미생물에 의한 질병이 발생한 경우 병원성 미생물을 신속하게 분리 검출하여 정밀치료에 활용할 수 있다.(Iii) The complex for separating and detecting pathogenic microorganisms of the present invention and the method for separating and detecting pathogenic microorganisms using the same can be practically used in liquid or solid foods or clinical samples in which a large amount of components are mixed. It shows the function of quickly and accurately separating and detecting pathogenic microorganisms from food through a simple process, and by using this function, the degree of contamination of food is quickly checked to prevent food poisoning infection or in case of disease caused by pathogenic microorganisms, pathogenic microorganisms can be detected. It can be quickly separated and detected and used for precise treatment.

도 1은 본 발명에 따른 자성나노입자-항체 복합체의 구조와 작용원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 1 내지 3으로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에 고정화된 항체 농도를 확인하기 위하여 BCA 단백질 정량분석한 결과이다.
도 3은 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체와 용액의 혼합물에 자성을 인가하여 용액과 분리하는 과정을 시간별로 촬영한 사진이다.
도 4A는 실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에서 고정화된 항체의 양을 측정하여 나타낸 그래프이다(N = 4).
도 4B는 실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에서 항체의 고정효율(immobilization efficiency, %)을 계산하여 나타낸 그래프이다(N = 4).
도 5는 실시예 1_8에서 자성나노입자와 항체의 고정화 시간에 따른 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4).
도 6은 다양한 온도 조건 하에서, 실시예 1_8로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4).
도 7은 다양한 시간 조건 하에서 실시예 1_8에서 자성나노입자와 항체의 고정화 시간에 따른 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4).
도 8은 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 선형성 및 검출한계를 측정한 결과이다.
도 9는 무작위 10개의 표본에 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 처리하고 Real-time PCR 분석으로 병원성 미생물을 측정한 결과이다.
1 is a diagram schematically showing the structure and principle of action of a magnetic nanoparticle-antibody complex according to the present invention.
2 is a result of quantitative analysis of BCA protein in order to confirm the concentration of the antibody immobilized on the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 3 is a photograph taken by time of a process of separating the magnetic nanoparticle-antibody complex and the solution from the solution by applying magnetism to the mixture prepared in Example 1. FIG.
4A is a graph showing the measurement of the amount of antibody immobilized in the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Examples 1_4, 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, and Example 1_24 (N = 4).
4B is a magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Examples 1_4, 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, and Example 1_24 by calculating the immobilization efficiency (%) of the antibody. It is a graph (N = 4).
5 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex according to the immobilization time of the magnetic nanoparticle and the antibody in Example 1_8 (N = 4).
6 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1_8 under various temperature conditions (N = 4).
7 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex according to the immobilization time of the magnetic nanoparticle and the antibody in Example 1_8 under various time conditions (N = 4).
8 is a result of measuring the linearity and detection limit of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1.
9 is a result of treatment of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1 on 10 random samples and measuring pathogenic microorganisms by Real-time PCR analysis.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실험방법Experiment method

<단백질 농도 측정><Measurement of protein concentration>

본 발명에 따른 복합체로부터 용출된 단백질 및 항체 농도를 브래드포드(Bradford) 분석법으로 측정하였다. 표준 용액은 10 μg/ml, 5 μg/ml, 2.5 μg/ml, 1.25 μg/ml, 0 μg/ml 농도의 Bovine Serum Albumin 용액을 사용하였다. 100 ㎕ 샘플과 Bradford 시약 (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)을 각각 96-웰 플레이트에 넣었다. 실온에서 5 분 동안 반응시키고, 595 nm에서 OD(optical density)를 측정하여 결과를 확인하였다.The protein and antibody concentrations eluted from the complex according to the present invention were measured by Bradford assay. As a standard solution, a Bovine Serum Albumin solution at concentrations of 10 μg/ml, 5 μg/ml, 2.5 μg/ml, 1.25 μg/ml, and 0 μg/ml was used. 100 [mu]l sample and Bradford's reagent (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) were each placed in a 96-well plate. The reaction was performed at room temperature for 5 minutes, and the result was confirmed by measuring OD (optical density) at 595 nm.

<real-time PCR에 의한 핵산분석><nucleic acid analysis by real-time PCR>

병원성 미생물과 반응시킨 본 발명에 따른 복합체를 500 ㎕의 PBS 완충액으로 2 회 세척하고 증류수(DW) 200 ㎕를 첨가하였다. 상기 혼합액을 가열하여 100℃에서 10분간 세포를 용해(lysis)하였다. 15분간 얼음에 방치하였다. 이후 12,000 rpm으로 10분간 원심분리한 후 상등액을 DNA 시료로 사용하였다. 상기 DNA 시료를 대상으로 Real-time PCR을 시행하여, 연속적으로 Ct value를 계산하였다.The complex according to the present invention reacted with the pathogenic microorganism was washed twice with 500 µl of PBS buffer, and 200 µl of distilled water (DW) was added. The mixture was heated to lyse cells at 100° C. for 10 minutes. It was left on ice for 15 minutes. After centrifugation at 12,000 rpm for 10 minutes, the supernatant was used as a DNA sample. Real-time PCR was performed on the DNA sample, and the Ct value was continuously calculated.

