KR20200137480A - Target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure and signal amplification agent - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure including a porous hydrogel microparticle and a probe immobilized on the microparticle, and a signal amplification agent including an amplification initiator and a plurality of hairpin adapters. The target nucleic acid multi-detection kit comprises an amplification initiator and a plurality of hairpin adapters to amplify a signal, thereby increasing detection efficiency, and also comprises the target nucleic acid detection structure to identify whether different targets are detected or not through a region where a signal occurs in a detection apparatus, thereby allowing simultaneous detection of multiple nucleic acids even when various types of nucleic acids are mixed, and also allowing the use of a single type of amplification initiator and a single type of hairpin adapter regardless of types of probe and nucleic acid. Accordingly, the multiple nucleic acid detection is possible in a time and cost-effective manner.

Description

표적 핵산 검출 구조체 및 신호 증폭 제제를 포함하는 표적 핵산 검출 키트 {Target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure and signal amplification agent}Target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure and signal amplification agent

본 명세서에는 다공성 하이드로젤 미세입자 및 상기 미세입자에 고정된 프로브를 포함하는 표적 핵산 검출 구조체, 및 증폭 개시제 및 복수의 헤어핀 어댑터를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하는 표적 핵산 검출 키트가 개시된다. Disclosed herein is a target nucleic acid detection kit including a target nucleic acid detection construct including a porous hydrogel microparticle and a probe immobilized on the microparticle, and a signal amplification agent including an amplification initiator and a plurality of hairpin adapters.

중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 이용하여 많은 표적 핵산을 한 채널에서 동시에 분석하고자 하는 기술이 개발되어 왔다. 고체 기반 핵산 증폭 기술(Solid-Phase PCR)은 여러 표적 핵산을 동시에 분석하기 위한 기술로 프라이머 또는 프로브를 고체 표면에 고정하여 사용한다. 예를 들어, 하이드로젤(hydrogel) 내에 프로브를 고정시켜 형광을 이용하여 miRNA를 검출하는 방법이 사용되나, 이는 표적 핵산에 결합하는 프로브 하나에 단 하나의 형광염료가 결합하여 반응하므로 검출되는 형광의 세기가 크기 않아 표적 핵산 존재 여부를 확인하는 데에 어려움이 있다(Rapid microRNA profiling on encoded gel microparticles, Stephen C. Cahpin 외 3인, Angewandte Chem International Edition, Volume 50, Issue 10). 또한, 하이드로젤 내에 효소를 고정하여 신호를 증폭함으로써 표적을 검출하는 방법이 있으나, 상기 하이드로젤 내의 프로브에 표적이 결합하면 효소를 결합시킨 후 소수성 액체를 주입하여 반응물을 하이드로젤 내에 가두는 등의 추가적인 처리 과정이 필요하여 시간 및 비용상 효율성이 떨어지고 동시 다중 검출이 어려운 문제가 있다(Sensitive and multiplexed on-chip microRNA profiling in oil-isolated hydrogel chambers, Lee H 외 3인, Angew Chem Int Ed Engl. 2015 Feb 16;54(8):2477-81).A technology has been developed to simultaneously analyze many target nucleic acids in one channel using a polymerase chain reaction (PCR). Solid-Phase PCR (Solid-Phase PCR) is a technology for simultaneously analyzing multiple target nucleic acids, and uses a primer or probe fixed on a solid surface. For example, a method of detecting miRNA using fluorescence by immobilizing a probe in a hydrogel is used, but this is because only one fluorescent dye reacts by binding to one probe that binds to the target nucleic acid. Due to its low intensity, it is difficult to determine the presence of target nucleic acids (Rapid microRNA profiling on encoded gel microparticles, Stephen C. Cahpin et al., Angewandte Chem International Edition, Volume 50, Issue 10). In addition, there is a method of detecting the target by amplifying the signal by immobilizing the enzyme in the hydrogel, but when the target binds to the probe in the hydrogel, the enzyme is bound and then a hydrophobic liquid is injected to confine the reactant in the hydrogel. Additional processing is required, resulting in poor time and cost efficiency, and difficulty in simultaneous multiplex detection (Sensitive and multiplexed on-chip microRNA profiling in oil-isolated hydrogel chambers, Lee H et al., Angew Chem Int Ed Engl. 2015) Feb 16;54(8):2477-81).

한편, 종래 실시간 PCR 검출 방법으로 이중-가닥 DNA 결합 염료, 이중-표지화 올리고뉴클레오티드, 예컨대 헤어핀 프라이머, 및 헤어핀 프로브를 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 실시간 PCR의 단점은 제한된 복합화 능력에 있다. 구체적으로, 종래 실시간 PCR 기술들은 용액 내에서 유동적인 리포터 형광색소를 사용하는데, 이는 다중 표적 핵산을 검출하기 위한 복합 반응 내의 각각의 검출 반응에 대하여 스펙트럼 상으로 구별되는 2 이상의 형광 색소의 사용을 필요로 한다. 예를 들어, 4개의 표적 서열을 검출하기 위해서는 대조군 외에도, 스펙트럼 분화에 의해 4개의 상이한 형광 색소를 구별하기 위한 장비를 필요로 한다. 상기 필요성은 실질적인 복합화 능력을 제한하는 것뿐 아니라, 이러한 장비가 전형적으로 방출원, 검출기 및 필터를 필요로 하기 때문에 비용을 증가시킨다.Meanwhile, as a conventional real-time PCR detection method, there is a method of using a double-stranded DNA binding dye, a double-labeled oligonucleotide, such as a hairpin primer, and a hairpin probe. However, the disadvantage of this real-time PCR is its limited complexing ability. Specifically, conventional real-time PCR techniques use a reporter fluorescent dye that is fluid in a solution, which requires the use of two or more fluorescent dyes that are spectrally distinguished for each detection reaction in a complex reaction to detect multiple target nucleic acids. To For example, in order to detect four target sequences, in addition to the control, equipment for distinguishing four different fluorochromes by spectral differentiation is required. This need not only limits the practical complexing capability, but increases cost as such equipment typically requires a source, detector and filter.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고 특정 위치의 mRNA 발현 유무만을 확인하기 위해 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)이 고안되었으나, 이는 표적 핵산의 종류에 따라 다른 염기서열을 가진 증폭 개시제와 헤어핀 어댑터, 및 다른 종류의 형광 염료가 각각 필요하므로, 시간 및 비용상 비효율적이고 다중 검출이 어려운 문제가 있다. 또한, 상기 HCR은 생체, 즉 세포 내지 배아에서 mRNA를 in situ로 신호 증폭을 통해 다중 검출하고자 하는 것으로, 생체 밖, 예를 들어 젤(gel) 내에서 수행하려면 반응 조건을 새롭게 도출해야 하는 어려움이 있다.Hybridization Chain Reaction (HCR) was devised to overcome the problems of the prior art and to check only the mRNA expression at a specific location, but this is an amplification initiator and a hairpin adapter having different nucleotide sequences depending on the type of target nucleic acid. , And other types of fluorescent dyes, respectively, are inefficient in terms of time and cost, and multiple detection is difficult. In addition, the HCR is intended to detect multiple levels of mRNA in a living body, that is, in cells or embryos through signal amplification in situ, and it is difficult to derive a new reaction condition to perform it outside the body, for example, in a gel. have.

이에, 본 발명자들은 검출하고자 하는 표적 핵산의 종류와 상관없이 동일한 염기서열의 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터, 및 동일한 종류의 형광 염료를 사용하여 동시에 다중 핵산을 검출할 수 있는 표적 핵산 검출 키트 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have completed the invention of a target nucleic acid detection kit capable of simultaneously detecting multiple nucleic acids using the same type of amplification initiator and hairpin adapter, and the same type of fluorescent dye regardless of the type of target nucleic acid to be detected. .

Rapid microRNA profiling on encoded gel microparticles, Stephen C. Cahpin 외 3인, Angewandte Chem International Edition, Volume 50, Issue 10. Rapid microRNA profiling on encoded gel microparticles, Stephen C. Cahpin et al., Angewandte Chem International Edition, Volume 50, Issue 10. Sensitive and multiplexed on-chip microRNA profiling in oil-isolated hydrogel chambers, Lee H 외 3인, Angew Chem Int Ed Engl. 2015 Feb 16;54(8):2477-81. Sensitive and multiplexed on-chip microRNA profiling in oil-isolated hydrogel chambers, Lee H et al., Angew Chem Int Ed Engl. 2015 Feb 16;54(8):2477-81.

일 측면에서, 본 발명의 목적은, 표적 핵산 검출 키트로서, 다공성 하이드로젤 미세입자; 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe);를 포함하는 표적 핵산 검출 구조체, 및 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하는, 표적 핵산 검출 키트를 제공하는 것이다.In one aspect, an object of the present invention, as a target nucleic acid detection kit, porous hydrogel microparticles; And a target nucleic acid detection construct including a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles, and an amplification initiator that is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end, to provide a target nucleic acid detection kit.

다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 표적 핵산 다중 검출 키트로서, 다공성 하이드로젤 미세입자 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe)를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체; 및 상기 표적 핵산 검출 구조체가 배열되는 반응 칩(chip);을 포함하는 표적 핵산 검출 장치, 및 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하는, 표적 핵산 다중 검출 키트를 제공하는 것이다.In another aspect, an object of the present invention is a kit for detecting multiple target nucleic acids, comprising: at least one target nucleic acid detection construct comprising a porous hydrogel microparticle and a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticle; And a reaction chip in which the target nucleic acid detection structure is arranged, and an amplification initiator that is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And a signal amplification agent comprising a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end, to provide a target nucleic acid multiple detection kit.

또 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 프레폴리머(pre-polymer) 및 표적 핵산의 프로브를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 형성 용액을 제조하는 단계; 상기 구조체 형성 용액을 3차원 구조체 형태로 토출하고, 이를 경화시켜 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 제조하는 단계; 및 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 각각을 미세유체 칩(chip)의 서로 다른 영역에 배열하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 다중 검출 키트 제조 방법을 제공하는 것이다.In another aspect, an object of the present invention is to prepare a solution for forming at least one target nucleic acid detection structure comprising a pre-polymer and a target nucleic acid probe; Discharging the structure-forming solution in the form of a three-dimensional structure and curing the structure to prepare the one or more target nucleic acid detection structures; And arranging each of the one or more target nucleic acid detection constructs in different regions of a microfluidic chip.

또 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 표적 핵산 검출 장치에 하나 이상의 표적 핵산을 포함하는 용액을 주입하고 이를 배양(incubation)하는 단계; 상기 표적 핵산 검출 장치에 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 신호 증폭 제제를 주입하는 단계; 상기 표적 핵산을 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)시키는 단계; 및 상기 표적 핵산 검출 장치에 형광염료를 주입하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 방법을 제공하는 것이다.In another aspect, an object of the present invention is to inject a solution containing one or more target nucleic acids into the target nucleic acid detection device of the target nucleic acid multiple detection kit and incubate the same; Injecting the signal amplification agent of the target nucleic acid multiplex detection kit into the target nucleic acid detection device; Hybridization chain reaction (HCR) of the target nucleic acid; And injecting a fluorescent dye into the target nucleic acid detection device.

일 측면에서, 본 발명은, 다공성 하이드로젤 미세입자; 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe);를 포함하는 표적 핵산 검출 구조체, 및 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하는, 표적 핵산 검출 키트를 제공한다.In one aspect, the present invention, porous hydrogel microparticles; And a target nucleic acid detection construct including a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles, and an amplification initiator that is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And it provides a target nucleic acid detection kit comprising a signal amplification agent comprising; and a plurality of hairpin adapters (adaptors), which are oligonucleotides including a tag at the 3'end.

다른 측면에서, 본 발명은, 다공성 하이드로젤 미세입자 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe)를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체; 및 상기 표적 핵산 검출 구조체가 배열되는 반응 칩(chip);을 포함하는 표적 핵산 검출 장치, 및 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하는, 표적 핵산 다중 검출 키트를 제공한다.In another aspect, the present invention provides, at least one target nucleic acid detection construct comprising a porous hydrogel microparticle and a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticle; And a reaction chip in which the target nucleic acid detection structure is arranged, and an amplification initiator that is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And a signal amplification agent comprising a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 프레폴리머(pre-polymer) 및 표적 핵산의 프로브를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 형성 용액을 제조하는 단계; 상기 구조체 형성 용액을 3차원 구조체 형태로 토출하고, 이를 경화시켜 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 제조하는 단계; 및 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 각각을 미세유체 칩(chip)의 서로 다른 영역에 배열하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 다중 검출 키트 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing a solution for forming at least one target nucleic acid detection construct comprising a pre-polymer and a probe of the target nucleic acid; Discharging the structure-forming solution in the form of a three-dimensional structure and curing the structure to prepare the one or more target nucleic acid detection structures; And arranging each of the one or more target nucleic acid detection constructs in different regions of a microfluidic chip.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 표적 핵산 검출 장치에 하나 이상의 표적 핵산을 포함하는 용액을 주입하고 이를 배양(incubation)하는 단계; 상기 표적 핵산 검출 장치에 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 신호 증폭 제제를 주입하는 단계; 상기 표적 핵산을 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)시키는 단계; 및 상기 표적 핵산 검출 장치에 형광염료를 주입하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a step of injecting a solution containing one or more target nucleic acids into the target nucleic acid detection device of the target nucleic acid multiple detection kit and incubating the same; Injecting the signal amplification agent of the target nucleic acid multiplex detection kit into the target nucleic acid detection device; Hybridization chain reaction (HCR) of the target nucleic acid; And injecting a fluorescent dye into the target nucleic acid detection device.

본 발명은, 다공성 하이드로젤 미세입자에 표적 핵산의 프로브가 고정된 표적 핵산 검출 구조체를 포함하는 표적 핵산 검출 키트로서 올리고뉴클레오티드인 증폭 개시제 및 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터를 포함하는 신호 증폭 제제를 포함하여 신호 증폭을 통해 표적 핵산을 검출할 수 있으며, 특히, 표적 핵산 다중 검출 키트는 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브가 포함된 표적 핵산 검출 구조체를 미세유체 칩 내에 각각 다른 영역에 특정시킴으로써 여러 종류의 핵산이 혼재되어 있더라도 동시에 다중 핵산 검출이 가능하고, 프로브의 종류 및 표적 핵산의 종류에 관계 없이 단일 종류의 증폭 개시제 및 단일 종류의 헤어핀 어댑터를 이용할 수 있어 시간 및 비용 효율적으로 다중 핵산 검출이 가능하다.The present invention includes a target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure in which a probe of a target nucleic acid is immobilized on a porous hydrogel microparticle, and a signal amplification agent comprising an amplification initiator that is an oligonucleotide and a plurality of hairpin adapters Thus, the target nucleic acid can be detected through signal amplification. In particular, the target nucleic acid multiple detection kit specifies target nucleic acid detection constructs containing probes for different target nucleic acids in different regions within the microfluidic chip. Even if these are mixed, multiple nucleic acids can be detected at the same time, and a single type of amplification initiator and a single type of hairpin adapter can be used regardless of the type of probe and target nucleic acid, enabling time and cost effective detection of multiple nucleic acids.

