세포내 pH 측정을 위한 나노탐침과 이를 이용하여 단일 세포 내의 pH를 측정하기 위한 방법 및 장치
Nano-probe for measuring pH in single cells, and method and apparatus for measuring pH in single cells using the same
특허 요약
본 발명은 단일 세포 내의 pH를 측정하는 방법 및 장치와 이를 위한 나노탐침의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 단일 세포 내의 pH를 측정하는 방법은 (a) 광섬유의 테이퍼진 선단에 성장시킨 나노선(nanowire)에 pH에 반응할 수 있는 pH 반응성 형광 물질을 결합하여 형성된 나노탐침을 단일 세포 내에 삽입하는 것, (b) 상기 나노탐침에 상기 광섬유를 통해 광을 입사하는 것, (c) 상기 광에 의해 상기 pH 반응성 형광 물질이 여기되어 형광을 발생시키는 것, (d) 상기 세포의 pH에 따라 상기 형광 물질로부터 발생하는 형광 신호를 상기 광섬유를 통해 획득하는 것, 및 (e) 상기 형광 신호를 분석하여 세포 내의 pH 값을 얻는 것을 포함하여 이루어지고, 상기 나노탐침의 제조 방법은 (a) 나노선 물질 용액을 나노 피펫에 채우고 상기 나노 피펫을 아래로 내려 상기 나노선 물질 용액을 광섬유의 끝단에 접촉시키는 것, (b) 상기 나노 피펫을 상승시켜 상기 광섬유 끝단에 나노선(nanowire)을 성장시키는 것, (c) pH 반응성 형광 물질을 함유하는 수용액을 마이크로 피펫에 채우고 상기 마이크로 피펫을 아래로 내려 상기 나노선의 일부가 상기 수용액에 잠기도록 하는 것, 및 (d) 상기 마이크로 피펫을 상승시켜 pH 반응성 형광 물질로 표지된 나노탐침을 형성하는 것을 포함하여 이루어진다.
청구항
번호청구항
15

제 9항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질에 의한 상기 나노선의 젖음(또는 표지된) 길이는 100 내지 900nm로 제어되는, 나노탐침.

16

제 9항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질에 의한 상기 나노선의 젖음(또는 표지된) 길이는 100 내지 500nm로 제어되는, 나노탐침.

17

제 9항에 있어서, 상기 나노탐침은 직경이 균일한 것을 특징으로 하는, 나노탐침.

18

제 9항에 있어서, 상기 나노탐침은 직경이 10nm 내지 900nm인 것을 특징으로 하는, 나노탐침.

19

제 9항에 있어서, 상기 나노탐침은 직경이 10nm 내지 400nm인 것을 특징으로 하는, 나노탐침.

20

제 9항에 있어서, 상기 나노탐침은 길이가 1μm 내지 10μm인 것을 특징으로 하는, 나노탐침.

21

제 9항에 있어서, 상기 나노탐침은 길이가 1μm 내지 5μm인 것을 특징으로 하는, 나노탐침.

11

제 10항에 있어서, 상기 소수성 고분자 용액은 적어도 PVBN3, PVB-alkyne, PVB-COOH로 이루어진 군으로부터 선택되는, 나노탐침.

12

제 9항에 있어서, 상기 광섬유의 일 끝은 테이퍼진 선단을 갖는, 나노탐침.

13

제 9항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질은 상기 나노선과 결합 가능한 작용기를 갖는 플루오레세인 분자인, 나노탐침.

14

제 13항에 있어서, 상기 플루오레세인은 적어도 DBCO-FAM, Azide-FAM, Amine-FAM으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 나노탐침.

1

나노탐침을 제조하는 방법으로서, (a) 나노선 물질 용액을 나노 피펫에 채우고 상기 나노 피펫을 아래로 내려 상기 나노선 물질 용액을 광섬유의 끝단에 접촉시키는 것;(b) 상기 나노 피펫을 상승시켜 상기 광섬유 끝단에 나노선(nanowire)을 성장시키는 것; (c) pH 반응성 형광 물질을 함유하는 수용액을 마이크로 피펫에 채우고 상기 마이크로 피펫을 아래로 내려 상기 나노선의 일부가 상기 수용액에 잠기도록 하는 것; 및 (d) 상기 마이크로 피펫을 상승시켜 pH 반응성 형광 물질로 표지된 나노탐침을 형성하는 것을 포함하는, 나노탐침 제조 방법.

2

제 1항에 있어서, 상기 나노선 물질 용액은 소수성 고분자 용액인, 나노탐침 제조 방법.

