KR20220166576A - 진단키트 및 진단 방법 - Google Patents

진단키트 및 진단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220166576A
KR20220166576A KR1020210075496A KR20210075496A KR20220166576A KR 20220166576 A KR20220166576 A KR 20220166576A KR 1020210075496 A KR1020210075496 A KR 1020210075496A KR 20210075496 A KR20210075496 A KR 20210075496A KR 20220166576 A KR20220166576 A KR 20220166576A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
magnetic particle
target material
specific conjugate
particle complex
Prior art date
Application number
KR1020210075496A
Other languages
English (en)
Inventor
정흥수
김기욱
임종훈
Original Assignee
주식회사 제우스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 제우스 filed Critical 주식회사 제우스
Priority to KR1020210075496A priority Critical patent/KR20220166576A/ko
Publication of KR20220166576A publication Critical patent/KR20220166576A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G01N33/553—Metal or metal coated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531—Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532—Production of labelled immunochemicals
    • G01N33/533—Production of labelled immunochemicals with fluorescent label
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

본 발명은 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립 및 자력을 발생시킬 수 있는 자성체를 포함하는 진단키트로서, 상기 접합패드는 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체를 포함하고, 상기 검출패드는 상기 표적물질의 제 1 결합 부위와는 다른 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 결합하는 제 2 특이적 결합체가 고정되고, 상기 자성체를 제어함으로써 상기 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진단키트에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 비특이반응을 제거하고 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

Description

진단키트 및 진단 방법{DIAGNOSTIC KITS AND DIAGNOSTIC METHODS}
본 발명은, 표적물질을 검출하기 위한 진단키트 및 검출방법에 관한 것으로, 특히, 자성입자 복합체를 포함하는 진단키트 및 이를 이용한 표적물질의 검출방법에 관한 것이다.
전염병은 국가를 불문하고 세계적으로 유행하여 인류의 건강을 위협하고 있으며 그 위험성이 더욱 심화되고 있다. 사스, 신종 인플루엔자에 이어 최근 COVID-19 바이러스의 대유행이 이어지고 있으며 바이러스 감염여부를 검사하기 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 검사방법은 크게 생체 시료 채취 후 핵산 증폭을 통해 바이러스 감염여부를 확인하는 PCR 검사, 항체가 형성되었는지 검사하는 항체검사, 바이러스를 직접 검출하는 항원검사로 분류되어 각 분야에서 활발한 연구가 이어지고 있다.
압타머는 DNA 또는 RNA로 이루어진 핵산 물질로서 단백질, 세포, 미생물 등 특정물질을 표적으로 하여 특이적으로 결합할 수 있다. 압타머는 짧은 길이의 핵산 서열로 항체에 비해 안정성이 우수하여 장기간 보존이 가능하고 표적에 대해 높은 친화성을 가지는 장점이 있어 다양한 기술분야에서 응용 가능한 각광받는 물질이다. 이러한 압타머의 우수성에 의해 압타머를 감염병 검사법에 응용하려는 움직임이 있으며, 바이러스의 두 부위에 결합하는 압타머 쌍을 바이러스에 결합시키고 형광물질 등 이를 표지하는 표지체를 통해 바이러스 검출 여부를 검출하는 방법이 알려져 있다.
이와 관련하여 중국공개특허 106443003 호는 형광 수용체로 표지된 압타머를 접합패드에 부착하고, 형광 물질로 표지된 프로브를 검출라인에 부착하여 타겟 물질의 존재 여부에 따라 이들 사이에 FRET 현상이 일어나도록 한 형광 소광 테스트 스트립에 대하여 제시하고 있다. 또한 한국공개특허 2017-0103119 호는 형광 염색약이 인터칼레이팅되어 있는 DNA 압타머 복합체를 지지체에 고정되어 있는 상보적인 가닥에 이중나선을 형성하도록 결합시켜 놓고, 표적물질이 존재할 경우 DNA 압타머 복합체가 표적물질과 결합하여 떨어져 나감에 따라 방출된 형광 염색화를 시각화하여 검출하는 방법에 대하여 제시하고 있다.
그러나 여전히 압타머 등을 이용한 진단키트의 민감도 및 특이도가 충분치 않은 실정이다.
중국공개특허 제 106443003 호 (2017.02.22 공개) 한국공개특허 제 2017-0103119 호 (2017.09.13 공개)
본 발명의 진단키트는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립 및 자력을 발생시킬 수 있는 자성체를 포함하는 진단키트로서, 상기 접합패드는 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체를 포함하고, 상기 검출패드는 상기 표적물질의 제 1 결합 부위와는 다른 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 결합하는 제 2 특이적 결합체가 고정되고, 상기 자성체를 제어함으로써 상기 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (A) 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립에 표적물질이 존재할 것으로 의심되는 시료를 투입하는 단계; (B) 상기 시료가 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체와 접촉하는 단계; (C) 자력에 의해 상기 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 단계; (D) 상기 자력을 차단하거나 검출구역으로 이동시킨 후 차단하는 단계; 및 (E) 상기 검출구역 내 신호가 발생하는지 관측하는 단계;를 포함하는 표적물질 검출방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 진단키트는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립 및 자력을 발생시킬 수 있는 자성체를 포함하는 진단키트로서,
상기 접합패드는 자성입자 복합체를 포함하고,
상기 자성입자 복합체는 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 것을 특징으로 하고,
상기 검출패드는 상기 표적물질의 제 1 결합 부위와는 다른 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 결합하는 제 2 특이적 결합체가 고정되고,
상기 자성체를 제어함으로써 상기 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 표적물질은 항원, 항체, 바이러스, 단백질, 탄수화물, 과당, 글리코당, 올리고당, 호르몬, 수용체, 펩타이드, 기질, 대사물질, 전이상태 유사물, 보조인자, 저해제, 약물, 염료, 영양분, 성장인자, 조직, 무기 유기 영양소, 유해 환경물질, 또는 당단백질의 올리고당일 수 있다.
또한, 상기 제 1 특이적 결합체 및 제 2 특이적 결합체는 각각 항체 또는 앱타머일 수 있다.
또한, 상기 자성입자 복합체는 자성입자, 상기 자성입자를 감싸는 실리카 쉘, 및 상기 실리카 쉘을 감싸는 신호발생물질을 포함하고, 상기 자성입자 복합체의 표면에 상기 제 1 특이적 결합체가 결합된 것일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자 복합체의 입경은 80 내지 1000 nm, 90 내지 600 nm, 또는 100 내지 500 nm일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자는 산화철, 훼라이트, 합금자성입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 자성입자는 Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, MnFe2O4, FePt, CoPt, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 자성입자의 입경은 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 60 내지 90 %, 65 내지 85 %, 또는 70 내지 80 %일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자의 입경은 100 nm 이하, 50 nm 이하, 또는 20 nm 이하일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 쉘의 두께는 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 10 내지 40 %, 15 내지 35 %, 또는 20 내지 30 %일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 쉘의 두께는 500 nm 이하, 400 nm 이하, 또는 200 nm 이하일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 쉘은 티올기를 갖도록 개질된 것일 수 있다.
