KR20210035160A - Microneedle, patch comprising microneedle and manufacturing method of the microneedle - Google Patents

Microneedle, patch comprising microneedle and manufacturing method of the microneedle Download PDF

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KR20210035160A
KR20210035160A KR1020210038933A KR20210038933A KR20210035160A KR 20210035160 A KR20210035160 A KR 20210035160A KR 1020210038933 A KR1020210038933 A KR 1020210038933A KR 20210038933 A KR20210038933 A KR 20210038933A KR 20210035160 A KR20210035160 A KR 20210035160A
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microneedle
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양승윤
강예은
이예찬
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a microneedle, a patch comprising the same, and a manufacturing method thereof. According to the present invention, the microneedle has a needle shape including a plurality of nanopores formed on a surface, and at least one of an antibody, an enzyme, and a DNA molecule, which specifically are combined with a target biomarker, is bound to the surface. The present invention provides the microneedle capable of rapidly detecting a sub-nanogram level target material.

Description

마이크로니들, 이를 포함하는 패치 및 이의 제조 방법{MICRONEEDLE, PATCH COMPRISING MICRONEEDLE AND MANUFACTURING METHOD OF THE MICRONEEDLE}Microneedle, a patch including the same, and a method for manufacturing the same TECHNICAL FIELD {MICRONEEDLE, PATCH COMPRISING MICRONEEDLE AND MANUFACTURING METHOD OF THE MICRONEEDLE}

본 발명은 마이크로니들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나노그램 이하 수준의 표적 물질을 빠르게 검출 가능한 마이크로니들 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microneedle, and more particularly, to a microneedle capable of rapidly detecting a target material of a nanogram level or less, and a method of manufacturing the same.

현장현시검사(Point-of-care testing, POCT)는 환자가 처치 받는 위치와 근접한 곳에서 실시하는 임상병리검사로서, 현장에서 즉각적인 진단 및 반응 하는데 사용된다. POCT는 크게 침습성과 비침습성으로 분류할 수 있다. 침습성 방법은 주로 주사기로 혈액을 채취하여 혈액을 분석하는데 사용되며 정확하게 진단할 수 있다. 그러나, 혈액 수집 과정에서 환자의 고통과 불편함을 유발하며 전문의가 필요하다는 단점이 있다. 비침습성 방법은 혈압, 체온, 심전도(ECG), 타액이나 땀과 같은 신체 분비물로 질병을 진단하는 것으로, 고통없이 신속하게 진단할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 비침습성 방법은 환경적 요인에 영향을 받고 혈액을 사용하는 진단 방법 보다 덜 정확하다는 단점이 있다.Point-of-care testing (POCT) is a clinical pathology test conducted in a place close to the location where the patient is treated, and is used for immediate diagnosis and response in the field. POCT can be largely classified into invasive and non-invasive. The invasive method is mainly used to analyze blood by collecting blood with a syringe, and it can be accurately diagnosed. However, there is a drawback that it causes pain and discomfort to the patient during the blood collection process and requires a specialist. The non-invasive method diagnoses a disease with body secretions such as blood pressure, body temperature, electrocardiogram (ECG), saliva or sweat, and has the advantage of being able to diagnose quickly and without pain. However, the non-invasive method has the disadvantage that it is affected by environmental factors and is less accurate than the diagnostic method using blood.

마이크로니들은 미크론(micron) 단위의 길이를 갖는 니들로서, 피부를 통해 마이크로 채널을 형성하여 국소 또는 전신 약물 흡수를 유도해 약물의 경피 전달을 돕는데 사용되고 있다. 마이크로니들은 최소 침습적인 시스템으로 용이하고 환자 친화적으로 약물을 투여할 수 있다. 마이크로니들은 피부에 침투하여 진피 층의 신경섬유와 혈관을 피하면서 표피로 각질층을 통과한다. 마이크로니들에 의해 형성된 미세 홀에 의해 간질액(Interstitial fluid, ISF)이 수집될 수 있고, 피부에 삽입된 마이크로니들은 ISF 내 바이오마커와 직접 접촉할 수 있다. 때문에, 마이크로니들을 고통없이 최소한으로 침습하는 진단 수단으로 사용할 수 있다.Microneedles are needles having a length in micron units and are used to help transdermal delivery of drugs by inducing local or systemic drug absorption by forming microchannels through the skin. The microneedle is a minimally invasive system that makes it easy and patient-friendly to administer drugs. The microneedles penetrate the skin and pass through the stratum corneum to the epidermis, avoiding nerve fibers and blood vessels in the dermal layer. Interstitial fluid (ISF) may be collected by micro holes formed by the microneedles, and the microneedles inserted into the skin may directly contact the biomarkers in the ISF. Therefore, the microneedle can be used as a diagnostic means that invades minimally without pain.

기존 진단 목적으로 사용되는 마이크로니들에는 피부 내 삽입되어 체액과 함께 바이오마커를 흡수하는 팽윤성 마이크로니들과 표적 바이오마커에 선택적으로 결합하는 프로브가 표면에 처리되어있는 솔리드 마이크로니들이 있다. 그러나, 팽윤성 마이크로니들의 경우 팽윤 거동이 바이오마커 흡수에 기반하기 때문에 센싱에 상대적으로 긴 시간이 소요된다는 단점이 있고, 솔리드 마이크로니들의 경우 빠른 센싱 능력이 증명되었으나, 체내 나노그램 수준의 바이오마커를 검출하기에는 그 검출한계가 충분하지 않다. 때문에, 체내 극소량의 바이오마커를 빠르게 검출 가능한 새로운 소재에 대한 연구 및 개발이 요구되고 있다.Conventional microneedles used for diagnostic purposes include swellable microneedles that are inserted into the skin to absorb biomarkers along with body fluids, and solid microneedles on which a probe that selectively binds to a target biomarker is treated on the surface. However, in the case of swellable microneedles, the swelling behavior is based on biomarker absorption, so it has a disadvantage that it takes a relatively long time for sensing.In the case of solid microneedles, a fast sensing ability has been proven, but biomarkers at the level of nanograms in the body The detection limit is not sufficient for detection. Therefore, there is a need for research and development on a new material capable of rapidly detecting a very small amount of biomarkers in the body.

한편, 자간전증(Preeclampsia, PE)은 전세계 임산부의 약 2-7%에 영향을 미치는 임신 특이적 고혈압 증후군으로, 임신중독증의 일종이다. 자간전증은 임신 20주 후에서야 비로소 증상이 나타나며, 그 증상으로는 고혈압, 태반저산소증, 단백뇨, 내피기능장애, 말단기관 허혈 및 혈관 투과성 증가 등이 있다. 이러한 자간전증의 증상은 산모 및 태아 사망률의 주요 원인이다.On the other hand, preeclampsia (PE) is a pregnancy-specific hypertension syndrome that affects about 2-7% of pregnant women around the world, and is a type of pregnancy addiction. Symptoms of preeclampsia appear only after 20 weeks of pregnancy. Symptoms include hypertension, placental hypoxia, proteinuria, endothelial dysfunction, terminal organ ischemia, and increased vascular permeability. These symptoms of preeclampsia are a major cause of maternal and fetal mortality.

자간전증에 대한 연구가 이전에도 있었음에도 아직 정확한 병원성 기작은 알려지지 않았고, 태반의 기능 장애가 자간전증을 초래할 수 있다는 것이 널리 받아들여지고 있다. 정상적인 임신의 경우, 적절한 세포영양막 침입은 나선형 동맥을 형성하여 태반이 높은 유동과 낮은 저항에서 가스 교환을 가능하게 한다. 그러나, 자간전증은 임신 초기에서 불완전한 세포영양막 침입으로 시작되고, 이것은 적절한 태반 형성을 방해한다. 자간전증 태반에서는 탈락막 및 자궁내막 수준에서 세포영양막 침입의 감소 및 나선형 동맥을 대체하는 세포영양막 세포의 파괴(failure)가 나타난다. 자간전증에서는 고강도 및 저혈류가 발생하고, 이는 자궁판의 혈류를 감소시킨다. 또한 불완전한 태반은 태반 산화스트레스를 증가시키고, 이는 질병 후기 단계에서 전신 내피 기능 장애 발달에 기여한다.Although there have been studies on preeclampsia before, the exact pathogenic mechanisms are not yet known, and it is widely accepted that placental dysfunction can lead to preeclampsia. In the case of normal pregnancy, proper cytotrophic invasion forms helical arteries, allowing the placenta to exchange gas at high flow and low resistance. However, preeclampsia begins in early pregnancy with incomplete cytotrophic membrane invasion, which prevents proper placenta formation. In preeclampsia placenta, a decrease in cytotrophic invasion at the decidual and endometrial levels and failure of the cytotrophic cells that replace the helical arteries appear. In preeclampsia, high intensity and low blood flow occur, which reduces blood flow to the uterine valve. Incomplete placenta also increases placental oxidative stress, which contributes to the development of systemic endothelial dysfunction in the later stages of the disease.

자간전증 예방을 위한 약물 치료는 임신 16주나 그 전에 유효하기 때문에, 이를 조기 진단할 수 있는 빠르고 비침습적이거나 최소 침습적인 진단 방법이 필요한 실정이다.Since drug treatment for the prevention of preeclampsia is effective at 16 weeks or before pregnancy, there is a need for a fast, non-invasive or minimally invasive diagnostic method capable of early diagnosis.

본 발명의 일 목적은 나노그램 이하 수준의 표적 물질을 빠르게 검출 가능한 마이크로니들을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a microneedle capable of rapidly detecting a target material of a nanogram or less level.

본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로니들을 포함하는 마이크로니들 패치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microneedle patch including the microneedle.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 마이크로니들의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the microneedle.

본 발명의 일 목적을 위한 나노그램 이하 수준의 바이오마커를 검출하기 위한 마이크로니들은 표면에 형성된 다수의 나노기공을 포함하는 니들 형상이고, 상기 표면에 표적 바이오마커와 특이적으로 결합하는 항체, 효소 및 DNA 분자 중 적어도 어느 하나가 결합된 것을 특징으로 한다.For one object of the present invention, the microneedle for detecting a biomarker of a nanogram level or less is a needle shape including a plurality of nanopores formed on the surface, and antibodies and enzymes that specifically bind to the target biomarker on the surface And at least one of the DNA molecules is bound.

일 실시예에서, 상기 나노기공은 수직으로 정렬된 실린더 또는 불규칙적인 스펀지 형태의 다공성 구조이고, 상기 니들 표면에 전면적으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the nanopores are vertically aligned cylinders or irregular sponge-shaped porous structures, and may be formed entirely on the needle surface.

일 실시예에서, 상기 마이크로니들이 검출 가능한 바이오마커의 농도는 50 pg/ml 이상일 수 있다.In one embodiment, the concentration of the biomarker detectable by the microneedle may be 50 pg/ml or more.

일 실시예에서, 상기 바이오마커는 대사 산물, 단백질, 엑소좀과 같은 세포부산물 및 DNA와 RNA같은 유전자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the biomarker may include at least one of metabolites, proteins, cell by-products such as exosomes, and genes such as DNA and RNA.

이때, 상기 바이오마커는 에스트로겐을 포함할 수 있다. 이때, 상기 마이크로니들은 자간전증 진단을 위한 마이크로니들일 수 있다.In this case, the biomarker may include estrogen. In this case, the microneedle may be a microneedle for diagnosing preeclampsia.

일 실시예에서, 상기 마이크로니들을 체내에 삽입하여 체내 바이오마커를 검출할 수 있다.In one embodiment, the microneedle may be inserted into the body to detect the biomarker in the body.

본 발명의 다른 목적을 위한 마이크로니들 패치는 패치층; 및 상기 패치층 일면 상에 배치된 하나 이상의 상기에서 설명한 본 발명의 마이크로니들 중 어느 하나를 포함한다.A microneedle patch for another object of the present invention includes a patch layer; And at least one of the microneedles of the present invention described above disposed on one surface of the patch layer.

