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KR101438209B1 - Enzyme-immunoassay complex and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR101438209B1
KR101438209B1 KR1020120054336A KR20120054336A KR101438209B1 KR 101438209 B1 KR101438209 B1 KR 101438209B1 KR 1020120054336 A KR1020120054336 A KR 1020120054336A KR 20120054336 A KR20120054336 A KR 20120054336A KR 101438209 B1 KR101438209 B1 KR 101438209B1
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Abstract

본 발명의 효소면역측정용 복합체는 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.The complex for enzyme immunoassay of the present invention can accumulate a large amount of enzyme as compared with other complexes of the prior art. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer improves the stability of the enzyme because it can effectively protect the enzyme from external impacts.

Description

효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법{Enzyme-immunoassay complex and manufacturing method thereof}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an enzyme immunoassay complex,

본 발명은 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정된 효소의 양을 극대화하면서도, 비특이적 결합에 의한 신호가 발생을 최소화하여 면역분석 시스템에 최적으로 활용할 수 있는 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a complex for enzyme immunoassay and a method for preparing the same, and more particularly, to an enzyme immunoassay which maximizes the amount of immobilized enzyme while minimizing signal generation due to nonspecific binding, And a method for producing the same.

면역분석법(immunoassay)이란 생체분자를 탐지하는 기술들을 총칭하는 단어이다. 일반적으로 DNA의 혼성화(hybridization), 항체-항원 결합 등의 특이성 있는 결합을 이용해서 DNA 및 단백질, 또는 박테리아 등의 미생물 등이 존재하는 지를 알려주는 기술이라 할 수 있겠다. 이러한 면역분석법 중에 하나로 효소결합면역흡착검사(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA)는 항체의 항원에 대한 특이성과 효소의 기질선택성 및 촉매반응을 이용하여 바이러스, 병원균 등의 다양한 항원의 유무 및 정량화를 실현하는데 사용되는 면역분석법의 일종이다. 분석하고자 하는 항원을 탐지하기 위해서 효소결합면역흡착검사에서는 효소가 표지된 항체(enzyme conjugated antibody)를 이용한다. 1960년대부터 면역검사를 위해 이용되어 온 방사성 표지(radioactive label)와 비교하여 효소표지(enzyme label)는 효소자체가 가지는 기질선택성과 그 촉매반응으로 인한 높은 효율성을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 유해성 측면에서 안전성도 뛰어나다고 할 수 있다. 이와 같은 장점을 바탕으로 하여, 방사성면역측정법(radioimmunoassay, RIA)을 대체할 수 있는 효소결합면역흡착검사 시스템을 1971년에 Perrlmann과 Schuurs의 두 그룹이 독립적으로 발표하였으며, 이들의 결과를 바탕으로 1976년 Oraganon Teknika사에서 B형간염표면항원(hepatitis B surface antigen, HBsAg)을 탐지할 수 있는 효소결합면역흡착검사 시스템을 세계 최초로 상업적으로 제품화하는데 성공했다(Haas, H. and Hotz, G., J. Virol. Methods, 2, 1980). 현재까지도 효소결합면역흡착검사는 진단 키트 분야에서 가장 널리 이용되고 있는 보편적인 기술 중의 하나이다.
Immunoassay is a generic term for biomolecular detection techniques. Generally, it is a technique to tell whether DNA, protein, or microorganisms such as bacteria exist by using specific binding such as DNA hybridization and antibody-antigen binding. Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA) is one of these immunoassays that enables the detection and quantification of various antigens such as viruses and pathogens by using the specificity of the antibody against the antigen, the substrate selectivity of the enzyme and the catalytic reaction. It is a kind of immunoassay used for To detect the antigen to be analyzed, an enzyme-conjugated antibody is used in the enzyme-linked immunosorbent assay. Compared with radioactive labels that have been used for immunoassays since the 1960s, enzyme labels can be expected to have high efficiency due to the substrate selectivity of the enzyme itself and its catalytic reaction, Safety is also excellent. Based on these advantages, an enzyme-linked immunosorbent assay system, which can replace radioimmunoassay (RIA), was independently published by Perrlmann and Schuurs in 1971. Based on these results, Oraganon Teknika has succeeded in commercializing the world's first commercially available enzyme-linked immunosorbent assay system capable of detecting hepatitis B surface antigen (HBsAg) (Haas, H. and Hotz, G., J Virol., Methods, 2, 1980). To date, enzyme-linked immunosorbent assay is one of the most widely used technologies in diagnostic kits.

종래의 효소결합면역흡착검사의 경우, 효소표지항체가 탐지한 항원의 양을 효소반응의 신호로 나타내는 메커니즘을 기반으로 하고 있다. 하지만 기존의 효소결합면역흡착검사에서는 항체 하나에 하나의 효소가 결합됨으로써 감도를 향상시키는 데 제한이 있을 수밖에 없었다. 이러한 점은 극미량의 탐지가 요구되는 일부 항원의 경우, 몸에 해로울 정도로 많은지 적은지를 판단하는데 오류가 많았기 때문에 면역검사를 진행하는데 어려움이 있었다. 또한 부수적으로 효소 활성의 불안정성으로 인해 항체를 통하여 정확하게 항원을 검출했음에도 불구하고 주변 환경에 따라 항체에 결합된 효소를 통한 일관된 신호를 얻기가 어려웠다. 따라서 검출 신호의 일관된 결과 도출과 향상된 신호 검출을 위하여 고안정성, 고감도의 면역분석법이 절실하게 요구되었다.
In the case of the conventional enzyme-linked immunosorbent assay, the enzyme-labeled antibody is based on a mechanism that indicates the amount of the antigen detected as an enzyme reaction signal. However, in the conventional enzyme-linked immunosorbent assay, there is a limitation in improving the sensitivity by binding one enzyme to one antibody. This is because some antigens requiring detection of trace amounts were difficult to judge whether they were harmful to the body or not. In addition, due to the instability of enzyme activity incidentally, it was difficult to obtain a consistent signal through the enzyme bound to the antibody depending on the surrounding environment even though the antigen was detected accurately through the antibody. Therefore, a high stability and high sensitivity immunoassay method are required for the consistent detection of the detection signal and the improved signal detection.

이와 관련되어 다양한 연구를 통해 고감도의 면역분석법을 달성하려는 노력이 제시되었다. 가장 기본적인 방법으로써 단위 항체 당 효소의 수를 늘리는 연구가 진행되었지만 효소의 양을 극대화할 경우에는 복합체의 크기가 커지면서 목적 항원이 없는 경우에서도 비특이적 결합에 의한 신호가 발생되는 문제점이 상존할 수밖에 없었다. 또한 이와 같은 복합체들의 대부분은 안정성 측면을 고려한 경우가 전무했다. 이 두 가지 문제점을 해결할 수 있는 대안이 절실하게 요구되었다. In this regard, various efforts have been made to achieve high sensitivity immunoassays. The most basic method is to increase the number of enzymes per unit antibody. However, when the amount of the enzyme is maximized, the size of the complex increases and the signal due to nonspecific binding is still present even when the target antigen is not present. Also, most of these complexes have never considered stability. There has been a desperate need for an alternative solution to these two problems.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 고정된 효소의 양을 극대화하면서도, 비특이적 결합에 의한 신호가 발생을 최소화하여 면역분석 시스템에 최적으로 활용할 수 있는 효소면역측정용 복합체, 그 제조방법 및 면역분석 시스템을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an enzyme immunoassay system which maximizes the amount of immobilized enzyme while minimizing signal generation due to nonspecific binding, An immunoassay complex, a method for producing the same, and an immunoassay system.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하는 효소면역측정용 복합체를 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a crosslinked enzyme aggregate, which is supported inside a fiber interstices of a fiber matrix containing three-dimensional network fibers and has a diameter larger than an inlet size of the pores, A fibrous matrix conjugate of an enzyme-3-dimensional network structure comprising a shell comprising crosslinked enzymes surrounding the enzyme; And an antibody conjugated to the complex.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fibers may be microfibers or nanofibers.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fiber is made of polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, Polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 쉘은 멀티레이어일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the shell may be a multilayer.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 효소는 모트립신, 트립신, 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 홀세라디쉬 페록시다아제, 소이빈 페록시다아제, 클로로 페록시다아제, 망가네이제 페록시다아제, 티로시나아제, 락카아제, 셀룰라아제, 사일라네이즈, 락타아제, 수크라아제, 오가노포스포히드로라아제, 클로리네스테라아제, 글루코스 옥시다아제, 알코올 데히드로제나아제, 글루코스 데히드로제나아제, 히드로제나아제 및 글루코스 이소머라아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme is selected from the group consisting of: mottryptine, trypsin, subtilisin, papain, lipase, Hole Serradishesperoxidase, soybean peroxidase, chloroperoxidase, It is now possible to use a combination of peroxidase, tyrosinase, lactase, cellulase, silanease, lactase, sucrase, organophosphorohydrolase, chlorinestease, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, glucose dehydrogenase And may be any one selected from the group consisting of rhegogenase, hydrozogenase and glucose isomerase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 효소는 홀세라디쉬 페록시다아제일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the enzyme may be a hole ceradylase peroxidase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계;를 포함하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법을 제공한다.According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a three-dimensional network fiber comprising the steps of: (1) adding an enzyme to a matrix comprising three-dimensional network fibers; (2) adding a precipitating agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added to the pores of the matrix; (3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by forming an enzyme aggregate by adding a cross-linking agent to form cross-linking between the enzymes; And (4) conjugating the antibody to the complex. The present invention also provides a method for producing an enzyme immunoassay complex.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the precipitating agent is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, , Potassium sulfate, potassium phosphate, and aqueous solutions thereof may be used singly or in combination.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the crosslinking agent is selected from the group consisting of a diisocyanate, a dianhydride, a diepoxide, a dialdehyde, a diimide, 1-ethyl-3-dimethylaminopropylcarbodiimide, a glutardialdehyde , Bis (imido ester), bis (succinimidyl ester), and diacid chloride.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step of removing the precipitating agent and the crosslinking agent may be further included between steps (3) and (4).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계는 효소가 매트릭스 표면에 흡착되거나 공유결합되는 것일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the step (1) may be such that the enzyme is adsorbed or covalently bonded to the matrix surface.