또한, 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있다.
그리고, 상기 실리카와 양자점이 아마이드 결합, 디설파이드 결합 또는 정전기적 결합을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 양자점은, 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴텔레나이드(CdTe), 징크설파이드(ZnS), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레나이드(ZnTe), 징크옥사이드(ZnO), 징크옥사이드징크셀레나이드(ZnOZnSe), 징크옥사이드징크설파이드(ZnOZnS), 카드뮴옥사이드(CdO), 카드뮴셀레늄설파이드(CdSeS), 카드뮴셀레늄텔레나이드(CdSeTe), 카드뮴설파이드텔레나이드(CdSTe), 카드뮴징크설파이드(CdZnS), 카드뮴징크셀레나이드(CdZnSe), 카드뮴징크텔레나이드(CdZnTe), 징크셀레늄설파이드(ZnSeS), 징크셀레늄텔레나이드(ZnSeTe), 징크설파이드텔레나이드(ZnSTe), 카드뮴징크옥사이드(CdZnO), 징크셀레늄옥사이드(ZnSeO), 카드뮴셀레늄(CdSe), 카드뮴징크셀레늄설파이드(CdZnSeS), 카드뮴징크셀레늄텔레나이드(CdZnSeTe), 카드뮴셀레나이드징크설퍼(CdSeZnS), 카드뮴징크설파이드텔레나이드(CdZnSTe), 갈륨포스포러스(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs), 갈륨니트라이드(GaN), 인듐포스포러스니트라이드(InPN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs), 인듐갈륨니트라이드(InGaN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐알루미늄포스포러스안티모니(InAlPSb), 인듐갈륨포스포러스징크설파이드(InGaPZnS), 인듐갈륨포스포러스징크셀레나이드(InGaPZnSe), 인듐포스포러스징크셀레나이드(InPZnSe), 인듐포스포러스징크설파이드(InPZnS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 제 1 특이적 결합체는 상기 양자점과 결합하고, 상기 양자점은 친수성 처리된 것일 수 있다.
그리고, 상기 양자점은 수산화기, 아민기, 티올기, 카르보닐기, 카르복시기, 에폭시기, 에틸렌기, 아세틸렌기, 아미드기, 포스포네이트기, 포스페이트기, 설포네이트기, 설페이트기, 니트레이트기, 및 암모늄기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 가질 수 있다.
그리고, 상기 양자점과 제 1 특이적 결합체는 정전기적 결합, 공유결합, 또는 이온결합할 수 있다.
또한, 상기 자성입자 복합체는 상기 양자점을 감싸는 단백질로 형성된 단백질 쉘을 포함하고, 상기 제 1 특이적 결합체가 상기 단백질과 결합을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 단백질은 소 혈청 알부민, 아비딘, 스트렙타비딘, 프로틴 A, 프로틴 G, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 자성체는 상기 진단 스트립의 외부에서 작용할 수 있다.
그리고, 상기 진단키트는 측방향 유동 분석 장치(LFA) 또는 미세유체(microfluidics) 센서일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표적물질 검출방법은,
(A) 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립에 표적물질이 존재할 것으로 의심되는 시료를 투입하는 단계;
(B) 상기 시료가 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체와 접촉하는 단계;
(C) 자력에 의해 상기 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 단계;
(D) 상기 자력을 차단하거나 검출구역으로 이동시킨 후 차단하는 단계; 및
(E) 상기 검출구역 내 신호가 발생하는지 관측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표적물질 검출방법은 진단 스트립 내에서 표적물질과 비특이 물질이 분리될 수 있다.
그리고, 상기 단계 (B)는 상기 접합패드에서 진행될 수 있다.
그리고, 상기 단계 (C)는 1 내지 240 초, 1 내지 180 초, 또는 5 내지 120 초 동안 자성입자 복합체의 이동을 차단할 수 있다.
또한, 상기 자력은 진단스트립 외부의 자성체를 통해 발생시킬 수 있다.
그리고, 상기 자성체를 진단스트립 저면에 접촉시킬 수 있다.
그리고, 상기 단계 (C)는 진단스트립 외부면 중 접합패드의 저면에 자성체를 접촉시킬 수 있다.
그리고, 상기 단계 (D)는 자성체를 접합패드의 저면에서 검출패드의 저면으로 슬라이딩하여 이동시킬 수 있다.
그리고, 상기 단계 (D)는 자성입자 복합체를 검출구역으로 이동시키는 단계일 수 있다.
그리고, 상기 단계 (D)는 자성체의 진단스트립에 대한 접촉을 해제하여 자력을 차단하는 것일 수 있다.
또한, 상기 단계 (E)는 상기 자성입자 복합체에 결합된 표적물질이 검출구역에 고정된 제 2 특이적 결합체와 결합하여 상기 자성입자 복합체의 신호발생물질에 의해 발생된 신호를 관측하는 단계일 수 있다.
그리고, 상기 단계 (E)는 광 자극 또는 전기 자극을 주는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 표적물질은 항원, 항체, 바이러스, 단백질, 탄수화물, 과당, 글리코당, 올리고당, 호르몬, 수용체, 펩타이드, 기질, 대사물질, 전이상태 유사물, 보조인자, 저해제, 약물, 염료, 영양분, 성장인자, 조직, 무기 유기 영양소, 유해 환경물질, 또는 당단백질의 올리고당일 수 있다.
또한, 상기 제 1 특이적 결합체 및 제 2 특이적 결합체는 각각 항체 또는 앱타머일 수 있다.
또한, 상기 자성입자 복합체는 자성입자, 상기 자성입자를 감싸는 실리카 쉘, 및 상기 실리카 쉘을 감싸는 신호발생물질을 포함하고, 상기 자성입자 복합체의 표면에 상기 제 1 특이적 결합체가 결합된 것일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자 복합체의 입경은 80 내지 1000 nm, 90 내지 600 nm, 또는 100 내지 500 nm일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자는 산화철, 훼라이트, 합금자성입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 자성입자는 Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, MnFe2O4, FePt, CoPt, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 자성입자의 입경은 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 60 내지 90 %, 65 내지 85 %, 또는 70 내지 80 %일 수 있다.
그리고, 상기 자성입자의 입경은 100 nm 이하, 50 nm 이하, 또는 20 nm 이하일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 쉘의 두께는 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 10 내지 40 %, 15 내지 35 %, 또는 20 내지 30 %일 수 있다.
