KR101515155B1 - 금입자가 융착된 실리카 나노입자를 이용한 전기 화학식 면역 분석 시스템, 이를 이용한 전기 화학식 면역 분석법 및 이를 이용한 면역 분석 장치 - Google Patents
금입자가 융착된 실리카 나노입자를 이용한 전기 화학식 면역 분석 시스템, 이를 이용한 전기 화학식 면역 분석법 및 이를 이용한 면역 분석 장치 Download PDFInfo
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Abstract
이를 위해 본원 발명에서는 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템에 있어서, 금(Au) 전극층, 상기 금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체, 상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원, 상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체, 상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금(Au) 전극층의 전기 화학 임피던스 분석 결과로 상기 항원의 검출을 판단한다.
또한, 상기 항체를 고정하는 방법은 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 상기 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 이용한다.
이러한 본원 발명에 의한 전기 화학 면역 분석 시스템 및 전기 화학 면역 센서는 실리카 나노입자를 적용하여 항원 항체 반응을 전기 화학적 방식으로 항원 및 항체의 존재 유무를 검출하며, 검출한 전기적 신호는 검출한 신호의 수치화가 쉽고 분석 시스템의 소형화가 가능하도록 하여 휴대하기에도 용한 장점이 있다.
또한 전극 표면에 제 1 항체와 결합하고 있는 항원과 금입자가 융착된 실리카 나노입자와의 결합 정도로 전기화학 면역센서의 민감도를 조절이 가능하게 하며 fg(femtogram)정도의 고민감도 항원 및 항체를 검출할 수 있는 센서를 제작함으로써 다양한 항원 및 항체에의 적용이 가능하다.
뿐만 아니라, 금(Au) 전극의 기판이 플라스틱으로 이루어져 향후 사출을 통한 센서칩의 대량생산이 가능하여 전기화학 면역 분석 시스템의 상용화에도 적용 가능하다.
또한, 상기 항체를 고정하는 방법은 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 상기 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 이용한다.
이러한 본원 발명에 의한 전기 화학 면역 분석 시스템 및 전기 화학 면역 센서는 실리카 나노입자를 적용하여 항원 항체 반응을 전기 화학적 방식으로 항원 및 항체의 존재 유무를 검출하며, 검출한 전기적 신호는 검출한 신호의 수치화가 쉽고 분석 시스템의 소형화가 가능하도록 하여 휴대하기에도 용한 장점이 있다.
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뿐만 아니라, 금(Au) 전극의 기판이 플라스틱으로 이루어져 향후 사출을 통한 센서칩의 대량생산이 가능하여 전기화학 면역 분석 시스템의 상용화에도 적용 가능하다.
Description
본원 발명은 금입자가 융착된 실리카 나노입자를 항원항체 반응에 이용하여 항원을 전기화학적으로 검출하는 면역 분석 시스템 및 이를 이용한 면역 분석법 및 이를 이용한 면역 분석 장치에 관한 것으로, 더욱 자세히는 금에 특이결합하는 제 1 단백질과 결합되어 항체의 불변 영역에 특이적으로 결합하는 제 2 단백질을 이용하여 금전극 표면 위에 단일 클론 항체를 고정화 시키고, 검출하고자 하는 항원을 반응시킨 후, 다중 클론 항체가 고정화되어 있는 금입자가 융착된 실리카 나노입자를 적용하여 검출하고자 하는 항원과 반응하도록 하여 금전극 표면의 저항값이 증가함을 측정하는 전기화학적 신호를 이용하여 항원을 검출한다.
항원 항체 반응을 이용한 면역 분석법은 진단 및 의약 분야뿐만 아니라 유해 환경 물질의 분석에 이르기까지 널리 활용되고 있다. 항원 항체 간의 강한 특이성 결합력을 이용한 면역분석법은 타 방법에 비해 검출 한도가 매우 낮아서, 낮은 농도로 존재하는 생리 활성 물질의 측정에 적합한 특성을 갖고 있다. 또한 최근 센서개발의 경향을 간단히 살펴보면 소량의 생체시료로 분석이 가능한 소형 센서 개발이 주류를 이루고 있다. 면역센서는 이러한 소량의 생체시료에 포함되어 있는 소량의 항원, 항체 등의 검출에 보다 유용한 방법이다.
