KR20110071984A - Device for disease diagnosis including nano magnetic particles and nano sensor, and method of inspection thereof - Google Patents

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KR20110071984A KR1020090128734A KR20090128734A KR20110071984A KR 20110071984 A KR20110071984 A KR 20110071984A KR 1020090128734 A KR1020090128734 A KR 1020090128734A KR 20090128734 A KR20090128734 A KR 20090128734A KR 20110071984 A KR20110071984 A KR 20110071984A
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Abstract

PURPOSE: A diseases diagnosis apparatus comprising a nano magnetic particles and nano sensors is provided to enable repetitive target detection and to improve test reliability. CONSTITUTION: A diseases diagnosis apparatus comprises: a magnetic nano particles in which a target molecule-specific receptor is fixed; a magnetic field supply unit which is able to control the magnetic nano particles; and a nano sensor which senses specific molecules which is attached to the receptor of the magnetic nano particles. The nano sensor comprises a nano structure of nano wire, nano tube, nano rod, or nano gap. The receptor is enzyme substrate, ligand, antibody, amino acid, peptide, protein, nucleic acid, lipid, or carbohydrate.

Description

나노자성입자 및 나노센서를 포함하는 질병진단용 기기 및 그 검사방법{Device for disease diagnosis including nano magnetic particles and nano sensor, and method of inspection thereof}Device for disease diagnosis including nano magnetic particles and nano sensor, and method of inspection etc.

본 발명은 나노자성입자 및 나노센서를 포함하는 질병진단용 기기 및 그 검사방법에 관한 것으로, 자성입자를 이용하여 타겟분자의 분리정제를 용이하게 하고, 이를 나노센서에 이동시켜 센서 표면에 타겟분자가 쉽게 접근하도록 하여 검출을 용이하게 할 수 있는 질병진단용 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a device for diagnosing a disease and a test method comprising the nano-magnetic particles and nano-sensors, and to facilitate the separation and purification of the target molecules using the magnetic particles, to move the nano-sensors to the nano-sensors The present invention relates to an apparatus for diagnosing diseases that can be easily accessed to facilitate detection.

나노 크기의 작은 직경을 갖는 물질들은 독특한 전기적, 광학적, 기계적 특성 때문에 최근 들어 매우 중요한 물질로 대두되고 있다. 지금까지 진행되어 온 나노구조에 관한 연구는 양자크기 효과와 같은 새로운 현상으로 미래의 새로운 광소자 물질로서의 가능성을 보여주고 있다. 특히, 나노구조물의 경우, 단일 전자 트랜지스터 소자뿐만 아니라 각종 화학센서 및 바이오센서 등으로 이용될수 있어 새로운 광소자 재료로 각광받고 있다. 여기서 나노구조물은 탄소나노튜브, 나노로 드 및 나노와이어 등을 포함한다.Nano-sized, small diameter materials have emerged as very important materials in recent years because of their unique electrical, optical, and mechanical properties. The research on nanostructures that have been conducted so far shows new possibilities such as quantum size effects and the future of new optical device materials. In particular, in the case of nanostructures, not only a single electronic transistor device but also a variety of chemical sensors and biosensors, etc. can be used as a new optical device material. Here, the nanostructures include carbon nanotubes, nanorods and nanowires.

나노와이어 또는 탄소나노튜브를 이용한 나노센서를 기반으로 하는 바이오센서는 나노구조물 표면에 고정화되어있는 리셉터에 검출하고자 하는 화학인자나 바이오분자, 질병표지인자(효소, 단백질, DNA, 탄수화물, 핵산, 항원, 항체 등)가 특이적으로 반응하여 나노구조물 표면에 흡착되어 특정 분자만을 검출할 수 있다. 이 때, 흡착된 분자의 전하로 인해 나노구조물에 전계가 발생되어 게이팅효과가 나타나 나노구조물의 전도성 변화를 유도하고 이를 감지함으로써 센서로 동작하게 된다. 나노구조물의 전도성 변화를 유도하는 방법으로는 전기화학, 형광, 발색, 광학 등의 다양한 물리 화학적 방법이 사용되며, 나노구조물 표면에 고정된 리셉터는 검출대상물에 특이적으로 반응하도록 제작되기 때문에 의도한 분자만을 검출하는 센서로 작동한다.Biosensors based on nanosensors using nanowires or carbon nanotubes are chemical factors, biomolecules, and disease markers (enzymes, proteins, DNA, carbohydrates, nucleic acids, antigens) to be detected on receptors immobilized on the surface of nanostructures. , Antibodies, etc.) can be specifically reacted and adsorbed on the surface of the nanostructures to detect only certain molecules. At this time, an electric field is generated in the nanostructure due to the charge of the adsorbed molecules, and thus a gating effect is generated, thereby inducing a change in conductivity of the nanostructure and sensing the same. As a method of inducing a change in conductivity of the nanostructures, various physicochemical methods such as electrochemistry, fluorescence, color development, and optical are used, and the receptors fixed on the surface of the nanostructures are designed to react specifically to a detection target. It acts as a sensor that detects only molecules.

