KR20210126426A - 신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 및 이를 이용한 진단 키트 - Google Patents

신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 및 이를 이용한 진단 키트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 이를 이용한 진단 키트에 관한 것이다.
본 발명의 신규한 형광 화합물을 화합물의 양 말단에 아자이드기를 포함하며, 형광 감도가 우수한 특징이 있다.

Description

신규한 형광 물질, 이를 포함하는 나노 비드, 및 이를 이용한 진단 키트{Novel fluorescent material, nanobead comprising the same and diagnostic kit using the same}
본 발명은 신규한 형광 물질에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 현장 진단 기기 등의 진단 기기에 사용할 수 있는 형광 물질에 관한 것이다.
체외 진단기기 시장은 보건·의료 분야의 트렌드 변화, 대상 국가의 확대, 인구 고령화 및 신종 전염병 등 다양한 요인에 의해 지속적인 성장이 예상되는 시장이다. 주요 분야로는 면역 화학적 진단, 자가 혈당 측정, 현장 진단, 분자 진단이 있다. 이 중에서 현장 진단 기기는 응급 현장이나 진단에 대한 제반 시설이 갖춰지지 않은 환경 또는 신속한 결과를 원하는 목적으로 주로 사용한다. 특히 빠른 검사결과가 필요한 검사종목들을 비롯해서 숙련된 인력이 아닌 일반 검사자가 수행해도 오류가 없도록 기술을 개발하여 다른 종목으로 확대되는 추세이다.
현장 진단 기기의 종류로는 심장질환 바이오마커, 약물중독 테스트, 성병 진단용 테스트 기기 등으로서 임신진단, 콜레스테롤 수치, 혈중 가스 농도측정기 등이 있다. 이러한 기기의 대부분은 고가의 외국산이 유통되고 있으며, 소변검사, 일부 Rapid test, 면역 검사 등에서만 국산 제품이 이용되고 있는 실정이다.
기존의 현장 진단 기기에서 대표적인 표지 물질로 사용되는 금 나노 입자의 경우, 값비싼 가격 및 낮은 감도의 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 금 나노 입자를 대체할 물질로 유기 염료, 양자점, 카본닷 등 다양한 형광 물질이 적용되어 왔다. 하지만 이러한 물질의 경우 전자 전이의 흡수 및 방출 스펙트럼의 최대 값의 위치 간의 차이인 스토크스 이동(stokes shift)이 적게 나타나기 때문에 검출 신호와 background noise 의 구분이 어려워 진단에 어려움이 있었다.
이에 본 발명의 발명자들은 기존의 진단 키트에서 발생하는 위와 같은 문제를 극복하고자 예의 연구를 진행하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 여기-방출 시프트(excitation-emission shift) 값이 큰 신규한 형광 물질을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 형광 감도를 우수하게 향상시키고, 저농도의 시료에서도 고감도의 검출 신호를 나타낼 수 있는 형광 물질 및 이를 이용한 진단 소재를 제공하고자 한다.
이를 위해, 일 양태에 따른 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
N3-[A]-N3
다른 양태에 따른 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 나노 비드를 제공한다.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 상기 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 제공한다.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 상기 나노 비드의 형광 세기를 측정하는 것을 포함하는, 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법을 제공한다.
본 발명의 화합물은 여기-방출 시프트가 크기 때문에, 본 발명의 화합물을 이용하면 혈액 내에 녹아있는 다양한 물질들로 인해 나오는 백그라운드 노이즈(background noise)로 발생하는 검출의 어려움을 개선할 수 있다.
또한, 상기 화합물의 다량을 나노 비드 내에 삽입한 뒤, 항원과 선택적으로 결합하는 항체를 고정화함으로써, 신호의 증폭을 발생시킬 수 있다. 이로써 적은 농도의 시료를 탐지할 수 있기 때문에 기존의 형광 물질 기반의 진단 기기 대비 우수한 진단 감도를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 신속성과 정확성, 경제성 및 사용편의성을 갖춘 다양한 질병에 대한 현장 진단 및 질병의 확산 방지에 기여하는 효과를 나타낼 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 간이 검사(Lateral Flow Assay, LFA) 진단 키트 구성의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 형광 화합물의 합성 경로의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 합성된 형광 화합물의 NMR 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 진단 키트를 제조하는 방법의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 LFA 멤브레인 상에서 형광을 확인한 결과 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 형광 화합물을 포함하는 나노 비드에 있어서, 이에 포함되는 형광 화합물의 농도에 따라 이를 이용한 LFA의 형광을 확인한 결과 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라 나노 비드를 이용하여 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하기 위해 이용할 수 있는 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
일 양태에 따른 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
N3-[A]-N3
상기 화합물은 양 말단에 아자이드기(-N3)를 포함하고, 상기 두 개의 아자이드기가 형광 신호를 발생시키는 형광단으로 작용하는 것일 수 있다.
