KR20220120516A - Droplet loading cartridge for optical signal measurement in turn-off method with integrated thermal control unit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a droplet loading cartridge for measuring an optical signal in a turn-off method with an integrated thermal control unit, and a usage thereof. For example, the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the present invention can be used in a Raman spectrometer comprising a light source, an inverted Raman microscope, and a detector for detecting Raman spectroscopy. The droplet loading cartridge has an integrated thermal control unit to measure an existence and concentration of a specific biomaterial by an optical signal in a turn-off method.

Description

열제어부가 통합된, turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지 { Droplet loading cartridge for optical signal measurement in turn-off method with integrated thermal control unit }Droplet loading cartridge for optical signal measurement in turn-off method with integrated thermal control unit }

본 발명은 열제어부가 통합된, turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지 및 이의 용도에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 광원, 도립형 라만 현미경 및 라만분광을 검출하는 검출기를 구비한 라만분광 장치에 사용할 수 있다. The present invention relates to a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method, in which a thermal control unit is integrated, and a use thereof. For example, the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the present invention can be used in a Raman spectrometer having a light source, an inverted Raman microscope, and a detector for detecting Raman spectroscopy.

자가조립(self-assembly)은 각각의 성분들이 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조를 이루는 것이다. 분자적 수준의 자가조립은 자발적인 결합에 의해 안정적이고 규칙적인 구조를 갖도록 하는 단위체(building block)을 디자인하는 것을 말한다. 생물 시스템에서도 자가조립 현상을 찾아볼 수 있는데, 뉴클레오티드, 단백질, 지방 등의 분자들을 building block으로 한 actin filament, 바이러스, 크로마틴 등의 자가조립 복합체들이 대표적이다. 자가조립은 일반적인 화학반응과는 반응 진행성과 상호작용에서 다른 특성을 보인다. 침전과 같은 화학 반응과 다른 특성을 갖는데, 일반 화학반응은 무질서도가 높아지는 방향으로 반응이 진행되지만, 자가조립의 경우에는 자발적으로 특정방향으로 정형화된 형태로 반응이 일어난다. 또한 자가조립은 공유결합과 같이 강한 결합에 의해서가 아니라 수소결합, 이온결합, van der Waals 결합 등 비교적 약한 결합들의 집합적 작용에 의해 안정된 구조를 형성하는 특성을 갖는다. 또한 자가조립의 대표적인 예로 block copolymer, DNA 기반 구조체, lipid bilayer, 콜로이드 등의 다양한 형태를 갖는 복합체가 있다.In self-assembly, each component spontaneously forms a certain structure by non-covalent bonding. Self-assembly at the molecular level refers to designing a building block that has a stable and regular structure by spontaneous bonding. Self-assembly can also be found in biological systems, and self-assembly complexes such as actin filaments, viruses, and chromatin, which use molecules such as nucleotides, proteins, and fats as building blocks, are representative. Self-assembly shows different characteristics from general chemical reactions in reaction progress and interaction. It has characteristics different from chemical reactions such as precipitation. In general chemical reactions, the reaction proceeds in the direction of increasing disorder, but in the case of self-assembly, the reaction occurs spontaneously in a specific direction and in a standardized form. In addition, self-assembly has the characteristic of forming a stable structure by the collective action of relatively weak bonds, such as hydrogen bonds, ionic bonds, and van der Waals bonds, rather than by strong bonds such as covalent bonds. Also, representative examples of self-assembly include complexes having various forms such as block copolymers, DNA-based structures, lipid bilayers, and colloids.

라만 분광법(Raman Spectroscopy)이란, 레이저광과 같은 단파장의 입사광을 쬐었을 때 입사된 빛의 일부가 분자의 편극성(polarizability)을 변화시키면, 변화된 편극성의 진동수와 분자내 진동수 간의 공명이 일어나는 현상인 라만 효과(Raman effect)에서 분자 고유의 산란 진동수를 측정하는 분광법이다. 라만 분광법은, 측정 대상 시료에 직접 입사광을 조사하는 방법으로 측정이 용이하고, 극미량의 시료도 측정이 가능하며, 수분과 이산화탄소의 간섭이 없고 Visible 영역에서도 사용이 가능하다. 따라서, 라만 분광법은 주로 Visible 레이저를 이용하여 분자에 의해 라만 산란되는 빛을 검출한다.Raman spectroscopy is a phenomenon in which resonance occurs between the frequency of the changed polarization and the frequency within the molecule when a part of the incident light changes the polarizability of a molecule when a part of the incident light of a short wavelength, such as a laser beam, is exposed. It is a spectroscopy method that measures the intrinsic scattering frequency of molecules in the Raman effect. Raman spectroscopy is a method of irradiating incident light directly on a sample to be measured. It is easy to measure, and it is possible to measure even a very small amount of a sample. Therefore, Raman spectroscopy mainly uses a visible laser to detect Raman scattered light by molecules.

도 7에 도시된 바와 같이, 산란의 종류(Scattering)로, 입사광과 산란광의 진동수의 변화가 없는 Rayleigh산란; 입사광이 원자와의 충돌로 에너지를 잃고 진동수가 감소하는 Stokes산란; 및 입사광이 원자와의 충돌로 에너지를 얻어 진동수가 증가하는 Anti-Stokes산란이 있다. 산란되는 빛 중에서 원래의 입사광 에너지보다 적거나 많은 에너지를 가지는 빛의 산란을 라만 산란(Raman Scattering)이라 한다. 진동에너지를 직접적으로 측정할 수 없으나, 레일리 산란과 비교하여 에너지를 잃었는지 얻었는지를 관찰할 수 있다.As shown in FIG. 7 , as a type of scattering, Rayleigh scattering without change in the frequencies of incident light and scattered light; Stokes scattering, in which incident light loses energy due to collision with atoms and decreases in frequency; and Anti-Stokes scattering, in which the frequency of incident light is increased by obtaining energy by collision with atoms. Among the scattered light, the scattering of light having less or more energy than the original incident light energy is called Raman scattering. Although the vibrational energy cannot be measured directly, it can be observed whether energy is lost or gained compared to Rayleigh scattering.

즉, 라만 분광법은, 단일 파장을 갖는 강력한 빛을 물질에 조사하였을 때 대부분은 탄성 산란(Elastic scattering)을 하게 되지만 빛의 일부가 분자의 공명에 이용되어 다른 진동수를 가지고 산란하게 되는 비탄성산란(Inelastic scattering: 라만 산란) 현상인 라만 효과를 이용하여, 분자의 화학적인 구성과 구조를 분석하는 방법이다. 라만 산란되었을 때 탄성 산란에 비해 쉬프트(shift)된 정도를 라만 쉬프트(Raman shift)라고 하며, 이를 스펙트라(spectra)로 표현하여 매질의 특성을 표현할 수 있다.In other words, in Raman spectroscopy, when strong light having a single wavelength is irradiated to a material, most of it undergoes elastic scattering, but a part of the light is used for molecular resonance and is scattered with a different frequency (Inelastic scattering). It is a method of analyzing the chemical composition and structure of molecules using the Raman effect, which is a scattering phenomenon. When Raman scattering is performed, the degree of shift compared to elastic scattering is referred to as a Raman shift, and the characteristic of a medium can be expressed by expressing it as a spectra.

라만 분광법을 이용하면 분자의 유도 편극률 변화가 있는 비극성 분자의 경우에도 신호를 얻을 수 있고, 실제 거의 모든 유기 분자들은 고유의 라만 쉬프트 (Raman Shift, cm-1)를 가지고 있다. 따라서, 라만 방출 스펙트럼의 파장은 시료 내의 광 흡수 분자의 화학 조성 및 구조 특성을 나타내므로, 이러한 라만 산란 신호를 분석하면 분석 대상 물질을 직접적으로 분석할 수 있다.Using Raman spectroscopy, a signal can be obtained even for a non-polar molecule with an induced polarization change, and virtually all organic molecules have an inherent Raman shift (Raman Shift, cm -1 ). Therefore, since the wavelength of the Raman emission spectrum indicates the chemical composition and structural characteristics of the light absorbing molecules in the sample, the analysis target material can be directly analyzed by analyzing the Raman scattering signal.

라만 분광법은, 시료 전처리가 간단하고, 미량의 시료도 측정이 용이하며, 신속하게 측정할 수 있고, 측정 시간(1 ~ 60초)이 짧아 실시간 수준의 분석이 가능하다. 또한, 수분과 이산화탄소의 간섭이 없고 가시광 영역에서도 사용이 가능하다. 따라서, 라만 분광법은 주로 가시광 레이저를 이용하여 분자에 의해 산란되는 빛을 검출한다. 또한, 물 분자에 의한 간섭의 영향을 받지 않으므로, 지질, 단백질, 유전자 등의 생체분자(biomolecules)의 검출에 더욱 적합하다. 또한, 측정 시 물에 의한 간섭이 적으므로, 인간 포함 동물에서 추출한 시료(혈액, 소변, 콧물, 점액 등), 배양액 혹은 환경시료 추출액 등의 액체 시료 그대로 측정이 가능하다.In Raman spectroscopy, sample preparation is simple, even a small amount of sample can be easily measured, can be quickly measured, and the measurement time (1 to 60 seconds) is short, enabling real-time analysis. In addition, there is no interference between moisture and carbon dioxide, and it can be used in the visible region. Therefore, Raman spectroscopy mainly detects light scattered by molecules using a visible laser. In addition, since it is not affected by interference by water molecules, it is more suitable for the detection of biomolecules such as lipids, proteins, and genes. In addition, since there is little interference from water during measurement, it is possible to measure liquid samples such as samples (blood, urine, runny nose, mucus, etc.) extracted from animals including humans, culture solutions, or extracts from environmental samples.

라만 분광법은 예컨대, 단백질, 지질, 핵산 등의 세포 구성물질을 조사할 수 있으며, 구성물질의 특성에 따라 라만 쉬프트 400~3200 cm-1 구간에서 각각 다른 신호의 세기를 라만 스펙트라(spectra)로 결과값이 표현될 수 있다. 일반적으로 형광에 의한 배경 영향이 가장 적은 파장의 레이저(예: 532nm, 633nm, 785nm)를 사용한다.Raman spectroscopy, for example, can examine cellular components such as proteins, lipids, and nucleic acids, and results in Raman spectra with different signal strengths in the Raman shift 400-3200 cm -1 section depending on the characteristics of the components. A value can be expressed. In general, lasers with the least background effect by fluorescence (eg, 532 nm, 633 nm, 785 nm) are used.

532 nm 레이저에 공명(resonance)을 보이는 화학 결합 및 세포 구성물질의 라만 쉬프트 정보는 표 1에 예시되어 있다. The Raman shift information of chemical bonds and cellular components exhibiting resonance with a 532 nm laser is exemplified in Table 1.

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또한, C-C, C-N와 같은 화학 결합과 DNA, 아미노산 등 다양한 구성물질의 특성을 확인할 수 있다. 특히 세균의 일반적인 라만 스펙트라에서 발견되는 아미노산 페닐알라닌은 라만 쉬프트 1004 cm-1에서 측정 가능하며, 세균의 라만 스펙트라 정확도를 판단하는 주요 인자로 활용된다. In addition, chemical bonds such as CC and CN and characteristics of various constituents such as DNA and amino acids can be confirmed. In particular, the amino acid phenylalanine found in the general Raman spectra of bacteria can be measured at a Raman shift of 1004 cm -1 and is used as a major factor in determining the Raman spectra accuracy of bacteria.

그러나, 분석 대상 물질을 직접적으로 분석할 수 있다는 이점에도 불구하고, 라만 산란의 신호 세기가 매우 약해, 검출을 위해 고가의 장비를 필요로 하며 신호의 재현성이 낮다. 이러한 문제를 극복할 수 있는 방법 중의 하나로 표면 증강 라만 산란이 보고되었다.However, despite the advantage of being able to directly analyze the analyte, the signal intensity of Raman scattering is very weak, requiring expensive equipment for detection, and the signal reproducibility is low. As one of the methods that can overcome this problem, surface-enhanced Raman scattering has been reported.

Au와 Ag는 다른 금속들에 비해 높은 자유전자 밀도를 가지고 있고, 상대적으로 이온화 경향성이 낮은 편이어서 매우 안정적이다. 또한 높은 자유전자 밀도는 금속 유전율의 실수부를 음수로 만들고 금속이 큰 편극률을 갖게 하여, 강한 전기장 증강을 유발한다. 그리고 허수부의 경우, 에너지 손실인 빛의 흡수 정도를 가리키므로 효율적인 증강을 위해선 값이 작아야만 한다. Au and Ag have a high free electron density compared to other metals and are very stable because of their relatively low ionization tendency. Also, the high free electron density makes the real part of the dielectric constant of the metal negative and makes the metal have a large polarization, causing strong electric field enhancement. And in the case of the imaginary part, since it indicates the degree of absorption of light, which is an energy loss, the value must be small for effective augmentation.

따라서, Au의 경우에는 가시광선 영역 중 약 630 nm에서 비교적 낮은 유전율의 실수부 값을 갖으면서 가장 낮은 허수부 값을 갖는다. Ag의 경우에는 유전율의 실수부와 허수부를 동시에 고려하였을 때, 약 530 nm에서 효율적인 증강을 할 수 있는 값을 갖게 된다. Accordingly, in the case of Au, it has a real part value of a relatively low dielectric constant at about 630 nm in the visible ray region and has the lowest imaginary part value. In the case of Ag, when both the real part and the imaginary part of the permittivity are considered, it has a value capable of efficiently enhancing at about 530 nm.

표면 플라즈몬(도 8)이란 Ag와 Au 같은 0보다 작은 유전율을 갖는 금속과 그 금속이 속해 있는 0보다 큰 유전율을 갖는 유전체의 계면을 따라 전파하는 자유 전자들의 집단적인 진동 현상을 말한다. 이때, 금속에 입사하는 전자기장(일반적으로 가시광선)의 진동수와 표면 플라즈몬의 진동수가 일치하여 공명이 일어나 입사파보다 더욱 증강된 크기를 가지는 현상을 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR)이라 일컫는다. 그리고 SPR은 계면으로부터 멀어질수록 기하급수적으로(exponentially) 감소하는 소멸파(evanescent wave) 형태를 갖는다. 이러한 SPR은 (a) 얇은 금속 평면에서 일어나는 전파형 플라즈몬과 (b) 금속나노입자에서 발생하는 국부적 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR) 이 있다 (도 8).The surface plasmon (FIG. 8) refers to a collective vibration phenomenon of free electrons propagating along the interface between a metal having a dielectric constant less than zero, such as Ag and Au, and a dielectric having a dielectric constant greater than zero to which the metal belongs. At this time, a phenomenon in which the frequency of the electromagnetic field (generally visible light) incident on the metal coincides with the frequency of the surface plasmon, resulting in resonance, and having a size more enhanced than the incident wave is called surface plasmon resonance (SPR). And the SPR has an evanescent wave form that exponentially decreases as it goes away from the interface. Such SPR includes (a) propagating plasmon occurring in a thin metal plane and (b) localized surface plasmon resonance (LSPR) occurring in metal nanoparticles (FIG. 8).

표면 증강 라만 분광법(surface enhanced raman spectroscopy, SERS)은 '은이나 금 등의 금속 나노입자의 표면'에 조사된 빛이 물질 표면의 플라즈몬 공명을 일으켜 라만 산란 신호를 증폭시키는 원리를 이용한다. 즉, 금속 나노구조의 주변에 표적 분자가 존재할 경우, 해당 분자의 라만 산란 신호가 크게 증가하는 현상을 이용한 것이다. 표면 증강 라만 산란 분석의 장점 중 하나는 일반적인 라만 분석으로는 얻기 힘든 정보를 제공할 수 있다는 것이다.Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) uses the principle that light irradiated on the 'surface of metal nanoparticles such as silver or gold' causes plasmon resonance on the material surface to amplify the Raman scattering signal. That is, when a target molecule is present in the vicinity of the metal nanostructure, a phenomenon in which the Raman scattering signal of the corresponding molecule is greatly increased is used. One of the advantages of surface-enhanced Raman scattering analysis is that it can provide information that is difficult to obtain with general Raman analysis.

표면 증강 라만 분광법(SERS)는 작은 라만 산란 단면적(Raman scattering cross-section)으로 인해 비교적 검출하기 힘든 라만 산란 신호를 증폭시키기 위해 도입될 수 있다. 은(Ag)이나 금(Au)과 같은 금속 나노입자를 이용함으로써, 금속 나노입자와 입사하는 빛의 상호 작용에 의해 나노입자 표면에 흡착된 분자의 라만 산란 신호를 증폭시켜 검출할 수 있다.Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) may be introduced to amplify a Raman scattering signal that is relatively difficult to detect due to a small Raman scattering cross-section. By using metal nanoparticles such as silver (Ag) or gold (Au), the Raman scattering signal of molecules adsorbed on the surface of the nanoparticles can be amplified and detected by the interaction between the metal nanoparticles and incident light.

이때, 신호의 증폭 정도는 금속 나노입자의 모양 및 크기 그리고 금속 종류에 따라 변하며, 이와 더불어 입사하는 빛의 각도와 파장 그리고 편광에도 영향을 받게 된다. 이처럼 다양한 요인들이 통제가능한 경우, 단일 분자의 라만 산란 신호까지 SERS로 확인할 수 있다.At this time, the amplification degree of the signal varies depending on the shape and size of the metal nanoparticles and the type of metal, and is also affected by the angle, wavelength, and polarization of the incident light. When these various factors are controllable, even the Raman scattering signal of a single molecule can be confirmed with SERS.

