KR101218204B1

KR101218204B1 - 형광 중공 실리카 나노입자 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101218204B1
Application number: KR1020100066381A
Authority: KR
Inventors: 김도현; 이경균; 위린복; 이석재; 박태정
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2013-01-03
Also published as: KR20120005749A

Abstract

본 발명은 형광 중공 실리카 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 약물 전달체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직경이 1 내지 100 nm의 중공을 가지는 코어부; 상기 코어부를 둘러싸고 있는 실리카 셀부; 및 상기 실리카 셀부에 도입된 형광물질 을 포함하는 형광 중공 실리카 나노입자와, 실리카 나노입자 합성 시 형광물질을 도입하여 형광 실리카 나노입자를 제조하는 제 1 단계; 및 상기 형광 실리카 나노입자에 불산을 처리하여 나노입자 내부에 공극을 형성시키는 제 2 단계;를 포함하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법 및 상기 형광 중공 실리카 나노입자를 포함하는 약물 전달체에 관한 것이다.

Description

형광 중공 실리카 나노입자 및 이의 제조방법{Fluorescence hollow silica nanoparticle and preparation method thereof}

본 발명은 형광 중공 실리카 나노입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

제어 방출 기술(controlled release technology)을 사용한 약물 전달(drug delivery) 기술은 1970년에 시작된 후, 급속한 발전을 거듭하여 현재 수많은 제품이 시판되거나 개발 중에 있다.

약물 전달체(drug carrier)에 관한 연구는 최근에는 비경구 시스템(parenteral system)뿐만 아니라, 입(oral), 폐(pulmonary), 코(nasal) 또는 눈(ophthalmic)을 통한 전달과 같은 다양한 경구 시스템(nonparenteral system) 분야에서도 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 현재까지 알려진 약물 전달체들은 그 크기가 매우 커서, 점막(mucosal membrane) 또는 체순환계(systemic circulation)를 통하여 목적 조직(target tissues)에 전달하기 어렵다. 이에, 제어 방출 약물 전달 시스템에 사용될 수 있는 약물 전달체로서 나노크기 입자의 제조 기술이 주목을 받고 있다

한편, 최근 개발된 졸-겔(sol-gel) 법에 근거한 기술은 생물학적으로 활성을 갖는 제제를 실온에서 실리카 크세로겔(silica xerogel)에 도입하고, 상기의 겔 매트릭스로부터 내부에 함유된 제제의 방출 양상을 조절할 수 있는 새로운 가능성을 제시한 바 있다[S.B. Nicoll., et al, In vitro release kinetics of biologically active transforming growth factor-β1 from a novel porous glass carrier, Biomaterial 18 (1997) 853-859 등]. 상기와 같은 졸-겔 기술은 저렴하고, 간편하며, 다용도로 사용될 수 있고, 생산된 실리카 크세로겔은 무독성의 생체 호환성 물질이라는 장점이 있다[P. Kortesuo., et al, Silica Xerogel as as implantable carrier for controlled drug deliver evaluation of drug distribution and tissue effects after implantation, Biomaterial 21 (2000) 193-198]. 상기와 같은 실리카 크세로겔 시스템의 많은 장점으로 인해, 헤파린 등과 같은 다양한 치료 물질의 제어 방출 전달용 물질로서 상기 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다[M.S. Ahola., et al, In vitro release of heparin from silica xerogels, Biomaterials 22 (2001) 2163-2170].

그러나, 현재까지 알려진 대부분의 실리카 크세로겔을 이용한 시스템은 내부에 치료제가 포획(entrapment) 또는 흡수되어 있거나, 또는 표면에 화학적으로 치료제가 결합되어 있는 고분자로부터 제조된 전달체이다. 따라서, 이러한 기술들은 제조 과정에서 가교제의 사용, 온도 및 pH 등의 제어 공정이 필요하며, 이러한 제어 과정에서 탑재된 약물에 부작용을 유발할 우려가 매우 커서, 임상학적 이용이 매우 제한되는 단점이 있다.

이러한 문제의 해결을 위해, 다양한 주형 합성법(templateing method) 등을 사용하여 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 다공질의 중공 실리카 입자(porous hollow silica particle)를 제조하고, 이를 약물 전달체로 사용하는 방법을 생각할 수 있다[F. Caruso., et al, Nanoengineering of inorganic and hybrid hollow spheres by colloidal templating, Science 282 (1998) 1111-1114].