상기 A는 화학식 1의 두 개의 아자이드기가 직접적으로 결합되어 있지 않도록 하는 분리하기 위한 구조로서, C1 내지 C100의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C80 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C80 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C80 알키닐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C100 알콕시, 치환 또는 비치환된 아릴옥시, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C100 할로알킬, 치환 또는 비치환된 알킬아미노, 치환 또는 비치환된 아마이드, 카바메이트, 카복실, 카복실산염, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 아르알킬, 케톤, 알데하이드, 에스터, 폴리알킬렌 옥사이드 및 아실클로라이드로부터 선택되는 구조를 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 A는 그 구조 내에 다중 공명구조를 포함하는 것일 수 있다.
상기 A가 다중 공명구조를 포함함으로써 전자의 여기-발광 시프트 값을 크게 나타내도록 하여 화합물의 형광 민감도를 더욱 우수하게 개선하는 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 화학식 1의 아자이드기(-N3)는 상기 A와 비-공액화(non-conjugated) 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 A가 다중 공명구조를 포함함으로써 화학식 1의 아자이드기와 공액화(conjugated) 구조를 나타내어 전자 이동 공간이 확장되는 것일 수 있으나, 본 발명에 있어서, 상기 A는 화학식 1의 아자이드기와 비-공액화 구조를 갖는 것이 전자의 여기-발광 시프트 값을 크게 나타내도록 함으로써 형광 감도 향상의 측면에서 바람직할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 A는 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00001
상기 화학식 2에서, 상기 R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고,
상기 X1 및 X2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, -OR3, -NR3 2, -COOH, -COH, R4 및 할로겐기 중에서 선택되고, 여기서 R3 는 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐 중에서 선택되고, R4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고, 상기 Y1 및 Y2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 -CO, -SO2, O3, 및 -N3 중에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 화합물은 분자 내 공여체(Donor)-π공액(conjugation)-수용체(Acceptor) 구조에 기반하여 밀고 당기기 시스템(push-pull system) 하에 신규하게 고안되었다.
상기 화합물은 비이온성이며, 단일한 벤젠 플랫폼으로 구성되는 것일 수 있다. 특히, 상기 화합물은 용액 상태와 고체 상태 모두에서 우수한 광 안정성 및 효율적인 형광을 파란색 범위(약 400 nm)에서 나타낼 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 화합물은 큰 스토크스 변이의 특징을 갖는 특징이 있다.
구체적으로, 상기 화합물은 바이오 이미징에 사용하기 위한 형광 분자로서의 바람직한 특징을 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 화합물은 고체 상태에서의 방출 특성이 자기 소멸(self quenching)을 방지하는데 도움이 되며, 일반적으로 스토크스 변이는 방사된 광자의 재흡수를 방지하는데 도움을 주기 때문에, 상기 화합물은 형광 이미징에서 높은 콘트라스트를 가능하게 할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 화합물은 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00002
구체적으로, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 1,4-디아미노 벤젠 단위에 의해 HOMO가 높은 매우 강한 공여 그룹으로 작용할 수 있다. 또한, 본 발명의 기전이 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 화합물은 분자 내, 그리고 분자 간의 수소 결합에 의해 지지되는 아미노 및 설포닐기 사이의 밀고 당기기 시스템에 의해 매우 강한 형광 강도를 나타내는 것일 수 있다.
다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 화합물을 포함하는 나노 비드(Nano bead)를 제공한다.
본 명세서에 있어서, 상기 용어 "나노 비드"는 나노 크기의 입경을 가지는 비드를 의미한다. 구체적으로, 상기 나노 비드는 평균 입경(D50)이 1 μm 이하로서, 150 내지 200 nm 크기의 비드를 의미할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 형광 화합물을 함유하는 나노 비드는 생체 내로 유입되어 검출 대상을 검출하는데 이용될 수 있다. 이 경우, 상기 나노 비드의 생체 내 유입 용이성을 고려하여, 상기 나노 비드는 예컨대 150 내지 200 nm인 것을 사용할 수 있다.
상기 나노 비드는 단분자, 금속, 고분자 등의 소재를 이용하여 형성된 것일 수 있으며, 예컨대 상기 나노 비드는 별도의 바인더 없이 상기 형광 화합물을 다량으로 함유하기 위해 고분자 소재인 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립(embedding)되어 형성된 것일 수 있다.