그리고, 상기 실리카 쉘의 두께는 500 nm 이하, 400 nm 이하, 또는 200 nm 이하일 수 있다.
그리고,. 상기 실리카 쉘은 티올기를 갖도록 개질된 것일 수 있다.
또한, 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있다.
그리고, 상기 실리카와 양자점이 아마이드 결합, 디설파이드 결합 또는 정전기적 결합을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 양자점은, 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴텔레나이드(CdTe), 징크설파이드(ZnS), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레나이드(ZnTe), 징크옥사이드(ZnO), 징크옥사이드징크셀레나이드(ZnOZnSe), 징크옥사이드징크설파이드(ZnOZnS), 카드뮴옥사이드(CdO), 카드뮴셀레늄설파이드(CdSeS), 카드뮴셀레늄텔레나이드(CdSeTe), 카드뮴설파이드텔레나이드(CdSTe), 카드뮴징크설파이드(CdZnS), 카드뮴징크셀레나이드(CdZnSe), 카드뮴징크텔레나이드(CdZnTe), 징크셀레늄설파이드(ZnSeS), 징크셀레늄텔레나이드(ZnSeTe), 징크설파이드텔레나이드(ZnSTe), 카드뮴징크옥사이드(CdZnO), 징크셀레늄옥사이드(ZnSeO), 카드뮴셀레늄(CdSe), 카드뮴징크셀레늄설파이드(CdZnSeS), 카드뮴징크셀레늄텔레나이드(CdZnSeTe), 카드뮴셀레나이드징크설퍼(CdSeZnS), 카드뮴징크설파이드텔레나이드(CdZnSTe), 갈륨포스포러스(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs), 갈륨니트라이드(GaN), 인듐포스포러스니트라이드(InPN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs), 인듐갈륨니트라이드(InGaN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐알루미늄포스포러스안티모니(InAlPSb), 인듐갈륨포스포러스징크설파이드(InGaPZnS), 인듐갈륨포스포러스징크셀레나이드(InGaPZnSe), 인듐포스포러스징크셀레나이드(InPZnSe), 인듐포스포러스징크설파이드(InPZnS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 제 1 특이적 결합체는 상기 양자점과 결합하고, 상기 양자점은 친수성 처리된 것일 수 있다.
그리고, 상기 양자점은 수산화기, 아민기, 티올기, 카르보닐기, 카르복시기, 에폭시기, 에틸렌기, 아세틸렌기, 아미드기, 포스포네이트기, 포스페이트기, 설포네이트기, 설페이트기, 니트레이트기, 및 암모늄기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 가질 수 있다.
그리고, 상기 양자점과 제 1 특이적 결합체는 정전기적 결합, 공유결합, 또는 이온결합할 수 있다.
또한, 상기 자성입자 복합체는 상기 양자점을 감싸는 단백질로 형성된 단백질 쉘을 포함하고, 상기 제 1 특이적 결합체가 상기 단백질과 결합을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 단백질은 소 혈청 알부민, 아비딘, 스트렙타비딘, 프로틴 A, 프로틴 G, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 자성입자 복합체는 비드 하나당 다량의 양자점이 부착되어 적은 양의 비드로 높은 형광신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 코팅단백질 위에 압타머를 연결함으로써 압타머의 타겟팅 성능 저하 문제를 개선하고, 비특이 반응을 방지함과 동시에 자성입자 복합체의 안정성을 확보할 수 있다. 따라서 다양한 센서 플랫폼에 적용이 가능하며 센서의 정확도와 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 표적물질 검출방법은 압타머가 부착된 마그네틱 비드를 통해 비특이 반응물과 표적물질을 분리한 후 표적물질 검출을 실시하므로 검출 감도가 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 진단키트는 간단한 작동으로 비특이반응을 최소화할 수 있어 활용성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자 복합체를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적물질 검출방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 표적물질 검출 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 표적물질 검출 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 아래는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 자성입자 복합체는 자성입자, 상기 자성입자를 감싸는 실리카 쉘, 및 상기 실리카 쉘을 감싸는 신호발생물질을 포함하고, 상기 자성입자 복합체의 표면에 표적물질의 제 1 결합부위에 특이적으로 결합하는 제 1 특이적 결합체가 결합된 것일 수 있다.
상기 표적물질은 검출하고자 목적하는 물질을 말하며, 항원, 항체, 바이러스, 단백질, 탄수화물, 과당, 글리코젠, 올리고당, 호르몬, 수용체, 펩타이드, 기질, 대사물질, 전이상태 유사물, 보조인자, 저해제, 약물, 염료, 영양분, 성장인자, 조직, 무기 유기 영양소, 유해 환경물질, 또는 당단백질의 올리고당일 수 있다. 특히 본 발명은 압타머를 이용함으로써 바인딩 사이트가 작은 저분자(small molecule)의 검출이 용이하다.
본 발명의 자성입자 복합체의 입경은 80 내지 1000 nm, 90 내지 600 nm, 또는 100 내지 500 nm일 수 있다.
상기 자성입자 복합체의 일 구성요소인 상기 자성입자의 입경은 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 60 내지 90 %, 65 내지 85 %, 또는 70 내지 80 %일 수 있다. 또한, 상기 자성입자의 입경은 100 nm 이하, 50 nm 이하, 또는 20 nm 이하일 수 있다. 자성입자의 입경이 상기 범위 미만인 경우 자력이 충분히 발생되지 않고, 반면에 자성입자의 입경이 상기 범위를 초과할 경우 빛 가림 현상이 발생하여 관측 신호를 약하게 할 수 있다.
상기 자성입자는 자성을 가지는 입자 또는 이들의 응집체를 의미한다. 자성을 가지는 입자는 예컨대 Fe2O3, Fe3O4와 같은 산화철, CoFe2O4, MnFe2O4와 같은 훼라이트(Ferrite), FePt, CoPt와 같은 합금자성입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 자성입자 복합체의 일 구성요소인 상기 실리카 쉘은 상기 자성입자를 감싸는 층으로서, 실리카를 포함하거나 실리카로 이루어질 수 있다. 상기 실리카 쉘의 두께는 상기 자성입자 복합체의 입경 대비 10 내지 40 %, 15 내지 35 %, 또는 20 내지 30 %일 수 있다. 또한, 상기 실리카 쉘의 두께는 500 nm 이하, 400 nm 이하, 또는 200 nm 이하일 수 있다. 자성입자는 자력 발생에 필요한 정도로 구성한 후 상기 실리카 쉘의 두께로 자성입자 복합체의 크기를 조절하는 것이 바람직하다. 실리카 쉘의 두께가 상기 범위 미만일 경우 코팅이 균일하게 되지 않아 뭉침현상이 일어날 수 있으며, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 자력이 약해져 특성을 발휘하기 어려울 수 있다.