구체적으로 Real-time PCR과 data분석은 QuantStudio 3 Real-Time PCR System (Thermo-Fisher Scientific, Inc., Walthan, MA, USA)을 이용하여 시행하였다. Cycle threshold(Ct) value는 QuentStudio 3 system에 의해 자동적으로 계산되었다. 열수 추출된 병원성 미생물 DNA 2 μl에 PCR mixture 18 μl를 넣은 후 파이펫을 이용하여 기포가 생기지 않도록 혼합하였다. PCR 혼합물은 Thunderbird SYBR qPCR mix(Toyobo, Osaka, Japan), 두 개의 프라이머 (Bioneer Co., Daejeon, Korea), ROX reference dye 및 증류수를 포함하고 구체적인 조성은 하기 표 1과 같다. Real-time PCR은 Forward primer로는 5'-CTCACCAGGAGATTACAACATGG-3' 염기서열을, reverse primer로는 5'-AGCTCAGACCAAAAGTGACCATC-3' 염기서열을 사용하였다. cycling 순서는 다음과 같이 진행하였다. 먼저 95℃에서 10분간 유지하고, 이후 95℃에서 15초, 60℃에서 60초를 반복하였다. Specifically, Real-time PCR and data analysis were performed using the QuantStudio 3 Real-Time PCR System (Thermo-Fisher Scientific, Inc., Walthan, MA, USA). The cycle threshold (Ct) value was automatically calculated by the QuentStudio 3 system. PCR mixture 18 in 2 μl of pathogenic microorganism DNA extracted with hot water After adding μl, the mixture was mixed so that no air bubbles were generated using a pipette. The PCR mixture includes Thunderbird SYBR qPCR mix (Toyobo, Osaka, Japan), two primers (Bioneer Co., Daejeon, Korea), ROX reference dye, and distilled water, and the specific composition is shown in Table 1 below. For real-time PCR, the 5'-CTCACCAGGAGATTACAACATGG-3' base sequence was used as the forward primer, and the 5'-AGCTCAGACCAAAAGTGACCATC-3' base sequence was used as the reverse primer. The cycling sequence proceeded as follows. First, it was maintained at 95°C for 10 minutes, and then 15 seconds at 95°C and 60 seconds at 60°C were repeated.

시약reagent Reaction volumeReaction volume Final concentrationFinal concentration SYBR qPCR Mix SYBR qPCR Mix 10 μl10 μl 1 x1 x Forward primerForward primer 6 pmol6 pmol 0.3 μM0.3 μM Reverse primerReverse primer 6 pmol6 pmol 0.3 μM0.3 μM ROX reference dyeROX reference dye 0.4 μl0.4 μl 0.1 x0.1 x DNADNA 2 μl2 μl 증류수(Distilled water)Distilled water 잔량( 5.6 μl)Remaining amount (5.6 μl) gun 20 μl20 μl

실시예Example

<실시예 1> 자성나노입자-항체 복합체 제조<Example 1> Preparation of magnetic nanoparticle-antibody complex

구리-산화철 자성나노입자(CuFe2O4, <100 nm, Cu-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)을 50 mM PBS(pH 7.0; Genomicbase, Inc., Seoul, Korea) 완충액에 1 mg/ml 농도가 되도록 혼합한 후, 약 3분 동안 초음파 수조에서 반응시켰다. 상기 초음파를 가한 혼합물을 500 ㎕로 세분하고, 자석을 사용해 구리-산화철 자성나노입자를 제외한 PBS 완충액을 제거하였다. 여기에 다양한 농도의 항체(1 μg/ml, 2 μg/ml, 3 μg/ml, 4 μg/ml, 5 μg/ml 및 6 μg/ml)를 각각 4 ㎕ 넣고, 496 μl의 PBS 완충액을 첨가한 후, 회전진탕기를 사용하여 25℃에서 10분 동안 항온 처리하여, 자성나노입자와 항체의 미생물 검출용 복합체를 제조하였다. 상기 복합체로부터 미반응 물질을 제거하기 위하여, 자석을 사용하여 PBS 완충액으로 2차례 세척하였다. 항체는 Anti-salmonella Omnivalent 항체(ab78688, abcam)를 사용하였다.Copper-iron oxide magnetic nanoparticles (CuFe 2 O 4 , <100 nm, Cu-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) in 50 mM PBS (pH 7.0; Genomicbase, Inc., Seoul) , Korea) After mixing to a concentration of 1 mg/ml in a buffer solution, it was reacted in an ultrasonic water bath for about 3 minutes. The ultrasonically applied mixture was subdivided into 500 µl, and a PBS buffer solution excluding the copper-iron oxide magnetic nanoparticles was removed using a magnet. Here, 4 μl of antibodies of various concentrations (1 μg/ml, 2 μg/ml, 3 μg/ml, 4 μg/ml, 5 μg/ml and 6 μg/ml) were added, respectively, and 496 μl of PBS buffer was added. After that, by incubating for 10 minutes at 25 ℃ using a rotary shaker to prepare a complex for detecting microorganisms of magnetic nanoparticles and antibodies. In order to remove the unreacted material from the complex, it was washed twice with PBS buffer using a magnet. Anti-salmonella Omnivalent antibody (ab78688, abcam) was used as the antibody.

상기 미생물 검출용 복합체 용액에서의 실제 항체 농도를 계산하면, 각각 4 ng/ml, 8 ng/ml, 12 ng/ml, 16 ng/ml, 20 ng/ml, 24 ng/ml이 사용되었으므로, 실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로 표기하였다.When the actual antibody concentration in the microbial detection complex solution was calculated, 4 ng/ml, 8 ng/ml, 12 ng/ml, 16 ng/ml, 20 ng/ml, and 24 ng/ml were used, respectively. Example 1_4, Example 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, Example 1_24.