상기 고분자 소재의 나노 비드는 고분자의 팽윤 특성으로 인해 다량의 형광 물질을 함유시킬 수 있다는 장점이 있다. 예컨대, 고분자 비드를 함유하는 용액으로 상기 형광 화합물을 혼합하는 경우, 고분자가 팽윤하면서 다량의 형광 화합물이 고분자 매트릭스 내 매립될 수 있다. 이에 따라, 종래 형광 물질과 항체를 1:1 결합시킨 것을 진단 키트에 사용하였던 경우 대비, 다량의 형광 물질을 함유하는 나노 비드에 항체를 결합시킴으로써 형광 감도를 우수하게 향상시킬 수 있다.
상기 고분자 매트릭스는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE) 등의 폴리올레핀계 고분자, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 바이오 폴리에틸렌(Bio-PE), 바이오 폴리에틸렌테레프탈레이트(Bio-PET), 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Bio-PTT), 바이오 폴리아미드(Bio-PA), 바이오 폴리프로필렌(Bio-PP), 폴리락트산(Poly lactic acid, PLA), 열가소성 전분(Thermopplastic starch, TPS), 알리파틱 폴리에스터(aliphatic polyester, AP), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리글리콜산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리부틸렌숙시네이트(Poly butylene succinate, PBS), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Poly butylene adipate terephthalate, PBAT), 폴리히드록시알카노에이트(polyhydroxy alkanoate, PHA) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 고분자 매트릭스는 폴리스티렌을 포함하는 것일 수 있다.
상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립되어 형성된 것일 수 있으며, 이때 상기 나노 비드는 상기 화합물(형광 물질)이 0.01 내지 10 mg/mL, 예컨대 0.1 내지 5 mg/mL 또는 0.25mg/mL 내지 2 mg/mL의 농도인 용액에 상기 고분자 매트릭스와 혼합하여 형성된 것일 수 있다.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 제공한다.
일 구현예에서, 다양한 진단 키트에 사용하기 위해, 상기 나노 비드는 검출 대상에 대한 항체가 결합된 것일 수 있다.
상기 항체는, 항체 결합 물질에 대해 항체를 결합하는 공지의 방법에 따라 결합할 수 있는 것이고, 그 방법에 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 항체는, 상기 나노 비드의 표면 카르복실기를 기능화하여, 항체 내 아민기와 EDC-NHS 커플링 반응을 이용하여 아미드 결합에 의해 결합된 것일 수 있다.
상기 나노 비드를 이용하여 진단하고자 하는 대상은 예컨대, 쯔쯔가무시, 말라리아, 심근 경색(CK-MB(creatin kinase)) 등의 질병, 지카, 인플루엔자 등의 바이러스 균에 대한 감염 여부, 조산 진단 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 양태에 따른 본 발명은 상술한 나노 비드를 이용하여 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법을 제공한다.
상기 데이터를 제공하는 방법은 도 7에 예시적으로 도시한 광원(Light source) 및 필터(Filter)를 포함하는 장치를 이용하는 것일 수 있다.
상기 광원은, 나노 비드가 나타내는 형광, 구체적으로 타겟 물질이 존재하는 경우 나노 비드가 나타내는 형광이 발현되도록 전자를 여기시킬 수 있는 파장대의 빛을 조사할 수 있는 것을 이용한다.
상기 필터는 검출 대상인 형광 외에 배경 형광(background noise)을 제거할 수 있는 것을 이용한다.
구체적으로, 상기 방법은 상기 나노 비드, 또는 나노 비드에 진단 대상인 물질에 대한 항체가 결합된 나노 비드를 포함하는 진단 키트를 이용하여 피검체로부터 수득한 시료를 이용하여 검사를 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 검사를 실시한 후, 해당 진단 키트에 상기 광원을 이용하여 빛을 조사하는 단계를 포함한다. 상기 나노 비드가 포함된 진단 키트에 빛을 조사하면 필터를 통해 배경 형광이 제거된 검출 대상인 형광의 방출을 유도할 수 있다.
다음으로, 상기 방법은, 형광이 방출될 때 방출되는 형광의 이미지를 수득하는 단계를 포함한다. 예컨대 상기 형광 이미지의 수득은 휴대폰 카메라를 이용하여 방출되는 형광의 이미지를 수득하는 것일 수 있다.
이때, 해당 이미지로부터 형광의 세기를 측정함으로써, 측정된 형광 세기를 표준 시약을 이용하여 준비된 형광 세기 - 항원 양의 데이터에 대입함으로써, 피검체 내 진단 대상(항원)을 정량화할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다.
