KR101212655B1 - 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자점 입자가 집적되어 일산화질소를 선택적으로 검출하는 성능이 향상된 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서는 양자점이 마이크로 비드 내의 공간에 집적되어, 더욱 효과적으로 낮은 농도의 일산화질소까지도 검출할 수 있으며, 또한, 나노구조체에 포함된 화학 물질에 의해 발생할 수 있는 세포의 독성문제를 개선할 수 있다.

Description

마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법{MICRO BEAD SENSOR FOR NITRIC OXIDE DETECTION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양자점 입자가 집적되어 일산화질소를 선택적으로 검출할 수 있으면서도 세포독성이 없는 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
대기 오염 물질로만 여겨졌던 일산화질소 (Nitric Oxide)가 사람의 심혈관계 시스템에서 혈관확장 및 혈액순환의 촉진을 위해 아주 중요한 역할을 담당하는 생리활성물질이라는 것이 알려진 이래로, 이를 밝힌 공로로 루이스 이그나로(Louis Ignarro) 교수가 1998년 노벨상을 수상하였으며, 지식습득과 기억력(learning and memory) 및 통증완화 현상 등과 관련된 신경전달 시스템, 심혈관계 및 면역시스템 등 다양한 생리현상 및 질병에 관련이 있는 것으로 밝혀지고 있다.
인체 내의 일산화질소 생성은 3가지 형태의 산화질소효소에 의해 L-아르기닌(L-Arginine)이 L-시트룰린(L-Citrulline)으로 변화하면서 발생하는 것으로 알려져 있으며, 심혈관계나 신경계에서 나노 몰 정도의 일산화질소가 생성되며, 한편, 면역체계와 관련하여 중요한 역할을 하는 대식세포 등에서는 마이크로 몰 정도의 일산화질소가 생성되어 인체 내에 칩입한 박테리아나 바이러스를 제거하는 것으로 보고되고 있다.
따라서 인체 내에서 일산화질소의 시간과 생성 양이나 분포를 측정하면 일산화질소가 관여하는 수많은 생리학적인 기전을 밝히는데 커다란 단초를 제공하므로 수많은 기관에서 일산화질소 측정을 위한 연구개발이 진행되고 있었다. 그러나 일산화질소는 분자량이 30 달톤 정도인 작은 분자이고 반응성이 매우 큰 라디칼로서 쉽게 세포막 사이를 확산하여 이동할 수 있는 물질로 정확한 농도측정에 어려움이 있어 왔다. 기존의 일산화질소의 농도측정을 위한 방법으로는 산화환원반응을 이용한 전기화학적인 방법, 화학적인 반응을 수반하여 발생되는 형광을 측정하는 방법 등이 이용되어 오고 있다. 이중에서 전기화학적인 방법에 의해 일산화질소를 측정하는 방법은 다양한 연구기관에서 이를 이용한 발표가 있었는데 전극의 형태나 실망스럽게도 연구기관마다 동일한 인체 부위의 일산화질소 양에 대한 측정결과가 작게는 수백 나노 몰에서 부터 크게는 수십 마이크로 몰에 달하는 결과를 보고하고 있다. 이는 도파민이나, 타이로신, 5-하이드록시트립타민(5-hydroxytriptamine, 5-HT) 등과 같은 인체 내의 다양한 생리활성 물질 등이 산화환원 반응에 참여함에 따른 결과로 이러한 선택성을 해결하기 위해 추가적으로 전극외부에 일산화질소 선택성을 향상시키기 위해 나피온과 같은 고분자를 도포하기는 하나 도포되는 층의 두께, 도포되는 층수 등에 심각한 영향을 받는 것으로 알려지고 있다. 한편, 화학적인 반응을 동반함으로서 생기는 형광을 측정하는 방법은 상업적으로 가장 성공한 일산화질소를 측정하는 방법이나 이는 인체 내에서 생성되는 일산화질소를 측정하는 것이 아니라 일산화질소와 산소가 결합하여 생성되는 질소화합물인 N2O3와 유기염료의 반응 전구체와 반응하여 형광을 나타내는 염료의 생성 정도를 형광에 의해 측정하는 것으로 이는 N2O3 생성량이나 반응조건 등에 밀접한 관계가 있는 간접적인 일산화질소 측정방법이라는 한계가 있다. 이에 보다 정확하면서도 극미량의 일산화질소 농도를 측정할 수 있는 센서를 개발할 필요가 대두되고 있다.
