KR101151792B1 - Coated magnetic silica nano complexes and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효소 고정화를 위한 자성 실리카 나노 입자 및 구리와 같은 금속이 포함된 리간드와 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자성 실리카 나노 입자는 균일한 입자크기분포를 가지면서도 10 emu/g 이상의 자성을 가지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a magnetic silica nanoparticles for enzyme immobilization and a ligand containing a metal such as copper, and a method for preparing the same. The magnetic silica nanoparticles according to the present invention have a uniform particle size distribution and have a size of 10 emu / g. It is characterized by having the above magnetic properties.

Description

코팅된 자성 실리카 나노 복합체 및 그의 제조방법{Coated magnetic silica nano complexes and preparation method thereof}Coated magnetic silica nanocomposites and preparation method

본 발명은 효소 고정화를 위한 자성/실리카 나노 복합체 및 구리와 같은 금속이 포함된 리간드와 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자성 실리카 나노 복합체는 균일한 입자크기분포를 가지면서도 자성체가 서로 뭉쳐서 코어를 구성함으로써 10 emu/g 이상의 자성을 가지는 것을 특징으로 하며, 구리 복합체를 코어/쉘 나노 복합체 표면에 붙임으로써 히스티딘-태그드(His-tagged) 효소를 고정할 수 있다.
The present invention relates to a ligand containing a magnetic / silica nanocomposite and a metal such as copper for enzyme immobilization, and a method for preparing the same. The magnetic silica nanocomposite according to the present invention has a uniform particle size distribution and magnetic materials are mutually different. By combining the core to form a magnetic feature of 10 emu / g or more, by attaching the copper complex to the core / shell nanocomposite surface can be fixed histidine-tagged (His-tagged) enzyme.

자성 나노입자는 그들의 독특한 자성 성질과 데이터저장 가능성, 생물환경분야의 분리기술, 자기공명이미지 장치, 약 전달체, 효소 고정화 등의 넓은 활용가치로 인해 잘 알려진 물질이다. 실리카는 자성 나노입자를 쌍극자 상호작용(dipolar interaction)으로부터 보호하기 때문에 자성 나노입자의 코팅제로 사용되어 왔다. 실리카의 표면의 끝부분은 특정한 리간드를 고정가능한 유기실란 커플링제(Organosilane Coupling Agent)와 반응할 수 있는 실라놀(Silanol) 그룹이 존재하기도 한다. 실리카의 이러한 성질에 의해 실리카 코팅된 자성 나노입자는 핵산 분리, 효소 고정화, 고온 반응 등에 사용된다. 그러나 코어/쉘 구조의 자성의 뚜렷한 감소로 인한 자성분리의 어려움은 큰 단점이며, 그런 까닭에 강한 자성의 자성/실리카 나노입자의 합성은 비난을 받았다.Magnetic nanoparticles are well known for their unique magnetic properties, data storage possibilities, bioenvironment separation technologies, magnetic resonance imaging devices, drug carriers, and enzyme immobilization. Silica has been used as a coating for magnetic nanoparticles because it protects the magnetic nanoparticles from dipolar interaction. At the end of the surface of the silica there is also a group of silanol capable of reacting a specific ligand with the organosilane coupling agent (Organosilane Coupling Agent). Due to this property of silica, silica coated magnetic nanoparticles are used for nucleic acid separation, enzyme immobilization, high temperature reaction and the like. However, the difficulty of magnetic separation due to the marked reduction of the magnetic properties of the core / shell structure is a major disadvantage, and therefore the synthesis of strong magnetic magnetic / silica nanoparticles has been criticized.

한편, 효소를 안정하게 고정화 시킬 수 있는 입자와 그 제조방법에 관련된 기존의 공개된 기술은 하기와 같다.On the other hand, conventionally known techniques related to particles and methods for preparing the enzyme that can stably immobilize are as follows.

기능기를 공유결합으로 무기담체에 부착시키고 이에 연속결합된 효소의 양에 관계없이 최대활성을 지닌 것을 제조할 수 있는 최다수의 기공직경을 지닌 무기담체를 특이성이 유리상태의 효소 특이성과 근사하는 정도의 양을 지닌 효소용액과 접촉시키는 기술이 공지되었다.(고정화효소의 제조방법, 특1983-0002697, 1983년12월08일) 상기문헌에서 제시된 실리카겔로부터 만들어낸 담체의 경우 아밀로글루코사다제와의 특이성은 10~15단위/mg, 글루코즈이소머라제와의 특이성은 50~70단위/mg을 가진다.The degree to which the specificity approximates the enzyme specificity of the free state by attaching the functional group to the inorganic carrier covalently, and having the largest number of pore diameters to produce the most active one, regardless of the amount of the enzyme continuously linked thereto. A technique for contacting with an enzyme solution having an amount of is known. (Method for preparing immobilized enzyme, 1983-0002697, December 08, 1983) In the case of a carrier made from the silica gel described above, The specificity is 10-15 units / mg, and the specificity with glucose isomerase is 50-70 units / mg.

또한 양이온 계면활성제를 이용한 효소가 고정화된 실리카 및 그의 제조방법에 대한 기술이 공지되었다.(효소가 고정화된 실리카 및 그의 제조방법, 10-2007-0118805, 2007년 12월 18일) 상기문헌은 TMOS, TEOS 등의 소수성 실리케이트 전구체를 이용하고 양이온 계면활성제와 실리케이트의 결합으로 인한 망상구조에 의해 효소가 고정되어 담지율을 높이고, 효소의 활성을 유지할 수 있도록 하였다.Also known is a technique of silica-immobilized enzyme and its preparation method using a cationic surfactant. (Silica-immobilized enzyme and its preparation method, 10-2007-0118805, December 18, 2007) Hydrophobic silicate precursors such as TEOS and the like are fixed by the network structure due to the combination of the cationic surfactant and the silicate, thereby increasing the supporting ratio and maintaining the activity of the enzyme.

또한 실리카에 졸-겔(sol-gel) 방법으로 소수성의 기반을 만들어 효소 고정화시키는 방법이 공지되었다.(Lipases immobilized in sol-gel processed hydrophobic materials, EU, 0676414A1, 1995, 11, 10) 상기문헌은 본 특허와 같이 자성 나노입자의 하나로 마그네타이트를 이용하였지만, 나노입자로 코팅하거나, 나노입자를 코팅한 것이 아니라 단순히 자철광과 함께 혼합하여 고체화시킨 것에 불과하다.In addition, a method of immobilizing an enzyme by making a hydrophobic base on silica by a sol-gel method is known (Lipases immobilized in sol-gel processed hydrophobic materials, EU, 0676414A1, 1995, 11, 10). Magnetite was used as one of the magnetic nanoparticles as in the present patent, but it was not coated with nanoparticles or coated with nanoparticles, but merely mixed with magnetite and solidified.