3

제 2항에 있어서, 상기 소수성 고분자 용액은 적어도 PVBN3, PVB-alkyne, PVB-COOH로 이루어진 군으로부터 선택되는, 나노탐침 제조 방법.

4

제 1항에 있어서, 상기 광섬유는 테이퍼진 선단을 갖는, 나노탐침 제조 방법.

5

제 1항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질은 상기 나노선과 결합 가능한 작용기를 갖는 플루오레세인 분자인, 나노탐침 제조 방법.

6

제 5항에 있어서, 상기 플루오레세인은 적어도 DBCO-FAM, Azide-FAM, Amine-FAM으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 나노탐침 제조 방법.

7

제 1항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질에 의한 상기 나노선의 젖음(또는 표지된) 길이는 100 내지 900nm로 제어되는, 나노탐침 제조 방법.

8

제 1항에 있어서, 상기 pH 반응성 형광 물질에 의한 상기 나노선의 젖음(또는 표지된) 길이는 100 내지 500nm로 제어되는, 나노탐침 제조 방법.

9

pH 측정을 위한 나노탐침으로서, 광섬유;상기 광섬유의 일 끝에 나노선 물질 용액이 성장하여 형성된 나노선; 및 상기 나노선의 일부에 표지된 pH 반응성 형광 물질을 포함하는, 나노탐침.

10

제 9항에 있어서, 상기 나노선 물질 용액은 소수성 고분자 용액인, 나노탐침.

22

단일 세포 내의 pH를 측정하는 방법으로서, (a) 광섬유의 테이퍼진 선단에 성장시킨 나노선(nanowire)에 pH에 반응할 수 있는 pH 반응성 형광 물질을 결합하여 형성된 나노탐침을 단일 세포 내에 삽입하는 것;(b) 상기 나노탐침에 상기 광섬유를 통해 광을 입사하는 것; (c) 상기 광에 의해 상기 pH 반응성 형광 물질이 여기되어 형광을 발생시키는 것;(d) 상기 세포의 pH에 따라 상기 형광 물질로부터 발생하는 형광 신호를 상기 광섬유를 통해 획득하는 것; 및(e) 상기 형광 신호를 분석하여 세포 내의 pH 값을 얻는 것을 포함하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

23

제 22항에 있어서, 상기 광섬유를 통해 취득된 형광 신호는 광결합기를 경유하여 분광계에 전달되는 것을 특징으로 하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

24

제 23항에 있어서, 상기 pH 값의 측정은 상기 분광계에서의 형광의 스펙트럼 데이터로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

25

제 22항에 있어서, 상기 광섬유를 통해 입사되는 광은 근적외선 또는 가시광선 영역의 광인 것을 특징으로 하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

26

제 22항에 있어서, 상기 광섬유를 통해 입사되는 광은 300nm 내지 1000nm 파장인 것을 특징으로 하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

27

제 22항에 있어서, 상기 광섬유를 통해 입사되는 광은 400nm 내지 700nm 파장인 것을 특징으로 하는, 단일 세포 내의 pH 측정 방법.

28

단일 세포 내의 pH를 측정하기 위한 장치로서, 광섬유의 테이퍼진 선단에 성장시킨 나노선에 pH에 반응할 수 있는 pH 반응성 형광 물질을 결합하여 형성되는 나노탐침;상기 단일 세포 내에 상기 나노탐침을 삽입하도록 나노탐침의 3차원 이동제어가 가능한 조작기;상기 광섬유에 광을 인가하는 광원;상기 광섬유를 통해 입사된 광을 상기 나노탐침에 전달하고 상기 나노탐침에서 발생된 형광 신호를 추가의 광섬유를 통해 분광계에 전달하도록 광섬유들을 연결하는 광결합기; 및 상기 나노탐침에서 발생된 형광 신호로부터 스펙트럼 데이터를 분석하여 pH 값을 얻는 분광계를 포함하는, 단일 세포내 pH 측정 장치.

29

제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 나노선 물질 용액을 제조하는 방법으로서, 무수 DMF 용매(0.7mL) 중 PVC(0.014g, 131mmol)와 아지드화 나트륨(0.010g, 220mmol)의 혼합물을 70°C의 호박색 바이알(amber vial) 내에서 섞고 알루미늄 호일로 덮어 빛을 차단하는 단계;2시간 반응 후, 메탄올(0.5mL)을 첨가하고, 혼합 용액을 10,000rpm에서 1분간 원심분리하여 과량의 미반응 시약을 제거하고 아지드 작용성 폴리머(azide-functionalized polymer)를 침전시키는 단계; 및 얻어진 침전물을 진공 하에 1시간 동안 건조시킨 다음 NMP 용매(50 μL)를 첨가하여 용해시키는 단계를 포함하는 방법.