이에 본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 반도성 특성을 나타내는 양자점 나노입자와 일산화질소에 대해 선택적으로 결합할 수 있는 분자인식체가 결합된 나노하이브리드 구조체를 이용하면 극미량의 일산화질소를 가역적으로 검출할 수 있음을 발견하고 이미 특허출원 제2009-123140호로 출원한 바 있다. 이에, 검출할 수 있는 센서의 민감도를 대폭적으로 향상하거나 나노구조체를 고정화하기 위해 더욱 노력한 결과 다량의 나노하이브리드가 집적된 마이크로 비드를 제조하는 경우 일산화질소를 선택적으로 검출할 수 있음은 물론 나노 구조체에 의한 세포독성을 감소시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 양자점 입자가 집적되어 일산화질소를 선택적으로 검출할 수 있으면서도 세포독성이 없는 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서는 형광을 나타내는 반도성 양자점 및 전이금속 화합물을 포함하는 나노 하이브리드가 메조기공성의 실리카 비드에 집적된 것이다.
이때, 상기 반도성 양자점은 12-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
상기 반도성 양자점은 코어-쉘 구조인 것이 바람직하다.
상기 코어-쉘 구조에서 코어구조를 구성하는 물질은 12-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것이 바람직하다.
상기 반도성 양자점은 아민, 아민염, 카복실 및 리피드 그룹으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 관능기가 표면에 존재하도록 표면개질된 것이 바람직하다.
상기 전이금속 화합물의 전이금속은 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 전이금속 화합물을 구성하는 리간드는 카복실, 아민, 싸이올, 포피린, 프탈로시아닌 및 살로펜으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 메조기공의 실리카 비드의 기공크기는 3 ~ 30nm이고, 상기 마이크로 비드의 입자 크기는 50nm 내지 10㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 제조방법은 유기금속 화합물 (organometallic compound) 전구체 물질을 열분해하여 코어-셀 구조의 양자점을 합성하는 단계; 상기 합성된 양자점 표면을 개질하여 수용성 양자점을 합성하는 단계; 상기 수득된 양자점을 메조기공성의 실리카 비드의 기공 내에 집적하는 단계; 및 상기 비드의 기공 내에 집적된 수용성 양자점을 전이금속 화합물과 반응시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서는 양자점이 마이크로 비드 내의 공간에 집적되어, 더욱 효과적으로 낮은 농도의 일산화질소까지도 검출할 수 있으며, 또한, 나노구조체에 포함된 화학 물질에 의해 발생할 수 있는 세포의 독성문제를 개선할 수 있다.
도1은 본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서에서 비드 내에 집적된 양자점의 화학적 기작을 설명하는 모식도이다.
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서는 형광을 나타내는 반도성 양자점 및 전이금속 화합물을 포함하는 나노 하이브리드가 메조기공성의 실리카 비드에 집적된 것이다.
이때, 상기 반도성 양자점은 12-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것이 바람직하다. 상기 12-16족 반도성 화합물의 예로서는 ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe 또는 이들의 혼합물이 있고, 상기 11-13-16족 반도성 화합물의 예로서는 CuInSe, CuInGaSe 또는 이들의 혼합물이 있으며, 상기 13-15족 반도성 화합물의 예로서는 GaAs, InGaAs, InP, InAs 또는 이들의 혼합물이 있고, 상기 14족 반도성 화합물로서는 예를 들면, Ge, Si 등이 있다.
상기 반도성 양자점은 반도성 나노입자의 저장 또는 빛에 의한 형광 특성의 감소를 막을 수 있다는 점에서 코어-쉘 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 상기 코어구조를 구성하는 물질은 12-16족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이다. 상기 쉘 구조는 상기 코어구조에 1 내지 10겹의 ZnS 단분자층이 형성된 구조이다.