도 1a 및 도 1b은 본 발명에 따른 하이드로젤 미세입자에 표적 핵산의 프로브가 고정된 표적 핵산 검출 구조체, 및 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터가 포함된 신호 증폭 제제를 포함하는 표적 핵산 검출 키트(도 1a), 및 상기 구조체가 미세유체 칩에 배열된 표적 핵산 검출 장치, 및 신호 증폭 제제를 포함하는 표적 핵산 다중 검출 키트(도 1b)를 이용하여 표적 핵산을 증폭 및 검출하는 원리를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트의 미세유체 칩(chip)을 제조하기 위한 몰드(mold)를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 다공성 하이드로젤 미세입자 제조 과정 중 반응 용액을 미세유체칩 내부로 흘려주면서 하이드로젤을 경화시키는 과정을 나타낸 도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 형광 코드용, 블랭크용, 표적 핵산 검출용 1 내지 4 각각, 및 블랭크용 하이드로젤 미세입자들 각각이 코드 영역, 블랭크 영역(도 3b의 코드 영역과 타겟 반응 영역 사이), 타겟 반응 영역, 및 블랭크 영역(타겟 반응 영역 다음의 영역)에 특정된 표적 핵산 다중 검출 키트의 표적 핵산 검출 장치를 도시한 도이다. 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 반응 칩의 타겟 반응 영역은 하이드로젤 미세입자 각각에 고정된 프로브 종류에 따라 영역이 나뉘어지며, 도 3b의 오른쪽은 각 타겟 반응 영역마다 다른 종류의 프로브가 고정된 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 표적 핵산 검출 구조체를 제조하기 위한 소프트 리소그래피 과정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 4종의 miRNA를 동시에 다중으로 검출한 것을 나타낸 모식도이다. 도 5a의 표적 핵산 다중 검출 키트의 반응 칩의 Code는 코드 영역, Blank는 블랭크 영역을 나타내며 miR-124, miR-132, miR-146a 및 miR-155는 각 표적 핵산의 타겟 반응 영역을 나타낸다. 또한, 도 5a의 miR-124(-), 132(+), 146a(-), 155(+)는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 핵산으로 miR-132-5p (도 5a의 miR-132에 해당) 및 miR-155-5p (도 5a의 miR-155에 해당)를 포함하는 표적 핵산 용액을 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 주입한 결과, 타겟 반응 영역 중 miR-132 및 miR-155에서만 형광이 검출된 것을 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하되, 증폭 개시제를 첨가하지 않고 한 종류의 비오틴 처리된 헤어핀 어댑터만을 첨가하여 신호 증폭 없이 검출 반응을 수행하였을 때(실시예 2의 대조군)의 결과를 나타낸 도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터를 이용한 신호 증폭 후 검출 반응을 수행하였을 때의 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 핵산 검출 키트를 이용한 표적 핵산 검출 과정에서 증폭 및 검출 효율을 향상시키기 위해 조건을 최적화한 결과를 나타낸 도이다. 도 6a는 신호 증폭 과정에서의 버퍼 조성을 달리하였을 때의 신호 증폭 계수(HCR factor)를, 도 6b는 신호 증폭 과정 중 상기 구조체를 세정하는 과정(rinse)에서 볼텍스(vortex) 유무에 따른 신호 증폭 계수를, 도 6c는 신호 증폭 시의 온도 조건에 따른 신호 증폭 계수를, 도 6d는 신호 증폭 시간에 따른 신호 증폭 계수를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 핵산 검출 키트를 이용하여 표적 핵산 검출 시 매개체를 이용 여부에 따른 증폭 및 검출 효율 증진에 관한 도이다. 도 7a의 왼쪽 도는 매개체를 이용하지 않은 기존 증폭 방식(실시예 4의 대조군)에서 증폭 개시제와 헤어핀 어댑터의 상보적 결합 과정에서의 입체 문제를 나타낸 것이고, 도 7a의 오른쪽 도는 본 발명의 일 실시예에 따라 매개체를 첨가하여 증폭 및 검출 반응을 수행하였을 때 상기 입체 문제가 해결되는 것을 나타낸 것이다. 도 7b는 기존 증폭 방식(실시예 4의 대조군)과 매개체를 첨가하여 증폭 및 검출 반응을 수행하였을 때의 결과를 나타낸 사진이고, 도 7c는 상기 결과를 그래프로 도시한 도이다(x축의 Conventional HCR은 실시예 4의 대조군을, Avidin-HCR은 실시예 4의 매개체를 첨가하였을 때의 결과를 나타내며, y축은 신호 증폭 계수(HCR factor)를 나타낸다).
1A and 1B are a target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection construct in which a probe of a target nucleic acid is immobilized on a hydrogel microparticle according to the present invention, and a signal amplification agent including an amplification initiator and a hairpin adapter (FIG. 1A) , And a target nucleic acid detection apparatus in which the structure is arranged on a microfluidic chip, and a target nucleic acid multiplex detection kit (FIG. 1B) including a signal amplification agent are used to schematically show the principle of amplifying and detecting a target nucleic acid.
2 is a diagram schematically showing a mold for manufacturing a microfluidic chip of the target nucleic acid multiplex detection kit according to the present invention.
3A is a diagram illustrating a process of curing a hydrogel while flowing a reaction solution into a microfluidic chip during the process of manufacturing the porous hydrogel microparticles according to the present invention.
3B shows a code region, a blank region (between the code region and the target reaction region in FIG. 3B) of each of the fluorescent code, blank, target nucleic acid detection 1 to 4, and blank hydrogel microparticles according to the present invention. , A target reaction region, and a blank region (area following the target reaction region) of the target nucleic acid multiplex detection kit specified in the target nucleic acid detection apparatus. The target reaction region of the reaction chip of the target nucleic acid multiple detection kit is divided according to the type of probe fixed to each of the hydrogel microparticles, and the right side of FIG. 3B shows that a different type of probe is fixed for each target reaction region. .
4 is a diagram schematically showing a soft lithography process for preparing a target nucleic acid detection construct according to the present invention.
5A is a schematic diagram showing the simultaneous detection of four miRNAs multiplexed using a target nucleic acid multiplex detection kit according to an embodiment of the present invention. The code of the reaction chip of the target nucleic acid multiple detection kit of FIG. 5A represents the code region, blank represents the blank region, and miR-124, miR-132, miR-146a and miR-155 represent the target reaction regions of each target nucleic acid. In addition, miR-124(-), 132(+), 146a(-), and 155(+) of FIG. 5A are miR-132-5p (miR-132 of FIG. 5A) as target nucleic acids according to an embodiment of the present invention. 5A) and miR-155-5p (corresponding to miR-155 in Fig. 5A) were injected into the target nucleic acid multiplex detection kit. Indicates that this has been detected.
Figure 5b is when the detection reaction was performed without signal amplification by using the target nucleic acid multiple detection kit according to an embodiment of the present invention, but adding only one type of biotin-treated hairpin adapter without adding an amplification initiator (Example 2 Is a diagram showing the results of the control group).
5C is a diagram showing a result of performing a detection reaction after signal amplification using an amplification initiator and a hairpin adapter according to the present invention.
6 is a diagram showing results of optimizing conditions to improve amplification and detection efficiency in a target nucleic acid detection process using a target nucleic acid detection kit according to an embodiment of the present invention. Figure 6a shows the signal amplification factor (HCR factor) when the buffer composition is different in the signal amplification process, and Figure 6b is the signal amplification factor according to the presence or absence of a vortex in the process of cleaning the structure during the signal amplification process (rinse). FIG. 6C shows a signal amplification coefficient according to a temperature condition during signal amplification, and FIG. 6D shows a signal amplification coefficient according to a signal amplification time.
7 is a diagram illustrating amplification and improvement of detection efficiency according to whether or not a medium is used when detecting a target nucleic acid using a target nucleic acid detection kit according to an embodiment of the present invention. The left diagram of FIG. 7A shows the three-dimensional problem in the complementary coupling process of the amplification initiator and the hairpin adapter in the conventional amplification method (control of Example 4) without using a medium, and the right diagram of FIG. 7A shows an embodiment of the present invention. It shows that the steric problem is solved when amplification and detection reactions are performed by adding a medium according to the method. Figure 7b is a photograph showing the results of performing amplification and detection reactions by adding a conventional amplification method (control of Example 4) and a medium, and Figure 7c is a diagram showing the result as a graph (the conventional HCR of the x-axis) Represents the control of Example 4, Avidin-HCR represents the result when the mediator of Example 4 was added, and the y-axis represents the signal amplification factor (HCR factor)).

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

일 측면에서, 본 발명은 표적 핵산 검출 키트로서, 표적 핵산 검출 구조체 및 신호 증폭 제제를 포함하고, 상기 표적 핵산 검출 구조체는 다공성 하이드로젤 미세입자; 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe);를 포함하며, 상기 신호 증폭 제제는 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하고, 상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열 또는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열에 상보적인 서열을 포함하는, 표적 핵산 검출 키트를 제공한다.In one aspect, the present invention provides a target nucleic acid detection kit, comprising a target nucleic acid detection structure and a signal amplification agent, wherein the target nucleic acid detection structure includes porous hydrogel microparticles; And a probe of the target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles, wherein the signal amplification agent includes an amplification initiator, which is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end, wherein the hairpin adapter includes a nucleotide sequence of the amplification initiator or a nucleotide sequence of another hairpin adapter It provides a target nucleic acid detection kit comprising a sequence complementary to.

상기 표적 핵산 검출 구조체는 다공성 하이드로젤 미세입자를 포함할 수 있다. 상기 다공성 하이드로젤 미세입자는 3차원의 구조체라면 제한되지 않으며, 예를 들면 디스크와 같은 판상형(Plate type), 기둥형(post type), 구형(spherical type), 반구형(hemisphericaltype) 등의 형태일 수 있다. 또한, 상기 다공성 하이드로젤 미세입자는 예를 들어 평균 10 ㎛ 내지 5000 ㎛의 입경크기를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 평균 100 ㎛ 내지 3000 ㎛의 입경을 가질 수 있다. 상기 다공성 하이드로젤 미세입자의 재료는 고형화가 가능한 폴리머(pre-polymer)라면 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트(Polyethylene Glycol-Diacrylate, PEG-DA) 또는 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAAM)와 같은 친수성 폴리머를 사용할 수 있다. The target nucleic acid detection structure may include porous hydrogel microparticles. The porous hydrogel microparticles are not limited as long as they have a three-dimensional structure, and may be, for example, a plate type such as a disk, a post type, a spherical type, a hemispherical type, etc. have. In addition, the porous hydrogel microparticles may have, for example, an average particle size of 10 μm to 5000 μm, and more specifically, may have an average particle diameter of 100 μm to 3000 μm. The material of the porous hydrogel microparticles may be used without limitation as long as it is a pre-polymer capable of solidification, and specifically, polyethylene glycol-diacrylate (PEG-DA) or polyacrylamide (Polyacrylamide, PAAM) can be used.

상기 다공성 하이드로젤 미세입자는 공극을 포함하는 다공성(porous) 구조체일 수 있다. 상기 미세입자의 공극율은 구조체의 총 부피에 대하여 10 내지 95 부피%, 구체적으로 10 내지 80 부피%, 보다 구체적으로 20 내지 70 부피%일 수 있다. 상기 범위를 벗어날 경우 다공성이 떨어지거나 구조체의 안정도가 불안정해질 수 있다.The porous hydrogel microparticles may be porous structures including pores. The porosity of the microparticles may be 10 to 95% by volume, specifically 10 to 80% by volume, and more specifically 20 to 70% by volume based on the total volume of the structure. If it is out of the above range, porosity may decrease or the stability of the structure may become unstable.

상기 다공성 하이드로젤 미세입자는 프레폴리머(pre-polymer), 공극유도중합체(porogen), 광개시제 및 정제수를 혼합하여 프레폴리머 용액을 제조하는 단계; 상기 프레폴리머 용액과 상기 프로브를 포함하는 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 용액을 미세유체 칩 안에 로딩한 후, 상기 혼합된 용액을 목적하는 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 이 때, 상기 프레폴리머 용액과 프로브를 포함하는 용액의 부피비는 20 내지 5 : 1일 수 있다. 본 명세서에서 상기 "프레폴리머(pre-polymer)"란 폴리머의 성형가공을 용이하게 하기 위해 중합 또는 중축합 반응을 적당한 단계에서 정지한 예비 중합물을 의미하는 것으로, 본 발명의 경우 고형화되기 이전의 성형가공이 용이한 상태의 폴리머를 의미한다. 상기 프로브를 포함하는 용액은 상기 프로브를 구조체에 고정화하기 위한 작용기를 더 포함할 수 있다.The porous hydrogel microparticles are prepared by mixing a pre-polymer, a pore-inducing polymer, a photoinitiator, and purified water to prepare a prepolymer solution; Mixing the prepolymer solution and the solution containing the probe; And after loading the mixed solution into a microfluidic chip, forming the mixed solution into a desired shape. In this case, the volume ratio of the prepolymer solution and the solution including the probe may be 20 to 5:1. In the present specification, the term "pre-polymer" refers to a prepolymer in which the polymerization or polycondensation reaction is stopped at an appropriate stage in order to facilitate the molding process of the polymer. In the case of the present invention, molding before solidification It means a polymer in an easy-to-process state. The solution containing the probe may further include a functional group for immobilizing the probe to the structure.

상기 프레폴리머 용액의 제조단계는 용액에 포함된 공극유도중합체의 분자량을 변형시킴으로써 구조체 내에 형성되는 공극의 크기를 조절하는 것을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 공극유도중합체는 예를 들어 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol; PEG)을 사용할 수 있으며, 구체적으로 PEG200, PEG300, PEG400, PEG600, PEG1000, PEG1500, PEG2000, PEG3000, PEG3350, PEG4000, PEG6000, PEG8000, PEG10000, PEG12000, PEG20000, PEG35000, PEG40000 등(제조사: Sigma-Aldrich)을 사용할 수 있다. 상기 공극유도중합체의 분자량에 따라 표적 핵산 증폭 또는 검출 효율이 변할 수 있다.The preparation step of the prepolymer solution may further include adjusting the size of the pores formed in the structure by modifying the molecular weight of the pore-inducing polymer included in the solution. At this time, the pore-inducing polymer may be, for example, polyethylene glycol (PEG), specifically PEG200, PEG300, PEG400, PEG600, PEG1000, PEG1500, PEG2000, PEG3000, PEG3350, PEG4000, PEG6000, PEG8000, PEG10000, PEG12000, PEG20000, PEG35000, PEG40000, etc. (manufacturer: Sigma-Aldrich) can be used. Depending on the molecular weight of the pore-inducing polymer, the target nucleic acid amplification or detection efficiency may vary.

상기 제조방법은 상기 성형된 다공성 하이드로젤 미세입자를 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세정 단계는 세정을 통하여 상기 다공성 구조의 공극 내부에 고정되지 않은 프로브를 제거하는 것을 포함할 수 있으며, 공극유도중합체를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include cleaning the molded porous hydrogel microparticles. The cleaning step may include removing the probe that is not fixed inside the pores of the porous structure through washing, and may further include removing the pore inducing polymer.

상기 혼합된 용액을 목적하는 형상으로 성형하는 단계는 일 실시예로서 마스크 또는 형틀(mold)을 통해 목적하는 형상으로 성형하거나, 액적(droplet) 형태로 성형하여 광가교시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이를 통해 다양한 형태 및 크기의 입자로 제조할 수 있다.The step of molding the mixed solution into a desired shape may include, as an embodiment, molding into a desired shape through a mask or a mold, or forming into a droplet shape and photocrosslinking, Through this, it can be manufactured into particles of various shapes and sizes.