또한, 최근 들어 바이오센서의 미소화에 따라 생체분자(bio-molecule)의 감지에 참여할 시료의 절대량이 극도로 제한되므로 신호 검출의 고감도화, 신호의 정확성 및 생체분자물질 정량화 관점에서 전자 공학 분야와 기술적으로 융합된 전기화학적 바이오센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
면역분석 방법은 발전을 거듭하여 많은 테크닉들이 소개되었고, 현재는 효소에 의한 신호증폭을 사용하는 효소면역측정법(ELISA: enzyme - linked immunosorbent assay)와 형광기질을 사용한 형광기반검출방법(western blotting) 등으로 대표된다. 그러나 이러한 분석 방법들 은 주로 실험실에서 숙련된 연구원에 의해 이루어질 수밖에 없기 때문에, 일반인들이 일상에서 손쉽고, 간단하게 자가진단을 할 수 있는 장치가 고안될 필요가 있게 되었다.
면역센서라 함은 적절한 신호변환기(transducer)와 연동된 분자 간의 친화력을 이용하여 고체상에서 분석이 이루어지게 고안된 장치를 말한다. 신호변환기의 방식으로는 형광 또는 발광 등의 광학적 방식과 미세 무게 변화를 감지하는 방식, 프리즘을 이용하여 광원의 입사각과 반사각과의 각 차를 감지하는 방식, 전기화학적인 방식 등이 있다.
고체 표면상에서 항체를 전기화학적으로 검출하여 그 농도를 정량하는 시스템은 항체가 전극 표면에 고정화된 리간드에 결합하면서 전극 표면까지의 전자 전달을 저해하는 방식, 과산화효소(horse radish peroxidase: HRP)로 라벨링(labelling)된 이차 항체(secondary antibody)를 이용하여 HRP로부터 생기는 생성물이 전극 표면에 침전되어 표면적을 줄여 검출 신호가 줄어드는 방식 등이 소개된 바 있다.
광학적인 방식은 측정 시스템이 복잡하고, 비용이 비싸며 소형화하기 어려운 단점이 있다. 압전 소자 위에 항체를 고정하고 항원과 결합시 발생하는 미세 무게 변화를 주파수의 변화로써 검출하는 방법은 생체시료에 존재하는 여러 가지 단백질 성분의 비특이적 결합으로 인해 정확성이 떨어지는 단점이 있다. 금속과 액체 계면에서 발생하는 표면 플라즈마 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR) 현상으로 금속 위에 고정된 항체와 생체 시료 중 항원과의 결합에 의해 빛의 각도 및 방향의 변화를 이용해 검출하는 방식 역시 시스템이 복잡하고 분석비용이 고가이며, 비특이적 결합에 의해 정확성이 떨어지는 단점이 있다.
이와 비교하여 전기화학을 이용한 방식은 시스템이 간단하여 저렴하고 소형화가 용이하고 검출되는 신호의 데이터가 수치화 되므로 쉽게 비교 분석할 수 있는 장점이 있다.
본원 발명은 전기 화학 분석법의 적용으로 데이터의 수치화가 쉽고, 소형화, 휴대성 용이하며, 실리카 나노입자를 도입함으로써 전기적 신호의 증폭을 통하여 민감도가 높은 전기화학적 면역 분석 시스템 및 면역 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본원 발명은 다양한 항원의 검출 목적에 적용이 가능한 센서의 고민감도, 검출 범위 및 한계 등의 측면에서 장점을 가지고 있는 면역센서를 제공한다.
이를 위해 본원 발명에서는 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 검출 시스템에 있어서, 금(Au) 전극층, 상기 금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체, 상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원, 상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체, 상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 입자를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금(Au) 전극층의 전기 화학 분석 결과로 상기 항원의 검출을 판단한다.
또한, 상기 항체를 고정하는 방법은 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 상기 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 이용한다.
본원 발명에 의한 전기 화학 면역 분석 시스템 및 전기 화학 면역 센서는 실리카 나노입자를 적용하여 항원 항체 반응을 전기 화학적 방식으로 항원 존재 유무를 확인한다.