상기 반도성 양자점이 인체 내의 일산화질소를 측정을 위하여 사용되기 위해서는 수용액 상에서 분산이 가능하여야 하며, 이를 목적으로 상기 반도성 양자점은 아민, 아민염, 카복실 및 리피드 그룹으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 관능기가 표면에 존재하도록 표면 개질될 수 있다. 이를 위해 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드 (hexadecyltrimethylamonium bromide, CTAB), 시스테인(cystein), 티올 에시드 (thiol acid), 디팔미토일포스파티딜 콜린(dipalmitoylphosphatidyl choline, DPPC), 디올레일포스파티딜 콜린(dioleylphosphatidyl choline, DOPC), 팔미토일올레일포스파티딜 콜린(palmitoyloleylphosphatidyl choline, POPC), 팔미토일올레일포스파티딜 글리세롤(palmitoyloleylphosphatidyl glycerol, POPG), 모노팔미토일포스파티딜 글리세롤(mono-palmitoylphosphatidyl glycerol, mPPG), 아미노프로필트리메톡시 실란(aminopropyltrimethoxy silane) 등이 사용될 수 있다. 상기의 물질을 이용한 표면 개질은 클로로포름과 같은 유기용매에 분산된 양자점을 상기의 물질이 용해된 수용액을 일정시간 혼합하고 유기용매를 증발시키는 상전이 변환과정을 거쳐 수행된다.
한편, 상기 전이금속 화합물의 전이금속은 일산화 질소와 배위결합이 용이한, 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 루테늄 (Ru), 및 로듐(Rh)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 전이금속 화합물을 구성하는 리간드로는 카복실, 아민, 싸이올, 포피린, 프탈로시아닌 및 살로펜으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 배위자가 사용되는 것이 바람직하다. 이들 중, 포피린, 프탈로시아닌, 살로펜 리간드와 금속과 결합된 구조 예는 다음과 같다:
[ 금속 포피린(metal porphyin)]
Figure 112010076755588-pat00001
[금속 프탈로시아닌(metal phthalocyanine)]
Figure 112010076755588-pat00002
[메탈 살로펜(metal salophen)]
Figure 112010076755588-pat00003
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서는 상술한 나노 하이브리드가 메조기공성의 실리카 비드에 집적된 것이다. 상기 메조기공의 고분자 또는 실리카 비드의 기공크기는 평균직경이 5 ~ 30nm인 것이 바람직하다. 상기 평균직경의 크기가 3nm에 이르지 못하면 양자점 침투가 용이하지 않아 바람직하지 않고, 30nm를 초과하면 다수의 양자점이 응집을 하여 양자효율이 감소하는 문제점이 있다.
상기 마이크로 비드의 입자 크기는 50nm 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 비드의 입자크기가 50nm에 이르지 못하면 고밀도하 정도에 대한 개선정도가 낮아 바람직하지 않고, 10㎛를 초과하는 경우에는 비드가 중력에 의해 가라않는 문제점이 있다.
한편, 메조기공성 실리카는 알킬실란(alkylsilane) 전구체를 이용하여 합성된다. 대표적으로, 계면활성제 템플레이트를 이용한 졸-겔 반응에 의해 구형의 메조포러스 실리카를 제조할 수 있다.
본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 제조방법은 유기금속 화합물(organometallic compound) 전구체 물질을 열분해하여 코어-셀 구조의 양자점 합성하는 단계; 상기 수득된 양자점 용액의 표면을 개질하여 수용성 양자점을 합성하는 단계; 상기 수득된 양자점을 메조기공성의 실리카 비드의 기공 내에 집적하는 단계; 및 상기 마이크로 비드의 기공 내에 집적된 수용성 양자점을 전이금속 화합물과 반응시키는 단계;를 포함한다.
먼저, 코어-쉘 구조의 양자점의 코어를 구성하는 양자점은 일반적으로 잘 알려진 유기금속(organometallic compound)을 전구체로 이용하여 열분해 (pyrolysis)방법을 이용하여 합성한다. 쉘 구조를 형성하기 위해서는 시린지 펌프를 이용하여 적당량의 쉘 성분의 용액을 천천히 첨가한 후, 150-250에서 약 1 ~ 1.5시간 동안 교반한다.
두 번째 단계에서는 상기에서 수득된 양자점을 유기용매인 클로로포름(CHCl3)등의 용매에 분산시킨 다음, 수득한 양자점 용액에 표면개질을 위한 표면개질제 용액을 혼합한 후 일정시간 교반하여 표면을 개질한다.