상기 표적 핵산 검출 구조체는 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe)를 포함할 수 있다. 상기 프로브는 표적 핵산과 특이적 결합을 이룰 수 있는 짧게는 수 염기 내지 길게는 수백 염기에 해당하는 RNA 또는 DNA 등의 핵산 단편을 의미하며, 라벨링되어 있어서 특정 miRNA의 존재 유무를 확인할 수 있고, 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 프로브, 단쇄 DNA(single stranded DNA) 프로브, 이중쇄 DNA(double stranded DNA) 프로브, RNA 프로브 등의 형태로 제작될 수 있다. 상기 프로브는 상기 다공성 하이드로젤 미세입자의 공극 내부에 고정된 것일 수 있다. 상기 프로브는 10 내지 1000 염기쌍 (base pair; bp), 구체적으로 20 내지 50 염기쌍일 수 있으나, 프로브의 서열 종류와 서열 길이는 표적 핵산에 따라 제한없이 변형이 가능하다.The target nucleic acid detection construct may include a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles. The probe refers to a nucleic acid fragment such as RNA or DNA corresponding to a short number of bases to hundreds of bases capable of specific binding to a target nucleic acid, and is labeled so that the presence or absence of a specific miRNA can be confirmed, and oligo It can be manufactured in the form of an oligonucleotide probe, a single stranded DNA probe, a double stranded DNA probe, an RNA probe, and the like. The probe may be fixed inside the pores of the porous hydrogel microparticles. The probe may be 10 to 1000 base pairs (bp), specifically 20 to 50 base pairs, but the sequence type and sequence length of the probe may be modified without limitation depending on the target nucleic acid.

상기 표적 핵산 검출 키트는 신호 증폭 제제를 포함할 수 있으며, 상기 표적 핵산 검출 키트는 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator) 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor)를 포함할 수 있다. The target nucleic acid detection kit may include a signal amplification agent, and the target nucleic acid detection kit includes an amplification initiator that is an oligonucleotide linked to the 3'end of the target nucleic acid and a tag at the 3'end. ) May include a plurality of hairpin adapters (adaptors) that are oligonucleotides.

상기 증폭 개시제는 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드로서, 15 내지 150 염기쌍, 구체적으로 15 내지 100 염기쌍일 수 있으나, 증폭 개시제의 서열 종류와 서열 길이는 제한없이 변형이 가능하다.The amplification initiator is an oligonucleotide linked to the 3'end of the target nucleic acid, and may be 15 to 150 base pairs, specifically 15 to 100 base pairs, but the sequence type and sequence length of the amplification initiator may be modified without limitation.

상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제는 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 5' 말단이 연결된 것일 수 있고, 구체적으로 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 5' 말단이 화학 반응에 의해 연결된 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 화학 반응은 인산화반응(phosphorylation)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The 3'end of the target nucleic acid and the amplification initiator may be a link between the 3'end of the target nucleic acid and the 5'end of the amplification initiator, and specifically, the 3'end of the target nucleic acid and the 5'end of the amplification initiator are chemically reacted. It may be connected by, and more specifically, the chemical reaction may be phosphorylation, but is not limited thereto.

또는, 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제는 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 3' 말단이 연결된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Alternatively, the 3'end of the target nucleic acid and the amplification initiator may be a link between the 3'end of the target nucleic acid and the 3'end of the amplification initiator, but is not limited thereto.

상기 표적 핵산 검출 키트는 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor)를 포함할 수 있으며, 상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열 또는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열에 상보적인 염기서열을 포함할 수 있다. 상기 헤어핀 어댑터는 헤어핀(hairpin) 구조의 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)로서, 표적 핵산의 검출 효율을 높이기 위해 신호를 증폭하기 위한 것으로, 만일 신호 증폭 없이 핵산 검출을 하는 경우 매우 적은 양의 형광이 검출되어 표적 핵산 존재 여부를 판단하는 것이 어려울 수 있으나, 상기 신호 증폭 제제인, 증폭 개시제 및 상기 헤어핀 어댑터를 포함하는 표적 핵산 검출 키트를 이용하여 신호를 증폭하면 검출되는 형광의 양이 표적 핵산에 특이적으로 매우 증가하여 표적 핵산 검출 효율이 매우 증가하는 우수한 효과가 있다.The target nucleic acid detection kit may include a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end, and the hairpin adapter is the base sequence of the amplification initiator or It may contain a base sequence complementary to the base sequence of another hairpin adapter. The hairpin adapter is an oligonucleotide having a hairpin structure, and is used to amplify a signal in order to increase the detection efficiency of the target nucleic acid. If the nucleic acid is detected without signal amplification, a very small amount of fluorescence is detected. It may be difficult to determine whether a nucleic acid is present, but when a signal is amplified using a target nucleic acid detection kit including the signal amplification agent, an amplification initiator and the hairpin adapter, the amount of fluorescence detected is very specific to the target nucleic acid. There is an excellent effect of increasing the target nucleic acid detection efficiency very high.

상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열의 5 내지 80%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로 증폭 개시제의 염기서열의 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상 또는 75%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있고, 증폭 개시제의 염기서열의 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있으나, 표적 핵산의 검출 반응 또는 신호 증폭에 영향을 미치지 않을 정도로 증폭 개시제와 상보적 결합을 유지할 수 있는 것이라면, 상보적인 서열의 개수는 제한되지 않는다. The hairpin adapter may include a sequence complementary to 5 to 80% of the nucleotide sequence of the amplification initiator, and specifically 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more of the nucleotide sequence of the amplification initiator, 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more, 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, or a sequence that is complementary to 75% Can be, 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, 55% or less, 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less, 30 of the base sequence of the amplification initiator % Or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, or may contain a sequence complementary to 10%, but maintains complementary binding with the amplification initiator to the extent that it does not affect the detection reaction or signal amplification of the target nucleic acid If possible, the number of complementary sequences is not limited.

또한, 상기 표적 핵산 검출 키트의 신호 증폭 제제에 포함되는 헤어핀 어댑터는 2 이상의, 헤어핀 어댑터로서, 상기 헤어핀 어댑터는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열의 5 내지 80%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열의 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상 또는 75%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있고, 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열의 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하 또는 10%와 상보적인 서열을 포함하는 것일 수 있으나, 표적 핵산의 검출 반응 또는 신호 증폭에 영향을 미치지 않을 정도로 다른 헤어핀 어댑터와 상보적 결합을 유지할 수 있는 것이라면, 상보적인 서열의 개수는 제한되지 않는다.In addition, the hairpin adapter included in the signal amplification agent of the target nucleic acid detection kit is two or more hairpin adapters, and the hairpin adapter may include a sequence complementary to 5 to 80% of the nucleotide sequence of the other hairpin adapter, Specifically, 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more, 55 of the base sequence of other hairpin adapters % Or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, or may contain a sequence complementary to 75%, and 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less of the base sequence of other hairpin adapters , 60% or less, 55% or less, 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less, 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, or 10% or less However, the number of complementary sequences is not limited as long as it is capable of maintaining complementary binding with other hairpin adapters so as not to affect the detection reaction or signal amplification of the target nucleic acid.

상기 태그는 표적 핵산의 존재 여부를 검출하기 위해 헤어핀 어댑터의 3' 말단에 포함되는 것으로, 구체적으로 폴리뉴클레오티드(polynucleotide), 폴리펩티드(polypeptide), 펩티드 핵산(peptide nucleic acid), 잠금 핵산(locked nucleic acid), 올리고당(oliggosaccharide), 다당(polysaccharide), 항체(antibody), 애피바디(affibody), 항체 모조체(antibody mimic), 세포 수용체(cell receptor), 리간드(ligand), 지질(lipid), 바이오틴(biotin), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(strepavidin), 엑스트라비딘(Extravidin), 뉴트라비딘(neutravidin), 금속(metal) 및 히스티딘(histidine)으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 표적 핵산의 존재 여부를 검출할 수 있는 물질이라면 그 종류는 제한되지 않는다.The tag is included at the 3'end of the hairpin adapter to detect the presence or absence of a target nucleic acid, and specifically, a polynucleotide, a polypeptide, a peptide nucleic acid, a locked nucleic acid ), oligosaccharide, polysaccharide, antibody, affibody, antibody mimic, cell receptor, ligand, lipid, biotin ( biotin), avidin, streptavidin, extravidin, neutravidin, metal, and histidine may be one or more selected from the group consisting of, but the presence of a target nucleic acid As long as it is a substance that can detect whether or not, the type is not limited.

상기 표적(target) 핵산은 DNA, RNA, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 상기 표적 핵산은 구체적으로, 이중가닥 핵산일 수 있으며, 보다 구체적으로 이중가닥 DNA일 수 있다. 상기 표적 핵산이 이중가닥 핵산인 경우, 상기 표적 핵산 검출 구조체에 주입되는 표적 핵산은 단일가닥으로 변성된 것일 수 있다. 또는 상기 표적 핵산은 구체적으로, 단일가닥 핵산일 수 있으며, 보다 구체적으로 단일가닥 DNA 또는 RNA일 수 있고, 상기 RNA는 보다 더 구체적으로 miRNA(마이크로 RNA)일 수 있다.The target nucleic acid may include DNA, RNA, or a combination thereof. Specifically, the target nucleic acid may be a double-stranded nucleic acid, and more specifically, may be a double-stranded DNA. When the target nucleic acid is a double-stranded nucleic acid, the target nucleic acid injected into the target nucleic acid detection construct may be denatured into a single strand. Alternatively, the target nucleic acid may be specifically, a single-stranded nucleic acid, more specifically may be a single-stranded DNA or RNA, and the RNA may be more specifically miRNA (micro RNA).

상기 표적 핵산 검출은 상기 태그와 형광염료(dye)의 반응에 의해 검출하는 것일 수 있고, 상기 형광염료는 사이버 그린(SYBR green), 피코그린(Picogreen), 에바그린(Evagreen), 훼히스트 33258(Hoechst 33258), 훼히스트 33342(Hoechst 33342), 에티디움 브로마이드(ethidium bromide), 아크리딘 오렌지(acridine orange), 프로피디움 아이오다이드(propidium iodide), 미트람이신(mithramycin), TO-PRO-3, TOTO, YOYO 및 YOPRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 태그와 반응에 의해 표적 핵산의 존재 여부를 검출할 수 있는 것이라면 그 종류는 제한되지 않는다.The detection of the target nucleic acid may be detection by reaction between the tag and a fluorescent dye (dye), and the fluorescent dye is Cyber Green (SYBR green), Picogreen (Picogreen), Evagreen (Evagreen), Hoechst 33258 ( Hoechst 33258), Hoechst 33342, ethidium bromide, acridine orange, propidium iodide, mithramycin, TO-PRO- 3, it may be one or more selected from the group consisting of TOTO, YOYO, and YOPRO-1, but the type is not limited as long as the presence or absence of the target nucleic acid can be detected by reaction with the tag.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 증폭 없이 핵산 검출을 하였을 때(대조군) 표적 핵산 영역에서의 매우 적은 양의 형광이 검출되어 핵산 검출이 매우 어려운 반면, 본 발명의 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터를 포함하는 신호증폭 제제를 이용하여 신호 증폭 시에는 형광 물질 검출량이 표적 핵산에 특이적으로 매우 증가하였는바, 신호 증폭 제제를 이용하여 신호 증폭 시에 표적 핵산 검출이 가능함을 알 수 있었다(실시예 2, 도 5b 및 도 5c).According to an embodiment of the present invention, when nucleic acid detection is performed without signal amplification (control), a very small amount of fluorescence is detected in the target nucleic acid region, which makes it very difficult to detect nucleic acids, whereas the amplification initiator and hairpin adapter of the present invention are included. When amplifying the signal using the signal amplification agent, the amount of fluorescent substance detected was significantly increased specifically for the target nucleic acid, and it was found that target nucleic acid detection was possible when amplifying the signal using a signal amplification agent (Example 2, 5b and 5c).

상기 신호 증폭 제제는 3' 말단에 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 차례로 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 매개체(mediator)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 매개체는 3' 말단에 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 차례로 포함하는 올리고뉴클레오티드로서, 프로브와 상보적으로 결합한 표적 핵산의 3' 말단에 연결, 구체적으로 인산화반응(phosphorylation)을 포함하는 화학반응에 의해 연결되는 것으로, 표적 핵산과 증폭 개시제 사이에서 그 둘을 연결하는 것일 수 있으며, 15 내지 150 염기쌍, 구체적으로 15 내지 100 염기쌍일 수 있으나, 매개체의 서열 종류와 서열 길이는 제한없이 변형이 가능하다. 상기 매개체가 표적 핵산과 증폭 개시제를 연결하는 것은 상기 증폭 개시제가 3' 말단에 제 1 화합물을 포함하고, 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 프로브와 표적 핵산이 상보적 결합을 하는 경우 상기 표적 핵산의 3' 말단에 상기 매개체의 5' 말단이 연결되고, 상기 매개체의 3' 말단의 제 2 화합물과 상기 증폭 개시제의 3' 말단의 제 1 화합물이 선택적으로 화학 반응을 하는 연결하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로브와 상보적으로 결합한 표적 핵산의 3' 말단에 증폭 개시제의 5' 말단이 연결되면 증폭 개시제의 3' 말단에 헤어핀 어댑터의 5' 말단이 연결 시 입체 문제가 발생하여 복수의 헤어핀 어댑터가 연쇄반응이 일어나기 어려운 문제가 있으나, 상기 매개체를 추가로 포함하면 상기 매개체의 3' 말단의 제 2 화합물과 증폭 개시제의 3' 말단의 제 1 화합물이 반응하여 복수의 헤어핀 어댑터의 연쇄반응이 일어나기 쉽도록 증폭 개시제의 염기서열 방향이 뒤집어져서 표적 핵산의 증폭 및 검출 효율이 매우 증가함을 확인하였다(실시예 4 및 도 7a 내지 7c).The signal amplification agent may further include a mediator that is an oligonucleotide sequentially including a first compound and a second compound at the 3'end. The mediator is an oligonucleotide comprising a first compound and a second compound in sequence at the 3'end, and is linked to the 3'end of the target nucleic acid complementarily bound to the probe, specifically for chemical reactions including phosphorylation. It is connected by, it may be to link the two between the target nucleic acid and the amplification initiator, and may be 15 to 150 base pairs, specifically 15 to 100 base pairs, but the sequence type and sequence length of the mediator can be modified without limitation. . When the mediator connects the target nucleic acid and the amplification initiator, when the amplification initiator includes a first compound at the 3'end, and the probe immobilized on the porous hydrogel microparticles and the target nucleic acid are complementarily bound, the target nucleic acid The 5'end of the mediator is connected to the 3'end of the mediator, and the second compound at the 3'end of the mediator and the first compound at the 3'end of the amplification initiator may be connected to selectively undergo a chemical reaction. According to an embodiment of the present invention, when the 5'end of the amplification initiator is connected to the 3'end of the target nucleic acid complementarily bound to the probe, a steric problem occurs when the 5'end of the hairpin adapter is connected to the 3'end of the amplification initiator. There is a problem that it is difficult to cause a chain reaction of a plurality of hairpin adapters, but if the mediator is additionally included, the second compound at the 3'end of the mediator and the first compound at the 3'end of the amplification initiator react, resulting in a plurality of hairpins. It was confirmed that the nucleotide sequence direction of the amplification initiator was reversed to facilitate the chain reaction of the adapter, thereby greatly increasing the amplification and detection efficiency of the target nucleic acid (Example 4 and FIGS. 7A to 7C).