일 실시예에서, 상기 패치층 일면 상에 배치된 마이크로니들이 피부를 관통하도록 상기 마이크로니들 패치를 피부에 부착하여 바이오마커를 검출할 수 있다.In one embodiment, the biomarker may be detected by attaching the microneedle patch to the skin so that the microneedles disposed on one surface of the patch layer penetrate the skin.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 마이크로니들의 제조 방법은 금속 마이크로니들을 양극 산화하는 단계; 및 양극 산화된 금속 마이크로니들에 표적 바이오마커와 특이적으로 결합하는 항체를 결합시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing microneedles for another object of the present invention comprises the steps of anodizing metal microneedles; And binding an antibody that specifically binds the target biomarker to the anodized metal microneedle.

일 실시예에서, 상기 금속 마이크로니들은 알루미늄, 티타늄, 지르코늄 및 나이오븀 중 적어도 어느 하나로 형성된 마이크로니들일 수 있다.In one embodiment, the metal microneedle may be a microneedle formed of at least one of aluminum, titanium, zirconium, and niobium.

일 실시예에서, 상기 양극 산화하는 단계는 1시간 초과 16시간 미만 수행할 수 있다.In one embodiment, the anodizing step may be performed for more than 1 hour and less than 16 hours.

일 실시예에서, 양극 산화하는 단계 이전에, 상기 금속 마이크로니들은 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, prior to the anodizing step, the metal microneedle may further include polishing.

일 실시예에서, 상기 양극 산화하는 단계에서, 금속 마이크로니들의 표면에 다수의 나노기공이 형성되고, 상기 항체를 결합시키는 단계 이전에, 상기 양극 산화된 금속 마이크로니들의 나노기공을 확장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, in the anodizing step, a plurality of nanopores are formed on the surface of the metal microneedles, and before the step of binding the antibody, expanding the nanopores of the anodized metal microneedles It may contain more.

이때, 상기 나노기공을 확장시키는 단계는, 산 용액에 상기 마이크로니들을 침지시켜 수행할 수 있다.In this case, the step of expanding the nanopores may be performed by immersing the microneedles in an acid solution.

이때, 상기 나노기공은 수직으로 정렬된 실린더 또는 불규칙적인 스펀지 형태의 다공성 구조이고, 상기 니들 표면에 전면적으로 형성될 수 있다.In this case, the nanopores are vertically aligned cylinders or irregular sponge-shaped porous structures, and may be formed entirely on the needle surface.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 체내 바이오마커를 검출하는 방법은 상기에서 설명한 본 발명의 마이크로니들 중 어느 하나를 체내에 삽입하는 단계; 체내에 삽입된 마이크로니들을 제거하는 단계; 체내로부터 제거된 마이크로니들에 표적 바이오마커와 특이적으로 결합하고 형광 표지된 2차 항체를 반응시키는 단계; 및 2차 항체를 반응시킨 마이크로니들의 형광 세기를 측정하는 단계를 포함한다.A method for detecting a biomarker in a body for another object of the present invention includes the steps of inserting any one of the microneedles of the present invention described above into the body; Removing the microneedles inserted into the body; Reacting the microneedle removed from the body with a target biomarker and reacting with a fluorescently labeled secondary antibody; And measuring the fluorescence intensity of the microneedle reacted with the secondary antibody.

본 발명에 따르면, 최소 침습성으로 체내에서 나노그램 이하의 농도로 존재하는 바이오마커를 신속하게 캡처할 수 있는 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들을 제공할 수 있다. 본 발명의 마이크로니들은 제어된 양극 산화 공정을 통해 표면에 형성된 균일한 크기의 나노기공 구조를 포함하고, 표면에 표적 바이오마커를 검출할 수 있는 바이오마커 특이적 항체를 고정시킴으로써 기능화시킬 수 있다. 기능화된 마이크로니들은 체내에 삽입되어 체내에 존재하는 바이오마커를 매우 신속하고 정밀하게 검출할 수 있으며, 예를 들어, 임신중독증의 바이오마커로 알려진 에스트로겐의 경우 1분 만에 검출 가능하다. 즉, 본 발명의 마이크로니들 및 이를 포함하는 패치는 고감도의 신속한 바이오마커 검출 플랫폼으로 구성 가능하고, 이를 통해 현장에서 질병의 임상 진단을 위한 소형 진단 장치로 응용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a microneedle having a nanoporous structure capable of rapidly capturing biomarkers present in a concentration of nanograms or less in the body with minimal invasiveness. The microneedle of the present invention includes a nanopore structure of a uniform size formed on a surface through a controlled anodic oxidation process, and can be functionalized by immobilizing a biomarker-specific antibody capable of detecting a target biomarker on the surface. The functionalized microneedles can be inserted into the body to detect biomarkers present in the body very quickly and precisely. For example, estrogen, known as a biomarker of pregnancy addiction, can be detected in 1 minute. That is, the microneedle of the present invention and a patch including the same can be configured as a highly sensitive and rapid biomarker detection platform, and through this, can be applied as a small diagnostic device for clinical diagnosis of a disease in the field.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들 및 이를 포함하는 패치의 바이오마커 검출 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펀지 형태의 다공성 구조를 가진 알루미늄 합금 마이크로니들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 옥살산 및 인산 용액으로 양극 산화를 수행하여 표면에 수직한 실린더 형태의 나노기공을 포함하는 고순도의 알루미늄 마이크로니들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 양극 산화 시간에 따른 마이크로니들의 표면 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 나노기공 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 삽입력을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 항체 기능화된 마이크로니들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 항체 기능화된 마이크로니들의 표면 전하를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 마이크로니들의 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 마이크로니들의 E2 농도에 따른 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 마이크로니들의 배양 시간에 따른 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 마이크로니들의 선택적 결합 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a mechanism for detecting a biomarker of a microneedle and a patch including the same according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an aluminum alloy microneedle having a porous structure in the form of a sponge according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining high-purity aluminum microneedles including nanopores in the form of cylinders perpendicular to the surface by performing anodization with oxalic acid and phosphoric acid solutions.
4 is a diagram for explaining a surface change of a microneedle according to an anodization time.
5 is a view for explaining a nanopore structure of a microneedle according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the insertion force of the microneedle according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the antibody functionalized microneedle according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the surface charge of the antibody functionalized microneedle according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the E2 detection characteristics of the microneedle according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are diagrams for explaining E2 detection characteristics of the microneedle according to the present invention.
12 and 13 are views for explaining the characteristics of the microneedle according to the concentration of E2 according to the present invention.
14 to 17 are views for explaining the E2 detection characteristics according to the culture time of the microneedle according to the present invention.
18 and 19 are views for explaining the selective coupling characteristics of the microneedle according to the present invention.
20 is a view for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention.
21 is a view for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention.
22 is a view for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

본 발명의 마이크로니들은 표면에 다수의 나노기공을 포함하는 니들 형상이고, 상기 표면에 표적 바이오마커와 특이적으로 결합하는 항체, 효소 또는 DNA 분자(ssDNA, single-stranded DNA)가 결합된 것을 특징으로 한다.The microneedle of the present invention has a needle shape including a plurality of nanopores on the surface, and an antibody, enzyme, or DNA molecule (ssDNA, single-stranded DNA) that specifically binds to a target biomarker is bound to the surface. It is done.

마이크로니들은 마이크로미터 단위의 크기를 갖는 니들(needle)로서, 미세한 크기로 인해 체내 삽입 시 고통을 거의 유발하지 않고 최소 침습성이다. 본 발명의 마이크로니들은 베이스부 및 상기 베이스부 상부에 배치된 첨단부를 갖는 니들 형상이다. 첨단부는 첨단, 즉, 뾰족한 끝(팁)을 포함하는 부분을 의미하고, 상기 첨단부는 마이크로니들을 피부에 적용 시 피부 각질층을 침투 가능한 정도의 샤프니스(sharpness)를 가질 수 있다. 베이스부는 원통형 혹은 원뿔대 형상으로 상기 첨단부와 일체형으로 연결되어 마이크로니들의 몸체를 형성하는 부분을 의미할 수 있다. 일례로, 본 발명의 마이크로니들은 총알과 유사한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 마이크로니들의 첨단부 최대 직경은 3 내지 18 μm, 베이스부 직경은 200 내지 250 μm일 수 있고, 마이크로니들의 높이는 700 내지 750 μm일 수 있다. 상기에서 마이크로니들의 길이와 직경을 예시적으로 언급하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Microneedles are needles having a size in micrometers, and due to their fine size, they rarely cause pain when inserted into the body and are minimally invasive. The microneedle of the present invention has a shape of a needle having a base portion and a tip portion disposed above the base portion. The tip portion refers to a tip, that is, a portion including a pointed tip (tip), and the tip portion may have a sharpness of a degree capable of penetrating the stratum corneum of the skin when the microneedle is applied to the skin. The base portion may mean a portion that is integrally connected to the tip portion in a cylindrical or truncated shape to form the body of the microneedle. For example, the microneedle of the present invention may have a shape similar to a bullet. For example, the maximum diameter of the tip portion of the microneedle may be 3 to 18 μm, the diameter of the base portion may be 200 to 250 μm, and the height of the microneedle may be 700 to 750 μm. Although the length and diameter of the microneedle have been exemplarily mentioned above, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 마이크로니들은 평탄한 면을 포함하는 평평한 층(패치층) 상에 배치되어 마이크로니들 패치를 구성할 수 있다. 본 발명의 마이크로니들 패치는 일면 상에 상기에서 설명한 본 발명의 마이크로니들이 배치된 패치층을 포함한다. 이때, 마이크로니들은 단일 또는 다수개가 규칙 또는 불규칙적으로 배치된다. 본 발명의 마이크로니들 패치는 일면 상에 배치된 마이크로니들이 피부를 관통하도록 상기 마이크로니들이 배치된 패치층 일면을 피부에 부착시켜 나노그램 이하 수준의 바이오마커를 검출할 수 있다. 이때, 본 발명에서 패치층은 피부에 적용 시 피부 내로 삽입되지 않고 피부 표면에 위치한다. 본 발명의 마이크로니들은 금속으로 형성된 마이크로니들일 수 있고, 일례로, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 나이오븀(Nb) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 본 발명의 마이크로니들이 금속 마이크로니들인 경우, 상기 나노기공은 양극 산화 공정에 의해 형성할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기에서 보다 상세히 후술하기로 한다.The microneedle of the present invention may be disposed on a flat layer (patch layer) including a flat surface to constitute a microneedle patch. The microneedle patch of the present invention includes a patch layer in which the microneedles of the present invention described above are disposed on one surface. At this time, single or multiple microneedles are arranged regularly or irregularly. The microneedle patch of the present invention may detect a biomarker of a nanogram level or less by attaching one surface of the patch layer on which the microneedles are disposed to the skin so that the microneedles disposed on one surface penetrate the skin. At this time, in the present invention, when applied to the skin, the patch layer is not inserted into the skin and is located on the skin surface. The microneedle of the present invention may be a microneedle formed of a metal, and for example, may be formed of at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), and niobium (Nb). For example, when the microneedle of the present invention is a metal microneedle, the nanopores may be formed by an anodizing process. A detailed description of this will be described later in more detail below.

본 발명의 마이크로니들은 니들 표면에 다수의 나노기공을 포함하는데, 이때, 일례로, 상기 나노기공은 니들 표면에 수직한 방향으로 형성된 실린더 형상일 수 있다. 또는 이와 달리, 본 발명의 마이크로니들은 다수의 나노기공이 규칙 또는 불규칙적인 스펀지 형상을 이루는 다공성 구조일 수 있다. 본 발명의 마이크로니들은 상기와 같은 형상의 나노기공이 다수 형성되어 있어, 스펀지 또는 실린더 형태의 나노기공이 모세관 현상에 의해 용이하게 액체를 흡수할 수 있고, 이를 통해 니들 표면을 용이하게 기능화하거나 단기간 내에 표적 바이오마커를 흡수하여 포획할 수 있으며, 동시에 우수한 표면적을 가져 미량의 표적도 검출하는데 충분한 결합자리를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 마이크로니들은 매우 적은 양의 바이오마커를 빠르고 정밀하게 검출할 수 있다. 이때, 본 발명의 마이크로니들이 검출 가능한 바이오마커의 농도는 나노그램 이하일 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.The microneedle of the present invention includes a plurality of nanopores on the needle surface. In this case, as an example, the nanopores may have a cylindrical shape formed in a direction perpendicular to the needle surface. Alternatively, the microneedle of the present invention may have a porous structure in which a plurality of nanopores form a regular or irregular sponge shape. Since the microneedle of the present invention has a large number of nanopores of the above-described shape, the nanopores in the form of a sponge or cylinder can easily absorb liquid by capillary phenomenon, and through this, the needle surface can be easily functionalized or for a short period of time. The target biomarker can be absorbed and captured in the inside, and at the same time, it has an excellent surface area, thereby providing a sufficient binding site to detect even a small amount of target. That is, the microneedle of the present invention can quickly and accurately detect a very small amount of biomarker. At this time, the concentration of the biomarker detectable by the microneedle of the present invention may be less than or equal to nanograms. A detailed description of this will be described in more detail below.