검출한 전기적 신호는 신호의 수치화가 쉽고 분석 시스템의 소형화가 가능하도록 하여 휴대하기에도 용이하다.
또한, 실리카 나노입자를 도입함으로써 금전극층의 저항이 커짐으로 인한 전기적 신호의 증폭을 통하여 민감도가 높은 전기화학적 면역 검출 시스템 및 면역 센서를 제공하는 것이 가능하며, 전극 표면에서 항원이 반응하는 양을 조절하여 민감도를 조절이 가능하게 하며 fg (femtogram) 정도의 항원을 검출할 수 있는 고민감도 센서를 제작함으로써 다양한 항원 및 항체에의 적용이 가능하다.
뿐만 아니라 금(Au) 전극의 기판이 플라스틱으로 이루어져 향후 사출을 통한 센서칩의 대량생산이 가능하다.
도 1은 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 검출 시스템을 이용한 전기 화학 면역 분석 방법을 나타낸다.
도 2는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템을 나타낸다.
도 3은 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템 제조시, 각 제조 단계에서의 전극 표면 임피던스(impedance) 측정값을 나타낸다.
도 4는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템에서 검출하고자 하는 항원의 농도를 높여가며 측정한 전극표면의 임피던스(impedance)를 나타낸다.
도 5는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템을 이용해 검출하고자 하는 항원의 정량화 분석 결과를 나타낸다.
도 2는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템을 나타낸다.
도 3은 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템 제조시, 각 제조 단계에서의 전극 표면 임피던스(impedance) 측정값을 나타낸다.
도 4는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템에서 검출하고자 하는 항원의 농도를 높여가며 측정한 전극표면의 임피던스(impedance)를 나타낸다.
도 5는 본원 발명의 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템을 이용해 검출하고자 하는 항원의 정량화 분석 결과를 나타낸다.
금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템에 있어서, 금(Au) 전극층, 상기 금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체; 상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원; 상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체; 및 상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자; 를 포함하며, 상기 금(Au) 전극층의 전기 화학 임피던스 분석 결과로 상기 항원의 검출을 판단한다.
상기 금(Au) 전극층 상에 고정된 상기 제 1 항체는 상기 금(Au) 전극층에 결합된 단백질에 의해 상기 금(Au) 전극층 상에 고정되며, 상기 단백질은 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 상기 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질이다.
상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자는 상기 실리카(Silica) 나노입자 표면에 융착된 금(Au)입자에 결합된 단백질에 의해 상기 제 2 항체에 결합되며,
상기 단백질은 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 상기 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질이다.
상기 제 1 항체는 단일 클론 항체이며, 상기 제 2 항체는 다중 클론 항체이다.
상기 금(Au) 전극층의 전기 화학 분석 결과로 상기 항원의 검출을 판단하는 것은 상기 금(Au) 전극층의 전극표면 저항 값과 상기 검출하고자 하는 항원의 양이 비례하는 것으로 판단한다.
상기 전기 화학 분석은 전기 화학 임피던스 방법(Electrochemical Impedance Spectroscopy : EIS)으로 수행한다.
상기 검출하고자 하는 항원은 단백질, 미생물, 바이러스 및 화학물질 중의 적어도 어느 하나 이상인 것이나 이에 한정되는 것은 아니며 항원으로 작용하는 물질을 폭넓게 포함하는 것은 자명할 것이다.
금(Au) 전극층은 기판 상에 금(Au)을 증착하여 형성하며, 상기 기판은 플라스틱, 실리콘 및 유리 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함하나 이에 한정된 것은 아니다.