상기 제 1 화합물은 상기 증폭 개시제 또는 매개체의 3' 말단에 포함될 수 있으며, 상기 매개체의 3' 말단에 포함된 제 2 화합물과 화학 반응하여 상기 매개체의 3' 말단과 상기 증폭 개시제의 3' 말단을 연결하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 화합물은 바이오틴(biotin), 디니트로페닐(dinitrophenyl, DNP) 및 디곡시게닌(digoxigenin, DIG)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 보다 구체적으로 바이오틴일 수 있으나, 상기 매개체와 증폭 개시제를 연결하는 것이라면 그 종류는 제한되지 않는다.The first compound may be included at the 3'end of the amplification initiator or the mediator, and chemically reacts with the second compound included at the 3'end of the mediator to form the 3'end of the mediator and the 3'end of the amplification initiator. It could be connecting. Specifically, the first compound may be at least one selected from the group consisting of biotin, dinitrophenyl (DNP) and digoxigenin (digoxigenin, DIG), and more specifically biotin, but the mediator If it is to connect the amplification initiator and the type is not limited.

상기 제 2 화합물은 상기 매개체의 3' 말단에 포함될 수 있으며, 상기 증폭 개시제의 3' 말단에 포함된 제 1 화합물과 화학 반응하여 상기 매개체의 3' 말단과 상기 증폭 개시제의 3' 말단을 연결하는 것일 수 있다. 구체적으로 아비딘(avidin), 스트렙트아비딘(streptavidin), 뉴트라아비딘(NeutrAvidin), 항-DNP 항체(anti-DNP antibody) 화합물 및 항-DIG 항체(anti-DIG antibody) 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 보다 구체적으로 뉴트라아비딘일 수 있으나, 상기 매개체와 증폭 개시제를 연결하는 것이라면 그 종류는 제한되지 않는다.The second compound may be included at the 3'end of the mediator, and chemically reacts with the first compound included at the 3'end of the amplification initiator to connect the 3'end of the mediator to the 3'end of the amplification initiator. Can be. Specifically, at least one selected from the group consisting of avidin, streptavidin, NeutrAvidin, anti-DNP antibody compound, and anti-DIG antibody compound It may be, and more specifically, it may be neutraavidin, but the type is not limited as long as the mediator and the amplification initiator are connected.

상기 표적 핵산 검출은 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)에 의한 신호 증폭을 포함할 수 있다.The detection of the target nucleic acid may include signal amplification by Hybridization Chain Reaction (HCR).

상기 신호 증폭은 10 내지 35 ℃에서의 신호 증폭일 수 있고, 구체적으로 10 ℃ 이상, 12 ℃ 이상, 14 ℃ 이상, 16 ℃ 이상, 18 ℃ 이상, 20 ℃ 이상, 22 ℃ 이상, 24 ℃ 이상, 26 ℃ 이상, 28 ℃ 이상, 30 ℃ 이상, 32 ℃ 이상 또는 34 ℃ 이상에서의 신호 증폭일 수 있고, 35 ℃ 이하, 33 ℃ 이하, 31 ℃ 이하, 29 ℃ 이하, 27 ℃ 이하, 25 ℃ 이하, 23 ℃ 이하, 21 ℃ 이하, 19 ℃ 이하, 17 ℃ 이하, 15 ℃ 이하, 13 ℃ 이하 또는 11 ℃ 이하에서의 신호 증폭일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 증폭 시 온도가 37 ℃ 또는 55 ℃일 때보다 24 ℃일 때 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였다(실시예 3-3 및 도 6c).The signal amplification may be a signal amplification at 10 to 35°C, specifically 10°C or more, 12°C or more, 14°C or more, 16°C or more, 18°C or more, 20°C or more, 22°C or more, 24°C or more, Signal amplification at 26 ℃ or higher, 28 ℃ or higher, 30 ℃ or higher, 32 ℃ or higher or 34 ℃ or higher, and 35 ℃ or lower, 33 ℃ or lower, 31 ℃ or lower, 29 ℃ or lower, 27 ℃ or lower, 25 ℃ or lower , Signal amplification at 23°C or less, 21°C or less, 19°C or less, 17°C or less, 15°C or less, 13°C or less or 11°C or less, but is not limited thereto. According to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the amplification and detection efficiency is the best when the temperature is at 24° C. than when the temperature is 37° C. or 55° C. when amplifying the signal (Example 3-3 and Fig. 6c).

상기 신호 증폭은 4 시간 이상의 신호 증폭일 수 있고, 구체적으로 4 내지 48 시간 동안의 신호 증폭일 수 있으며, 보다 구체적으로 4 시간 이상, 8 시간 이상, 10 시간 이상, 12 시간 이상, 14 시간 이상, 16 시간 이상, 18 시간 이상, 20 시간 이상, 22 시간 이상, 24 시간 이상, 26 시간 이상, 28 시간 이상, 30 시간 이상, 32 시간 이상, 34 시간 이상, 36 시간 이상, 38 시간 이상, 40 시간 이상, 42 시간 이상, 44 시간 이상 또는 46 시간 이상 동안의 신호 증폭일 수 있고, 48 시간 이하, 46 시간 이하, 44 시간 이하, 42 시간 이하, 40 시간 이하, 38 시간 이하, 36 시간 이하, 34 시간 이하, 32 시간 이하, 30 시간 이하, 28 시간 이하, 26 시간 이하, 24 시간 이하, 22 시간 이하, 20 시간 이하, 18 시간 이하, 16 시간 이하, 14 시간 이하, 12 시간 이하, 10 시간 이하, 8 시간 이하 또는 6 시간 이하 동안의 신호 증폭일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 증폭 시간이 1 시간 또는 4 시간일 때보다 12 시간 이상일 때 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였으며(실시예 3-4 및 도 6d), 신호 증폭 시간의 상한은 제한되지 않으나, 통상적인 신호 증폭 과정(workflow)에 따라 48 시간 이하로 신호 증폭을 할 수 있다.The signal amplification may be a signal amplification of 4 hours or more, and specifically, signal amplification for 4 to 48 hours, more specifically 4 hours or more, 8 hours or more, 10 hours or more, 12 hours or more, 14 hours or more, 16 hours or more, 18 hours or more, 20 hours or more, 22 hours or more, 24 hours or more, 26 hours or more, 28 hours or more, 30 hours or more, 32 hours or more, 34 hours or more, 36 hours or more, 38 hours or more, 40 hours Signal amplification for more than, 42 hours or more, 44 hours or more, or 46 hours or more, and 48 hours or less, 46 hours or less, 44 hours or less, 42 hours or less, 40 hours or less, 38 hours or less, 36 hours or less, 34 Hours or less, 32 hours or less, 30 hours or less, 28 hours or less, 26 hours or less, 24 hours or less, 22 hours or less, 20 hours or less, 18 hours or less, 16 hours or less, 14 hours or less, 12 hours or less, 10 hours or less , Signal amplification for 8 hours or less or 6 hours or less, but is not limited thereto. According to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the amplification and detection efficiency is the best when the signal amplification time is 12 hours or more than when the signal amplification time is 1 or 4 hours (Example 3-4 and Fig. 6D). The upper limit is not limited, but a signal amplification can be performed in 48 hours or less according to a typical signal amplification process.

다른 측면에서, 본 발명은 프레폴리머(pre-polymer) 및 표적 핵산의 프로브를 포함하는 표적 핵산 검출 구조체 형성 용액을 제조하는 단계; 및 상기 구조체 형성 용액을 3차원 구조체 형태로 토출하고, 이를 경화시켜 상기 표적 핵산 검출 구조체를 제조하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 키트 제조 방법을 제공한다. 상기 프레폴리머, 프로브, 표적 핵산 검출 키트에 대한 설명은 상술한 바와 같다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing a solution for forming a target nucleic acid detection construct comprising a pre-polymer and a probe of the target nucleic acid; And discharging the structure-forming solution in the form of a three-dimensional structure, and curing the structure to prepare the target nucleic acid detection structure. The description of the prepolymer, probe, and target nucleic acid detection kit is as described above.

또 다른 측면에서, 본 발명은 표적 핵산 다중 검출 키트로서, 표적 핵산 검출 장치 및 신호 증폭 제제를 포함하고, 상기 표적 핵산 검출 장치는 다공성 하이드로젤 미세입자 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe)를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체; 및 상기 표적 핵산 검출 구조체가 배열되는 반응 칩(chip);을 포함하고, 상기 신호 증폭 제제는 상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및 3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하고, 상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열 또는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열에 상보적인 서열을 포함하는, 표적 핵산 다중 검출 키트를 제공한다. 상기 다공성 하이드로젤 미세입자, 표적 핵산, 프로브, 표적 핵산 검출 구조체, 신호 증폭 제제, 증폭 개시제, 헤어핀 어댑터, 태그에 대한 설명은 상술한 바와 같다.In another aspect, the present invention is a target nucleic acid multiple detection kit, comprising a target nucleic acid detection device and a signal amplification agent, the target nucleic acid detection device is a porous hydrogel microparticles and a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles One or more target nucleic acid detection constructs comprising a probe of; And a reaction chip in which the target nucleic acid detection structure is arranged, wherein the signal amplification agent includes an amplification initiator which is an oligonucleotide connected to the 3'end of the target nucleic acid; And a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'end, wherein the hairpin adapter includes a nucleotide sequence of the amplification initiator or a nucleotide sequence of another hairpin adapter It provides a target nucleic acid multiple detection kit comprising a sequence complementary to. Descriptions of the porous hydrogel microparticles, target nucleic acid, probe, target nucleic acid detection structure, signal amplification agent, amplification initiator, hairpin adapter, and tag are as described above.

상기 표적 핵산 다중 검출 키트는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체는 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체일 수 있다.The target nucleic acid multiple detection kit may include one or more target nucleic acid detection constructs. The one or more target nucleic acid detection constructs may be one or more target nucleic acid detection constructs each including probes for different target nucleic acids.

상기 표적 핵산 다중 검출 키트는 신호 증폭 제제를 포함할 수 있다. 상기 신호 증폭 제제에 포함된 상기 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터의 종류는 표적 핵산의 종류 또는 표적 핵산 검출 구조체의 종류보다 적은 것일 수 있다. 또는, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 포함된 증폭 개시제 또는 헤어핀 어댑터의 염기서열 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또는, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 포함된 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체가 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함할 때, 상기 키트의 신호 증폭 제제로 포함된 증폭 개시제 또는 헤어핀 어댑터의 종류는 표적 핵산의 종류 또는 표적 핵산에 대한 프로브의 종류의 수와 동일하거나 더 적을 수 있다. 구체적으로, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 포함된 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체가 포함하는 프로브의 염기서열이 서로 다르더라도, 또는 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체가 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함하더라도, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 포함되는 증폭 개시제 또는 헤어핀 어댑터의 염기서열은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 만일 상기 표적 핵산 다중 검출 키트에 포함된 5종의 표적 핵산 검출 구조체가 각각 5종의 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함하는 경우, 각 표적 핵산 검출 구조체에 포함된 증폭 개시제 또는 헤어핀 어댑터의 염기서열은 1 내지 4종일 수 있고, 또는 증폭 개시제의 염기서열은 1종이고, 복수의 헤어핀 어댑터는 2종의 염기서열을 가질 수 있다.The target nucleic acid multiple detection kit may include a signal amplification agent. The types of the amplification initiator and the hairpin adapter included in the signal amplification agent may be less than the type of the target nucleic acid or the type of the target nucleic acid detection construct. Alternatively, each of the base sequences of the amplification initiator or hairpin adapter included in the target nucleic acid multiple detection kit may be the same or different from each other. Alternatively, when the one or more target nucleic acid detection constructs included in the target nucleic acid multiple detection kit each include probes for different target nucleic acids, the type of amplification initiator or hairpin adapter included as a signal amplification agent of the kit is a target It may be equal to or less than the number of types of nucleic acids or types of probes for target nucleic acids. Specifically, even if the nucleotide sequences of probes included in the one or more target nucleic acid detection constructs included in the target nucleic acid multiple detection kit are different from each other, or the one or more target nucleic acid detection constructs of the target nucleic acid multiple detection kit are in different target nucleic acids. Even if each probe for the target nucleic acid is included, the base sequences of the amplification initiator or hairpin adapter included in the target nucleic acid multiple detection kit may be the same or different from each other. More specifically, if the five target nucleic acid detection constructs included in the target nucleic acid multiplex detection kit each include probes for five different target nucleic acids, an amplification initiator included in each target nucleic acid detection construct Alternatively, the base sequence of the hairpin adapter may be 1 to 4 types, or the base sequence of the amplification initiator may be 1 type, and the plurality of hairpin adapters may have 2 types of base sequence.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 4종의 서로 다른 표적 핵산에 대한 4종의 프로브를 각각 포함하는 4종의 표적 핵산 검출 구조체가 반응 칩 내에 각각 배열된 표적 핵산 검출 키트는, 상기 키트의 신호 증폭 제제는 1종의 증폭 개시제, 및 2종의 헤어핀 어댑터를 포함할 수 있다. 이러한 표적 핵산 검출 키트를 이용하여 다중 핵산 검출 수행 시, 각각의 표적 핵산 검출 구조체가 특정된 위치에 따라 표적 핵산의 검출 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 프로브의 종류 및 표적 핵산의 종류에 관계없이 단일 종류의 증폭 개시제 및 단일 종류의 헤어핀 어댑터를 이용할 수 있으므로 보다 시간 및 비용 효율적으로 다중 핵산 검출이 가능함을 확인하였다(실시예 2, 및 도 5b 및 도 5c).According to an embodiment of the present invention, a target nucleic acid detection kit in which 4 types of target nucleic acid detection constructs each including 4 types of probes for 4 types of different target nucleic acids are arranged in a reaction chip, wherein the signal of the kit The amplification agent may comprise one type of amplification initiator, and two types of hairpin adapters. When performing multiple nucleic acid detection using such a target nucleic acid detection kit, it is possible to determine whether or not a target nucleic acid is detected according to a specific position of each target nucleic acid detection construct. Therefore, it was confirmed that a single type of amplification initiator and a single type of hairpin adapter can be used regardless of the type of probe and the type of target nucleic acid, so that multiple nucleic acids can be detected more timely and cost-effectively (Example 2 and Fig. 5B. And Figure 5c).

상기 표적 핵산 검출 키트는 상기 표적 핵산 검출 구조체; 및 표적 핵산의 종류에 따라 상기 표적 핵산 검출 구조체가 반응 칩의 다른 영역에 각각 위치한 표적 핵산 검출 장치를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 표적 핵산 다중 검출 키트는 2 이상의 표적 핵산을 동시에 검출할 수 있는데, 이러한 다중 검출은 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 반응 칩 내에 각각 다른 영역에 위치하도록 하여 검출하는 것일 수 있다.The target nucleic acid detection kit includes the target nucleic acid detection construct; And a target nucleic acid detection device in which the target nucleic acid detection construct is positioned in different regions of the reaction chip according to the type of target nucleic acid. Specifically, the target nucleic acid multiple detection kit can simultaneously detect two or more target nucleic acids. In this multiple detection, one or more target nucleic acid detection constructs each including probes for different target nucleic acids are applied to different regions in the reaction chip. It may be detected by positioning.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브가 공극 내부에 각각 고정된 다공성 하이드로젤 미세입자들을 검출 장치 내 특정 영역에 특정시킴으로써, 표적 핵산에 대한 프로브를 포함하는 다공성 하이드로젤 미세입자가 위치한 특정 영역에서만 형광이 검출되어 표적 핵산의 존재 여부를 확인할 수 있는바, 여러 종류의 핵산이 혼재되어 있더라도 본 발명의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하면 동시에 다중 핵산 검출이 가능함을 확인하였다(실시예 2 및 도 5c).According to an embodiment of the present invention, by specifying porous hydrogel microparticles in which probes for different target nucleic acids are fixed in the pores, respectively, to a specific region in the detection device, porous hydrogel microparticles including probes for target nucleic acids Fluorescence is detected only in a specific region where the particle is located, so that the presence or absence of the target nucleic acid can be confirmed.It was confirmed that even if several types of nucleic acids are mixed, multiple nucleic acids can be detected simultaneously by using the target nucleic acid multiple detection kit of the present invention ( Example 2 and Fig. 5c).