그러나, 현재까지 알려진 기술에서는 사용되는 주형(template)은 나노 수준의 중공 입자(nanosized hollow particle)를 안정적으로 제조하기 어려운 문제가 있다. 또한, 나노 수준의 중공 입자를 제조하더라도, 그러한 입자 내부의 중공의 크기가 매우 작아 약물의 봉입량이 매우 저하되거나, 또는 중공부를 감싸고 있는 셀부의 기공 크기 제어가 어려우며, 이에 따라 약물 방출 양상의 제어가 곤란하여 약물 전달체로 사용되기에는 충분하지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 실리카 나노입자 내부에 큰 크기의 중공을 갖는 코어부를 안정적으로 형성할 수 있고, 상기 중공 크기의 자유로운 제어가 가능하며, 손쉽게 대량으로 생산할 수 있는 형광 중공 실리카 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 약물 전달체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 직경이 1 내지 100 nm의 중공을 가지는 코어부; 상기 코어부를 둘러싸고 있는 실리카 셀부; 및 상기 실리카 셀부에 도입된 형광물질을 포함하는 형광 중공 실리카 나노입자;를 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 형광 중공 실리카 나노 입자는 입자 내부의 넓은 중공을 포함하며, 기존의 중공 실리카 나노 입자의 제조 방법에 비하여 공정이 간단하여 대량 생산이 편리하며, 내부 중공의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. 또한, 나노 실리카가 형광 특성을 가져서 약물 물질 전달체 및 추적이 가능하다는 강점을 가진다.

도 1은 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자의 제조과정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시예의 (1)에서 제조된 형광 실리카 나노입자의 주사전자현미경사진이다.
도 3은 실시예의 (1)에서 제조된 형광 실리카 나노입자의 자외선 노출 후 형광 사진(a)과 자외선 노출 전 형광사진(b)이다.
도 4의 A와 B 각각은 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 형광 중공 실리카 입자의 투과전자현미경사진이다.
도 5의 A와 B 각각은 실시예 3 및 실시예 4에서 제조된 형광 중공 실리카 입자의 투과전자현미경사진이다.
도 6는 실시예 1에서 제조된 형광 중공 실리카 입자의 원소 분석 그래프이다.
도 7은 실시예 1에서 제조된 형광 중공 실리카 입자 및 실시예 1의 (1)에서 제조된 형광 실리카 나노입자의 질소 흡착/탈착량을 도시한 그래프이다.

본 발명은 직경이 1 내지 100 nm의 중공을 가지는 코어부; 상기 코어부를 둘러싸고 있는 실리카 셀부; 및 상기 실리카 셀부에 도입된 형광물질을 포함하는 형광 중공 실리카 나노입자에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자의 코어부는 직경이 1 내지 100 nm의 중공을 가지며, 중공 크기를 제어하기 위해서 사용되는 triton x-100, n-hexanol, 불산 등에 의해 조절된다. 상기 중공의 직경이 1 nm 미만이면 충분한 약물을 담체할 수 없는 문제가 있고, 100 nm를 초과하면 약물 전달체로 동물이나 인체에 사용하는데 문제가 있다.

본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자는 또한 상기 코어부를 둘러싸고 있는 실리카 셀부를 포함한다. 상기 실리카 셀부의 표면에 형광물질(fluorescence material)을 도입시킨다. 이와 같이 나노입자가 형광물질을 포함함으로 해서, 본 발명의 나노입자는 광영상(optical imaging) 또는 기공명영상(magnetic resonance imaging) 분야에서 효과적으로 사용될 수 있다.

즉, 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자는 높은 공간 해상도(spatial resolution)을 가지며 비침습적(non-invasive)인 자기공명 영상 기법의 수행, 그리고 우수한 감도로 인해 마이크로스케일의 영상을 표현할 수 있는 광영상 기법 등의 실현을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 형광물질로는 fluorescein 계열의 TRITC(Tetramethylrhodamine-5-

(and 6)-isothiocyanate), FITC(Fluorescein-5-isothiocyanate), DAPI ( 4,6-diamidino-2-phenylindole), 피렌, 프로피디움 요오드화물 및 RITC(Rhodamine isothiocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 형광물질은 형광 중공 실리카 나노입자의 전체 중량 대비 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량이 10 중량% 미만이면 형광 중공 실리카 나노입자의 형광성이 저하될 우려가 있으며, 20 중량%을 초과하면 공극 형성의문제가 있다.