상기 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템을 이용한 전기 화학 면역 분석 방법은
i) 상기 기판 상에 금(Au)을 증착하여 금(Au) 전극층을 형성하는 단계;
ii) 상기 금(Au) 전극층 상에
금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 고정화시키는 단계;
iii) 상기 금(Au) 전극층 상의 제 2 단백질에 제 1 항체를 반응시키는 단계;
iv) 상기 금(Au) 전극층의 제 1 전기 화학 신호를 검출하는 단계;
v) 상기 제 1 항체가 반응된 상기 금(Au) 전극층 상에 검출하고자 하는 항원을 반응시키는 단계;
vi) 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에
금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 반응시켜 상기 제 2 항체에 결합시키는 단계;
vii) 상기 v) 이후, 상기 vi) 에서 제조된 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 적용하는 단계; 및
viii) 상기 금(Au) 전극층의 제 2 전기 화학 신호를 검출하는 단계; 및
xix) 상기 제 1 전기 화학 신호와 상기 제 2 전기 화학 신호를 비교하여,
상기 항원 검출을 판단하는 단계를 포함한다.
상기 xix) 단계에서 상기 제 1 전기 화학 신호와 상기 제 2 전기 화학 신호는 상기 금(Au) 전극층의 표면 저항 값으로, 상기 금(Au) 전극층의 제 1 표면 저항 값과 상기 금(Au) 전극층의 제 2 표면 저항 값이며, 상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 의해 검출하고자 하는 항원의 농도가 높을수록 상기 금(Au) 전극층의 표면 저항 값이 증가하여, 상기 금(Au) 전극층의 제 1 표면 저항 값과 상기 금(Au) 전극층의 제 2 표면 저항 값의 차이가 크게 나타난다.
상기 제 1 항체는 단일 클론 항체이며, 상기 제 2 항체는 다중 클론 항체이며, 상기 기판은 플라스틱, 실리콘 및 유리 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니고 기판으로 사용될 수 있는 물질을 폭넓게 포함할 수 있을 것이다.
상기 전기 화학 면역 분석 방법을 이용하는 면역 분석 장치에 있어서, 금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체; 상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원; 상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체; 상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자; 상기 금(Au) 전극층의 표면 저항 신호를 출력하는 출력 수단;을 포함하며,
상기 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 의해 상기 전기 저항 값의 변화를 크게 하므로 면역 분석 민감도가 높은 전기 화학 면역 분석 시스템을 제조하는 것이 가능할 것이다.
본원 발명의 일 실시 예로 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 면역 검출 시스템을 제조하였다.
1. 먼저 플라스틱 기판 위에 크롬 200 nm, 금 20 nm 를 차례로 올려 플라스틱 기판 위에 금 전극층을 형성한다.
2. 금 특이 결합 단백질과 결합되어 있으며, 항체의 Fc 영역에 특이적으로 반응하는 단백질 A를 금 전극 표면에 고정화한다. 금 특이 결합 단백질은 금 전극 표면에 특이적으로 결합하므로 단백질A를 부가적인 화학결합 없이 간단하게 고정화 시킬 수 있는 장점이 있다.
3. 검출하고자 하는 항원과 특이적 반응을 하는 단일클론항체를 고정화 한다. 이때 단일클론 항체는 Fc 영역을 가지고 있어서 Fc 영역에 특이적으로 반응하는 단백질 A위에 쉽게 고정화된다.
4. 검출하고자 하는 항원를 반응시킨다.
5. 항원 반응 후, 금 입자가 융착된 실리카 나노입자를 적용한다. 이 실리카 나노입자는 금 입자가 융착되어 있어 앞서 금 전극 표면에 단일클론항체를 고정화시킨 방법과 동일하게, 금 특이 결합 단백질이 결합된 단백질A 를 실리카 나노입자 표면에 고정화, 다음 다중클론항체 고정화하는 방법을 통하여 다중클론 항체가 고정화되어있는 실리카 나노입자를 만든다.
6. 전극 표면 위에 고정화되어 있는 단일클론항체에 검출하고자 하는 항원이 많이 결합되어 있을수록 다중클론항체가 고정화되어 있는 실리카 나노입자가 항원과 많이 결합하게 된다.
7. 금전극 표면 위에 단일클론항체, 항원, 다중클론항체가 결합되어 있는 실리카 나노입자가 차례로 쌓이게 될수록 전기신호전달물질은 전극 표면을 통해 전자전달이 어렵게 되고 따라서 전기적 저항이 증가하게 된다.