이때, 자성나노입자와 결합하지 않은 항체는 Bradford 분석법(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)으로 측정하였다.At this time, antibodies that did not bind to magnetic nanoparticles were measured by Bradford assay (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA).

<비교예 1> 코발트-산화철 자성나노입자-항체 복합체 제조<Comparative Example 1> Preparation of cobalt-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex

구리-산화철 자성나노입자(CuFe2O4, <100 nm, Cu-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) 대신에 코발트-산화철 자성나노입자(CoFe2O4, <100 nm, Co-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)를 사용한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 하여 코발트-산화철 자성나노입자-항체 복합체를 제조하였다.Copper-iron oxide magnetic nanoparticles (CuFe 2 O 4 , <100 nm, Cu-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) instead of cobalt-iron oxide magnetic nanoparticles (CoFe 2 O 4 , <100 nm, Co-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) was prepared in the same manner as in Example 1 except for using a cobalt-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex. .

<비교예 2> 니켈-산화철 자성나노입자-항체 복합체 제조<Comparative Example 2> Preparation of nickel-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody composite

구리-산화철 자성나노입자(CuFe2O4, <100 nm, Cu-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) 대신에 니켈-산화철 자성나노입자(LiFe2O4, <100 nm, Li-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)를 사용한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 하여 니켈-산화철 자성나노입자-항체 복합체를 제조하였다.Copper-iron oxide magnetic nanoparticles (CuFe 2 O 4 , <100 nm, Cu-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) instead of nickel-iron oxide magnetic nanoparticles (LiFe 2 O 4 , <100 nm, Li-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) was prepared in the same manner as in Example 1 except for using a nickel-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex. .

<비교예 3> 산화철 자성나노입자-항체 복합체 제조<Comparative Example 3> Preparation of iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex

구리-산화철 자성나노입자(CuFe2O4, <100 nm, Cu-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) 대신에 산화철 자성나노입자(Fe2O4, <100 nm, Li-FMNP)(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)를 사용한 것을 제외하고는 모두 실시예 1과 동일하게 하여 산화철 자성나노입자-항체 복합체를 제조하였다.Copper-iron oxide magnetic nanoparticles (CuFe 2 O 4 , <100 nm, Cu-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) instead of iron oxide magnetic nanoparticles (Fe 2 O 4 , <100) nm, Li-FMNP) (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) was used to prepare an iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex in the same manner as in Example 1.

<시험예 1> 자성나노입자 종류별 항체 고정화 효율 분석<Test Example 1> Analysis of antibody immobilization efficiency by magnetic nanoparticle type

실시예 1에 따라 제조된 자성나노입자-항체 복합체와 비교예 1 내지 3으로부터 제조된 복합체의 항체 고정화 효율을 확인하기 위하여 BCA 단백질 정량분석을 실시하였다.In order to confirm the antibody immobilization efficiency of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared according to Example 1 and the complexes prepared from Comparative Examples 1 to 3, quantitative analysis of BCA protein was performed.

도 2는 실시예 1, 비교예 1 내지 3으로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에 고정화된 단백질 농도를 확인하기 위하여 BCA 단백질 정량분석한 결과이다. 이에 따르면 여러 자성나노입자 중에서 구리-산화철 자성나노입자가 가장 효율적으로 항체를 고정화함(산화철 1g 당 3 mg의 항체가 고정됨)을 알 수 있다. 이와 같은 결과를 통해 다른 자성나노입자에 의해 구리-산화철 자성나노입자가 3 내지 6배 이상 항체의 고정 용량이 높은 것을 확인할 수 있다.2 is a result of quantitative analysis of BCA protein in order to confirm the protein concentration immobilized on the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. According to this, it can be seen that among the various magnetic nanoparticles, the copper-iron oxide magnetic nanoparticles most efficiently immobilize the antibody (3 mg of antibody is immobilized per 1 g of iron oxide). Through these results, it can be confirmed that the copper-iron oxide magnetic nanoparticles have a high fixed capacity of the antibody by 3 to 6 times or more by other magnetic nanoparticles.

<시험예 2> 자성나노입자-항체 복합체와 용액의 분리 소요 시간<Test Example 2> Time required for separation of magnetic nanoparticle-antibody complex and solution

실시예 1으로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체가 용액과 혼합되어 있을 때, 자성을 인가함에 따라 용액과 분리되는데 소요되는 시간을 측정하고, 과정을 촬영하였다.When the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1 was mixed with the solution, the time required to separate from the solution by applying magnetism was measured, and the process was photographed.

도 3은 실시예 1으로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체와 용액의 혼합물에 자성을 인가하여 용액과 분리하는 과정을 시간별로 촬영한 사진이다. 이에 따르면 구리-산화철 자성나노입자는 자석을 통해 인가된 자성으로 약 1분 내에 용액과 분리가능함을 확인하였다.3 is a photograph taken by time of a process of separating from the solution by applying magnetism to the mixture of the magnetic nanoparticle-antibody complex and the solution prepared in Example 1. FIG. According to this, it was confirmed that the copper-iron oxide magnetic nanoparticles can be separated from the solution within about 1 minute with magnetism applied through a magnet.