상기와 같은 형광물질을 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자의 실리카 셀부에 도입하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 상기 형광물질은 양이온성 작용기를 매개로 실리카 셀부에 도입되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용한 용어 『양이온성 작용기』는 실리카 셀부의 표면에 형광물질을 도입함과 동시에, 나노입자의 표면 전하를 양전하로 대전시킬 수 있는 작용기를 의미한다. 즉, 상기와 같은 작용기는 화학적 결합을 통해 형광물질이 도입될 수 있는 결합 영역을 제공하고, 또한 나노입자의 표면을 양전하로 대전시킴으로써, 일반적으로 음전하를 띄는 세포막과의 결합성을 높일 수 있다. 이와 같은 양이온성 작용기의 예로는 암모니아기, 1차 아민기, 2차 아민기 및 3차 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있고, 상기 작용기는 각각에 대응하는 적절한 전구체를 사용하여 실리카 셀부로 도입될 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 전구체의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 아미노알킬 트리알콕시 실란을, 더욱 바람직하게는 3-아미노프로필 트리메톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란을 사용할 수 있다.

본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자는 입자 직경이 20 nm 내지 100 nm인 것이 보다 바람직하다. 나노입자의 직경이 상기 범위를 벗어나는 경우, 생체로의 적용이 어려워져, 생물의학적 이용 가능성이 떨어질 우려가 있다.

본 발명은 또한, 실리카 나노입자 합성 시 형광물질을 도입하여 형광 실리카 나노입자를 제조하는 제 1 단계; 및

상기 형광 실리카 나노입자를 불산으로 처리하여 나노입자 내부에 공극을 형성시키는 제 2 단계;

를 포함하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 제조방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 제 1 단계는 형광 실리카 나노입자를 제조하는 단계로서, 구체적으로

1) 계면활성제 존재 하에 수용상과 오일상을 혼합하여 에멀젼을 형성시키는 단계; 2) 형광물질, 작용기에 대응되는 전구물질 및 실리카 전구체를 혼합 반응시켜 구형의 형광 실리카 나노입자를 제조하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

이때, 형광 실리카 나노입자를 제조하는 방법 역시 특별히 한정되지 않으나, 물-오일 마이크로에멀젼 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 단계의 1) 단계는 계면활성제 존재 하에 수용상과 오일상을 혼합하여 에멀젼을 형성시킨다.

실리카 나노입자는 클로로포름, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 디에틸 에테르, 에틸 아세테이트 및 디클로로메탄 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 오일상 및; 초순수, 증류수, PBS(phosphate-buffered saline), 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 아세트산(acetic acid) 및 포름산(formic acid) 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수용상을 사용하여 이 분야의 통상의 에멀션법을 통하여 제조될 수 있다(nanoemulsion). 또한, 실리카 나노입자 제조 시에는 올레인산 칼륨(potassium oleate) 또는 올레인산 나트륨(sodium oleate)과 같은 비누; 에어로졸 OT(aerosol OT), 콜산염 나트륨(sodium cholate) 또는 카프릴산 나트륨(sodium caprylate)과 같은 음이온성 계면활성제(anionic detergent); 염화 세틸피리디늄(cetylpyridynium chloride), 브롬화 알킬트리메틸 암모늄(alkyltrimethylammonium bromide), 염화 벤잘코늄(benzalkonium chloride) 또는 브롬화 세틸디메틸에틸 암모늄(cetyldimethylethylammonium bromide)과 같은 양이온성 계면활성제; N-알킬-N,N-디메틸암모니오-1-프로판설페이트(N-alkyl-N,N-dimethylammonio-1-propanesulfate) 또는 CHAPS와 같은 양성이온성 게면활성제(zwitterionic detergent); 폴리옥시에틸렌 에스테르(polyoxyethylene ester), 폴리옥시에틸렌솔비탄 에스테르(polyoxyethylenesorbitan ester), 솔비탄 에스테르(sorbitan ester) 또는 각종의 트리톤(triton) (예를 들면, TX-100 또는 TX-114)과 같은 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 계면활성제의 존재 하에 수행될 수 있다. 이와 같은 계면활성제는 수용상과 오일상 사이의 표면장력(interfacial tension)을 감소시켜서, 에멀젼 내에 분산된 오일상 또는 수용상이 열역학적으로 안정한 상태로 존재할 수 있게 한다.