나노구조물을 이용한 센서는 작은 분자의 전하량의 변화에도 반도체 나노구조물 내부에서 큰 전자전송 캐리어(전자 또는 홀)의 변화가 유도되기 때문에 고감도의 센싱을 할 수 있으나, 나노구조물의 감도를 증가시킬수록 환경적인 요인에 의한 노이즈 영향이 커져 원하는 반응에 의해 유도되는 신호를 측정하기가 어렵다.Sensors using nanostructures are able to sense sensitively because changes in the amount of charge of small molecules induce large electron transfer carriers (electrons or holes) inside the semiconductor nanostructures. It is difficult to measure the signal induced by the desired response due to the large influence of noise due to the main factor.

또한, 나노 튜브나 나노 와이어 FET 를 사용하여 그 표면에 리셉터를 부착하여 특이반응으로 타겟 분자가 흡착될 경우, 나노튜브나 나노와이어의 전도성이 변하는 것을 감지하여 타겟 분자를 검출하거나 정량하였는데, 디바이차폐로 인한 검출 한계와 센서를 일회적으로만 사용할 수 있는 문제점이 있고, 샘플을 별도로 분리 정제해야 하는 절차가 필요한 문제점이 있으며, 또한 전도성 변화 측정 방식이 아닌 나노갭을 이용한 capacitive 방식의 나노센서 또한 샘플의 정제 필요성과 극미량 분석의 용이함이 있음에도 나노갭 내에 타겟 분자가 접근하지 않으면 검출이 어려운 단점이 있다. In addition, when a target molecule is adsorbed by a specific reaction by attaching a receptor to the surface by using a nanotube or a nanowire FET, the target molecule is detected or quantified by detecting that the conductivity of the nanotube or nanowire is changed. Due to the limitation of detection and the problem that the sensor can be used only once, there is a problem that the procedure to separate and purify the sample separately, and also the capacitive type nanosensor using nanogap rather than the conductivity change measurement method Despite the necessity of purification and the ease of trace analysis, it is difficult to detect the target molecule without accessing the nanogap.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리셉터가 부착된 나노자성입자를 이용하여 타겟분자의 분리정제를 용이하게 하고, 이를 나노센서에 이동시켜 센서 표면에 타겟분자가 쉽게 접근할 수 있도록 하여 검출을 용이하게 할 수 있는 질병진단용 기기 및 그 검사방법을 제공한다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to facilitate the separation and purification of the target molecule using the nano-magnetic particles attached to the receptor, it is moved to the nanosensor to easily target molecules on the sensor surface Provided is a disease diagnosis device and an inspection method thereof that can be accessed to facilitate detection.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

타겟분자와 특이적으로 반응하는 리셉터가 고정된 자성나노입자; 상기 자성나노입자를 제어할 수 있는 자기장 공급부; 및 상기 자성나노입자의 리셉터에 부착된 특정분자를 감지하는 나노센서를 포함하는 질병진단용 장치를 제공한다.Magnetic nanoparticles having a fixed receptor that reacts specifically with a target molecule; A magnetic field supply unit capable of controlling the magnetic nanoparticles; And it provides a device for diagnosing a disease comprising a nanosensor for detecting a specific molecule attached to the receptor of the magnetic nanoparticles.