<시험예 3> 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 최적의 조건 분석<Test Example 3> Analysis of optimal conditions of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1

1) 고정화되는 항체의 양 분석1) Analysis of the amount of antibody to be immobilized

실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에 있어서, 고정되는 최적의 항체 양을 확인하고자 하였다. 또한, 구리-산화철 자성나노입자에 부착되는 고정화 효율(immobilization efficiency, %)도 분석하였다. 항체의 농도는 Bradford 분석법(Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)을 이용하여 전체 항체의 양에서 고정화되지 않은 항체의 양을 뺀 뒤 전체 항체 양을 나누어서 계산하였다. In the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1_4, Example 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, and Example 1_24, it was attempted to confirm the optimal amount of antibody immobilized. In addition, the immobilization efficiency (%) attached to the copper-iron oxide magnetic nanoparticles was also analyzed. The concentration of the antibody was calculated by subtracting the amount of unimmobilized antibody from the total amount of antibody using the Bradford assay (Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) and dividing the total amount of antibody.

도 4A는 실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에서 고정화된 항체의 양을 측정하여 나타낸 그래프이다(N = 4). 도 4B는 실시예 1_4, 실시예 1_8, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20, 실시예 1_24로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체에서 항체의 고정효율(immobilization efficiency, %)을 계산하여 나타낸 그래프이다(N = 4).4A is a graph showing the measurement of the amount of antibody immobilized in the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Examples 1_4, 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, and Example 1_24 (N = 4). 4B is a magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Examples 1_4, 1_8, Example 1_12, Example 1_16, Example 1_20, and Example 1_24 by calculating the immobilization efficiency (%) of the antibody. It is a graph (N = 4).

도 4A를 살펴보면, 실시예 1_12, 실시예 1_16, 실시예 1_20 및 실시예 1_24에 따른 구리-산화철 자성나노입자-항체 복합체는 포화되어 더 이상 항체가 고정되지 못함을 확인하였다. 따라서 본 발명에 따른 구리-산화철 자성나노입자-항체 복합체의 제조과정에 1 내지 10 ng/ml 농도의 항체가 사용되는 것이 바람직하고, 4 내지 8 ng/ml 농도의 항체가 사용되는 것이 고정화효율 측면에서 더욱 바람직함을 확인하였다.4A, it was confirmed that the copper-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex according to Examples 1_12, 1_16, Example 1_20, and Example 1_24 was saturated and thus the antibody was no longer immobilized. Therefore, in the process of preparing the copper-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex according to the present invention, it is preferable to use an antibody at a concentration of 1 to 10 ng/ml, and an antibody at a concentration of 4 to 8 ng/ml is used in terms of immobilization efficiency. It was confirmed that it is more preferable.

도 4B를 살펴보면 항체의 고정화 효율은 첨가된 항체(Added Ab)의 총양에 대한 자성나노입자에 고정된 항체(Immobilized Ab) 양을 백분율한 것으로, 실시예 1_8로부터 제조된 구리-산화철 자성나노입자-항체 복합체가 가장 우수함을 확인하였다.Referring to FIG. 4B, the immobilization efficiency of the antibody is a percentage of the amount of the antibody (Immobilized Ab) immobilized on the magnetic nanoparticles relative to the total amount of the added antibody (Added Ab), and the copper-iron oxide magnetic nanoparticles prepared from Example 1_8- It was confirmed that the antibody complex was the best.

2) 고정화되는 최적 시간 분석2) Analysis of optimal time to be fixed

실시예 1_8에 따라 구리-산화철 자성나노입자와 항체가 고정화 되는데 필요한 최적의 시간을 분석하고자 하였다. 실험은 다음과 같이 수행하였다.In accordance with Example 1_8, an optimal time required for the copper-iron oxide magnetic nanoparticles and the antibody to be immobilized was analyzed. The experiment was carried out as follows.

자성나노입자와 항체의 고정화 시간을 각각 10, 20, 30, 40, 50 및 60 분으로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1_8과 모두 동일하게 하여 구리-산화철 자성나노입자-항체 복합체를 제조하였다.A copper-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex was prepared in the same manner as in Example 1_8, except that the immobilization time of the magnetic nanoparticles and the antibody was changed to 10, 20, 30, 40, 50, and 60 minutes, respectively.

-80℃에 동결건조되어 있던 Salmonella enteritidis를 세포 스탁에서 파이펫을 이용하여 15 mL 튜브에 있는 10 mL Luria-Bertani(LB) 배지에 접종하였다. 접종한 LB 배지는 37℃ 배양기에서 125 rpm 의 속도로 배양시키고, 200 nm에서의 광학밀도가 2.295일 때, 수득한 후 1.6 × 104 배 희석하여 병원성 미생물 시료를 준비하였다. 다음으로, 상술한 바와 같이 고정화 시간을 달리하여 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 첨가하였다. 상온에서 볼텍스를 이용해 다양한 온도(4℃, 25℃, 37℃)에서 40분 동안 각각 반응시켜 자성나노입자-항체 복합체와 병원성 미생물 간의 항체-항원 반응을 유도하였다. 40분 뒤 반응이 완결된 시료를 자석에 1분 동안 놓아두면 자성나노입자와 반응을 한 병원성 미생물이 자석 방향으로 끌려오게 된다. 반응된 병원성 미생물을 자성나노입자-항체 복합체와 분리하기 위해, 미반응 물질이 포함된 상층액을 파이펫으로 조심스럽게 2차례에 걸쳐 제거하였다. 상술한 바와 같이 검출온도에 따라 얻은 각각의 병원성 미생물과 반응시킨 복합체를 real-time PCR을 이용해 ct value를 계산하였다. Salmonella enteritidis , which had been lyophilized at -80°C, was inoculated into 10 mL Luria-Bertani (LB) medium in a 15 mL tube using a pipette from the cell stock. The inoculated LB medium was cultured in a 37°C incubator at a speed of 125 rpm, and when the optical density at 200 nm was 2.295, the obtained sample was diluted 1.6 × 10 4 times to prepare a pathogenic microorganism sample. Next, as described above, the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared by varying the immobilization time was added. By reacting for 40 minutes at various temperatures (4° C., 25° C., 37° C.) using a vortex at room temperature, the antibody-antigen reaction between the magnetic nanoparticle-antibody complex and the pathogenic microorganism was induced. After 40 minutes, if the reaction is completed and the sample is left on the magnet for 1 minute, pathogenic microorganisms that reacted with the magnetic nanoparticles are attracted toward the magnet. In order to separate the reacted pathogenic microorganisms from the magnetic nanoparticle-antibody complex, the supernatant containing the unreacted material was carefully removed twice with a pipette. As described above, the ct value was calculated for the complex reacted with each pathogenic microorganism obtained according to the detection temperature using real-time PCR.