세 번째 단계에서는 상기 수득된 양자점이 메조기공성의 실리카 비드의 기공 내에 집적된다. 상기 집적은 부탄올 등의 알코올에 분산된 메조기공 실리카 용액에 양자점을 넣은 후 강력하게 일정한 시간 동안 교반하여 양자점을 기공 안으로 확산 침투시키는 방법으로 수행될 수 있다.
마지막으로, 상기 마이크로 비드의 기공 내에 집적된 수용성 양자점을 전이금속 화합물과 반응시켜 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서를 제조한다. 이 단계에서는 상기에서 양자점이 집적된 비드를 수용액에 넣고, 전이금속 화합물을 양자점 1당량 대비 0.1 ~ 100 당량을 혼합한 후 상온에서 2시간 이상 교반하여 일산화질소를 검출할 수 있는 비드형 일산화질소 검출센서를 제조한다.
이하에서는 본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 검출원리를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서에서 비드 내에 집적된 양자점의 화학적 기작을 설명하는 모식도이다.
도1을 참조하면, 일산화질소가 존재하지 않는 상태라면(화할표의 오른 쪽), 본 발명의 일산화질소의 검출센서가 분산되어 있는 용액에 빛을 조사할 경우 상기 검출센서의 양자점에서 원자가대(valence band)의 전자 하나가 전도대(conduction band)로 들뜨지만, 원자가대의 전공이 빠르게 전이금속의 d-오비탈 내에 존재하는 전자에 의하여 채워지고 전도대의 여기된 전자는 전이금속의 d-오비탈로 전이됨으로서 양자점의 형광은 퀀칭 (quenching)되어 열을 방출하며 안정화되어 형광을 발현하지 못한다. 그러나, 일산화질소가 존재하면(화살표의 오른 쪽) 일산화질소 라디칼의 리간드로서 높은 반응성에 의하여 일산화질소와 전이금속이 결합하여 착화합물을 형성하고 양자점에서 떨어진다. 따라서, 일산화질소 존재 하에 형광을 발현하게 된다. 이러한 경우 전이금속이 양자점에서 멀리 존재하므로 형광의 퀀칭 현상이 사라지게 된다. 이는 소위 PET(Photoinduced Electron Transfer) 기작에 의한 턴-온(turn-on) 형광센서 재작 기법과 매우 흡사하다 할 수 있다. 즉, 상기 검출센서는 일산화질소가 존재하지 않을 경우 형광을 나타내지 않지만 일산화질소 존재 시에는 형광을 발현하는 고선택성, 고감도 일산화질소 센서로 작용하게 되는 것이다.
상기 검출센서는 일산화질소 검출시 양자점의 구성 성분, 크기에 따라 파란색부터 붉은색 광을 발하게 되므로 이를 통해 일산화질소의 존재 여부를 확인할 수 있으며, 일산화질소 양이 증가하면 더 강한 형광을 발하게 되므로 형광의 강도에 따라 일산화질소의 농도를 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<실시 예 1>
1. 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 제조
먼저, 코어-쉘 구조의 CdSe/ZnS 양자점을 수득하였다. 양자점 코어를 구성하는 CdSe 양자점은 유기금속(organometallic) 전구체 물질, 카드뮴옥사이드(CdO)와 셀레늄 파우더를 이용하여 반응온도 300-320에서 열분해(pyrolysis)하여 합성하였다. CdSe/ZnS 코어-셀 양자점 합성은 시린지 펌프를 이용하여 징크 스테아레이트(zinc stearate) 및 설퍼(S) 파우더를 트리-n-부틸 포스핀(tri-n-butylphosphine)에 녹인 ZnS 용액을 0.1ml/min의 유속으로 천천히 첨가한 후, 190에서 약 1.5시간 동안 교반하여 제조하였다.
다음으로, 상기 합성된 양자점을 유기용매인 클로로포름 (CHCl3)에 분산시킨 다음, 수용성 양자점 용액을 합성하기 위하여 수득한 양자점 용액에 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(hexadecyltrimethylamonium bromide, CTAB) 용액을 혼합한 후 일정시간 교반하여 헥사데실 트리메틸 암모늄 브로마이드로 표면을 개질하였다.