[실시예 1 - 형광 화합물의 제조]
도 2에 도시된 합성 경로에 따라 형광 화합물을 다음과 같이 제조하였다.
1. 화합물 1b의 제조
Figure pat00003
먼저, 500 mg의 2,5-디아민-1,4-디티올벤젠 이염산물 (화합물 1a, 2,5-diamino-1,4-benzenedithiol dihydrochoride)에 15 mL 의 메탄올에 녹인 소듐(sodium)을 첨가하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 187 mg의 1-아지도-3-아이오도-프로판(1-azido-3-iodo-propane)을 첨가한 후 5시간동안 환류하였다. 10 wt% NaOH (10 mL) 수용액으로 반응을 종결하고 메탄올로 여과하여 298 mg의 1,4-디아민-2,5-(3-아지도프로필설파이드)벤젠(1,4-diamine-2,5-(3-azidopropylsulfide)benzene)을 수득하였다. (화합물 1b, yield 30 %).
2. 화합물 1c의 제조
Figure pat00004
100 mg 의 화합물 1b와 0.41 mL 트리 에틸 아민의 혼합물, 0.28 mL 아세트산 무수물 및 다이클로로메테인(CH2Cl2, 10 mL)를 질소(N2)하에 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응을 물 (10 mL)로 종결하고, 침전된 생성물을 물 (20 mL)로 여과하였다. 잔류물을 진공에서 건조시키고, 여액을 CH2Cl2 (20 mL)로 추출하고, 물 (10 mL) 및 염수 (10 mL)로 세척하고, Na2SO4로 건조시켰다. 용매를 감압하에 제거하여 화합물 1c을 무색 결정으로서 수득 하였다.(125 mg, 63 %).
3. 화합물 1d의 제조
Figure pat00005
78 mg의 화합물 1c 및 CH2Cl2 (10 mL)의 혼합물을 실온에서 교반하였다. 이어서, m- 클로로퍼 벤조산의 무색 현탁액 319 mg 을 첨가하고 32시간 동안 교반 하였다. 생성된 혼합물을 포화 Na2SO3 (aq) (10 mL)로 반응종결하고, 다이클로로메테인(CH2Cl2)를 감압하에 제거하였다. (화합물 1d, 90 mg, 100%crude).
4. 화합물 1의 제조
Figure pat00006
90 mg의 화합물 1d 에 THF (10 mL) 및 6M NaOH (aq) (15 mL)를 첨가하고, 혼합물을 환류에서 16시간 동안 교반하였다. THF를 감압 하에서 제거 하였다. 침전 된 생성물을 물 (20mL)로 여과하였다. 잔류 물을 아세토니트릴에서 재결정화하여 정제하여 담황색 결정으로서 수득하였다. (화합물 1, 63 mg, 85%).
도 3에는 상기에서 제조한 실시예 1의 화합물 1의 1H-NMR 결과를 도시하였다.
[실시예 2 - 나노 비드의 제조]
도 4(1), (2)에 도시된 나노 비드의 제조 방법에 따라 다음과 같이 나노 비드를 제조하였다.
먼저, 0.15 ml의 distilled water 내 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 비드(평균 입경(D50) 150mm)와 0.15 mL의 2% Pluronic F-127 을 혼합하였다. 이 용액에 상기 실시예 1의 형광 화합물 1 mg/mL을 투입하였다. 팽윤되는 PS 비드 내에 형광 화합물이 담지되도록 상기 용액을 8시간 동안 55°C hotplate 위에서 stirring 시키면서 용액 내 THF를 증발시켰다. 다음으로, 원심분리하여 상등액을 제거하여 세척하여 형광 화합물이 담지된 PS 비드를 수득하였다
[실시예 3 - 진단 키트의 제조]
도 4(3)에 도시된 진단 키트(LFA)의 제조 방법에 따라 다음과 같이 진단 키트를 제조하였다.
상기에서 제조한 실시예 2의 형광 나노비드의 표면에 기능화되어 있는 카르복실(-COOH)기와 항체의 표면에 있는 아민(-NH2)기를 EDC-NHS coupling 반응을 이용하여 amide bonding 을 형성하였다.
이렇게 항체를 결합시킨 뒤 conjugate pad(GFDX203000, Glass fiber diagnostic pad, Company: Millipore)에 coating/dry를 하였다. Nitrocellulose membrane(HF135MC100, Company: Millipore)) 에는 각각 control line(Anti-Mouse IgG antibody produced in goat) 과 test line을 dotting 하고, 나머지 pad(absorbance pad(Company: Millipore), sample pad(Company: Millipore), conjugate pad)를 조립하여 LFA 진단 키트를 제조하였다.