상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 리셉터는 효소기질, 리간드, 항체, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 자기장 공급부는 상기 나노센서가 형성되어 있는 기판 바닥에 상기 자성나노입자가 위치할 수 있도록 자기장 방향을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.The nanosensor is composed of a nanostructure of any one of nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap, the receptor is an enzyme substrate, ligands, antibodies, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids and carbohydrates It is characterized by consisting of any one or more selected from the group consisting of. The magnetic field supply unit may control the magnetic field direction to allow the magnetic nanoparticles to be positioned on the bottom of the substrate on which the nanosensor is formed.

상기 질병진단용 장치를 사용하여 리셉터만 있는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호와 타겟분자까지 흡착된 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호를 비교 분석하여 타겟분자의 존재 및 정량을 분석하여 질병유무를 알 수 있도록 한다.Using the disease diagnosis apparatus, the nanosensor signal in which the magnetic nanoparticles having only the receptor are induced and the nanosensor signal induced in the magnetic nanoparticles adsorbed to the target molecule are compared and analyzed to analyze the presence and quantification of the target molecules. Make sure you know.

또한, 본 발명은 타겟과 특이적으로 상호작용하는 리셉터를 자성나노입자에 고정화시키는 단계; 검사시료를 주입하여 상기 자성나노입자와 혼합하여 타겟분자가 상기 자성나노입자 표면에 흡착되는 단계; 자기장을 이용하여 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 고정시키고, 여타 불순물을 세척하여 시료전처리과정을 완료하는 단계; 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 자기장을 통하여 나노센서 표면으로 이동시키는 단계; 리셉터만 있는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호와 타겟분자까지 흡착된 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호를 비교분석하여 타겟분자를 검사하는 단계; 및 분석완료 후, 상기 자성나노입자를 제거, 세척하여 다음검사가 가능하도록 나노센서를 준비시키는 단계를 포함하는 질병진단용 장치를 이용한 시료분석방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of immobilizing the receptor to the magnetic nanoparticles that specifically interact with the target; Injecting a test sample to mix with the magnetic nanoparticles so that a target molecule is adsorbed onto the surface of the magnetic nanoparticles; Fixing the magnetic nanoparticles to which the target molecules are adsorbed using a magnetic field, and washing other impurities to complete a sample pretreatment process; Moving the magnetic nanoparticles on which target molecules are adsorbed to a surface of a nanosensor through a magnetic field; Inspecting a target molecule by comparing and analyzing a nanosensor signal in which a magnetic nanoparticle having only a receptor is induced and a nanosensor signal induced in magnetic nanoparticles adsorbed to a target molecule; And after completion of the analysis, by removing the magnetic nanoparticles and provides a sample analysis method using a device for diagnosing diseases comprising the step of preparing a nanosensor to enable the next inspection.

상기 리셉터는 효소기질, 리간드, 항체, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지며, 상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것을 특징으로 한다.The receptor is composed of any one or more selected from the group consisting of enzyme substrates, ligands, antibodies, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids and carbohydrates, and the nanosensors are nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap. It is characterized by consisting of any one of the nanostructures.

본 발명에 따르면, 나노자성입자 표면에 타겟분자가 고정되어 있으므로 나노센서에는 리셉터 분자 혹은 타겟 단백질 고정화는 이루어지지 않으므로 나노센서를 일회용이 아닌 계속해서 사용할 수 있어, 동일한 센서로 반복적인 타겟검출 실험을 진행할 수 있어서 반복적인 실험이 가능하므로 실험의 신뢰성 평가가 용이하고, 검증이 쉬우며, 정량분석을 위한 신호 데이터 처리가 용이해지는 효과가 있다. 나노입자에 고정된 타겟분자가 직접 나노센서 표면에 접근하게 되므로 디바이차폐 문제를 간단하게 극복할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, since the target molecules are fixed on the surface of the nanomagnetic particles, the nanosensors do not allow receptor molecules or target proteins to be immobilized, and thus the nanosensors can be used continuously instead of disposable. As it can proceed, iterative experiment is possible, so it is easy to evaluate the reliability of the experiment, easy to verify, and easy to process signal data for quantitative analysis. Since the target molecules fixed to the nanoparticles directly approach the nanosensor surface, there is an effect that can easily overcome the divide-by shielding problem.