본 발명의 제 1 단계에서는 상기와 같이 제조된 나노입자의 실리카 셀부를 형성할 실리카 전구체를 적절한 용매에서 혼합함으로써, 상기 전구체의 가수 분해 반응 및 축합에 의한 겔화 반응을 진행시킨다. 이때, 사용될 수 있는 용매의 종류는 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 공지된 각종의 수성 및 유기 용매를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 물과 알코올의 혼합 용매를 사용한다. 상기 용매는 에멸젼 형성 시 사용된 용매일 수 있다. 상기 혼합 용매 중 물은 첨가된 실리카 전구체의 가수 분해 반응을 진행시키는 역할을 하게 되는데, 이 단계에서 축합 및 겔화 반응을 진행시킬 수 있는 히드록실기가 실리카 전구체 내의 규소 원자로 도입되게 된다. 통상 실리카 전구체는 물에 잘 용해되지 않기 때문에 알코올과 같은 적절한 유기 용매와 혼합하여 사용한다. 알코올은 물과 실리카 전구체 양자를 모두 용해시킬 수 있고, 이에 따라 물과 실리카 전구체를 균질하게 혼합시켜 가수 분해 반응을 진행시킬 수 있다. 이때, 물과 알코올의 혼합 비율은 특별히 제한되는 것은 아니며, 이 분야의 당업자는 적절한 혼합 비율을 용이하게 선택할 수 있다.

본 발명의 제 1 단계에서 첨가되는 실리카 전구체는 나노입자의 실리카 셀부를 형성할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니지만, TEOS(테트라에틸 오르소실리케이트) 또는. 테트라메톡시 실란(tetramethoxy silane) 및/또는 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane)과 같은 알콕시 실란을 사용하는 것이 바람직하며, 이 중 TEOS 또는 테트라에톡시 실란을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 제 1 단계에서는 상기 실리카 전구체의 사용량을 조절하여 목적하는 셀부의 두께를 제어할 수 있는데, 상기 사용량은 이 분야의 당업자에 의하여 적절히 선택될 수 있다. 본 발명의 제 1 단계에서 실리카 전구체의 가수 분해 반응을 진행시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 환류(reflux) 조건 하에서 교반시키는 일반적인 방법으로 진행할 수 있다. 또한, 본 발명의 제 1 단계에서는 산성 촉매(ex. HCl, CH₃COOH 등) 또는 염기 촉매(ex. KOH, NH₄OH 등) 등의 적절한 촉매를 첨가하여 상기 가수 분해 반응을 촉진시킬 수도 있다. 본 발명의 제 1 단계에서 상기와 같은 가수 분해 및 축합에 의한 겔화 반응을 통해 실리카 셀부가 형성되며, 가수 분해된 전구체는 클러스터 표면에 실록산 결합(-Si-O-Si-)을 형성하며 축합 및 겔화된다.

또한, 제 1 단계의 2) 단계에서는 형광물질을 별도로 도입하는 종래 기술과는 달리 실리카 나노입자 제조 시 형광물질을 함께 도입한다.

상기에서 설명하였듯이, 형광물질 도입을 위해 양이온성 작용기를 도입하며, 이러한 작용기의 도입은 이 분야의 일반적인 방법을 통하여 수행될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 제조된 나노입자의 표면을 도입하고자 하는 작용기에 대응되는 전구물질로 처리함으로써 작용기를 도입하고, 상기 작용기 및 형광물질을 접촉시켜 화학적 결합을 유도함으로써 수행될 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 전구물질의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 아미노알킬 트리알콕시 실란을, 더욱 바람직하게는 3-아미노프로필 트리메톡시 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란을 사용할 수 있다. 또한, 상기 작용기에 도입되는 형광물질의 구체적인 종류는 전술한 바와 같다.

본 발명의 제 2 단계에서는 상기 제 1단계에서 제조된 형광 실리카 나노입자에 불산을 처리하여 나노입자 내부에 공극을 형성시켜 형광 중공 실리카 나노입자를 제조한다.

상기의 제조된 실리카의 중공 크기는 도입되는 불산의 양에 의하여 결정된다. 그 이유는 형광 실리카가 합성되는 과정에서 실리카 내부는 주로 실리카가 합성되면서 나노 레이어를 만들며 이 과정에서 형광 염료가 도입되어 지속적으로 실리카 나노 레이어가 형성이 되지만 일정한 크기가 형성이 된 후로는 도입되는 아미노알킬 트리알콕시 실란과 형광 염료가 접합을 이루어 실리카 입자의 표면 부분에 위치하게 된다. 이런 과정을 거쳐서 생성된 형광 실리카 나노 입자를 불산으로 처리하게 되면 불산과 실리카의 반응 속도가 불산과 형광 염료와 아미노알킬 트리알콕시 실란이 결합된 입자보다 빨라서 내부의 실리카가 먼저 제거되면서 내부에 공극을 형성하게 된다. 형광 실리카 나노입자 내부의 공극 크기는 도입되는 불산의 양이 내부의 실리카와 반응하는 양을 결정하게 되며 도입되는 실리카와 불산의 화학적 반응이 끝나게 되면 내부의 공극의 크기는 더 이상 커지지 않게 된다.