즉, 본 발명의 마이크로니들은 극소량의 바이오마커를 단기간 내에 정밀하게 본 발명의 마이크로니들은 상기 바이오마커의 존재 여부 및 이의 농도를 측정 가능하다. 때문에, 본 발명의 마이크로니들 및 이를 포함하는 패치는 빠르고 정확한 진단이 요구되는 휴대용 핸드헬드(handheld) 분석 시스템으로 현장현시검사(POCT) 임상 진단에 사용될 수 있다.That is, the microneedles of the present invention can accurately measure the presence and concentration of the biomarkers in a very small amount within a short period of time. Therefore, the microneedle of the present invention and a patch including the same can be used for clinical diagnosis of POCT as a portable handheld analysis system requiring fast and accurate diagnosis.

본 발명의 마이크로니들은 다수의 나노기공이 형성된 표면에 표적 바이오마커와 특이적으로 결합 가능한 항체, 효소 및/또는 DNA 분자(ssDNA)를 결합시켜, 체내에 존재하는 대사 산물이나 단백질, 엑소좀과 같은 세포부산물, 및/또는 DNA, RNA와 같은 유전자와 같은 바이오마커를 검출할 수 있다. 일례로, 상기 바이오마커는 에스트로겐일 수 있고, 본 발명의 마이크로니들은 에스트로겐을 검출하여 자간전증(PE) 진단에 이용할 수 있다.The microneedle of the present invention binds an antibody, enzyme, and/or DNA molecule (ssDNA) capable of specifically binding to a target biomarker on the surface on which a number of nanopores are formed, and thus metabolites, proteins, and exosomes present in the body Biomarkers such as genes such as DNA and RNA can be detected, such as cell by-products and/or DNA. For example, the biomarker may be estrogen, and the microneedle of the present invention may detect estrogen and use it to diagnose preeclampsia (PE).

구체적으로, 초기 단계에서 자간전증을 진단하는데 사용될 수 있는 생화학적 마커의 예로는, 수용성 fms-유사 티로신키나아제1(sFlt-1), 태반 성장 인자(placental growth factor, PlGF)), 부신피질자극 호르몬(adrenocorticotropic hormone, ACTH), 인간 융모성 고나도트로핀(human chorionic gonadotropin, hCG), 에스트로겐(estrogen), 프로게스테론(progesterone), 및 자간전증 관련 RNA를 들 수 있다. 특히, 그 중 에스트로겐은 여성 생식계의 발달과 조절을 담당하는 주요한 여성 호르몬으로 여성에서 에스트론(E1), 에스트라다올(E2), 에스트리올(E3) 및 에스테롤(E4)의 형태로 자연적으로 발생한다. E2는 에스트로겐 활성 측면에서 생식력 발달 기간 동안 우세한 에스트로겐으로, 최근 발표된 연구에서, 자간전증 여성에서 E2의 혈청 농도는 정상 임산부 보다 5 배 낮으며(PE = 2.9 ㅁ 1.9 ng/ml, 정상 = 10.5 ㅁ 1.8 ng/ml), 이는 에스트로겐이 자간전증 진단을 위한 바이오마커로서의 가능성을 가지고 있음을 시사한다. 그러나, 에스트로겐은 체액 내 ml 당 나노그램 수준으로 존재하기 때문에 일반적인 항체-항원 반응 시스템으로는 신속하게 이의 농도까지 검출하기는 어려운 실정이다. 하지만, 본 발명의 마이크로니들은 표면에 형성된 실린더형의 나노기공 구조를 통해 빠르고 용이하게 극소량의 바이오마커도 포획 가능하고 이를 가시화하여 바이오마커의 존재 여부 및 농도를 확인할 수 있다. 때문에, 본 발명의 마이크로니들을 바이오마커로서 에스트로겐(E2)을 선택적으로 포획 가능한 항체로 기능화하고, 이를 체내에 적용하여 임신중독증의 일종인 자간전증을 진단하는데 사용할 수 있다.Specifically, examples of biochemical markers that can be used to diagnose preeclampsia in the early stages include water-soluble fms-like tyrosine kinase 1 (sFlt-1), placental growth factor (PlGF)), adrenocorticotropic hormone ( adrenocorticotropic hormone (ACTH), human chorionic gonadotropin (hCG), estrogen, progesterone, and preeclampsia-related RNA. In particular, among them, estrogen is a major female hormone responsible for the development and regulation of the female reproductive system, and occurs naturally in women in the form of estrone (E1), estradiol (E2), estriol (E3), and esterol (E4). do. E2 is a predominant estrogen during fertility development in terms of estrogen activity.In a recently published study, the serum concentration of E2 in preeclampsia women was 5 times lower than that of normal pregnant women (PE = 2.9 ㅁ 1.9 ng/ml, normal = 10.5 ㅁ 1.8 ng/ml), which suggests that estrogen has the potential as a biomarker for the diagnosis of preeclampsia. However, since estrogen is present at the level of nanograms per ml in body fluid, it is difficult to detect the concentration thereof quickly with a general antibody-antigen reaction system. However, the microneedle of the present invention can quickly and easily capture a very small amount of biomarker through a cylindrical nanopore structure formed on the surface, and visualize it to confirm the presence and concentration of the biomarker. Therefore, the microneedle of the present invention can be functionalized as an antibody capable of selectively capturing estrogen (E2) as a biomarker, and applied to the body to diagnose preeclampsia, a type of pregnancy addiction.

도 1에서는 자간전증의 호르몬 바이오마커인 에스트로겐(E2)을 검출하여 자간전증을 진단하기 위해 항체-기능화된 마이크로니들 패치를 구체적으로 도시하며, 이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 마이크로니들의 바이오마커 검출 메카니즘을 설명하기로 한다.FIG. 1 specifically shows an antibody-functionalized microneedle patch to diagnose preeclampsia by detecting estrogen (E2), which is a hormone biomarker of preeclampsia, and hereinafter, referring to FIG. 1, the biomarker of the microneedle of the present invention is detected. Let's explain the mechanism.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들 및 이를 포함하는 패치의 바이오마커 검출 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a mechanism for detecting a biomarker of a microneedle and a patch including the same according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 마이크로니들은 표면에 형성된 다수의 나노기공 및 표면에 결합된 표적 바이오마커에 특이적으로 결합하는 항체가 존재하여, 마이크로니들을 체내에 삽입 시 체액이 모세관 현상 등에 의해 마이크로니들에 빠르게 흡수되어 체액 내 존재하는 바이오마커가 항체와 결합할 수 있다. 체내 삽입된 마이크로니들(패치의 경우 피부에 부착된 마이크로니들 패치)을 피부로부터 제거한 다음, 마이크로니들에 바이오마커와 특이적으로 결합하고 형광 표지된 2차 항체를 반응시키면, 형광 표지된 2차 항체가 바이오마커와 결합하여 형광을 나타낸다. 이에 따라, 2차 항체를 반응시킨 본 발명의 마이크로니들의 형광 세기를 측정하여 바이오마커의 존재 여부를 확인할 수 있고, 동시에 형광 강도에 따라 바이오마커의 농도 또한 신속하고 정밀하게 검출 가능하다. 일례로, 본 발명의 마이크로니들은 체내 에스트로겐의 존재 여부를 1분만에 분석가능하며, 나노그램 수준 이하의 에스트로겐의 농도는 10분 내지 30분 내에 분석할 수 있다.Referring to FIG. 1, the microneedle of the present invention has a number of nanopores formed on the surface and an antibody that specifically binds to a target biomarker bound to the surface, so that when inserting the microneedle into the body, the body fluid is capillary. As a result, it is rapidly absorbed by the microneedle so that the biomarkers present in the body fluid can bind to the antibody. After removing the microneedle inserted into the body (a microneedle patch attached to the skin in the case of a patch) from the skin, specifically binding the microneedle with a biomarker and reacting a fluorescently labeled secondary antibody, a fluorescently labeled secondary antibody Is combined with the biomarker to show fluorescence. Accordingly, the presence or absence of a biomarker can be confirmed by measuring the fluorescence intensity of the microneedle of the present invention reacted with the secondary antibody, and at the same time, the concentration of the biomarker can also be quickly and accurately detected according to the fluorescence intensity. For example, the microneedle of the present invention can analyze the presence or absence of estrogen in the body in 1 minute, and the concentration of estrogen below the nanogram level can be analyzed within 10 to 30 minutes.

한편, 본 발명의 마이크로니들은 금속 마이크로니들을 양극 산화하여 제조할 수 있다.Meanwhile, the microneedle of the present invention can be manufactured by anodizing a metal microneedle.

이때, 마이크로니들을 양극 산화하기 이전에, 마이크로니들을 연마할 수 있다. 마이크로니들의 연마는 마이크로니들의 표면을 평탄화하여 양극 산화 시 균일한 형상 및 크기의 나노기공이 형성되도록 할 수 있다. 그러나, 연마를 오래 수행하는 경우, 마이크로니들의 길이가 짧아지거나 팁 각도가 커질 수 있고, 이는 피부에 대한 침투력을 감소시킬 수 있다. 때문에, 연마는 마이크로니들의 팁이 날카롭고 마이크로니들의 형태가 크게 변화하지 않도록 수행할 수 있다. 일례로, 상기 연마는 전해 연마일 수 있고, 마이크로니들의 전해 연마는 에탄올과 과염소산 혼합 용액에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 마이크로니들이 15 ㎛의 팁 직경을 갖고 약 750 ㎛의 전체 길이를 갖는 경우, 마이크로니들의 연마는 30초 동안 수행하는 것이 바람직할 수 있다.At this time, before the microneedles are anodized, the microneedles may be polished. Polishing of the microneedles may planarize the surface of the microneedles so that nanopores having a uniform shape and size are formed during anodization. However, when polishing is performed for a long time, the length of the microneedles may be shortened or the tip angle may be increased, which may reduce the penetration force into the skin. Therefore, the polishing can be performed so that the tip of the microneedle is sharp and the shape of the microneedle does not change significantly. For example, the polishing may be electrolytic polishing, and the electrolytic polishing of the microneedles may be performed in a mixed solution of ethanol and perchloric acid. For example, when the microneedles have a tip diameter of 15 μm and an overall length of about 750 μm, it may be desirable to perform polishing of the microneedles for 30 seconds.

상기 금속 마이크로니들은 고순도의 알루미늄, 티타늄, 지르코늄 및 나이오븀이거나 이들의 합금일 수 있다. 일례로, 본 발명의 금속 마이크로니들은 알루미늄 합금 또는 고순도의 알루미늄으로 형성된 알루미늄 마이크로니들일 수 있고, 알루미늄 마이크로니들의 양극 산화는 옥살산 또는 인산 용액에서 수행할 수 있다. 알루미늄 마이크로니들을 양극 산화하면, 표면에 양극 산화된 알루미나 층이 형성되면서 스펀지 형태 또는 니들 표면에 수직한 실린더 형상의 나노기공이 다수 형성된다. 이때, 금속 합금 마이크로니들의 경우 스펀지 형태의 나노기공이 형성되고, 고순도의 금속 마이크로니들의 경우 실린더 형태의 나노기공이 형성될 수 있다.The metal microneedles may be high-purity aluminum, titanium, zirconium, niobium, or an alloy thereof. For example, the metal microneedle of the present invention may be an aluminum microneedle formed of an aluminum alloy or high-purity aluminum, and the anodic oxidation of the aluminum microneedles may be performed in an oxalic acid or phosphoric acid solution. When the aluminum microneedles are anodized, a layer of anodized alumina is formed on the surface, and a number of nanopores in the shape of a sponge or cylinder perpendicular to the surface of the needle are formed. At this time, in the case of the metal alloy microneedle, nanopores in the form of a sponge may be formed, and in the case of the high purity metal microneedles, nanopores in the form of a cylinder may be formed.

