보고서 정보
주관연구기관 |
단국대학교 DanKook University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-05 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201500003970 |
과제고유번호 |
1345200157 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2015-05-23
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키워드 |
biomarker.multiplex detection.nanoparticles.ICP-MS.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500003970 |
초록
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연구의 목적 및 내용
기존의 바이오 시료 측정 방법들, 특히 형광분광분석법의 단점들을 극복하고, 정량성과 감도를 향상시킨 분석법을 개발하고자 하였다.
이를 위하여, 본 연구에서는 금속이 포함된 다양한 나노입자를 합성하고, 이들을 바이오 물질의 추출 및 tagging (표지)하는데 이용하여, 나노입자의 금속원소를 ICP-MS로 측정함으로서 target 농도를 정량하는 기술을 개발하였다. 이 방법을 통해 바이오 물질의 정량성과 감도를 향상시키고 target의 selectivity를 향상시키고자 하였다. 또한 이렇게 개발된
연구의 목적 및 내용
기존의 바이오 시료 측정 방법들, 특히 형광분광분석법의 단점들을 극복하고, 정량성과 감도를 향상시킨 분석법을 개발하고자 하였다.
이를 위하여, 본 연구에서는 금속이 포함된 다양한 나노입자를 합성하고, 이들을 바이오 물질의 추출 및 tagging (표지)하는데 이용하여, 나노입자의 금속원소를 ICP-MS로 측정함으로서 target 농도를 정량하는 기술을 개발하였다. 이 방법을 통해 바이오 물질의 정량성과 감도를 향상시키고 target의 selectivity를 향상시키고자 하였다. 또한 이렇게 개발된 분석 기술은 기존의 측정 방법을 통하여 검증하였다.
연구결과
1차 년도에서는 나노 입자를 바이오 물질에 tagging 하기 위하여 나노 입자의 제조 및 표면 개질 연구를 진행하였다. 우선 SiO2 나 Fe3O4 등의 나노 입자들과 비교하여 상대적으로 ICP-MS에서 간섭이 적은 TiO2 나노입자를 제조하였다. 또 특히 각종 bio target들에 tagging이 될 수 있도록 TiO2 표면을 silica 로 개질하는 기술을 개발하였다. 또한 감도 향상을 위하여 약 50-300 nm 정도의 크기로 제조하여 biotarget의 probe로써 활용할 수 있도록 하였다.
2차 년도에서는, 제조된 나노입자를 ICP-MS에서 측정하는 기초 기술을 연구하였다. 나노입자의 크기에 따라서 ICP-MS에서의 신호세기가 달라 질 수 있기 때문에, 제조된 나노입자가 ICP-MS에서 완전히 이온화되어 신호를 만들어 내며, 얻어진 신호를 이용하여 검정곡선을 얻을 수 있는지의 여부를 확인하였다. 특히 자기 및 금속이 포함된 실리카비드, 두 개의 나노입자를 이용한 sandwich-type 시료 처리방법을 개발하고, 이를 biomarker 측정에 응용하는 연구를 수행하였다. 또한 ICP-MS 측정에서 발생할 수 있는 분광 간섭에 대한 연구 및 매우 적은 부피의 바이오 시료를 정량하기 위한 적절한 나노입자 제조기술 개발 및 시료 도입법을 연구하였다.
3차 년도에서는 보다 효율적이고 신속한 시료 처리 및 측정을 위하여 금속이온이 주입된 자기 나노입자 개발 및 이를 이용한 시료전처리 방법 개발 및 실제 bio 물질에 tagging 시켜 응용하는 기술을 연구하였다. 이때 복잡한 매트릭스를 제거하기 위하여, 자기적 성질을 이용한 나노입자의 분리 및 정제를 연구하였고, core에 각종 다양한 금속이온을 첨가한 나노입자를 합성하여 ICP-MS의 장점을 살린 multi target analysis를 할 수 있는 기초 연구를 수행하였다.