본 발명의 효소면역측정용 복합체는 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.The complex for enzyme immunoassay of the present invention can accumulate a large amount of enzyme as compared with other complexes of the prior art. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer improves the stability of the enzyme because it can effectively protect the enzyme from external impacts.

또한 효소면역측정용 복합체를 합성하는 과정에서 나노섬유 기반 폴리머의 합성 및 효소 고정화 과정에서의 조건을 변화시켜서 다양한 크기의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공한다. 이는 복합체의 물성에 따라 기판과의 비특이적 결합이 야기되는 면역검출 과정에서 제조되는 크기가 고정될 수밖에 없는 다른 복합체에 비해 비특이적 결합을 최소화시키면서 신호를 증폭시킬 수 있는 보편성을 제공한다.In addition, in the process of synthesizing enzyme immunoassay complexes, a variety of enzyme-3-dimensional network structure fibrous matrix complexes of various sizes are provided by changing nanofiber-based polymer synthesis and enzyme immobilization conditions. This provides universality in which signals can be amplified while minimizing non-specific binding as compared to other complexes that are produced in the immunodetection process, which causes non-specific binding with the substrate depending on the physical properties of the complex.

따라서, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 면역검출 분야에 사용하는 경우, 종래의 단일효소를 이용하는 경우보다 신호를 향상시킬 수 있으며, 다양한 크기의 복합체를 합성함으로써 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. 또한 다양한 플랫폼을 통하여 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. Therefore, when the complex for enzyme immunoassay of the present invention is used in the field of immunodetection, the signal can be improved as compared with the case of using a conventional single enzyme. By synthesizing complexes of various sizes, nonspecific binding can be minimized, And can provide optimized results. In addition, various platforms can provide optimized results that minimize non-specific coupling and improve signal quality.

도 1은 종래의 단일효소를 이용한 ELISA 방법과 본 발명을 통한 ELISA 방법의 차이점을 나타낸 모식도이다.
도 2a는 아닐린의 첨가량에 따라 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유를 합성한 것을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유에 합성된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 활성을 나타낸 그래프 이다.
도 3a는 위와 같이 합성된 3차원 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소 활성을 비교한 그래프이고, 도 3b는 효소 활성의 안정성을 확인한 그래프이다.
도 4a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 특정 농도에서 목적항원인 hIgG 검출에 따른 신호의 상승효과를 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 4b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이다.
도 5a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 목적항원인 hIgG의 농도에 따른 신호를 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 5b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이다.
도 6a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC와 EAPC를 이용하여 면역반응에서의 선택적 결합능력을 well plate 기반의 면역측정 방법으로 확인한 결과이고, 도 6b는 자성나노입자 기반의 면역측정 방법으로 선택적 결합능력을 확인한 결과이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 섬유 매트릭스에 효소를 고정화시키는 공정을 나타내는 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing the difference between a conventional ELISA using a single enzyme and an ELISA using the present invention.
FIG. 2A is a graph showing synthesis of polyaniline nanofibers of various sizes according to the addition amount of aniline, and FIG. 2B is a graph showing the activity of a fibrous matrix complex of an antibody-enzyme-3-dimensional network structure synthesized on polyaniline nanofibers of various sizes Graph.
FIG. 3A is a graph comparing enzyme activities of a fibrous matrix complex having a three-dimensional enzyme-3-dimensional network structure synthesized as described above, and FIG. 3B is a graph showing stability of enzyme activity.
FIG. 4A shows the result of ascertaining the synergistic effect of the signal due to the hIgG detection as a target at a specific concentration using a well plate-based immunoassay method using EAC and EAPC as a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure, This is the result of confirming the immunoassay method based on nanoparticles.
FIG. 5A shows a result of a well plate-based immunoassay for a signal depending on the concentration of a target hIgG using EAC and EAPC as a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure. FIG. It is the result confirmed by measurement method.
FIG. 6A shows the result of confirming the selective binding ability in the immune response using a well plate-based immunoassay method using EAC and EAPC as a fibrous matrix complex of an enzyme-3-dimensional network structure, and FIG. 6B shows the results of immunoassay The results showed that the selective binding ability was confirmed by the method.
7 is a perspective view and a cross-sectional view of a polyaniline nanofiber matrix composite of an enzyme-3-dimensional network structure according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram showing a process for immobilizing an enzyme in a fiber matrix.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상술한 바와 같이 종래의 효소결합면역흡착검사의 경우 항체에 결합된 효소의 양에 한계가 있어 기질과 반응한 후에도 나타나는 신호가 미약했기 때문에 저농도의 항원을 측정하기 어려웠으며, 효소의 불안정성으로 인해 측정한 신호의 신뢰도가 떨어질 수밖에 없었다. 또한 다양한 연구를 통해 단위 항체 당 효소의 수를 늘리는 연구가 진행되었음에도 불구하고 그 크기가 커지면서 목적 항원이 없는 경우에서도 비특이적 결합에 의한 신호가 발생되는 문제점이 상존할 수밖에 없었다.
As described above, in the case of the conventional enzyme-linked immunosorbent assay, since the amount of the enzyme bound to the antibody is limited and the signal that appears even after reacting with the substrate is weak, it is difficult to measure the low concentration of the antigen. The reliability of one signal was inevitable. In addition, although various studies have been carried out to increase the number of enzymes per unit antibody, there has been a problem in that the signal is generated due to nonspecific binding even in the absence of the target antigen due to the increase in the size thereof.

이에, 본 발명에서는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하는 효소면역측정용 복합체를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.
Accordingly, in the present invention, a crosslinked enzyme aggregate, which is supported in interspaces between fibers of a fiber matrix containing a three-dimensional network fiber and whose diameter is larger than an inlet size of the pores, and a cross-linked enzyme A fibrous matrix conjugate of an enzyme-3-dimensional network structure comprising a shell comprising; And an antibody conjugated to the complex. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. This allows a large amount of enzyme to be accumulated compared to other complexes of the prior art. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer improves the stability of the enzyme because it can effectively protect the enzyme from external impacts.

먼저, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 설명한다. 본 발명의 효소면역측정용 복합체는 (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
First, the complex for enzyme immunoassay of the present invention will be described. The enzyme immunoassay complex of the present invention comprises (1) adding an enzyme to a matrix comprising a three-dimensional network fiber; (2) adding a precipitating agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added to the pores of the matrix; (3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by forming an enzyme aggregate by adding a cross-linking agent to form cross-linking between the enzymes; And (4) conjugating the antibody to the complex.

먼저 (1) 단계로서 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 효소를 흡착 및/또는 공유결합시킨다. 3차원 네트워크 섬유의 표면이 효소와 공유결합할 수 있는 작용기를 포함하고 있다면(이를 위해 개질되어 있다면) 효소와 섬유간에 공유결합이 발생하고 이를 포함하지 않는다면 흡착된다. First, as step (1), the enzyme is adsorbed and / or covalently bonded to the porous matrix containing the three-dimensional network fibers. If the surface of the three-dimensional network fiber contains a functional group capable of covalently binding to the enzyme (if it has been modified for this purpose), covalent bonding occurs between the enzyme and the fiber and is adsorbed if it does not.

본 발명에 사용되는 파이버는 방사 시 3차원 네트워크가 형성되어 섬유와 섬유사이에 공극이 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있으며 섬유의 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 비용 및 효율을 고려하여 폴리아닐린 나노섬유를 사용하는 것이 유리하나 이에 제한되지 않는다. The fiber used in the present invention can be used without limitations as long as a three-dimensional network is formed during spinning so that voids can be formed between the fibers and the fibers. The fibers can be used in various forms such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, Poly (styrene-co-maleic anhydride), polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly , And more preferably polyaniline nanofibers may be used in consideration of cost and efficiency, but the present invention is not limited thereto.