8. 기본적으로 전기적 신호전달물질은 전극표면을 통해 이루어지며 전극표면에 특정 시료가 반응하게 되면 전극표면에서 방해물질로 작용하여 전기신호물질의 전자전달이 어려워지고, 따라서 전극표면을 덮은 만큼의 전극표면저항이 증가하게 된다.
9. 전기적 신호는 항원의 결합 유무에 따라 달라진다
10. 만약 항원이 결합하지 않으면, 실리카 나노입자도 결합하지 못하고, 따라서 금 전극 표면 위에는 단일클론항체만 고정화되어 있는 상태가 된다. 이때의 전극표면의 저항값은 항원, 실리카 나노입자가 차례로 올라간 후의 전극표면 저항값과는 현저한 차이를 보인다.
11. 이를 통해 항원반응 전후의 저항값을 측정함으로써, 전기적 신호 차이로 검출하고자 하는 목적 항원의 유무를 판단하게 된다.
12. 이때 사용한 실리카 나노입자는 전기화학 면역센서의 민감도를 높이기 위해 사용된다.
본원 발명의 실리카 입자의 제조 방법과 상기 실리카 입자에 금입자를 융착하는 방법을 나타낸다.
a. Triton X-100 (계면활성제), 시클로헥산, 노멀헥산을 섞는다.
b. 섞은 혼합물에 물을 넣어서 에멀젼을 형성한다.
c. 이 혼합용액에 - Tetraethyl orthosilicate (TEOS) 와 암모늄수용액을 넣고 24시간 동안 교반시켜 실리카 나노 입자를 형성한다.
d. 합성된 실리카 나노입자를 에탄올과 아세톤으로 세척하고 원심분리를 통해 세척과정을 여러 번 반복한다.
e. 세척이 완료된 실리카 나노입자를 오븐에서 말려서 사용한다.
f. 만들어진 실리카 나노입자에 물을 분산시키고, 분산된 용액에 금 전구체와 암모늄수용액을 넣는다.
g. 이 용액에 초음파 15분 가해준 후 에탄올과 아세톤으로 합성된 입자를 세척 및 원심분리를 여러 차례 반복한다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
100 : 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 이용한 전기 화학 면역 분석 시스템
110 : 금(Au) 전극층
120 : 제 1 항체
121 : 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질
130 : 검출하고자 하는 항원
140 : 제 2 항체
150 : 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자
151 : 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질
152 : 실리카(Silica) 나노입자에 융착된 금(Au)
110 : 금(Au) 전극층
120 : 제 1 항체
121 : 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질
130 : 검출하고자 하는 항원
140 : 제 2 항체
150 : 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자
151 : 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질
152 : 실리카(Silica) 나노입자에 융착된 금(Au)
Claims (11)
- i) 플라스틱, 실리콘 및 유리 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 기판 상에 금(Au)을 증착하여 금(Au) 전극층을 형성하는 단계;
ii) 상기 금(Au) 전극층 상에 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 단일 클론 항체인 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 고정화시키는 단계;
iii) 상기 금(Au) 전극층 상의 제 2 단백질에 제 1 항체를 고정시키는 단계;
iv) 상기 금(Au) 전극층의 제 1 전기 화학 신호를 검출하는 단계;
v) 상기 제 1 항체가 고정된 상기 금(Au) 전극층 상에 검출하고자 하는 항원을 반응시키는 단계;
vi) 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 다중 클론 항체인 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 반응시켜 상기 제 2 항체에 결합시키는 단계;
vii) 상기 v) 이후, 상기 vi) 에서 제조된 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 적용하는 단계;
viii) 상기 금(Au) 전극층의 제 2 전기 화학 신호를 검출하는 단계; 및
ix) 상기 제 1 전기 화학 신호와 상기 제 2 전기 화학 신호를 비교하여, 상기 항원 검출을 판단하는 단계를 포함하는 전기 화학 면역 분석 방법을 이용하는 전기 화학 면역 분석 장치에 있어서,
금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체;
상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원;
상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체;
상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자; 및
상기 금(Au) 전극층의 표면 저항값을 나타내는 임피던스를 출력하는 출력 수단을 포함하되,
상기 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 의해 상기 금(Au) 전극 표면의 저항 값의 변화가 커 면역 검출 민감도가 높은 것을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금(Au) 전극층 상에 고정된 상기 제 1 항체는