상기 실리카 쉘은 자성입자와 공유결합 또는 이온결합을 형성할 수 있다. 상기 실리카 쉘은 실리카와 결합 가능한 자성입자에 대해 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)와 같은 실리카 화합물을 혼합하여 자성입자 표면에 실리카를 결합시켜 실리카 쉘을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서 표면에 히드록시기를 갖는 Fe3O4 나노입자와 TEOS를 혼합하여 산소 원자를 매개로 실리카와 결합시키는 방법으로 실리카 쉘을 형성할 수 있다.
또한, 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있다.
상기 신호발생물질은 실리카 쉘을 감싸며, 쉘 형태를 형성할 수 있다. 특히 신호발생물질이 양자점을 포함하거나 양자점으로 이루어질 경우 양자점 쉘을 형성하며, 상기 양자점 쉘이 발생시키는 신호에 의해 표적물질을 검출할 수 있다. 또한, 상기 양자점은 단층을 형성할 수 있다. 즉, 상기 비드의 반지름 방향으로 양자점 위에 양자점이 위치하지 않아, 상기 양자점층의 두께가 상기 양자점의 최대입경이 되도록 양자점이 비드 표면에 배열될 수 있다.
그리고, 상기 양자점은 12 내지 16족계 화합물, 또는 13 내지 15족계 화합물일 수 있고, 양자점을 형성할 수 있는 반도체성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 양자점은 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴텔레나이드(CdTe), 징크설파이드(ZnS), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레나이드(ZnTe), 징크옥사이드(ZnO), 징크옥사이드징크셀레나이드(ZnOZnSe), 징크옥사이드징크설파이드(ZnOZnS), 카드뮴옥사이드(CdO), 카드뮴셀레늄설파이드(CdSeS), 카드뮴셀레늄텔레나이드(CdSeTe), 카드뮴설파이드텔레나이드(CdSTe), 카드뮴징크설파이드(CdZnS), 카드뮴징크셀레나이드(CdZnSe), 카드뮴징크텔레나이드(CdZnTe), 징크셀레늄설파이드(ZnSeS), 징크셀레늄텔레나이드(ZnSeTe), 징크설파이드텔레나이드(ZnSTe), 카드뮴징크옥사이드(CdZnO), 징크셀레늄옥사이드(ZnSeO), 카드뮴셀레늄(CdSe), 카드뮴징크셀레늄설파이드(CdZnSeS), 카드뮴징크셀레늄텔레나이드(CdZnSeTe), 카드뮴셀레나이드징크설퍼(CdSeZnS), 카드뮴징크설파이드텔레나이드(CdZnSTe), 갈륨포스포러스(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs), 갈륨니트라이드(GaN), 인듐포스포러스니트라이드(InPN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs), 인듐갈륨니트라이드(InGaN), 인듐아세나이드니트라이드(InAsN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐알루미늄포스포러스안티모니(InAlPSb), 인듐갈륨포스포러스징크설파이드(InGaPZnS), 인듐갈륨포스포러스징크셀레나이드(InGaPZnSe), 인듐포스포러스징크셀레나이드(InPZnSe), 인듐포스포러스징크설파이드(InPZnS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그리고, 상기 실리카와 양자점은 아마이드 결합, 디설파이드 결합, 및 정전기적 결합 중 적어도 하나 이상을 형성할 수 있으며, 이들 결합을 형성하는 공지의 방법을 사용하여 실리카 쉘을 감싸는 양자점 쉘을 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리카 쉘은 티올기를 갖도록 개질된 것일 수 있는데, 이 경우 양자점과 디설파이드 결합 및 정전기적 결합을 형성할 수 있다. 예컨대 산화철 코어-실리카 쉘 입자(Fe3O4@SiO2)와 MPTS((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane)를 혼합하여 외곽의 리간드가 티올기를 갖도록 개질하고, 이를 양자점과 결합시켜 실리카 쉘을 감싸는 양자점 쉘을 형성할 수 있다.
특이적 결합체는 표적물질과 특이적 결합을 할 수 있는 물질로서, 항체 또는 압타머(aptamer)일 수 있다. 압타머는 표적물질에 특이적으로 결합하는 단일가닥핵산(DNA, RNA, 또는 변형핵산)으로서, 항체에 비해 안정성이 높아 진단 시스템에서의 활용성이 높고 크기가 작아 변형이 용이하여 바이러스 등의 변이체에 대하여 대응이 용이하다. 본 발명의 압타머는 티올기(-SH)를 갖는 압타머일 수 있다.
본 발명에 따른 자성입자 복합체의 일 구성요소인 제 1 특이적 결합체는 표적물질과 접촉할 수 있도록 자성입자 복합체의 최외곽 표면에 존재할 수 있다. 특이적 결합체는 양자점 쉘과 직접 결합하거나, 단백질 층을 매개로 양자점 쉘과 간접적으로 결합할 수 있다.
먼저, 제 1 특이적 결합체가 양자점 쉘과 직접 결합하는 경우 상기 양자점은 친수성 처리된 것일 수 있다. 친수성 처리된 양자점은 수산화기, 아민기, 티올기, 카르보닐기, 카르복시기, 에폭시기, 에틸렌기, 아세틸렌기, 아미드기, 포스포네이트기, 포스페이트기, 설포네이트기, 설페이트기, 니트레이트기, 및 암모늄기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 가지는 것일 수 있다.
친수성 처리는 친수성 리간드로써 금속-황(metal-sulfur)을 이용할 수 있다. 친수성 처리된 양자점은 친수성 리간드를 가질 수 있으며, 이 경우 양자점과 특이적 결합체는 정전기적 결합, 공유결합, 또는 이온결합을 형성할 수 있다. 상기 친수성 리간드는 예컨대 글루타치온(Glutathione)일 수 있다. 또한, EDC, EDC/NHS, 또는 EDC/sulfo-NHS 반응을 이용한 결합, 정전기적 결합, 디설파이드 결합(S-S), 또는 말레이미드(maleimide)를 이용한 결합을 통해 상기 양자점에 특이적 결합체를 부착할 수 있다.
다음으로, 제 1 특이적 결합체가 단백질 층을 매개로 양자점 쉘과 간접적으로 결합하는 경우, 본 발명에 따른 자성입자 복합체는 양자점 쉘을 감싸는 단백질로 형성된 단백질 쉘을 더 포함하고, 특이적 결합체는 상기 단백질과 결합할 수 있다. 양자점 쉘을 코팅한다는 의미에서 상기 단백질을 코팅단백질이라 할 수 있다. 본 발명의 자성입자 복합체가 상기 코팅단백질을 일 구성요소로 포함하는 경우 압타머를 양자점에 곧바로 붙인 것에 비해 압타머의 타겟팅 성능을 더욱 향상시키고 비특이 반응을 방지할 수 있으며 양자점 비드의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 단백질 층을 갖는 자성입자 복합체의 단면을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 자성입자 복합체(10)는 가장 내부 코어에 위치한 자성입자(15), 이를 감싸는 실리카 쉘(11), 상기 실리카 쉘(11)을 감싸는 양자점 쉘을 형성하는 양자점(12), 상기 양자점 쉘을 감싸는 단백질 쉘을 형성하는 단백질(13), 및 상기 단백질(13)과 결합을 형성하고 자성입자 복합체(10)의 표면에 존재하는 특이적 결합체(14)로 이루어진다.