섬유를 제조하기 위한 방사의 종류 역시 섬유와 섬유간에 3차원 네트워크 구조를 갖는 것이면 통상의 중합 및/또는 방사공정을 활용할 수 있고, 전기방사, 용융방사 등을 모두 사용할 수 있다. 섬유의 직경 역시 나노섬유, 마이크로 섬유에 모두 적용될 수 있으나, 후술하는 효소집합체의 크기와 섬유와 섬유사이에 형성되는 공극의 크기를 고려할 때 나노섬유를 사용하는 것이 보다 유리할 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브의 경우 이를 섬유로 제직한다 하더라도 3차원 네트워크를 형성할 수 없으므로 본 발명의 범위에 속하지 않는다.The kind of spinning for producing the fiber can also utilize a conventional polymerization and / or spinning process if it has a three-dimensional network structure between the fiber and the fiber, and both electrospinning and melt spinning can be used. The diameter of the fibers can also be applied to both nanofibers and microfibers, but it may be more advantageous to use nanofibers in view of the size of the enzyme aggregates described below and the size of pores formed between the fibers. However, carbon nanotubes do not fall within the scope of the present invention because they can not form a three-dimensional network even if they are woven with fibers.

본 발명의 일구현예에 따른 다공성 매트릭스는 3차원 네트워크 섬유를 일부 또는 전부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 때 다공성은 3차원 네트워크를 형성하는 섬유와 섬유간의 공간(공극)을 의미한다.The porous matrix according to one embodiment of the present invention may include a part or all of the three-dimensional network fibers, and the porosity refers to a space (gap) between the fibers and the fibers forming the three-dimensional network.

본 발명의 섬유는 3차원상의 네트워크를 형성하며 이를 통해 파이버 매트릭스 구조를 가질 수 있게 되며, 상기 매트릭스 구조는 섬유가 복잡하게 얽힌 무정형의 구조일 수 있다. The fibers of the present invention form a network of three-dimensional networks through which a fiber matrix structure can be made, and the matrix structure can be an amorphous structure in which the fibers are intricately intertwined.

본 발명에 포함되는 효소는 통상적으로 효소면역측정 시 사용될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 모트립신, 트립신, 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 홀세라디쉬 페록시다아제, 소이빈 페록시다아제, 클로로 페록시다아제, 망가네이제 페록시다아제, 티로시나아제, 락카아제, 셀룰라아제, 사일라네이즈, 락타아제, 수크라아제, 오가노포스포히드로라아제, 클로리네스테라아제, 글루코스 옥시다아제, 알코올 데히드로제나아제, 글루코스 데히드로제나아제, 히드로제나아제 및 글루코스 이소머라아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 한편, 보다 바람직하게는 홀세라디쉬 페록시다아제의 활성이 매우 우수하다.The enzyme included in the present invention can be used without limitation as long as it can be usually used in enzyme immunoassay and is preferably selected from the group consisting of motryptine, trypsin, subtilisin, papain, lipase, But are not limited to, cholinesterase, chymotrypsin, loxidase, chloroperoxidase, manganese peroxidase, tyrosinase, lactase, cellulase, silanease, lactase, sucrase, organophosphorohydrolase, May be any one selected from the group consisting of glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, glucose dehydrogenase, hydrozogenase and glucose isomerase. On the other hand, more preferably, the activity of the hole ceradylase peroxidase is very excellent.

한편, 본 발명의 파이버 매트릭스는 그 표면에 상기 효소와 공유결합될 수 있는 어떠한 작용기(예 : 아미노기)를 실질적으로 포함하거나 포함하고 있지 않은 섬유에도 적용될 수 있으므로, 파이버의 표면과 효소간에 공유결합으로 결합되거나 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에 흡착하게 될 수 있다. 따라서, 단순히 효소가 매트릭스의 표면에 흡착된 상태에서 수세 등의 외부충격이 가해지는 경우 흡착된 효소 중 대부분이 매트릭스에서 떨어져나가게 되므로 결과적으로 효소의 고정률이 현저하게 감소하게 되는 것이다.
On the other hand, since the fiber matrix of the present invention can be applied to a fiber substantially containing or not containing any functional group (e.g., amino group) that can be covalently bonded to the surface of the fiber matrix, (Space) formed between the surface of the fiber or the fiber and the fiber. Therefore, when an external shock such as washing with water is simply applied to the surface of the matrix, most of the adsorbed enzyme is separated from the matrix, resulting in a marked decrease in the fixing rate of the enzyme.

다음 (2) 단계로서 상기 매트릭스의 공극내부에 흡착 및/또는 공유결합된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가(enzyme precipiatation)한다. 흡착된 효소는 그 크기가 매우 작으므로 육안으로 거의 관찰되지 않는다. 이에 상기 흡착된 효소를 석출시키기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 경우 흡착된 효소들이 서로 뭉치게 되어 그 크기가 커지게 되어 결국 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에서 석출하게 된다. 이를 통해 직경이 섬유간 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체를 형성할 수 있는 것이며, 만일 석출화제를 첨가하지 않는 경우 집적체의 크기가 공극입구의 크기보다 작게되어 이후 집적체가 쉽게 섬유간 공극 사이를 이탈하게 된다.In step (2), the matrix is subjected to enzyme precipitation in order to prevent the outflow of adsorbed and / or covalently bound enzymes in the pores of the matrix. The adsorbed enzyme is so small that it is hardly visible to the naked eye. When the precipitating agent is added to the matrix to precipitate the adsorbed enzyme, the adsorbed enzymes are aggregated with each other and become large in size. Eventually, the adsorbed enzyme is precipitated between pores (spaces) . This results in the formation of a crosslinked enzyme aggregate with a diameter greater than the inlet size of interstitial pores. If the precipitant is not added, the size of the aggregate will be smaller than the size of the pore opening, Thereby leaving the space between the pores.

이 때 사용될 수 있는 석출화제는 효소의 활성에 거의 영향을 미치지 않으면서 효소를 석출시킬 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
The precipitating agent that can be used at this time can be used without limitation as long as it can precipitate the enzyme with little effect on the activity of the enzyme. Preferably, the precipitating agent is selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, But are not limited to, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof.

다음, (3) 단계로서 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성한다. 구체적으로 섬유와 섬유사이에 형성된 공극(공간)의 크기에 비하여 석출된 효소의 크기가 상대적으로 작으므로 수세 등의 외부충격에 의하여 석출된 효소가 공극의 외부로 유출될 수 있다. 그러나, 가교결합제를 첨가하여 석출된 효소와 효소간에 가교결합을 형성하는 경우 가교결합된 효소들이 집합체를 형성하게 되고 상기 형성된 효소 집합체는 공극 내부를 거의 채우게 된다. 그 결과 공극의 입구보다 형성된 효소 집합체의 크기가 더 커지게 되므로 가교결합된 효소집합체는 수세 등의 외부충격에 의해서도 쉽게 공극의 외부로 유출되지 않게 된다. 그 결과 시간이 경과하여도 상기 공극 내부에 효소 집합체가 위치하게 되므로 섬유과 효소간의 공유결합과 같은 직접적인 결합관계가 형성되지 않는다 하더라도 효소 집합체가 섬유 매트릭스 내부에 장기간 구비될 수 있는 것이다. 또한 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스간에 형성된 복합체는 종래의 복합체에 비하여 고정된 효소의 양이 월등하게 많기 때문에 이를 바이오 센서 또는 바이오 연료전지 등에 활용하는 경우에도 그 성능이 종래의 복합체를 사용하는 경우에 비하여 현저하게 개선될 수 있는 것이다. Next, in step (3), a cross-linking agent is added to form an enzyme aggregate to form a cross-link between the enzymes. Specifically, since the size of the precipitated enzyme is relatively smaller than the size of the pores (spaces) formed between the fibers and the fibers, the enzyme precipitated by external impact such as washing with water can be leaked to the outside of the pores. However, when a cross-linking agent is added to form a cross-link between the enzyme and the precipitated enzyme, the cross-linked enzyme forms an aggregate, and the formed enzyme aggregate almost fills the inside of the gap. As a result, the size of the enzyme aggregate formed becomes larger than the size of the inlet of the pore, so that the cross-linked enzyme aggregate is not easily leaked to the outside of the pore even by an external impact such as flushing. As a result, since the enzyme aggregate is located within the pore even after a lapse of time, the enzyme aggregate can be provided in the fiber matrix for a long period of time even if a direct binding relationship such as covalent bond between the enzyme and the fiber is not formed. In addition, since the complex formed between the enzyme-3-dimensional network fiber matrix has a much larger amount of enzyme than that of the conventional complex, the use of the enzyme in a biosensor or a biofuel cell, Can be remarkably improved.

한편, 석출화제를 처리한 후 가교결합제를 첨가하는 것이, 가교결합제만 첨가하는 경우에 비하여 그 효과가 현저하게 증진된다. 이는 효소의 흡착 후 가교결합제를 첨가하는 경우 섬유와 섬유간에 형성된 공극의 내부를 상당부분 채우지 못하게 되거나 가사 이를 채웠다 하더라도 효소들의 농도는 주위 농도와 같아지게 된다. 주위와 같은 농도의 효소가 가교결합을 하여 나노섬유안의 공극에서 공극의 입구보다 더 큰 덩어리를 이루지 못하여 수세과정에서 가교결합된 효소가 외부로 유출되는 경우가 발생할 확률이 높다. 공유결합 역시 공유결합된 효소들을 제외한 나머지 효소들은 큰 덩어리를 이루지 못하고 이후 수세될 확률이 높다.On the other hand, the effect of adding the crosslinking agent after the treatment with the precipitating agent is remarkably enhanced as compared with the case where only the crosslinking agent is added. This is because, when the cross-linking agent is added after the adsorption of the enzyme, the concentration of the enzymes becomes equal to the ambient concentration even if the inside of the pores formed between the fiber and the fiber is not sufficiently filled or the uterus is filled. The enzymes at the same concentration are cross-linked to form a larger lump than the openings of the pores in the pores in the nanofiber, so that there is a high probability that the cross-linked enzyme will leak out during washing. The covalent bond also has a high probability that the remaining enzymes other than the covalently bonded enzymes do not form large clumps and are subsequently washed.