양극 산화 시간이 길어질수록 마이크로니들의 표면에 형성되는 나노기공의 크기는 증가하지만, 마이크로니들이 손상될 수 있다. 때문에, 마이크로니들의 양극 산화는 전해질이 옥살산인 경우 1시간 초과 6시간 미만 수행하는 것이 바람직할 수 있고, 보다 바람직하게는 3시간 동안 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이 외에 인산용액을 사용한 양극 산화를 통해 수백 나노의 크기를 가지는 나노기공을 제작할 수 있다. 인산용액을 통한 양극 산화는 용액의 농도를 조절하거나 처리하는 전압을 조절하여 진행하며 양극 산화 처리는 16시간 미만 수행하는 것이 바람직하다. 이후 더 균일하게 수직형으로 세워진 실린더 형태의 기공을 가지게 하기 위해서는 산화층을 제거한 후 2차 양극 산화를 함으로써 더 균일한 수직형 실린더를 얻을 수 있다. 2차 산화 시간에 따라 원하는 길이의 나노기공층을 제작할 수 있다.As the anodization time increases, the size of the nanopores formed on the surface of the microneedles increases, but the microneedles may be damaged. Therefore, when the electrolyte is oxalic acid, the anodic oxidation of the microneedles may be preferably performed for more than 1 hour and less than 6 hours, more preferably for 3 hours. In addition, nanopores having a size of several hundreds of nanometers can be produced through anodization using a phosphoric acid solution. The anodic oxidation through the phosphoric acid solution is performed by controlling the concentration of the solution or the voltage to be treated, and the anodizing treatment is preferably performed for less than 16 hours. Thereafter, in order to have the pores in the form of a cylinder that is more uniformly vertically erected, a more uniform vertical cylinder can be obtained by secondary anodic oxidation after removing the oxide layer. Depending on the secondary oxidation time, a nanoporous layer having a desired length can be prepared.

또한, 양극 산화하는 공정 이후에, 형성된 나노기공을 확장시키는 공정을 수행할 수 있다. 이때, 나노기공 확장 공정은 인산 용액에 상기 마이크로니들을 침지시켜 수행할 수 있다.In addition, after the anodic oxidation process, a process of expanding the formed nanopores may be performed. In this case, the nanopore expansion process may be performed by immersing the microneedles in a phosphoric acid solution.

이하에서는 보다 구체적인 실시예를 들어, 본 발명의 마이크로니들을 제조하는 방법, 본 발명의 마이크로니들 및 이의 특성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a microneedle of the present invention, a microneedle of the present invention, and characteristics thereof will be described in detail by way of a more specific embodiment.

나노기공을 포함하는 마이크로니들을 포함하는 패치의 제조Preparation of a patch containing microneedles containing nanopores

총알 형태의 마이크로니들이 다수 개 배열된 알루미늄 합금 또는 고순도의 알루미늄(Al) 마이크로니들 패치를 5분 동안 아세톤 중 초음파 처리하여 세척하였다. 그 다음, 에탄올(99.9%, Duksan Chem.) 및 과염소산(70%, Samchun Chem.)이 4:1의 부피비로 구성된 전해질을 사용하여, 2-전극 구성에서 마이크로니들 패치의 전해연마를 수행하였다. 이때, 마이크로니들 패치는 애노드(anode)로 사용하고 탄소 플레이트를 카운터 전극으로 사용하였다. 전해연마는 DC 전력원을 사용하여 20 V 정전압으로 7 ℃에서 30초 동안 수행하였다. 그 다음, 옥살산을 이용하여 양극산화를 수행하였다. 옥살산 양극산화는 양극 산화는 동일한 2-전극 구성에서, 0.3 M 옥살산(99%, Samchun Chem.) 용액 중 15 ℃에서 40 V로 3시간 동안 수행하였다. 이어서, 0.1 M 인산(85%, Samchun Chem.) 용액에 30 ℃에서 25분 동안 침지시켜 기공을 확장시켜, 본 발명의 실시예 1에 따라 표면에 나노기공 구조가 형성된 마이크로니들 및 이를 포함하는 마이크로니들 패치를 제작하였다.An aluminum alloy or high-purity aluminum (Al) microneedle patch in which a plurality of bullet-shaped microneedles were arranged was cleaned by ultrasonic treatment in acetone for 5 minutes. Then, the electrolytic polishing of the microneedle patch was performed in a two-electrode configuration using an electrolyte composed of a volume ratio of 4:1 ethanol (99.9%, Duksan Chem.) and perchloric acid (70%, Samchun Chem.). At this time, the microneedle patch was used as an anode and a carbon plate was used as a counter electrode. Electrolytic polishing was performed at 7° C. for 30 seconds at a constant voltage of 20 V using a DC power source. Then, anodization was performed using oxalic acid. The oxalic acid anodic oxidation was carried out for 3 hours at 40 V at 15° C. in a 0.3 M oxalic acid (99%, Samchun Chem.) solution in the same two-electrode configuration. Subsequently, by immersing in a 0.1 M phosphoric acid (85%, Samchun Chem.) solution at 30° C. for 25 minutes to expand the pores, a microneedle having a nanoporous structure on the surface and a microneedle containing the same according to Example 1 of the present invention A needle patch was produced.

또한, 수백 나노의 기공 크기와 알루미나 층의 두께를 가지는 다공성 마이크로니들을 제작하기 위하여, 위와 동일한 전해 연마 과정을 거친 고순도의 알루미늄 마이크로니들 패치에 인산용액을 사용하여 양극 산화를 수행하였다. 양극 산화는 동일한 2-전극 구성에서 두 차례 진행되는데, 먼저 1차로 0.1 M 인산 용액 중 0 ℃에서 195 V로 16시간 동안 수행하였다. 1차 양극 산화 후, 1.8 wt%의 chromic oxide(chromium oxide VI, Junsei Chem.)와 6 wt%의 인산의 혼합용액에 6시간 동안 침지시켜 기존에 형성된 불균일한 구조를 가지는 다공성 알루미나 층을 제거하였다. 이 후 진행된 2차 양극 산화는 1차 양극 산화와 동일한 조건에서 2분 동안 수행하였다. 이어서, 0.1 M 인산 용액에 30 ℃에서 90분 동안 침지시켜 기공을 확장시켜, 본 발명의 실시예 2에 따라, 표면에 나노기공 구조가 형성된 마이크로니들 및 이를 포함하는 마이크로니들 패치를 제조하였다.In addition, in order to fabricate a porous microneedle having a pore size of several hundred nanometers and a thickness of an alumina layer, anodic oxidation was performed using a phosphoric acid solution on a high-purity aluminum microneedle patch that had undergone the same electropolishing process as above. The anodic oxidation was carried out twice in the same two-electrode configuration, and first, it was firstly performed in a 0.1 M phosphoric acid solution at 0° C. and 195 V for 16 hours. After the first anodization, the previously formed porous alumina layer having a non-uniform structure was removed by immersing it in a mixed solution of 1.8 wt% chromic oxide (chromium oxide VI, Junsei Chem.) and 6 wt% phosphoric acid for 6 hours. . Subsequently, the secondary anodic oxidation was carried out for 2 minutes under the same conditions as the first anodic oxidation. Subsequently, the pores were expanded by immersing in a 0.1 M phosphoric acid solution at 30° C. for 90 minutes, and according to Example 2 of the present invention, a microneedle having a nanoporous structure on its surface and a microneedle patch including the same were prepared.

나노기공을 포함하는 마이크로니들의 구조Microneedle structure including nanopores

본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 나노기공을 포함하는 마이크로니들(패치)의 표면 및 단면적을 주사전자현미경(FE-SEM, Hitachi S-4700, Japan)을 사용하여 10 kV의 동작 전압으로 확인하였다. 이때, 마이크로니들은 이온 스퍼터 코팅기(Hitachi E-1010, Japan)를 사용하여 40초 동안 백금으로 코팅하였다. 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타낸다.The surface and cross-sectional area of the microneedle (patch) including nanopores according to Examples 1 and 2 of the present invention was confirmed with an operating voltage of 10 kV using a scanning electron microscope (FE-SEM, Hitachi S-4700, Japan). I did. At this time, the microneedles were coated with platinum for 40 seconds using an ion sputter coating machine (Hitachi E-1010, Japan). The results are shown in FIGS. 2 and 3.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들을 설명하기 위한 도면이다.2 and 3 are views for explaining a microneedle according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2는 본 발명에 따라 옥살산 용액에서 양극 산화가 수행된 알루미늄 합금 마이크로니들의 SEM 이미지이다.First, FIG. 2 is an SEM image of an aluminum alloy microneedle subjected to anodization in an oxalic acid solution according to the present invention.

도 2에서 a는 본 발명의 실시예 1에 따른 나노기공을 포함하는 알루미늄 합금 마이크로니들(패치)의 표면 SEM 이미지 이고, b는 단면 SEM 이미지이다.In FIG. 2, a is a surface SEM image of an aluminum alloy microneedle (patch) including nanopores according to Example 1 of the present invention, and b is a cross-sectional SEM image.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 양극 산화 처리된 알루미늄 합금 마이크로니들의 표면에는 다수의 나노기공 구조가 형성된 것을 확인할 수 있고, 형성된 기공의 크기는 약 35 nm이고 양극 산화에 의해 알루미늄 합금 마이크로니들 표면에 형성된 다공성 알루미나 층의 두께는 약 15 ㎛이다.Referring to FIG. 2, it can be seen that a number of nanopore structures are formed on the surface of the aluminum alloy microneedle subjected to anodization treatment according to the present invention, and the size of the formed pores is about 35 nm, and the aluminum alloy microneedle is anodic oxidation. The thickness of the porous alumina layer formed on the surface is about 15 μm.

도 3은 본 발명에 따라 옥살산 또는 인산 용액에서 양극 산화가 수행된 고순도의 알루미늄 마이크로니들의 SEM 이미지이다.3 is a SEM image of high-purity aluminum microneedles subjected to anodization in an oxalic acid or phosphoric acid solution according to the present invention.

도 3에서 a 및 c는 각각 옥살산 및 인산 용액에서 양극 산화가 수행된 니들 표면에 수직인 실린더 형태의 나노기공을 포함하는 고순도의 알루미늄 마이크로니들의 표면 SEM 이미지 이고, b 및 d는 단면 SEM 이미지이다.In FIG. 3, a and c are surface SEM images of high-purity aluminum microneedles including cylindrical nanopores perpendicular to the anodic oxidation in oxalic acid and phosphoric acid solutions, respectively, and b and d are cross-sectional SEM images. .

도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 옥살산 및 인산 용액에서 양극 산화 처리된 고순도의 알루미늄 마이크로니들의 표면에 다수의 나노기공 구조가 형성된 것을 확인할 수 있다. 형성된 기공의 크기는 옥살산을 사용한 경우 약 35 nm이고, 인산을 사용한 경우에는 약 180 nm이다. 양극 산화에 의해 마이크로니들 표면에 형성된 다공성 알루미나 층의 두께는 옥살산을 사용한 경우 약 15 ㎛이고, 인산을 사용한 경우에는 약 350 nm이다. Referring to FIG. 3, it can be seen that a plurality of nanoporous structures are formed on the surface of high-purity aluminum microneedles that have been anodized in oxalic acid and phosphoric acid solutions according to the present invention. The pore size formed is about 35 nm when oxalic acid is used, and about 180 nm when phosphoric acid is used. The thickness of the porous alumina layer formed on the surface of the microneedle by anodic oxidation is about 15 μm when oxalic acid is used, and about 350 nm when phosphoric acid is used.