또한, 상기 단백질층은 두께가 0.1 내지 100 nm, 0.5 내지 50 nm, 또는 1 내지 20 nm일 수 있다.
또한, 상기 단백질은 코팅단백질로서 차단제(blocking) 역할을 하는 비반응성 단백질일 수 있다. 또한, 상기 단백질은 소 혈청 알부민(BSA), 아비딘, 스트렙타비딘, 프로틴 A, 프로틴 G, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 단백질을 대체하여 고분자를 사용할 수 있다. 상기 단백질을 대체하여 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단백질은 상기 양자점과 공유 결합, 비공유 결합, 이온 결합, 또는 정전기적 결합을 형성할 수 있다. 특히 상기 단백질의 양전하 또는 음전하가 상기 양자점이 갖는 반대 전하와 정전기적 결합을 형성할 수 있다. 상기 단백질과 양자점은 양전하 또는 음전하를 갖도록 개질될 수 있다. 그리고, 상기 단백질과 양자점 사이의 정전기적 결합은 상기 단백질의 아민 양전하와 상기 양자점의 카르복실 음전하 사이의 정전기적 결합일 수 있다.
또한, 상기 압타머와 상기 단백질은 공유 결합, 비공유 결합, 이온 결합, 또는 정전기적 결합을 형성할 수 있다. 특히 단백질과 압타머는 티올기(-SH)를 가질 수 있고, 이 경우 상기 압타머와 상기 단백질은 디설파이드(disulfide, -S-S-) 결합을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 진단키트는, 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립 및 자력을 발생시킬 수 있는 자성체를 포함하는 진단키트로서, 상기 접합패드는 자성입자 복합체를 포함하고, 상기 자성입자 복합체는 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 것을 특징으로 하고, 상기 검출패드는 상기 표적물질의 제 1 결합 부위와는 다른 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 특이적으로 결합하는 제 2 특이적 결합체가 고정되고, 상기 자성체를 제어함으로써 상기 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체에 있어서, 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체는 항체 또는 앱타머일 수 있다. 그리고, 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있다. 또한, 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 결합하는 제 2 특이적 결합체에 있어서, 제 2 특이적 결합체는 항체 또는 앱타머일 수 있다.
상기 자성체는 진단스트립 내부에 존재하는 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키기 위해 제어 가능한 것으로서 상기 진단 스트립의 외부에서 작용할 수 있고 위치 이동이 가능하다. 상기 자성체는 예컨대 자석일 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 따른 진단키트에 포함되는 자성입자 복합체는 전술한 본 발명에 따른 자성입자 복합체일 수 있다. 본 발명에 따른 자성입자 복합체의 일 실시예로서 도 1과 같은 구성을 갖는 자성입자 복합체를 사용한 본 발명의 진단키트는 도 2의 (i)을 참조하면 다음과 같다. 먼저 진단키트(400)는 진단스트립(100) 및 자성체(200)로 구성되고, 진단스트립(100)은 좌에서 우로 유동이 진행되는 스트립으로서 전단부 접합패드에는 본 발명에 따른 자성입자 복합체(10)가 있고, 후단부 검출구역에는 제 2 특이적 결합체(30)가 지지체(60)에 제 1 결합부재(40) 및 제 2 결합부재(50)를 통해 고정되어 있다. 진단스트립(100)의 저면에는 자성체(200)가 위치하고 자성체(200)는 진단스트립(100)의 저면에 접촉되거나 진단스트립(100) 내부의 자성입자 복합체(10)에 자력을 미칠 수 있을 정도로 가까이 존재할 수 있다. 상기 자성체(200)는 위치 이동이 가능하도록 구비되고, 도 2의 (iii)과 같이 제 2 특이적 결합체(30)가 고정된 검출구역으로 이동되거나 진단스트립(100) 내부에 자력을 미칠 수 없을 정도로 멀리 떨어뜨리거나 제거할 수 있다.
상기 본 발명의 진단키트는 측방향 유동 분석 장치(LFA)일 수 있으며, 그 외 미세유체공정icrofluidics)을 이용한 센서에 응용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표적물질 검출방법은, (A) 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립에 표적물질이 존재할 것으로 의심되는 시료를 투입하는 단계; (B) 상기 시료가 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체와 접촉하는 단계; (C) 자력에 의해 상기 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 단계; (D) 상기 자력을 차단하거나 검출구역으로 이동시킨 후 차단하는 단계; 및 (E) 상기 검출구역 내 신호가 발생하는지 관측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 표적물질 검출방법은 진단 스트립 내에서 표적물질과 비특이 물질이 분리되도록 함으로써 비특이 물질에 의한 신호 강도 저하를 방지하고 진단 시스템의 정확도를 향상시킨 것을 특징으로 한다. 상기 비특이 물질이란 샘플 채취 시 동시에 얻어지는 비타겟 이물질로서 타겟물질 검출 시 방해가 되는 간섭물질 또는 교차물질을 의미한다. 예컨대 비특이 물질은 단백질, 효소, DNA 또는 RNA, 세균, 바이러스 및 다양한 화학물질 등일 수 있다. 이하 도 2를 참조하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
단계 (A)는 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립에 표적물질이 존재할 것으로 의심되는 시료를 투입하는 단계이다.
상기 진단 스트립은 명시한 시료 투입부, 접합패드, 검출패드 외에 진단 스트립의 일반적인 구성이 더 포함될 수 있음은 물론이다. 예컨대 검출패드 후단에 흡습패드가 있을 수 있다. 또한 검출패드에는 검출구역 외에도 진단스트립의 정상 작동을 감별하는 대조구역이 있을 수 있다.
도 2의 (i)과 같이 시료(300)는 진단스트립(100)의 전단에 투입하며, 상기 시료(300)는 생체 시료, 환경 시료 등 다양한 시료를 적용할 수 있다. 시료(300)는 필요할 경우 목적에 따라 전처리를 거친 것일 수 있다. 또한 시료(300)에는 검출하고자하는 표적물질(a)이 있을 수 있고, 이 외에 표적물질이 아닌 다양한 비특이 물질(b1, b2, b3)이 섞여 있을 수 있다. 도 2에는 세 가지 비특이 물질(b1, b2, b3)을 표시하였으나 가짓수를 한정하는 것은 아니다.