표면 증강 라만 분광법의 경우, 낮은 검출강도와 미량의 시료만으로도 검출이 가능하다는 특징은 바이오 센서 응용에 있어서 매우 매력적인 부분이다. 또한, 기존의 형광분석기술과는 달리 시료에 대한 화학적 구조에 대한 정보를 좁은 너비의 스펙트럼으로 제공하며, 분자들마다 고유의 라만 산란 신호(라만 쉬프트 값)를 가지고 있기 때문에 동시에 다중 검출이 가능하다. 이러한 표면증강 라만 분광법이 가지고 있는 특징을 활용하여, 바이오 물질(DNA, 단백질, 세포 등) 검출연구 및 질병 진단 소자로 구현한 연구들이 활발히 보고되고 있다.In the case of surface-enhanced Raman spectroscopy, the low detection intensity and the ability to detect only a small amount of sample are very attractive features for biosensor applications. In addition, unlike conventional fluorescence analysis technology, information on the chemical structure of the sample is provided in a narrow spectrum, and since each molecule has its own Raman scattering signal (Raman shift value), multiple detection is possible at the same time. . By utilizing the characteristics of such surface-enhanced Raman spectroscopy, studies for detecting biomaterials (DNA, proteins, cells, etc.) and implementing them as a disease diagnosis device are being actively reported.

유전체 검출법은 대부분 형광 신호 또는 형광 이미지를 이용한다. 형광 이미지 신호는 색상과 신호 세기로 확인하기에 형광 물질이 일정 수준 이상 있지 않으면 신호 세기가 강해지는 데에 한계가 있다. 또한, 형광 물질의 종류가 다르더라도 발현되는 색상의 가지 수에 한계(3~5종)가 있어 검출 물질의 구분에 제약이 많다. 이러한 형광 신호의 한계로 인해 나노 크기의 작은 유전체를 형광 신호로 검출하는데 물질을 증폭하는 방식을 사용하며, 이러한 목표 형광을 검출하는 장비(NGS, 마이크로어레이 등)는 대부분 매우 비싸고 정밀하며 운용의 전문성이 필요하다.Most genome detection methods use fluorescence signals or fluorescence images. Since the fluorescence image signal is confirmed by color and signal strength, there is a limit to the strength of the signal unless the fluorescence material is above a certain level. In addition, even if the type of fluorescent material is different, there is a limit (3 to 5 types) in the number of colors to be expressed, so there are many restrictions on the classification of the detection material. Due to the limitations of these fluorescence signals, a method of amplifying a material is used to detect a small nano-sized dielectric with a fluorescence signal, and most equipment (NGS, microarray, etc.) that detects the target fluorescence is very expensive, precise, and has expertise in operation. I need this.

바이러스 검출에 주로 쓰이는 기술인 RT-PCR은 비교적 비용은 저렴하나 일반적으로 유전체 증폭에 쓰이는 장비로써 검출 조건이 까다롭고 (예: 미량이라도 오염시에는 타겟이 아닌 물질이 증폭되어 검사 결과에 오류를 가져올 수도 있음), 시간이 오래 걸리며(약 2~3시간 소요), 실험의 숙련도(임상병리사 중에서도 숙련도가 높지 않으면 검사 결과에 오류가 생김)가 필요하다. RT-PCR의 경우 항원, 항체 검사법보다는 정확도가 높으나 유전자 검사를 2회 이상 실시, 검체 채취법 교육, 시약 비교 평가 등의 보완이 필요하는 등 더 복잡하고 시간이 오래 소요된다.RT-PCR, a technology mainly used for virus detection, is relatively inexpensive, but as a device generally used for genome amplification, the detection conditions are difficult (e.g., even a small amount of contamination may cause an error in the test result because the non-target material is amplified. Yes), it takes a long time (takes about 2-3 hours), and the experimentation skill (if the proficiency among clinical pathologists is not high, an error will occur in the test result) is required. RT-PCR is more accurate than antigen and antibody testing, but it is more complicated and time consuming, requiring supplementation such as genetic testing twice or more, sample collection method training, and reagent comparison evaluation.

따라서, 유전체 분자 진단법이더라도 RT-PCR와 달리, 간편한 현장 진단 기술이면서도 정량 검출이 필요하므로, 라만 산란 신호를 이용한 체외 분자진단 기술개발이 절실히 필요하다.Therefore, unlike RT-PCR, even for genomic molecular diagnostics, it is a simple on-site diagnostic technology and requires quantitative detection. Therefore, there is an urgent need to develop an in vitro molecular diagnostic technology using Raman scattering signals.

한편, 고감도 DNA 분석과 더불어 SERS 센서를 이용하여 다양한 질병과 관련된 유전자, 단백질(바이오 마커)의 조기 진단을 수행하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 라만 분광법은 다른 분석법(적외선 분광법)과는 달리 여러 가지 장점을 가지고 있다. 적외선 분광법은 분자의 쌍극자 모멘트의 변화가 있는 분자의 경우 강한 신호를 얻을 수 있는 반면, 라만 분광법은 분자의 유도 편극률 변화가 있는 비극성 분자의 경우에도 강한 신호를 얻을 수 있으므로, 거의 모든 유기 분자들이 고유의 라만 쉬프트(Raman Shift, cm-1)을 가지고 있다. 또한 물 분자에 의한 간섭의 영향을 받지 않으므로, 단백질, 유전자 등의 생체분자(biomolecules)의 검출에 더욱 적합하다. Meanwhile, studies to perform early diagnosis of genes and proteins (biomarkers) related to various diseases using SERS sensors along with high-sensitivity DNA analysis are being actively conducted. Unlike other analytical methods (infrared spectroscopy), Raman spectroscopy has several advantages. Infrared spectroscopy can obtain a strong signal for molecules with a change in the dipole moment of the molecule, whereas Raman spectroscopy can obtain a strong signal even for a non-polar molecule with a change in induced polarization of the molecule. It has a unique Raman shift (Raman Shift, cm -1 ). In addition, since it is not affected by interference by water molecules, it is more suitable for the detection of biomolecules such as proteins and genes.

이와 같이, 라만 산란 신호는 분자 수준에서 종류별로 검출하기에 가장 적합한 광신호이나, 액상에서는 라만 산란 신호가 불안정하고 미약하여 신호를 증폭할 수 있는 나노 구조체가 필요하다. 또한, 기존에 라만 산란 신호 증폭에 사용되는 방법으로는 크게 표면 증강(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS), 팁 증강(Tip Enhanced Raman Scattering, TERS) 등이 있으나, 주로 건조(Dry) 시료에서 신호 증폭이 되므로 액체 시료에는 안정적으로 적용할 수 없다는 단점이 있다.As described above, the Raman scattering signal is an optical signal most suitable for detection by type at the molecular level, but in the liquid phase, the Raman scattering signal is unstable and weak, so a nanostructure capable of amplifying the signal is required. In addition, conventional methods used for amplifying Raman scattering signals include Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) and Tip Enhanced Raman Scattering (TERS), but mainly in dry samples, signal amplification is Therefore, there is a disadvantage that it cannot be applied stably to liquid samples.

고령화 사회로 진입함으로써 건강한 미래, 건강 사회 구현과 함께 질병 진단, 치료, 예방에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 건강한 미래 사회 실현을 위해서 생체 기능을 유지하고 무엇보다 질병을 조기에 검진하거나 예측하여 질병으로부터 자신을 보호하고자 하는 노력들이 증가하게 되었다. 이러한 사회적 요구에 따라 질병 예방을 위한 상시 건강 모니터링, 질병의 조기진단, 개인 맞춤형 진단 및 치료와 같이 보다 진보된 의료기술이 요구되고 있다. As we enter an aging society, interest in disease diagnosis, treatment, and prevention is rapidly increasing along with the realization of a healthy future and a healthy society. For the realization of such a healthy future society, efforts to protect oneself from diseases by maintaining biological functions and, above all, early diagnosis or prediction of diseases have increased. According to these social demands, more advanced medical technologies such as regular health monitoring for disease prevention, early diagnosis of diseases, and personalized diagnosis and treatment are required.

이에 따라 적시적기에 질병을 치료하고 예방하기 위한 건강 검진용 바이오센서 수요가 증가하였고 이에 따라 바이오센서 시장은 전 세계적으로 급격히 확장되고 있다. 혈액 시료를 기반으로 한 검진 방법이 보편적이지만 최근에는 고감도 센서 개발에 따라 소변, 침, 눈물 등과 같은 체액으로도 검진이 가능한 환자 친화적 비침습 센싱 방법도 활발하게 연구되고 있다. 이러한 센서 시장 패러다임의 변화 및 급속한 발전은 마이크로, 나노 재료 제작과 분석 기술 발전으로 체액 내 존재하는 나노 크기의 바이오 마커(단백질, 유전자, 펩타이드, 사이토카인)를 검출하는 소형화된 고감도의 센서를 개발할 수 있게 되었고 그 결과 화학, 물리, 재료, 의약 등 다양한 학문 분야에서 다양한 형태의 센서가 활발히 보고되었다. Accordingly, the demand for biosensors for medical examinations for timely treatment and prevention of diseases has increased, and accordingly, the biosensor market is rapidly expanding worldwide. Although a blood sample-based screening method is common, recently, with the development of a high-sensitivity sensor, a patient-friendly non-invasive sensing method capable of screening with body fluids such as urine, saliva, and tears is also being actively studied. Such a change in the sensor market paradigm and the rapid development of micro- and nano-materials and the development of analysis technology enable the development of miniaturized, high-sensitivity sensors that detect nano-sized biomarkers (proteins, genes, peptides, and cytokines) present in body fluids. As a result, various types of sensors have been actively reported in various academic fields such as chemistry, physics, materials, and medicine.

이러한 움직임은 4차 산업 혁명과 함께 디지털 헬스케어 시대를 맞이함에 따라 더 가속화되었고 첨단화된 바이오센서 개발 시작과 함께 통신망을 활용한 신호 송출, 실시간 건강검진 등 다양한 능력들이 요구되고 있다.This movement has accelerated as we enter the digital healthcare era with the 4th industrial revolution, and with the start of the development of advanced biosensors, various capabilities such as signal transmission using communication networks and real-time health checkups are required.

도 9에 예시된 바와 같이 바이오센서 개발에는 다양한 기능이 요구된다. 예를 들어 신호 송출, 통신, 신호 전환과 같은 분야는 전기공학, 컴퓨터공학, 기계공학에서 주로 연구를 진행하며 센서구동을 위한 작동부는 화학, 생명공학, 재료공학, 화학생물공학 등의 분야에서 주로 연구를 진행하고 있다.As illustrated in FIG. 9 , various functions are required for biosensor development. For example, in fields such as signal transmission, communication, and signal conversion, research is mainly conducted in electrical engineering, computer engineering, and mechanical engineering. research is in progress.

조기 진단 등을 위한 정밀한 검진을 위해서는 센서의 감도와 기능이 매우 중요하다고 할 수 있다. 센서의 특성 중 분석 물질을 인식하는 능력은 센서의 감도를 결정하는 가장 중요한 핵심 요소라 할 수 있다. It can be said that the sensitivity and function of the sensor are very important for precise examination for early diagnosis. Among the characteristics of a sensor, the ability to recognize an analyte is the most important key factor in determining the sensitivity of a sensor.

센서의 감도를 결정하는 요소는 크게 2가지로 나뉠 수 있는데 첫 번째 타겟물질을 인식하는 리셉터(receptor) 부위, 두 번째는 인식 후 신호를 발생시키고 이를 원하는 신호 형태로 변환시키는 트랜듀서(transducer) 부위라 할 수 있다. 리셉터 부위에는 타겟을 인식할 수 있는 항체, 압타머, 펩타이드, 핵산서열 등이 부착되게 되어 타겟과의 친화도에 따라 인식 능력이 결정된다. 센서 표면 부위에 리셉터를 도입 시 도입방법(화학적, 물리적, 생물학적)과 리셉터의 구조적 안정성 등에 따라 인지능이 결정됨으로 이를 최적화하기 위한 연구들이 이루어져 왔다. 하지만 타겟 물질과 상호작용할 수 있는 구조가 한정적이고 전술한 방법만을 가지고는 센서의 감도를 개선하는데 한계가 존재하게 되어 새로운 접근 방식의 필요성이 강조되기 시작했다. 이에 따라 센서 인식부 안정화와 동시에 타겟 물질 인식 후 신호를 생성하는 방출 시스템을 개선하고 이를 통해 미량의 물질이 존재하여도 이를 인식하여 센서 신호로 받아들일 수 있는 신호 송출 부위에 더욱 연구를 집중하게 되었다.The factors that determine the sensitivity of the sensor can be divided into two categories. The first is a receptor site that recognizes the target material, and the second is a transducer that generates a signal after recognition and converts it into a desired signal form. can be said An antibody, an aptamer, a peptide, a nucleic acid sequence, etc. capable of recognizing a target are attached to the receptor site, so that the recognition ability is determined according to the affinity with the target. When introducing a receptor on the surface of the sensor, cognitive intelligence is determined by the introduction method (chemical, physical, biological) and the structural stability of the receptor, so studies to optimize it have been conducted. However, the structure that can interact with the target material is limited, and there is a limit to improving the sensitivity of the sensor using only the above-described method, so the need for a new approach is starting to be emphasized. Accordingly, we improved the emission system that generates a signal after recognizing a target material at the same time as stabilizing the sensor recognition unit, and through this, we focused more research on the signal transmission site that can recognize even a small amount of material and receive it as a sensor signal. .

새로운 신소재의 개발, 측정기기의 발전도 센서감도를 개선하는데 기여하였으나 무엇보다 마이크로, 나노 크기 재료의 제작 및 패턴이 가능해지면서 센서의 소형화와 동시에 감도 개선 신호 측정 및 어세이 시간 단축과 같은 연구가 가능해졌다. 그 중에서도 나노 소재의 발달은 바이오센서의 신호 증폭, 감도 개선뿐만 아니라 재료 자체가 가지는 광학적, 물리적, 화학적 특성을 활용하여 새로운 형태의 센서 신호 생성 체계를 확보하고 이를 통해 진단 기술의 혁신적인 진보를 이끌어 오고 있다. 예컨대, 첨단형 바이오센서의 핵심 요소로서 나노 재료 중 나노 입자를 이용한 체외 진단 센서가 있다. 이때, 나노입자 특성에 따른 센서 신호 검출법이 다르다.The development of new materials and the development of measuring instruments also contributed to improving the sensor sensitivity, but above all, as micro- and nano-sized materials can be fabricated and patterned, it is possible to miniaturize the sensor and improve the sensitivity at the same time, such as measuring signals and shortening the assay time. it was done Among them, the development of nanomaterials not only improves the signal amplification and sensitivity of the biosensor, but also utilizes the optical, physical, and chemical properties of the material itself to secure a new type of sensor signal generation system, leading to innovative progress in diagnostic technology. have. For example, as a core element of a high-tech biosensor, there is an in vitro diagnostic sensor using nanoparticles among nanomaterials. In this case, the sensor signal detection method according to the characteristics of the nanoparticles is different.

통상적으로, 현미경에는 크게 정립형 현미경과 도립형 현미경이 있다.In general, there are mainly two types of microscopes: an upright microscope and an inverted microscope.

일반적으로, 정립형 현미경과 도립형 현미경은 시료, 대물경(objective lense) 및 광원이 서로에 대해 배치되는 방식에 있어 다르다. 예컨대, 정립형 현미경에서, 대물경은 수직 방향으로 시료의 위쪽에 배치되고 광원은 수직 방향으로 시료의 아래쪽에 배치된다. 도립형 현미경에서는, 대물경은 수직 방향으로 시료의 아래쪽에 배치된다.In general, an upright microscope and an inverted microscope differ in the way the sample, objective lens and light source are positioned relative to each other. For example, in an upright microscope, the objective is disposed above the sample in the vertical direction and the light source is disposed below the sample in the vertical direction. In an inverted microscope, the objective is placed under the specimen in the vertical direction.

정립형 현미경과 도립형 현미경 모두에서, 시료에 대한 촛점 맞춤은, 특히 관찰될 시료의 일부 영역이 대물경의 촛점 면에 배치되도록 대물경에 대한 시료의 대응하는 위치 결정을 하여 이루어지게 된다. 일 예로, 대물경에 대한 시료의 위치는, 대물경을 시료에 대해 광학 축선을 따라 이동시켜 조절될 수 있다. 이 경우, 시료는 현미경 재물대(stage) 상의 대응하는 시료 홀더에 고정되는 통상적인 시료 슬라이드 또는 접시에 장착될 수 있다. 이때, 대물경에 대한 시료의 위치는, 원하는 시료 영역에 촛점을 맞추기 위해 재물대를 광학 축선을 따라 기계적으로 이동시켜 조절될 수 있다. 이 예에서, 현미경 재물대는 대물경의 광학 축선의 방향으로 움직이지 않도록 고정될 수 있다. 다른 예로, 대물경의 위치는 그의 광학 축선의 방향을 따라 고정될 것이다. 두 예에서, 재물대는 또한 X 및 Y 방향과 같은 적어도 두 방향으로 단일 면을 따라 현미경 본체에 대해 수평으로 움직일 수 있도록 구성될 수 있다.In both the upright microscope and the inverted microscope, focusing on the specimen is achieved by corresponding positioning of the specimen relative to the objective, in particular such that some area of the specimen to be observed is placed in the focal plane of the objective. For example, the position of the sample with respect to the objective may be adjusted by moving the objective with respect to the sample along an optical axis. In this case, the sample may be mounted on a conventional sample slide or dish secured to a corresponding sample holder on a microscope stage. In this case, the position of the sample with respect to the objective mirror may be adjusted by mechanically moving the stage along the optical axis in order to focus on a desired sample area. In this example, the microscope stage may be fixed so as not to move in the direction of the optical axis of the objective. As another example, the position of the objective may be fixed along the direction of its optical axis. In both instances, the stage may also be configured to be movable horizontally relative to the microscope body along a single plane in at least two directions, such as the X and Y directions.