본 발명은 타겟분자와 특이적으로 반응하는 리셉터가 고정된 자성나노입자; 상기 자성나노입자를 제어할 수 있는 자기장 공급부; 및 상기 자성나노입자의 리셉터에 부착된 특정분자를 감지하는 나노센서를 포함하는 질병진단용 장치를 제공한다.The present invention provides a magnetic nano-particle fixed in the receptor that specifically reacts with the target molecule; A magnetic field supply unit capable of controlling the magnetic nanoparticles; And it provides a device for diagnosing a disease comprising a nanosensor for detecting a specific molecule attached to the receptor of the magnetic nanoparticles.

상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 리셉터는 효소기질, 리간드, 항체, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 자기장 공급부는 상기 나노센서가 형성되어 있는 기판 바닥에 상기 자성나노입자가 위치할 수 있도록 자기장 방향을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.The nanosensor is composed of a nanostructure of any one of nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap, the receptor is an enzyme substrate, ligands, antibodies, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids and carbohydrates It is characterized by consisting of any one or more selected from the group consisting of. The magnetic field supply unit may control the magnetic field direction to allow the magnetic nanoparticles to be positioned on the bottom of the substrate on which the nanosensor is formed.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예로, 자성나노입자 및 자기장을 이용하여 시료전처리 과정을 나타내는 것으로, 검출하고자 하는 타겟분자만을 자성나노입자 표면에 흡착시키는 것을 보여준다.1 shows an example of a sample pretreatment process using magnetic nanoparticles and a magnetic field, and shows that only a target molecule to be detected is adsorbed onto a surface of magnetic nanoparticles.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 질병진단용 장치를 제조하기 위하여, 먼저 기판 상에 네트워크 형태의 나노 FET(field effect transistor)센서를 형성시킨다. 상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 유리, 석영, 금속 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택될 수 있지만, 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1, in order to manufacture a disease diagnosis apparatus according to the present invention, first, a nano field effect transistor (FET) sensor in a network form is formed on a substrate. The nanosensor is preferably composed of any one nanostructures of nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap. In addition, the substrate may be selected from the group consisting of silicon wafer, glass, quartz, metal and plastic, but is preferably a silicon wafer.

나노와이어의 우수하고 편리한 전기적 특성을 이용하면서도 전기적 특성이 저하되지 않으면서 민감도가 높은 바이오센서를 구현하기 위해 본 발명은 자성나노입자를 이용하는데, 상기 자성 나노입자는 자성 재료로 구성될 수 있다. 상기 자 성 재료는 Fe2O3, Fe3O4 또는 FePt 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 자성 나노입자는 수 내지 수십 nm 의 크기인 것을 사용하는 것이 효과적이다. 상기 나노자성체는 계면활성처리를 통하여 표면처리가 가능하며 고분자 도입을 통해 코아가 자성물질이고 그 표면을 고분자 코팅한 구 형태의 균일한 크기를 갖는 자성나노입자로 제조될 수 있다. 상기 코아에 들어가는 자성체의 수는 표면처리 방법에 의해 1개에서 수개, 수십개로 할 수 있으며, 표면 고분자에 공유결합으로 화학기능기를 도입하여 리셉터를 고정시킬 수 있다.The present invention uses magnetic nanoparticles to implement a biosensor having high sensitivity while using excellent and convenient electrical properties of nanowires without deteriorating electrical properties. The magnetic nanoparticles may be formed of a magnetic material. The magnetic material is preferably any one of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or FePt, it is effective to use such magnetic nanoparticles of several to several tens of nm in size. The nanomagnetic material can be surface treated through the surface active treatment, and the core can be made of magnetic nanoparticles having a uniform size in the form of a sphere in which the core is a magnetic material and the surface of the polymer is coated with a polymer. The number of magnetic materials entering the core can be from one to several or dozens by the surface treatment method, and the receptor can be fixed by introducing chemical functional groups by covalent bonding to the surface polymer.