단계 (B)는 상기 시료가 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체와 접촉하는 단계이다. 상기 단계 (B)는 상기 접합패드에서 진행될 수 있다.
상기 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체에 있어서, 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체는 항체 또는 앱타머일 수 있다. 그리고, 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있다. 또한, 상기 자성입자 복합체는 전술한 본 발명에 따른 자성입자 복합체일 수 있다.
시료가 투입되면 시료 내 표적물질의 유무와 관계없이 자성입자 복합체는 자력이 있는 위치까지 유체의 흐름에 따라 이동한다. 시료 내에 표적물질이 존재하는 경우에는, 도 2의 (ii)와 같이 자성입자 복합체(10) 표면의 표적물질(a)의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체와 표적물질(a) 사이에 결합이 형성되어 복합체를 형성하고, 이것이 자성체(200) 등의 자력이 있는 위치까지 이동한다.
단계 (C)는 자력에 의해 상기 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 단계이다.상기 단계 (C)는 진단스트립 내에서 표적물질 및 자성입자 복합체와 비특이 물질을 분리시키는 단계이다. 진단스트립 내부에서는 시료가 투입됨에 따라 자발적으로 일방향 유동이 일어나게 되는데 이 때 유동이 진행되는 라인 중 특정 위치에서 자력을 발생시킬 경우 자성입자 복합체만 선별적으로 유동을 차단시킬 수 있고, 나머지 물질은 자력의 영향을 받지 않고 통과하여 지속적으로 유동이 일어나도록 할 수 있다. 이 경우 자성입자 복합체를 포획하여 유동을 차단시키는 위치는 시료 투입부와 검출구역 사이의 위치여야 할 것이다.
상기 단계 (C)를 통해 진단 스트립 내에서 표적물질과 비특이 물질이 분리시킴으로써 비특이 물질에 의한 특이적 결합의 방해 및 신호 강도 저하를 방지할 수 있고, 시료 내 표적물질이 존재하지 않는 경우에도 자성입자 복합체와 비특이 물질이 효과적으로 분리되어 위양성을 제거하고 진단 시스템의 특이도 및 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 자력은 진단스트립 외부에서 자성체를 통해 발생시킬 수 있다. 그리고, 상기 자성체를 진단스트립 외부면, 바람직하게는 저면에 접촉시키거나 충분히 가까이 하여 진단스트립 내부에 자력을 미치게 할 수 있다. 상기 진단스트립 저면은 진단스트립의 접합패드의 저면일 수 있다.
도 2의 (ii)는 진단스트립(100) 내부에 자력을 발생시키기 위한 자성체(200)가 진단스트립(100)의 저면이자 검출구역의 전단에 위치하여 자성입자 복합체(10)를 포획하는 모습이다. 시료 내 표적물질(a)이 존재할 경우 표적물질(a)이 자성입자 복합체(10)와 결합하게 되므로 표적물질(a)도 자성입자 복합체(10)와 함께 자성체(200)에 포획되고, 반면 자성이 없는 비특이 물질(b1, b2, b3)의 경우 자성체(200)를 통과하여 화살표 방향으로 일방향 유동이 지속되므로 표적물질(a)과 비특이 물질(b1, b2, b3)이 분리되는 모습이다.
상기 단계 (C)는 1 내지 240 초, 1 내지 180 초, 또는 5 내지 120 초 동안 자성입자 복합체의 이동을 차단할 수 있다. 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 시간, 즉 포획시간이 상기 범위 미만인 경우 자성입자 복합체가 표적물질을 인식하기에 충분하지 않고 또한 표적물질과 비특이 물질의 분리가 충분히 이루어지지 않아 본 발명의 목적을 달성하기 어렵고, 반면에 포획시간이 상기 범위를 초과할 경우 이후 자력을 차단했을 때 자성입자 복합체가 검출구역까지 유동하는데 필요한 드라이빙 포스(driving force)가 부족할 수 있다.
다만 비특이 물질을 먼저 분리하여 보낸 후 자성입자 복합체를 검출구역으로 이동시킬 때 자력을 이용하는 경우에는 상기 포획시간이 상한이 없을 수도 있다. 이 경우 상기 포획시간이 1 초 이상, 3 초 이상, 5 초 이상, 10 초 이상, 30 초 이상, 60 초 이상일 수 있다.
단계 (D)는 상기 자력을 차단하거나, 검출구역으로 이동시킨 후 차단하는 단계이다. 이 단계는 검출구역 전단에서 포획하였던 자성입자 복합체를 제 2 특이적 결합체가 고정되어 있는 검출구역으로 이동시키는 단계이다.
상기 제 2 특이적 결합체는 제 1 특이적 결합체와는 다른 부위에서 표적물질과 특이적 결합을 하는 물질로서, 항체, 압타머 등일 수 있다. 상기 제 2 특이적 결합체는 지지체에 결합쌍을 통해 고정되어 있을 수 있다. 상기 지지체는 진단 시스템에서 사용되는 공지의 소재일 수 있고, 예컨대 니트로셀룰로오스 멤브레인일 수 있다. 또한 상기 결합쌍은 공지의 결합쌍일 수 있다.
상기 단계 (D)는 두 가지 방법으로 실시할 수 있으며, (ㄱ)자력을 차단하거나 (ㄴ)자력을 검출구역으로 이동시킨 후 차단할 수 있다.
먼저 (ㄱ)자력을 차단한다는 것은 고정된 위치에서 자력을 발생시켜 자성입자 복합체를 포획하고(단계 (C)) 소정의 시간이 지난 후 자력을 곧바로 차단하여 진단스트립 내부에 자력을 미치지 않게 한다는 것을 의미한다. 이 경우 자력이 차단되면 자성입자 복합체를 잡고 있던 힘이 사라지므로 자성입자 복합체가 모세관 현상 등에 의해 유동이 자발적으로 다시 진행되어 검출구역으로 이동한다.
다음으로 (ㄴ)자력을 검출구역으로 이동시킨 후 차단한다는 것은 고정된 위치에서 자력을 발생시켜 자성입자 복합체를 포획하고(단계 (C)) 소정의 시간이 지난 후 자력으로 자성입자 복합체를 검출구역으로 끌어온 후 자력을 제거한다는 것을 의미한다. 자성입자 복합체를 검출구역으로 임의로 이동시키는 것이므로 자력을 발생시키는 자성체 등은 자성입자 복합체와의 상호 인력이 유지되도록 천천히 이동시켜야 할 것이다. 자성입자 복합체가 검출구역에 도달한 후에는 자성체의 진단스트립에 대한 접촉을 해제하여 자력을 차단할 수 있다. 그러나 자성입자 복합체가 검출구역에 도달한 후 자력 차단이 불요한 경우에는 그대로 둘 수도 있다.