하지만 본 발명의 경우 효소의 흡착 후 석출을 통해 효소들이 강제적으로 나노섬유 안의 공극을 더욱 조밀하게 메우게 되며 공국에 채워진 효소들은 가교결합을 통해 큰 덩어리를 이루기 때문에 병목현상 혹은 ship in a bottle 현상으로 수세과정에서 손실이 EAC 보다 덜하게 되는 것으로 예상된다.However, in the case of the present invention, the enzymes forcibly deposit the pores in the nanofiber more densely through precipitation after the adsorption of the enzyme, and the enzymes filled in the core are formed into large lumps through cross-linking, It is expected that losses will be less than EAC during the wash.

나아가, 섬유의 표면에 효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있다. Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers which have little functional groups capable of covalently bonding to the surface of the fiber, it is very difficult for the enzyme to be immobilized on the surface of the fiber. However, in the present invention, enzymes precipitated from the surface of the fiber are cross-linked to form a shell surrounding the surface of the fiber, so that even when a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the enzyme such as a hot dog, Of the enzyme can be immobilized by forming a shell.

본 발명에 사용될 수 있는 가교결합제는 효소의 활성을 저해하지 않고서 효소간에 가교결합을 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 글루타르 디알데하이드를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 공지된 가교결합제를 제한없이 사용하는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
The crosslinking agent that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it can form cross-linking between enzymes without inhibiting the activity of the enzyme, but preferably a diisocyanate, a dianhydride, a diepoxide, a dialdehyde, At least one compound selected from the group consisting of diimide, 1-ethyl-3-dimethylaminopropylcarbodiimide, glutardialdehyde, bis (imido ester), bis (succinimidyl ester) and diacid chloride It is possible to use glutaraldehyde, but it is not limited thereto, and it is obvious to a person skilled in the art to use the crosslinking agent known in the art without limitation.

한편, 상기 (3) 단계 이후 바람직하게는 상기 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 수세하여 첨가된 가교결합제 및 석출화제를 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 수세단계를 거치면서 통상의 제조방법으로 제조된 매트릭스 복합체의 경우 공극사이에 고정된 효소가 상당부분 공극 밖으로 유출되지만, 본 발명에 의해 제조된 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 공극 내부에 형성된 효소 집합체의 크기가 공극의 입구보다 크게 되므로 상기 효소 집합체는 수세공정에도 불구하고 외부로 유출되지 않고 공극의 내부에 고정될 수 있게 되는 것이다.
Preferably, after the step (3), the enzyme-3-dimensional network fiber matrix composite is washed with water to remove the added crosslinking agent and the precipitating agent. In the case of the matrix composite prepared by the conventional production method, the enzyme immobilized between the pores flows out of the pores through the washing step. However, the enzyme-3-dimensional network fiber matrix composite prepared by the present invention is formed in the pores Since the size of the enzyme aggregate is larger than the inlet of the pore, the enzyme aggregate can be fixed to the inside of the pore without spilling out to the outside despite the washing process.

다음, (4) 단계로서, 상기 효소를 포함하는 매트릭스에 항체를 컨쥬게이트시킨다. 이 때 사용하려는 항체는 타겟 항원에 맞추어 다양하게 사용할 수 있으며, 한가지 항체 또는 여러가지 항체를 혼합하여 컨쥬게이트 시키는 것 역시 가능하다.Next, in step (4), the antibody is conjugated to a matrix containing the enzyme. The antibody to be used at this time can be variously used according to the target antigen, and it is also possible to conjugate one antibody or a mixture of antibodies.

효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 제조하는 과정에서 사용되는 남아있는 가교결합제의 작용기 의하여 항체가 매트릭스에 컨쥬게이션 된다.
The antibody is conjugated to the matrix by the functionality of the remaining cross-linking agent used in the course of making the enzyme-3-dimensional network fiber matrix complex.

이를 통해 제조된 본 발명의 복합체는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및 상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체를 포함한다.The composite according to the present invention produced through this method comprises a cross-linked enzyme aggregate supported inside the fiber interstices of the fiber matrix containing the three-dimensional network fibers and having a diameter larger than the inlet size of the pores, A fibrous matrix complex of an enzyme-3-dimensional network structure comprising a shell comprising crosslinked enzymes; And an antibody conjugated to the complex.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다. 이를 살펴보면 3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스의 공극 내부에 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소집적체가 담지되어 있다. 또한, 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸고 있다. 도 7의 우하단의 EPCs 는 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸는 부분에 대한 단면도로서 섬유와 쉘을 형성하는 효소집적체 사이에는 공유결합이 실질적으로 형성되지 않으면서 마치 핫도그처럼 효소집적체를 포함하는 쉘이 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싸고 있다.7 is a perspective view and a cross-sectional view of a polyaniline nanofiber matrix composite of an enzyme-3-dimensional network structure according to a preferred embodiment of the present invention. In this case, a crosslinked enzyme aggregate having a diameter larger than the inlet size of the pores is carried inside the pores of the fiber matrix of the three-dimensional network structure. In addition, the surface of the three-dimensional network fibers is surrounded by a shell containing an enzyme aggregate. The EPCs at the bottom right of FIG. 7 are cross-sectional views of the surface of the three-dimensional network fiber wrapped by the shell including the enzyme aggregate, wherein covalent bonds are not substantially formed between the fibers and the enzyme aggregate forming the shell, Like a hot dog, a shell containing an enzyme aggregate surrounds the surface of the three-dimensional network fibers.

결국, 본 발명의 효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되지 않을 정도로 상기 공극의 내부에 형성된 효소 복합체의 크기가 충분히 크게 되므로 종래의 효소 복합체에 비하여 현저하게 많은 양의 효소가 매트릭스에 고정되어 복합체를 형성할 수 있게 된다. 다시 말해 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되는 통로인 공극의 입구의 크기보다 공극 내부에 형성된 효소 복합체의 크기가 더 크게 되어 결국 수세 등의 외부 자극이 있는 경우에도 효소 복합체가 상기 공극의 내부에 구비될 수 있게 되며, 이는 효소와 매트릭스간에 직접적인 결합관계가 형성되지 않고서도 상기 복합체가 장기간 유지될 수 있게 되는 것이다.As a result, the enzyme-3-dimensional network fibrous matrix composite of the present invention has a sufficiently large size of the enzyme complex formed inside the pores to the extent that the pores formed between the fibers and the fibers do not flow out to the outside, Positive enzymes can be immobilized on the matrix to form complexes. In other words, the size of the enzyme complex formed inside the cavity is larger than the size of the inlet of the cavity, which is the passage through which the air flows out from the cavity formed between the fiber and the fiber, so that even when there is external stimulation such as flushing, , Which allows the complex to be maintained for a long period of time without forming a direct binding relationship between the enzyme and the matrix.

나아가, 섬유의 표면에 효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있으며 이러한 쉘은 멀티레이어를 형성할 수 있다.Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers which have little functional groups capable of covalently bonding to the surface of the fiber, it is very difficult for the enzyme to be immobilized on the surface of the fiber. However, in the present invention, enzymes precipitated from the surface of the fiber are cross-linked to form a shell surrounding the surface of the fiber, so that even when a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the enzyme such as a hot dog, Of the enzyme can form a shell and be immobilized, and such a shell can form a multilayer.

도 1은 본 발명의 복합체를 이용한 ELISA 방법을 나타내는 모식도로서, 종래의 단일효소의 사용에 비하여 현저하게 향상된 효과를 가질 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram showing an ELISA method using the complex of the present invention, which can have a remarkably improved effect as compared with the use of a conventional single enzyme.

따라서, 본 발명의 효소면역측정용 복합체는 종래의 다른 복합체에 비해서 다량의 효소를 집적시킬 수 있다. 또한 나노섬유 기반 폴리머의 3차원 네트워크 구조는 외부 충격으로부터 효소를 효과적으로 보호할 수 있기 때문에 효소의 안정성이 향상된다.Therefore, the enzyme immunoassay complex of the present invention can accumulate a large amount of enzyme as compared with other conventional complexes. In addition, the three-dimensional network structure of the nanofiber-based polymer improves the stability of the enzyme because it can effectively protect the enzyme from external impacts.

또한 효소면역측정용 복합체를 합성하는 과정에서 나노섬유 기반 폴리머의 합성 및 효소 고정화 과정에서의 조건을 변화시켜서 다양한 크기의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공한다. 이는 복합체의 물성에 따라 기판과의 비특이적 결합이 야기되는 면역검출 과정에서 제조되는 크기가 고정될 수밖에 없는 다른 복합체에 비해 비특이적 결합을 최소화시키면서 신호를 증폭시킬 수 있는 보편성을 제공한다.In addition, in the process of synthesizing enzyme immunoassay complexes, a variety of enzyme-3-dimensional network structure fibrous matrix complexes of various sizes are provided by changing nanofiber-based polymer synthesis and enzyme immobilization conditions. This provides universality in which signals can be amplified while minimizing non-specific binding as compared to other complexes that are produced in the immunodetection process, which causes non-specific binding with the substrate depending on the physical properties of the complex.