두 예에서, 시료 영역의 촛점 맞춤은, 보통 현미경 본체에 배치되어 있는 인터페이스 요소를 조작하여 사용자에 의해 수행되며, 그 결과 대물경 또는 현미경 재물대가 광학 축선을 따라 위치된다. 인터페이스 요소는 회전 노브(knob)를 포함할 수 있다. 사용자가 그 회전 노브를 회전시키면 대물경 또는 재물대가 광학 축선을 따라 선형 운동을 하게 된다. 일반적으로, 회전 노브는 현미경이 놓이는 작업 표면 가까이에 배치된다.In both instances, focusing of the sample area is performed by the user by manipulating an interface element, usually disposed on the microscope body, with the result that the objective or microscope stage is positioned along the optical axis. The interface element may include a rotary knob. When the user rotates the rotary knob, the objective or stage moves linearly along the optical axis. Typically, the rotary knob is placed close to the working surface on which the microscope is placed.

본 발명은 온도 의존성 자발적인 비공유 결합이 가능한 특정 생체 물질(예, 단백질, 아미노산, 지질, 핵산)의 존재 여부 및/또는 농도를 turn-off 방식의 광신호로 측정하기 위해 열제어부가 통합된 액적 로딩 카트리지를 제공하고자 한다.The present invention provides droplet loading with an integrated thermal control unit to measure the presence and/or concentration of specific biomaterials (eg, proteins, amino acids, lipids, nucleic acids) capable of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonding with a turn-off optical signal. We would like to provide cartridges.

본 발명의 제1양태는 (a) 물질 증폭 없이 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량(droplet-capacity) 용기; (b) 액적 용량 용기의 적어도 일부분에 설치되어, 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시키는 가열 및 방열 부(Heating and dissipating part); 및 (c) 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서, 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)를 구비하는, turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 제공한다.A first aspect of the present invention provides (a) a droplet-capacity container for containing a sample and a reagent without amplification of the material; (b) a heating and dissipating portion installed in at least a portion of the droplet capacity container to alternately heat and dissipate to control the dissociation and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds with respect to the samples and reagents contained in the liquid phase in the droplet capacity container; part); and (c) a light transmitting part that transmits a light signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container. A droplet loading cartridge for signal measurement is provided.

본 발명의 제2양태는 제1양태의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에 시료 및 시약을 로딩하는 제1단계; 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합을 해체 및 형성하도록 액적 용량 용기를 가열 및 방열시키는 제2단계; 및 제2단계 수행 전 및/또는 후, 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 액적 용량 용기의 광투과 부를 통해 광 조사 후 광 신호를 획득하는 제3단계를 포함하여, 시료 내 분석물을 측정하는 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a first step of loading a sample and reagent to the droplet loading cartridge for measuring the optical signal of the first aspect; a second step of heating and dissipating the droplet capacity vessel to dissociate and form a temperature-dependent spontaneous non-covalent bond with respect to the sample and reagent contained in the liquid phase in the droplet capacity vessel; and a third step of acquiring an optical signal after light irradiation through the light transmitting unit of the droplet capacity container of the droplet loading cartridge for measuring the optical signal before and/or after performing the second step, including a third step of obtaining an analyte in a sample provides

본 발명의 제3양태는 광원; 제1양태의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지; 도립형 현미경; 및 광신호를 검출하는 검출기;를 구비한 분광 장치를 제공한다.A third aspect of the present invention is a light source; A droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the first aspect; inverted microscope; and a detector for detecting an optical signal.

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

온도 의존성 자발적인 비공유 결합이 가능한 특정 생체 물질의 존재 여부 및/또는 농도를 turn-off 방식의 광신호로 측정하기 위해, 본 발명에 따라 열제어부가 통합된 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는In order to measure the presence and/or concentration of a specific biological material capable of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonding with a turn-off optical signal, according to the present invention, a droplet loading for optical signal measurement of a turn-off method with an integrated thermal control unit according to the present invention the cartridge

(a) 물질 증폭 없이 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량(droplet-capacity) 용기; (a) a droplet-capacity vessel containing samples and reagents without amplification of the material;

(b) 액적 용량 용기의 적어도 일부분에 설치되어, 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시키는 가열 및 방열 부(Heating and dissipating part); 및(b) a heating and dissipating portion installed in at least a portion of the droplet capacity container to alternately heat and dissipate to control the dissociation and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds with respect to the samples and reagents contained in the liquid phase in the droplet capacity container; part); and

(c) 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서, 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)(c) a light transmitting part that transmits a light signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container

를 구비한다.to provide

1. 물질 증폭 없이 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량 용기1. Droplet capacity vessel to hold samples and reagents without amplification of material

본 명세서에서 “액적 용량(droplet-capacity) 용기“의 용량은 10 ~ 100 ㎕일 수 있다. In the present specification, the capacity of the “droplet-capacity container” may be 10 to 100 μl.

액적 용량 용기는 시료 및 시약 주입 후 가열되기 전 증발 방지를 위해 주입부가 외부와 차단 또는 밀폐될 수 있다.In the droplet capacity container, the injection part may be blocked or sealed from the outside to prevent evaporation before heating after injection of the sample and reagent.

액적 용량 용기는 예컨대, (i) 플레이트 상 웰 타입 구획(compartment)으로 구현되거나(도 1 ~ 도 3), (ii) 이격된 두 면이 좁은 틈을 형성하여 액적 로딩시 표면장력에 의해 액적이 면상에 넓게 퍼지는 디스크 타입 개별 용기(10)로 구현될 수 있다(도 5).The droplet capacity container is, for example, (i) implemented as a well-type compartment on a plate ( FIGS. 1 to 3 ), or (ii) two surfaces spaced apart form a narrow gap so that the droplet is loaded by surface tension during droplet loading. It can be implemented as a disk-type individual container 10 that spreads widely on the surface (FIG. 5).

본 발명의 액적 용량 용기에서는 물질 증폭과 같은 화학적 반응을 수행하지 않고, 단순히 액적 용량 용기에서 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합을 해체 및/또는 형성시키는 물리적 반응만을 수행할 수 있다. 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 비제한적인 예로, 수소결합, 이온결합, van der Waals 결합 등 비교적 약한 결합들의 집합적 작용인 상보적인 염기쌍간 수소결합, 항원-항체 간 비공유 결합, 수용체-리간드 간 비공유 결합 등이 있다. In the droplet capacity container of the present invention, without performing a chemical reaction such as material amplification, only a physical reaction for breaking and/or forming a temperature-dependent spontaneous non-covalent bond with respect to the sample and reagent contained in the liquid phase in the droplet capacity container can be performed. . Non-limiting examples of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonding include complementary base pair hydrogen bonding, antigen-antibody non-covalent bonding, receptor-ligand non-covalent bonding, which is a collective action of relatively weak bonds such as hydrogen bonding, ionic bonding, and van der Waals bonding. etc.

따라서, 온도 의존성 자발적인 비공유 결합과 관련된 물리적 반응은 예컨대, (i) 타겟 핵산과, 이와 상보적인 수소결합을 하는 뉴클레오타이드 프로브의 교합반응(hybridization), (ii) 서로 상보적인 서열을 가진 두 뉴클레오타이드 간 교합반응(hybridization), (iii) 항원-항체 간 결합 여부 형성 및/또는 (iv) 수용체-리간드 간 결합의 해체 또는 형성일 수 있다.Accordingly, physical reactions related to temperature-dependent spontaneous non-covalent bonding include, for example, (i) hybridization of a target nucleic acid and a nucleotide probe that forms complementary hydrogen bonds therewith, and (ii) hybridization between two nucleotides having complementary sequences. reaction (hybridization), (iii) formation of antigen-antibody binding or not, and/or (iv) dissolution or formation of receptor-ligand binding.

온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성은, 예컨대 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조로 자가조립된 자가조립체(self-assembly)를 해체 및 형성시키는 것일 수 있다. The dissolution and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds is, for example, It may be to disassemble and form a self-assembly that is spontaneously self-assembled into a predetermined structure by non-covalent bonding.

따라서, 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조로 자가조립되는 자가조립체는 시료내 분석물과도 온도 의존성 자발적인 비공유 결합하도록 설계되어, 시료내 분석물의 존재 여부에 역으로 연동하여 상기 자가조립체 형성 여부가 결정되는 on/off 신호 체계의 센서 역할을 수행할 수 있고 이로인해 turn-off 방식으로 시료내 분석물의 정량분석이 가능하다.Therefore, the self-assembly that spontaneously self-assembles into a certain structure by non-covalent bonding is designed to spontaneously non-covalently bind temperature-dependently with the analyte in the sample. It can act as a sensor of the on/off signal system that Quantitative analysis of analytes in samples is possible.

[turn-off 방식의 타겟 핵산 검출 시약][ Turn-off method target nucleic acid detection reagent ]

본 발명의 일구체예에서, 시료는 핵산 함유 시료이며, 시약은 액체내 브라운 운동을 하는 turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체를 함유 또는 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sample may be a nucleic acid-containing sample, and the reagent may contain or form a nucleic acid-based self-assembled complex for detecting a target nucleic acid in a turn-off method that performs Brownian motion in a liquid.

핵산 함유 시료는 핵산을 함유한 체액(biological sample), 이를 전처리(예, 단백질 가수분해)한 체액, 또는 체액에서 추출 또는 농축된 핵산일 수 있다. The nucleic acid-containing sample may be a biological sample containing the nucleic acid, a body fluid pretreated (eg, proteolyzed), or a nucleic acid extracted or concentrated from the body fluid.

turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체는 액체내 브라운 운동을 하더라도 재현성 있는 산란광 신호를 발휘하는 구조적 안정성을 가진 것일 수 있다. 이를 위해, 최소 10개 염기쌍의 상보적인 수소결합을 통해 자가조립되게 핵산 기반 자가조립 복합체를 설계함으로써, 액체내 브라운 운동을 하더라도 구조적 안정성을 가져 측정 도중 재현성 있는 광학적 신호를 연속적으로 제공할 수 있다.The turn-off type nucleic acid-based self-assembly complex for target nucleic acid detection may have structural stability that exhibits reproducible scattered light signals even during Brownian motion in liquid. To this end, by designing a nucleic acid-based self-assembly complex to self-assemble through complementary hydrogen bonding of at least 10 base pairs, it has structural stability even during Brownian motion in liquid, thereby continuously providing reproducible optical signals during measurement.

한편, 시료와 시약 사이에서 온도 상승 및 하강을 필요로 하는 반응의 비제한적인 예로는 타겟 핵산과 이와 상보적인 올리고 뉴클레오티드 프로브 간 교합반응(hybridization), 상보적인 수소결합이 가능한 뉴클레오타이드들 사이의 교합 반응(hybridization) 또는 이러한 상보적인 수소결합들을 해제하는 반응이 있다(도 11).On the other hand, non-limiting examples of a reaction requiring a temperature increase and decrease between a sample and a reagent include a hybridization reaction between a target nucleic acid and a complementary oligonucleotide probe, and a hybridization reaction between nucleotides capable of complementary hydrogen bonding. (hybridization) or a reaction that breaks these complementary hydrogen bonds (FIG. 11).

따라서, 도 11에 예시된 바와 같이, turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체(예, NEW 구조체)는 예컨대, (a) 조건에 따라 타겟 핵산과 교합하는 프로브(probe)인 제1 뉴클레오티드 하나 이상이 제1금속 나노입자에 연결된 제1나노입자 기반 구조체 및 (b) 제1 뉴클레오티드와 상보적인 제2 뉴클레오티드 하나 이상이 제2금속 나노입자에 연결된 제2나노입자 기반 구조체로부터, 제1 뉴클레오티드와 제2 뉴클레오티드의 상보적인 수소결합을 통해 자가조립된 핵산 기반 자가조립 복합체일 수 있다. Therefore, as exemplified in FIG. 11 , a nucleic acid-based self-assembly complex (eg, NEW construct) for detecting a target nucleic acid in a turn-off method is, for example, (a) a first that is a probe that mates with a target nucleic acid according to the conditions. From a first nanoparticle-based structure wherein one or more nucleotides are linked to a first metal nanoparticle and (b) a second nanoparticle-based structure wherein one or more second nucleotides complementary to the first nucleotide are linked to a second metal nanoparticle; It may be a nucleic acid-based self-assembly complex that self-assembles through complementary hydrogen bonding of one nucleotide and a second nucleotide.

turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체는, 타겟 핵산 존재시 제1 뉴클레오티드와 타겟 핵산과의 교합(hybridization)에 의해 형성되지 않거나 해체되는 경우 광학적 신호의 변화값을 측정할 수 있게 설계될 수 있다.The turn-off type nucleic acid-based self-assembly complex for target nucleic acid detection is capable of measuring the change value of an optical signal when the target nucleic acid is not formed or disassembled by hybridization between the first nucleotide and the target nucleic acid in the presence of the target nucleic acid. can be designed

전술한 turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체를 함유 또는 형성하는 타겟 핵산 검출 시약은, 핵산 기반 자가조립 복합체 형성시 (i) 인접한 제1금속 나노입자 및 제2금속 나노입자에 의해 나노갭이 형성되고, (ii) 상기 나노갭은 광 조사시 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생 및 더욱 강화시키는 공간이 되도록 설계된 것일 수 있다.The target nucleic acid detection reagent containing or forming the nucleic acid-based self-assembly complex for detecting the target nucleic acid of the turn-off method described above is used in the formation of a nucleic acid-based self-assembly complex (i) adjacent to the first metal nanoparticles and the second metal nanoparticles. A nanogap may be formed by this, and (ii) the nanogap may be designed to be a space in which a surface plasmon resonance phenomenon occurs and further strengthens when light is irradiated.

액체내 브라운 운동을 하더라도 재현성 있는 산란광 신호를 발휘하는 구조적 안정성을 가진 turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체를 제공하기 위해,In order to provide a nucleic acid-based self-assembly complex for detecting a target nucleic acid of a turn-off method with structural stability that exhibits a reproducible scattered light signal even during Brownian motion in a liquid,

타겟 핵산과 교합하는 제1 뉴클레오티드는 (i) 조건에 따라 타겟 핵산의 일부 서열과 교합하는 핵산 서열을 가진 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe), (ii) 활동 자유도를 높여 10 bp 이상의 상보적인 수소결합을 도와주는 스페이서 및 (iii) 제1금속 나노입자에 부착하는 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher)를 포함하고; The first nucleotide that mates with the target nucleic acid is (i) an oligonucleotide probe having a nucleic acid sequence that mates with a partial sequence of the target nucleic acid according to conditions, (ii) increases the freedom of action to help complementary hydrogen bonding of 10 bp or more the donor comprises a spacer and (iii) an oligonucleotide attacher that attaches to the first metal nanoparticle;

제1 뉴클레오티드와 10 bp 이상 상보적인 제2 뉴클레오티드는 (i) 제1 뉴클레오티드의 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 상보적인 핵산 서열을 가진 제2-1 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher), (ii) 활동 자유도를 높여 10 bp 이상의 상보적인 수소결합을 도와주는 스페이서 및 (iii) 제2금속 나노입자에 부착하는 제2-2 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher)를 포함하며,The second nucleotide complementary to the first nucleotide by at least 10 bp is (i) a 2-1 oligonucleotide attacher having a nucleic acid sequence complementary to the oligonucleotide probe of the first nucleotide, (ii) the degree of freedom of action It includes a spacer and (iii) a 2-2 oligonucleotide adhesive attached to the second metal nanoparticle that helps to increase the hydrogen bond of 10 bp or more,

선택적으로(optionally), 제2 뉴클레오티드는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)를 (i) 제1 뉴클레오티드의 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 상보적인 핵산 서열을 가진 제2-1 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher) 와 (ii) 스페이서 사이에 연결시킨 것이거나; 또는Optionally, the second nucleotide binds a Raman indicator having a known Raman shift value to (i) a 2-1 oligonucleotide having a nucleic acid sequence complementary to the oligonucleotide probe of the first nucleotide. between an attacher and (ii) a spacer; or

제1 뉴클레오티드는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)를 (i) 타겟 핵산의 일부 서열과 교합하는 핵산 서열을 가진 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 (ii) 스페이서 사이에 연결시킨 것일 수 있다.The first nucleotide may be one in which a Raman indicator having a known Raman shift value is linked between (i) an oligonucleotide probe having a nucleic acid sequence that mates with a partial sequence of the target nucleic acid and (ii) a spacer. .

스페이서(spacer)는 제1 뉴클레오티드의 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe) 및 제2-1 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher)의 활동 자유도를 높여 10 bp 이상의 상보적인 교합(hybridization)이 잘 일어날 수 있도록 도와주는 - 베어링 경첩과 같은 - 역할을 하는 것으로, 길이 조정 및 배향을 용이하게 하기 위해 (CH2)n (n= 3 ~ 20) 일 수 있으며, 예컨대 (CH2)12일 수 있다.The spacer increases the freedom of action of the oligonucleotide probe of the first nucleotide and the oligonucleotide of the 2-1 nucleotide, and helps to facilitate complementary hybridization of 10 bp or more. To facilitate length adjustment and orientation - as a hinge - it can be (CH 2 ) n (n=3-20), such as (CH 2 ) 12 .