또 다른 측면에서, 본 발명은 프레폴리머(pre-polymer) 및 표적 핵산의 프로브를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 형성 용액을 제조하는 단계; 상기 구조체 형성 용액을 3차원 구조체 형태로 토출하고, 이를 경화시켜 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 제조하는 단계; 및 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 각각을 반응 칩(chip)의 서로 다른 영역에 배열하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 다중 검출 키트 제조 방법을 제공한다. 상기 프레폴리머, 표적 핵산, 프로브, 표적 핵산 검출 구조체, 반응 칩, 표적 핵산 다중 검출 키트에 관한 설명은 상술한 바와 같다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing a solution for forming at least one target nucleic acid detection construct comprising a pre-polymer and a probe of the target nucleic acid; Discharging the structure-forming solution in the form of a three-dimensional structure and curing the structure to prepare the one or more target nucleic acid detection structures; And arranging each of the one or more target nucleic acid detection constructs in different regions of a reaction chip. The description of the prepolymer, target nucleic acid, probe, target nucleic acid detection construct, reaction chip, and target nucleic acid multiple detection kit is as described above.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 포함하는 표적 핵산 검출 장치에 하나 이상의 표적 핵산을 포함하는 용액을 주입하는 단계; 상기 표적 핵산을 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction)시켜 신호를 증폭하는 단계; 및 상기 표적 핵산 검출 장치에 형광염료를 주입하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 방법을 제공한다. 상기 표적 핵산 다중 검출 키트, 표적 핵산 검출 구조체, 표적 핵산 검출 장치, 형광염료 및 표적 핵산 검출에 대한 설명은 상술한 바와 같다.In another aspect, the present invention provides a method comprising: injecting a solution containing at least one target nucleic acid into a target nucleic acid detection device including the at least one target nucleic acid detection construct of the target nucleic acid multiple detection kit; Amplifying a signal by hybridization chain reaction with the target nucleic acid; And injecting a fluorescent dye into the target nucleic acid detection device. The description of the target nucleic acid multiple detection kit, the target nucleic acid detection construct, the target nucleic acid detection device, the fluorescent dye, and the target nucleic acid detection are as described above.

상기 혼성 연쇄 반응 단계는 1 내지 1000 mM의 인산나트륨(sodium phosphate) 버퍼를 첨가하여 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 혼성 연쇄 반응 단계에서 1 내지 1000 mM의 인산나트륨 버퍼를 첨가하는 것일 수 있으며, 상기 인산나트륨 버퍼의 농도는 1 내지 1000 mM일 수 있고, 보다 구체적으로 1 mM 이상, 10 mM 이상, 50 mM 이상, 100 mM 이상, 200 mM 이상, 300 mM 이상, 400 mM 이상, 500 mM 이상, 600 mM 이상, 700 mM 이상, 800 mM 이상 또는 900 mM 이상일 수 있고, 1000 mM 이하, 900 mM 이하, 800 mM 이하, 700 mM 이하, 600 mM 이하, 500 mM 이하, 400 mM 이하, 300 mM 이하, 200 mM 이하, 100 mM 이하, 50 mM 이하 또는 10 mM 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표적 핵산 검출 반응 중 신호 증폭 단계에서 5X SSC(saline-sodium citrate) 버퍼 또는 PerfectHybTM Plus Hybridization 버퍼를 사용하였을 때보다 100 mM 인산나트륨 버퍼를 사용하였을 때 신호 증폭 계수(HCR factor)가 약 2 내지 4배 정도 증가하여 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였다(실시예 3-1 및 도 6a).The hybrid chain reaction step may be performed by adding 1 to 1000 mM sodium phosphate buffer. Specifically, it may be to add 1 to 1000 mM sodium phosphate buffer in the hybrid chain reaction step, the concentration of the sodium phosphate buffer may be 1 to 1000 mM, more specifically 1 mM or more, 10 mM or more, 50 mM or more, 100 mM or more, 200 mM or more, 300 mM or more, 400 mM or more, 500 mM or more, 600 mM or more, 700 mM or more, 800 mM or more, or 900 mM or more, and 1000 mM or less, 900 mM or more, 800 mM or less, 700 mM or less, 600 mM or less, 500 mM or less, 400 mM or less, 300 mM or less, 200 mM or less, 100 mM or less, 50 mM or less, or 10 mM or less, but is not limited thereto. According to an embodiment of the present invention, 5X saline-sodium citrate (SSC) buffer or PerfectHyb TM in the signal amplification step during target nucleic acid detection reaction When using the 100 mM sodium phosphate buffer than when using the Plus Hybridization buffer, the signal amplification factor (HCR factor) increased by about 2 to 4 times, confirming that the amplification and detection efficiency was the best (Example 3-1 and Fig. 6a).

상기 검출 방법은 혼성 연쇄 반응 단계 이후 상기 표적 핵산 검출 장치의 표적 핵산 검출 구조체를 세정하는(rinse) 과정을 포함하고, 상기 세정 과정에서 볼텍스(vortex)를 수행하지 않는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 증폭 후 상기 표적 핵산 검출 키트 또는 표적 핵산 다중 검출 키트의 다공성 하이드로젤 미세입자를 세정하는 과정에서 볼텍스를 하지 않고 검출 반응 수행하였을 때가 볼텍스를 하였을 때에 비해 신호 증폭 계수(HCR factor)가 약 2.5배 이상 증가하여 증폭 및 검출 효율이 더 우수함을 확인하였다(실시예 3-2 및 도 6b).The detection method may include a process of rinsing the target nucleic acid detection structure of the target nucleic acid detection device after the hybrid chain reaction step, and may not perform a vortex during the cleaning process. According to an embodiment of the present invention, when the detection reaction is performed without vortexing in the process of washing the porous hydrogel microparticles of the target nucleic acid detection kit or the target nucleic acid multiple detection kit after the signal amplification, the signal is compared with the vortex. The amplification factor (HCR factor) increased by about 2.5 times or more, confirming that the amplification and detection efficiency was more excellent (Example 3-2 and FIG. 6B).

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 아래 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 그에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are provided for illustrative purposes only to aid understanding of the present invention, and the scope and scope of the present invention are not limited thereto.

[ [ 실시예Example 1] 표적 핵산 검출 구조체, 및 이를 포함하는 표적 핵산 검출 1] Target nucleic acid detection construct, and target nucleic acid detection comprising the same 키트Kit 및 표적 핵산 다중 검출 And target nucleic acid multiple detection 키트Kit 제조 Produce

(1) 반응용액 제조(1) Preparation of reaction solution

다공성 하이드로겔 미세입자를 제조하기 위해, 먼저, PEG700 DA (평균 분자량 700, sigma-aldrich, SKU 455008) 20% v/v, PEG600 (평균 분자량 600, sigma-aldrich, SKU 87333) 40% v/v, 3X TE (100X 농축된 Tris-EDTA buffer solution (Sigma-aldrich, SKU T9285)) 35% v/v 및 광개시제 (Ciba Darocur 1173, CAS No. 7473-98-5) 5% v/v를 혼합하여 하이드로젤 전구체를 제조하였다. 상기 혼합된 하이드로젤 전구체를 이용하여 하기와 같은 반응 용액을 만들었다. 하기에서 형광 코드용이란 표적 핵산 검출 장치의 형광 코드 영역에 배치되는 하이드로젤 전구체이고, 블랭크용이란 표적 핵산 검출 장치의 블랭크(Blank) 영역에 배치되는 하이드로젤 전구체이며, 표적 핵산 검출용이란 표적 핵산 검출 장치의 표적 핵산 검출 영역에 배치되는 하이드로젤 전구체를 의미한다. 또한, 하기 표적 핵산 검출용 반응 용액은 4종의 프로브를 각각 포함하도록 4종의 반응 용액을 각각 제조하였다.To prepare porous hydrogel microparticles, first, PEG700 DA (average molecular weight 700, sigma-aldrich, SKU 455008) 20% v/v, PEG600 (average molecular weight 600, sigma-aldrich, SKU 87333) 40% v/v , 3X TE (100X concentrated Tris-EDTA buffer solution (Sigma-aldrich, SKU T9285)) 35% v/v and photoinitiator (Ciba Darocur 1173, CAS No. 7473-98-5) 5% v/v A hydrogel precursor was prepared. Using the mixed hydrogel precursor, a reaction solution was prepared as follows. In the following, the fluorescent code is a hydrogel precursor disposed in the fluorescent code region of the target nucleic acid detection device, the blank is a hydrogel precursor disposed in the blank region of the target nucleic acid detection device, and the target nucleic acid detection is a target nucleic acid. It refers to a hydrogel precursor disposed in a target nucleic acid detection region of a detection device. In addition, the following reaction solutions for detecting a target nucleic acid were prepared for each of four reaction solutions to include four types of probes.

- 형광 코드용: 하이드로젤 전구체와 아크릴레이트(acrylate)가 처리된 0.1~1 mg/mL 농도의 로다민 B(Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B, Polysciences Inc., CAS No. 669775-30-8)를 9 : 1로 혼합-For fluorescent code: Hydrogel precursor and acrylate treated with 0.1~1 mg/mL of rhodamine B (Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B, Polysciences Inc., CAS No. 669775-30-8) 9: Mixed into 1

- 블랭크용: 하이드로젤 전구체와 1X TE를 9 : 1로 혼합-For blank: Mixing hydrogel precursor and 1X TE at 9: 1

- 표적 핵산 검출용: 하이드로젤 전구체와 아크릴레이트(acrylate)가 처리된 1 mM 농도의 프로브(probe)(Integrated Device Technology, Inc.) 각각을 9 : 1로 혼합-For detection of target nucleic acid: A hydrogel precursor and an acrylate-treated 1 mM probe (Integrated Device Technology, Inc.) are mixed in a ratio of 9: 1

상기 표적 핵산 검출용 반응 용액 제조과정에서 사용된 프로브의 서열은 다음과 같으며, 하기에서 Acryd는 아크릴기, GATATATTTTA는 증폭 개시제(initiator)에 상보적인 염기서열, ACCCCTATCACGATTAGCATTAA는 표적 핵산에 상보적인 염기서열, InvdT는 분해나 연장을 막기 위한 역(inverted) dT이다.The sequence of the probe used in the process of preparing the reaction solution for detecting the target nucleic acid is as follows, where Acryd is an acrylic group, GATATATTTTA is a base sequence complementary to an amplification initiator, and ACCCCTATCACGATTAGCATTAA is a base sequence complementary to the target nucleic acid. , InvdT is an inverted dT to prevent decomposition or extension.

표적 핵산의 염기서열Base sequence of target nucleic acid

- 표적 핵산인 miR-124-5p의 염기서열: 5'-CGUGUUCACAGCGGACCUUGAU-3' (서열번호 1)-Base sequence of target nucleic acid miR-124-5p: 5'-CGUGUUCACAGCGGACCUUGAU-3' (SEQ ID NO: 1)

- 표적 핵산인 miR-132-5p의 염기서열: 5'-ACCGUGGCUUUCGAUUGUUACU-3' (서열번호 2)-Base sequence of target nucleic acid miR-132-5p: 5'-ACCGUGGCUUUCGAUUGUUACU-3' (SEQ ID NO: 2)

- 표적 핵산인 miR-146a-5p의 염기서열: 5'-UGAGAACUGAAUUCCAUGGGUU-3' (서열번호 3)-Base sequence of target nucleic acid miR-146a-5p: 5'-UGAGAACUGAAUUCCAUGGGUU-3' (SEQ ID NO: 3)

- 표적 핵산인 miR-155-5p의 염기서열: 5'-UUAAUGCUAAUCGUGAUAGGGGU-3' (서열번호 4)-Base sequence of target nucleic acid miR-155-5p: 5'-UUAAUGCUAAUCGUGAUAGGGGU-3' (SEQ ID NO: 4)

프로브의 염기서열 (Integrated Device Technology, Inc.) The base sequence of the probe (Integrated Device Technology, Inc.)

- 표적 핵산(miR-124-5p) 검출용 프로브 1: 5'-Acryd-GATATATTTTAACCCCTATCACGATTAGCATTAA-3'-InvdT (서열번호 5)-Target nucleic acid (miR-124-5p) detection probe 1: 5'-Acryd-GATATATTTTAACCCCTATCACGATTAGCATTAA-3'-InvdT (SEQ ID NO: 5)

- 표적 핵산(miR-132-5p) 검출용 프로브 2: 5'-Acryd-GATATATTTTAAGTAACAATCGAAAGCCACGGT-3'-InvdT (서열번호 6)-Target nucleic acid (miR-132-5p) detection probe 2: 5'-Acryd-GATATATTTTAAGTAACAATCGAAAGCCACGGT-3'-InvdT (SEQ ID NO: 6)

- 표적 핵산(miR-146a-5p) 검출용 프로브 3: 5'-Acryd-GATATATTTTAAACCCATGGAATTCAGTTCTCA-3'-InvdT (서열번호 7)-Target nucleic acid (miR-146a-5p) detection probe 3: 5'-Acryd-GATATATTTTAAACCCATGGAATTCAGTTCTCA-3'-InvdT (SEQ ID NO: 7)

- 표적 핵산(miR-155-5p) 검출용 프로브 4: 5'-Acryd-GATATATTTTAACCCCTATCACGATTAGCATTAA-3'-InvdT (서열번호 8)-Target nucleic acid (miR-155-5p) detection probe 4: 5'-Acryd-GATATATTTTAACCCCTATCACGATTAGCATTAA-3'-InvdT (SEQ ID NO: 8)

(2) 다공성 (2) porosity 하이드로젤Hydrogel 미세입자 및 이를 포함하는 표적 핵산 검출 장치 제조 Manufacture of microparticles and target nucleic acid detection device including the same

1) 상기 반응 용액들을 형광 코드용, 블랭크용, 표적 핵산 검출용 1 내지 4 각각, 및 블랭크용 순으로 미세유체칩 내의 각각의 주입구(inlet)에 주입하였다. 이 때, 상기 미세유체 칩은 약 50 um 높이의 SU-8 감광액(photoresist)을 웨이퍼(wafer) 위에 세운 도 2의 구조를 갖는 몰드(mold)를 이용하여, PDMS(Polydimethylsiloxane)로 소프트 리소그래피(soft lithography) 방법으로 제조한 것이다.1) The reaction solutions were injected into respective inlets in the microfluidic chip in the order of fluorescence code, blank, target nucleic acid detection 1 to 4, and blank. In this case, the microfluidic chip was formed by using a mold having the structure of FIG. 2 in which an SU-8 photoresist having a height of about 50 um was placed on a wafer, and soft lithography was performed using polydimethylsiloxane (PDMS). It was manufactured by lithography) method.

2) 상기 반응 용액 각각을 미세유체칩 내부로 흘려주면 각각의 독립된 층류가 형성되는데, 이 때 1 초 미만의 시간동안 압력 공급을 멈춰 반응 용액을 흐르지 않게 하고, 상기 형성된 층류가 깨지기 전 1 초 내에 원하는 모양(예를 들어, 도 3a의 점선과 같은 사각형)의 포토마스크(photomask)를 지나는 80 mJ/cm2 세기의 자외선을 노출시켜 그 모양대로 하이드로젤을 경화시켜 상기 주입된 각 반응 용액 종류에 따라 총 6종의 하이드로젤 미세입자를 생성하였다.2) When each of the reaction solutions is poured into the microfluidic chip, independent laminar flows are formed.At this time, pressure supply is stopped for less than 1 second to prevent the reaction solution from flowing, and within 1 second before the formed laminar flow is broken. By exposing the UV rays of 80 mJ/cm 2 intensity passing through a photomask of a desired shape (for example, a square such as a dotted line in Fig. 3A), the hydrogel is cured according to the shape, and the injected reaction solution Accordingly, a total of 6 types of hydrogel microparticles were produced.