이와 같이 상기 문헌에 개시된 담체의 경우 그 효소 활성도가 부족하여 더 높은 활성도 지속도를 지닌 담체의 개발이 필요한 실정이다.
As described above, in the case of the carrier disclosed in the above document, there is a need for the development of a carrier having a higher activity persistence due to lack of enzyme activity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명은 크게 두 가지 즉, 자성클러스터를 핵으로 갖는 나노 입자의 합성과 효소고정화를 위한 응용을 목적으로 삼았다. 다양한 고정화의 방법들 중, 공유결합이 효소의 손실을 최소화 시켰지만, 활성면의 필수적인 아미노산으로 인해 종종 효소 활성도를 두드러지게 감소시켰다. 효소 고정화를 개선시키기 위한 단백질 히스티딘 잔여물과 즉시 결합하는 금속이온이 실리카 표면재료로 알려져 있다. 6 또는 7개의 히스티딘 잔여물의 올리고펩티드(Oligopeptide)가 효소의 말단의 질소 또는 탄소와 연결될 때 만들어지는 히스티딘-태그드(His-tagged) 효소는 Cu2 +같은 금속 이온에 공동(Collaborative) 결합하는 히스티딘으로 인해 금속 킬레이트에 강하게 고정화 될 수 있다. 금속이온이 고정화된 실리카와 자성 실리카의 응용에 관해 보고된 다수의 작업들이 금속 킬레이트의 안정성과 높은 단백질 적제성능에 기인한 단백질분리기술을 지지해주고 있다. 게다가 금속이온이 고정화된 자성/실리카 화합물과 코어/쉘 자성/실리카는 고유의 단순자성분리와 선택적인 금속친화 정화능력을 보여주고 있다.
The present invention is to overcome the above problems, the present invention was largely aimed at the application of the synthesis and enzymatic immobilization of two nanoparticles having a magnetic cluster as a nucleus. Among the various methods of immobilization, covalent binding minimized the loss of enzymes, but due to the essential amino acids on the active side, often reduced enzyme activity significantly. Metal ions that bind immediately with protein histidine residues to improve enzyme immobilization are known as silica surface materials. Six or seven histidine residue oligonucleotide water peptide (Oligopeptide) when connected to a nitrogen or carbon of the enzyme ends is made histidine-tagged de (His-tagged) enzyme histidine co (Collaborative) bonded to the metal ion, such as Cu 2 + Due to this, it can be strongly immobilized to the metal chelate. A number of reports reported on the application of metal ion-immobilized silica and magnetic silica support protein separation techniques due to the stability of metal chelates and high protein loading performance. In addition, the magnetic / silica compounds immobilized with metal ions and the core / shell magnetic / silica exhibit inherent simple magnetic separation and selective metal affinity purification.

본 발명은 자성체 코어; 및 이 코어를 덮는, 금속 복합체 관능기를 포함하는 실리카 쉘을 포함하는 나노 복합체를 제공함으로써, 효소 활성도를 유지시키면서도 효소를 강하게 고정시킬 수 있는 자성 코어/실리카 쉘 구조를 포함하는 본 발명의 나노 복합체를 완성하게 되었다.
The present invention is a magnetic core; And a nanocomposite comprising a silica shell comprising a metal complex functional group covering the core, thereby providing a nanocomposite of the present invention comprising a magnetic core / silica shell structure capable of strongly fixing an enzyme while maintaining enzymatic activity. It was completed.

본 발명의 나노 복합체는 자성체가 서로 뭉쳐서 코어를 구성하게 함으로써 코어-쉘 복합체로서 높은 자성력을 유지하도록 하였으며, 실리카 표면에 금속 복합체가 고정되어 있어, 금속이온과 효소의 결합을 통해 금속 킬레이트에 강하게 효소가 고정됨으로써 효소 활성이 높고, 장기간 활성을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
The nanocomposite of the present invention maintains high magnetic force as a core-shell composite by allowing magnetic bodies to form a core together, and a metal complex is fixed on a silica surface, and is strongly resistant to metal chelate through a combination of metal ions and enzymes. By fixing the enzyme, there is an advantage that the enzyme activity is high and the activity can be maintained for a long time.

도 1은 자성 나노입자의 TEM 사진(a)과 자성/실리카 나노복합체의 TEM 사진(b)이다.
도 2는 자성 나노입자의 자성커브(a)와 자성 코어/쉘의 자성커브(b)이다.
도 3은 자성/실리카 나노복합체의 XRD 분석도이다.
도 4는 FT-IR 스펙트럼으로 리간드 없이 구리가 붙은 자성/실리카 나노복합체 (a), 리간드 Ⅱ가 존재하는 자성/실리카 나노복합체 (b), 그리고 구리가 붙어있고 동시에 리간드 Ⅱ가 존재하는 자성/실리카 나노복합체 (c) 스팩트럼이다. 작게 삽입된 도면 ⅰ는 리간드 Ⅰ이 붙은 자성/실리카 나노복합체에 구리를 붙이기 전과 후의 FT-IR 스펙트럼이며, 삽입도면 ⅱ는 리간드 Ⅲ이 붙은 자성/실리카 나노입자에 구리를 붙이기 전과 후의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 5는 37℃에서 반복 사용하였을 때 효소활성도의 변화를 나타내었다.
도 6은 구리복합체의 코어/쉘의 합성 도식으로 리간드 Ⅰ-Cu(a), 리간드 Ⅱ-Cu(b), 리간드 Ⅲ-Cu(c)를 나타내었다.
1 is a TEM image (a) of a magnetic nanoparticles and a TEM image (b) of a magnetic / silica nanocomposite.
2 is a magnetic curve (a) of the magnetic nanoparticles and the magnetic curve (b) of the magnetic core / shell.
3 is an XRD analysis of magnetic / silica nanocomposites.
FIG. 4 shows magnetic / silica nanocomposites (a) with copper attached without ligands in the FT-IR spectrum, magnetic / silica nanocomposites (b) with ligands II present, and magnetic / silica with copper attached and ligands II simultaneously. Nanocomposite (c) spectrum. Small inset ⅰ is the FT-IR spectrum before and after the addition of copper to the magnetic / silica nanocomposite with Ligand I, and inset ii is the FT-IR spectrum before and after the addition of copper to the magnetic / silica nanoparticles with Ligand III. to be.
Figure 5 shows the change in enzyme activity when repeated use at 37 ℃.
6 shows ligands I-Cu (a), ligands II-Cu (b), and ligands III-Cu (c) in a schematic diagram of the core / shell of the copper complex.

본 발명은 실리카 코팅층을 가지는 자성체 코어; 및 상기 코팅층에 공유 결합되어 있고, 3개의 질소원자가 하나의 금속원자 배위 결합되어 있는 금속 복합체를 포함하는 나노 복합체에 관한 것이다.The present invention is a magnetic core having a silica coating layer; And a metal complex covalently bonded to the coating layer and having three nitrogen atoms bonded to one metal atom.

본 발명에서, 상기 나노 복합체는 10 emu/g 이상의 자성을 갖는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the nanocomposite is characterized in having a magnetism of 10 emu / g or more.

본 발명에서, 상기 자성체 코어의 평균직경은 1 내지 200nm, 보다 구체적으로 50 내지 150nm일 수 있다.In the present invention, the average diameter of the magnetic core may be 1 to 200nm, more specifically 50 to 150nm.