본 명세서에서, 제1금속 나노입자 및 제2금속 나노입자는 금속 소재가 아니더라도 액체내 브라운 운동하면서 산란광 신호를 발휘하는 나노입자인 한 본 발명의 범주에 속한다.In the present specification, the first metal nanoparticles and the second metal nanoparticles fall within the scope of the present invention as long as they are nanoparticles that exhibit a scattered light signal while Brownian motion in a liquid, even if they are not metal materials.

본 발명에 따른 turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체 및 타겟 핵산 검출 시약은 타겟 핵산 존재시 제1 뉴클레오티드와 타겟 핵산과의 교합(hybridization)에 의해 핵산 기반 자가조립 복합체가 형성되지 않거나 해체되는 경우 광학적 신호의 변화값을 측정할 수 있게 설계된 것이므로, 브라운 운동을 하는 핵산 기반 자가조립 복합체에서 포착되는 재현성 있는 광학적 신호로 핵산 기반 자가조립 복합체 형성여부 및/또는 형성정도(정량)를 확인할 수 있으면, 상기 핵산 기반 자가조립 복합체가 형성되지 않도록 또는 해체되도록 제1 뉴클레오티드와 교합(hybridization)하는 타겟 핵산을 검출 및/또는 정량할 수 있다. In the turn-off method of the nucleic acid-based self-assembly complex for target nucleic acid detection and the target nucleic acid detection reagent according to the present invention, a nucleic acid-based self-assembly complex is not formed by hybridization between the first nucleotide and the target nucleic acid in the presence of the target nucleic acid. Since it is designed to measure the change value of the optical signal when it is damaged or disassembled, it is a reproducible optical signal captured in the nucleic acid-based self-assembly complex that performs Brownian motion to determine whether and/or the degree of formation (quantitation) of the nucleic acid-based self-assembly complex. If confirmed, the target nucleic acid that hybridizes with the first nucleotide so that the nucleic acid-based self-assembly complex is not formed or disassembled may be detected and/or quantified.

도 11에는, 라만 분광법을 통해 액체내 브라운 운동을 하는 새롭게 설계된 핵산 기반 자가조립 복합체(NEW 구조체) 유래 라만 산란 신호를 이용하여 turn-off 방식으로 타겟 핵산을 검출하는 방법 및 이의 작용원리가 개략적으로 예시되어 있다.11, a method for detecting a target nucleic acid in a turn-off method using a Raman scattering signal derived from a newly designed nucleic acid-based self-assembled complex (NEW structure) that undergoes Brownian motion in a liquid through Raman spectroscopy and its working principle are schematically is exemplified.

본 발명에 따라 타겟 핵산과 교합하는 프로브(probe)인 제1 뉴클레오티드 및 이와 상보적인 제2 뉴클레오티드 사이 분자적 수준의 자발적인 수소결합에 의해 형성되는 핵산 기반 자가조립 복합체(NEW 구조체)의 개수는 타겟 핵산의 개수와 반대로 연동되는 함수관계에 있다(도 11, 도 12 및 도 13). 즉, (i) 시료내 타겟 핵산이 부존재 또는 타겟 핵산 검출 시약의 타겟 핵산에 대한 검출 민감도의 최소치 (핵산 기반 자가조립 복합체 함유 또는 형성 타겟 핵산 검출 시약의 검출 범위의 최소치) 이하로 존재할 때, 서로 상보적인 제1 뉴클레오티드와 제2 뉴클레오티드의 자가조립에 의해 형성되는 핵산 기반 자가조립 복합체의 개수는 최대치이고, (ii) 시료내 타겟 핵산이 타겟 핵산 검출 시약의 타겟 핵산에 대한 검출 민감도의 최대치 이상으로 존재할 때, 서로 상보적인 제1 뉴클레오티드와 제2 뉴클레오티드의 자가조립에 의해 형성되는 핵산 기반 자가조립 복합체의 개수는 최소치이다(도 12).According to the present invention, the number of nucleic acid-based self-assembling complexes (NEW constructs) formed by spontaneous hydrogen bonding at the molecular level between the first nucleotide, which is a probe that mates with the target nucleic acid, and the second nucleotide complementary thereto, is determined by the number of the target nucleic acid. There is a functional relationship that works opposite to the number of ( FIGS. 11 , 12 and 13 ). That is, (i) when the target nucleic acid in the sample is absent or is less than the minimum value of the detection sensitivity of the target nucleic acid detection reagent for the target nucleic acid (the minimum value of the detection range of the target nucleic acid detection reagent containing or forming a nucleic acid-based self-assembly complex) The number of nucleic acid-based self-assembly complexes formed by self-assembly of complementary first and second nucleotides is the maximum, and (ii) the target nucleic acid in the sample is greater than or equal to the maximum detection sensitivity of the target nucleic acid detection reagent for the target nucleic acid. When present, the number of nucleic acid-based self-assembly complexes formed by self-assembly of complementary first and second nucleotides to each other is minimal ( FIG. 12 ).

이때, 제1 뉴클레오티드와의 교합반응에서 타겟 핵산과 경쟁하는 제2 올리고 뉴클레오티드에 기지(already-known)의 광신호를 발휘하는 표지자(indicator)를 연결하면, 핵산 기반 자가조립 복합체 형성 여부/개수/농도를 표지자(indicator)의 광신호로 확인(정량)할 수 있다(도 11 및 도 13). 또한, 나노입자에 연결된 제1 뉴클레오티드와의 교합반응에서 타겟 핵산과 경쟁하는 제2 올리고 뉴클레오티드를 또다른 나노입자에 연결하면, 브라운 운동을 하는 입자에서 산란된 빛을 포착함으로써 입자 크기 및 농도를 측정 및 시각화하는 나노입자 트래킹 분석기(NTA)를 통해, 타겟 핵산 검출 시약에서 핵산 기반 자가조립 복합체 형성 여부/개수/농도를 측정할 수 있다.At this time, when an indicator exhibiting a known light signal is linked to a second oligonucleotide that competes with the target nucleic acid in the occlusion reaction with the first nucleotide, whether or not a nucleic acid-based self-assembly complex is formed / number / The concentration can be confirmed (quantified) by the light signal of the indicator ( FIGS. 11 and 13 ). In addition, when a second oligonucleotide that competes with a target nucleic acid is linked to another nanoparticle in an occlusion reaction with the first nucleotide linked to the nanoparticle, the particle size and concentration are measured by capturing light scattered from the particle in Brownian motion. And through the visualization nanoparticle tracking analyzer (NTA), it is possible to measure the presence/number/concentration of the nucleic acid-based self-assembly complex in the target nucleic acid detection reagent.

도 12의 왼쪽 그래프는 타겟 핵산이 없을 경우 NEW 구조체가 해리되지 않고 온전히 존재하는 NC(negative control) 상태이며, 오른쪽 그래프는 과량의 타겟 핵산이 있을 경우 구조체가 완전 해리한 PC(positive control) 상태이다. 도 13의 경우, 타겟 핵산의 존재량에 따라 turn-off 방식으로 그 양이 많아질 수록 신호가 점점 감소하는 것을 보여준다.The left graph of FIG. 12 shows the NC (negative control) state in which the NEW construct does not dissociate and is completely present in the absence of the target nucleic acid, and the right graph shows the PC (positive control) state in which the construct is completely dissociated when there is an excess of the target nucleic acid. . In the case of FIG. 13 , it is shown that the signal gradually decreases as the amount of the target nucleic acid increases in a turn-off method according to the amount of the target nucleic acid present.

2. 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시키는 가열 및 방열 부2. Heating and heat dissipation units that alternately heat and dissipate to control the dissociation and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds

본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 가열 및 방열 부가 일체형으로 구비된 것이다.The drop-loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method of the present invention is provided with a heating and heat dissipation unit integrally.

가열 및 방열 부는 액적 용량 용기와 일체형으로 구현되거나, 액적 용량 용기와 분리가능한 부품일 수 있다.The heating and heat dissipation unit may be implemented integrally with the droplet capacity container or may be a separate part from the droplet capacity container.

가열 및 방열 부는 전기 저항에 의해 발열하고, 전류가 흐르지 않으면 방열시키는 열전도성 소재로 구현될 수 있다. 따라서, 가열 및 방열 부에 전선(Electric wire)을 연결하여, 전압 인가시 전기 저항에 의해 발열 및 비인가시 방열시키도록 제어하여 액적 용량 용기 내 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대한 온도를 조절할 수 있다. 이로 인해, 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어할 수 있다.The heating and heat dissipation unit may be implemented with a thermally conductive material that generates heat by electrical resistance and radiates heat when no current flows. Therefore, by connecting an electric wire to the heating and heat dissipation part, it is possible to control the temperature of the sample and reagent accommodated in the liquid phase in the droplet capacity container by controlling to generate heat by electrical resistance when voltage is applied and to dissipate heat when not applied. Due to this, it is possible to control the dissolution and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds with respect to the samples and reagents contained in the liquid phase in the droplet capacity container.

예컨대, 가열 및 방열 부는 액적 용량 용기의 적어도 일부의 내부 또는 외부에, 바람직하게는 이의 윤곽을 따라, 배치될 수 있다.For example, the heating and heat dissipation portion may be disposed on the inside or outside of at least a portion of the droplet capacity container, preferably along the contour thereof.

3. 광투과 부3. Light-transmitting part

본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서, 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부가 일체형으로 구비된 것이다.The droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method of the present invention is provided with an integrated light transmitting part that transmits the optical signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container it has become

본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 도 6에 예시된 바와 같은 도립형 현미경에 장착 또는 연동되어 사용될 수 있다. 예컨대, 광투과 부(light transmitting part)를 통해 집광된 광(예, 레이저)이 액적 용량 용기 내 조사될 수 있다.The droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method of the present invention may be mounted or used in conjunction with an inverted microscope as illustrated in FIG. 6 . For example, light (eg, laser) focused through a light transmitting part may be irradiated into the droplet capacity container.

레이저 광은 단일 파장 동위상의 빛이다. 일반적으로 레이저 빔은 가늘고 퍼지지 않는다. 레이저는 정확하게 정해지는 단색의 파장 때문에 분광학 분야에 주로 사용된다. 펄스 레이저의 경우 짧은 펄스 폭을 이용하여 짧은 시간 동안에 일어나는 현상을 관찰하는 데 사용된다.Laser light is light in phase with a single wavelength. In general, the laser beam is thin and does not spread. Lasers are mainly used in spectroscopy because of their precisely defined monochromatic wavelengths. In the case of a pulsed laser, it is used to observe a phenomenon occurring in a short time using a short pulse width.

본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는, 액적 용량 용기의 가열/방열과 함께, 가열/방열 전/후의 변화된 광 신호가 광투과 부를 통해 수집될 수 있다.The droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method of the present invention, along with heating / heat dissipation of the droplet capacity container, The changed optical signal before/after heating/heating may be collected through the light transmitting unit.

광 신호는 산란광, 바람직하게는 라만 산란 신호일 수 있다. 라만 산란 신호는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 세기일 수 있다. 또한, 광 신호는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및/또는 나노갭에 의해 증폭된 라만 산란 신호일 수 있다.The light signal may be a scattered light, preferably a Raman scattered signal. The Raman scattering signal may be the Raman intensity of a Raman indicator whose Raman shift value is known. Additionally, the light signal may be a Raman scattering signal amplified by local surface plasmon resonance (LSPR) and/or nanogap.

4. turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 일구체예 (도 1 ~ 도 3)4. A specific example of a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method (FIGS. 1 to 3)

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일구체예에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 액적 용량 용기에 해당하는 각 웰이 플레이트 상에 음각으로 깔때기(funnel) 형상으로 구현된 것이고, 각 웰의 하단면은 웰 내로 광조사 경로를 형성하면서, 웰 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)를 구현한 것이다. 1 to 3, in the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to an embodiment of the present invention, each well corresponding to a droplet capacity container is a funnel intaglio on the plate. It is implemented in a shape, and the lower surface of each well forms a light irradiation path into the well and implements a light transmitting part that transmits a light signal generated and collected inside the well.

이때, 시료 및 시약을 수용하는 각 웰의 하부 돌출부 벽면 주변은 열전도성 기판의 구멍(hole)에 장착되거나 열전도성 소재로 코팅되어 가열 및 방열 부를 구현하고, 각 웰의 하부 돌출부 벽면을 통해 각 웰 내부에서 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시킬 수 있다. 각 웰의 하부 돌출부 벽면 주변에 위치한 열전도성 기판 또는 열전도성 코팅층은 방열기능을 통해 각 웰의 온도를 신속히 하강시킬 수 있다.At this time, the periphery of the wall surface of the lower protrusion of each well receiving the sample and reagent is mounted in a hole of the thermally conductive substrate or coated with a thermally conductive material to implement a heating and heat dissipation unit, and each well is passed through the lower protrusion wall of each well Alternating heating and dissipation can be performed to control the dissociation and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds inside. The thermally conductive substrate or thermally conductive coating layer positioned around the lower protrusion wall surface of each well can rapidly lower the temperature of each well through a heat dissipation function.

본 발명의 일구체예에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에서, 깔때기 형상이 음각으로 구현된 각 웰은 위쪽이 넓고 아래쪽이 좁은 절두된 원뿔 형태를 통해 시약 및 시료를 각 웰의 하부 돌출부 작은 구멍(focusing hole)으로 안내할 수 있다. 이 각 웰의 하부 돌출부가 실재 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량 용기에 해당한다.In the droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method according to an embodiment of the present invention, each well having a funnel shape embossed has a truncated cone shape with a wide top and a narrow bottom for loading reagents and samples into each well. The lower protrusion of the can be guided into a focusing hole. The lower protrusion of each of these wells corresponds to a droplet capacity vessel containing the actual samples and reagents.

온도 상승 및/또는 하강을 필요로 하는 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성 반응은 웰별로 동시에 또는 개별적으로 수행한 후, 각 웰에서 독립적인 광 신호를 수집할 수 있다.Temperature-dependent spontaneous non-covalent dissociation and formation reactions that require temperature rise and/or fall can be performed simultaneously or individually on a well-by-well basis, and then independent optical signals can be collected from each well.

본 발명의 일구체예에 따라 액적 용량 용기에 해당하는 각 웰이 음각으로 깔때기(funnel) 형상으로 구현된 플레이트의 재료는, 성형가능한 고분자 재료인 것이 바람직하다. 각 웰의 하단면을 통해 각 웰 내부에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키기 위해, 투명한 고분자를 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the material of the plate in which each well corresponding to the droplet capacity container is embossed in a funnel shape is preferably a moldable polymer material. In order to transmit the optical signal generated and collected inside each well through the bottom surface of each well, a transparent polymer may be used.

플레이트의 재료의 비제한적인 예로는, 아크릴계 고분자(Acrylic polymers), 폴리에테르설폰 (Polyethersulfone; PES), 폴리시클로올레핀 (Polycycloolefin; PCO), 폴리우레탄 (polyiourethane) 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)로 구성된 군으로부터 선택되는 고분자이거나, 다른 기판 상에 상기 고분자를 포함하는 강화코팅층의 형태로 코팅되어 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 고분자의 비제한적인 예는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate); PMMA), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate), 폴리메틸아크릴레이트(poly(methyl acrylate); PMA), 폴리에틸아크릴레이트(poly(ethyl acrylate); PEA), 폴리(2-클로로에틸비닐에테르)(poly(2-chloroethyl vinyl ether); PCVE), 폴리(2-에틸헥실아크릴레이트)(poly(2-Ethylhexyl acrylate); PEHA), 폴리히드록시에틸메타크릴레이트(poly(Hydroxyethyl methacrylate); PHEMA), 폴리부틸아크릴레이트(poly(butyl acrylate); PBA), 폴리부틸메타크릴레이트(poly(butyl methacrylate); PBMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 또는 폴리트리메틸롤프로판트리아크릴레이트(poly(trimethylolpropane triacrylate); PTMPTA)이다. 상기 강화코팅층은 아크릴계, 폴리우레탄계, 에폭시계 또는 프라이머계 도료와 같은 폴리머 도료를 포함하는 것일 수 있다. 또한 상기 강화코팅층은 금속산화물, 금속황화물, 알루미나, 실리카, 산화지르코늄 및 산화철로 구성된 군으로부터 선택되는 무기미립자를 추가로 포함하는 것일 수 있으며, 1 내지 10 μm 두께로 다른 기판 상에 코팅된 것일 수 있다.Non-limiting examples of the material of the plate include acrylic polymers, polyethersulfone (PES), polycycloolefin (PCO), polyurethane (polyiourethane) and polycarbonate (PC). It may be a polymer selected from the group, or it may be coated on another substrate in the form of a reinforcing coating layer containing the polymer. Non-limiting examples of the acrylic polymer include poly(methyl methacrylate); PMMA), polymethacrylate, poly(methyl acrylate); PMA), and polyethyl acrylate. (poly(ethyl acrylate); PEA), poly(2-chloroethyl vinyl ether); PCVE), poly(2-ethylhexyl acrylate); PEHA), poly(Hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA), poly(butyl acrylate) (PBA), poly(butyl methacrylate) (PBMA), polyethylene terephthalate (polyethylene terephthalate; PET), polyethylene naphthalate (PEN), or poly(trimethylolpropane triacrylate) (PTMPTA). The reinforcing coating layer may include a polymer paint such as an acrylic, polyurethane, epoxy or primer paint. In addition, the reinforcing coating layer may further include inorganic particles selected from the group consisting of metal oxide, metal sulfide, alumina, silica, zirconium oxide and iron oxide, and may be coated on another substrate to a thickness of 1 to 10 μm. have.