특히, 본 연구결과는 Anal. Chem. 1편 및 원자분광분야의 저널인 JAAS에 3편이 실렸으며, Anal. Chim Acta에 submission 되어 있다. 특히 JAAS에 실린 논문은 그 달의 Hot issue 또는 주목할 저널로 선정되기도 하였다. 또한, 본 기술은 상용성을 염두에 두고 개발한 것으로서, 현재 원자분광분야에서 가장 hot 이슈가 되어 있으며, 이와 관련하여 국내특허 4편을 출원하였고, 특히 국내 바이오측정 및 기술개발업체인 ㈜에스엘에스와 기술이전계약을 체결하여 현재 상용화를 공동으로 추진 중에 있다.
연구결과의 활용계획
이러한 연구 결과를 토대로 실제 임상 바이오 측정에 적용하여 각종 질병의 신속하고 정확한 진단 및 예측하는데 응용할 수 있도록 할 계획이다. 또한 항생제처럼 biomarker보다 더 작은 사이즈인 biomolecule을 정량 분석 할 수 있도록 분석 범위를 넓힐 계획이다.
마지막으로 궁극적인 목표였던 다양한 바이오 물질의 multiplex detection을 할 수 있도록 관련 기술을 개발하여, 임상측정의 정확성 향상 및 다양한 바이오 물질 측정에 응용할 수 있는 측정 방법의 규격화도 가능할 것으로 예측된다.
Abstract
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Purpose&contents
The object of this work was to develop a novel analytical method with high sensitivity and quantification for bio analysis, covering the drawbacks of current analytical techniques, particularly fluorescence spectrometry. In order to achieve this purpose, we tried to synthesize va
Purpose&contents
The object of this work was to develop a novel analytical method with high sensitivity and quantification for bio analysis, covering the drawbacks of current analytical techniques, particularly fluorescence spectrometry. In order to achieve this purpose, we tried to synthesize various nanoparticles containing metals and to use them for target extraction and tagging, and finally to determine the concentration of targets by ICP-MS. The developed method will improve the reliability of quantification, sensitivity, and selectivity. The method was verified by the current analytical method as well.
Result
In the first year, we developed synthetic and surface modification methods of nanoparticles in order to tag them on bio targets. First, TiO2 nanoparticles were synthesized, which were relatively interference-free in ICP-MS measurement, compared to SiO2 or Fe3O4. In particular, the method to modified the surface with silica was developed to tag the nanoparticles on the bio targets. For sensitivity enhancement, the synthesized size was 50-300 nm, which was proper to be used as a probe material for the target.
In the second stage, the synthesized nanoparticles were applied to determine bio targets using ICP-MS. Since the signal amplification depends upon the size of the tagged nanoparticles, the ionization behavior and signal linearity in calibration curve were studied in ICP-MS. Particularly, the sandwich-type immunoassay platform were developed using two different nanoparticles, magnetic nanoparticles and metal-doped silica nanoparticles and applied to determine biomarkers. In addition, unique nanoparticles and sample introduction techniques were developed to be specified for the analysis of the small volume of bio samples without spectral interference in ICP-MS measurement.
In the final stage, the study was focused on the development of metal-doped magnetic nanoparticles, sample treatment platform, and their application to real bio samples for efficient treatment and reliable measurement. The magnetic nanoparticles were used for matrix elimination by magnetic separation and various metal-doped nanoparticles were synthesized for multiplex detection of biomarkers.
In particular, the results were published in Anal. Chem. (1) and JAAS (J. Anal. Atom. Spectrom.: RSC, 3) and a manuscript was submitted to Anal. Chim Acta. The articles published in JAAS were selected as a hottest topic of the month. In addition, the technique developed in this work became the hottest issue in the field of analytical atomic spectroscopy and was focused on commercialization. Regarding on this subject, total 4 patents were submitted in domestic and the contract of ‘technique transfer of the patents’ was signed with SLS, LTD, a company developing analytical techniques in bioanalysis.
Expected Contribution
Based on the results, the developed method can be applied to the real samples in clinical analysis for disease diagnosis and expectation. In addition, the application can be expanded to small molecules such as antibiotics. Finally, the developed analytical method can be standardized through the improvement of accuracy and reliability in clinical analysis by multiplex detection of various biomarkers.
목차 Contents
- 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
- 목차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 48
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 49
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 51
- 8. 참고문헌 ... 52
- 9. 연구성과 ... 52
- 10. 기타사항 ... 56
- 끝페이지 ... 76
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