그러므로, 본 발명의 효소면역측정용 복합체를 면역검출 분야에 사용하는 경우, 종래의 단일효소를 이용하는 경우보다 신호를 향상시킬 수 있으며, 다양한 크기의 복합체를 합성함으로써 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다. 또한 다양한 플랫폼을 통하여 비특이적 결합을 최소화시키고 신호를 향상시키는 최적화된 결과를 제공할 수 있다.
Therefore, when the complex for enzyme immunoassay of the present invention is used in the field of immunodetection, the signal can be improved as compared with the case of using a conventional single enzyme. By synthesizing complexes of various sizes, nonspecific binding can be minimized, And can provide optimized results. In addition, various platforms can provide optimized results that minimize non-specific coupling and improve signal quality.

<제조예 1> 3차원 폴리머 나노섬유의 합성 및 조건에 따른 크기 변화&Lt; Preparation Example 1 > Synthesis of 3-dimensional polymer nanofiber and size change according to conditions

구체적으로 효소고정화를 위해 폴리아닐린 기반의 3차원 폴리머 나노섬유는 산화제인 과산화황산암모늄(ammonium persulfate)를 개시제로 하여 산화 중합을 통해 제조하였다. 이때 과산화황산암모늄의 양과 초기 아닐린의 농도에 따라 폴리아닐린의 성장이 조절될 수 있으며, 과산화황산암모늄의 양을 고정한 상태에서 초기 아닐린 농도를 도 2와 같이 준비할 경우, 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유가 합성될 수 있다. 준비한 과산화황산암모늄 용액 10 ml을 HCl용액에 잘 녹인 아닐린 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 이 이후에 잘 섞인 혼합용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm의 속도로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후에 산성의 용액을 중성화시키기 위해 증류수로 용액을 씻어주는 과정을 여러 번 반복하여 pH를 중성까지 높이고, 이 이후에 4℃ 에 보관하였다.
Specifically, for the enzyme immobilization, the polyaniline-based three-dimensional polymer nanofibers were prepared by oxidative polymerization using ammonium persulfate, an oxidizing agent, as an initiator. At this time, the growth of polyaniline can be controlled according to the amount of ammonium peroxodisulfate and the initial aniline concentration. When the initial aniline concentration is set as shown in FIG. 2 while the amount of ammonium peroxodisulfate is fixed, various sizes of polyaniline nanofibers . 10 ml of the prepared ammonium peroxodisulfate solution was added to 10 ml of aniline dissolved in HCl solution and mixed well. After that, the mixed solution was stirred at a rate of 200 rpm at room temperature for 24 hours. After the polymerization was completed, the solution was washed several times with distilled water to neutralize the acidic solution to raise the pH to neutrality and then stored at 4 ° C.

이와 같은 과정을 통해 합성된 3차원 폴리머 나노섬유의 크기를 확인하기 위해 동적광산란법(Dynamic light scattering)을 이용하였다. 이를 통해 확인한 결과 초기 아닐린의 농도가 가장 낮을 때(0.5 중량%) 합성되는 3차원 폴리머 나노섬유의 크기는 700 nm까지 커지며, 초기 아닐린의 농도가 높아질수록 그 크기는 지속적으로 작아져서, 초기 아닐린의 농도가 7.5 중량%인 경우 폴리머 나노섬유의 크기는 160 nm까지 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 초기 아닐린의 농도가 10 중량%를 넘어서면서 부터는 응고되는 현상이 발생하였다. 이러한 결과는 간단한 조건을 변화시키면서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 크기를 조절함으로써 그 용도에 따라 선택적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제공할 수 있음을 뜻한다. 본 발명의 용도로써 효소결합면역흡착검사를 진행하기 위해 이와 같은 결과 중에 그 크기가 가장 작은 조건인 초기 아닐린의 농도 7.5 중량%를 사용하였다.
Dynamic light scattering was used to confirm the size of the synthesized polymer nanofibers. As a result, the size of the three-dimensional polymer nanofibers synthesized when the initial aniline concentration was lowest (0.5 wt%) was increased to 700 nm, and as the initial aniline concentration was increased, the size gradually decreased. When the concentration is 7.5 wt%, the size of the polymer nanofiber is reduced to 160 nm. Further, when the initial aniline concentration exceeded 10% by weight, a phenomenon of solidification occurred. This result implies that by adjusting the size of the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure while changing simple conditions, it is possible to selectively provide the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure according to its use. In order to carry out the enzyme-linked immunosorbent assay for the purpose of the present invention, the initial aniline concentration of 7.5 wt%, which is the smallest size among these results, was used.

<제조예 2> 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스의 제조PREPARATION EXAMPLE 2 Preparation of a polyaniline nanofiber matrix having a three-dimensional network structure

구체적으로 효소고정화를 위해 폴리아닐린 기반의 3차원 폴리머 나노섬유는 산화제인 과산화황산암모늄(ammonium persulfate)을 개시제로 하여 1 M HCl 용액에 0.1 M이 되도록 녹여 준비하고 아닐린 용액과 1 M 염산을 각각 3:17의 비율로 넣고 잘 섞어 준다. 준비한 과산화황상암모늄 용액 10 ml을 아닐린과 HCl이 섞인 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 이 이후에 잘 섞인 용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm의 속도로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후에 산성의 용액을 중성화시키기 위해 증류수로 용액을 씻어주는 과정을 여러 번 반복하여 pH를 중성까지 높이고, 이 이후에 4℃ 에 보관하였다. 이렇게 합성된 폴리아닐린 나노섬유는 서로서로 산호처럼 복잡하게 연결되어 3차원 네트워크 구조를 형성하고 아닐린의 농도에 따라 나노섬유의 바깥가지 부분의 공극뿐만 아니라 안쪽에서 많은 공극을 가지고 있다.
Specifically, for the enzyme immobilization, the polyaniline-based three-dimensional polymer nanofibers were prepared by dissolving ammonium persulfate, an oxidizing agent, as an initiator in a 1 M HCl solution to a concentration of 0.1 M, 17, and mix well. 10 ml of the prepared ammonium peroxodisulfate solution was added to a 10 ml solution containing aniline and HCl mixed well. After this, the well-mixed solution was stirred at room temperature for 24 hours at a speed of 200 rpm. After the polymerization was completed, the solution was washed several times with distilled water to neutralize the acidic solution to raise the pH to neutrality and then stored at 4 ° C. The synthesized polyaniline nanofibers are connected to each other like a coral complex to form a three-dimensional network structure and have many voids in the inside as well as the pores of the outer branch portions of the nanofibers according to the concentration of aniline.

<비교예 1> EA에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조 COMPARATIVE EXAMPLE 1 Production of a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure according to EA

도 8의 석출화제를 넣는 경우와 비교하기 위해 EA(enzyme adsorption)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 1ml 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하여 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EA를 제조하였다. 제조된 EA 용액을 PB 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거하였다.
A polyaniline nanofiber matrix composite having an enzyme-3-dimensional network structure was prepared according to EA (enzyme adsorption) in order to compare with the case of containing the precipitating agent of FIG. Specifically, the solution was mixed with 1 ml of a 10 mg / ml solution of HRP (Horseradish peroxidase) in the polyaniline nanofiber solution (initial aniline concentration: 7.5% by weight) prepared in Preparation Example 2 and stirred at 150 rpm for 1 hour so that the adsorption could proceed well. EA was fabricated as a fiber matrix composite with a three - dimensional network structure. The prepared EA solution was centrifuged and washed with PB buffer to remove residual enzymes.

<비교예 2> EAC에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조<Comparative Example 2> Fabrication of a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure according to EAC

도 8의 석출화제를 넣는 경우와 비교하기 위해 EAC(enzyme adsorption and crosslinking)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 1ml 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하였다. 그 뒤 가교결합제로써 글루타르 디알데하이드의 농도가 0.5%가 되도록 추가한 뒤에 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4℃의 냉장고에서 1시간동안 반응시켜 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAC를 제조하였다. 제조된 EAC 용액을 PB 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거하였다.
A polyaniline nanofiber matrix composite having an enzyme-3-dimensional network structure was prepared according to EAC (enzyme adsorption and crosslinking) for comparison with the case of containing the precipitating agent of FIG. Specifically, the solution was mixed with 1 ml of a 10 mg / ml solution of HRP (Horseradish peroxidase) in the polyaniline nanofiber solution prepared in Preparation Example 2 (initial aniline concentration: 7.5% by weight), and stirred at 150 rpm for 1 hour so that adsorption could proceed well. After the addition of glutaric dialdehyde as a crosslinking agent to a concentration of 0.5%, EAC was prepared as a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure by reacting in a refrigerator at 4 ° C for 1 hour for sufficient reaction of the crosslinking agent Respectively. The prepared EAC solution was centrifuged and washed using PB buffer to remove residual enzymes.