본 발명의 열전도성 소재는 열전도성 재료, 바람직하게는 추가로 전기저항을 통해 발열가능한 전기전도성 재료인 한, 금속 재료에 제한되지 않는다. 예컨대, 열전도성 및 전기전도성이 있으면서 저렴한 구리 소재를 사용할 수 있다. The thermally conductive material of the present invention is not limited to a thermally conductive material, preferably a metallic material, as long as it is an electrically conductive material capable of generating heat through electrical resistance. For example, an inexpensive copper material having thermal and electrical conductivity may be used.

구리판이 카트리지 밑면에 코팅되어 있는 경우, 전압 인가시 가열이 빠르고, 방열판 역할을 통해 액적 용량 용기의 내부 열을 방출시켜 상승된 온도를 낮출 수 있다.If the copper plate is coated on the bottom of the cartridge, heating is fast when voltage is applied, and the internal heat of the droplet capacity container can be released through the role of a heat sink to lower the elevated temperature.

각 웰의 벽면의 외각에 금속 코팅막을 형성시키되, 각 웰의 벽면의 금속 코팅막은 웰별로 비연속적이거나, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 연속적으로 연결될 수 있고, 전선을 통해 가열하여 웰 내 로딩된 시료 및 시약의 온도를 조절할 수 있다. 각 웰에 전선(Electric wire)이 연결되어 각 웰은 독립적으로 또는 모두 동시에 온도 조절될 수 있다.A metal coating film is formed on the outer surface of the wall surface of each well, and the metal coating film on the wall surface of each well is discontinuous for each well, or can be continuously connected to each other as shown in FIG. The temperature of the sample and reagent can be controlled. An electric wire is connected to each well so that each well can be temperature controlled independently or all at the same time.

각 웰의 하단면은 광 신호가 통과할 수 있는 광투과성 재료로 형성된 것일 수 있다. 각 웰의 광투과성 하단면을 통해 웰 내 광 조사하고 이어서 웰 내에서 발생 및 수집된 광 신호(예컨대, 라만 산란 신호)를 방출시킬 수 있다.The bottom surface of each well may be formed of a light-transmitting material through which an optical signal can pass. Light in the wells can be irradiated through the light-transmissive bottom surface of each well and then light signals generated and collected within the wells (eg, Raman scattering signals) can be emitted.

예컨대, 2개 이상의 웰을 구비하는 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 사용하면, 각 웰에서 온도 상승 및/또는 하강을 필요로 하는 반응을 동시에 또는 개별적으로 수행한 후, 각 웰에서 독립적인 광 신호를 수집할 수 있다.For example, if a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method having two or more wells is used, a reaction requiring temperature increase and/or decrease in each well is performed simultaneously or separately, and then each well Independent optical signals can be collected from

또한, 본 발명에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 사용하면, 각 웰의 하부 돌출부에 수용되어 있는 시료 및 시약에 대한 가열 및/또는 냉각을 통해 가열/방열 전/후의 변화된 광 신호가 각 웰의 하단면을 통해 수집될 수 있다. 예컨대, 시료 및 시약 내 반응 전/후 라만 스펙트럼 변화를 측정할 수 있다.In addition, when the droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method according to the present invention is used, the sample and reagent accommodated in the lower protrusion of each well are heated and/or cooled before and after heating/heating. An optical signal may be collected through the bottom surface of each well. For example, the Raman spectrum change before/after the reaction in the sample and the reagent may be measured.

5. turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 일구체예(도 5)5. A specific example of a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method (FIG. 5)

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일구체예에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는, 5, a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to another embodiment of the present invention,

시료 및 시약을 수용하는 액적 용량 용기는 이격된 두 면이 좁은 틈을 형성하여 액적 로딩시 표면장력에 의해 액적이 면상에 넓게 퍼지는 디스크 타입의 용기(10)이고, 가열 및 방열 부(20)는 상기 디스크 타입의 용기를 내부에 장착할 수 있는 것으로,The droplet capacity container for accommodating the sample and reagent is a disk-type container 10 in which two spaced sides form a narrow gap so that the droplet spreads widely on the surface by surface tension when loading the droplet, and the heating and heat dissipation unit 20 is As the disk-type container can be mounted inside,

디스크 타입의 액적 용량 용기(10)의 적어도 일부 및 가열 및 방열 부(20)의 적어도 일부에는 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)가 구현되어 있는 것일 수 있다.At least a portion of the disk-type droplet capacity container 10 and at least a portion of the heating and heat dissipation unit 20 transmits a light signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container A light transmitting part may be implemented.

도 5에 도시된 바와 같이, 디스크 타입의 용기(10)은 투명한 고분자 소재로 성형된 것이고, 광투과 부(20)는 가열 및 방열 부(20)에 해당하는 금속 판을 성형하여 구현된 것일 수 있다.As shown in FIG. 5 , the disk-type container 10 is molded of a transparent polymer material, and the light-transmitting part 20 may be implemented by molding a metal plate corresponding to the heating and heat dissipation part 20 . have.

도 5에 예시된 바와 같이, 규격화된 가열 및 방열 부(20) 내부에 장착하면서, 디스크 타입의 용기의 액적 용량을 변화시키기 위해, 상기 디스크 타입의 용기를 구현하는 두 면의 두께를 조절하여 액적 로딩시 표면장력에 의해 액적이 면상에 넓게 퍼지는 이격된 좁은 틈의 간격을 조절할 수 있다.As illustrated in FIG. 5 , while mounting inside the standardized heating and heat dissipation unit 20 , in order to change the droplet capacity of the disk-type container, the droplet by adjusting the thickness of two surfaces implementing the disk-type container It is possible to adjust the spacing of the narrow gaps that are spaced apart by the surface tension during loading, in which the droplets spread widely on the surface.

본 발명의 다른 일구체예에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 도 6에 예시된 바와 같은 도립형 현미경에 장착 또는 연동되어 사용되기 위해, 디스크 체인저(Disc changer)에 의해 제거, 교체 및 삽입할 수 있다. 디스크 체인저의 작동원리는 주크박스와 같다. 따라서, 분광 장치는 수개 내지 수백 개의 디스크 타입 액적 로딩 카트리지를 수용할 수 있으며, 디스크 타입 액적 로딩 카트리지를 제거, 교체 및 삽입할 수 있는 디스크 체인저가 장착될 수 있다.A droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to another embodiment of the present invention is removed by a disc changer to be mounted or interlocked with an inverted microscope as illustrated in FIG. 6 . , can be replaced and inserted. The working principle of the disc changer is the same as the jukebox. Accordingly, the spectroscopic apparatus can accommodate several to hundreds of disk-type droplet loading cartridges, and can be equipped with a disk changer capable of removing, replacing and inserting disk-type droplet loading cartridges.

6. 시료 내 분석물 측정 방법6. Methods for Measuring Analytes in Samples

본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 사용하여, 시료 내 분석물을 측정하는 방법은The method of measuring an analyte in a sample using the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the turn-off method of the present invention is

본 발명의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에 시료 및 시약을 로딩하는 제1단계;A first step of loading a sample and reagent into the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the present invention;

액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합을 해체 및 형성하도록 액적 용량 용기를 가열 및 방열시키는 제2단계; 및a second step of heating and dissipating the droplet capacity vessel to dissociate and form a temperature-dependent spontaneous non-covalent bond with respect to the sample and reagent contained in the liquid phase in the droplet capacity vessel; and

제2단계 수행 전 및/또는 후, 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 액적 용량 용기의 광투과 부를 통해 광 조사 후 광 신호를 획득하는 제3단계Before and/or after performing the second step, the third step of obtaining an optical signal after light irradiation through the light transmitting part of the droplet capacity container of the droplet loading cartridge for measuring the optical signal

를 포함한다.includes

도 4 및 도 6에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따라 열제어부가 통합된, turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 액적 용량 용기에 시료 및 시약이 로딩된 후, 광원; 도립형 현미경; 및 광신호를 검출하는 검출기를 구비한 분광 장치에 장착된 상태에서 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 가열 및 방열을 통해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성하는 물리적 반응(예컨대, 유전체 교합(hybridization))을 순차적으로 수행할 수 있다. 이어서, 광투과 부를 통해 액적 용량 용기 안으로 광조사와 함께, 이로부터 나온 광신호를 수집할 수 있다. 또한, 액적 용량 용기의 가열/방열 전/후의 변화된 광 신호도 수집가능하다. As illustrated in FIGS. 4 and 6 , the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method, in which a thermal control unit is integrated according to the present invention, includes a light source after a sample and reagent are loaded into a droplet capacity container; inverted microscope; and a physical reaction that breaks up and forms a temperature-dependent spontaneous non-covalent bond through heating and heat dissipation with respect to a sample and reagent contained in a liquid phase in a droplet capacity container while mounted on a spectroscopic device having a detector for detecting an optical signal (eg, a dielectric hybridization) may be performed sequentially. Then, along with light irradiation into the droplet capacity container through the light-transmitting unit, the light signal emitted therefrom can be collected. In addition, the changed optical signal before/after heating/dissipating the droplet capacity container is also collectable.

본 발명의 시료 내 분석물 측정 방법에서 광 신호는 산란광 또는 라만 산란 신호일 수 있다. In the method for measuring an analyte in a sample of the present invention, the light signal may be a scattered light or a Raman scattering signal.

라만 산란 신호는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 세기일 수 있다. 하나 이상의 라만 쉬프트 값은 400 cm-1 ~ 3200 cm-1 범위에서 도출할 수 있다.The Raman scattering signal may be the Raman intensity of a Raman indicator whose Raman shift value is known. One or more Raman shift values may be derived in the range of 400 cm −1 to 3200 cm −1 .

본 발명의 시료 내 분석물 측정 방법에서 광 신호로 산란광을 사용하기 위해, 제2단계 및 제3단계는 나노입자 트래킹 분석기(NTA)에서 수행할 수 있다.In order to use scattered light as a light signal in the method for measuring an analyte in a sample of the present invention, the second step and the third step may be performed by a nanoparticle tracking analyzer (NTA).

나노입자 트래킹 분석기(NTA)는, (1) 입자별 광 산란(particle-by-particle light scattering)을 사용하여 나노입자 추적 분석 후 나노입자 샘플에 대한 고해상도 입자 크기 정보를 제공하며, (2) 용액에서 나노입자의 속도 또는 확산은 산란되는 빛의 지점에서 기록되고, (3) 각 입자 광 산란 지점은 데이터 세트에 포함하기 위해 소프트웨어로 식별하며, (4) 더 작은 나노입자는 더 큰 입자보다 브라운 운동에 의해 더 빨리 움직이고 더 적은 빛을 산란시키는 것을 이용하고, (5) 나노 입자에서 산란된 빛을 수집하여 시각적으로 존재를 확인할 수 있어 시각적 확인 및 결과 검증을 가능하게 하는 장치이다. A nanoparticle tracking analyzer (NTA) provides high-resolution particle size information for a nanoparticle sample after (1) nanoparticle tracking analysis using particle-by-particle light scattering, and (2) solution The velocity or diffusion of nanoparticles in the scattering is recorded at the point of scattered light, (3) each particle light scattering point is identified by software for inclusion in the data set, and (4) smaller nanoparticles are more brown than larger particles. It is a device that enables visual confirmation and verification of results by using things that move faster and scatter less light by motion, and (5) collect scattered light from nanoparticles to visually confirm their existence.

본 발명에서 “turn-off 방식의 광신호 측정”을 하기 위해, 시약은 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 이용하도록 설계된 것이다. 예컨대, turn-off 방식의 광신호 측정용 시약은 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조로 자가조립된 자가조립체(self-assembly)를 함유 또는 형성시키는 것일 수 있다. 전술한 자가조립체를 함유 또는 형성하는 시약은 시료내 분석물과도 온도 의존성 자발적인 비공유 결합하도록 설계되어, 시료내 분석물의 존재 여부에 역으로 연동하여 상기 자가조립체 형성 여부가 결정되는 on/off 신호 체계의 센서 역할을 수행할 수 있고 이로인해 turn-off 방식으로 시료내 분석물의 정량분석이 가능하다.In the present invention, for “turn-off optical signal measurement”, the reagent is designed to utilize temperature-dependent spontaneous non-covalent dissociation and formation. For example, a reagent for measuring an optical signal of a turn-off method may contain or form a self-assembly that is spontaneously self-assembled into a predetermined structure by non-covalent bonding. The reagent containing or forming the above-described self-assembly is designed to spontaneously and non-covalently bind temperature-dependently to the analyte in the sample, and an on/off signal system that determines whether the self-assembly is formed by inversely interlocking with the presence of the analyte in the sample It can perform the role of a sensor of

예컨대, 전술한 자가조립체는 나노입자 트래킹 분석기(NTA)을 통해 입자별 산란광을 추적할 수 있는 나노입자를 일 구성요소로 구비할 수 있다. 또한, 상기 나노입자는 라만 산란 신호를 증폭시키는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 발휘할 수 있는 금속 나노입자일 수 있다. For example, the self-assembly described above may include nanoparticles capable of tracking scattered light for each particle as one component through a nanoparticle tracking analyzer (NTA). In addition, the nanoparticles may be metal nanoparticles capable of exhibiting localized surface plasmon resonance (LSPR) to amplify a Raman scattering signal.

나아가, 가열 및 방열을 통해 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조로 자가조립된 자가조립체(self-assembly)가 해체 및 형성가능한 시약에서 상기 자가조립체 형성시 2개의 금속 나노입자 사이에 형성된 나노갭에 라만 표지자가 위치하도록 설계하여, 나노갭에 의해 증폭된 라만 산란 신호를 통해, 타겟 분석물 존재 여부에 따른 S/N ratio (signal to noise ratio)를 증강시킬 수 있다.Furthermore, Raman in the nanogap formed between two metal nanoparticles when the self-assembly is formed in a reagent capable of disassembling and forming a self-assembly with a fixed structure by spontaneous non-covalent bonding through heating and heat dissipation By designing the marker to be located, the signal to noise ratio (S/N ratio) according to the presence of the target analyte can be enhanced through the Raman scattering signal amplified by the nanogap.

예컨대, 제2단계는 액적 용량 용기에 수용된 핵산 함유 액상 시료에서 타겟 핵산 검출 시약과의 교합 반응(hybridization) 수행 시 해당 핵산 기반 자가조립 복합체의 온도 의존성 자발적인 비공유 결합을 해체 및 형성하도록 하는 각 온도로 가열 및 이어서 방열시키는 것일 수 있다. For example, in the second step, when performing hybridization with a target nucleic acid detection reagent in a nucleic acid-containing liquid sample accommodated in a droplet capacity container, the temperature-dependent spontaneous non-covalent bond of the nucleic acid-based self-assembly complex is dissociated and formed at each temperature. It may be heating and then dissipating heat.

본 발명의 시료 내 분석물 측정 방법에서 측정하고자 하는 시료 내 분석물이 타겟 핵산인 경우, 예컨대 시약은 (a) 조건에 따라 타겟 핵산과 교합하는 프로브(probe)인 제1 뉴클레오티드 하나 이상이 제1금속 나노입자에 연결된 제1나노입자 기반 구조체 및 (b) 제1 뉴클레오티드와 상보적인 제2 뉴클레오티드 하나 이상이 제2금속 나노입자에 연결된 제2나노입자 기반 구조체 사이의 자가조립에 의해 형성되는 핵산 기반 자가조립 복합체가, 타겟 핵산 존재시 제1 뉴클레오티드와 타겟 핵산과의 교합(hybridization)에 의해 형성되지 않거나 해체되는 경우 광학적 신호의 변화값을 측정할 수 있게 설계되어 있는 타겟 핵산 검출 시약일 수 있다.When an analyte in a sample to be measured is a target nucleic acid in the method for measuring an analyte in a sample of the present invention, for example, the reagent includes (a) one or more first nucleotides that are probes that mate with the target nucleic acid according to the conditions A nucleic acid base formed by self-assembly between a first nanoparticle-based construct linked to a metal nanoparticle and (b) a second nanoparticle-based construct linked to a second metal nanoparticle and at least one second nucleotide complementary to the first nucleotide The self-assembly complex may be a target nucleic acid detection reagent designed to measure a change value of an optical signal when the self-assembly complex is not formed or dissociated by hybridization between the first nucleotide and the target nucleic acid in the presence of the target nucleic acid.

예컨대, 도 11에 예시된 바와 같이, 핵산 함유 액상 시료에서 제1단계의 타겟 핵산 검출 시약과의 교합 반응(hybridization)을 수행하는 제2단계는 제1 뉴클레오타이드와 제2 뉴클레오타이드 사이의 상보적인 수소결합을 해제시키는 온도로 상승시켜 핵산 기반 자가조립 복합체를 해체시키고 난 후, 제2 뉴클레오타이드와 타겟 핵산이 경쟁하여 제1 뉴클레오타이드 프로브와 교합반응을 수행하는 온도로 낮추면, 제2 뉴클레오티드 대신 타겟 핵산이 제1 뉴클레오티드와 교합되어 핵산 기반 자가조립 복합체가 재 형성되지 않는다.For example, as illustrated in FIG. 11 , the second step of performing hybridization with the target nucleic acid detection reagent in the first step in the nucleic acid-containing liquid sample is complementary hydrogen bonding between the first nucleotide and the second nucleotide. After disassembling the nucleic acid-based self-assembly complex by increasing the temperature to release The nucleic acid-based self-assembly complex is not re-formed by mating with the nucleotide.