본 발명에 따르면, 자성나노입자 표면에 고정화되어있는 리셉터에 검출하고자 하는 화학인자나 바이오분자, 질병표지인자(효소, 단백질, DNA, 탄수화물, 핵산, 항원, 항체 등)가 특이적으로 반응하여 나노구조물 표면에 흡착되어 특정 분자만을 검출할 수 있다. 이 때, 흡착된 분자의 전하로 인해 리셉터만 가지는 자성나노입자가 유도된 나노센서신호와 흡착분자를 가지는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호의 차이가 생기게 되는데, 이로 인해 나노구조물의 전도성 변화를 유도하고 이를 감지함으로써 센서로 동작하게 된다. According to the present invention, a chemical factor, a biomolecule, or a disease marker (enzyme, protein, DNA, carbohydrate, nucleic acid, antigen, antibody, etc.) to be detected is specifically reacted by a receptor immobilized on the surface of the magnetic nanoparticle. Adsorbed onto the surface of the structure, only specific molecules can be detected. At this time, due to the charge of the adsorbed molecules, there is a difference between the nanosensor signal induced with the magnetic nanoparticles having only the receptor and the nanosensor signal induced with the magnetic nanoparticles having the adsorption molecules. By inducing and sensing it, it acts as a sensor.

나노구조물의 전도성 변화를 유도하는 방법으로는 전기화학, 형광, 발색, 광학 등의 다양한 물리 화학적 방법이 사용되며, 나노구조물을 이용한 센서는 작은 분자의 전하량의 변화에도 반도체 나노구조물 내부에서 큰 전자전송 캐리어(전자 또는 홀)의 변화가 유도되기 때문에 고감도의 센싱을 할 수 있다. 나노와이어 FET 형태의 전기식 센서의 경우 주변의 이온용액의 농도로 인한 환경적인 요인에 의해 특정 크기 이상의 리셉터와 타겟분자의 전하는 주변 이온에 의해 차폐되어 나노채널에 전계효과를 내기가 어려운데, 이는 자성나노입자에 고정된 분자의 전하를 나노채널 표면에 유도함으로써 해결할 수 있다. 즉, 자기장에 의해 나노와이어 표면으로 자성나노입자를 쉽게 접근할 수 있도록 유도할 수 있으며 자성나노입자의 표면에 부착된 타겟입자의 전하는 나노채널에 직접 맞닿게 되어 디바이차폐를 극복하기가 용이하다.Various physicochemical methods such as electrochemistry, fluorescence, color development, and optics are used to induce the change of conductivity of nanostructures. Sensors using nanostructures transmit large electrons inside semiconductor nanostructures even when the charge amount of small molecules changes. Since a change in carrier (electron or hole) is induced, high sensitivity sensing can be performed. In the case of the nanowire FET type electric sensor, due to environmental factors due to the concentration of the surrounding ion solution, the charge of the receptor and the target molecule of a certain size is shielded by the surrounding ions, which makes it difficult to produce an electric field effect on the nanochannel. This can be solved by inducing the charge of the molecules immobilized on the particles to the nanochannel surface. That is, the magnetic field can be induced to easily access the magnetic nanoparticles to the surface of the nanowires, and the charge of the target particles attached to the surface of the magnetic nanoparticles is in direct contact with the nanochannels, and thus it is easy to overcome the divide-by-shielding.

바이오센서에 탄소나노튜브와 같은 나노구조물이 센서의 감지부로 이용되는 이유는 레이블링이 필요없고, 단백질의 변형없이 수용액 상에서 반응을 진행시킬 수 있기 때문이다. 또한, 매우 큰 표면대 부피비 및 나노크기의 감지부로 인하여 감도가 우수하고 빠른 응답속도를 보이며 상온에서 작동할 뿐 아니라 소비전력이 적다는 장점이 있다.Nanostructures such as carbon nanotubes are used in the biosensor as a sensing part of the sensor because labeling is not necessary and the reaction can be performed in an aqueous solution without modification of protein. In addition, due to the very large surface-to-volume ratio and nano-sized sensing unit, it has an advantage of excellent sensitivity, fast response speed, low temperature power consumption, and low power consumption.

검사시료는 혈장 또는 배변 등의 체액을 사용하는데, 이는 다양한 생체분자 및 화학물질이 혼재하는 상태이다. 상기 검사시료에서 원하는 타겟분자와 특이적으로 반응하는 리셉터를 자성나노입자에 고정시킨다.The test sample uses body fluids such as plasma or bowel movements, which is a mixture of various biomolecules and chemicals. In the test sample, a receptor that specifically reacts with a desired target molecule is immobilized on magnetic nanoparticles.

도 2는 세척을 통해 자성나노입자에 타겟분자만 포획되는 단계를 나타내고, 도 3은 자기장을 이용하여 나노자성입자가 나노센서 표면으로 유도된 단계를 나타낸다.2 shows a step in which only the target molecules are captured by the magnetic nanoparticles by washing, and FIG. 3 shows a step in which the nanomagnetic particles are induced to the surface of the nanosensor using a magnetic field.