상기 금(Au) 전극층에 결합된 단백질에 의해 상기 금(Au) 전극층 상에 고정되며,
상기 단백질은
금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질인 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자는
상기 실리카(Silica) 나노입자 표면에 융착된 금(Au)입자에 결합된 단백질에 의해 상기 제 2 항체에 결합되며,
상기 단백질은
금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,
상기 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질인 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 항체는 단일 클론 항체,
상기 제 2 항체는 다중 클론 항체인 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금(Au) 전극층의 전기 화학 분석 결과로 상기 항원의 검출을 판단하는 것은
상기 금(Au) 전극층의 표면 저항 값과
상기 검출하고자 하는 항원의 양이 비례하는 것으로 판단하는 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기 화학 분석은
전기 화학 임피던스 방법(Electrochemical Impedance Spectroscopy : EIS)으로 수행하는 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 검출하고자 하는 항원은
단백질, 미생물, 바이러스 및 생체분자 물질 중의 적어도 어느 하나 이상인 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
금(Au) 전극층은
기판 상에 금(Au)을 증착하여 형성하며,
상기 기판은
플라스틱, 실리콘 및 유리 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치.
- 금(Au) 전극층 상에 고정된 제 1 항체;
상기 제 1 항체에 반응하는 검출하고자 하는 항원;
상기 검출하고자 하는 항원에 결합된 제 2 항체;
상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자; 및
상기 금(Au) 전극층의 표면 저항값을 나타내는 임피던스를 출력하는 출력 수단을 포함하되,
상기 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 의해 상기 금(Au) 전극 표면의 저항 값의 변화가 커 면역 검출 민감도가 높은 것을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치를 이용한 전기 화학 면역 분석 방법에 있어서,
i) 플라스틱, 실리콘 및 유리 중의 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 기판 상에 금(Au)을 증착하여 금(Au) 전극층을 형성하는 단계;
ii) 상기 금(Au) 전극층 상에 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며, 단일 클론 항체인 제 1 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 고정화시키는 단계;
iii) 상기 금(Au) 전극층 상의 제 2 단백질에 제 1 항체를 고정시키는 단계;
iv) 상기 금(Au) 전극층의 제 1 전기 화학 신호를 검출하는 단계;
v) 상기 제 1 항체가 고정된 상기 금(Au) 전극층 상에 검출하고자 하는 항원을 반응시키는 단계;
vi) 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 금(Au)에 특이적으로 결합하는 제 1 단백질과 결합하며,다중 클론 항체인 제 2 항체의 불변 영역(Fc fragment)에 반응하여 결합하는 제 2 단백질을 반응시켜 상기 제 2 항체에 결합시키는 단계;
vii) 상기 v) 이후, 상기 vi) 에서 제조된 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자를 적용하는 단계;
viii) 상기 금(Au) 전극층의 제 2 전기 화학 신호를 검출하는 단계; 및
ix) 상기 제 1 전기 화학 신호와 상기 제 2 전기 화학 신호를 비교하여, 상기 항원 검출을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치를 이용한 전기 화학 면역 분석 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 ix) 단계에서
상기 제 1 전기 화학 신호와 상기 제 2 전기 화학 신호는
상기 금(Au) 전극층의 표면 저항 값으로,
상기 금(Au) 전극층의 제 1 표면 저항 값과 상기 금(Au) 전극층의 제 2 표면 저항 값이며,
상기 제 2 항체에 결합된 금(Au)입자가 융착된 실리카(Silica) 나노입자에 의해,
항원의 검출이 많을수록 상기 금(Au) 전극층에 금(Au)입자가 융착된 실리카 나노입자가 많아져, 금전극의 표면 저항 값이 증가하여,
상기 금(Au) 전극층의 제 1 표면 저항 값과 상기 금(Au) 전극층의 제 2 표면 저항 값의 차이가 큰 것
을 특징으로 하는 전기 화학 면역 분석 장치를 이용한 전기 화학 면역 분석 방법. - 삭제
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