도 5는 실시예 1_8에서 자성나노입자와 항체의 고정화 시간에 따른 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4). 이에 따르면 자성나노입자와 항체를 고정화하는 시간은 10분이면 충분한 것으로 확인되었다.5 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex according to the immobilization time of the magnetic nanoparticle and the antibody in Example 1_8 (N = 4). According to this, it was confirmed that the time to immobilize the magnetic nanoparticles and the antibody was sufficient in 10 minutes.

<시험예 4> 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 최적 검출 온도 및 시간<Test Example 4> Optimal detection temperature and time of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1

1) 병원성 미생물 최적 검출 온도1) Optimal detection temperature for pathogenic microorganisms

우선, -80℃에 동결건조되어 있던 Salmonella enteritidis를 세포 스탁에서 파이펫을 이용하여 15 mL 튜브에 있는 10 mL Luria-Bertani(LB) 배지에 접종하였다. 접종한 LB 배지는 37℃ 배양기에서 125 rpm 의 속도로 배양시키고, 200 nm에서의 광학밀도가 2.295일 때, 수득한 후 1.6 × 104 배 희석하여 병원성 미생물 시료를 준비하였다. 상기 실시예 1_8로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 첨가한 후 상온에서 볼텍스를 이용해 다양한 온도(4℃, 25℃, 37℃)에서 40분동안 각각 반응시켜 자성나노입자-항체 복합체와 병원성 미생물 간의 항체-항원 반응을 유도하였다. 40분 뒤 반응이 완결된 시료를 자석에 1분 동안 놓아두면 자성나노입자와 반응을 한 병원성 미생물이 자석 방향으로 끌려오게 된다. 반응된 병원성 미생물을 자성나노입자-항체 복합체와 분리하기 위해, 미반응 물질이 포함된 상층액을 파이펫으로 조심스럽게 2차례에 걸쳐 제거하였다. 상술한 바와 같이 검출온도에 따라 얻은 각각의 병원성 미생물과 반응시킨 복합체를 real-time PCR을 이용해 ct value를 계산하였다.First, Salmonella enteritidis , which had been lyophilized at -80°C, was inoculated into 10 mL Luria-Bertani (LB) medium in a 15 mL tube using a pipette from the cell stock. The inoculated LB medium was cultured in a 37°C incubator at a speed of 125 rpm, and when the optical density at 200 nm was 2.295, the obtained sample was diluted 1.6 × 10 4 times to prepare a pathogenic microorganism sample. After adding the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1_8, the magnetic nanoparticle-antibody complex and the pathogenic microorganism were reacted for 40 minutes at various temperatures (4°C, 25°C, 37°C) using a vortex at room temperature. The liver antibody-antigen reaction was induced. After 40 minutes, if the reaction is completed and the sample is left on the magnet for 1 minute, pathogenic microorganisms that reacted with the magnetic nanoparticles are attracted toward the magnet. In order to separate the reacted pathogenic microorganisms from the magnetic nanoparticle-antibody complex, the supernatant containing the unreacted material was carefully removed twice with a pipette. As described above, the ct value was calculated for the complex reacted with each pathogenic microorganism obtained according to the detection temperature using real-time PCR.

도 6은 다양한 온도 조건 하에서, 실시예 1_8로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4). 이에 따르면 검출온도가 25℃일 때, 병원성 미생물과 항체의 결합이 효율적으로 활성화됨을 확인하였다. 즉 25℃는 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 항체가 효율적으로 활성화되는 온도라고 여겨진다. 6 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1_8 under various temperature conditions (N = 4). According to this, it was confirmed that when the detection temperature was 25°C, the binding of the pathogenic microorganism and the antibody was efficiently activated. That is, 25°C is considered to be the temperature at which antibodies that specifically bind to pathogenic microorganisms are efficiently activated.