3) 그 후 상기 생성된 6종 각각의 미세입자가 있는 미세유체칩에 다시 미세입자 종류에 따라 각각을 제조 시 사용한 반응 용액을 흘려주어 6종의 미세입자를 수집(collect)하고 다시 상기 2)의 과정을 반복하였다.3) After that, the resulting microfluidic chip with each of the 6 kinds of microparticles is again poured into the microfluidic chip according to the kind of microparticles, and the reaction solution used for manufacturing each is flowed to collect the six kinds of microparticles, and the above 2) The process of was repeated.

4) 그리고, 상기 과정 반복 후 수집(collect)된 6종의 미세입자를 1X TET 버퍼(1X TE 버퍼와 0.05% Tween 20이 혼합된 버퍼(CAS No. 9005-64-5))로 상기 2)에서 생성된 경화된 하이드로젤 미세입자, 및 경화되지 않은 반응 용액들이 섞여있는 용액을 10배 희석시킨 후, 2500 rpm으로 10초간 볼텍스(vortexing)시키고, 6000 rpm으로 2분 30초 동안 원심분리를 한 다음, 앞서 넣어준 1X TET 버퍼의 양 만큼 위쪽 버퍼만 천천히 파이펫으로 따라내어 버리는 순서로 세정하는(rinsing) 과정을 수행하였으며, 상기 세정하는 과정을 3회 반복하여 하이드로젤 미세입자를 제조하였다.4) And, the 6 kinds of microparticles collected after repeating the above process are transferred to 1X TET buffer (a buffer in which 1X TE buffer and 0.05% Tween 20 are mixed (CAS No. 9005-64-5)) above 2) After diluting the solution containing the cured hydrogel microparticles and the uncured reaction solutions produced in 10 times, vortexing at 2500 rpm for 10 seconds, and centrifuging at 6000 rpm for 2 minutes 30 seconds. Next, a process of rinsing was performed in the order of slowly pouring out only the upper buffer as much as the amount of 1X TET buffer put in before with a pipette, and the washing process was repeated three times to prepare hydrogel microparticles.

5) 그 후 상기 제조된 하이드로젤 미세입자를 상기 1X TET 용액에 담아 냉장 보관하였다.5) After that, the prepared hydrogel microparticles were put in the 1X TET solution and stored in a refrigerator.

상기 1) 내지 5)의 과정을 통해 형광 코드용, 블랭크용, 표적 핵산 검출용 1 내지 4 각각, 및 블랭크용의 총 6종의 하이드로젤 미세입자 및 이들이 반응 칩 내에 각 종류별로 구회된 표적 핵산 다중 키트에 포함된 표적 핵산 검출 장치를 제조하였다. 특히, 특정 표적에 대한 반응 영역을 반응 칩에 특정하였으며, 도 3b 및 도 5는 상기 표적 핵산 검출 장치를 도시한 것이다.A total of 6 types of hydrogel microparticles for fluorescent codes, blanks, 1 to 4 for detection of target nucleic acids, and blanks through the processes of 1) to 5) above, and target nucleic acids in which these particles are circulated for each type in the reaction chip A target nucleic acid detection device included in multiple kits was prepared. In particular, a reaction region for a specific target was specified on the reaction chip, and FIGS. 3B and 5 illustrate the target nucleic acid detection apparatus.

[[ 실시예Example 2] 동시 다중 핵산 검출 확인 및 신호 증폭 여부에 따른 검출 효과 비교 2] Confirmation of simultaneous detection of multiple nucleic acids and comparison of detection effects according to signal amplification

상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 동시 다중 검출이 가능한지를 확인하고 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor)를 이용한 신호 증폭 여부에 따른 검출 효과를 비교하기 위해 서로 다른 두 miRNA 합성 표적을 검출하는 실험을 수행하였다.Two different miRNA synthesis targets were detected in order to check whether simultaneous multiple detection is possible using the target nucleic acid multiple detection kit of Example 1 and to compare the detection effect according to whether or not signal amplification using a hairpin adapter The experiment was carried out.

구체적으로, 표적 핵산은 상기 실시예 1의 miR-132-5p 및 miR-155-5p로서 염기서열은 각각 서열번호 2 및 4와 같으며, 상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트에서 표적 핵산 검출용 반응 용액에 포함된 프로브는 miR-124-5p, miR-132-5p, miR-146a-5p 및 miR-155-5p 각각을 표적으로 하는 프로브로서, 각각의 염기서열은 실시예 1과 같다.Specifically, the target nucleic acid is miR-132-5p and miR-155-5p of Example 1, and the base sequences are the same as SEQ ID NOs: 2 and 4, respectively, and target nucleic acid detection in the target nucleic acid multiplex detection kit of Example 1 The probes included in the solution reaction solution are probes targeting each of miR-124-5p, miR-132-5p, miR-146a-5p, and miR-155-5p, and each nucleotide sequence is the same as in Example 1.

(1) 헤어핀 어댑터 준비(1) hairpin adapter preparation

표적 핵산 검출을 위해, 먼저 표적 핵산 용액으로 100 amol의 miR-132-5p를 희석하여 0.02 nM 농도의 miR-132-5p 용액 5 uL, 및 100 amol의 miR-155-5p를 희석하여 0.02 nM 농도의 miR-155-5p 용액 5 uL 각각을 95 ℃에 5분간 가열 후 상온에 5분 식혀 준비하고, 헤어핀 어댑터로 하기와 같은 염기서열을 가진 각각 6 uM 의 비오틴 처리된 헤어핀 어댑터 1 및 2(각각 2 uL씩) 95 ℃에 90초간 가열 후 상온에 30분 식혀 준비하였다(snap cooling).For target nucleic acid detection, first dilute 100 amol of miR-132-5p with the target nucleic acid solution, then dilute 5 uL of the miR-132-5p solution at a concentration of 0.02 nM, and 100 amol of miR-155-5p to the 0.02 nM concentration. 5 uL of miR-155-5p solution was heated at 95° C. for 5 minutes, then cooled at room temperature for 5 minutes, and prepared with 6 uM biotin-treated hairpin adapters 1 and 2 (respectively) with the following nucleotide sequence as a hairpin adapter. 2 uL each) was prepared by heating at 95° C. for 90 seconds and cooling at room temperature for 30 minutes (snap cooling).

비오틴 처리된 헤어핀 어댑터 1 및 2Biotinized hairpin adapters 1 and 2

- 헤어핀 어댑터 1: 5'-Biosg-GGC GGT TTA CTG GAT GAT TGA TGA GGA TTT ACG AGG AGC TCA GTC CAT CCT CGT AAA TCC TCA TCA-3'(서열번호 9)-Hairpin adapter 1: 5'-Biosg-GGC GGT TTA CTG GAT GAT TGA TGA GGA TTT ACG AGG AGC TCA GTC CAT CCT CGT AAA TCC TCA TCA-3' (SEQ ID NO: 9)

- 헤어핀 어댑터 2: 5'-CCC CCC CCC CCC CCT CGT AAA TCC TCA TCA ATC ATC CAG TAA ACC GCC GAT GAT TGA TGA GGA TTT ACG AGG ATG GAC TGA GCT-bio-3' (서열번호 10)-Hairpin adapter 2: 5'-CCC CCC CCC CCC CCT CGT AAA TCC TCA TCA ATC ATC CAG TAA ACC GCC GAT GAT TGA TGA GGA TTT ACG AGG ATG GAC TGA GCT-bio-3' (SEQ ID NO: 10)

(2) 혼성 연쇄 반응((2) hybrid chain reaction ( HCRHCR ))

그런 다음, 상기 2종의 5 uL의 표적 핵산 용액 각각에 30 uL의 583 mM NaCl buffer 및 10 uL의 상기 실시예 1의 4종의 표적 핵산 검출용 하이드로젤 미세입자 (assay particle)(표적 핵산이 각각 miR-124-5p, miR-132-5p, miR-146a-5p 및 miR-155-5p인 표적 핵산 검출용 하이드로젤 미세입자 4종) 각각을 약 50 Unit을 넣어 총 50 uL이 되게 하였다.Then, in each of the two 5 uL target nucleic acid solutions, 30 uL of 583 mM NaCl buffer and 10 uL of the four types of target nucleic acid detection hydrogel microparticles of Example 1 (target nucleic acid is Each of the 4 types of hydrogel microparticles for detection of target nucleic acids, miR-124-5p, miR-132-5p, miR-146a-5p, and miR-155-5p) was added to each of about 50 units to make a total of 50 uL.

그 후, 55 ℃, 1500 RPM, 90 분 조건으로 인큐베이션(incubation)을 진행하고, 50 mM NaCl in 1X TET buffer로 3회 세정하였다. 상기 세정은 10초간 볼텍스(vortex), 2.5 분간 원심분리(centrifuge) 후 상등액(upper solution)을 조심스럽게 따라 버리는 과정을 포함한다. 그리고 나서, 7.50 uL의 여분(left over)의 샘플에 245 uL의 Ligation master mix를 넣어주는데, 상기 Ligation master mix는 총 1000 uL 기준으로, 100 μl(v/v)의 10x NE buffer, 891.1 μl (v/v)의 1x TET, 2.5 μl의 ATP (100uM), 2.4 μl의 T4 DNA ligase (400,000 units/mL) 및 4 μl의 10 μM 증폭 개시제를 포함하여, 상기 증폭 개시제의 염기서열은 하기와 같다.Thereafter, incubation was performed under conditions of 55° C., 1500 RPM, and 90 minutes, and washed three times with 50 mM NaCl in 1X TET buffer. The washing includes a vortex for 10 seconds, centrifuge for 2.5 minutes, and then carefully pouring away the supernatant. Then, add 245 uL of Ligation master mix to 7.50 uL of left over sample, the Ligation master mix based on a total of 1000 uL, 100 μl (v/v) of 10x NE buffer, 891.1 μl ( v/v) of 1x TET, 2.5 μl of ATP (100uM), 2.4 μl of T4 DNA ligase (400,000 units/mL), and 4 μl of 10 μM amplification initiator, the base sequence of the amplification initiator is as follows. .

증폭 Amplification 개시제Initiator

- 증폭 개시제: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA ACC TCG TAA ATC CTC ATC AAT CAT CCA GTA AAC CGC C-3'(서열번호 11)-Amplification initiator: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA ACC TCG TAA ATC CTC ATC AAT CAT CCA GTA AAC CGC C-3' (SEQ ID NO: 11)

그 후, 21.5 ℃, 1500 RPM, 30 min 조건으로 ligation을 진행하고, 100mM Phosphate buffer (pH 8.0) 로 3회 세정(10초간 볼텍스, 2.5 분간 원심분리 후 상등액을 조심스럽게 따라 버림)하고, 총 50 uL의 샘플에 상기 준비한 헤어핀 어댑터 1 및 2를 각각 1 uL씩 넣었다. 그런 다음 상온, 1000 RPM, 하룻밤(12 내지 16 시간)의 조건으로 혼성 연쇄 반응(HCR)을 수행하였다.Thereafter, ligation was performed under the conditions of 21.5°C, 1500 RPM, 30 min, washed 3 times with 100mM Phosphate buffer (pH 8.0) (vortex for 10 seconds, centrifuged for 2.5 minutes and then carefully poured out the supernatant), and a total of 50 1 uL of each of the prepared hairpin adapters 1 and 2 was added to the uL sample. Then, a hybrid chain reaction (HCR) was performed under the conditions of room temperature, 1000 RPM, and overnight (12 to 16 hours).

(3) 혼성 연쇄 반응((3) hybrid chain reaction ( HCRHCR ) 후 세정) After washing

그리고 나서, 50mM NaCl in 1X TET buffer로 3회 세정하는데, 이 때는 볼텍스 2.5 분간 원심분리 후 상등액을 조심스럽게 따라 버린 후 피페팅하였다. 그 후, 5.5 uL의 SA-PE (0.1 mg/mL)를 넣은 후 21.5 ℃, 1000 RPM, 30 min 조건으로 반응시키고, 세정(볼텍스 2.5 분간 원심분리 후 상등액을 조심스럽게 따라 버린 후 피페팅)한 다음, 형광 이미징을 수행하였다. Then, washed three times with 50mM NaCl in 1X TET buffer, in which case, after centrifugation for 2.5 minutes with vortex, the supernatant was carefully poured out and pipetted. Thereafter, 5.5 uL of SA-PE (0.1 mg/mL) was added, reacted under conditions of 21.5° C., 1000 RPM, and 30 min, and washed (centrifuged for 2.5 minutes by vortex and carefully poured out the supernatant and then pipetted). Next, fluorescence imaging was performed.

이 때, 대조군으로 다공성 미세입자의 공극 내부에 상기 miR-124 표적 프로브, miR-132 표적 프로브, miR-146a 표적 프로브 및 miR-155 표적 프로브 각각이 고정된 4종의 하이드로젤 미세입자가 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고정된 표적 핵산 검출 장치를 포함하는 키트를 사용하였으며, 대조군의 검출 반응 수행 시 증폭 개시제를 첨가하지 않고 증폭 개시제와 같은 방법으로 프로브에 결합하는 비오틴 처리된 어댑터만을 첨가하였다. 이 경우 표적 핵산이 결합된 프로브와 형광염료가 1:1로 결합하여 고정된다. 상기 비오틴 처리된 어댑터의 염기서열은 하기와 같다.At this time, as a control, the miR-124 target probe, miR-132 target probe, miR-146a target probe, and miR-155 target probe were each immobilized in the pores of the porous microparticles. A kit including a target nucleic acid detection device fixed in the same manner as in Example 1 was used, and when performing the detection reaction of the control, only a biotinylated adapter that binds to the probe in the same manner as the amplification initiator was added without adding an amplification initiator. In this case, the probe to which the target nucleic acid is bound and the fluorescent dye are 1:1 combined and fixed. The base sequence of the biotin-treated adapter is as follows.

비오틴 처리된 어댑터Biotinylated adapter

- 비오틴 처리된 어댑터: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA A-Biotin-3'(서열번호 12)-Biotin-treated adapter: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA A-Biotin-3' (SEQ ID NO: 12)

검출 반응 수행 결과, 도 5c에 나타난 바와 같이, 표적 핵산 검출 장치의 표적 반응 영역 중 miR-132-5p 및 miR-155-5p에 해당하는 영역에서만 형광이 검출되었는바, 이를 통해 프로브가 다공성 하이드로젤 미세입자 공극 내부에 고정되어 키트의 검출 장치 내 특정 영역에 특정되어 위치하므로, 여러 종류의 핵산이 혼재되어 있더라도 본 발명의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하면 동시에 다중 핵산 검출이 가능함을 알 수 있었다.As a result of performing the detection reaction, as shown in FIG. 5C, fluorescence was detected only in the regions corresponding to miR-132-5p and miR-155-5p among the target reaction regions of the target nucleic acid detection device. Since it is fixed inside the pores of the microparticles and is located in a specific region in the detection device of the kit, it was found that even if several types of nucleic acids are mixed, multiple nucleic acids can be detected simultaneously by using the target nucleic acid multiple detection kit of the present invention.