<실시예 1> EAPC에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 제조 Example 1: Fabrication of a fibrous matrix complex of an enzyme-3-dimensional network structure according to EAPC

도 8의 EAPC(enzyme adsorption and crosslinking)에 따라 효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체를 제조하였다. 구체적으로 상기 제조예 2(초기 아닐린 농도 7.5 중량%)에서 제조된 폴리아닐린 나노섬유 용액에 10mg/ml의 HRP(Horseradish peroxidase) 및 GOx(Glucose oxidase) 1 ml 부피의 용액과 혼합한 후 흡착이 잘되도록 1시간 동안 150 rpm에서 교반하였다. 그 뒤에 석출화제로써 암모늄 설페이트(ammonium sulfate)의 농도가 50%(w/v)가 되도록 추가한 뒤에 효소의 석출이 충분하게 진행되도록 상온 조건에서 30분 동안 200 rpm으로 교반하였다. 그 뒤에 석출된 효소를 가교결합하기 위해서, 가교결합제로써 글루타르 디알데하이드의 농도가 0.5중량%가 되도록 추가한 뒤에 가교결합제의 충분한 반응을 위하여 4℃의 냉장고에서 1시간동안 반응시켜 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC를 제조하였다. 제조된 EAPC 용액을 PB 버퍼를 이용해 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 효소들을 제거였한다.
A polyaniline nanofiber matrix composite having an enzyme-3-dimensional network structure was prepared according to EAPC (enzyme adsorption and crosslinking) of FIG. Specifically, a solution of 10 mg / ml of HRP (Horseradish peroxidase) and 1 ml of GOx (glucose oxidase) was mixed with the polyaniline nanofiber solution prepared in Preparation Example 2 (initial aniline concentration: 7.5% by weight) Stir at 150 rpm for 1 hour. After that, the concentration of ammonium sulfate was adjusted to 50% (w / v) as a precipitating agent, and the mixture was stirred at 200 rpm for 30 minutes at room temperature to sufficiently precipitate the enzyme. After that, in order to cross-link the precipitated enzyme, the glutaraldehyde concentration was added as a crosslinking agent so that the concentration of glutaraldehyde was 0.5 wt%, followed by reaction in a refrigerator at 4 ° C for 1 hour for sufficient reaction of the crosslinking agent, EAPC was fabricated as a fiber matrix composite of network structure. The prepared EAPC solution was centrifuged and washed with PB buffer to remove residual enzymes.

<실시예 2> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 항체 고정화Example 2 Antibody Immobilization of a Fabric Matrix Complex of an Enzyme-3-Dimensional Network Structure

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조된 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 효소결합면역흡착검사에 이용하기 위해 모델단백질으로써 hIgG 항체 용액을 혼합하고 2시간 동안 200 rpm에서 교반하였다. 이 때 항체는 효소 주변에 잔류하는 가교결합제에 의해 활성된 기능기와 반응하여, 보다 더 효율적인 반응을 위하여 항체 용액과 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액의 농도는 질량비로 1:1를 기준으로 하였다. 제조된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 트리스 버퍼를 이용해 남아있는 기능기를 비활성화시키고, 일반적으로 사용하는 PBS 버퍼를 이용하여 원심분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 항체들을 제거하였다.
In order to use the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 for enzyme-linked immunosorbent assay, the hIgG antibody solution was mixed as a model protein and stirred at 200 rpm for 2 hours . In this case, the antibody reacts with the functional group activated by the crosslinking agent remaining around the enzyme, so that the concentration of the solution of the antibody solution and the fiber matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure is 1: 1 by mass ratio Respectively. The prepared antibody-enzyme-3-dimensional network structure of the fibrous matrix complex solution was deactivated using Tris buffer, and centrifugation and washing were repeated using a commonly used PBS buffer to remove the remaining functional groups Antibodies were removed.

<실시예 3> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소활성 및 안정성 측정Example 3 Enzyme activity and stability measurement of a fibrous matrix complex of enzyme-3-dimensional network structure

상기 비교예 1 및 실시예 1을 통해 제조된 각각의 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 효소 활성을 UV/Vis 분광계를 이용하여 측정하였다. 구체적으로 우선 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 농도를 폴리아닐린 나노섬유의 양을 기준으로 10 μg/ml의 농도로 준비하였다. HRP의 효소 반응성을 알아보기 위해 기질로써 TMB(3,3,5,5-Tetramethylbenzidine)를 이용하였으며, 이를 용해하기 위한 유기용매로써 DMSO(Dimethyl sulfoxide)를 사용하였다. 우선 TMB를 고농도로 DMSO에 녹인 후에 인산염 완충용액(PB 버퍼)로 희석하였다. 이는 효소가 반응하는데 유기용매 상에서보다는 일반 PB 버퍼 상에서 더 안정적이기 때문이다. 이 이후에 5:95의 비율로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액과 TMB 반응 용액을 섞은 후에 분광계를 통해 흡광도를 실시간으로 측정하고 이 데이터를 통해 효소의 활성을 측정하였다.
The enzymatic activity of each of the enzyme-3-dimensional network structure fiber matrix complexes prepared in Comparative Example 1 and Example 1 was measured using a UV / Vis spectrometer. Specifically, the concentration of the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure was first prepared at a concentration of 10 μg / ml based on the amount of the polyaniline nanofibers. To investigate the enzymatic reactivity of HRP, TMB (3,3,5,5-Tetramethylbenzidine) was used as a substrate and DMSO (dimethyl sulfoxide) was used as an organic solvent for dissolving it. First, TMB was dissolved in DMSO at a high concentration and then diluted with phosphate buffer (PB buffer). This is because the enzyme is more stable on the general PB buffer than on the organic solvent in the reaction. After this, at 5:95 ratio, the fiber matrix complex solution of the enzyme-3-dimensional network structure was mixed with the TMB reaction solution, and the absorbance was measured in real time through the spectrometer and the activity of the enzyme was measured through this data.

도 2b는 UV/Vis 분광계를 이용하여 다양한 크기의 폴리아닐린 나노섬유를 이용하여 합성된 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 활성을 나타낸 것이다. 초기 아닐린의 농도가 각각 2.5, 5, 7.5 중량% 일 때 Ab-HRP/EAPC의 활성(A655/min)은 0.430, 0.570, 그리고 1.105이다. 또한 도 3a는 단순 유리(free)된 효소, EA, EAC, 그리고 EAPC의 활성을 측정한 그래프로서, EA, EAC, 그리고 EAPC의 활성(A655/min)은 각각 1 ㎍/ml의 폴리아닐린 나노섬유 당 0.005, 0.04, 그리고 5.63이다. EAPC(실시예 1)의 활성이 EA보다 1000배 이상 크고 EAC보다 140배 더 크게 나왔다. 도 3b는 실온 조건과 200 rpm의 엄격한 교반 조건에서 효소 활성을 지속적으로 측정하고 기록한 그래프로서 60일 후에 EA와 EAC의 활성이 각각 초기 활성 대비 2% 그리고 18%인 반면, EAPC는 초기 활성의 69%를 유지하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 단순 유리된 효소 혹은 단순하게 가교결합된 EAC 접근방식에 비해 석출기법을 이용한 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC가 훨씬 더 활성이 안정화된다고 말할 수 있다.
FIG. 2B shows the activity of a fibrous matrix complex of an antibody-enzyme-3-dimensional network structure synthesized using polyaniline nanofibers of various sizes using a UV / Vis spectrometer. The activity (A655 / min) of Ab-HRP / EAPC is 0.430, 0.570, and 1.105 when the initial aniline concentration is 2.5, 5, and 7.5 wt%, respectively. 3A shows the activity of free enzyme, EA, EAC, and EAPC. The activity (A655 / min) of EA, EAC, and EAPC was 1 μg / ml of polyaniline nanofiber 0.005, 0.04, and 5.63, respectively. The activity of EAPC (Example 1) was 1000 times greater than EA and 140 times greater than EAC. FIG. 3B is a graph continuously measuring and recording enzyme activity at room temperature and stringent stirring conditions of 200 rpm. EA and EAC activity was 2% and 18%, respectively, after 60 days, whereas EAPC was 69 %. &Lt; / RTI &gt; It can be said that EAPC is much more active stabilized as a fiber matrix complex of enzyme-3-dimensional network structure using a precipitation technique than a simple liberated enzyme or a simple cross-linked EAC approach.