아울러, 양극 산화 시간에 따른 마이크로니들의 표면 변화를 확인하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.In addition, the surface change of the microneedles according to the anodic oxidation time was confirmed. The results are shown in FIG. 4.

도 4는 양극 산화 시간에 따른 마이크로니들의 표면 변화를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a surface change of a microneedle according to an anodization time.

도 4를 참조하면, 옥살산을 이용하여 양극 산화를 1시간 수행한 경우 마이크로니들 표면에 나노기공 구조가 잘 형성되지 않았고, 이것은 양극 산화 시간을 조정하여 다공성 알루미나 층의 두께를 제어할 수 있음에도 짧은 시간으로는 기공 구조가 형성되지 않음을 나타낸다. 한편, 옥살산 양극 산화 시 알루미늄 합금으로 제조된 마이크로니들의 표면에는 크랙(crack)이 형성될 수 있는데, 6시간 동안 옥살산 양극 산화 시 마이크로니들이 심각하게 손상됨을 확인할 수 있다. 반면, 옥살산 양극 산화를 3시간 수행한 경우, 마이크로니들이 크게 손상되지 않고, 마이크로니들에 다공성 구조가 형성됨을 확인할 수 있다. 이에, 본 발명에 따라 알루미늄 합금 마이크로니들 패치를 옥살산 양극산화 시에는 양극산화 시간이 1 시간 초과 6시간 미만인 것이 바람직함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, when anodizing was performed using oxalic acid for 1 hour, nanoporous structures were not well formed on the surface of the microneedle, and this was a short time even though the thickness of the porous alumina layer could be controlled by adjusting the anodic oxidation time. Indicates that no pore structure is formed. On the other hand, when oxalic acid anodizing, a crack may be formed on the surface of the microneedles made of aluminum alloy, and it can be seen that the microneedles are severely damaged when oxalic acid anodizing for 6 hours. On the other hand, when the oxalic acid anodization is performed for 3 hours, it can be seen that the microneedles are not significantly damaged, and a porous structure is formed in the microneedles. Accordingly, it can be seen that when anodizing the aluminum alloy microneedle patch with oxalic acid according to the present invention, the anodization time is preferably greater than 1 hour and less than 6 hours.

또한, 옥살산 양극 산화를 3시간 수행한 경우 형성된 다공성 층의 두께는 약 15 ㎛이고 기공 크기는 약 25 nm이다. 이는 상기 도 2를 참조하여 확인한 기공 크기, 35 nm 보다 작은 크기로, 즉, 본 발명의 실시예 1에 따라 양극 산화 후 기공 확장 공정을 통해 마이크로니들 표면의 기공이 확장됨을 나타낸다.In addition, when oxalic acid anodization was performed for 3 hours, the thickness of the formed porous layer was about 15 μm and the pore size was about 25 nm. This indicates that the pore size determined with reference to FIG. 2 is smaller than 35 nm, that is, the pores on the microneedle surface are expanded through the pore expansion process after anodization according to Example 1 of the present invention.

즉, 도 4를 도 2와 함께 참조하면, 옥살산 양극 산화 후 기공 확장 공정을 수행한 본 발명의 실시예 1에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들은 약 15 ㎛ 두께의 다공성 층을 갖고, 약 35 nm 크기의 기공을 다수 포함하며, 기공-기공 사이의 거리는 약 75 nm인 것을 확인할 수 있다. 이러한 기공 확장 공정을 통해 본 발명의 마이크로니들은 다공성 층을 통해 항체나 바이오마커를 흡수할 수 있다.That is, referring to FIG. 4 together with FIG. 2, the microneedle including the nanopore structure according to Example 1 of the present invention, which performed the pore expansion process after oxalic acid anodization, has a porous layer having a thickness of about 15 μm, and about It can be seen that it includes a large number of pores having a size of 35 nm, and the distance between pores and pores is about 75 nm. Through this pore expansion process, the microneedles of the present invention can absorb antibodies or biomarkers through the porous layer.

또한, 나노기공 구조를 포함 및 비포함하는 마이크로니들의 길이, 팁 각도, 팁 직경 및 베이스 직경을 광학 현미경(Eclipse TS100, Nikon, Japan)으로 확인하였다.In addition, the length, tip angle, tip diameter, and base diameter of the microneedle including and without nanopore structure were confirmed with an optical microscope (Eclipse TS100, Nikon, Japan).

본 발명에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들(nMN)의 표면적(A nano)은 양극 산화 알루미늄 산화물(anodic aluminium oxide, AAO)의 단위 셀 구조를 사용하여 추정하였고, 단위 셀 구조를 통한 표면적 계산은 하기 식 및 도 5에 나타낸 바와 같다. The surface area (A nano ) of the microneedle (nMN) including the nanopore structure according to the present invention was estimated using the unit cell structure of an anodic aluminum oxide (AAO), and the surface area was calculated through the unit cell structure. Is as shown in the following formula and FIG. 5.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 나노기공 구조를 설명하기 위한 도면으로, 육각 AAO 단위 셀의 모식도를 나타낸다.5 is a diagram for explaining a nanoporous structure of a microneedle according to an embodiment of the present invention, and shows a schematic diagram of a hexagonal AAO unit cell.

도 5에서 r, h, 및 d는 표면적과 관련된 나노구조의 단위 셀 파라미터로, 각각 기공 반경, 기공층의 두께, 및 기공-기공 사이의 거리를 나타낸다.In FIG. 5, r, h, and d are the unit cell parameters of the nanostructure related to the surface area, and represent the pore radius, the thickness of the pore layer, and the pore-pore distance, respectively.

[식][expression]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서, A cell은 실린더형 기공 구조를 갖는 육각 단위 셀의 표면적을 나타내고, N cell은 마이크로니들 표면에서 단위 셀들의 수를 나타내며, A non은 비기공성 마이크로니들의 표면적, 그리고, r, h, 및 d는 기공 반경, 기공층의 두께, 및 기공-기공 사이의 거리를 나타낸다(도 4 참조).In the above formula, A cell denotes the surface area of a hexagonal unit cell having a cylindrical pore structure, N cell denotes the number of unit cells on the microneedle surface, A non denotes the surface area of a non-porous microneedle, and r, h, And d represents the pore radius, the thickness of the pore layer, and the pore-pore distance (see Fig. 4).

도 5 및 상기 식을 참조하면, 나노기공 구조를 포함하지 않는 마이크로니들의 표면적(A non)은 대략 4.02 X 105 2이고, 추정된 본 발명에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들(nMN)의 표면적(A nano)은 약 1.37 X 108 2로, 대응하는 비기공성 마이크로니들의 표면적(A non)에 약 340배이다.Referring to FIG. 5 and the above formula, the surface area ( A non ) of the microneedle not including the nanopore structure is approximately 4.02 X 10 5 µm 2, and the microneedle (nMN ) Has a surface area ( A nano ) of about 1.37 X 10 8 µm 2 , which is about 340 times the surface area of the corresponding non-porous microneedle ( A non).

체외(In vitro ( ex vivoex vivo ) 삽입 테스트) Insertion test

피부를 관통하는 마이크로니들에서 형태학적 변화의 효과를 확인하기 위해, 마이크로니들에 나노기공 구조를 형성하기 전 및 후의 삽입력을 측정하였다. 니들 및 니들 부에 적용된 힘을 측정하는데 변위-힘(displacement-force) 테스트 스테이션(\Universal Testing Machine, A&D 5000H, A&D Sales Corp.)을 사용하였다. 니들은 인간 피부와 유사한 구조(즉, 각질층)를 갖는 돼지 피부에 삽입하였고, 적용된 스피드는 10 mm/min이었다. 이때, 돼지 피부는 인간 피부와 유사한 습도 및 탄력을 갖도록 37 ℃에서 15분 동안 건조하여 사용하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.In order to confirm the effect of the morphological change in the microneedle penetrating the skin, the insertion force before and after formation of the nanopore structure in the microneedle was measured. A displacement-force test station (\Universal Testing Machine, A&D 5000H, A&D Sales Corp.) was used to measure the force applied to the needle and the needle part. The needle was inserted into pig skin having a structure similar to human skin (ie, stratum corneum), and the applied speed was 10 mm/min. At this time, the pig skin was used after drying for 15 minutes at 37 °C so as to have similar humidity and elasticity to human skin. The results are shown in FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 삽입력을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the insertion force of the microneedle according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 측정된 삽입력은 나노기공 구조를 형성하기 전(도 6에서 Non-porous MN) 및 후(도 6에서 Nanoporous MN) 모두에서 약 0.3-0.4 N/니들로 나타나고, 이는 피부의 각질층을 관통하는데 적합하다. 즉, 본 발명에 따라 양극 산화를 통해 마이크로니들 표면에 나노기공 구조를 형성하여도 본 발명의 마이크로니들은 피부에 삽입되는데 충분함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, the measured insertion force is represented by about 0.3-0.4 N/needle both before (Non-porous MN in FIG. 6) and after (Nanoporous MN in FIG. 6) forming a nanoporous structure. It is suitable for penetrating the stratum corneum of the. That is, it can be seen that even if the nanoporous structure is formed on the surface of the microneedle through anodic oxidation according to the present invention, the microneedles of the present invention are sufficient to be inserted into the skin.

항체 기능화된 마이크로니들을 포함하는 패치의 제조Preparation of Patch Containing Antibody Functionalized Microneedle

표면 변형을 이용하여 마이크로니들 표면에 정전기적으로 E2에 대한 포획 항체(이하, 항-E2 항체)를 부착하였다. 구체적으로, 마이크로니들 표면에 항-E2 항체를 고정하기 위해, 마이크로니들 패치를 아세톤으로 10분동안 세척하였다. 그 다음, 마이크로니들을 O2 플라즈마로 처리하여 마이크로니들 표면에 음전하를 발생시켰다. 이어서, 음전하된 마이크로니들을 양전하된 폴리(아릴아민 염소수소산염)(poly(allylamine hydrochloride), PAH, Mw: 15000 g mol-1, Sigma-Aldrich) 수용액(0.6 wt/vol%)에 10분 동안 침지시켜 코팅하였다. 그 후, 탈이온수에 10분 동안 마이크로니들을 침지시키고 N2로 건조한 다음, 카보네이트 버퍼(0.2 M 소듐 카보네이트/바이카보네이트 버퍼 pH 9.4) 중 음전하된 항-E2 항체(1st Ab,17-β에스트라디올 항체 (5E500), Santa Cruz Biotechnology Inc., USA)를 마이크로니들 각각에 캐스트(cast)하고(마이크로니들 당 2 μl) 1시간 동안 배양하였다. 이어서, 마이크로니들 패치를 0.05 wt% tween 20을 포함하는 인산 완충 생리 식염수(PBST)로 6회 세척하여 니들 표면과 결합하지 못한 항체를 제거하였다. 비특이적 결합을 감소시키기 위해, 각각의 마이크로니들을 5%의 소 혈청 알부민(PBST 블로킹 버퍼 중 BSA) 2 μl로 처리하고 1시간 동안 배양하였다. 그 다음, PBST로 마이크로니들을 6회 세척하여, 본 발명에 따라 항체 기능화된 마이크로니들 패치를 제조하였다.A capture antibody against E2 (hereinafter, anti-E2 antibody) was electrostatically attached to the surface of the microneedle using surface modification. Specifically, in order to immobilize the anti-E2 antibody on the microneedle surface, the microneedle patch was washed with acetone for 10 minutes. Then, the microneedle was treated with O 2 plasma to generate a negative charge on the surface of the microneedle. Subsequently, the negatively charged microneedle was added to a positively charged poly(allylamine hydrochloride) (poly(allylamine hydrochloride), PAH, Mw: 15000 g mol-1, Sigma-Aldrich) aqueous solution (0.6 wt/vol%) for 10 minutes. It was coated by immersion. Thereafter, the microneedles were immersed in deionized water for 10 minutes , dried with N 2, and then negatively charged anti-E2 antibody (1 st Ab, 17-βestra) in carbonate buffer (0.2 M sodium carbonate/bicarbonate buffer pH 9.4). Diol antibody (5E500), Santa Cruz Biotechnology Inc., USA) was cast to each microneedle (2 μl per microneedle) and incubated for 1 hour. Subsequently, the microneedle patch was washed 6 times with phosphate buffered physiological saline (PBST) containing 0.05 wt% tween 20 to remove antibodies that could not bind to the needle surface. To reduce non-specific binding, each microneedle was treated with 2 μl of 5% bovine serum albumin (BSA in PBST blocking buffer) and incubated for 1 hour. Then, the microneedle was washed 6 times with PBST to prepare an antibody functionalized microneedle patch according to the present invention.