상기 불산은 형광 실리카 나노입자 : 불산 = 1 : 0.25 ~ 5 중량비가 되도록 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 1 : 1 ~ 4 중량비로 사용하는 것이 좋으며, 형광 실리카 나노입자:불산을 1 : 0.25 중량비 미만으로 사용하면 공극의 잘 생기지 않거나, 너무 작을 수 있으며, 1 : 5 중량비를 초과하여 불산을 사용하는 경우, 실리카 나노입자의 표피가 너무 얇아지는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 전술한 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자 및 약제학적 활성성분을 포함하는 약물 전달체에 관한 것이다. 즉, 전술한 바와 같이 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자의 코어부는 비어 있으므로, 중공 내에 약제학적 활성성분을 담지한 후, 치료를 요하는 부위에 이동시켜 질병의 치료에 이용할 수 있다. 본 발명에서는 형광 중공 실리카 나노입자에 도입되는 물질을 다양하게 변경함으로써 각종의 질병의 진단 및/또는 치료에 사용될 수 있다.

본 발명의 약물 전달체 내에 도입될 수 있는 약제학적 활성 성분의 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 각종의 성분을 사용할 수 있다. 상기와 같은 약제학적 활성 성분의 예로는 항암제, 항생제, 호르몬, 호르몬 길항제, 인터루킨, 인터페론, 성장 인자, 종양 괴사 인자, 엔도톡신, 림포톡시, 유로키나제, 스트렙토키나제, 조직 플라스미노겐 활성제, 프로테아제 저해제, 알킬포스포콜린, 방사선 동위원소 표지 물질, 계면활성제, 심혈관계 약물, 위장관계 약물 및 신경계 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 상기에서 항암제의 구체적인 예로는 에피루비신(Epirubicin), 도세탁셀(Docetaxel), 젬시타빈

(Gemcitabine), 파클리탁셀(Paclitaxel), 시스플라틴(cisplatin), 카르보플라틴(carboplatin), 택솔(taxol), 프로카르바진(procarbazine), 시클로포스파미드(cyclophosphamide), 디악티노마이신(dactinomycin), 다우노루비신(daunorubicin), 에토포시드(etoposide), 탁목시펜(tamoxifen) 독소루비신(doxorubicin), 미토마이신(mitomycin), 블레오마이신(bleomycin), 플리코마이신(plicomycin), 트랜스플라티눔(transplatinum), 빈블라스틴(vinblastin) 및/또는 메토트렉세이트(methotrexate) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 약제학적 활성 성분을 본 발명의 형광 중공 실리카 나노입자에 도입하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 적절한 용매 내에서 나노입자 및 약제학적 활성 성분을 함께 혼합하는 방법 등을 사용하여 도입할 수 있다.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

(1) 형광 실리카 나노입자의 제조

형광 실리카 나노입자를 물-기름 에멀젼 방법(water-in-oil microemulsion method)를 이용하여 합성하였다.

구체적으로는 사이클로헥산 180 ml에 트리톤 엑스-100(triton x-100) 43.2 g과 1-헥산올 38 ml, 물 13.4 ml를 넣고 교반시켜 주었다(에멀젼 형성). 그런 다음, 형광 염료인 플루오르세인 이소사이네이트(Fluorescein isothiocynate)를 디메틸아마이드에 녹아있는 용액을 0.5 ml를 넣어주며 교반시켜 주었다. 이어서 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 0.12 ml 넣어주고 2.4 ml의 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate)와 암모니아수 1.2 ml를 넣어주고 24시간 교반시켜 주었다. 24시간이 지난 후 에탄올, 아세톤, 물로 여러 번 세척한 후 원심분리기를 이용하여 나노 입자를 분리하여 건조시켰다.

이렇게 60 nm의 크기를 가지는 형광 실리카 나노입자를 제조하였다.