상기 나노 입자의 평균 크기는 100 내지 500nm, 보다 구체적으로는 150 내지 200nm일 수 있다. 입자의 평균 크기가 500nm를 초과하는 경우 어느 정도 이상의 크기(200nm) 이후로는 실리카의 두께가 전체 복합체의 크기에 비례하여 커지는 경향성을 보이므로, 오히려 자성력이 떨어질 수 있고, 또 입자의 크기가 너무 작을 경우 실리카의 두께에 비해 자성체의 양이 적어 자성력이 떨어질 우려가 있다. 그러나, 자성체가 쉘 내에 많이 존재한다면 입자의 크기는 그리 중요하지 않으며, 본 발명의 나노 복합체는 10 emu/g 이상의 자성을 갖는 것을 특징으로 하므로, 상기 자성력을 갖는다면 입자의 크기는 크게 중요하지 않다.The average size of the nanoparticles may be 100 to 500nm, more specifically 150 to 200nm. When the average size of the particles exceeds 500 nm, since the thickness of the silica tends to increase in proportion to the size of the entire composite after a certain size (200 nm), the magnetic force may decrease, and the size of the particles If too small, the amount of the magnetic material is small compared to the thickness of the silica, there is a fear that the magnetic force is reduced. However, the particle size is not very important if the magnetic body is present in the shell, and the nanocomposite of the present invention is characterized by having a magnetism of 10 emu / g or more, so if the magnetic force has a large particle size is not important. not.

본 발명에서 상기 자성체 코어는 하나 이상의 자성 물질 또는 자성합금 나노 입자의 집합체(cluster)일 수 있다. In the present invention, the magnetic core may be a cluster of one or more magnetic materials or magnetic alloy nanoparticles.

본 발명에서 상기 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, p 및 q는 각각 식 "0 < p ≤ 3 및 0 < q ≤ 5"을 만족한다.)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상기 자성합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 또는NiFeCo일 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.In the present invention, the magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 , And M p O q (M and M 'each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, and p and q satisfy the expressions "0 <p <3 and 0 <q <5", respectively.) At least one selected from the group consisting of, the magnetic alloy may be CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe or NiFeCo, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 실리카 코팅층의 두께는 10 내지 100 nm, 보다 구체적으로 10 내지 30 nm일 수 있다. 상기 실리카 코팅층의 두께가 100 nm 보다 두꺼울 경우에는 실리카 코팅층으로 인하여 복합체의 자성력이 매우 낮아져 자성 복합체의 역할을 하지 못할 문제가 발생할 우려가 있다.In the present invention, the thickness of the silica coating layer may be 10 to 100 nm, more specifically 10 to 30 nm. When the thickness of the silica coating layer is thicker than 100 nm, the magnetic force of the composite is very low due to the silica coating layer, there is a fear that a problem that can not play the role of the magnetic composite.

본 발명에서, 상기 금속 복합체는 하기 화학식 1로 표시되는 나노복합체일 수 있다:In the present invention, the metal complex may be a nanocomposite represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112010015657009-pat00001
Figure 112010015657009-pat00001

상기 식에서 M은 금속원자를 나타내고,In the formula, M represents a metal atom,

n은 0, 1 또는 2를 나타낸다.n represents 0, 1 or 2.

본 발명에서 상기 M은 3개의 질소원자와 배위결합하여 2+가를 나타내는 금속을 나타내고, 보다 구체적으로는 Cu, Zn, Fe, Co, Mg, Ba, St, Mn 일 수 있으며, n은 1이나, 이로 제한되지 않는다. In the present invention, M represents a metal exhibiting 2 + value by coordinating three nitrogen atoms, more specifically Cu, Zn, Fe, Co, Mg, Ba, St, Mn, n is 1, It is not limited to this.

본 발명에서, 상기 화학식 1의 금속 복합체는 유기 링커를 통하여 실리카 코팅층에 결합된다.In the present invention, the metal complex of Formula 1 is bonded to the silica coating layer through an organic linker.

본 발명에서, 상기 유기 링커는 하기 화학식 2일 수 있다.In the present invention, the organic linker may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112010015657009-pat00002
Figure 112010015657009-pat00002

상기 식에서 R1은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, In the formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

R2는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,R 2 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms,

n은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.n represents the integer of 0-3.

본 발명에서 상기 나노 입자에 고정되는 효소는 히스티딘-태그드 효소(His-tagged enzyme)일 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. In the present invention, the enzyme immobilized on the nanoparticle may be a histidine-tagged enzyme, but is not limited thereto.

본 발명에서, 상기 나노 복합체는 효소 고정을 위하여 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.In the present invention, the nanocomposite may be used for enzyme immobilization, but is not limited thereto.

본 발명은 또한 a) 용매의 존재 하에서 자성체 및 실리카 전구체를 혼합하여 실리카 코팅층을 가지는 자성체를 수득하는 단계; 및 b) 3개의 질소원자가 하나의 금속원자 배위 결합되어 있는 금속 복합체를 상기 실리카 코팅층과 결합시키는 단계를 포함하는 나노 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of a) mixing the magnetic body and the silica precursor in the presence of a solvent to obtain a magnetic body having a silica coating layer; And b) combining the metal composite having three nitrogen atoms coordinated with one metal atom with the silica coating layer.

본 발명에서, 자성체는 자성 전구물질과 계면활성제 또는 계면활성제를 포함하는 용매의 혼합물을 가열하여 상기 자성 전구물질을 열분해하여 제조될 수 있다.In the present invention, the magnetic body may be prepared by pyrolyzing the magnetic precursor by heating a mixture of the magnetic precursor and a solvent or a solvent containing a surfactant.

상기 자성 전구물질은 상기 자성 선구물질은 금속 니트레이트 계열의 화합물, 금속 설페이트 계열의 화합물, 금속아세틸아세토네이트 계열의 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트 계열의 화합물, 금속 할라이드(MXa, M=Ti, Zr, Ta, Nb, Mn, Sr, Ba, W, Mo, Sn, Pb, X=F, Cl, Br, I, 0<a≤5) 계열의 화합물, 금속 퍼클로로레이트 계열의 화합물, 금속 썰파메이트 계열의 화합물, 금속 스티어레이트 계열의 화합물 및 유기 금속 계열의 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.The magnetic precursor may be a metal precursor, a metal nitrate compound, a metal sulfate compound, a metal acetylacetonate compound, a metal fluoroacetoacetate compound, a metal halide (MXa, M = Ti, Zr, Ta, Nb, Mn, Sr, Ba, W, Mo, Sn, Pb, X = F, Cl, Br, I, compounds of 0 <a≤5) series, metal perchlorolate compounds, metal chaphamate series It may be selected from the group consisting of a compound of, a metal styretic compound and an organometallic compound.

상기 계면활성제는 계면활성제는 유기산(CnCOOH, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30)과 유기 아민(CnNH2, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30), 알칸 티올(CnSH, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30), 포스포닉산(CnPO(OH)2, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30), 알킬 포스페이트, 트리옥틸 포스핀 옥사이드, 트리부틸 포스핀, 알킬 설페이트 및 테트라알킬 암모늄 할라이드로부터 선택될 수 있다.The surfactants include organic acids (C n COOH, C n : hydrocarbons, 7 ≦ n ≦ 30), organic amines (C n NH 2 , Cn: hydrocarbons, 7 ≦ n ≦ 30), and alkane thiols (C n SH). , C n : hydrocarbon, 7 ≦ n ≦ 30), phosphonic acid (C n PO (OH) 2 , C n : hydrocarbon, 7 ≦ n ≦ 30), alkyl phosphate, trioctyl phosphine oxide, tributyl phosphine , Alkyl sulfates and tetraalkyl ammonium halides.