또한, 도 5b 및 도 5c에 나타난 바와 같이, 신호 증폭 없이 핵산 검출을 하였을 때(대조군) 표적 핵산 영역에서의 매우 적은 양의 형광이 검출되어 핵산 검출이 매우 어려운 반면, 본 발명의 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터를 이용하여 신호 증폭 시에는 형광 물질 검출량이 표적 핵산에 특이적으로 매우 증가하였는바, 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터를 이용하여 신호 증폭 시에 표적 핵산 검출이 가능함을 알 수 있었다. 특히 사용된 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터는 표적 반응 영역에 특정된 프로브의 종류 및 표적 핵산의 종류에 관계 없이 단일 종류의 증폭 개시제 및 단일 종류의 헤어핀 어댑터를 이용할 수 있으므로 보다 시간 및 비용 효율적으로 다중 핵산 검출이 가능할 것이다.In addition, as shown in FIGS. 5B and 5C, when nucleic acid detection was performed without signal amplification (control), a very small amount of fluorescence was detected in the target nucleic acid region, making it very difficult to detect nucleic acids, whereas the amplification initiator and hairpin of the present invention When amplifying a signal using an adapter, the detection amount of a fluorescent substance was significantly increased specifically for a target nucleic acid, and it was found that target nucleic acid detection was possible when amplifying a signal using an amplification initiator and a hairpin adapter. In particular, the amplification initiator and hairpin adapter used can use a single type of amplification initiator and a single type of hairpin adapter regardless of the type of probe and target nucleic acid specific to the target reaction region. This will be possible.

[[ 실시예Example 3] 핵산 검출 조건 최적화 3] Optimization of nucleic acid detection conditions

상기 실시예 2에서 확인한 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 동시 다중 검출이 가능한 바, 증폭 및 검출 효율을 향상시키기 위한 조건 최적화를 하기와 같이 수행하였다.As confirmed in Example 2, since simultaneous multiplex detection was possible using the target nucleic acid multiplex detection kit prepared in Example 1, optimization of conditions to improve amplification and detection efficiency was performed as follows.

[[ 실시예Example 3-1] 버퍼 조성의 최적화 3-1] Optimization of buffer composition

상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표적 핵산 검출을 수행하되, 이 때 표적 핵산은 miR-124-5p로서 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 것이고, 최적화된 버퍼 조성을 도출하기 위해 증폭 반응의 버퍼인 100 mM Phosphate buffer (pH 8.0)를 100 mM 인산나트륨(sodium phosphate) 버퍼 (Sigma-Aldrich)(실시예 3-1), 5X SSC(saline-sodium citrate) 버퍼 (Sigma-Aldrich)(비교예 1-1), PerfectHybTM Plus Hybridization 버퍼 (Sigma-Aldrich)(비교예 1-2)를 사용하여 검출 반응을 수행하였으며, 그 결과를 도 6a에 나타내었다.Using the target nucleic acid multiplex detection kit of Example 1, target nucleic acid detection was performed in the same manner as in Example 2, but in this case, the target nucleic acid is miR-124-5p, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. , In order to derive an optimized buffer composition, 100 mM Phosphate buffer (pH 8.0), which is a buffer for the amplification reaction, was added to 100 mM sodium phosphate buffer (Sigma-Aldrich) (Example 3-1), 5X SSC (saline-sodium). citrate) buffer (Sigma-Aldrich) (Comparative Example 1-1), PerfectHyb TM The detection reaction was performed using Plus Hybridization buffer (Sigma-Aldrich) (Comparative Example 1-2), and the results are shown in FIG. 6A.

도 6a에 나타난 바와 같이, 증폭 반응의 버퍼로 인산나트륨을 사용한 실시예 3-1의 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였다.As shown in Figure 6a, it was confirmed that the amplification and detection efficiency of Example 3-1 using sodium phosphate as a buffer for the amplification reaction was the best.

[[ 실시예Example 3-2] 3-2] 볼텍스Vortex (vortex) 유무에 따른 증폭 및 검출 효율Amplification and detection efficiency with or without (vortex)

상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표적 핵산 검출을 수행하되, 이 때 표적 핵산은 miR-124-5p로서 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 것이고, 상기 실시예 2의 (3) 혼성 연쇄 반응 후 세정 단계인, 신호 증폭 후 하이드로젤 미세입자를 세정하는(rinse) 과정에서 볼텍스(vortex)를 하거나(비교예 2), 또는 볼텍스를 하지 않고(실시예 3-2) 각각 검출 반응을 수행하였으며, 그 결과를 도 6b에 나타내었다.Using the target nucleic acid multiplex detection kit of Example 1, target nucleic acid detection was performed in the same manner as in Example 2, but in this case, the target nucleic acid is miR-124-5p, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. , In the process of cleaning the hydrogel microparticles after signal amplification, which is the cleaning step after the (3) hybrid chain reaction of Example 2, vortexing (Comparative Example 2) or without vortexing ( Example 3-2) Each detection reaction was performed, and the results are shown in FIG. 6B.

도 6b에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2의 신호 증폭 후 다공성 하이드로젤 미세입자를 세정하는 과정에서 볼텍스를 하지 않고 검출 반응 수행하였을 때가 볼텍스를 하였을 때에 비해 신호 증폭 계수(HCR factor)가 약 2.5배 이상 증가하여 증폭 및 검출 효율이 더 우수함을 확인하였다.As shown in FIG. 6B, when the detection reaction was performed without vortexing in the process of cleaning the porous hydrogel microparticles after signal amplification of Example 2, the signal amplification factor (HCR factor) was about 2.5 times compared to when vortexing. It was confirmed that the amplification and detection efficiency was more excellent by increasing the above.

[[ 실시예Example 3-3] 증폭 온도 조건의 최적화 3-3] Optimization of amplification temperature conditions

상기 실시예 1의 표적 핵산 검출 장치를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표적 핵산 검출을 수행하되, 이 때 표적 핵산은 miR-124-5p로서 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 것이고, 최적화된 온도 조건을 도출하기 위해 각각 24℃ (실시예 3-3), 37℃ (비교예 3-1), 55℃ (비교예 3-2)의 온도 하에서 12시간 동안 상기 실시예 2의 증폭 및 검출 검출 반응을 수행하였으며, 그 결과를 도 6c에 나타내었다.The target nucleic acid detection was performed in the same manner as in Example 2 using the target nucleic acid detection device of Example 1, but in this case, the target nucleic acid was miR-124-5p, which was represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, Amplification of Example 2 for 12 hours at a temperature of 24°C (Example 3-3), 37°C (Comparative Example 3-1), and 55°C (Comparative Example 3-2), respectively, to derive optimized temperature conditions And detection detection reaction was performed, and the results are shown in FIG. 6C.

도 6c에 나타난 바와 같이, 24℃ 온도 조건 하에서 증폭 반응 수행 시(실시예 3-3) 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였다.As shown in FIG. 6C, it was confirmed that the amplification and detection efficiency was the best when the amplification reaction was performed under a temperature condition of 24°C (Example 3-3).

[[ 실시예Example 3-4] 증폭 시간의 최적화 3-4] Optimization of amplification time

상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표적 핵산 검출을 수행하되, 이 때 표적 핵산은 miR-124-5p로서 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 것이고, 최적화된 증폭 시간을 도출하기 위해 24℃의 온도 조건 하에서 각각 1시간 (비교예 4-1), 2시간 (비교예 4-2), 4시간 (실시예 3-4a), 8시간 (실시예 3-4b), 10시간 (실시예 3-4c), 12시간 (실시예 3-4d), 24시간 (실시예 3-4e) 동안 상기 실시예 2의 증폭 및 검출 반응을 수행하였으며, 그 결과를 도 6d에 나타내었다.Using the target nucleic acid multiplex detection kit of Example 1, target nucleic acid detection was performed in the same manner as in Example 2, but in this case, the target nucleic acid is miR-124-5p, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. , In order to derive the optimized amplification time, 1 hour (Comparative Example 4-1), 2 hours (Comparative Example 4-2), 4 hours (Example 3-4a), 8 hours (Execution Example 3-4b), 10 hours (Example 3-4c), 12 hours (Example 3-4d), 24 hours (Example 3-4e) was carried out the amplification and detection reaction of Example 2, the The results are shown in Figure 6d.

도 6d에 나타난 바와 같이, 1 시간 또는 2 시간 동안 증폭 반응을 수행하였을 때에 비하여(비교예 4-1 및 4-2) 4 시간 증폭 반응을 수행하였을 때(실시예 3-4a)부터 증폭 및 검출 효율이 증가하였다가, 12 시간 이상 증폭 반응을 수행하였을 때(실시예 3-4d) 증폭 및 검출 효율이 가장 우수하며, 증폭 시간이 8 내지 24 시간 동안(실시예 3-4b 내지 3-4e)은 증폭 및 검출 효율에 큰 차이가 없음을 확인하였다. As shown in Figure 6d, compared to when the amplification reaction was performed for 1 hour or 2 hours (Comparative Examples 4-1 and 4-2), amplification and detection from when the amplification reaction was performed for 4 hours (Example 3-4a). When the efficiency was increased and the amplification reaction was performed for more than 12 hours (Example 3-4d), the amplification and detection efficiency was the best, and the amplification time was 8 to 24 hours (Example 3-4b to 3-4e). Confirmed that there was no significant difference in amplification and detection efficiency.

종합적으로, 상기 실시예 1의 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 인산나트륨을 버퍼로 사용하고, 신호 증폭 후 하이드로젤 미세입자를 세정하는 과정에서 볼텍스를 하지 않고 24℃ 온도 조건 하에서 12 시간 이상 상기 실시예 2의 신호 증폭 반응을 수행하였을 때 증폭 및 검출 효율이 가장 우수함을 확인하였다.In general, using sodium phosphate as a buffer using the target nucleic acid multiple detection kit of Example 1, and performing the above for 12 hours or more under 24°C temperature condition without vortexing in the process of washing the hydrogel microparticles after signal amplification. When performing the signal amplification reaction of Example 2, it was confirmed that the amplification and detection efficiency was the best.

[[ 실시예Example 4] 매개체를 이용한 증폭 효율 향상 4] Improvement of amplification efficiency using media

상기 실시예 2에서 확인한 바와 같이, 증폭 개시제 및 복수의 헤어핀 어댑터를 사용하였을 때 증폭 및 검출 효율이 증가하나, 도 7a의 왼쪽 그림에 나타난 바와 같이 프로브와 상보적으로 결합한 표적 핵산의 3' 말단에 증폭 개시제의 5' 말단이 연결되면 증폭 개시제의 3' 말단에 헤어핀 어댑터의 5' 말단이 연결 시 입체 문제가 발생하여 복수의 헤어핀 어댑터가 연쇄반응이 일어나기 어렵다. 따라서, 이러한 입체 문제를 해결하기 위해 표적 핵산의 3' 말단에 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 매개체(mediator)를 추가로 포함하도록 하여 상기 문제를 해결하고자 하였다.As confirmed in Example 2, the amplification and detection efficiency increased when an amplification initiator and a plurality of hairpin adapters were used, but as shown in the left figure of FIG. 7A, at the 3'end of the target nucleic acid complementarily bound to the probe. When the 5'end of the amplification initiator is connected, a steric problem occurs when the 5'end of the hairpin adapter is connected to the 3'end of the amplification initiator, so that a chain reaction of a plurality of hairpin adapters is difficult to occur. Therefore, in order to solve this steric problem, an attempt was made to solve the above problem by additionally including a mediator, which is an oligonucleotide, at the 3'end of the target nucleic acid.

구체적으로, 상기 실시예 1에서 제조된 표적 핵산 검출 구조체 및 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 증폭 및 검출 반응을 수행하되, 이 때 표적 핵산은 miR-124-5p로서 상기 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 것이며, 하기 염기서열로 표시되는 올리고뉴클레오티드인 매개체를 첨가하였으며, 그 결과를 도 7b 및 7c에 나타내었다.Specifically, amplification and detection reactions were performed in the same manner as in Example 2 using the target nucleic acid detection construct and the target nucleic acid multiple detection kit prepared in Example 1, wherein the target nucleic acid was miR-124-5p. The mediator, which is an oligonucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the following nucleotide sequence, was added, and the results are shown in FIGS. 7b and 7c.

매개체(mediator)Mediator

- 매개체: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA A-Biotin-3'(서열번호 13)-Medium: 5'-Phos-TAA AAT ATA TAA AAA AAA AAA A-Biotin-3' (SEQ ID NO: 13)

상기 매개체는 3' 말단에 제 1 화합물로 비오틴(biotin) (Integrated Device Technology, Inc.) 및 제 2 화합물로 뉴트라아비딘(NeutrAvidin) (Thermo Scientific, NeutrAvidin Protein)을 차례로 포함하고 있으며, 증폭 개시제도 3' 말단에 비오틴(biotin) (Integrated Device Technology, Inc.)을 포함하고 있다. 이 때, 대조군은 상기 실시예 1에서 제조된 표적 핵산 검출 구조체 및 표적 핵산 다중 검출 키트를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 증폭 및 검출 반응을 수행하되, 상기와 같은 매개체를 첨가하지 않고, 3' 말단에 비오틴 및 아비딘을 포함하지 않은 증폭 개시제를 첨가하였다.The mediator sequentially contains biotin (Integrated Device Technology, Inc.) as a first compound and NeutrAvidin (Thermo Scientific, NeutrAvidin Protein) as a second compound at the 3'end, and the amplification initiator is also 3 'It contains biotin (Integrated Device Technology, Inc.) at the end. In this case, the control group performed amplification and detection reactions in the same manner as in Example 2 using the target nucleic acid detection construct and the target nucleic acid multiple detection kit prepared in Example 1, but without adding the above-described medium, At the 3'end, an amplification initiator containing no biotin and avidin was added.

도 7b 및 도 7c에 나타난 바와 같이, 매개체를 첨가하지 않은 대조군보다 매개체를 첨가하여 증폭 및 검출 반응을 수행한 경우 검출되는 형광의 양이 더 많으며, 신호 증폭 계수(HCR factor)가 약 2배 이상이었다. 이는, 매개체를 첨가하여 증폭 및 검출 반응을 수행하면 매개체의 3' 말단의 제 2 화합물과 증폭 개시제의 3' 말단의 제 1 화합물이 반응하여 복수의 헤어핀 어댑터의 연쇄반응이 일어나기 쉽도록 증폭 개시제의 염기서열 방향을 뒤집었기 때문이다. 따라서, 3' 말단에 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 포함하는 매개체, 및 3' 말단에 제 1 화합물을 포함하는 증폭 개시제를 포함하여 증폭 및 검출 반응 시 증폭 및 검출 효율이 매우 증가함을 알 수 있었다.As shown in FIGS. 7b and 7c, when amplification and detection reactions are performed by adding a mediator than a control without adding a mediator, the amount of fluorescence detected is greater, and the signal amplification factor (HCR factor) is about 2 times or more. Was. This means that when the amplification and detection reaction is performed by adding a mediator, the second compound at the 3'end of the mediator and the first compound at the 3'end of the amplification initiator react, so that a chain reaction of a plurality of hairpin adapters can easily occur. This is because the sequence direction was reversed. Therefore, it can be seen that the amplification and detection efficiency is greatly increased during amplification and detection reactions including a mediator including a first compound and a second compound at the 3'end and an amplification initiator including the first compound at the 3'end. there was.