<실시예 4> 자성나노입자의 항체 고정화Example 4 Antibody Immobilization of Magnetic Nanoparticles

자성나노입자를 효소결합면역흡착검사에 이용하기 위해 모델단백질으로써 hIgG 항체를 고정화 하였다. 우선 자성나노입자를 수산화나트륨 용액을 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 2회 반복한 후 증류수를 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 2회 반복하여 자성나노입자 표면에 불순물을 제거하였다. 자성나노입자에 존재하는 카르복실기를 아민기로 치환해주기 위하여 16.4 mg/mL EDC(ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide) 용액을 혼합하고 30분 동안 4℃에서 200 rpm으로 교반하였다. 그 후 pH 6.0, 25 mM MES 버퍼를 이용하여 씻어 준 후 모델단백질인 hIgG 항체 용액을 혼합하고 1시간 동안 200 rpm에서 교반하였다. 이 때 항체는 EDC 용액에 의해 생성된 기능기와 반응하여 고정화 되었다. 제조된 항체-자성나노입자 용액을 0.1% BSA 용액(0.1% BSA in 10 mM PBS(pH 7.4))을 이용해 남아있는 기능기를 비활성화시키고, 일반적으로 사용하는 PBS 버퍼를 이용하여 자성분리와 씻어내는 과정을 반복하여 반응하지 않고 잔류하는 항체들을 제거하였다.
In order to use magnetic nanoparticles for enzyme-linked immunosorbent assay, hIgG antibody was immobilized as a model protein. First, the magnetic nanoparticles were washed twice with a sodium hydroxide solution, and then separated and washed with distilled water twice to remove impurities on the surfaces of the magnetic nanoparticles. To replace the carboxyl groups present in the magnetic nanoparticles with amine groups, 16.4 mg / mL EDC (ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide) solution was added and stirred for 30 minutes at 4 ° C at 200 rpm. After washing with pH 6.0, 25 mM MES buffer, the hIgG antibody solution of the model protein was mixed and stirred at 200 rpm for 1 hour. At this time, the antibody reacted with the functional group generated by EDC solution and immobilized. The prepared antibody-magnetic nanoparticle solution was deactivated by using 0.1% BSA solution (0.1% BSA in 10 mM PBS (pH 7.4)) and magnetic separation and washing using a commonly used PBS buffer Lt; / RTI &gt; to remove residual antibodies.

<실시예 5> Well plate를 이용한 목적 항원의 분석Example 5 Analysis of Target Antigen Using Well Plate

실시예 2를 통해 준비한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체가 목적 항원을 분석하는데 어떠한 특성을 가지는지 확인하기 위해 well plate를 이용한 효소결합면역흡착검사를 수행하였다. 보다 구체적으로 well plate에 목적 항원과 결합하는 항체(결합항체)를 탄산수소나트륨 완충용액(100 mM sodium bicarbonate buffer(pH 9.4))에 10 μg/ml의 농도로 희석하여 각 well에 50 μl씩 넣고 4℃ 에서 12시간 동안 결합항체를 well plate에 흡착시켰다. 그 후에 well plate와 복합체의 비특이적 결합을 방지하기 위하여 각 well에 3 w/v% BSA 용액(100 μl)을 넣고 1시간 동안 반응하였다. 반응한 BSA 용액을 모두 제거하고 PBS-T[0.05% Tween-20 in 10 mM PBS(pH 7.4)] 용액으로 각각의 well을 5번 씻어준다. 검출한계를 확인하기 위해서 PBS 용액으로 희석한 다양한 농도의 목적 항원 용액(5-0.0001 μg/ml)을 50 μl씩 넣어 37℃에서 1시간 동안 보온시켜 항원-항체 결합을 유도한다. 결합되지 않은 목적 항원을 제거하기 위해 PBS-T 용액으로 5번 씻어준다. 그 이후에 목적 항원과 특이적으로 결합하는 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 PBS-T 용액에 1 μg/ml의 농도로 희석하여 50 μl씩 넣고, 37℃ 에서 1시간 30분 동안 보온시켜서 최종적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체와 well plate 사이에 항체-항원 결합 기반의 다리가 생기도록 유도한다. 그 후 PBS-T 용액으로 10번 세척하여 잔류한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제거한다. 이 이후에 목적 항원을 정량하기 위해서 실시예 3에서와 같은 TMB 용액을 50 μl 넣어준 후에 30분 동안 교반을 하면서 반응하였으며 plate reader를 통해 655 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다.
Enzyme-linked immunosorbent assay was carried out using a well plate to confirm the characteristics of the antibody-enzyme-3-dimensional network structure of the fibrous matrix complex prepared in Example 2 for analyzing the target antigen. More specifically, the antibody (binding antibody) that binds to the target antigen in a well plate is diluted to 10 μg / ml in a sodium bicarbonate buffer (pH 9.4), and 50 μl is added to each well The binding antibody was adsorbed onto a well plate at 4 ° C for 12 hours. To prevent nonspecific binding of the complex to the well plate, 100 μl of 3 w / v% BSA solution was added to each well and reacted for 1 hour. Remove all of the BSA solution and wash each well 5 times with PBS-T [0.05% Tween-20 in 10 mM PBS (pH 7.4)]. In order to confirm the detection limit, add 50 μl of the target antigen solution (5-0.0001 μg / ml) diluted with PBS solution and incubate at 37 ° C for 1 hour to induce antigen-antibody binding. Wash 5 times with PBS-T solution to remove unbound target antigen. Thereafter, a solution of the antibody-enzyme-3-dimensional network structure-specific fibrous matrix complex that specifically binds to the target antigen was diluted to 1 μg / ml in PBS-T solution, and 50 μl of each solution was added thereto. Min to induce an antibody-antigen binding bridge between the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure and the well plate. The cells were then washed 10 times with PBS-T solution to remove the remaining fibrous matrix complex of antibody-enzyme-3-dimensional network structure. After this, 50 μl of TMB solution as in Example 3 was added to quantify the target antigen, and the reaction was carried out with stirring for 30 minutes. Absorbance was measured at a wavelength of 655 nm through a plate reader.

효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 진단 성능을 비교하기 위해 EAPC와 EAC를 이용하여 위와 같은 방법으로 실험을 진행하였다. 도 4a는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC(실시예 1)와 EAC(비교예 2)를 이용하여 목적항원인 hIgG의 진단을 well plate 기반의 면역검사를 통해 성능을 확인한 결과이다. 같은 폴리아닐린 나노섬유의 농도를 기준으로 EAC보다 EAPC의 농도에 따른 신호를 확인한 결과, 목적항원으로써 hIgG의 농도가 500 ng/ml일 때, 6배 이상의 향상된 신호를 관찰하였다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 도 5a와 같이 다양한 농도의 목적항원을 반응시켜서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 검출한계 및 검출범위를 확인하였다. 그 결과 EAPC의 검출한계가 1 ng/mL hIgG(6.7 pM)이며, 검출범위가 1~500 ng/ml인 것을 확인하였다.
In order to compare the diagnostic performance of the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure, experiments were conducted using EAPC and EAC as described above. FIG. 4A shows the result of confirming the diagnosis of the target hIgG using EAPC (Example 1) and EAC (Comparative Example 2) as a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure through a well plate-based immunoassay. Based on the concentration of the same polyaniline nanofibers, the EAPC signal was observed to be more than 6 times higher than that of EACC when the concentration of hIgG as the target antigen was 500 ng / ml. Based on these results, the detection limit and detection range of the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure were confirmed by reacting various concentrations of the target antigen as shown in FIG. 5a. As a result, the detection limit of EAPC was 1 ng / mL hIgG (6.7 pM), and the detection range was 1 to 500 ng / ml.

<실시예 6> 자성나노입자를 이용한 항원의 분석<Example 6> Analysis of antigens using magnetic nanoparticles

실시예 2를 통해 준비한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체가 목적 항원을 분석하는데 어떠한 특성을 가지는지 확인하기 위해 실시예 4를 통해 제작된 항체-자성나노입자를 이용하여 효소결합면역흡착검사를 수행하였다. 먼저 제작된 항체-자성나노입자를 PBS-T[0.05% Tween-20 in 10 mM PBS(pH 7.4)] 용액으로 3번 씻어준다. 검출한계를 확인하기 위해서 PBS 용액으로 희석한 다양한 농도의 목적 항원 용액(5-0.0001 μg/ml)을 1 ml씩 넣어 200 rpm에서 1시간 동안 교반시켜 항원-항체 결합을 유도한다. 결합되지 않은 목적 항원을 제거하기 위해 PBS-T 용액으로 3번 씻어준다. 그 이후에 목적 항원과 특이적으로 결합하는 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체 용액을 PBS-T 용액에 1.5 μg/ml의 농도로 희석하여 1 ml씩 넣고, 200 rpm 에서 30분 동안 교반시켜서 최종적으로 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체와 항체-자성나노입자 사이에 항체-항원 결합 기반의 다리가 생기도록 유도한다. 그 후 PBS-T 용액으로 4번 세척하여 잔류한 항체-효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 제거한다. 이 이후에 목적 항원을 정량하기 위해서 TMB와 glucose, HRP 용액을 1 ml 넣어준 후에 200 rpm에서 30분 동안 교반을 하면서 반응하였으며 UV/vis 분광계를 통해 655 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다.
The antibody-magnetic nanoparticles prepared in Example 4 were used for enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) to examine the properties of the antibody-enzyme-3-dimensional network structure of the fibrous matrix complex prepared in Example 2 for analyzing the target antigen Adsorption test was performed. Wash the prepared antibody-magnetic nanoparticles three times with PBS-T [0.05% Tween-20 in 10 mM PBS (pH 7.4)] solution. In order to confirm the detection limit, 1 ml of the target antigen solution (5-0.0001 μg / ml) diluted with PBS solution is added and stirred at 200 rpm for 1 hour to induce antigen-antibody binding. Wash 3 times with PBS-T solution to remove unbound target antigen. Thereafter, a solution of a fibrous matrix complex having an antibody-enzyme-3-dimensional network structure that specifically binds to the target antigen was diluted to a concentration of 1.5 μg / ml in a PBS-T solution, and 1 ml of the diluted solution was added thereto. Agitation to finally induce an antibody-antigen binding bridge between the antibody-magnetic nanoparticle and the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure. And then washed 4 times with PBS-T solution to remove the remaining fibrous matrix complex of antibody-enzyme-3-dimensional network structure. After this, 1 ml of TMB, glucose and HRP solution was added to quantify the target antigen, and the reaction was carried out at 200 rpm for 30 minutes with stirring. The absorbance was measured at a wavelength of 655 nm through a UV / vis spectrometer.