상기 자성나노입자 표면은 화학기능기가 도입되어 검출하고자 하는 타겟분자를 특이적으로 인식하는 리셉터의 역할을 통해 타겟분자만을 흡착하고, 자성입자에 포획된 타겟분자 이외에는 세척을 통해 제거한 후, 타겟분자가 고정된 자성입자를 자기장을 이용하여 나노센서로 이동시키는 방식을 사용하는데, 나노센서칩 바닥에 강한 자기장이 형성되도록 자석을 배치하면 타겟분자가 고정된 자성나노입자는 센서가 형성된 기판 표면으로 끌려오게 되므로 타겟분자는 센서의 표면에 쉽게 접근할 확률이 높아진다.The surface of the magnetic nanoparticles absorbs only the target molecules through the role of a receptor that specifically recognizes the target molecules to be detected by introducing a chemical functional group, and removes the target molecules trapped by the magnetic particles after washing, and then removes the target molecules. It uses a magnetic field to move the fixed magnetic particles to the nanosensor. When the magnet is placed to form a strong magnetic field at the bottom of the nanosensor chip, the magnetic nanoparticles to which the target molecules are fixed are attracted to the surface of the substrate on which the sensor is formed. As a result, the target molecules are more likely to approach the surface of the sensor.

상기와 같은 자성나노입자를 나노센서 주변에 쉽게 접근시키기 위해서 나노센서 주변에 자속집중기를 설치하는 것이 바람직하다.In order to easily access the magnetic nanoparticles as described above, it is preferable to install a magnetic flux concentrator around the nanosensor.

상기 자속 집중기(Flux Concentrator)는 외부의 자기장에 의해 자화되어 자속 집중기 사이의 갭(Gap) 영역에 자속을 집중시킨다. 즉, 자속 집중기가 외부 자기장에 의해 자화되면 막대 자석 두 개가 서로 마주보며 자기장을 형성하는 것과 같은 효과가 생긴다. 예컨대, 갭 영역에서는 제1 막대자석의 N극에서 나오는 자속이 제2 막대자석의 S극으로 흘러들어가는 모양의 자기장이 형성되며, 갭 영역 외에서는 제 1 막대자석의 N극에서 나온 자속이 제 1 막대자석의 S극으로 원형형상의 자속 모양을 형성하며, 제 2 막대자석 N극에서 나온 자속은 제 2 막대자석의 S극으로 원형 형상의 자속 모양을 형성한다.The flux concentrator is magnetized by an external magnetic field to concentrate the magnetic flux in the gap region between the magnetic flux concentrators. In other words, when the magnetic flux concentrator is magnetized by an external magnetic field, two bar magnets face each other to form a magnetic field. For example, in the gap region, a magnetic field is formed in which the magnetic flux from the N pole of the first bar magnet flows into the S pole of the second bar magnet. A magnetic flux from the N pole of the first bar magnet is outside the gap region. The S-pole of the bar magnet forms a circular magnetic flux shape, and the magnetic flux from the N-pole of the second bar magnet forms a circular magnetic flux shape of the S pole of the second bar magnet.

타겟분자가 흡착된 자성나노입자는 나노트랜지스터 센서로 옮겨져 자성나노입자 표면에 특이적으로 흡착되어 있는 타겟 분자의 전하를 나노 FET 센서가 검출하게 된다. The magnetic nanoparticles to which the target molecules are adsorbed are transferred to the nanotransistor sensor, and the nano FET sensor detects the charge of the target molecules specifically adsorbed on the magnetic nanoparticle surface.

상기 자기장 공급부는 영구자석등이 사용되는데, 상기 영구자석의 자기력은 800~1200 가우스 정도인 것이 바람직하며, 자기장으로 상기 자성나노입자를 이동시켜 나노 FET 센서에서 감지할 수 있도록 한다.The magnetic field supply unit is used, such as a permanent magnet, the magnetic force of the permanent magnet is preferably about 800 ~ 1200 Gauss, it is possible to detect the nano-FET sensor by moving the magnetic nanoparticles to a magnetic field.