브라운 운동을 하는 핵산 기반 자가조립 복합체의 광학적 신호로 핵산 기반 자가조립 복합체 형성여부 및/또는 형성정도(정량)를 확인하고, 이로부터 핵산 기반 자가조립 복합체가 형성되지 않도록 또는 해체되도록 제1 뉴클레오티드와 교합(hybridization)하는 타겟 핵산을 검출 또는 정량할 수 있다.With the optical signal of the nucleic acid-based self-assembly complex performing Brownian motion, the first nucleotide and the A target nucleic acid that hybridizes may be detected or quantified.

이때, turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체는 타겟 핵산 존재시 제1 뉴클레오티드와 타겟 핵산과의 교합(hybridization)에 의해 형성되지 않거나 해체되는 경우 변화하는 산란광 신호를 측정할 수 있게 설계된 것일 수 있다.At this time, the turn-off type nucleic acid-based self-assembly complex for target nucleic acid detection is not formed or disassembled by hybridization between the first nucleotide and the target nucleic acid in the presence of the target nucleic acid to measure the scattered light signal. may have been designed.

또는, turn-off 방식의 타겟 핵산 검출 시약은 핵산 기반 자가조립 복합체 형성시 (i) 인접한 제1금속 나노입자 및 제2금속 나노입자에 의해 나노갭이 형성되고, (ii) 상기 나노갭은 광 조사시 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생 및 더욱 강화시키는 공간이 되도록 설계되고, (iii) 제1 뉴클레오티드 또는 제2 뉴클레오티드에 연결된 라만 표지자(Raman indicator)를 상기 나노갭에 위치시킴으로써 광 조사시 라만 표지자 유래 라만 산란 신호를 증강시키도록 설계된 것일 수 있다. 따라서, 타겟 핵산의 존재 여부에 따라 핵산 기반 자가조립 복합체의 나노갭 형성 및 해제가 역으로 연동되어, turn-off 방식의 광신호를 측정할 수 있다. 또한, 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 나노갭에 의해 증폭된 라만 산란 신호는, 핵산 기반 자가조립 복합체 형성시 나노 갭에 위치한 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 쉬프트 값을 측정하여 얻을 수 있다.Alternatively, in the turn-off method of the target nucleic acid detection reagent, when the nucleic acid-based self-assembly complex is formed, (i) a nanogap is formed by adjacent first metal nanoparticles and second metal nanoparticles, and (ii) the nanogap is a light It is designed to be a space that generates and further strengthens the surface plasmon resonance phenomenon upon irradiation, and (iii) Raman derived from a Raman marker when irradiated with light by placing a Raman indicator linked to the first nucleotide or the second nucleotide in the nanogap It may be designed to enhance the scattered signal. Therefore, depending on the presence or absence of the target nucleic acid, the formation and release of the nanogap of the nucleic acid-based self-assembly complex are inversely linked, so that the turn-off optical signal can be measured. In addition, the Raman scattering signal amplified by local surface plasmon resonance (LSPR) and nanogap can be obtained by measuring the Raman shift value of a Raman indicator located in the nanogap when forming a nucleic acid-based self-assembly complex.

한편, turn-off 방식의 광신호 측정용 핵산 기반 자가조립 복합체의 농도를 알고 있는 표준 시약 대비 라만 산란 신호 세기를 비교하면, 타겟 핵산을 검출 및 정량할 수 있다.On the other hand, by comparing the Raman scattering signal intensity with a standard reagent that knows the concentration of a nucleic acid-based self-assembly complex for measuring an optical signal of a turn-off method, a target nucleic acid can be detected and quantified.

또한, 제2단계의 교합반응 후, 타겟 핵산 양에 따라 일정 패턴으로 감소하는 광학적 신호 세기 변화로 타겟 핵산의 정량 검출이 가능하다.In addition, after the occlusion reaction of the second step, quantitative detection of the target nucleic acid is performed by changing the optical signal intensity that decreases in a predetermined pattern according to the amount of the target nucleic acid. It is possible.

이와 같이, 본 발명에 따라 액체내 브라운 운동을 하는 핵산 기반 자가조립 복합체 유래 재현성 있는 광학적 신호를 이용하여 turn-off 방식으로 타겟 핵산을 검출하는 방법은 입자들이 브라운 운동을 하는 액상에서 교합반응과 함께, 마커 및 광신호를 검출하는 방법이다. 또한, 측정되는 광학적 신호는 예컨대 탄성 산란광 또는 비탄성 라만 산란 신호일 수 있다.As such, according to the present invention, the method for detecting a target nucleic acid in a turn-off method using a reproducible optical signal derived from a nucleic acid-based self-assembled complex having Brownian motion in a liquid according to the present invention is a method of detecting a target nucleic acid in a liquid phase in which the particles are Brownian motion together with an occlusal reaction. , a method for detecting markers and optical signals. In addition, the optical signal to be measured may be, for example, an elastically scattered light or an inelastic Raman scattered signal.

타겟 핵산의 비제한적인 예로는 유전자, 바이러스 RNA 및 DNA, 박테리아 DNA, 곰팡이 DNA, 포유동물 DNA, cDNA, mRNA, RNA 및 DNA 단편, 올리고뉴클레오티드, 합성 올리고뉴클레오티드, 개질된 올리고뉴클레오티드, 단일 가닥 및 이중 가닥 핵산, 자연적 및 합성 핵산 등이 있다.Non-limiting examples of target nucleic acids include genes, viral RNA and DNA, bacterial DNA, fungal DNA, mammalian DNA, cDNA, mRNA, RNA and DNA fragments, oligonucleotides, synthetic oligonucleotides, modified oligonucleotides, single-stranded and double-stranded strand nucleic acids, natural and synthetic nucleic acids, and the like.

따라서, 타겟 핵산이 유전체 또는 이의 단편인 경우, 유전체 정량 및/또는 정성 분석이 가능하고, 타겟 핵산의 검출을 통해 바이러스 및/또는 미생물의 동정 또는 질병의 진단이 가능하다.Accordingly, when the target nucleic acid is a genome or a fragment thereof, it is possible to perform genome quantitative and/or qualitative analysis, and it is possible to identify a virus and/or microorganism or diagnose a disease through detection of the target nucleic acid.

제3단계에서 획득된 광 신호를 통해 도출가능한 예측 정보는 시료내 분석물로서 특정 생체 물질(예, 단백질, 아미노산, 지질, 핵산)의 존재 여부 및/또는 농도, 세포(예, 세균, 암세포, 정상세포) 유래의 화학 결합, 구성물질 및/또는 세포 종류의 확인(identification) 및/또는 농도일 수 있다. 이로 인해 의료 진단 및 임상 분석에서 인체 내 민감한(또는 소량 존재하는) 세포, 바이오 마커 검출과 국소적 조직 부위의 정밀검진이 가능하다. 주로 임상 및 생물학적 유래 시료가 가지는 극소량의 시료를 검출하고 생의학적으로 중요한 분석 물질을 찾아낼 수 있다.Predictive information derivable through the optical signal obtained in the third step is the presence and/or concentration of specific biomaterials (eg, proteins, amino acids, lipids, nucleic acids) as analytes in the sample, cells (eg, bacteria, cancer cells, normal cells), identification and/or concentration of constituents and/or cell types. Due to this, it is possible to detect sensitive (or small amount) cells and biomarkers in the human body in medical diagnosis and clinical analysis, and to perform detailed examination of local tissue sites. It is possible to detect a very small amount of samples, mainly from clinical and biological samples, and to find biomedical important analytes.

또한, 시료를 추출한 동물 또는 세포의 상태 정보, 질환 진단 및/또는 치료제의 효과 평가, 및/또는 상기 시료의 세균 감염 정보를, 각 액적 용량 용기에서 수집된 광신호로부터 도출할 수 있다.In addition, information on the state of an animal or cell from which the sample is extracted, diagnosis of a disease and/or evaluation of the effect of a therapeutic agent, and/or information on bacterial infection of the sample may be derived from the optical signal collected from each droplet capacity container.

본 발명은 분광 장치내 장착되는 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에서 다양한 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 온도를 조절하면서, 도립형 현미경을 통해 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생되는 광신호를 수집할 수 있다. 따라서, 특정 생체 물질(예, 단백질, 아미노산, 지질, 핵산)의 존재 여부 및/또는 농도, 세포(예, 세균, 암세포, 정상세포) 유래의 화학 결합, 구성물질 및/또는 세포 종류의 확인(identification) 및/또는 농도와 같은 생체 정보를 정확히 예측할 수 있다.The present invention relates to a droplet loading cartridge for optical signal measurement of a turn-off type mounted in a spectroscopic apparatus while controlling the temperature to control the dissolution and formation of various temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds, while controlling the temperature inside the droplet capacity container through an inverted microscope. ) can be collected. Therefore, the presence and/or concentration of a specific biomaterial (eg, protein, amino acid, lipid, nucleic acid), chemical binding derived from cells (eg, bacteria, cancer cells, normal cells), identification of constituents and/or cell types ( identification) and/or biometric information such as concentration can be accurately predicted.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 액체 시료 측정용 샘플 로딩 카트리지의 설계 및 작동원리를 도식화한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 구체예에 따른 액체 시료 측정용 샘플 로딩 카트리지의 설계를 도식화한 것이다.
도 6는 본 발명의 일구체예에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지 및 도립형 라만 현미경을 사용하는 라만분광 장치의 개념도이다.
도 7은 라만 산란의 원리를 설명하는 모식도이다.
도 8은 전파형 플라즈몬과 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 모식도이다.
도 9은 바이오센서의 구성요소들 및 이들의 관계를 도시한 모식도이다.
도 10은 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 발휘하는 금속 나노입자를 사용한 바이오센서의 작동원리를 도시한 모식도이다.
도 11은 라만 분광법을 통해 액체내 브라운 운동을 하는 새롭게 설계된 핵산 기반 자가조립 복합체(NEW 구조체) 유래 라만 산란 신호를 이용하여 turn-off 방식으로 타겟 핵산을 검출하는 방법 및 이의 작용원리를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 12는 도 11의 NEW 구조체를 이용해 나오는 라만 신호를 나타낸 것이며, 왼쪽 그래프는 타겟 핵산이 없을 경우 NEW 구조체가 해리되지 않고 온전히 존재하는 NC(negative control) 상태이며, 오른쪽 그래프는 과량의 타겟 핵산이 있을 경우 구조체가 완전 해리한 PC(positive control) 상태이다.
도 13은 도 11의 NEW 구조체를 이용해 나오는 라만 신호를 나타낸 것이며, 타겟 핵산의 존재량에 따라 turn-off 방식으로 그 양이 많아질 수록 신호가 점점 감소하는 것을 보여준다.
1 to 4 schematically illustrate the design and operating principle of a sample loading cartridge for measuring a liquid sample according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a design of a sample loading cartridge for measuring a liquid sample according to another embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram of a Raman spectrometer using a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method and an inverted Raman microscope according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram for explaining the principle of Raman scattering.
8 is a schematic diagram of radio wave plasmon and localized surface plasmon resonance (LSPR).
9 is a schematic diagram illustrating components of a biosensor and their relationship.
10 is a schematic diagram illustrating the operating principle of a biosensor using metal nanoparticles exhibiting localized surface plasmon resonance (LSPR).
11 is a method for detecting a target nucleic acid in a turn-off method using a Raman scattering signal derived from a newly designed nucleic acid-based self-assembled complex (NEW structure) that undergoes Brownian motion in a liquid through Raman spectroscopy and schematically shows the principle of its action; it is do
Figure 12 shows the Raman signal coming out using the NEW construct of Figure 11, the left graph is the NC (negative control) state in which the NEW construct is completely present without dissociation in the absence of the target nucleic acid, and the right graph is the excess target nucleic acid If present, the structure is in a completely dissociated PC (positive control) state.
13 shows the Raman signal coming out using the NEW structure of FIG. 11, and shows that the signal gradually decreases as the amount increases in a turn-off method according to the amount of the target nucleic acid.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only for clearly illustrating the technical features of the present invention, and do not limit the protection scope of the present invention.

본 발명에 따른 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 사용하고 도립형 라만 현미경이 장착된 라만분광 장치를 예시하고 있는 도 6; 및 라만 분광법을 통해 핵산 기반 자가조립 복합체(NEW 구조체) 유래 라만 산란 신호를 이용하여 turn-off 방식으로 타겟 핵산을 검출하는 방법 및 이의 작용원리를 개략적으로 나타낸 도 11을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.6 illustrating a Raman spectrometer using a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to the present invention and equipped with an inverted Raman microscope; and a method for detecting a target nucleic acid in a turn-off method using a Raman scattering signal derived from a nucleic acid-based self-assembly complex (NEW structure) through Raman spectroscopy and FIG. 11 schematically showing the principle of action thereof. Specific implementation of the present invention An example is explained.

도 6에 예시된 바와 같이, 본 발명의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지는 광원; 도립형 라만 현미경; 및 라만분광을 검출하는 검출기;를 구비한 라만분광 장치에 사용될 수 있다.As illustrated in FIG. 6, the droplet loading cartridge for measuring an optical signal of the present invention includes a light source; inverted Raman microscope; and a detector for detecting Raman spectroscopy.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구체예에 따라 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지 및 도립형 라만 현미경을 사용하는 라만분광 장치는,As shown in FIG. 6, according to an embodiment of the present invention, a Raman spectrometer using a droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method and an inverted Raman microscope,

광원을 현미경으로 유도하는 렌즈(lens), 미러(mirror), 핀홀(pinhole)로 구성된 여기 모듈;an excitation module comprising a lens, a mirror, and a pinhole for guiding a light source into a microscope;

시료의 위치변화를 제어하는 모션 콘트롤러(motion controller), 상기 광원으로부터 시료를 여기하고 상기 시료로부터 산란된 빛에서 라만 파장의 빛을 필터링하는 단수 또는 복수의 라만 필터, 및 상기 라만 필터를 통과한 빛을 순차적으로 받아서 검출하는 검출기를 포함하는, 시료의 상을 획득하는 현미경 모듈; 및A motion controller for controlling the position change of the sample, a single or a plurality of Raman filters that excite the sample from the light source and filter the light of the Raman wavelength from the light scattered from the sample, and the light that has passed through the Raman filter a microscope module for acquiring an image of a sample, including a detector for sequentially receiving and detecting; and

상기 모션 콘트롤러에 의해 위치한 포인트에서 획득된 단수 또는 복수의 상을, (필요한 경우 예컨대 컬러 코딩하여 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키고 변환된 영상을) 표시하는 영상처리 모듈을 포함한다. and an image processing module for displaying a single or a plurality of images acquired at a point located by the motion controller (if necessary, by color coding, for example, converting into an image of a cell or living tissue, and displaying the converted image).

이때, 상기 광원으로는 고밀도의 광자를 제공할 수 있는 레이저인 것이 바람직하다. 나아가, 검출기로는 검출신호를 효과적으로 증폭시킬 수 있는 PMT(photomultiplier tube), APD(avalanche photodiode), CCD(charge coupled device) 등을 구비하는 것이 바람직하다.In this case, the light source is preferably a laser capable of providing high-density photons. Furthermore, as the detector, it is preferable to include a photomultiplier tube (PMT), an avalanche photodiode (APD), a charge coupled device (CCD), etc. capable of effectively amplifying the detection signal.

여기 모듈module here

라만분광 장치에 있어서, 여기 모듈은 광원(LS)에서 발생하는 레이저빔을 현미경 내부로 유도하는 역할을 한다.In the Raman spectroscopy apparatus, the excitation module serves to guide the laser beam generated from the light source LS into the microscope.

이때, 상기 광원(LS)은 근적외선(NIR) 레이저 또는 가시광선 레이저일 수 있다. 상기 가시 광선은 400 내지 700 nm의 파장을 가지는 것일 수 있는데 일 실시예로 상기 가시광선은 514.5 nm의 파장인 것일 수 있다. 바이오 분야에서 가시광선의 광원을 사용한 경우 자기 형광(autofluorescence)이 발생하고, 자기 형광은 라만 신호의 감소를 가져오기 때문에 주로 근적외선 광원을 사용한 라만 이미지 실험이 이루어져 왔다. 그런데, 라만 신호는 광원의 파장의 4제곱에 반비례하므로 가시광선의 광원을 이용할 경우에 라만 신호의 세기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 자기형광을 감소시킬 수만 있다면 근적외선보다 가시광선의 경우에 광학장치들이 더 발달되어 있기 때문에 가시광선의 광원을 사용하는 경우가 광학계를 최적화하는데 유리하다.In this case, the light source LS may be a near-infrared (NIR) laser or a visible-ray laser. The visible light may have a wavelength of 400 to 700 nm. In an embodiment, the visible light may have a wavelength of 514.5 nm. In the bio field, when a light source of visible light is used, autofluorescence occurs, and autofluorescence causes a decrease in the Raman signal. Therefore, Raman image experiments using a near-infrared light source have been mainly conducted. However, since the Raman signal is inversely proportional to the fourth power of the wavelength of the light source, the intensity of the Raman signal can be increased when a light source of visible light is used. Therefore, if autofluorescence can be reduced, it is advantageous to use a light source of visible light to optimize the optical system because optical devices are more developed in the case of visible light than near infrared.