2) 병원성 미생물 최적 검출 시간2) Optimal detection time for pathogenic microorganisms

우선, -80℃에 동결건조되어 있던 Salmonella enteritidis를 세포 스탁에서 파이펫을 이용하여 15 mL 튜브에 있는 10 mL Luria-Bertani(LB) 배지에 접종하였다. 접종한 LB 배지는 37℃ 배양기에서 125 rpm 의 속도로 배양시키고, 600 nm에서의 광학밀도가 1.979일 때, 수득한 후 1.6 × 104 배 희석하여 병원성 미생물 시료를 준비하였다. 상기 실시예 1_8로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 첨가한 후 상온에서 볼텍스를 이용해 25℃에서 다양한 시간동안(20, 40, 60, 80 및 120 분) 각각 반응시켜 자성나노입자-항체 복합체와 병원성 미생물 간의 항체-항원 반응을 유도하였다. 반응이 완결된 시료를 자석에 1분 동안 놓아두면 자성나노입자와 반응을 한 병원성 미생물이 자석 방향으로 끌려오게 된다. 반응된 병원성 미생물을 자성나노입자-항체 복합체와 분리하기 위해, 미반응 물질이 포함된 상층액을 파이펫으로 조심스럽게 2차례에 걸쳐 제거하였다. 상술한 바와 같이 검출온도에 따라 얻은 각각의 병원성 미생물과 반응시킨 복합체를 real-time PCR을 이용해 Ct value를 계산하였다.First, Salmonella enteritidis , which had been lyophilized at -80°C, was inoculated into 10 mL Luria-Bertani (LB) medium in a 15 mL tube using a pipette from the cell stock. The inoculated LB medium was cultured in a 37°C incubator at a speed of 125 rpm, and when the optical density at 600 nm was 1.979, the obtained sample was diluted 1.6×10 4 times to prepare a pathogenic microorganism sample. After adding the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1_8, the magnetic nanoparticle-antibody complex and the magnetic nanoparticle-antibody complex were reacted at 25° C. for various times (20, 40, 60, 80 and 120 minutes) using a vortex at room temperature. Antibody-antigen reactions between pathogenic microorganisms were induced. When the reaction is completed sample is left on the magnet for 1 minute, pathogenic microorganisms that reacted with the magnetic nanoparticles are attracted toward the magnet. In order to separate the reacted pathogenic microorganisms from the magnetic nanoparticle-antibody complex, the supernatant containing the unreacted material was carefully removed twice with a pipette. As described above, the Ct value was calculated for the complex reacted with each pathogenic microorganism obtained according to the detection temperature using real-time PCR.

도 7은 다양한 시간 조건 하에서 실시예 1_8에서 자성나노입자와 항체의 고정화 시간에 따른 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출효율을 분석한 결과이다(N = 4). 이에 따르면 시간이 증가함에 따라 Ct value가 점차 감소함을 확인하였다. 즉 실시예 1_8로부터 제조된 구리-산화철 자성나노입자-항체 복합체는 병원성 미생물과 반응을 형성하는데 60분의 시간이 소요됨을 알 수 있다.7 is a result of analyzing the detection efficiency of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex according to the immobilization time of the magnetic nanoparticle and the antibody in Example 1_8 under various time conditions (N = 4). According to this, it was confirmed that the Ct value gradually decreased as time increased. That is, it can be seen that the copper-iron oxide magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1_8 takes 60 minutes to form a reaction with the pathogenic microorganism.

<시험예 5> 병원성 미생물 농도에 따른 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 검출한계 분석<Test Example 5> Analysis of the detection limit of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1 according to the concentration of pathogenic microorganisms

다양한 농도의 병원성 미생물 시료를 준비하였다. 병원성 미생물 시료의 제조 과정은 다음과 같았다. -80℃에 동결건조되어 있던 Salmonella enteritidis를 세포 스탁에서 파이펫을 이용하여 15 mL 튜브에 있는 10 mL Luria-Bertani(LB) 배지에 접종하였다. 접종한 LB 배지는 37℃ 배양기에서 125 rpm 의 속도로 하룻밤 동안 배양시켰다. Salmonella enteritidis 균의 수는 600 nm에서의 광학 밀도를 이용하여 측정하고, 109를 곱하여 측정하였다. 4,000 g로 20분 동안 원심분리하여 침전된 세포들을 제외한 상층액을 모두 제거하고, PBS 완충액에 세포들을 현탁하였다. 이들을 각각 4배의 연속희석(Dilution rate)을 시행하여 2288000, 572000, 143000, 35750, 8937.5, 2234.375 cells/ml 농도의 병원성 미생물 시료를 준비하고, 상기 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 첨가한 후 상온에서 볼텍스를 이용해 1 시간동안 반응시켜 자성나노입자-항체 복합체와 병원성 미생물 간의 항체-항원 반응을 유도하였다. 한 시간 뒤 반응이 완결된 시료를 자석에 1분 동안 놓아두면 자성나노입자와 반응을 한 병원성 미생물이 자석 방향으로 끌려오게 된다. 반응된 병원성 미생물을 자성나노입자-항체 복합체와 분리하기 위해, 미반응 물질이 포함된 상층액을 파이펫으로 조심스럽게 2차례에 걸쳐 제거하였다. 이후 각 표본을 DNA 추출을 시행한 후, Real-time PCR을 시행하여, 연속적으로 Ct value를 계산하였다. 앞서 실험을 통해 가장 우수한 항체 고정화효율을 갖는 실시예를 확인하였고, 최종 고정화되는 항체의 양은 모두 동일하므로 실시예 1이라고 통칭하였으나, 본 실험에서 사용한 자성나노입자-항체 복합체는 실시예 1_8이다. Samples of pathogenic microorganisms of various concentrations were prepared. The preparation process of the pathogenic microorganism sample was as follows. Salmonella enteritidis , which had been lyophilized at -80°C, was inoculated into 10 mL Luria-Bertani (LB) medium in a 15 mL tube using a pipette from the cell stock. The inoculated LB medium was incubated overnight at a speed of 125 rpm in a 37°C incubator. The number of Salmonella enteritidis bacteria was measured using the optical density at 600 nm and multiplied by 10 9 . Centrifugation at 4,000 g for 20 minutes to remove all of the supernatant except for the precipitated cells, and suspend the cells in PBS buffer. Each of these was subjected to a 4-fold dilution rate to prepare pathogenic microbial samples at concentrations of 2288000, 572000, 143000, 35750, 8937.5, 2234.375 cells/ml, and the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1 above. After the addition of, the reaction was carried out at room temperature using a vortex for 1 hour to induce an antibody-antigen reaction between the magnetic nanoparticle-antibody complex and the pathogenic microorganism. After an hour, when the reaction is completed and the sample is left on the magnet for 1 minute, pathogenic microorganisms that react with the magnetic nanoparticles are attracted toward the magnet. In order to separate the reacted pathogenic microorganisms from the magnetic nanoparticle-antibody complex, the supernatant containing the unreacted material was carefully removed twice with a pipette. After DNA extraction was performed on each sample, real-time PCR was performed, and Ct values were continuously calculated. Through the previous experiment, an example having the best antibody immobilization efficiency was confirmed, and since the amounts of the final immobilized antibodies were all the same, it was collectively referred to as Example 1, but the magnetic nanoparticle-antibody complex used in this experiment was Example 1_8.