<110> Korea Institute of Science and Technology <120> Target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid detection structure and signal amplification agent <130> 18p459ind <160> 13 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-124-5p <400> 1 cguguucaca gcggaccuug au 22 <210> 2 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-132-5p <400> 2 accguggcuu ucgauuguua cu 22 <210> 3 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-146a-5p <400> 3 ugagaacuga auuccauggg uu 22 <210> 4 <211> 23 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-155-5p <400> 4 uuaaugcuaa ucgugauagg ggu 23 <210> 5 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-124-5p probe <400> 5 gatatatttt aacccctatc acgattagca ttaa 34 <210> 6 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-132-5p probe <400> 6 gatatatttt aagtaacaat cgaaagccac ggt 33 <210> 7 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-146a-5p probe <400> 7 gatatatttt aaacccatgg aattcagttc tca 33 <210> 8 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-155-5p probe <400> 8 gatatatttt aacccctatc acgattagca ttaa 34 <210> 9 <211> 66 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hairpin adaptor 1 <400> 9 ggcggtttac tggatgattg atgaggattt acgaggagct cagtccatcc tcgtaaatcc 60 tcatca 66 <210> 10 <211> 84 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hairpin adaptor 2 <400> 10 cccccccccc cccctcgtaa atcctcatca atcatccagt aaaccgccga tgattgatga 60 ggatttacga ggatggactg agct 84 <210> 11 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> amplification initiator <400> 11 taaaatatat aaaaaaaaaa aacctcgtaa atcctcatca atcatccagt aaaccgcc 58 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> adaptor treated with biotin <400> 12 taaaatatat aaaaaaaaaa aa 22 <210> 13 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> mediator <400> 13 taaaatatat aaaaaaaaaa aa 22 <110> Korea Institute of Science and Technology <120> Target nucleic acid detection kit comprising a target nucleic acid acid detection structure and signal amplification agent <130> 18p459ind <160> 13 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-124-5p <400> 1 cguguucaca gcggaccuug au 22 <210> 2 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-132-5p <400> 2 accguggcuu ucgauuguua cu 22 <210> 3 <211> 22 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-146a-5p <400> 3 ugagaacuga auuccauggg uu 22 <210> 4 <211> 23 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-155-5p <400> 4 uuaaugcuaa ucgugauagg ggu 23 <210> 5 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-124-5p probe <400> 5 gatatatttt aacccctatc acgattagca ttaa 34 <210> 6 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-132-5p probe <400> 6 gatatatttt aagtaacaat cgaaagccac ggt 33 <210> 7 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-146a-5p probe <400> 7 gatatatttt aaacccatgg aattcagttc tca 33 <210> 8 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> miR-155-5p probe <400> 8 gatatatttt aacccctatc acgattagca ttaa 34 <210> 9 <211> 66 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hairpin adapter 1 <400> 9 ggcggtttac tggatgattg atgaggattt acgaggagct cagtccatcc tcgtaaatcc 60 tcatca 66 <210> 10 <211> 84 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hairpin adapter 2 <400> 10 cccccccccc cccctcgtaa atcctcatca atcatccagt aaaccgccga tgattgatga 60 ggatttacga ggatggactg agct 84 <210> 11 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> amplification initiator <400> 11 taaaatatat aaaaaaaaaa aacctcgtaa atcctcatca atcatccagt aaaccgcc 58 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> adaptor treated with biotin <400> 12 taaaatatat aaaaaaaaaa aa 22 <210> 13 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> mediator <400> 13 taaaatatat aaaaaaaaaa aa 22

Claims (21)

표적 핵산 검출 키트로서,
표적 핵산 검출 구조체 및 신호 증폭 제제를 포함하고,
상기 표적 핵산 검출 구조체는
다공성 하이드로젤 미세입자; 및
상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe);를 포함하며,
상기 신호 증폭 제제는
상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및
3' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하고,
상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열 또는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열에 상보적인 서열을 포함하는, 표적 핵산 검출 키트.
As a target nucleic acid detection kit,
It comprises a target nucleic acid detection construct and a signal amplification agent,
The target nucleic acid detection construct
Porous hydrogel microparticles; And
Includes; a probe of the target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticles,
The signal amplification agent
An amplification initiator which is an oligonucleotide linked to the 3'end of the target nucleic acid; And
Including; a plurality of hairpin adapters (adaptor); an oligonucleotide (oligonucleotide) including a tag (tag) at the 3'end,
The hairpin adapter includes a sequence complementary to the base sequence of the amplification initiator or the base sequence of another hairpin adapter, a target nucleic acid detection kit.
제1항에 있어서,
상기 프로브는 상기 다공성 하이드로젤 미세입자의 공극 내부에 고정된 것인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The probe is fixed within the pores of the porous hydrogel microparticles, target nucleic acid detection kit.
제1항에 있어서,
상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 연결은 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 5' 말단이 인산화반응(phosphorylation)에 의해 연결된 것인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The linkage of the 3'end of the target nucleic acid and the amplification initiator is that the 3'end of the target nucleic acid and the 5'end of the amplification initiator are linked by phosphorylation.
제1항에 있어서,
상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 연결은 상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 3' 말단이 연결된 것인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The 3'end of the target nucleic acid and the amplification initiator are linked to each other. The 3'end of the target nucleic acid and the 3'end of the amplification initiator are linked.
제1항에 있어서,
상기 신호 증폭 제제는 3' 말단에 제 1 화합물 및 제 2 화합물을 차례로 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 매개체(mediator)를 추가로 포함하는, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The signal amplification agent further comprises a mediator that is an oligonucleotide sequentially comprising a first compound and a second compound at the 3'end, a target nucleic acid detection kit.
제5항에 있어서,
상기 증폭 개시제는 3' 말단에 제 1 화합물을 포함하며,
상기 프로브와 표적 핵산이 상보적 결합을 하는 경우 상기 표적 핵산의 3' 말단에 상기 매개체의 5' 말단이 연결되고,
상기 표적 핵산의 3' 말단과 증폭 개시제의 연결은 상기 매개체의 3' 말단의 제 2 화합물과 상기 증폭 개시제의 3' 말단의 제 1 화합물이 선택적으로 화학 반응을 하여 연결된 것인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 5,
The amplification initiator includes a first compound at the 3'end,
When the probe and the target nucleic acid are complementarily bound to each other, the 5'end of the mediator is linked to the 3'end of the target nucleic acid,
The linkage of the 3'end of the target nucleic acid and the amplification initiator is that the second compound at the 3'end of the medium and the first compound at the 3'end of the amplification initiator are selectively linked by chemical reaction. .
제5항에 있어서,
상기 제 1 화합물은 바이오틴(biotin), 디니트로페닐(dinitrophenyl, DNP) 및 디곡시게닌(digoxigenin, DIG)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 5,
The first compound is at least one selected from the group consisting of biotin, dinitrophenyl (DNP) and digoxigenin (DIG), a target nucleic acid detection kit.
제5항에 있어서,
상기 제 2 화합물은 아비딘(avidin), 스트렙트아비딘(streptavidin), 뉴트라아비딘(NeutrAvidin), 항-DNP 항체(anti-DNP antibody) 화합물 및 항-DIG 항체(anti-DIG antibody) 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 5,
The second compound is from the group consisting of avidin, streptavidin, NeutrAvidin, anti-DNP antibody compounds, and anti-DIG antibody compounds. One or more selected, target nucleic acid detection kit.
제1항에 있어서,
상기 태그는 폴리뉴클레오티드(polynucleotide), 폴리펩티드(polypeptide), 펩티드 핵산(peptide nucleic acid), 잠금 핵산(locked nucleic acid), 올리고당(oliggosaccharide), 다당(polysaccharide), 항체(antibody), 애피바디(affibody), 항체 모조체(antibody mimic), 세포 수용체(cell receptor), 리간드(ligand), 지질(lipid), 바이오틴(biotin), 아비딘(avidin), 스트렙타비딘(strepavidin), 엑스트라비딘(Extravidin), 뉴트라비딘(neutravidin), 금속(metal) 및 히스티딘(histidine)으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The tag is a polynucleotide, a polypeptide, a peptide nucleic acid, a locked nucleic acid, an oligosaccharide, a polysaccharide, an antibody, an affibody. , Antibody mimic, cell receptor, ligand, lipid, biotin, avidin, streptavidin, Extravidin, Nutra Vidin (neutravidin), metal (metal) and histidine (histidine) at least one selected from the group consisting of, target nucleic acid detection kit.
제1항에 있어서,
상기 표적 핵산 검출은 상기 태그와 형광염료(dye)의 반응에 의해 검출하는 것이고, 상기 형광염료는 사이버 그린(SYBR green), 피코그린(Picogreen), 에바그린(Evagreen), 훼히스트 33258(Hoechst 33258), 훼히스트 33342(Hoechst 33342), 에티디움 브로마이드(ethidium bromide), 아크리딘 오렌지(acridine orange), 프로피디움 아이오다이드(propidium iodide), 미트람이신(mithramycin), TO-PRO-3, TOTO, YOYO 및 YOPRO-1으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The detection of the target nucleic acid is by reaction between the tag and a fluorescent dye (dye), and the fluorescent dye is SYBR green, Picogreen, Evagreen, Hoechst 33258 ), Hoechst 33342, ethidium bromide, acridine orange, propidium iodide, mithramycin, TO-PRO-3, One or more, target nucleic acid detection kit selected from the group consisting of TOTO, YOYO and YOPRO-1.
제1항에 있어서,
상기 표적 핵산 검출은 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)에 의한 신호 증폭을 포함하고, 상기 신호 증폭은 10 내지 35 ℃에서의 신호 증폭인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The detection of the target nucleic acid includes a signal amplification by hybridization chain reaction (HCR), and the signal amplification is a signal amplification at 10 to 35° C., a target nucleic acid detection kit.
제1항에 있어서,
상기 표적 핵산 검출은 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)에 의한 신호 증폭을 포함하고, 상기 신호 증폭은 2시간 이상의 신호 증폭인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The detection of the target nucleic acid includes a signal amplification by a hybridization chain reaction (HCR), and the signal amplification is a signal amplification of 2 hours or more.
제1항에 있어서,
상기 다공성 하이드로젤 미세입자의 공극률은 다공성 하이드로젤 미세입자의 총 부피에 대하여 10 내지 95 부피%인, 표적 핵산 검출 키트.
The method of claim 1,
The porosity of the porous hydrogel microparticles is 10 to 95% by volume based on the total volume of the porous hydrogel microparticles, a target nucleic acid detection kit.
표적 핵산 다중 검출 키트로서,
표적 핵산 검출 장치 및 신호 증폭 제제를 포함하고,
상기 표적 핵산 검출 장치는
다공성 하이드로젤 미세입자 및 상기 다공성 하이드로젤 미세입자에 고정된 표적 핵산의 프로브(probe)를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체; 및
상기 표적 핵산 검출 구조체가 배열되는 반응 칩(chip);을 포함하고,
상기 신호 증폭 제제는
상기 표적 핵산의 3' 말단에 연결되는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 증폭 개시제(initiator); 및
3'또는 5' 말단에 태그(tag)를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)인 복수의 헤어핀(hairpin) 어댑터(adaptor);를 포함하고,
상기 헤어핀 어댑터는 상기 증폭 개시제의 염기서열 또는 다른 헤어핀 어댑터의 염기서열에 상보적인 서열을 포함하는, 표적 핵산 다중 검출 키트.
As a target nucleic acid multiple detection kit,
It includes a target nucleic acid detection device and a signal amplification agent,
The target nucleic acid detection device
At least one target nucleic acid detection structure comprising a porous hydrogel microparticle and a probe of a target nucleic acid immobilized on the porous hydrogel microparticle; And
Including; a reaction chip (chip) in which the target nucleic acid detection structure is arranged,
The signal amplification agent
An amplification initiator which is an oligonucleotide linked to the 3'end of the target nucleic acid; And
Includes; a plurality of hairpin adapters, which are oligonucleotides including a tag at the 3'or 5'end,
The hairpin adapter comprises a sequence complementary to the base sequence of the amplification initiator or the base sequence of another hairpin adapter, a target nucleic acid multiple detection kit.
제14항에 있어서,
상기 표적 핵산 검출 장치는 서로 다른 표적 핵산에 대한 프로브를 각각 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 포함하는, 표적 핵산 다중 검출 키트.
The method of claim 14,
The target nucleic acid detection device includes one or more target nucleic acid detection constructs each including probes for different target nucleic acids.
제15항에 있어서,
상기 증폭 개시제 및 헤어핀 어댑터의 종류는 표적 핵산의 종류 또는 표적 핵산 검출 구조체의 종류보다 적은 것인, 표적 핵산 다중 검출 키트.
The method of claim 15,
The type of the amplification initiator and the hairpin adapter is less than the type of the target nucleic acid or the type of the target nucleic acid detection construct, target nucleic acid multiple detection kit.
제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체는 표적 핵산의 종류에 따라 상기 반응 칩의 다른 영역에 각각 위치한 것인, 표적 핵산 다중 검출 키트.
The method of claim 15,
The one or more target nucleic acid detection constructs are each located in different regions of the reaction chip according to the type of target nucleic acid.
제14항에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트 제조 방법으로,
프레폴리머(pre-polymer) 및 표적 핵산의 프로브를 포함하는 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 형성 용액을 제조하는 단계;
상기 구조체 형성 용액을 3차원 구조체 형태로 토출하고, 이를 경화시켜 제14항의 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체를 제조하는 단계; 및
상기 하나 이상의 표적 핵산 검출 구조체 각각을 반응 칩(chip)의 서로 다른 영역에 배열하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 다중 검출 키트 제조 방법.
A method for preparing a target nucleic acid multiplex detection kit according to claim 14,
Preparing a solution for forming at least one target nucleic acid detection structure comprising a pre-polymer and a probe of the target nucleic acid;
Discharging the structure-forming solution in the form of a three-dimensional structure and curing the structure to prepare one or more target nucleic acid detection structures of claim 14; And
Arranging each of the one or more target nucleic acid detection constructs in different regions of a reaction chip.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 표적 핵산 검출 장치에 하나 이상의 표적 핵산을 포함하는 용액을 주입하고 이를 배양(incubation)하는 단계;
상기 표적 핵산 검출 장치에 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 표적 핵산 다중 검출 키트의 상기 신호 증폭 제제를 주입하는 단계;
상기 표적 핵산을 혼성 연쇄 반응(Hybridization Chain Reaction; HCR)시키는 단계; 및
상기 표적 핵산 검출 장치에 형광염료를 주입하는 단계;를 포함하는 표적 핵산 검출 방법.
Injecting a solution containing one or more target nucleic acids into the target nucleic acid detection device of the target nucleic acid multiple detection kit according to any one of claims 14 to 17 and incubating the same;
Injecting the signal amplification agent of the target nucleic acid multiplex detection kit according to any one of claims 14 to 17 into the target nucleic acid detection device;
Hybridization chain reaction (HCR) of the target nucleic acid; And
Injecting a fluorescent dye into the target nucleic acid detection device; target nucleic acid detection method comprising a.
제19항에 있어서,
상기 혼성 연쇄 반응 단계는 1 내지 1000 mM의 인산나트륨(sodium phosphate) 버퍼를 첨가하여 수행하는 것인, 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 19,
The hybrid chain reaction step is performed by adding 1 to 1000 mM sodium phosphate buffer.
제19항에 있어서,
상기 검출 방법은 혼성 연쇄 반응 단계 이후 상기 표적 핵산 검출 장치의 표적 핵산 검출 구조체를 세정하는(rinse) 과정에서 볼텍스(vortex)를 하지 않는 것인, 표적 핵산 검출 방법.
The method of claim 19,
The detection method is that the target nucleic acid detection method does not vortex in the process of washing the target nucleic acid detection structure of the target nucleic acid detection device after the hybrid chain reaction step.
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