상기 유기용매는 에테르계 화합물(Cn2O, Cn:탄화수소, 5≤n≤30), 탄화수소류(CnHm, 7≤n≤30), 유기산(CnCOOH, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30), 유기 아민(CnNH2, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30) 및 알칸 티올(CnSH, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.The organic solvent is an ether compound (C n 2 O, C n : hydrocarbon, 5 ≦ n ≦ 30), hydrocarbons (C n Hm, 7 ≦ n ≦ 30), organic acid (C n COOH, C n : hydrocarbon, 7 ≦ n ≦ 30), organic amine (C n NH 2 , C n : hydrocarbon, 7 ≦ n ≦ 30) and alkane thiol (C n SH, C n : hydrocarbon, 7 ≦ n ≦ 30) Can be.

본 발명의 제조방법에서, 실리카 전구물질은 테트라에틸 오르토실리케이트, 테트라메틸 오르토실리케이트, 메틸 트리에톡시실란, 페닐 트리에톡시실란, 디메틸 디메톡시 실란, 에틸 트리에톡시실란 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.In the preparation method of the present invention, the silica precursor may be tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, methyl triethoxysilane, phenyl triethoxysilane, dimethyl dimethoxy silane, ethyl triethoxysilane or mixtures thereof. However, it is not limited thereto.

본 발명의 제조방법에서, 단계 a)는 촉매의 존재 하에 수행될 수 있다.In the process of the invention, step a) can be carried out in the presence of a catalyst.

상기 촉매는 NH4OH, 또는 NaOH와 같은 염기성 화합물과, 질산, 염산, 또는 황산과 같은 산성 화합물을 제한 없이 사용할 수 있으나, 약 염기성 촉매인 NH4OH를 사용하는 것이 바람직하다.The catalyst may be any basic compound such as NH 4 OH or NaOH, and an acidic compound such as nitric acid, hydrochloric acid, or sulfuric acid without limitation, but it is preferable to use NH 4 OH which is a weak basic catalyst.

본 발명에서, 3개의 질소원자가 하나의 금속원자 배위 결합되어 있는 금속 복합체는 하기 화학식 3인 것을 특징으로 하는 효소 고정용 나노 복합체의 제조방법을 제공한다:In the present invention, a metal complex in which three nitrogen atoms are coordinated with one metal atom provides a method for preparing an enzyme-fixed nanocomposite according to Formula 3 below:

[화학식 3](3)

Figure 112010015657009-pat00003
Figure 112010015657009-pat00003

상기 식에서 R1은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, In the formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

R2는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,R 2 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms,

M은 금속원자를 나타내고,M represents a metal atom,

n은 0, 1 또는 2를 나타낸다.n represents 0, 1 or 2.

본 발명은 또한, 효소가 포함된 용액에 제1항의 나노 복합체를 혼합하는 단계를 포함하는 효소의 고정화 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for immobilizing an enzyme comprising the step of mixing the nanocomposite of claim 1 in a solution containing the enzyme.

본 발명에서 효소는 히스티딘-태그드 효소(His-tagged enzyme)일 수 있다. In the present invention, the enzyme may be a histidine-tagged enzyme.

본 발명은 또한, 본 발명의 나노 복합체에 효소를 고정화시키는 단계; 및 자기장을 인가하여 상기 효소가 고정된 나노 복합체를 분리하는 단계를 포함하는 효소의 분리 방법을 제공한다.
The present invention also comprises the steps of immobilizing an enzyme in the nanocomposite of the present invention; And separating the nanocomposites to which the enzyme is immobilized by applying a magnetic field.

[[ 실시예Example ]]

제조과정 개관Manufacturing Process Overview

효소 고정화를 위해 구리를 사용하여 표면개질된 자성/실리카 코어/쉘 나노구체의 새로운 복합체를 제조하였다. 우선, TEOS(tetraethyl orthoSilicate)의 가수분해와 축합반응을 통해 자성/실리카 코어/쉘 나노구체를 준비하였다. (ⅰ)3-클로로프로필트리에톡시 실란 [3-Chloropropyltriethoxy Silane(CPS)]과 디-(2-피콜릴)아민 [di-(2-picolyl)amine(DPA)], (ⅱ) 3-아미노프로필트리에톡시 실란 [3-Aminopropyltriethoxy Silane(APS)]과 살리실알데히드 [Salicylaldehyde(SAL)], 또는 (ⅲ)3-글리시독시프로필트리메톡시 실란 [3-Glycidoxypropyltrimethoxy Silane(GLYMO)]과 이미노디아세트산 [Iminodiacetic Acid(IDA)], 이상 3가지 물질의 축합반응 생성물들은 자성 실리카의 나노구형입자 표면위에 구리복합체를 위한 리간드에 가깝다. 이 물질들을 구리이온들로 충전하고, His-tagged Bacillus stearothermopilus L1 리파아제의 고정화의 His-tagged 효소의 모델로써 이용하였다.
New complexes of surface-modified magnetic / silica core / shell nanospheres were prepared using copper for enzyme immobilization. First, magnetic / silica core / shell nanospheres were prepared through hydrolysis and condensation of TEOS (tetraethyl orthoSilicate). (Iii) 3-chloropropyltriethoxy silane [3-Chloropropyltriethoxy Silane (CPS)] and di- (2-picolyl) amine [di- (2-picolyl) amine (DPA)], (ii) 3-amino Propyltriethoxy silane [3-Aminopropyltriethoxy Silane (APS)] and salicylaldehyde [Salicylaldehyde (SAL)], or (iii) 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane [3-Glycidoxypropyltrimethoxy Silane (GLYMO)] Iodidiacetic Acid (IDA), the condensation products of these three materials, is close to the ligand for the copper complex on the surface of the nanospheres of magnetic silica. These materials were charged with copper ions and used as a model of His-tagged enzyme for immobilization of His-tagged Bacillus stearothermopilus L1 lipase.

물질 준비Substance preparation

벤질 에테르(99%) [Benzyl Ether(99%)], 도데칸디올(90%)[Dodecanediol(90%)], 철 트리(아세틸아세토네이트)(97%) [Iron Tri(Acetylacetonate)(97%)], 올레산(90%), 올레일 아민(70%), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TetraethylorthoSilicate), 3-아미노프로필트리에톡시 실란(3-Aminopropyltriethoxy Silane, APS), 3-클로로프로필트리에톡시 실란(3-Chloropropyltriethoxy Silane, CPS), 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxy Silane, GLYMO), 살리실알데히드(Salicylaldehyde, SAL), 디-(2-피콜릴)아민[Di-(2-picolyl)Amine, DPA], 이미노디아세트산(Iminodiacetic Acid, IDA), 그리고 구리(II) 니트레이트 히드레이트[Copper(II) Nitrate Hydrate](98%). 이상의 물품들은 Sigma Aldrich(Seoul, Korea)사의 제품을 이용하였고, 분석 그레이드의 톨루엔(Analytical grade Toluene)과 에탄올은 Dae Jung(Seoul, Korea)사에서 구입하여 사용하였다.
Benzyl Ether (99%), Dodecanediol (90%), Dodecanediol (90%), Iron Tri (acetylacetonate) (97%) [Iron Tri (Acetylacetonate) (97% )], Oleic acid (90%), oleyl amine (70%), tetraethylorthosilicate, 3-aminopropyltriethoxy Silane (APS), 3-chloropropyltriethoxy Silane (3-Chloropropyltriethoxy Silane (CPS), 3-Glycidoxypropyltrimethoxy Silane (GLYMO), Salicylaldehyde (Salicylaldehyde, SAL), Di- (2-Picolyl) amine [Di- (2-picolyl) Amine, DPA], Iminodiacetic Acid (IDA), and Copper (II) Nitrate Hydrate (98%). The above items were used by Sigma Aldrich (Seoul, Korea), and analytical grade toluene and ethanol were purchased from Dae Jung (Seoul, Korea).