타겟분자의 특이 검출은 자성나노입자와 나노 FET 센서에 의해 이루어지게 되며 존재 여부 혹은 정량분석은 나노센서의 전기신호 변화에 의해 분석된다. 분석이 완료된 자성나노입자는 자기장을 제거하여 나노 FET 센서에서 쉽게 제거할 수 있으며, 나노 FET 센서는 계속해서 사용할 수 있다.Specific detection of target molecules is performed by magnetic nanoparticles and nano FET sensors, and the presence or quantitative analysis is analyzed by changes in electrical signals of nanosensors. The analyzed magnetic nanoparticles can be easily removed from the nano FET sensor by removing the magnetic field, and the nano FET sensor can continue to be used.

즉, 실험이 완료된 자성나노입자는 자기장을 제거하거나 자기장의 세기를 세척에 용이하도록 변경하여 세척함으로써 나노센서로부터 쉽게 제거할 수 있어, 기존의 나노센서 자체에 리셉터가 부착되어 디바이차폐로 인한 검출 한계와 센서를 일회적으로만 사용할 수 있는 문제점을 해결할 수 있다.In other words, the completed magnetic nanoparticles can be easily removed from the nanosensor by removing the magnetic field or changing the strength of the magnetic field to be easy to clean. It can solve the problem that can use only one time and sensor.

본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따르면, 타겟과 특이적으로 상호작용하는 리셉터를 자성나노입자에 고정화시키는 단계; 검사시료를 주입하여 상기 자성나노입자와 혼합하여 타겟분자가 상기 자성나노입자 표면에 흡착되는 단계; 자기장을 이용하여 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 고정시키고, 여타 불순물을 세척하여 시료전처리과정을 완료하는 단계; 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 자기장을 통하여 나노센서 표면으로 이동시키는 단계; 리셉터만 있는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호와 타겟분자까지 흡착된 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호를 비교분석하여 타겟분자를 검사하는 단계; 및 분석완료 후, 상기 자성나노입자를 제거, 세척하여 다음검사가 가능하도록 나노센서를 준비시키는 단계를 포함하는 질병진단용 장치를 이용한 시료분석방법을 제공한다.According to another embodiment according to the invention, the step of immobilizing a receptor that specifically interacts with the target to the magnetic nanoparticles; Injecting a test sample to mix with the magnetic nanoparticles so that a target molecule is adsorbed onto the surface of the magnetic nanoparticles; Fixing the magnetic nanoparticles to which the target molecules are adsorbed using a magnetic field, and washing other impurities to complete a sample pretreatment process; Moving the magnetic nanoparticles on which target molecules are adsorbed to a surface of a nanosensor through a magnetic field; Inspecting a target molecule by comparing and analyzing a nanosensor signal in which a magnetic nanoparticle having only a receptor is induced and a nanosensor signal induced in magnetic nanoparticles adsorbed to a target molecule; And after completion of the analysis, by removing the magnetic nanoparticles and provides a sample analysis method using a device for diagnosing diseases comprising the step of preparing a nanosensor to enable the next inspection.

상기와 같이 분석이 완료되면 자기장을 이용하여 자성나노입자를 제거하고 세척하여 다음 검사가 가능하도록 나노센서를 준비시킬 수 있으며, 같은 방법으로 동일하게 반복실험한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 질병진단용 장치는 샘플 전처리와 타겟 분자의 검출이 하나의 반도체 소자 기판에서 이루어지게 할 수 있어 랩온어칩 구현이 용이하다.When the analysis is completed as described above, by removing the magnetic nanoparticles using a magnetic field and washing it can prepare a nanosensor for the next inspection, the same method is repeated. As described above, the apparatus for diagnosing diseases according to the present invention enables sample pretreatment and detection of target molecules to be performed on one semiconductor device substrate, thereby facilitating the implementation of a lab-on-a-chip.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성나노입자 및 자기장을 이용하여 시료전처리 과정을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a sample pretreatment process using magnetic nanoparticles and a magnetic field according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세척을 통해 자성나노입자에 타겟분자만 포획되는 단계를 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the step of trapping only the target molecules in the magnetic nanoparticles by washing in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용하여 나노자성입자가 나노센서 표면으로 유도된 단계를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a step of inducing nanomagnetic particles to a surface of a nanosensor using a magnetic field according to an embodiment of the present invention.