세 번째로, 위와 같이 수득된 양자점 나노 비드를 고정화하여 고감도를 구현하는 단계로 메조기공 실리카를 이용하여 일산화질소를 선택적이며 가역적으로 검출할 수 있는 마이크로 비드 센서를 제조하였다. 이를 위하여, 수용액에 분산된 200 나노몰 양자점 수용액 0.5ml를 부탄올에 분산된 0.14 mg 메조기공성 실리카(기공 평균입경 20 nm, 비드 평균크기 5), 10ml 와 상온에서 4시간 동안 교반하여 반응시킨 후, 원심 분리하여 양자점이 고집적된 마이크로 비드를 제조하였다.
한편, 메조기공성 실리카는 계면활성제 템플레이트를 이용한 졸-겔 반응에 의해 구형의 메조포러스 실리카를 제조하였다. 대표적인 제조방법을 기술하면 다음과 같다. 계면활성제 템플레이트로는 트라이블록 (tri-block) 공중합 폴리머인 P123 (BASF사, HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H)을 사용하였다. P123 일정 양을 산 용액에 녹인 후, 기공 크기의 증대를 위해 일정양의 팽윤제인 1,3,5-트리메틸벤젠 (1,3,5-Trimethylbenzene, Sigma-Aldrich 사) 을 첨가하여 37 ~ 40℃가 유지된 상태에서 2시간 동안 강하게 교반하면서 혼합하였다. 이와 같이 제조된 계면활성제 템플레이트의 표면에서 실리카 전구체를 반응시키기 위해 테트라에톡시 오르도실리케이트 (tetraethoxy orthosilicate) 를 5분 동안 교반하면서 투입한 후, 20 시간 동안 40oC에서 교반하지 않고 반응을 진행시켰다. 추가로 실리카 전구체의 반응을 가속화 하기 위하여 NH4F 일정 양을 투입 후 100℃에서 24시간 동안 서서히 교반하면서 반응을 진행하였다. 반응이 완료된 후 흰색 침전물을 여과지를 이용하여 물과 에탄올로 세정하여 회수하였다. 이와 같이 회수된 반응물 내의 유기물질인 계면활성제 템플레이트를 제거하기 위하여 550℃, 6시간 이상의 열처리를 함으로서 메조포러스 실리카를 제조하였다.
마지막으로, 표면이 개질된 양자점 입자 수용액에 전이금속 화합물로서 로디움아세테이트를 양자점 1당량 대비 1당량을 혼합한 후 상온에서 7시간 교반하여 일산화질소를 검출할 수 있는 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서를 제조하였다.
2. 일산화질소에 대한 민감도 측정
이와 같이 제조된 일산화질소 나노센서의 감도특성을 측정하기 위하여 일산화질소를 생성할 수 있는 디에틸아민 소디움 염 하이드레이트 (diethylamine sodium salt hydrate, NO/NOate)를 양자점 농도를 기준으로 하여 일정량을 양자점 하이브리드 용액에 반응시킨 후 형광 측정 장치(PL Spectrometer, 신코사 제품, 모델명: S-3100) 를 이용하여 형광강도를 측정하였다. 반응 전과 후의 형광강도의 측정값이 차이가 있을 경우, 그 디이에틸아민 소디움 염 하이드레이트의 최소 농도 값을 일산화질소에 대한 민감도로 정의하였다.
상기와 같은 방법으로 측정한 실시예 1의 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 10 나노 몰을 나타내었다.
3. 세포 독성 측정 (MTT 시약에 의한 세포 생존율 측정)
활성화된 교세포(microglia cell) 혹은 대조군에 마이크로 비드를 24 시간 처리하고 MTT 시약을 처리한 후, 포마존(formazan)의 흡광도를 측정하는 방법으로 세포의 생존률을 측정하였다. 24시간 마이크로 비드 처리 후, 세포 생존율은 90% 이상을 보였다.
<실시예 2>
실시예 1에서 CdSe/ZnS 양자점 대신 CuInGaSe 양자점을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 하이브리드 센서를 제조한 후 일산화질소에 대한 민감도를 측정하였다. 이와 같이 제조한 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 30 나노 몰을 나타내었으며, 세포 생존율은 95% 이상을 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 1 에서 수용성 양자점을 제조하기 위해 사용되는 CTAB 대신 POPC 와 POPG 혼합 리피드 (혼합비율 90/10) 로 양자점을 개질한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 하이브리드 센서를 제조한 후 일산화질소에 대한 민감도를 측정하였다. 이와 같이 제조한 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 50 나노 몰을 나타내었으며, 세포 생존율은 90% 이상을 나타내었다.