광원(LS)에서 발생되는 레이저빔은 스페이셜 필터(laser line filter)를 통과하여 빔직경(beam diameter)가 증가하고 다수의 렌즈, 미러와 핀홀을 통해 약 10㎜의 빔 직경으로 집광되어 현미경 모듈에 진입할 수 있다.The laser beam generated from the light source (LS) passes through a spatial filter (laser line filter), the beam diameter increases, and is condensed to a beam diameter of about 10 mm through a plurality of lenses, mirrors and pinholes to a microscope module. can enter into

현미경 모듈microscope module

라만분광 장치에서, 현미경 모듈은 시료의 위치변화를 제어하는 모션 콘트롤러(motion controller), 상기 레이저빔을 사용하여 시료와 결합한 라만표지자의 플라즈몬 공명을 통해 라만 신호를 증폭하고 상기 라만표지자로부터 산란된 빛에서 라만 파장의 빛을 필터링하는 단수 또는 복수의 라만 필터(filter set), 및 상기 라만 필터를 통과한 빛을 순차적으로 받는 검출기(Detector)를 포함한다.In the Raman spectroscopy device, the microscope module amplifies the Raman signal through plasmon resonance of the Raman marker combined with the sample using the laser beam and a motion controller that controls the position change of the sample, and the light scattered from the Raman marker It includes a single or a plurality of Raman filters that filter the light of the Raman wavelength, and a detector that sequentially receives the light passing through the Raman filter.

현미경에 진입한 레이저빔은 광분리장치에 의해 반사되어 대물 렌즈(Objective Lens)로 진행한다. 이때, 상기 광분리장치로는 광분리 거울(beamsplitter), 이파장 거울(dichroic mirror), 탈부착 가능한 거울(detachable mirror) 등을 사용할 수 있다.The laser beam entering the microscope is reflected by the optical separation device and proceeds to the objective lens. In this case, as the optical splitter, a beamsplitter, a dichroic mirror, a detachable mirror, or the like may be used.

상기 라만 파장의 빛을 필터링하는 단수 또는 복수의 라만 필터(filter set)의 수는 1 이상 20 이하이고, 5 이상 20 이하인 것이 바람직하다.The number of a single or a plurality of Raman filter sets for filtering the light of the Raman wavelength is 1 or more and 20 or less, and preferably 5 or more and 20 or less.

또한, 상기 라만 필터로는 대역필터(Band pass filter)를 사용할 수 있고, 협대역필터(Narrow band pass filter)를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.In addition, as the Raman filter, a band pass filter may be used, and it is preferable to use a narrow band pass filter, but is not limited thereto.

상기 검출기(Detector)는 스캔 방식 또는 무스캔 방식으로 작동하는 검출기이면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 스캔 방식 검출기로는 PMT(Photomultiplier tube)류 검출기 또는 APD(Avalanche photodiode)류 검출기를 사용할 수 있고, 무스캔 방식 검출기로는 CCD(Charge-coupled device) 카메라를 사용할 수 있다.The detector may be used without limitation as long as it is a detector operating in a scan method or a no-scan method. and a charge-coupled device (CCD) camera may be used as the scanless type detector.

시료는 분석물 또는 분석물을 포함하는 세포일 수 있으며, 상기 분석물은 예를 들면, 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 글리코프로테인, 리포프로테인, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오타이드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 지방산, 지질, 호르몬, 대사산물, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경전달물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사산물, 보조인자, 억제제, 약물, 약학물, 영양물, 프리온, 독소, 독물, 폭발물, 살충제, 화학무기제, 생체유해성 제제, 방사선동위원소, 비타민, 헤테로사이클릭 방향족 화합물, 발암물질, 돌연변이유발요인, 마취제, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 또는 오염물일 수 있다. 또한, 분석물이 핵산일 경우 상기 핵산은 유전자, 바이러스 RNA 및 DNA, 박테리아 DNA, 곰팡이 DNA, 포유동물 DNA, cDNA, mRNA, RNA 및 DNA 단편, 올리고뉴클레오타이드, 합성 올리고뉴클레오타이드, 개질된 올리고뉴클레오타이드, 단일 가닥 및 이중 가닥 핵산, 자연적 및 합성핵산을 들 수 있다. The sample may be an analyte or a cell containing the analyte, and the analyte may include, for example, amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars , carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids, hormones, metabolites, cytokines, chemokines, receptors, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, pharmaceuticals water, nutrients, prion, toxin, poison, explosive, pesticide, chemical weapon, biohazard agent, radioactive isotope, vitamins, heterocyclic aromatic compound, carcinogen, mutagen, anesthetic, amphetamine, barbiturate, hallucinogen , waste or contaminants. In addition, when the analyte is a nucleic acid, the nucleic acid is a gene, viral RNA and DNA, bacterial DNA, fungal DNA, mammalian DNA, cDNA, mRNA, RNA and DNA fragments, oligonucleotides, synthetic oligonucleotides, modified oligonucleotides, single strand and double stranded nucleic acids, natural and synthetic nucleic acids.

라만표지자로부터 방출되는 빛은 광분리장치를 통과하고 라만 필터를 통과함으로써 필터링되어 특정 라만 파장만이 검출기를 통해 검출된다.The light emitted from the Raman marker passes through the optical separation device and is filtered by passing the Raman filter, so that only a specific Raman wavelength is detected through the detector.

상기 라만 필터(Filter Set)는 특정 라만 파장만이 통과될 수 있는 단수 또는 복수의 라만 필터를, 바람직하게는 1 이상 20 이하, 더욱 바람직하게는 5 이상 20 이하로 구비할 수 있다. 라만표지자로부터 방출되는 라만산란광을 서로 다른 라만 파장의 필터에 순차적으로 통과시키고, 통과된 특정 라만 파장을 검출기를 통해 검출함으로써 1 이상 20개 이하의 다중 상을 얻을 수 있다.The Raman filter (Filter Set) may include a single or a plurality of Raman filters through which only a specific Raman wavelength can pass, preferably 1 or more and 20 or less, and more preferably 5 or more and 20 or less. By sequentially passing the Raman scattered light emitted from the Raman marker through filters of different Raman wavelengths, and detecting the passed specific Raman wavelength through a detector, 1 or more and 20 or less multiple images can be obtained.

상술한 바와 같이, 상기 라만 필터로는 대역필터를 사용할 수 있고, 협대역필터를 사용하는 것이 바람직하다.As described above, a band filter may be used as the Raman filter, and it is preferable to use a narrow band filter.

상기 검출기(Detector), 예를 들면 무스캔 방식의 CCD 카메라는 앞에 줌렌즈를 설치하여 배율의 조절을 할 수 있다. 이는 광학 이미지를 구현하는 광학 현미경의 기능을 강화하여 광학 이미지를 더욱 자세하게 관찰할 수 있게 한다.The detector, for example, a non-scan type CCD camera, can adjust the magnification by installing a zoom lens in front. This enhances the optical microscope's ability to produce optical images, enabling more detailed observation of optical images.

상기 모션 콘트롤러(Motion controller)는 상기 시료의 포인트 위치를 x축, y축, 또는 z축으로 변환시키는 역할을 한다. 웰 상에서 시료의 한 포인트(웰)에서 라만 필터 개수에 따라 다수의 라만 영상이 얻어지면 모션 콘트롤러의 제어를 통하여 시료의 다른 포인트(웰)로 이동하여 이 포인트의 라만 영상을 측정한다. 본 발명에 따른 장치에서 검출기로서 예를 들면, 무스캔 방식의 CCD(Charge-coupled device) 카메라를 사용할 경우, 시료를 담는 웰 플레이트의 각각의 웰을 개별적으로 한번에 촬영하고, 모션 콘트롤러의 제어를 통하여 다른 웰로 이동하여 다시 촬영하므로, 고속 스크리닝이 가능하다.The motion controller serves to convert the position of the point of the sample to the x-axis, y-axis, or z-axis. If multiple Raman images are obtained from one point (well) of the sample according to the number of filters on the well, move to another point (well) of the sample through the control of the motion controller and measure the Raman images of this point. When, for example, a charge-coupled device (CCD) camera of a no-scan method is used as a detector in the device according to the present invention, each well of a well plate containing a sample is individually photographed at once, and through the control of a motion controller High-speed screening is possible because it moves to another well and shoots again.

추가로, 상기 현미경 모듈은 시료가 위치하는 외부 챔버 내부의 분위기를 유지시킬 수 있는 분위기 유지부(미도시)를 설치할 수 있는데, 상기 분위기 유지부는 상기 챔버 내측의 온도, 습도, pH 등을 제어할 수 있다.Additionally, the microscope module may be provided with an atmosphere maintaining unit (not shown) capable of maintaining the atmosphere inside the external chamber in which the sample is located, and the atmosphere maintaining unit may control the temperature, humidity, pH, etc. inside the chamber. can

영상처리 모듈image processing module

상기 영상처리 모듈은 컴퓨터인 것이 바람직하다. 상기 CCD 카메라에서 얻은 데이터는 프로세서에 의해 처리되고 데이터는 주 기억장치에 저장될 수 있다. 표준 분석물에 대한 방출 프로파일 상의 데이터는 또한 주 기억 장치 또는 ROM에 저장될 수 있다. 프로세서는 시료내 분석물로부터의 방출 스펙트럼을 비교하여 시료의 분석물 유형을 확인할 수 있다. 프로세서는 검출 장치로부터의 데이터를 분석하여 여러 분석물의 정체 및/또는 농도를 측정할 수 있다. 서로 다르게 구비된 컴퓨터는 특정 이행에 사용될 수 있다. 따라서, 시스템의 구조는 본 발명의 상이한 실시양태에서 다를 수 있다. 데이터 수집작업 이후, 전형적으로 데이터는 데이터 분석 작업으로 보내질 것이다. 분석 작업을 용이하게 하기 위해, 검출 장치에 의해 수득된 데이터는 상기한 바와 같이 디지털 컴퓨터를 사용하여 전형적으로 분석할 것이다. 전형적으로, 컴퓨터는 검출 장치로부터의 데이터 수용 및 저장 뿐만 아니라 수집된 데이터의 분석 및 보고를 위해 적절히 프로그래밍될 수 있다.The image processing module is preferably a computer. Data obtained from the CCD camera may be processed by a processor and the data may be stored in a main memory device. Data on release profiles for standard analytes may also be stored in main memory or ROM. The processor may determine the analyte type of the sample by comparing emission spectra from the analyte in the sample. The processor may analyze data from the detection device to determine the identity and/or concentration of various analytes. Differently equipped computers may be used for specific implementations. Accordingly, the structure of the system may differ in different embodiments of the present invention. After the data collection operation, typically the data will be sent to the data analysis operation. To facilitate the analytical task, the data obtained by the detection device will typically be analyzed using a digital computer as described above. Typically, the computer can be suitably programmed for receiving and storing data from the detection device, as well as for analysis and reporting of the collected data.

하나 이상의 라만 필터를 통해 분석된 하나 이상의 라만 피크는 소프트웨어를 통해 각각의 피크에 서로다른 색깔의 이미지를 입력하면 컬러 코딩되어 해당하는 색을 가진 이미지를 통해 예컨대 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키고 변환된 영상을 모니터를 통해 표시할 수 있다.One or more Raman peaks analyzed through one or more Raman filters are color-coded when an image of a different color is input to each peak through software. image can be displayed on the monitor.

특히 무스캔 방식의 CCD(Charge-coupled device) 카메라를 사용하여 시료를 담는 웰 플레이트의 각각의 웰을 개별적으로 한번에 촬영하고, 모션 콘트롤러의 제어를 통하여 다른 웰로 이동하여 다시 촬영할 수 있다.In particular, each well of a well plate containing a sample can be individually photographed at one time using a no-scan type charge-coupled device (CCD) camera, and then moved to another well under the control of a motion controller and photographed again.

한편, 도 11에 예시된 바와 같이, 핵산 기반 자가조립 복합체의 일종인 NEW 구조체를 함유한 시약 및 본 발명의 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지를 도 6에 예시된 라만분광 장치를 사용하여 시료 내 분석물을 측정하는 방법은 On the other hand, as illustrated in FIG. 11 , the reagent containing the NEW structure, which is a kind of nucleic acid-based self-assembly complex, and the droplet loading cartridge for measuring optical signals of the turn-off method of the present invention were performed using the Raman spectroscopy apparatus illustrated in FIG. 6 . How to measure an analyte in a sample using

측정하고자 하는 시료 내 분석물은 타겟 핵산이고,The analyte in the sample to be measured is a target nucleic acid,

광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에 핵산 기반 자가조립 복합체의 일종인 NEW 구조체(제1 뉴클레오타이드 프로브가 검출하고자 하는 타겟 핵산의 상보적 서열을 가지도록 설계되고 제2 뉴클레오타이드가 타겟 핵산의 서열 일부와 동일하도록 설계된 것임) 및 시료를 로딩하는 제1단계;NEW structure, which is a type of nucleic acid-based self-assembly complex in the droplet loading cartridge for measuring optical signals (designed to have the complementary sequence of the target nucleic acid to be detected and the second nucleotide to be identical to a part of the sequence of the target nucleic acid) designed) and a first step of loading the sample;

도 1 ~ 3에 예시된 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 각 웰을 가열하여 NEW 구조체를 구성하는 제1 뉴클레오타이드 프로브와 제2 뉴클레오타이드 사이의 상보적인 수소결합을 해제시키는 반응을 수행하는 제2-1단계; The reaction of releasing the complementary hydrogen bond between the first nucleotide probe and the second nucleotide constituting the NEW structure by heating each well of the droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method illustrated in FIGS. 1 to 3 is performed. Step 2-1 to do;

웰 온도를 하강하여 다시 제2 뉴클레오타이드가, 존재하는 경우 타겟 핵산과 경쟁하여 제1 뉴클레오타이드 프로브와 교합반응을 수행하는 제2-2단계;Step 2-2 of lowering the well temperature and performing a ligation reaction with the first nucleotide probe by competing with the target nucleic acid if the second nucleotide is present;

제2단계 수행 전 및/또는 후, 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 각 웰의 광투과성 하단면을 통해 광 조사 후 광 신호를 획득하는 제3단계를 포함한다.Before and/or after performing the second step, a third step of acquiring an optical signal after light irradiation through the light-transmissive bottom surface of each well of the droplet loading cartridge for measuring the optical signal is included.

예컨대, 제2-1단계에서 핵산 기반 자가조립 복합체(NEW 구조체)를 해체하는 온도, 즉 제1 뉴클레오티드와 제2 뉴클레오티드의 상보적인 수소결합을 제거하는 온도(Tm), 72.0 ℃로 상승시킨 후, 제2-2단계에서 타겟 핵산과 제1 뉴클레오티드를 교합시키는 온도(Ta)로 약 5℃ 온도를 낮출 수 있다. 또한, 제3단계에서 제2 뉴클레오티드에 연결된 라만 표지자의 라만신호를 측정할 수 있다.For example, in step 2-1, the temperature at which the nucleic acid-based self-assembly complex (NEW construct) is disassembled, that is, the temperature at which the complementary hydrogen bond between the first nucleotide and the second nucleotide is removed (Tm), is raised to 72.0 °C, In step 2-2, the temperature of about 5° C. may be lowered to the temperature (Ta) at which the target nucleic acid and the first nucleotide are mated. In addition, in the third step, the Raman signal of the Raman marker linked to the second nucleotide may be measured.

도 12에서 왼쪽 그래프는 타겟 핵산이 없는 타겟 핵산 검출 시약을 72.0 ℃로 상승 및 약 5℃ 온도를 낮춘 후 측정된 라만 스펙트럼이고, 도 12에서 오른쪽 그래프는 타겟 핵산 검출 시약 내 제1 뉴클레오티드의 개수를 고려하여 합성된 타겟 핵산을 과량으로 넣었을 때 측정된 라만 스펙트럼이다.The graph on the left in FIG. 12 is a Raman spectrum measured after raising the target nucleic acid detection reagent without a target nucleic acid to 72.0°C and lowering the temperature to about 5°C, and the graph on the right in FIG. 12 shows the number of first nucleotides in the target nucleic acid detection reagent It is a Raman spectrum measured when an excessive amount of the synthesized target nucleic acid is taken into consideration.

이때, NEW 구조체는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 발휘하는 금속 나노입자 기반 나노갭 구조체로서, 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 쉬프트 값을 측정하면, 타겟 핵산의 존재 여부에 따라 NEW 구조체를 형성 및 해제가 역으로 연동되어 있어, NEW 구조체의 농도를 알고 있는 표준 시약 대비 라만 산란 신호 세기를 비교하여, 타겟 핵산을 정량/정성 분석할 수 있다.At this time, the NEW structure is a metal nanoparticle-based nanogap structure that exhibits local surface plasmon resonance (LSPR). When the Raman shift value of the Raman indicator is measured, the NEW structure is formed depending on the presence of the target nucleic acid and Since release is inversely linked, the target nucleic acid can be quantitatively / qualitatively analyzed by comparing the intensity of the Raman scattering signal with a standard reagent for which the concentration of the NEW construct is known.