도 8은 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 선형성 및 검출한계를 측정한 결과이다. 이에 따르면 병원성 미생물에 대한 검출한계는 약 13000 개의 세포까지 측정가능한 것으로 판단할 수 있다. 이를 바탕으로 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체의 병원성 미생물 검출범위는 1.3 × 104 개 내지 2.3 × 106 개의 세포인 것으로 판단할 수 있었다.8 is a result of measuring the linearity and detection limit of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1. According to this, it can be determined that the detection limit for pathogenic microorganisms can be measured up to about 13,000 cells. Based on this, the detection range of pathogenic microorganisms of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1 could be determined to be 1.3 × 10 4 to 2.3 × 10 6 cells.

<시험예 6> 실제 샘플을 이용한 분석<Test Example 6> Analysis using real samples

실제 식품(우유(액체 제형), 과자(고체 제형))으로부터, 상기 제작한 본 발명의 병원성 미생물 검출용 복합체를 적용하여 정확도를 비교하였다. 구체적으로 액체 제형인 우유 25 ml와 고체 제형인 과자(쿠키) 25 g을 준비하고, 이들 각각 100 ml LB 배지에 혼합하여 6 시간동안 37℃, 125 rpm으로 배양하여 우유 표본, 과자 표본을 5개씩 준비하였다.From actual food (milk (liquid formulation), confectionery (solid formulation)), the prepared complex for detecting pathogenic microorganisms of the present invention was applied to compare the accuracy. Specifically, 25 ml of milk in a liquid formulation and 25 g of confectionery (cookies) in a solid formulation were prepared, and each of them was mixed in 100 ml LB medium and incubated at 37°C and 125 rpm for 6 hours to prepare 5 milk and snack samples. Ready.

다음, -80℃에 동결건조되어 있던 Salmonella enteritidis를 세포 스탁에서 파이펫을 이용하여 15 mL 튜브에 있는 10 mL Luria-Bertani(LB) 배지에 접종하였다. 접종한 LB 배지는 37℃ 배양기에서 125 rpm 의 속도로 하룻밤 동안 배양시켰다. 이때, Salmonella enteritidis 균의 수는 600 nm에서의 광학 밀도를 이용하여 측정하고, 109를 곱하여 측정된, 정량적으로 정확한 양을 알 수 있는 병원성 미생물 시료(1.6 * 106 세포/ml)를 준비하였다.Next, Salmonella enteritidis , which had been lyophilized at -80°C, was inoculated into 10 mL Luria-Bertani (LB) medium in a 15 mL tube using a pipette from the cell stock. The inoculated LB medium was incubated overnight at a speed of 125 rpm in a 37°C incubator. At this time, the number of Salmonella enteritidis bacteria was measured using the optical density at 600 nm, and measured by multiplying by 10 9 , a pathogenic microbial sample (1.6 * 10 6 Cells/ml) were prepared.

상기 우유 표본(No 1~5)과 과자 표본(No 6~10) 중에서 무작위로 5 개의 표본에만 상기 병원성 미생물 시료를 첨가하였다. 여기서 과자 표본의 경우 원심분리한 후, 상층액만을 채취하여 병원성 미생물 시료를 첨가하여 총 10개의 시료를 제조하였다. 각 표본을 DNA 추출을 시행한 후, Real-time PCR을 시행하여, 연속적으로 Ct value를 계산하였다.The pathogenic microorganism samples were added to only 5 samples randomly among the milk samples (No 1-5) and confectionery samples (No 6-10). Here, in the case of confectionery samples, after centrifugation, only the supernatant was collected, and pathogenic microorganism samples were added to prepare a total of 10 samples. After DNA extraction was performed for each sample, real-time PCR was performed, and Ct values were continuously calculated.

앞서 실험을 통해 가장 우수한 항체 고정화효율을 갖는 실시예를 확인하였고, 최종 고정화되는 항체의 양은 모두 동일하므로 실시예 1이라고 통칭하였으나, 본 실험에서 사용한 자성나노입자-항체 복합체는 실시예 1_8이다. Through the previous experiment, an example having the best antibody immobilization efficiency was confirmed, and since the amounts of the final immobilized antibodies were all the same, it was collectively referred to as Example 1, but the magnetic nanoparticle-antibody complex used in this experiment was Example 1_8.