<실시예 4>
실시예2 에서 수용성 양자점을 수득하기 위해 사용되는 CTAB 대신 POPC 와 POPG 혼합 리피드 (혼합비율 90/10) 로 양자점을 개질한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일한 방법으로 나노하이브리드 센서를 제조한 후 일산화질소에 대한 민감도를 측정하였다. 이와 같이 제조한 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 70 나노 몰을 나타내었으며, 세포 생존율은 95% 이상을 나타내었다.
<실시예 5>
전이금속 화합물로서 실시예1 에서 사용되는 로디움아세테이트 대신 코발트살로펜을 이용하여 나노 하이브리드형 일산화질소 센서를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 나노 하이브리드 센서를 제조한 후 일산화질소에 대한 민감도를 측정하였다. 이와 같이 제조한 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 70 나노 몰을 나타내었으며, 세포 생존율은 90% 이상을 나타내었다.
<비교 예 1>
나노 비드형 일산화질소 검출센서의 제조하기 위하여 표면개질 된 양자점을 실리카 비드에 고집적하는 공정을 제외하였으며, 상세한 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 코어-쉘 구조의 CdSe/ZnS 양자점을 유기용매인 클로로포름 (CHCl3)에 분산시킨 다음, 수용성 양자점 용액을 합성하기 위하여 수득한 양자점 용액에 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(hexadecyltrimethylamonium bromide, CTAB) 용액을 혼합한 후 일정시간 교반하여 헥사데실 트리메틸 암모늄 브로마이드로 표면을 개질하였다.
다음으로, 표면이 개질된 양자점 입자 수용액에 전이금속 화합물로서 로디움아세테이트를 양자점 1당량 대비 1당량을 혼합한 후 상온에서 7시간 교반하여 일산화질소를 검출할 수 있는 나노비드형 일산화질소 검출센서를 제조하였다. 이와 같이 제조한 마이크로 비드형 센서의 일산화질소에 대한 민감도는 20 나노 몰을 나타내었으며, 세포 생존율은 50%를 나타내었다.
본 발명의 일산화질소 센서는, 예를 들어 인체 모세 혈관 내의 혈액순환을 촉진하는 기전이나, 뉴론 간의 메시지를 전달하기 위한 일산화질소의 역할을 규명하기 위해 활용될 수 있으며, 암, 당뇨병, 노인성 질환에 대한 일산화질소의 역할을 규명하기 위해 사용될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 형광을 나타내는 반도성 양자점 및 전이금속 화합물을 포함하는 나노 하이브리드가 메조기공성의 실리카 비드에 집적된 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도성 양자점은 12-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도성 양자점은 코어-쉘 구조인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조에서 코어구조를 구성하는 물질은 12-16족 반도성 화합물; 13-15족 반도성 화합물; 11-13-16족 반도성 화합물; 및 14족 반도성 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도성 양자점은 아민, 아민염, 카복실, 리피드로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 관능기가 표면에 존재하도록 표면개질된 것임을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전이금속 화합물의 전이금속은 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전이금속 화합물을 구성하는 리간드는 카복실, 아민, 싸이올, 포피린, 프탈로시아닌 및 살로펜으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 메조기공의 고분자 또는 실리카 비드의 기공크기는 평균직경이 5 ~ 30nm인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 비드의 입자 크기는 50nm 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 상기 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서.
  10. 유기금속 화합물 (organometallic compound) 전구체 물질을 열분해하여 코어-셀 구조의 양자점을 합성하는 단계;
    상기 합성된 양자점의 표면을 개질하여 수용성 양자점을 합성하는 단계;
    상기 합성된 수용성 양자점을 메조기공성의 실리카 비드의 기공 내에 집적하는 단계; 및
    상기 비드의 기공 내에 집적된 수용성 양자점을 전이금속 화합물과 반응시키는 단계;를 포함하는 마이크로 비드형 일산화질소 검출센서의 제조방법.
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