(2) 형광 중공 실리카 입자의 제조

상기 (1)에서 제조된 형광 실리카 나노입자 100 mg을 물 20 ml에 넣고 초음파를 이용하여 분산시킨 후, 불산을 첨가하면 일부 실리카가 제거되면서 형광 실리카 내부에 공극이 생겼다. 이렇게 생성된 형광 중공 실리카 나노입자를 원심분리기를 이용하여 분리한 후 물을 이용하여 여러 번 세척하여 주었다.

아래의 표 1에서는 불산의 사용량에 따른 공극의 크기 및 형광 나노 입자의 크기 변화를 보였다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
형광 실리카 나노입자 : 불산 (중량비)	1 : 1	1 : 2	1 : 3	1 : 4
중공 크기 (nm)	21.9	29.5	35.5	41.5
실리카 나노 입자 크기 (nm)	57.5	57.0	55.3	54.3

시험예 1

실시예 1에서 형광 중공 실리카 나노입자가 제조되었는지를 확인하기 위하여 주사전자현미경, 투과전자현미경, 형광 스펙트럼 등을 사용하여 시험을 수행하였다.

1) 상기 실시예의 (1)에서 제조된 크기가 60 nm로 균일하며 구형을 가지는 형광 실리카 나노입자가 제조하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었으며, 이의 형광적 특성을 분석하기 위하여 자외선을 조사하기 전 후의 형광 특성 변화 결과를 도 3에 나타내었다.

2) 상기 실시예 1 ~ 4에서 제조된 형광 실리카 나노입자를 불산을 이용하여 형광 실리카 입자의 내부를 제거하여 공극을 형성을 투과전자현미경으로 분석하였으며 그 결과를 도 4의 A, B 및 도 5의 A, B에 각각 나타내었다. 도 4와 도 5를 살펴보면, 불산 사용량에 따른 공극의 크기 변화를 확인할 수 있다.

3) 상기 실시예 1에서 제조된 형광 중공 실리카 나노입자의 원소를 분석하여 생성된 입자가 실리카의 원료인 실리콘 그리고 산소로 구성이 되어 있음을 원소분석을 이용하여 확인하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

시험예 2

실시예 1에서 제조한 형광 중공 실리카 나노입자의 코어부 내 중공 및 셀부의 실리카 기공의 부피를 확인하기 위하여 BET 법을 이용하여 질소 흡착/탈착량을 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타는 바와 같이, 형광 중공 실리카 나노입자에 흡착되는 질소의 양을 바탕으로 계산된 표면적은 124 m²/g 이상으로 나타났으며, 공극이 생성되지 않은 형광 실리카 나노입자에 흡착되는 양을 바탕으로 계산된 표면적은 60 m²/g으로 측정되었다.

이는 실시예 1의 나노입자는 형광 실리카 내부에 공극이 생성되어 질소를 흡착하는 양이 증가하였다는 것을 증명한다.

Claims

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실리카 나노입자 합성 시 형광물질을 도입하여 형광 실리카 나노입자를 제조하는 제 1 단계; 및
상기 형광 실리카 나노입자에 불산을 처리하여 나노입자 내부에 공극을 형성시키는 제 2 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 6 항에 있어서,
제 1 단계의 상기 형광 실리카 나노입자는
1) 계면활성제 존재 하에 수용상과 오일상을 혼합하여 에멀젼을 형성시키는 단계;
2) 형광물질, 작용기에 대응되는 전구물질 및 실리카 전구체를 혼합 반응시켜 구형의 형광 실리카 나노입자를 제조하는 단계;
를 포함하는 방법으로 제조하는 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 수용상은 초순수, 증류수, PBS(phosphate-buffered saline), 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 아세트산(acetic acid) 및 포름산(formic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 오일상은 클로로포름, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 디에틸 에테르, 에틸 아세테이트 및 디클로로메탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 형광물질이 fluorescein 계열의 TRITC(Tetramethylrhodamine-5-
(and 6)-isothiocyanate), FITC(Fluorescein-5-isothiocyanate), DAPI ( 4,6-diamidino-2-phenylindole), 피렌, 프로피디움 요오드화물 및 RITC(Rhodamine isothiocyanate)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 작용기에 대응되는 전구물질은 아미노알킬 트리알콕시실란인 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트 또는 알콕시 실란인 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 6 항에 있어서,
상기 불산은 형광 실리카 나노입자 : 불산 = 1 : 0.25 ~ 5 중량비가 되도록 사용하는 것을 특징으로 하는 형광 중공 실리카 나노입자의 제조방법.
제 6 항 내지 제 13 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 형광 중공 실리카 나노입자; 및 약제학적 활성 성분;을 포함하는 약물 전달체.