각 코팅 공정 단계에서의 마이크로니들 표면을 FE-SEM(Hitachi S-4700, Japan)으로 촬영하였고, 그 결과를 도 7에 나타낸다.The microneedle surface in each coating process step was photographed with FE-SEM (Hitachi S-4700, Japan), and the results are shown in FIG. 7.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 항체 기능화된 마이크로니들을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the antibody functionalized microneedle according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 각각 PAH, 1st Ab, 그리고 BAS/1st Ab코팅 후 마이크로니들 표면의 기공이 점차 작아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 마이크로니들 표면에 각 물질이 결합됨을 의미한다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the pores on the microneedle surface gradually become smaller after coating PAH, 1 st Ab, and BAS/1 st Ab, respectively, according to the present invention. This means that each material is bonded to the surface of the microneedle.

표면 전하 측정Surface charge measurement

본 발명에 따라 산소 플라즈마 처리된, PAH 코팅된, 그리고 항-E2 항체(1stAb)코팅된 마이크로니들의 표면 전하를 확인하기 위해, 동일한 화학적 조성을 갖는 나노기공성 알루미늄 시트를 마이크로니들 대신 사용하여, 다양한 pH 조건에서 제타 전위 측정 시스템(ELS-Z 2000, Otsuka Electronics, Japan)과 Malvern zetasizer (Zetasizer Nano ZS, Malvern instruments, UK)로 제타 전위 측정하였다. 그 결과를 도 8에 나타낸다.In order to confirm the surface charge of the oxygen plasma treated, PAH coated, and anti-E2 antibody (1 st Ab) coated microneedles according to the present invention, a nanoporous aluminum sheet having the same chemical composition was used instead of the microneedles. , Zeta potential was measured with a zeta potential measurement system (ELS-Z 2000, Otsuka Electronics, Japan) and Malvern zetasizer (Zetasizer Nano ZS, Malvern instruments, UK) under various pH conditions. The results are shown in FIG. 8.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 항체 기능화된 마이크로니들의 표면 전하를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the surface charge of the antibody functionalized microneedle according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저, O2 플라즈마 처리 시 표면 전하가 약 -1.2 mV로 음전하됨을 확인할 수 있다. 또한, O2 플라즈마 처리된 표면에 양전하를 갖는 PAH를 코팅 시 약 1.2 mV로 양전하됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, first, it can be seen that the surface charge is negatively charged to about -1.2 mV during the O 2 plasma treatment. In addition, it can be seen that when the PAH having a positive charge is coated on the O 2 plasma-treated surface, it is positively charged to about 1.2 mV.

한편, 1st Ab의 경우, pH 7.4의 조건(PBS 용액 중)에서는 특정한 전하가 나타나지 않으나, pH 9.4의 카보네이트 버퍼에서는 표면에 음전하를 띄는 것을 확인할 수 있었다(-8.1 mV). PAH 코팅된 표면에 pH 9.4인 카보네이트 버퍼 중의 1st Ab가 처리되기 때문에 pH 9.4에서 측정된 PAH 코팅된 표면의 표면 전하는 약 5.1 mV이다. 즉, 이는 PAH 코팅된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 표면에 정전기력 인력에 의해 1st Ab가 고정화됨을 나타낸다.On the other hand, in the case of 1 st Ab, a specific charge did not appear under the condition of pH 7.4 (in the PBS solution), but it was confirmed that a negative charge was exhibited on the surface in the carbonate buffer of pH 9.4 (-8.1 mV). The surface charge of the PAH-coated surface measured at pH 9.4 is about 5.1 mV because the PAH-coated surface is treated with 1 st Ab in a carbonate buffer with a pH of 9.4. That is, this indicates that 1 st Ab is immobilized on the surface of the microneedle including the PAH-coated nanopore structure by electrostatic attraction.

E2 포획에 대한 마이크로니들의 최적화Optimization of microneedles for E2 capture

(1) E2에 대한 1(1) 1 for E2 st st Ab의 농도Ab concentration

1st Ab의 적절한 농도를 확인하기 위해, PAH 코팅된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 패치에 니들 당 2 μl의 다양한 농도의 1st Ab(10, 20 및 50 μg/ml)를 각각 처리하고 1시간 동안 배양하였다. 그 다음, 마이크로니들 패치를 PBST로 6회 세척하고 니들 당 2 μl의 BSA로 처리하였다. 이어서, 마이크로니들을 PBST로 완전히 세척하고, 니들 당 2 μl의 E2 용액(PBS 중 0.1% DMSO 내 10 ng/ml 용해)으로 처리한 다음 30분간 배양하였다. 모든 잔여물을 제거하기 위해 마이크로니들을 PBST로 세척한 다음, 각각의 마이크로니들을 PBS 중 20 μg/ml의 Texas Red-표지된 염소 유래의 항-마우스 IgG 항체(Texas Red-conjugated goat anti-mouse IgG antibody, TR-2nd Ab, Invitrogen Corp., USA)로 처리하고(니들 당 2 μl) 1시간 동안 배양하였다. 그 다음, 마이크로니들 패치를 PBST로 6회 세척하여 미결합된 항체를 제거하였다. 이어서, 제조한 마이크로니들 패치를 형광 현미경(Eclipse TS100, Nikon, Japan)으로 확인하였고, 형광 강도는 이미지 분석 소프트웨어(ImageJ, NIH, Bethesda, MD, USA)를 사용하여 측정하였다.To confirm the appropriate concentration of 1 st Ab, a microneedle patch containing a PAH-coated nanopore structure was treated with 2 μl of 1 st Ab (10, 20 and 50 μg/ml) at various concentrations per needle, respectively, and 1 Incubated for hours. The microneedle patch was then washed 6 times with PBST and treated with 2 μl of BSA per needle. Subsequently, the microneedles were thoroughly washed with PBST, treated with 2 μl of E2 solution per needle (dissolved at 10 ng/ml in 0.1% DMSO in PBS) and incubated for 30 minutes. The microneedles were washed with PBST to remove all residues, and then each microneedle was washed with 20 μg/ml of Texas Red-labeled goat-derived anti-mouse IgG antibody (Texas Red-conjugated goat anti-mouse) in PBS. IgG antibody, TR-2 nd Ab, Invitrogen Corp., USA) (2 μl per needle) and incubated for 1 hour. Then, the microneedle patch was washed 6 times with PBST to remove unbound antibody. Subsequently, the prepared microneedle patch was confirmed with a fluorescence microscope (Eclipse TS100, Nikon, Japan), and the fluorescence intensity was measured using image analysis software (ImageJ, NIH, Bethesda, MD, USA).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로니들의 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면으로, 1st Ab의 농도에 따른 본 발명의 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 표면에서 TR-2nd Ab의 형광 강도를 나타낸다.9 is a view for explaining the E2 detection characteristics of the microneedle according to an embodiment of the present invention. TR-2 nd Ab on the surface of the microneedle including the nanoporous structure of the present invention according to the concentration of 1 st Ab Indicate the fluorescence intensity.

도 9를 참조하면, 본 발명의 마이크로니들은 모든 농도의 1st Ab에서 형광 강도를 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 마이크로니들에 1st Ab가 결합되어 E2 첨가 시 이를 포획하고 포획된 E2가 TR-2nd Ab와 결합함으로써 결과적으로 형광을 나타낼 수 있음을 의미한다. 즉, 본 발명에 따른 마이크로니들이 정상 임신 여성에서 나타나는 E2의 농도인 10 ng/ml 수준의 E2를 검출할 수 있음을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 마이크로니들에서의 형광은 마이크로니들 표면에 바이오분자들, 1st Ab,BSA,E2,TR-2nd Ab가 6회 세척 후에도 안정적으로 결합됨을 보여준다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the microneedle of the present invention exhibits fluorescence intensity at 1 st Ab at all concentrations. This means that 1 st Ab is bound to the microneedle of the present invention and is captured when E2 is added, and the captured E2 binds with TR-2 nd Ab, resulting in fluorescence. That is, it can be seen that the microneedles according to the present invention can detect E2 at the level of 10 ng/ml, which is the concentration of E2 in normal pregnant women. In addition, fluorescence in the microneedle of the present invention shows that biomolecules, 1 st Ab, BSA, E2, TR-2 nd Ab, are stably bound to the microneedle surface even after washing 6 times.

또한, 모든 농도의 1st Ab에서 마이크로니들이 우수한 형광 강도를 나타내었으나, 20 및 50 μg/ml 농도의 1st Ab로 처리한 마이크로니들에서 10 μg/ml 농도의 1st Ab처리된 마이크로니들 보다 높은 형광 강도가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 1st Ab의 농도가 증가할수록 표면에 부착되는 1st Ab양이 증가하고, 이에 의해 1st Ab에 결합되는 E2의 양 또한 증가하며, 결합된 E2가 TR-2nd Ab와 결합하여, 결과적으로 높은 형광 강도를 나타냄을 의미한다.In addition, the microneedles exhibited excellent fluorescence intensity at all concentrations of 1 st Ab, but the microneedles treated with 1 st Ab at concentrations of 20 and 50 μg/ml were higher than those treated with 1 st Ab at a concentration of 10 μg/ml. It can be seen that the fluorescence intensity appears. This increases the concentration of the 1 st Ab increases the 1 st Ab amount adhering to the surface, and increasing this amount of E2 coupled to the 1 st Ab by addition and, by the combined E2 combined with TR-2 nd Ab, as a result Means high fluorescence intensity.

한편, 20 μg/ml의 1st Ab에서는 50 μg/ml의 1st Ab와 유사한 형광 강도를 나타냄을 확인할 수 있고, 이는 마이크로니들의 표면적이 고정되어 있기 때문에, 고정화 가능한 1stAb의 양이 제한됨을 의미한다. 즉, 상기 실시예 1에 따라 제조한 나노기공 구조를 갖는 마이크로니들의 크기에서는 고정화 가능한 1st Ab의 양이 20 μg/ml임을 확인할 수 있고, 이에, 하기 테스트에서는 1st Ab를 20 μg/ml의 농도로 사용하였다.On the other hand, 20 in the 1 st Ab in μg / ml, and to determine a represents a fluorescence intensity similar to the 1 st Ab of 50 μg / ml, which limited the amount of since the surface area of the micro-needle is fixed, immobilized available 1 st Ab Means. That is, in the size of the microneedle having a nanoporous structure prepared according to Example 1, it can be confirmed that the amount of 1 st Ab that can be immobilized is 20 μg/ml. Accordingly, in the following test, 1 st Ab is 20 μg/ml It was used at a concentration of.

(2) E2의 배양 시간(2) E2 incubation time

E2 배양 시간에 따른 본 발명에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들의 E2 포획 능력을 확인하기 위해, BSA/1st Ab처리된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들(20 μg/ml의 1st Ab및 BSA로 처리) 각각을 1 및 10 ng/ml의 E2 용액 (니들 당 2 μl)으로 처리한 후 각각 1, 10 및 30 분 동안 배양하였다. 이어서, 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들을 세척하고 TR-2nd Ab로 처리한 다음, PBST로 6회 세척하였다. 그 결과를 도 10 및 11에 나타낸다.In order to confirm the E2 capture ability of the microneedles containing the nanoporous structure according to the present invention according to the E2 culture time, the microneedles containing the nanoporous structure treated with BSA/1 st Ab (20 μg/ml of 1 st Ab And BSA) each was treated with 1 and 10 ng/ml of E2 solution (2 μl per needle) and incubated for 1, 10 and 30 minutes, respectively. Subsequently, the microneedle containing the nanopore structure was washed , treated with TR-2 nd Ab, and washed 6 times with PBST. The results are shown in Figs. 10 and 11.