Claims (8)

타겟분자와 특이적으로 반응하는 리셉터가 고정된 자성나노입자;Magnetic nanoparticles having a fixed receptor that reacts specifically with a target molecule; 상기 자성나노입자를 제어할 수 있는 자기장 공급부; 및A magnetic field supply unit capable of controlling the magnetic nanoparticles; And 상기 자성나노입자의 리셉터에 부착된 특정분자를 감지하는 나노센서를 포함하는 질병진단용 장치.Disease diagnosis device comprising a nano-sensor for detecting a specific molecule attached to the receptor of the magnetic nanoparticles. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치.The nanosensor is a device for diagnosing diseases, characterized in that consisting of any one of the nanostructures of nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 리셉터는 효소기질, 리간드, 항체, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치.The receptor is a disease diagnosis device, characterized in that consisting of at least one selected from the group consisting of enzyme substrates, ligands, antibodies, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids and carbohydrates. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 자기장 공급부는 상기 나노센서가 형성되어 있는 기판 바닥에 상기 자성나노입자가 위치할 수 있도록 자기장 방향을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치.The magnetic field supply unit for diagnosing disease, characterized in that for controlling the direction of the magnetic field so that the magnetic nanoparticles are located on the bottom of the substrate on which the nano-sensor is formed. 청구항 1에 따른 질병진단용 장치를 사용하여 리셉터만 있는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호와 타겟분자까지 흡착된 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호를 비교분석하여 타겟분자의 존재 및 정량을 분석하는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치의 사용방법.Analyzing the presence and quantification of target molecules by comparing and analyzing the nanosensor signal in which the magnetic nanoparticles with only the receptor are induced and the nanosensor signal induced with the magnetic nanoparticles adsorbed to the target molecule using the disease diagnosis apparatus according to claim 1 How to use the apparatus for diagnosing disease, characterized in that. 타겟과 특이적으로 상호작용하는 리셉터를 자성나노입자에 고정화시키는 단계;Immobilizing a receptor that specifically interacts with the target to the magnetic nanoparticles; 검사시료를 주입하여 상기 자성나노입자와 혼합하여 타겟분자가 상기 자성나노입자 표면에 흡착되는 단계;Injecting a test sample to mix with the magnetic nanoparticles so that a target molecule is adsorbed onto the surface of the magnetic nanoparticles; 자기장을 이용하여 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 고정시키고, 여타 불순물을 세척하여 시료전처리과정을 완료하는 단계;Fixing the magnetic nanoparticles to which the target molecules are adsorbed using a magnetic field, and washing other impurities to complete a sample pretreatment process; 타겟분자가 흡착된 상기 자성나노입자를 자기장을 통하여 나노센서 표면으로 이동시키는 단계;Moving the magnetic nanoparticles on which target molecules are adsorbed to a surface of a nanosensor through a magnetic field; 리셉터만 있는 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호와 타겟분자까지 흡착된 자성나노입자가 유도된 나노센서 신호를 비교분석하여 타겟분자를 검사하는 단계; 및Inspecting a target molecule by comparing and analyzing a nanosensor signal in which a magnetic nanoparticle having only a receptor is induced and a nanosensor signal induced in magnetic nanoparticles adsorbed to a target molecule; And 분석완료 후, 상기 자성나노입자를 제거, 세척하여 다음검사가 가능하도록 나노센서를 준비시키는 단계를 포함하는 질병진단용 장치를 이용한 시료분석방법.After the completion of the analysis, the method of analyzing a sample using a device for diagnosing a disease comprising the steps of preparing the nano-sensor to remove the magnetic nanoparticles, and then the next inspection. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 리셉터는 효소기질, 리간드, 항체, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치를 이용한 시료분석방법.The receptor is a sample analysis method using a device for diagnosing a disease, characterized in that at least one selected from the group consisting of enzyme substrate, ligand, antibody, amino acid, peptide, protein, nucleic acid, lipid and carbohydrate. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 나노센서는 나노와이어, 나노튜브, 나노로드 및 나노갭 중 어느 하나의 나노구조물로 구성되는 것을 특징으로 하는 질병진단용 장치를 이용한 시료분석방법.The nanosensor is a sample analysis method using a device for diagnosing diseases, characterized in that consisting of any one of nanowires, nanotubes, nanorods and nanogap nanostructures.
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