제조예Manufacturing example 1 One

올레산/올레일아민(Oleic Acid/Oleylamine)으로 코팅된 마그네타이트(Magnetite) 나노입자를 고온을 이용한 분해(Decomposition) 방법으로 준비하였다. 단분산 자성(Monodisperse Magnetic) 나노입자의 준비는 이미 널리 알려져 있으므로 특별히 기재하지 않았다. Magnetite nanoparticles coated with oleic acid / oleylamine were prepared by a high temperature decomposition method. Preparation of monodisperse magnetic nanoparticles is already well known and has not been specifically described.

철 트리(아세틸아세토네이트, 2mmol)[Iron tri(acetylacetonate, 2mmol)], 도데칸디올(10mmol)[Dodecanediol(10mmol)], 올레산(6mmol)[Oleic Acid(6 mmol)], 올레일아민(6mmol)[Oleylamine (6mmol)], 그리고 벤질 에테르(20mmol)[Benzyl Ether(20 ml)]를 질소 조성 하에서 저어주면서 잘 섞었다. Iron tri (acetylacetonate, 2 mmol) [Iron tri (acetylacetonate, 2 mmol)], dodecanediol (10 mmol) [Dodecanediol (10 mmol)], oleic acid (6 mmol) [Oleic Acid (6 mmol)], oleylamine (6 mmol) [Oleylamine (6mmol)] and benzyl ether (20mmol) [Benzyl Ether (20 ml)] were mixed well under stirring under nitrogen composition.

이상의 혼합물을 2시간에 걸쳐 점진적으로 200°C까지 가열하였다. 200℃에 도달하면 즉시 270°C까지 가열하여 1시간 동안 유지시켰다. 상온으로 온도를 낮춘 후 에탄올(40ml)을 마그네타이트 나노입자 침전물에 첨가하였다. 입자들을 원심분리기를 이용하여(1g당 1450RPM으로) 1시간 동안 분리한 후 헥산으로 세척하였다. 얻어진 마그네타이트 나노 입자를 헥산에 보관하였다.
The above mixture was heated gradually to 200 ° C. over 2 hours. Upon reaching 200 ° C., it was immediately heated to 270 ° C. and maintained for 1 hour. After lowering the temperature to room temperature, ethanol (40 ml) was added to the magnetite nanoparticle precipitate. The particles were separated for 1 hour using a centrifuge (at 1450 RPM per gram) and then washed with hexane. The obtained magnetite nanoparticles were stored in hexane.

제조예Manufacturing example 2 2

자성 나노입자 150g을 10ml의 톨루엔과 섞은 후 에탄올 160ml, 증류수 40ml, 그리고 암모늄 히드록시드(30 wt%) [Ammonium Hydroxide(30 wt%)] 5ml의 혼합용액과 섞었다. 상온에서 20분 동안 잘 섞어준 후 하루에 걸쳐 테트라에틸오르쏘실리케이트(TetraethylorthoSilicate) 2ml를 첨가하였다. 결과물인 자성/실리카 코어/쉘(Magnetic/Silica Core/shell) 나노입자들을 자석을 이용하여 수집하였다.
150 g of magnetic nanoparticles were mixed with 10 ml of toluene and then mixed with 160 ml of ethanol, 40 ml of distilled water, and 5 ml of ammonium hydroxide (30 wt%) [Ammonium Hydroxide (30 wt%)]. After mixing well at room temperature for 20 minutes, 2 ml of tetraethylorthoSilicate was added over a day. The resulting magnetic / silica core / shell nanoparticles were collected using a magnet.

실시예Example 1 및  1 and 비교예Comparative example 1 One

리간드 I(3-Chloropropyltriethoxy Silane-di-(2-picolyl)Amine, CPS-DPA)는, CPS와 DPA를 톨루엔에서 반응시켜 얻었다. 리간드 II(3-AminoPropyltriethoxy Silane-SalicylAldehyde, APS-SAL)는 APS와 SAL를 톨루엔에서 반응시켜 얻었다. Ligand I (3-Chloropropyltriethoxy Silane-di- (2-picolyl) Amine, CPS-DPA) was obtained by reacting CPS and DPA in toluene. Ligand II (3-AminoPropyltriethoxy Silane-SalicylAldehyde, APS-SAL) was obtained by reacting APS and SAL in toluene.

CPS와 APS를 리간드 I과 II로 완전히 전환시키기 위해서, 과량의 DPA와 SAL를 첨가해 주었다. 이상의 반응들은 모두 90℃에서 6시간에 걸쳐 수행하였다.
To completely convert CPS and APS to ligands I and II, excess DPA and SAL were added. All of the above reactions were carried out at 90 ° C. over 6 hours.

비교예Comparative example 2 2

리간드 III (3-Glycidoxypropyltriethoxy Silane - IminoDiacetic Acid, GLYMO-IDA)는 이미 알려져 있으므로 그 제조과정을 본 명세서에 기재하지 않았다. Ligand III (3-Glycidoxypropyltriethoxy Silane-IminoDiacetic Acid, GLYMO-IDA) is already known and therefore its preparation has not been described herein.

결과물인 유기실란들(각각 1 mmol)은 자성/실리카 나노입자(100 mg)의 표면에 90℃에서 3시간동안 인큐베이션시켜서 이식시켰다. 톨루엔으로 입자들을 세척시켜 결합되지 않은 다른 리간드들을 제거하였다. 원심분리와 건조 후 입자 30mg을 구리(II) 니트레이트 히드레이트 (0.2 wt%)의 에탄올 용액 50 ml에 첨가하였다. 그 후 상온에서 3시간동안 200rpm으로 저어주면서 인큐베이션하였다.
The resulting organosilanes (1 mmol each) were implanted on the surface of the magnetic / silica nanoparticles (100 mg) incubated at 90 ° C. for 3 hours. The particles were washed with toluene to remove other unbound ligands. After centrifugation and drying, 30 mg of particles were added to 50 ml of an ethanol solution of copper (II) nitrate hydrate (0.2 wt%). Thereafter, the mixture was incubated with stirring at 200 rpm for 3 hours at room temperature.

실험예Experimental Example 1 One

리파아제를 고정화시키기 위해서 구리로 충전된 자성/실리카 나노입자 7.5mg을 His-tagged B. Stearothermopilus L1 리파아제 (0.8465mg protein/ml)가 포함된 NaCl(0.85% w/v)용액 7.5ml에 첨가하였다. 4시간 동안의 인큐베이션 후 NaCl 용액(0.85% w/v)을 이용하여 2번 세척하였다. 그리고 상층부 용액을 자석을 이용하여 분리해 내어 4°C에 보관하였다. 입자의 단백질 총량은 리파아제 용액과 Lowry방법을 이용한 상층부의 단백질 농도를 측정하여 결정된다.
To immobilize the lipase, 7.5 mg of copper-filled magnetic / silica nanoparticles were added to 7.5 ml of NaCl (0.85% w / v) solution containing His-tagged B. Stearothermopilus L1 lipase (0.8465 mg protein / ml). After 4 hours of incubation, the cells were washed twice with NaCl solution (0.85% w / v). And the upper solution was separated using a magnet and stored at 4 ° C. The total protein in the particles is determined by measuring the protein concentration in the upper layer using a lipase solution and the Lowry method.