도 4b는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체로써 EAPC를 이용하여 목적항원인 hIgG의 진단 성능을 자성나노입자 기반의 면역검사를 통해 확인한 결과이다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 도 5b와 같이 다양한 농도의 목적항원을 반응시켜서 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 검출한계 및 검출범위를 확인하였다. 그 결과 EAPC의 검출한계가 0.1 ng/mL hIgG(0.67 pM)이며, 검출범위가 1~500 ng/ml인 것을 확인하였다.
FIG. 4B shows the result of confirming the diagnostic performance of hIgG as a target of infection using EAPC as a fibrous matrix complex having an enzyme-3-dimensional network structure through magnetic nanoparticle-based immunoassay. Based on these results, the detection limit and detection range of the fibrous matrix complex of the enzyme-3-dimensional network structure were confirmed by reacting various concentrations of the target antigen as shown in FIG. 5b. As a result, the detection limit of EAPC was 0.1 ng / mL hIgG (0.67 pM), and the detection range was 1 to 500 ng / ml.

<실시예 7> 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체의 선택적 결합능력 확인Example 7 Confirmation of Selective Binding Capacity of Fibrous Matrix Complex of Enzyme-3-Dimensional Network Structure

실시예 2의 EAPC에 대하여 도 6a는 목적항원을 hIgG, rIgG(토끼 면역 글로불린 G), mIgG(쥐 면역 글로불린 G) 등의 세 가지 항원에 대한 선택적 결합능력을 well plate 기반의 면역 검사를 통해 확인한 결과이고, 도 6b는 자성나노입자 기반의 먼역 검사를 통해 확인한 결과이다. 그래프에서와 같이 인간 면역 글로불린 G에서만 선택적으로 반응하는 것을 확인할 수 있었다.
FIG. 6A shows the EAPC of Example 2. The selective binding ability of the target antigen to three antigens such as hIgG, rIgG (rabbit immunoglobulin G) and mIgG (mouse immunoglobulin G) was confirmed by a well plate-based immunoassay And FIG. 6B is a result obtained by observing the magnetic nanoparticle-based disturbance test. As shown in the graph, only human immunoglobulin G selectively reacted.

본 발명의 효소면역측정용 복합체 및 그 제조방법은 면역측정분야에서 유용하게 활용될 수 있다.The enzyme complex for enzyme immunoassay of the present invention and the preparation method thereof can be usefully utilized in the field of immunoassay.

Claims (13)

전기방사법이 아닌 화학적 합성방법으로 수득한 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 섬유 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체; 및
상기 복합체에 컨쥬게이트된 항체;를 포함하고,
상기 쉘은 멀티레이어이며,
상기 3차원 네트워크 섬유는 평균 직경이 100 ~ 350 ㎚인 효소면역측정용 복합체.
A cross-linked enzyme aggregate, which is supported inside the fiber interstices of the fiber matrix comprising the three-dimensional network fibers obtained by chemical synthesis rather than electrospinning and whose diameter is larger than the inlet size of the pores, and a surface of the three- A fibrous matrix conjugate of an enzyme-3-dimensional network structure comprising a shell comprising cross-linked enzymes; And
An antibody conjugated to said complex,
The shell is multi-layered,
Wherein the three-dimensional network fibers have an average diameter of 100 to 350 nm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional network fibers are selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic- Wherein the conjugate is any one selected from the group consisting of polyacrylamide, polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 효소는 키모트립신(chymotrypsin), 트립신(trypsin), 서브틸리신(subtilisin), 파파인(papain), 리파아제(lipase), 홀세라디쉬 퍼옥시다아제(horseradish peroxidase), 소이빈 페록시다아제 (soybean peroxidase), 클로로 페록시다아제(chloroperoxidase), 망가네이제 페록시다아제(manganese peroxidase), 티로시나아제(tyrosinase), 락카아제(laccase), 셀룰라아제(cellulose), 사일라네이즈(xylanase), 락타아제(lactase), 수크라아제(sucrose), 오가노포스포하이드로라아제(organophosphate hydrolase), 클로리네스테라아제(cholinesterase), 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase), 알코올 데하이드로제나아제(alcohol dehydrogenase), 글루코스 데하이드로제나아제(glucose dehydrogenase), 히이드로제나아제(hydrogenase) 및 글루코스 이소머라아제(glucose isomerase)로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
The method according to claim 1,
The enzyme may be selected from the group consisting of chymotrypsin, trypsin, subtilisin, papain, lipase, horseradish peroxidase, soybean peroxidase ), Chloroperoxidase, manganese peroxidase, tyrosinase, laccase, cellulose, xylanase, lactase (see, for example, lactose, sucrose, organophosphate hydrolase, cholinesterase, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, glucose dehydrogenase, glucose dehydrogenase, Wherein the enzyme is selected from the group consisting of glucose dehydrogenase, hydrogenase and glucose isomerase, wherein the enzyme is selected from the group consisting of glucose dehydrogenase, hydrogenase, and glucose isomerase. Station for measuring the complex.
제5항에 있어서,
상기 효소는 홀세라디쉬 페록시다아제(horseradish peroxidase)인 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체.
6. The method of claim 5,
Wherein the enzyme is horseradish peroxidase. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
(0) 용액 전체 중 4 ~ 10 중량%의 섬유형성 단량체를 포함하는 용액을 중합하여 평균 직경 100 ~ 350 ㎚인 3차원 네트워크 섬유를 제조하는 단계;
(1) 상기 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 효소를 첨가시키는 단계;
(2) 상기 매트릭스의 공극 내부에 첨가된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및
(3) 상기 효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 복합체에 항체를 컨쥬게이션하는 단계;를 포함하고,
상기 (1) 단계는 효소가 매트릭스 표면에 흡착되거나 공유결합되는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
Polymerizing a solution containing 4 to 10% by weight of a fiber-forming monomer in the total solution (0) to prepare a three-dimensional network fiber having an average diameter of 100 to 350 nm;
(1) adding an enzyme to the matrix comprising the three-dimensional network fibers;
(2) adding a precipitating agent to the matrix to prevent leakage of enzymes added to the pores of the matrix; And
(3) preparing an enzyme-fiber matrix complex by forming an enzyme aggregate by adding a cross-linking agent to form cross-linking between the enzymes; And
(4) conjugating the antibody to the complex,
Wherein the enzyme is adsorbed or covalently bonded to the surface of the matrix in the step (1).
제7항에 있어서,
상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The precipitating agent may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, Or a mixture thereof.
제7항에 있어서,
상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The crosslinking agent may be selected from the group consisting of diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, 1-ethyl-3-dimethylaminopropylcarbodiimide, glutardialdehyde, bis (imidoesters) A diester ester) and a diacid chloride. The method for producing a complex for enzyme immunoassay according to any one of claims 1 to 3,
제7항에 있어서,
상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소면역측정용 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Further comprising the step of removing the precipitating agent and the cross-linking agent between the step (3) and the step (4).
삭제delete 웰 플라이트(well plate)에 항체를 흡착시키는 단계;
상기 웰 플라이트에 항원이 포함되어있는 시료를 첨가하는 단계;
시료를 첨가한 웰 플라이트에 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 복합체를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
복합체를 첨가한 웰 플라이트에서 항원을 정량 분석하는 단계;
를 포함하는 효소면역측정방법.
Adsorbing the antibody on a well plate;
Adding a sample containing the antigen to the well flight;
Adding a complex of any one of claims 1, 3, 5, and 6 to a wellfly to which a sample is added and reacting; And
Quantitatively analyzing the antigen in a wellfly to which the complex is added;
&Lt; / RTI &gt;
항체를 고정할 수 있는 반응기(functional group)를 포함하는 자성나노입자를 항체와 반응시켜 자성나노입자에 항체를 고정하는 단계;
항체가 고정된 자성나노입자와 항원을 결합하여 항원-항체-자성나노입자를 제조하는 단계;
상기 항원-항체-자성나노입자와 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 복합체를 혼합 및 반응시키는 단계; 및
복합체를 포함하는 항원-항체-자성나노입자에서 항원을 정량 분석하는 단계;
를 포함하는 효소면역측정방법.
Immobilizing the antibody on the magnetic nanoparticle by reacting the magnetic nanoparticle including a functional group capable of immobilizing the antibody with the antibody;
Preparing an antigen-antibody-magnetic nanoparticle by binding an antigen with an antibody-immobilized magnetic nanoparticle;
Mixing and reacting the antigen-antibody-magnetic nanoparticle with the complex of any one of claims 1, 3, 5, and 6; And
Quantitating the antigen in the antigen-antibody-magnetic nanoparticle comprising the complex;
&Lt; / RTI &gt;
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