상기 test line에는 각각 말라리아 항체(Malaria antibody produced in mouse) 또는 CK-MB 항체를 이용하여, 말라리아와 CK-MB 각각에 대한 항원/항체 반응을 이용하여 실험을 진행하였다.
[실험예 1 - LFA 멤브레인을 이용한 혈액 내 말라리아의 검출]
상기에서 제조한 LFA 진단 키트의 멤브레인 상에 상기 실시예 1의 형광 물질 0.25 mg/mL, 혈액 0.005 mL, flow buffer를 적용하고, 이에 대한 형광을 UV lamp 을 이용하여 검출하여 그 결과를 도 5에 도시하였다.
도 5를 통해 혈액 자체에서 나오는 auto-fluorescence의 영향은 없으며, 형광 물질이 buffer와 만나도 quenching이 되지 않는다는 결과를 확인할 수 있었다.
[실험예 2 - 형광 물질의 농도에 따른 형광 감도의 평가]
상기 실시예 2의 제조 방법에 따라, 상기 실시예 1의 형광 화합물이 각각 0 μg, 1 μg, 100 ng, 10 ng, 1 ng, 100 pg, 10 pg 및 1 pg의 농도로 포함되도록 나노 비드를 제조하였다.
제조된 각각의 나노 비드를 이용하여 실시예 3의 제조 방법에 따라 LFA 진단 키트를 제조한 후 상기 실험예 1의 방법에 따라 형광 감도를 확인한 결과를 도 6에 도시하였다.
도 6을 통해, 상기 실시예 1의 화합물을 이용하는 경우 소량, 예컨대 1ng/mL 내지 100 pg/mL의 타겟 물질(항원)도 형광 나노 비드를 활용하였을 때 검출이 가능한 것으로 보아, 본 연구를 통해 개발된 진단 키트가 우수한 형광 감도를 나타낼 수 있음을 확인하였다.

Claims (12)

  1. 화학식 1로 표시되는 화합물.
    [화학식 1]
    N3-[A]-N3
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 A는 다중 공명구조를 포함하는 것인 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 A와 아자이드기(-N3)는 비-공액화(non-conjugated) 구조를 갖는 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 A는 화학식 2로 표시되는 것인 화합물.
    [화학식 2]
    Figure pat00007

    상기 R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고,
    상기 X1 및 X2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, -OR3, -NR3 2, -COOH, -COH, R4 및 할로겐기 중에서 선택되고, 여기서 R3 는 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐 중에서 선택되고, R4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로알킬, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 알키닐, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 시클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자로 치환된 C1 내지 C20의 헤테로시클로알킬 중에서 선택되고,
    상기 Y1 및 Y2는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 -CO, -SO2, O3, 및 -N3 중에서 선택되는 것인, 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    화학식 3으로 표시되는 것인 화합물.
    [화학식 3]
    Figure pat00008

  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 나노 비드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 나노 비드는 고분자 매트릭스에 상기 화합물이 매립(embedding)되어 형성된 것인 나노 비드.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 폴리스티렌을 포함하는 것인 나노 비드.
  9. 청구항 6에 따른 나노 비드를 포함하는 진단 키트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 나노 비드는 이에 결합된 항체를 포함하는 것인 진단 키트.
  11. 청구항 6에 따른 나노 비드의 형광 세기를 측정하는 것을 포함하는, 의학적 진단을 위한 데이터를 제공하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 진단 대상은 쯔쯔가무시, 말라리아, 지카 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 심근 경색 및 조산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 감염 여부 또는 상태인 것인 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015054937A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 国立大学法人山形大学 有機蛍光材料
KR20160005123A (ko) * 2013-05-10 2016-01-13 덴카 세이켄 가부시키가이샤 형광 색소로 표지된 가시역 착색 불용성 담체 입자의 조제와 이것을 사용한 면역검정법
KR20190107518A (ko) * 2018-03-12 2019-09-20 한국기초과학지원연구원 지카 바이러스 검출용 센서 및 이의 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110386903B (zh) * 2018-04-18 2020-10-16 中国科学院化学研究所 一种含四嗪寡聚苯撑乙炔化合物及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160005123A (ko) * 2013-05-10 2016-01-13 덴카 세이켄 가부시키가이샤 형광 색소로 표지된 가시역 착색 불용성 담체 입자의 조제와 이것을 사용한 면역검정법
JP2015054937A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 国立大学法人山形大学 有機蛍光材料
KR20190107518A (ko) * 2018-03-12 2019-09-20 한국기초과학지원연구원 지카 바이러스 검출용 센서 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Polymer Chemistry, Vol.10, pp.4025-4030, 2019* *

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