실험예Experimental Example 2 2

리파아제 활성도는 기름의 가수분해 정도를 측정함으로써 결정된다. 기름의 유화는 1% (v/v) 올리브유(Sigma Chemical Co.)와 NaCl(20mM), CaCl2(1mM) 그리고 유화제로 고무질의 아라빅(1%w/v,Sigma Chemical Co.)을 섞어서 만들어졌다. 반응은 고정화된 리파아제를 첨가함으로 시작되었다. 반응의 pH와 온도는 각각 7.7과 37℃로 유지시켰다. pH-스탯 적정기[Stat Titrator(718 Stat Titorino, Metrohm, Switzerland)]와 10mM의 NaOH를 이용하여 오일 수화반응으로부터 추출된 지방산을 적정하였다. Lipase activity is determined by measuring the degree of hydrolysis of the oil. The oil is emulsified by mixing 1% (v / v) olive oil (Sigma Chemical Co.) with NaCl (20 mM), CaCl 2 (1 mM) and rubbery arabic (1% w / v, Sigma Chemical Co.) Made. The reaction was started by adding immobilized lipase. The pH and temperature of the reaction were maintained at 7.7 and 37 ° C, respectively. Fatty acid extracted from oil hydration was titrated using a pH-stat titrator (Stat Titrator (718 Stat Titorino, Metrohm, Switzerland)) and 10 mM NaOH.

1단위의 리파아제 활성도는 1분동안 1μmol의 NaOH를 적정시킬 수 있는 지방산의 양을 유리시키는데 필요한 효소의 양으로 정의된다. 반응 후 입자들은 자성분리를 이용해 수집하였고, NaCl용액(0.85% w/v)을 이용하여 2번 세척하여 재사용 하였다. 리파아제의 특이활성도는 효소 활성도를 단백질 함유량으로 나눈 값으로 정의하고 단위는 U/mg protein로 표현하였다.One unit of lipase activity is defined as the amount of enzyme needed to liberate the amount of fatty acid that can titrate 1 μmol of NaOH for one minute. After the reaction, the particles were collected by magnetic separation, washed twice with NaCl solution (0.85% w / v) and reused. The specific activity of lipase was defined as the enzyme activity divided by the protein content and expressed in U / mg protein.

만들어진 물질들의 사이즈와 형태는 JEOL의 JEM-300이라는 고해상도TEM(HR-TEM)을 300kV 동작시켜 관측하였다. HR-TEM분석을 위한 시료는 구리 그리드에 솔루션 1방울을 떨어뜨린 후 상온에서 충분히 증발시켜 얻을 수 있었다. 또한 나노입자의 결정을 관측하기 위해서 XRD(X-ray diffractometry)를 이용하였으며 Rigaku사의 D/max-3A 모델을 사용하였다. FT-IR분석에는 Varian Excalibur Series가 사용되었다.The size and shape of the produced materials were observed by operating 300kV of high resolution TEM (HR-TEM) called JEOL JEM-300. Samples for HR-TEM analysis were obtained by dropping a drop of solution on a copper grid and evaporating sufficiently at room temperature. In addition, X-ray diffractometry (XRD) was used to observe the crystals of nanoparticles, and Rigaku's D / max-3A model was used. Varian Excalibur Series was used for FT-IR analysis.

그리고 자성을 평가하기 위해서 VSM(vibration sample magnetometer; Lake Shore Model 7300)을 이용하였다. 철과 구리의 함량을 측정하기 위해서는 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, OPTIMA 4300 DV, Perkin Elmer)를 사용하였다.
In addition, a VSM (Vibration Sample Magnetometer; Lake Shore Model 7300) was used to evaluate the magnetic properties. ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, OPTIMA 4300 DV, Perkin Elmer) was used to measure the iron and copper contents.

실험예Experimental Example 3 3

도 1a가 보여주는 것은 자성 나노입자의 TEM 이미지로서, 7nm이하의 완전한 구형임을 알 수 있다. 올레산/올리엘아민(Oleic Acid/Oleylamine)으로 감싸면 톨루엔에 즉각적으로 분산된다. 톨루엔에 분산된 입자들에 에탄올을 추가하면 유화된 입자들이 생성된다. 자성 나노입자 주위의 실리카 쉘의 성장은 TEOS의 기초 촉매 수화반응과 자성 코어의 표면에서 일어나는 실리카의 2차 축합반응을 포함한다.
Figure 1a shows the TEM image of the magnetic nanoparticles, it can be seen that the sphere is less than 7nm. Wrapped in oleic acid / olileyamine and immediately dispersed in toluene. Adding ethanol to the particles dispersed in toluene produces emulsified particles. Growth of the silica shell around the magnetic nanoparticles includes the basic catalytic hydration of TEOS and the secondary condensation of silica occurring on the surface of the magnetic core.

실험예Experimental Example 4 4

도면 1b는 자성/실리카 코어/쉘 입자의 TEM 이미지를 보여준다. 역시 구형이고 평균 크기는 100nm이며 실리카 쉘의 평균 두께는 20nm이다. 코어 속의 자성 나노입자 조각이 도면 1b에서 뚜렷하게 보인다. 이 마그네타이트 실리카 쉘로 성형되어도 21emu/g 정도로 높은 포화된 자성값을 나타낸다.(도 2 참조) 이것은 자성분리를 이용하여 쉽게 분리할 수 있음을 시사해준다.
1B shows a TEM image of magnetic / silica core / shell particles. It is also spherical and has an average size of 100 nm and an average thickness of the silica shell is 20 nm. Magnetic nanoparticle fragments in the core are clearly visible in FIG. Even when molded into this magnetite silica shell, it shows a saturated magnetic value as high as 21 emu / g (see FIG. 2). This suggests that the magnetic separation can be easily separated.

실험예Experimental Example 5 5

XRD분석을 통해 결정 구조를 가진 자성/실리카 나노입자를 졸-겔(sol-gel) 방법을 통해 만들었음을 확인할 수 있었다. XRD패턴을 확인해보면 결정화 마그네타이트(Crystalline Magnetite)와 코어/쉘로 만들어진 패턴이 같은 유사성을 가짐을 알 수 있다.(도 3 참조)
XRD analysis showed that the magnetic / silica nanoparticles having the crystal structure were made by the sol-gel method. Checking the XRD pattern, it can be seen that the pattern made of Crystalline Magnetite and the core / shell have the same similarity (see FIG. 3).

실험예Experimental Example 6 6

구리가 충전된 코어/쉘 나노입자를 만드는 과정을 도 6에 나타내었다. 실리카 표면을 통해 Si-OH그룹의 탈수화반응과 함께 유기실란 리간드(Organosilane Ligand)가 이식되었다. 구리(Ⅱ) 이온의 첨가반응이 일어날 때 구리복합체가 형성되었다. 형성된 구리복합체는 IR-Spectroscopy로 확인할 수 있었다. The process of making the copper-filled core / shell nanoparticles is shown in FIG. 6. Organosilane Ligand was implanted with the dehydration of Si-OH group through the silica surface. The copper complex was formed when the addition reaction of copper (II) ions occurred. The copper composite formed was confirmed by IR-Spectroscopy.