도 10 및 11은 본 발명에 따른 마이크로니들의 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도 10은 배양 시간에 따른 형광 강도를 나타내는 그래프이고, 도 11은 배양 시간에 따른 형광 이미지이다(스케일 바 = 200 μm).10 and 11 are diagrams for explaining the E2 detection characteristics of the microneedle according to the present invention, FIG. 10 is a graph showing fluorescence intensity according to incubation time, and FIG. 11 is a fluorescence image according to incubation time (scale bar = 200 μm).

도 10 및 11을 참조하면, 배양 시간이 증가할수록 형광 강도가 증가하기는 하지만, 1분의 짧은 배양시간에서도 E2의 양에 비례하여 형광 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 형광 이미지를 통해 가시적으로도 확인 가능하다(도 11 참조).Referring to Figures 10 and 11, although the fluorescence intensity increases as the incubation time increases, it can be seen that the fluorescence intensity increases in proportion to the amount of E2 even in a short incubation time of 1 minute, which is visible through fluorescence images. It can also be confirmed by (see Fig. 11).

즉, 본 발명의 마이크로니들이 단시간 내에 빠르게 낮은 농도의 E2를 포획하여 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the microneedles of the present invention can quickly capture and detect a low concentration of E2 within a short time.

E2 체내(E2 in the body ( in vitroin vitro ) 포획 테스트) Capture test

(1) E2 농도(1) E2 concentration

마이크로니들의 검출 한계를 확인하기 위해, BSA/1st Ab처리된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 패치에 각각 니들 당 2 μl의 E2 용액(PBS 중 0.1% DMSO 내 0.5 -1000 ng/ml의 E2 용해)을 처리한 후 1 분 동안 배양하였다. 그 다음, 세척하고 TR-2nd Ab로 처리한 후 PBST로 6회 세척하였다.To confirm the detection limit of the microneedles, 2 μl of E2 solution per needle (0.5 -1000 ng/ml of E2 in 0.1% DMSO in PBS) was added to the microneedle patch containing the nanoporous structure treated with BSA/1 st Ab. Lysis) was treated and incubated for 1 minute. Then, it was washed , treated with TR-2 nd Ab, and washed 6 times with PBST.

제조한 마이크로니들의 형광 강도 및 형광 이미지를 확인하였고, 그 결과를 도 12 및 도 13에 나타낸다.The fluorescence intensity and fluorescence images of the prepared microneedles were confirmed, and the results are shown in FIGS. 12 and 13.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 마이크로니들의 E2 농도에 따른 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도 12는 E2 농도에 따른 형광 강도를 나타내는 그래프이고, 도 13은 E2 농도에 따른 형광 이미지이다(스케일 바 = 200 μm).12 and 13 are diagrams for explaining the characteristics of the microneedle according to the concentration of E2 according to the present invention, FIG. 12 is a graph showing the fluorescence intensity according to the concentration of E2, and FIG. 13 is a fluorescence image according to the concentration of E2 ( Scale bar = 200 μm).

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들(도 12 및 13에서, Nanoporous MN)에서는 E2의 농도가 증가할수록 형광 강도가 증가함을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명의 마이크로니들에서는 자간전증의 기준인 1, 10 ng/ml 농도의 E2에서도 유의한 차이를 나타냄을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 12 and 13, it can be seen that the fluorescence intensity increases as the concentration of E2 increases in the microneedle (Nanoporous MN in FIGS. 12 and 13) including the nanoporous structure according to the present invention. In particular, it can be seen that the microneedle of the present invention exhibits a significant difference even in the E2 concentration of 1, 10 ng/ml, which is the standard of preeclampsia.

반면, 비기공성 마이크로니들(도 12 및 13에서, Non-porous MN)에서는 1000 ng/ml 농도의 E2 처리 시에도 E2 농도에 따른 형광 강도 차이가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the non-porous microneedles (Non-porous MN in FIGS. 12 and 13), it can be seen that there is little difference in fluorescence intensity according to the E2 concentration even when the E2 is treated at a concentration of 1000 ng/ml.

또한, 배양 시간이 10분 및 30분인 것을 제외하고, 상기와 동일하게 다양한 E2 농도(0.05-10 ng/ml)에서, 1st Ab, BSA, E2, TR-2nd Ab가 처리된 마이크로니들을 제조하였다. 제조한 마이크로니들의 형광 강도 및 형광 이미지를 도 14 내지 도 17에 나타낸다.In addition, the microneedle treated with 1 st Ab, BSA, E2, TR-2 nd Ab at various E2 concentrations (0.05-10 ng/ml) as above, except that the incubation time is 10 minutes and 30 minutes. Was prepared. The fluorescence intensity and fluorescence images of the prepared microneedles are shown in FIGS. 14 to 17.

도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 마이크로니들의 배양 시간에 따른 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도 14 및 도 15는 각각 배양시간이 10분인 경우의 형광 강도 및 형광 이미지를 나타내고, 도 16 및 도 17은 각각 배양시간이 30분인 경우의 형광 강도 및 형광 이미지를 나타낸다. 각 도면에서 스케일바는 200 μm이다.14 to 17 are diagrams for explaining E2 detection characteristics according to the culture time of the microneedle according to the present invention, and FIGS. 14 and 15 respectively show fluorescence intensity and fluorescence images when the culture time is 10 minutes, and FIG. 16 and 17 show fluorescence intensity and fluorescence images when the incubation time is 30 minutes, respectively. In each figure, the scale bar is 200 μm.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 10분 배양 후, 50 pg/ml의 매우 낮은 농도에서도 형광이 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 30분 배양 후에도 50 pg/ml의 매우 낮은 농도에서 형광이 나타남을 확인할 수 있으며, 이는 10분 배양시의 형광 보다 더 높은 형광 강도를 나타냄을 확인할 수 있다. 이것은 본 발명의 마이크로니들이 배양 시간에 따라 E2 농도를 검출할 수 있음을 의미하며, 매우 낮은 농도의 E2도 배양시간을 길게하여 검출 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 14 to 17, it can be seen that fluorescence appears even at a very low concentration of 50 pg/ml after 10 minutes incubation. In addition, it can be confirmed that fluorescence appears at a very low concentration of 50 pg/ml even after incubation for 30 minutes, which can be confirmed to show a higher fluorescence intensity than fluorescence at 10 minutes incubation. This means that the microneedle of the present invention can detect the E2 concentration according to the culture time, and it can be seen that even a very low concentration of E2 can be detected by extending the culture time.

따라서, 본 발명에 따른 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들은 체내 나노- 및 마이크로- 그램 수준의 바이오마커를 1분 내 검출하거나 나노그램 이하 수준의 바이오마커를 10분 내지 30분 내 검출할 수 있고, 이에 따라, 빠른 진단이 요구되는 POCT 장치에 적용할 수 있을 것이다.Therefore, the microneedles including the nanopore structure according to the present invention can detect biomarkers at the level of nano- and micro-grams in the body within 1 minute or biomarkers at the level of nanograms or less within 10 to 30 minutes, and Accordingly, it may be applied to a POCT device requiring quick diagnosis.

(2) 마이크로니들 내 트랩핑(trapping) 확인(2) Checking the trapping in the microneedle

마이크로니들의 크랙 내 형광 물질의 트랩핑 및 2nd Ab의 선택적 결합을 확인하기 위해, BSA/1st Ab처리된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 패치에 니들 당 2 μl의 TR-2nd Ab및 Texas Red-표지된 덱스트란(TR-dex, Mw. 40 kDa, Invitrogen Corp., USA) (각각 1, 10, 및 1000 ng/ml인 용액)을 처리하였다. 그 다음, 마이크로니들 패치를 1시간 동안 배양하고 PBST로 세척하였다. 그 결과를 도 18 및 도 19에 나타낸다.To verify the selective combination of trapping and 2 nd Ab of your fluorophore cracks of the micro-needle, BSA / 1 st Ab TR- 2 nd of 2 μl needle per the microneedle patch containing the treatment nanoporous structure Ab and Texas Red-labeled dextran (TR-dex, Mw. 40 kDa, Invitrogen Corp., USA) (solutions of 1, 10, and 1000 ng/ml, respectively) were treated. Then, the microneedle patch was incubated for 1 hour and washed with PBST. The results are shown in Figs. 18 and 19.

도 18 및 도 19는 본 발명의 마이크로니들의 선택적 결합 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도 18은 TR-2nd Ab로 처리된 마이크로니들의 형광 이미지를 나타내고, 도 19는 TR-dex로 처리된 마이크로니들의 형광 이미지를 나타낸다. 각 도면에서 스케일바는 200 μm이다.18 and 19 are views for explaining the selective binding characteristics of the microneedles of the present invention, and FIG. 18 shows a fluorescence image of the microneedles treated with TR-2 nd Ab, and FIG. 19 is A fluorescence image of the microneedle is shown. In each figure, the scale bar is 200 μm.

도 18 및 도 19를 참조하면, TR-2nd Ab및 TR-dex로 처리된 마이크로니들 모두에서 형광이 나타나지 않음을 확인할 수 있다. 이것은 마이크로니들 내 크랙에 TR-2nd Ab및 TR-dex이 트랩핑되지 않았음을 의미한다. 더 나아가 E2가 존재하지 않는 경우 마이크로니들에 TR-2nd Ab가 결합되지 않고, 마찬가지로 TR-dex도 1st Ab에 결합되지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 18 and 19, it can be seen that fluorescence does not appear in both the microneedles treated with TR-2 nd Ab and TR-dex. This means that TR-2 nd Ab and TR-dex were not trapped in the cracks in the microneedle. Furthermore, it can be seen that in the absence of E2, TR-2 nd Ab is not bound to the microneedle, and TR-dex is not bound to 1 st Ab as well.

다시 말하면, 본 발명의 마이크로니들은 표적 물질(바이오마커)이 존재하는 경우 선택적 면역 반응이 수행되어 형광을 나타낼 수 있고, 이는 본 발명의 마이크로니들의 신뢰성이 우수함을 의미한다.In other words, when a target substance (biomarker) is present, the microneedle of the present invention can exhibit fluorescence by performing a selective immune reaction, which means that the reliability of the microneedle of the present invention is excellent.

(3) 정상 및 PE-유도된 쥐 혈청 테스트(3) Normal and PE-induced rat serum test

마이크로니들의 쥐 혈청 내 존재하는 E2의 포획 능력을 확인하기 위해, BSA/1st Ab처리된 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 및 비기공성 마이크로니들 각각을 2 μl의 정상 및 PE-유도된 쥐 혈청으로 처리하였다. 그 다음, 1분 동안 배양하고 PBST로 세척하였다, 이어서, 마이크로니들을 세척하고 TR-2nd Ab로 처리한 다음, PBST로 6회 세척하였다.To confirm the capturing ability of E2 present in the mouse serum of the microneedles, 2 μl of each of the microneedles and non-porous microneedles containing the nanoporous structure treated with BSA/1 st Ab were added to 2 μl of normal and PE-induced rat serum. It was treated with. Then, it was incubated for 1 minute and washed with PBST. Then, the microneedle was washed and treated with TR-2 nd Ab, and then washed 6 times with PBST.

또한, 혈청 중 E2의 농도를 확인하기 위해, 경쟁적 효소-결합 면역 흡착 검정법(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA, 582251, Cayman Chemical Company)을 수행하였다. 혈청을 96-웰(well) 플레이트에 첨가한 후 플레이트를 1시간 동안 실온에서 Ellman 시약과 함께 배양하였다.In addition, in order to confirm the concentration of E2 in the serum, a competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA, 582251, Cayman Chemical Company) was performed. After serum was added to a 96-well plate, the plate was incubated with Ellman's reagent at room temperature for 1 hour.

이어서, 각각의 광학 밀도 값을 420 nm에서 광도분광학적으로 측정하였고, 측정된 형광 강도(최종 농도)는 표준 곡선 분석을 사용하여 계산하였다. 그 결과를 도 20에 나타낸다.Then, each optical density value was photometrically measured at 420 nm, and the measured fluorescence intensity (final concentration) was calculated using standard curve analysis. The results are shown in FIG. 20.