예컨대, 제3단계에서 라만 분광법을 통해 수득된 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 산란 신호를 통해 타겟 핵산이 아닌 제2 뉴클레오타이드와 제1 뉴클레오타이드 프로브 사이의 상보적인 수소결합을 통해 재형성되는 NEW 구조체의 개수(이는 나노갭의 개수에 해당)를 산출하고, 이로부터 시료 내 타겟 핵산의 존재여부 또는 이의 농도를 도출해 낼 수 있다(도 11). For example, through the complementary hydrogen bond between the second nucleotide and the first nucleotide probe, not the target nucleic acid, through the Raman scattering signal of the Raman indicator obtained through Raman spectroscopy in the third step. The number (which corresponds to the number of nanogaps) is calculated, and the presence or absence of the target nucleic acid in the sample or its concentration can be derived from this ( FIG. 11 ).

Claims (25)

(a) 물질 증폭 없이 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량(droplet-capacity) 용기;
(b) 액적 용량 용기의 적어도 일부분에 설치되어, 액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시키는 가열 및 방열 부(Heating and dissipating part); 및
(c) 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서, 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)
를 구비하는, turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.
(a) a droplet-capacity vessel containing samples and reagents without amplification of the material;
(b) a heating and dissipating portion installed in at least a portion of the droplet capacity container to alternately heat and dissipate to control the dissociation and formation of temperature-dependent spontaneous non-covalent bonds with respect to the samples and reagents contained in the liquid phase in the droplet capacity container; part); and
(c) a light transmitting part that transmits a light signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container
A droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method comprising a.
제1항에 있어서, 액적 용량 용기는 (i) 플레이트 상 웰 타입 구획(compartment)으로 구현되거나, (ii) 이격된 두 면이 좁은 틈을 형성하여 액적 로딩시 표면장력에 의해 액적이 면상에 넓게 퍼지는 디스크 타입 개별 용기로 구현되는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The method of claim 1, wherein the droplet capacity container is (i) implemented as a well-type compartment on a plate, or (ii) two spaced faces form a narrow gap so that the droplet is widened on the face by surface tension during droplet loading. A drop-loading cartridge for measuring optical signals of a turn-off method, characterized by being implemented as a spreading disk-type individual container. 제1항에 있어서, 가열 및 방열 부는 액적 용량 용기와 일체형으로 구현되거나, 액적 용량 용기와 분리가능한 부품인 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to claim 1, wherein the heating and heat dissipation unit is implemented integrally with the droplet capacity container or is a part separable from the droplet capacity container. 제1항에 있어서, 가열 및 방열 부는 전압 인가시 전기저항에 의해 발열하고, 전류가 흐르지 않으면 방열시키는 열전도성 소재로 구현된 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to claim 1, wherein the heating and heat dissipation unit is implemented with a thermally conductive material that generates heat by electrical resistance when voltage is applied and radiates heat when no current flows. 제1항에 있어서, 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성은 자발적으로 비공유 결합에 의해 일정한 구조로 자가조립된 자가조립체(self-assembly)를 해체 및 형성시키는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The method of claim 1, wherein the temperature-dependent spontaneous dissociation and formation of non-covalent bonds comprises spontaneous dissociation and formation of self-assembled self-assembly into a fixed structure by non-covalent bonding. A drop-loading cartridge for optical signal measurement with a characteristic turn-off method. 제1항에 있어서, 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 또는 형성은 (i) 타겟 핵산과, 이와 상보적인 수소결합을 하는 뉴클레오타이드 프로브의 교합반응(hybridization), (ii) 서로 상보적인 서열을 가진 두 뉴클레오타이드 간 수소결합의 해제 또는 형성, (iii) 항원-항체 간 결합의 해체 또는 형성 및/또는 (iv) 수용체-리간드 간 결합의 해체 또는 형성인 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The method of claim 1, wherein the temperature-dependent spontaneous non-covalent breakage or formation is (i) hybridization of a target nucleic acid and a nucleotide probe having a complementary hydrogen bond therewith, (ii) two nucleotides having complementary sequences Droplet loading for optical signal measurement in a turn-off method, characterized in that it is characterized by breaking or forming a liver hydrogen bond, (iii) breaking or forming an antigen-antibody bond, and/or (iv) breaking or forming a receptor-ligand bond cartridge. 제1항에 있어서, 시료는 핵산 함유 시료이며, 시약은 액체내 브라운 운동을 하는 turn-off 방식의 타겟 핵산 검출용 핵산 기반 자가조립 복합체를 함유 또는 형성하는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The turn-off optical signal according to claim 1, wherein the sample is a nucleic acid-containing sample, and the reagent contains or forms a nucleic acid-based self-assembled complex for detecting a target nucleic acid in a turn-off method that performs Brownian motion in a liquid. Droplet loading cartridge for measurement. 제1항에 있어서, 액적 용량 용기에 해당하는 각 웰이 플레이트 상에 음각으로 깔때기(funnel) 형상으로 구현된 것으로,
각 웰의 하단면은 웰 내로 광조사 경로를 형성하면서, 웰 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)를 구현한 것이고,
시료 및 시약을 수용하는 각 웰의 하부 돌출부 벽면 주변은 열전도성 기판의 구멍(hole)에 장착되거나 열전도성 소재로 코팅되어 가열 및 방열 부를 구현하고, 각 웰의 하부 돌출부 벽면을 통해 각 웰 내부에서 온도 의존성 자발적인 비공유 결합의 해체 및 형성을 제어하도록 번갈아 가열 및 방열시키는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.
The method of claim 1, wherein each well corresponding to the droplet capacity container is embodied in a funnel shape with an intaglio on the plate,
The lower surface of each well implements a light transmitting part that transmits a light signal generated and collected inside the well while forming a light irradiation path into the well,
The periphery of the wall of the lower protrusion of each well that receives the sample and reagent is mounted in a hole in the thermally conductive substrate or coated with a thermally conductive material to implement a heating and heat dissipation section, and inside each well through the lower protrusion wall of each well A droplet loading cartridge for optical signal measurement with a turn-off method characterized by alternating heating and dissipation to control the temperature-dependent spontaneous, non-covalent bond dissolution and formation.
제1항에 있어서, 시료 및 시약을 수용하는 액적 용량 용기는 이격된 두 면이 좁은 틈을 형성하여 액적 로딩시 표면장력에 의해 액적이 면상에 넓게 퍼지는 디스크 타입의 용기이고, 가열 및 방열 부는 상기 디스크 타입의 용기를 내부에 장착할 수 있는 것으로,
디스크 타입의 액적 용량 용기의 적어도 일부 및 가열 및 방열 부의 적어도 일부는 액적 용량 용기 내로 광조사 경로를 형성하면서 액적 용량 용기 내부(inside)에서 발생 및 수집된 광 신호를 투과시키는 광투과 부(light transmitting part)가 구현되어 있는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.
The method according to claim 1, wherein the droplet capacity container for accommodating the sample and reagent is a disk-type container in which two spaced surfaces form a narrow gap so that the droplet spreads widely on the surface by surface tension when loading the droplet, and the heating and heat dissipation unit is the By being able to attach a disk-type container inside,
At least a portion of the disk-type droplet capacity container and at least a portion of the heating and heat dissipation portion are light transmitting portions for transmitting a light signal generated and collected inside the droplet capacity container while forming a light irradiation path into the droplet capacity container. part) is implemented, a droplet loading cartridge for optical signal measurement of the turn-off method.
제1항에 있어서, 액적 용량 용기의 가열/방열 전/후의 변화된 광 신호가 광투과 부를 통해 수집될 수 있는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.[2] The droplet loading cartridge for measuring an optical signal of a turn-off method according to claim 1, wherein the changed optical signal before/after heating/dissipating the droplet capacity container can be collected through the light transmitting unit. 제1항에 있어서, 도립형 현미경에 연동되어 사용되는 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.The droplet loading cartridge for measuring optical signals of a turn-off method according to claim 1, wherein the cartridge is used in conjunction with an inverted microscope. 제1항 내지 제11항 중에 있어서, 광 신호는 라만 산란 신호인 것이 특징인 turn-off 방식의 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지.[12] The droplet loading cartridge according to claim 1 to 11, wherein the optical signal is a Raman scattering signal. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지에 시료 및 시약을 로딩하는 제1단계;
액적 용량 용기에 액상으로 수용된 시료 및 시약에 대해 온도 의존성 자발적인 비공유 결합을 해체 및 형성하도록 액적 용량 용기를 가열 및 방열시키는 제2단계; 및
제2단계 수행 전 및/또는 후, 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지의 액적 용량 용기의 광투과 부를 통해 광 조사 후 광 신호를 획득하는 제3단계를 포함하여,
시료 내 분석물을 측정하는 방법.
A first step of loading a sample and reagent into the droplet loading cartridge for measuring an optical signal according to any one of claims 1 to 11;
a second step of heating and dissipating the droplet capacity vessel to dissociate and form a temperature-dependent spontaneous non-covalent bond with respect to the sample and reagent contained in the liquid phase in the droplet capacity vessel; and
Before and/or after performing the second step, including a third step of obtaining an optical signal after light irradiation through the light transmitting part of the droplet capacity container of the droplet loading cartridge for measuring the optical signal,
A method for measuring an analyte in a sample.
제13항에 있어서, 측정하고자 하는 시료 내 분석물은 타겟 핵산이고,
시약은 (a) 조건에 따라 타겟 핵산과 교합하는 프로브(probe)인 제1 뉴클레오티드 하나 이상이 제1금속 나노입자에 연결된 제1나노입자 기반 구조체 및 (b) 제1 뉴클레오티드와 상보적인 제2 뉴클레오티드 하나 이상이 제2금속 나노입자에 연결된 제2나노입자 기반 구조체 사이의 자가조립에 의해 형성되는 핵산 기반 자가조립 복합체가, 타겟 핵산 존재시 제1 뉴클레오티드와 타겟 핵산과의 교합(hybridization)에 의해 형성되지 않거나 해체되는 경우 광학적 신호의 변화값을 측정할 수 있게 설계되어 있는 타겟 핵산 검출 시약인 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.
The method of claim 13, wherein the analyte in the sample to be measured is a target nucleic acid,
The reagent comprises (a) a first nanoparticle-based structure in which one or more first nucleotides that are probes that mate with a target nucleic acid according to conditions are linked to a first metal nanoparticle, and (b) a second nucleotide complementary to the first nucleotide A nucleic acid-based self-assembly complex formed by self-assembly between one or more second nanoparticle-based structures connected to one or more second metal nanoparticles is formed by hybridization of a first nucleotide and a target nucleic acid in the presence of a target nucleic acid A method for measuring an analyte in a sample, characterized in that it is a target nucleic acid detection reagent designed to measure a change value of an optical signal when it is not or disassembled.
제14항에 있어서, 시약은 핵산 기반 자가조립 복합체 형성시 (i) 인접한 제1금속 나노입자 및 제2금속 나노입자에 의해 나노갭이 형성되고, (ii) 상기 나노갭은 광 조사시 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생 및 더욱 강화시키는 공간이 되도록 설계된 핵산 기반 자가조립 복합체를 함유 또는 형성하는 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.15. The method of claim 14, wherein when the reagent forms a nucleic acid-based self-assembly complex, (i) a nano-gap is formed by adjacent first and second metal nanoparticles, and (ii) the nano-gap is formed by a surface plasmon upon irradiation with light. A method for measuring an analyte in a sample, characterized in that it contains or forms a nucleic acid-based self-assembly complex designed to be a space for generating and further enhancing resonance. 제15항에 있어서,
타겟 핵산과 교합하는 제1 뉴클레오티드는 (i) 조건에 따라 타겟 핵산의 일부 서열과 교합하는 핵산 서열을 가진 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe), (ii) 활동 자유도를 높여 10 bp 이상의 상보적인 수소결합을 도와주는 스페이서 및 (iii) 제1금속 나노입자에 부착하는 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher)를 포함하고;
제1 뉴클레오티드와 10 bp 이상 상보적인 제2 뉴클레오티드는 (i) 제1 뉴클레오티드의 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 상보적인 핵산 서열을 가진 제2-1 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher), (ii) 활동 자유도를 높여 10 bp 이상의 상보적인 수소결합을 도와주는 스페이서 및 (iii) 제2금속 나노입자에 부착하는 제2-2 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher)를 포함하며,
선택적으로(optionally), 제2 뉴클레오티드는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)를 (i) 제1 뉴클레오티드의 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 상보적인 핵산 서열을 가진 제2-1 올리고 뉴클레오티드 접착자(attacher) 와 (ii) 스페이서 사이에 연결시킨 것이거나; 또는
제1 뉴클레오티드는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)를 (i) 타겟 핵산의 일부 서열과 교합하는 핵산 서열을 가진 올리고 뉴클레오티드 프로브(probe)와 (ii) 스페이서 사이에 연결시킨 것이 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.
16. The method of claim 15,
The first nucleotide that mates with the target nucleic acid is (i) an oligonucleotide probe having a nucleic acid sequence that mates with a partial sequence of the target nucleic acid according to conditions, (ii) increases the freedom of action to help complementary hydrogen bonding of 10 bp or more the donor comprises a spacer and (iii) an oligonucleotide attacher that attaches to the first metal nanoparticle;
The second nucleotide complementary to the first nucleotide by at least 10 bp is (i) a 2-1 oligonucleotide attacher having a nucleic acid sequence complementary to the oligonucleotide probe of the first nucleotide, (ii) the degree of freedom of action It includes a spacer and (iii) a 2-2 oligonucleotide adhesive attached to the second metal nanoparticle that helps to increase the hydrogen bond of 10 bp or more,
Optionally, the second nucleotide binds a Raman indicator having a known Raman shift value to (i) a 2-1 oligonucleotide having a nucleic acid sequence complementary to the oligonucleotide probe of the first nucleotide. between an attacher and (ii) a spacer; or
The first nucleotide is characterized by linking a Raman indicator having a known Raman shift value between (i) an oligonucleotide probe having a nucleic acid sequence that mates with a partial sequence of the target nucleic acid and (ii) a spacer. A method for measuring an analyte in a phosphorus sample.
제13항에 있어서, 광신호는 라만 시프트 값을 알고 있는 라만 표지자(Raman indicator)의 라만 세기인 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.The method of claim 13, wherein the optical signal is the Raman intensity of a Raman indicator with known Raman shift value. 제15항에 있어서, 광 신호는 (i) 시약 내 금속 나노입자의 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 의해 증폭 및/또는 (ii) 온도 의존성 자발적인 비공유 결합에 의해 형성된 2개 금속 나노입자 사이 나노갭에 의해 증폭된 라만 산란 신호인 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.16 . The nanogap according to claim 15 , wherein the optical signal is (i) amplified by local surface plasmon resonance (LSPR) of metal nanoparticles in the reagent and/or (ii) formed by temperature dependent spontaneous non-covalent bonding. A method for measuring an analyte in a sample, characterized in that it is a Raman scattering signal amplified by 제14항에 있어서, 타겟 핵산은 유전체 또는 이의 단편인 것으로, 유전체 정량 및/또는 정성 분석하는 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.15. The method of claim 14, wherein the target nucleic acid is a genome or a fragment thereof, and the method for measuring an analyte in a sample is characterized by quantitative and/or qualitative analysis of the genome. 제14항에 있어서, 상기 타겟 핵산의 검출을 통해 바이러스 및/또는 미생물의 동정 또는 질병의 진단을 위한 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.15. The method of claim 14, wherein the detection of the target nucleic acid is used for the identification of viruses and/or microorganisms or for diagnosis of diseases. 제13항에 있어서, 광 신호를 통해 도출되는 예측 정보는 특정 생체 물질의 존재 여부 및/또는 농도, 세포 유래의 화학 결합, 구성물질 및/또는 세포 종류의 확인(identification) 및/또는 농도인 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.The method according to claim 13, wherein the prediction information derived through the optical signal is the presence and/or concentration of a specific biological material, a chemical bond derived from a cell, identification and/or concentration of a constituent material and/or a cell type. A method for measuring an analyte in a sample characterized. 제13항에 있어서, 광신호로서 라만 쉬프트 값을 도출하는 대상인 시료를 추출한 동물 또는 세포의 상태 정보, 질환 진단 및/또는 치료제의 효과 평가, 및/또는 상기 시료의 세균 감염 정보를, 수집된 라만 산란 신호로부터 도출할 수 있는 것이 특징인 시료 내 분석물 측정 방법.14. The method of claim 13, wherein the state information of the animal or cell from which the sample is extracted, which is a target for deriving a Raman shift value as an optical signal, disease diagnosis and/or evaluation of the effect of a therapeutic agent, and/or bacterial infection information of the sample, collected Raman A method for measuring an analyte in a sample, characterized in that it can be derived from a scattering signal. 광원; 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광신호 측정용 액적 로딩 카트리지; 도립형 현미경; 및 광신호를 검출하는 검출기;를 구비한 분광 장치.light source; A droplet loading cartridge for measuring an optical signal according to any one of claims 1 to 11; inverted microscope; and a detector for detecting an optical signal. 제23항에 있어서, 도립형 라만 현미경; 및 라만 산란 신호를 검출하는 검출기를 구비한 라만분광 장치인 것이 특징인 분광 장치.24. The method of claim 23, further comprising: an inverted Raman microscope; and a Raman spectrometer having a detector for detecting a Raman scattering signal. 제23항에 있어서, 수개 내지 수백 개의 디스크 타입 액적 로딩 카트리지를 수용할 수 있으며, 디스크 타입 액적 로딩 카트리지를 제거, 교체 및 삽입할 수 있는 디스크 체인저가 장착된 것이 특징인 분광 장치.24. The spectroscopic apparatus according to claim 23, which can accommodate several to hundreds of disc-type droplet loading cartridges and is equipped with a disc changer capable of removing, replacing and inserting disc-type droplet loading cartridges.
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