리간드 Ⅱ를 이식할 때 1000~1250cm-1 영역에서 몇 개의 C-H 진동구역이 발견되는데(도 4b) 이는 이식하기 전의 자성/실리카 (도 4a)에서는 발견되지 않은 부분이다. When implanting Ligand II, several CH oscillation zones were found in the region 1000-1250 cm −1 (FIG. 4B), which was not found in the magnetic / silica (FIG. 4A) prior to implantation.

리간드 Ⅱ의 프리 아조메틴(Free Azomethine)그룹(-N=CH-)의 특성구간은 1645cm-1이하에서 나타났다(도 4b). 그러나 이 구역은 Cu2 +가 충전된 나노 입자에서 좀더 낮은 1628cm- 1이하로 이동되며(도 4c) 구리와 아조메틴 질소의 배위결합을 나타내기도 한다. 이와 유사한 질소구간의 이동이 구리와 질소의 배위결합으로 인해 나타났다(도 4ⅰ, 도 4ⅱ). The characteristic section of the free azomethine group (-N = CH-) of ligand II was found to be 1645 cm -1 or less (Fig. 4b). However, this zone is at a lower 1628cm nanoparticles with a Cu 2 + charge-and also indicate the coordinated movement of the first and below (Fig. 4c) and a copper azomethine nitrogen. Similar shifts in nitrogen were observed due to the coordination bonds of copper and nitrogen (Figs. 4 and 4ii).

ICP 분석기를 이용하여 구리로 충전된 나노 입자(표 1)를 분석해본 결과 리간드 Ⅰ이 이식된 나노 입자와 리간드 Ⅲ이 이식된 나노 입자에서 구리와 철의 비율이 유사함을 발견할 수 있었다. 구리-철의 비율이 가장 낮은 것은 리간드 Ⅱ가 이식된 나노 입자였다. 만약 구리와 His-tagged 리파아제의 배위결합 비율이 모든 실험했던 리간드들과 같다면 리간드 Ⅱ가 이식된 나노 입자의 고정화된 His-tagged 리파아제의 특이활성도가 가장 낮을 수 있을 것이다.
Analysis of copper-filled nanoparticles (Table 1) using an ICP analyzer showed similar ratios of copper and iron in nanoparticles implanted with ligand I and nanoparticles implanted with ligand III. The lowest copper-iron ratio was nanoparticles implanted with Ligand II. If the coordination ratio of copper and His-tagged lipase is the same as for all tested ligands, the specific activity of the immobilized His-tagged lipase may be lowest for the ligand-implanted nanoparticles.

[표 1] 자성/실리카 나노입자의 ICP 분석 결과Table 1 ICP Analysis of Magnetic / Silica Nanoparticles

Figure 112010015657009-pat00004

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실험예Experimental Example 7 7

His-tagged 효소가 구리로 충전된 나노 입자의 현탁액에 첨가될 때, 히스티딘 잔여물과 구리의 배위결합을 통해 효소가 고정화된다. 표 2에 효소고정화 효율과 구리로 충전된 다양한 자성/실리카 나노 입자 위에 고정화된 효소의 특이활성도와 고정화 지표로써의 단백질 함량을 요약하였다.
When His-tagged enzyme is added to a suspension of copper-filled nanoparticles, the enzyme is immobilized via coordination of copper with histidine residues. Table 2 summarizes the enzyme immobilization efficiency and specific activity of the enzyme immobilized on various magnetic / silica nanoparticles filled with copper and the protein content as an index of immobilization.

[표 2] His-tagged 리파아제의 단백질 함유량 및 특이활성도 비교 결과[Table 2] Comparison of protein content and specific activity of His-tagged lipase

Figure 112010015657009-pat00005

Figure 112010015657009-pat00005

효소용액의 단백질 함유량과 특이 활성도는 각각 0.8462ml/mL, 730U/mg protein 이었다. His-tagged 효소의 가장 높은 고정화 효율과 가장 특이한 결합은 리간드 Ⅰ에서 얻어졌다. 반면에 리간드 Ⅱ는 단백질고정화에 가장 낮은 효율을 보였으며 히스티딘과 배위결합을 하였다. 이 결과들은 표 1에서 보여준 데이터와 기댓값과의 좋은 일치를 보여줬다. 3가지 리간드가 붙은 구리복합체의 형상은 개념도 1에 나타나 있다. 흥미롭게도 리간드 Ⅱ가 붙은 구리복합체에 관해 2개의 배열이 제안되었다(개념도 1(b)). 왼쪽배열은 리간드 Ⅱ의 2개의 분자가 동시에 붙어있고, 구리가 있는 His-tagged 리파아제와 배위결합을 하지 않았다.The protein content and specific activity of the enzyme solution were 0.8462ml / mL and 730U / mg protein, respectively. The highest immobilization efficiency and the most specific binding of His-tagged enzyme was obtained from Ligand I. Ligand II, on the other hand, had the lowest efficiency for protein immobilization and coordinated histidine. These results showed a good agreement between the data shown in Table 1 and the expected values. The shape of the copper complex with three ligands is shown in Concept 1. Interestingly, two arrangements have been proposed for the copper complex with ligand II (concept 1 (b)). In the left arrangement, two molecules of Ligand II are attached simultaneously and do not coordinate with His-tagged lipase with copper.

표 1에 보이듯이 리간드 Ⅱ의 구리함량은 리간드 Ⅰ이나 Ⅲ에서 보이는 함량의 절반 이하임을 알 수 있다. 이것을 통해 도 6(b)의 왼쪽배열이 오른쪽배열보다 지배적임을 알 수 있다. 따라서 리간드 Ⅱ로 인한 효소 고정화의 최저효율은 피할 수 없게 된다. 표 2에서 볼 수 있는 리간드 Ⅰ과 리간드 Ⅱ의 자료를 토대로 리간드 Ⅰ의 피리딘 나이트로젠(Pyridine Nitrogen)이 His-tagged 리파아제와 구리의 공유결합이 리간드 Ⅲ의 카르복실산 산소보다 안정됨을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the copper content of ligand II is less than half of the content seen in ligands I and III. Through this, it can be seen that the left array of FIG. 6 (b) is more dominant than the right array. Therefore, the lowest efficiency of enzyme immobilization due to ligand II is inevitable. Based on the data of Ligand I and Ligand II shown in Table 2, it can be seen that Pyridine Nitrogen of Ligand I is more stable in covalent bond between His-tagged lipase and copper than carboxylate oxygen of Ligand III.

고정화된 리파아제는 자성분리를 통해 재생되며, 3번 재사용되었다. 도 5는 재사용의 횟수를 늘려가면서 효소의 활성도가 어떻게 변하는지 보여주고 있다. 첫 번째 사용 후 3개의 나노입자들 모두 효소 활성화도가 두드러지게 감소함을 볼 수 있다. 그러나 차후의 사용에서는 거의 일정하게 유지되었다. 가장 높은 상대 활성도(약 70%)를 보여준 리간드 Ⅰ이 이식된 나노입자에 고정된 리파아제가 3가지 리간드와 구리결합이 가장 높았다. 반면에 아무런 리간드가 없는 자성/실리카 입자는 재사용할 때 작은 정도의 상대 활성도만을 보여줬다. Immobilized lipase was regenerated through magnetic separation and reused three times. 5 shows how the activity of the enzyme changes as the number of reuse increases. After the first use, all three nanoparticles showed a marked decrease in enzyme activation. However, it remained almost constant in future use. The lipase immobilized on the nanoparticles implanted with Ligand I, which showed the highest relative activity (about 70%), had the highest three ligands and copper bonds. On the other hand, magnetic / silica particles without any ligand showed only a small degree of relative activity when reused.