도 9는 무작위 10개의 표본에 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체를 처리하고 Real-time PCR 분석으로 병원성 미생물을 측정한 결과이다. 이에 따르면, 1, 2, 3, 9, 10 표본에는 병원성 미생물이 첨가되었고, 4, 5, 6, 7, 8 표본에는 병원성 미생물이 첨가되지 않음을 빠르고, 정확히 검출하였다. 병원성 미생물이 존재하는 표본과 그렇지 않은 표본은 통계적으로 유의미한 차이를 분명히 나타냄을 확인하였다. 또한, 1, 2, 3, 9, 10 표본은 서로 동량의 병원성 미생물이 첨가되었음을 알 수 있다.9 is a result of treatment of the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared in Example 1 on 10 random samples and measuring pathogenic microorganisms by Real-time PCR analysis. According to this, it was quickly and accurately detected that pathogenic microorganisms were added to 1, 2, 3, 9, and 10 samples and no pathogenic microorganisms were added to 4, 5, 6, 7, and 8 samples. It was confirmed that the sample with pathogenic microorganism and the sample without pathogenic microorganism clearly showed statistically significant difference. In addition, it can be seen that the same amount of pathogenic microorganisms were added to the samples 1, 2, 3, 9, and 10.

따라서 본 발명에 따른 실시예 1로부터 제조된 자성나노입자-항체 복합체는 10개의 식품 표본에서 병원성 미생물을 정확도 100%로 검출하였다.Therefore, the magnetic nanoparticle-antibody complex prepared from Example 1 according to the present invention detected pathogenic microorganisms in 10 food samples with an accuracy of 100%.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it is clear that these specific techniques are merely preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto for those of ordinary skill in the art. Therefore, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

구리-산화철 자성나노입자; 및
상기 자성나노입자 표면에 고정되어 병원성 미생물과 특이적으로 결합하는 항체;를 포함하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체.
Copper-iron oxide magnetic nanoparticles; And
An antibody that is immobilized on the surface of the magnetic nanoparticles and specifically binds to a pathogenic microorganism; a complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.
제1항에 있어서,
상기 자성나노입자는 CuFe2O4인 것을 특징으로 하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체.
The method of claim 1,
The magnetic nanoparticles are CuFe 2 O 4 A complex for separation and detection of pathogenic microorganisms, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 항체는 항-살모넬라 H 항체 또는 항-살모넬라 O 항체인 것을 특징으로 하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체.
The method of claim 1,
The antibody is an anti-Salmonella H antibody or an anti-Salmonella O antibody, characterized in that the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms.
1) 구리-산화철 자성나노입자를 초음파 처리하는 단계;
2) 상기 초음파 처리된 구리-산화철 자성나노입자에 항체를 고정화하여 복합체를 얻는 단계; 및
3) 상기 복합체로부터 미반응 물질을 제거하는 단계;를 포함하는 병원성 미생물 분리검출용 복합체의 제조방법.
1) ultrasonically treating the copper-iron oxide magnetic nanoparticles;
2) obtaining a complex by immobilizing the antibody on the sonicated copper-iron oxide magnetic nanoparticles; And
3) removing the unreacted material from the complex; method for producing a complex for separating and detecting pathogenic microorganisms comprising.
Ⅰ) 제1항에 따른 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분석 대상 시료와 접촉시키는 단계;
Ⅱ) 자성을 인가하여 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체를 분리하는 단계; 및
Ⅲ) 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체와 특이적으로 결합한 병원성 미생물을 분리 및 검출하는 단계;를 포함하는 병원성 미생물 분리 및 검출 방법.
Ⅰ) contacting the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms according to claim 1 with a sample to be analyzed;
Ⅱ) separating the complex for separating and detecting the pathogenic microorganism by applying magnetism; And
Ⅲ) Separating and detecting pathogenic microorganisms specifically bound to the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms; pathogenic microorganism isolation and detection method comprising a.
제5항에 있어서,
상기 Ⅰ) 단계는 60 내지 80분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 병원성 미생물 분리 및 검출 방법.
The method of claim 5,
The step I) is a pathogenic microorganism separation and detection method, characterized in that performed for 60 to 80 minutes.
제5항에 있어서,
상기 (Ⅱ) 단계에서 자성은 영구자석 또는 전자석을 통해 인가되는 것을 특징으로 하는 병원성 미생물 분리 및 검출방법.
The method of claim 5,
In the step (II), the magnetism is applied through a permanent magnet or an electromagnet.
제5항에 있어서,
상기 (Ⅲ) 단계는 (ⅰ) 상기 병원성 미생물 분리검출용 복합체에 결합된 병원성 미생물을 용해(Lysis)하는 단계; 및
(ⅱ) 상기 (ⅰ)로부터 얻은 용해된 용액을 원심분리하고, 상층액을 얻어 병원성 미생물에 대하여 Real time-PCR을 이용하여 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 병원성 미생물 분리 및 검출 방법.
The method of claim 5,
The step (III) includes (i) dissolving (Lysis) pathogenic microorganisms bound to the complex for isolation and detection of pathogenic microorganisms; And
(Ii) centrifuging the dissolved solution obtained from the above (i), obtaining a supernatant, and analyzing the pathogenic microorganism using Real time-PCR.
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