도 20은 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면으로, ELISA 키트, 본 발명에 따른 마이크로니들(Nanoporous MN), 비기공성 마이크로니들(Non-porous MN)에 의해 검출된 E2 농도를 나타낸다.Figure 20 is a diagram for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention, ELISA kit, microneedles according to the present invention (Nanoporous MN), E2 concentration detected by non-porous microneedles (Non-porous MN) Represents.

도 20을 참조하면, 비기공성 마이크로니들에서는 E2가 검출되지 않았고, ELISA 키트 및 본 발명에 따른 마이크로니들에서는 자간전증 유도된 쥐(PE-induced rat)에서 혈청 내 E2 수준이 정상 쥐에서 보다 낮은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 20, E2 was not detected in the non-porous microneedle, and the ELISA kit and the microneedle according to the present invention showed that the serum E2 level in the preeclampsia-induced rat was lower than that in the normal rat. I can.

구체적으로, ELISA 키트 및 본 발명에 따른 마이크로니들에 의해 측정된 E2 농도를 비교하면, ELISA 키트에 의해 측정된 E2 수준은 정상 쥐에서 0.89 nm/ml이고 자간전증 유도된 쥐에서는 0.43 ng/ml이고, 본 발명에 따라 측정된 E2의 수준은 ELISA 키트와 유사하게 정상 쥐에서 2.68 ng/ml 그리고 자간전증 유도된 쥐에서 0.34 ng/ml인 것을 확인할 수 있다.Specifically, comparing the E2 concentration measured by the ELISA kit and the microneedle according to the present invention, the E2 level measured by the ELISA kit was 0.89 nm/ml in normal mice and 0.43 ng/ml in preeclampsia-induced mice, Similar to the ELISA kit, the level of E2 measured according to the present invention was 2.68 ng/ml in normal mice and 0.34 ng/ml in preeclampsia-induced mice.

즉, 본 발명에 따른 마이크로니들을 이용하여 임신한 쥐의 E2 농도에 따라 자간전증 위험을 가지고 있는지 여부를 빠르게 확인할 수 있고, 이러한 특성에 기반하여 본 발명의 마이크로니들은 빠른 바이오마커 진단이 요구되는 POCT에 적용가능함을 확인할 수 있다.That is, by using the microneedle according to the present invention, it is possible to quickly determine whether or not there is a risk of preeclampsia depending on the E2 concentration of the pregnant rat, and based on this characteristic, the microneedle of the present invention is a POCT requiring rapid biomarker diagnosis. It can be confirmed that it is applicable to.

(4) E2-로드된 하이드로겔 삽입 테스트(4) E2-loaded hydrogel insertion test

체내 E2 검출에 사용할 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들을 E2 함유 하이드로겔에 적용하였다. In order to check whether it can be used for E2 detection in the body, microneedles containing nanoporous structures were applied to the E2 containing hydrogel.

먼저, 아가로스 및 젤라틴 하이드로겔에 마이크로니들을 삽입한 후, 하이드로겔로부터 마이크로니들을 제거하고, 세척한 다음, TR-2nd Ab로 처리하였다. 그 결과를 도 21에 나타낸다.First, microneedles were inserted into agarose and gelatin hydrogels, and then microneedles were removed from the hydrogel, washed, and then treated with TR-2 nd Ab. The results are shown in Fig. 21.

도 21은 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 21에서 스케일바는 200 μm이다.21 is a view for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention. In FIG. 21, the scale bar is 200 μm.

도 21을 참조하면, 아가로스 겔의 경우, 마이크로니들에 의해 겔이 니들에 묻어나와 떨어져나온 겔 내에 TR-2nd Ab가 흡수되거나 트랩되어, 형광을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 젤라틴 겔의 경우 아가로스 겔 보다 탄력을 가져 겔이 묻어나오지 않아, TR-2nd Ab처리 후에도 형광을 나타내지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 21, in the case of agarose gel, into the gel and the gel is broken away Loose the needle by the micro-needle is TR-2 nd Ab is absorbed or trapped, it can be confirmed that exhibiting fluorescence. However, in the case of gelatin gel, it can be confirmed that the gel does not appear because it has more elasticity than the agarose gel, and thus does not show fluorescence even after treatment with TR-2 nd Ab.

이러한 결과에 기반하여, 본 발명의 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 및 나노기공 구조를 포함하지 않는 비기공성 마이크로니들을 각각 E2 함유 및 비함유 젤라틴 하이드로겔에 적용하였다. 하이드로겔은 인간의 피부와 유사하게 20 wt% 젤라틴으로 제조하였고, 각 하이드로겔은 E2를 0, 1 내지 10 ng/ml 함유하였다. BSA/1st Ab처리 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 패치 및 비기공성 마이크로니들 패치 각각을 각 하이드로겔에 1분 동안 삽입한 다음, 하이드로겔로부터 패치를 제거하고 PBST로 6회 세척하였다. 세척한 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 패치 및 비기공성 마이크로니들 패치는 다시 TR-2nd Ab로 처리한 다음, PBST로 6회 세척하였다. 그 결과를 도 22에 나타낸다.Based on these results, the microneedles including the nanopore structure of the present invention and the non-porous microneedles not including the nanopore structure were applied to the E2 containing and non-containing gelatin hydrogels, respectively. Hydrogels were prepared from 20 wt% gelatin similar to human skin, and each hydrogel contained 0, 1 to 10 ng/ml of E2. Each of the microneedle patch and non-porous microneedle patch including the BSA/1 st Ab treated nanoporous structure was inserted into each hydrogel for 1 minute, and then the patch was removed from the hydrogel and washed 6 times with PBST. The microneedle patch and non-porous microneedle patch including the washed nanoporous structure were again treated with TR-2 nd Ab, and then washed 6 times with PBST. The results are shown in Fig. 22.

도 22는 본 발명의 마이크로니들의 체내 E2 검출 특성을 설명하기 위한 도면이다.22 is a view for explaining the E2 detection characteristics in the body of the microneedle of the present invention.

도 22의 a는 하이드로겔 삽입 테스트의 셋업 사진이고, b는 나노기공 구조를 포함하는 마이크로니들 및 비기공성 마이크로니들을 사용하여 하이드로겔에 포획된 E2 농도를 나타내는 도면이다. 도 22에서 스케일바는 200 μm이다.22A is a picture of the setup of the hydrogel insertion test, and b is a diagram showing the concentration of E2 trapped in the hydrogel using a microneedle including a nanoporous structure and a non-porous microneedle. In FIG. 22, the scale bar is 200 μm.

도 22를 참조하면, 비기공성 하이드로겔의 경우 E2 함유 겔에서 E2를 거의 검출하지 못하는 반면, 본 발명의 마이크로니들의 경우, 하이드로겔 내에 용해된 E2 농도가 높을수록 검출된 E2의 양이 증가함을 확인할 수 있다. 즉, 이에 근거하여, 본 발명의 마이크로니들을 체내 E2 검출에 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 22, in the case of a non-porous hydrogel, E2 is hardly detected in the E2-containing gel, whereas in the case of the microneedle of the present invention, the amount of E2 detected increases as the concentration of E2 dissolved in the hydrogel increases. can confirm. That is, based on this, it can be confirmed that the microneedle of the present invention can be used to detect E2 in the body.

따라서, 상기에서 검토한 바와 같이, 본 발명에 따라 표면에 다수의 나노기공을 포함하는 마이크로니들을 제공할 수 있고, 본 발명에 따른 마이크로니들은 향상된 표면적을 가져 표면에 표적 바이오마커에 대한 항체를 부착하는 경우, 저농도의 바이오마커를 빠르게 포획하고 이의 농도를 정확하게 검출할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 마이크로니들이 E2 포획 항체로 기능화되는 경우, 본 발명의 마이크로니들은 1분으로도 빠르게 E2를 검출할 수 있고, 30분 적용 시에는 매우 낮은 농도의 E2를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 마이크로니들은 하이드로겔 및 쥐 혈청 테스트를 통해 체내에서도 E2를 빠르고 정밀하게 검출할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 마이크로니들은 인체에 최소 침습적으로 빠른 진단이 요구되는 POCT 플랫폼에 적용 가능할 것이다. Therefore, as examined above, according to the present invention, it is possible to provide a microneedle including a plurality of nanopores on the surface, and the microneedles according to the present invention have an improved surface area, so that an antibody against a target biomarker is formed on the surface. When attached, low concentration biomarkers can be quickly captured and their concentrations can be accurately detected. In particular, when the microneedles according to the present invention are functionalized with an E2 capture antibody, the microneedles of the present invention can detect E2 quickly in 1 minute, and when applied for 30 minutes, a very low concentration of E2 can be detected. In addition, the microneedles of the present invention can detect E2 quickly and precisely in the body through hydrogel and rat serum tests, and accordingly, the microneedles of the present invention are applied to the POCT platform requiring rapid diagnosis with minimal invasiveness to the human body. It will be possible.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

Claims (10)

표면에 형성된 다수의 나노기공을 포함하는 니들 형상이고,
상기 나노기공은 모세관 현상이 일어나도록 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 나노기공의 표면에 표적 바이오마커와 특이적 결합하는 항체, 효소 및 DNA 분자 중 적어도 어느 하나가 결합된,
나노그램 이하 수준의 바이오마커를 검출하기 위한, 마이크로니들.
It is a needle shape including a number of nanopores formed on the surface,
The nanopore is characterized in that it is configured to cause a capillary phenomenon,
At least any one of antibodies, enzymes, and DNA molecules that specifically bind to a target biomarker is bound to the surface of the nanopores,
Microneedle for detecting biomarkers at the level of nanograms or less.
제1항에 있어서,
상기 나노기공은 양극 산화에 의해 형성된 것을 특징으로 하는,
마이크로 니들.
The method of claim 1,
The nanopores are characterized in that formed by anodic oxidation,
Micro needle.
제1항에 있어서,
상기 나노기공은 실린더 또는 스펀지 형태이고, 상기 니들 표면에 전면적으로 형성된 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 1,
The nanopores are in the form of a cylinder or a sponge, and are formed entirely on the surface of the needle,
Microneedle.
제1항에 있어서,
상기 마이크로니들이 검출 가능한 바이오마커의 농도는 50 pg/ml 이상인 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 1,
The concentration of the biomarker detectable by the microneedle is 50 pg/ml or more,
Microneedle.
제1항에 있어서,
상기 바이오마커는 대사 산물, 단백질, 세포 부산물 및 유전자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 1,
The biomarker is characterized in that it contains at least one of a metabolite, a protein, a cell by-product, and a gene,
Microneedle.
제5항에 있어서,
상기 바이오마커는 에스트로겐을 포함하는 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 5,
The biomarker is characterized in that it contains estrogen,
Microneedle.
제6항에 있어서,
상기 마이크로니들은 자간전증 진단을 위한 마이크로니들인 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 6,
The microneedle is characterized in that it is a microneedle for diagnosing preeclampsia,
Microneedle.
제1항에 있어서,
상기 마이크로니들을 체내에 삽입하여 체내 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 하는,
마이크로니들.
The method of claim 1,
Characterized in that by inserting the microneedle into the body to detect the biomarker in the body,
Microneedle.
패치층; 및 상기 패치층 일면 상에 배치된 하나 이상의 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 마이크로니들을 포함하는,
나노그램 이하 수준의 바이오마커를 검출하기 위한, 마이크로니들 패치.
Patch layer; And one or more microneedles of any one of claims 1 to 8 disposed on one surface of the patch layer,
Microneedle patch for detecting biomarkers at the level of nanograms or less.
제9항에 있어서,
상기 패치층 일면 상에 배치된 마이크로니들이 피부를 관통하도록 상기 마이크로니들 패치를 피부에 부착하여 바이오마커를 검출하는 것을 특징으로 하는,
마이크로니들 패치.
The method of claim 9,
A biomarker is detected by attaching the microneedle patch to the skin so that the microneedles disposed on one surface of the patch layer penetrate the skin,
Microneedle patch.
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