Claims (19)

실리카 코팅층을 가지는 자성체 코어; 및
상기 코팅층에 공유 결합되어 있고, 3개의 질소원자가 하나의 금속원자와 배위 결합되어 있고, 하기 화학식 1로 표시되는 금속 복합체를 포함하는 나노 복합체;
[화학식 1]
Figure 112011087698565-pat00015

상기 화학식 1에서, M은 3개의 질소원자와 배위결합하여 2+가를 나타내는 금속이고, n은 1 또는 2를 나타낸다.
A magnetic core having a silica coating layer; And
A nanocomposite covalently bonded to the coating layer, three nitrogen atoms coordinated with one metal atom, and comprising a metal composite represented by the following Chemical Formula 1;
[Formula 1]
Figure 112011087698565-pat00015

In Formula 1, M is a metal having 2 + valence by coordinating three nitrogen atoms, and n is 1 or 2.
제1항에 있어서,
상기 나노 복합체가 10 emu/g 이상의 자성을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 1,
The nanocomposite is characterized in that the nanocomposite has a magnetic force of 10 emu / g or more.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어의 평균직경이 1 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 1,
Nanocomposite, characterized in that the average diameter of the magnetic core is 1 to 200nm.
제1항에 있어서,
상기 자성체 코어는 하나 이상의 자성 물질 또는 자성합금 나노 입자의 집합체(cluster)인 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 1,
The magnetic core is a nanocomposite, characterized in that the cluster (cluster) of one or more magnetic material or magnetic alloy nanoparticles.
제4항에 있어서,
상기 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, p 및 q는 각각 식 "0 < p ≤3 및 0 < q ≤ 5"을 만족한다.)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이고, 상기 자성합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 4, wherein
The magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 , And M p O q (M and M 'each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, and p and q satisfy the expressions "0 <p ≤ 3 and 0 <q ≤ 5", respectively.) At least one selected from the group consisting of, wherein the magnetic alloy is at least one selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe and NiFeCo nanocomposite.
제1항에 있어서,
상기 실리카 코팅층의 두께가 10 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 나노 복합체
The method of claim 1,
Nanocomposite, characterized in that the thickness of the silica coating layer is 10 to 100 nm
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 금속 복합체는 유기 링커를 통하여 실리카 코팅층에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 1,
The metal composite represented by Chemical Formula 1 is bonded to the silica coating layer through an organic linker.
제9항에 있어서,
상기 유기 링커는 하기 화학식 2인 것을 특징으로 하는 나노 복합체:
[화학식 2]
Figure 112011087698565-pat00016

상기 화학식 2에서 R1은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
n은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
10. The method of claim 9,
The organic linker is a nanocomposite, characterized in that:
(2)
Figure 112011087698565-pat00016

In Formula 2, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
R 2 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms,
n represents the integer of 0-3.
a) 용매의 존재 하에서 자성체 및 실리카 전구체를 혼합하여 실리카 코팅층을 가지는 자성체를 수득하는 단계; 및
b) 3개의 질소원자가 하나의 금속원자 배위 결합되어 있으며, 하기 화학식 1로 표시되는 금속 복합체를 상기 실리카 코팅층과 결합시키는 단계를 포함하는 나노 복합체의 제조방법;
[화학식 1]
Figure 112011087698565-pat00017

상기 화학식 1에서 M은 3개의 질소원자와 배위결합하여 2+가를 나타내는 금속이고, n은 1 또는 2를 나타낸다.
a) mixing a magnetic body and a silica precursor in the presence of a solvent to obtain a magnetic body having a silica coating layer; And
b) a method of manufacturing a nanocomposite comprising combining three nitrogen atoms with one metal atom and coordinating the metal composite represented by Formula 1 with the silica coating layer;
[Formula 1]
Figure 112011087698565-pat00017

In Formula 1, M is a metal having 2 + valence by coordinating three nitrogen atoms, and n is 1 or 2.
제11항에 있어서,
자성체는 자성 전구물질과 계면활성제 또는 계면활성제를 포함하는 용매의 혼합물을 가열하여 상기 자성 전구물질을 열분해하여 제조한 것을 특징으로 하는 나노 복합체의 제조방법.
The method of claim 11,
Magnetic material is a method of producing a nanocomposite, characterized in that the magnetic precursor is prepared by heating a mixture of a surfactant or a solvent containing a surfactant by thermal decomposition of the magnetic precursor.
제11항에 있어서,
실리카 전구물질은 테트라에틸 오르토실리케이트, 테트라메틸 오르토실리케이트, 메틸 트리에톡시실란, 페닐 트리에톡시실란, 디메틸 디메톡시 실란, 에틸 트리에톡시실란 및 이들의 혼합물로부터 이루어진 그룹 중에서 선택한 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노 복합체의 제조방법.
The method of claim 11,
The silica precursor is at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, methyl triethoxysilane, phenyl triethoxysilane, dimethyl dimethoxy silane, ethyl triethoxysilane and mixtures thereof Method for producing a nanocomposite.
제11항에 있어서,
단계 a)는 촉매의 존재 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 복합체의 제조방법.
The method of claim 11,
Step a) is carried out in the presence of a catalyst.
제11항에 있어서,
3개의 질소원자가 하나의 금속원자와 배위 결합되어 있는 금속 복합체는 하기 화학식 3인 것을 특징으로 하는 나노 복합체의 제조방법:
[화학식 3]
Figure 112011087698565-pat00018

상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
M은 3개의 질소원자와 배위결합하여 2+가를 나타내는 금속을 나타내고,
n은 1 또는 2를 나타낸다.
The method of claim 11,
Method for producing a nanocomposite characterized in that the metal complex in which three nitrogen atoms are coordinated with one metal atom is represented by the following formula (3):
(3)
Figure 112011087698565-pat00018

In Formula 3, R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
R 2 represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms,
M represents a metal which exhibits 2+ valence by coordinating with three nitrogen atoms,
n represents 1 or 2.
효소가 포함된 용액에 제1항의 나노 복합체를 혼합하는 단계를 포함하는 효소의 고정화 방법.
Method of immobilizing the enzyme comprising the step of mixing the nanocomposite of claim 1 in a solution containing the enzyme.
제16항에 있어서,
효소가 히스티딘-태그드 효소(His-tagged enzyme)인 것을 특징으로 하는 효소의 고정화 방법.
The method of claim 16,
An enzyme immobilization method, characterized in that the histidine-tagged enzyme (His-tagged enzyme).
제1항의 나노 복합체에 효소를 고정화시키는 단계; 및
자기장을 인가하여 상기 효소가 고정된 나노 복합체를 분리하는 단계를 포함하는 효소의 분리 방법.
Immobilizing the enzyme on the nanocomposite of claim 1; And
Separation method of the enzyme comprising the step of separating the nanocomposite to which the enzyme is fixed by applying a magnetic field.
제18항에 있어서,
효소가 히스티딘-태그드 효소(His-tagged enzyme)인 것을 특징으로 하는 효소의 분리 방법.
The method of claim 18,
An isolation method for an enzyme, characterized in that the enzyme is a histidine-tagged enzyme.
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