시료 내 표적물질이 존재할 경우 표적물질과 표적물질에 결합한 자성입자 복합체가 함께 검출구역에 도달하고 표적물질과 제 2 특이적 결합체 사이의 결합에 의해 검출구역에 상기 자성입자 복합체가 포획된다. 반면에 시료 내 표적물질이 존재하지 않을 경우에는 자성입자 복합체가 검출구역에 도달해도 제 2 특이적 결합체에 포획되지 않는다.
도 2의 (iii)은 시료 내 표적물질(a)이 존재하는 경우로서, 자성체(200)를 접합패드의 저면에서 검출구역의 저면으로 슬라이딩하여 이동시킨 모습이다. 이동 후의 자성체(200')는 제 2 특이적 결합체가 있는 검출구역에 위치한 것을 알 수 있다. 자성체(200)의 움직임에 따라 표적물질(a)과 여기에 결합한 자성입자 복합체(10)가 함께 검출구역으로 이동되고, 상기 표적물질(a)이 제 1 결합부재(40)와 제 2 결합부재(50)를 통해 지지체(60)에 고정된 제 2 특이적 결합체(30)와 결합을 형성함에 따라 자성입자 복합체가 검출구역에 포획된 모습이다.
단계 (E)는 상기 검출구역 내 신호가 발생하는지 관측하는 단계이다. 전술한 바와 같이 표적물질의 존부에 따라 검출구역에 자성입자 복합체의 포획 여부가 달라지므로 검출구역 내 자성입자 복합체가 발생시킬 수 있는 신호를 관측함으로써 시료 내 표적물질의 존재 여부를 알 수 있다. 이 때 비특이 물질은 선행하여 흘려보냈기 때문에 검출구역에 남아있지 않거나 극히 미량으로 존재하므로 우수한 검출 감도를 달성할 수 있다.
시료 내 표적물질이 존재하는 경우 상기 자성입자 복합체에 결합된 표적물질이 검출구역에 고정된 제 2 특이적 결합체와 결합하므로, 검출구역에서 상기 자성입자 복합체의 신호발생물질이 내는 신호가 관측될 수 있다. 반면에 시료 내 표적물질이 존재하지 않거나 특정 농도 미만으로 존재할 경우 상기 자성입자 복합체가 검출구역에 포획되지 않거나 특정 농도 미만으로 포획되어 검출구역에서 상기 자성입자 복합체의 신호발생물질이 내는 신호가 관측되지 않거나 일정 강도 미만의 신호가 관측될 수 있다.
상기 단계 (E)는 광 자극 또는 전기 자극을 주는 단계를 포함할 수 있고, 상기 신호는 광학적 신호 또는 전기적 신호일 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터일 수 있으며, 각 신호발생물질에 따라 적절한 방법을 통해 신호를 관측할 수 있을 것이다. 특히 형광 나노입자를 이용하는 경우 자외선 또는 일정 파장의 빛 또는 전기 자극을 통한 형광 나노입자로부터 발생하는 형광 및 갈색이나 흑색인 자성 나노입자의 육안 관측을 통해 판별이 가능하다.
[실시예]
실시예 1: 자성입자 복합체의 적용
COVID-19에 음성인 5인의 비강 및 구강 샘플을 채취하고(sample 1 내지 5), 각각에 대하여 본 발명의 자성입자 복합체를 포함하는 진단 스트립에 적용하였다.
비교예 1: 자성입자 복합체의 미적용
상기 실시예 1의 sample 1 내지 5 각각에 대하여 자성입자 복합체를 적용하지 않고 일반 진단 스트립에 적용하였다.
시험예 1: 비특이 신호 비교 평가
도 3은 상기 실시예 1 및 비교예 1의 결과로서, 자성입자를 적용하지 않은 경우 식별가능할 정도의 비특이 신호가 관측되었다. 그러나 자성입자 복합체를 적용하지 않은 경우에 비하여, 상기 실시예 1과 같이 자성입자 복합체를 적용한 경우에 비특이 신호가 관측되지 않거나 현저히 감소한 것을 확인하였다.
실시예 2: 양자점 비드 활용 N-protein(COVID19) 농도 별 비특이 신호 평가
마그네틱 비드 표면에 다수의 양자점을 결합시킨 양자점 비드(QD Bead)를 포함하는 자성입자 복합체를 이용하여 COVID-19 바이러스의 N-protein의 검출을 실시하였다. 0 μg/mL, 1 μg/mL, 5 μg/mL, 10 μg/mL, 20 μg/mL, 및 50 μg/mL의 N-protein을 각각 양자점 비드로 표지된 자성입자 복합체를 포함하는 진단키트에 적용하였다.
비교예 2: 금 나노입자 활용 N-protein(COVID19) 농도 별 비특이 신호 평가
금 나노입자(AuNP)를 이용하여 COVID-19 바이러스의 N-protein의 검출을 실시하였다. 0 μg/mL, 1 μg/mL, 5 μg/mL, 10 μg/mL, 20 μg/mL, 및 50 μg/mL의 N-protein을 각각 금 나노입자를 포함하는 진단키트에 적용하였다.
비교예 3: 양자점 활용 N-protein(COVID19) 농도 별 비특이 신호 평가
코어와 쉘 구조로 이루어진 나노미터 크기의 형광을 내는 단일 입자인 양자점(QD)를 이용하여 COVID-19 바이러스의 N-protein의 검출을 실시하였다. 0 μg/mL, 1 μg/mL, 5 μg/mL, 10 μg/mL, 20 μg/mL, 및 50 μg/mL의 N-protein을 각각 양자점을 포함하는 진단키트에 적용하였다.
시험예 2: 비특이 신호 비교 평가
도 4는 상기 비교예 2(AuNP), 비교예 3(QD), 및 실시예 2(QD Bead)에 따른 진단결과이다. 상기 금 나노입자(AuNP)를 이용한 키트의 경우 N-protein(COVID19) 농도 별 테스트 결과 10 μg/mL농도까지 육안으로 확인되었다. 그에 비해 상기 양자점(QD) 및 양자점 비드(QD Bead)를 이용한 키트는 육안으로는 5 μg/mL 농도까지 확인이 가능하였으며, 형광 리더기를 이용하여 측정한 결과 1 μg/mL 농도까지 검출이 가능하였다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 자성입자 복합체 11: 실리카 쉘 12: 양자점 13: 단백질 14: 압타머 15: 자성입자 a: 표적물질 b1: 비특이 물질 b2: 비특이 물질 b3: 비특이 물질 30: 제 2 특이적 결합체 40: 제 1 결합부재 50: 제 2 결합부재 60: 지지체 100: 진단스트립 200: 자성체 200': 위치 이동 후의 자성체 300: 시료 400: 진단키트

Claims (15)

  1. 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립 및 자력을 발생시킬 수 있는 자성체를 포함하는 진단키트로서,
    상기 접합패드는 자성입자 복합체를 포함하고,
    상기 자성입자 복합체는 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 것을 특징으로 하고,
    상기 검출패드는 상기 표적물질의 제 1 결합 부위와는 다른 상기 표적물질의 제 2 결합 부위와 결합하는 제 2 특이적 결합체가 고정되고,
    상기 자성체를 제어함으로써 상기 자성입자 복합체의 유동을 차단하거나 임의로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 특이적 결합체 및 제 2 특이적 결합체는 각각 항체 또는 앱타머인 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성입자 복합체는 자성입자, 상기 자성입자를 감싸는 실리카 쉘, 및 상기 실리카 쉘을 감싸는 신호발생물질을 포함하고, 상기 자성입자 복합체의 표면에 상기 제 1 특이적 결합체가 결합된 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터인 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 특이적 결합체는 상기 양자점과 결합하고, 상기 양자점은 친수성 처리된 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 자성입자 복합체는 상기 양자점을 감싸는 단백질로 형성된 단백질 쉘을 포함하고, 상기 제 1 특이적 결합체가 상기 단백질과 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는, 진단키트.
  7. (A) 시료 투입부, 접합패드, 검출패드가 순차적으로 구비되어 일방향 유동이 진행되는 진단 스트립에 표적물질이 존재할 것으로 의심되는 시료를 투입하는 단계;
    (B) 상기 시료가 표적물질의 제 1 결합 부위와 결합하는 제 1 특이적 결합체 및 신호발생물질로 표지된 자성입자 복합체와 접촉하는 단계;
    (C) 자력에 의해 상기 자성입자 복합체의 이동을 차단하는 단계;
    (D) 상기 자력을 차단하거나 검출구역으로 이동시킨 후 차단하는 단계; 및
    (E) 상기 검출구역 내 신호가 발생하는지 관측하는 단계;를 포함하는, 표적물질 검출방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 표적물질 검출방법은 진단 스트립 내에서 표적물질과 비특이 물질이 분리되는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 자력은 진단스트립 외부의 자성체를 통해 발생시키는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계 (E)는 상기 자성입자 복합체에 결합된 표적물질이 검출구역에 고정된 제 2 특이적 결합체와 결합하여 상기 자성입자 복합체의 신호발생물질에 의해 발생된 신호를 관측하는 단계인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 특이적 결합체 및 제 2 특이적 결합체는 각각 항체 또는 앱타머인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 자성입자 복합체는 자성입자, 상기 자성입자를 감싸는 실리카 쉘, 및 상기 실리카 쉘을 감싸는 신호발생물질을 포함하고, 상기 자성입자 복합체의 표면에 상기 제 1 특이적 결합체가 결합된 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 신호발생물질은 양자점, 유로피움, 업컨버전(Up-conversion) 나노입자, 카본닷, 또는 금 나노 클로스터인 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 특이적 결합체는 상기 양자점과 결합하고, 상기 양자점은 친수성 처리된 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 자성입자 복합체는 상기 양자점을 감싸는 단백질로 형성된 단백질 쉘을 포함하고, 상기 제 1 특이적 결합체가 상기 단백질과 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는, 표적물질 검출방법.

KR1020210075496A 2021-06-10 2021-06-10 진단키트 및 진단 방법 KR20220166576A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210075496A KR20220166576A (ko) 2021-06-10 2021-06-10 진단키트 및 진단 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210075496A KR20220166576A (ko) 2021-06-10 2021-06-10 진단키트 및 진단 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220166576A true KR20220166576A (ko) 2022-12-19

Family

ID=84535341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210075496A KR20220166576A (ko) 2021-06-10 2021-06-10 진단키트 및 진단 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220166576A (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106443003A (zh) 2016-09-18 2017-02-22 暨南大学 基于适配体特异识别的荧光淬灭试纸条及制备方法与应用
KR20170103119A (ko) 2016-03-03 2017-09-13 성균관대학교산학협력단 생화학 분자 검출 장치 및 생화학 분자 검출 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170103119A (ko) 2016-03-03 2017-09-13 성균관대학교산학협력단 생화학 분자 검출 장치 및 생화학 분자 검출 방법
CN106443003A (zh) 2016-09-18 2017-02-22 暨南大学 基于适配体特异识别的荧光淬灭试纸条及制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7348185B2 (en) Method and apparatus for capturing target substance
US20200240987A1 (en) Marker, immunoassay method, immunoassay reagent, method for assaying analyte, analyte measurement kit, and lateral-flow chromatographic test strip
US8105493B2 (en) Aggregation and dispersion methods of magnetic particles, separation and detection methods using the same and detection kit
US20100075437A1 (en) Synthesis of highly luminescent colloidal particles
US20110014473A1 (en) Polymer-coated nanoparticles
US11366112B2 (en) Resin-metal composite, marker, immunoassay method, immunoassay reagent, method for measuring analyte, analyte measurement kit, and lateral-flow chromatographic test strip
US20190170758A1 (en) Method of detection with a fluorescent labeling particle
US10203326B2 (en) Method of detecting target substance
US10473667B2 (en) Methods apparatuses and systems for detecting and quantifying phosphoproteins
KR102498799B1 (ko) 링커 물질 및 양자점 비드를 포함하는 바이오센서 및 이를 이용한 타겟 항원 검출 방법
JP2005501238A (ja) アフィニティタグで改変された粒子
CN112204400B (zh) 具有多官能配体的量子点珠以及使用其的目标抗原检测方法和生物诊断设备
JP2019507890A5 (ko)
JP7041491B2 (ja) バイオアッセイのための検出剤及びそれを用いたシグナルの増幅方法
WO2016174525A1 (en) Enhanced sensitivity in ligand binding assays performed with secondary ion mass spectrometry
KR20210060436A (ko) 광발광 무기 나노 입자를 사용한 모세관 작용 테스트
KR20220166576A (ko) 진단키트 및 진단 방법
Li et al. Preliminary studies of application of CdTe nanocrystals and dextran–Fe3O4 magnetic nanoparticles in sandwich immunoassay
KR20220166575A (ko) 진단키트 및 진단 방법
KR20220166743A (ko) 진단키트 및 진단 방법
JP2010002393A (ja) 標的物質の検出方法
Aguilar Quantum Dots for Bioimaging
CN117120844A (zh) 生物相容性量子点-聚合物复合物及使用其的诊断试剂盒
KR20240109304A (ko) 다중 표지 표적 분자 검출 방법
Sathe et al. Integrating magnetic and optical nanotechnology for selective capture and multiplexed analysis of rare tumor cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination