KR101227690B1 - Preparation and application of graphene oxide/mwcnt film-based substrate for ldi-ms - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그라핀 옥사이드/다중벽 탄소나노튜브(GO/MWCNT) 이중층 박막의 제조와 레이저 탈착/이온화 질량분석을 위한 기판으로서의 활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GO/MWCNT 이중층 박막 기판을 LDI-MS 기판으로 사용하여 소형 분자를 검출하는 방법 및 환원형 GO/MWCNT(RGO/MWCNT) 이중층 박막 기판을 LDI-MS 기판으로 사용하여 소수성 분자를 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing graphene oxide / multi-walled carbon nanotube (GO / MWCNT) bilayer thin film and using it as a substrate for laser desorption / ionization mass spectrometry. A method for detecting small molecules using -MS substrate and a method for detecting hydrophobic molecules using reduced GO / MWCNT (RGO / MWCNT) bilayer thin film substrate as LDI-MS substrate.
매트릭스-보조 레이저 탈착/이온화 질량 분광계(MALDI-MS)는 1980년대 Karas와 Hillenkamp에 의해 소개된 이래 생화학적 분석 및 단백질체학(proteomics) 연구를 위한 강력한 도구로 사용되어지고 있다. 분석물을 최소 조각화하는 연성 이온화는 생분자의 온전한 분자 이온 피크로 존재함으로 해석이 용이한 질량 스펙트럼을 제공한다. MALDI-MS가 1 내지 100 kDa의 다양한 분자량을 갖는 분자들을 분석하는데 성공적이었음에도 불구하고, 유기 매트릭스 분자의 사용은 저질량 영역(m/z < 500)에서의 간섭, 분석물과의 비균질 공결정화에 의한 열점 형성 및 성공적인 분석을 위한 적절한 매트릭스 조성을 찾기 위한 시행착오와 같은 몇가지 문제점을 야기하였다. 따라서, 질량 분광계 분석을 위하여 레이저로부터 흡수된 에너지를 분석물에 전달하여 이온화할 수 있는 무기 나노입자 및 다공성 규소기질을 사용하는, 나노소재-보조 레이저 탈착/이온화(NALDI) 및 다공성 규소 상에서의 탈착/이온화(DIOS)와 같은, 매트릭스-유리 레이저 탈착/이온화 질량 분광계의 개발에 힘쓰고 있다.
The matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometer (MALDI-MS) has been used as a powerful tool for biochemical analysis and proteomics research since it was introduced by Karas and Hillenkamp in the 1980s. Soft ionization, which minimizes fragmentation of analytes, is present as an intact molecular ion peak of the biomolecule, providing an easy-to-interpret mass spectrum. Although MALDI-MS has been successful in analyzing molecules having various molecular weights from 1 to 100 kDa, the use of organic matrix molecules has been shown to interfere with interference in the low mass region ( m / z <500), heterogeneous cocrystallization with analytes. Caused some problems such as hot spot formation and trial and error to find an appropriate matrix composition for successful analysis. Therefore, nanomaterial-assisted laser desorption / ionization (NALDI) and desorption on porous silicon, using inorganic nanoparticles and porous silicon substrates, which can transfer and absorb the energy absorbed from the laser to the analyte for mass spectrometry analysis It is working on the development of matrix-glass laser desorption / ionization mass spectrometers, such as / ionization (DIOS).
다양한 나노소재 중, LDI-MS에 사용을 위해, 풀러린, 탄소 나노튜브, 및 흑연과 같은 탄소-기반 나노소재들이 활발하게 연구되고 있다. 최근, 그라핀, 오나벽한 벌집형 결정격자로 구성된 단일층 흑연,이 나노 전자기기, 투명전극 및 생체센서에서의 응용과 더불어 LDI-MS에서의 응용에 대한 상당한 가능성을 보이고 있다. 높은 LDI 효율을 가질 뿐 아니라, 탄소 나노소재 표면은 수성 용매와 양성자 제공에서 가용화를 위한 산소 작용기를 제공할 수 있도록 쉽게 산화될 수 있고, 소량의 소수성 분자와 생분자의 농축을 위해 활용될 수 있다.
Among various nanomaterials, carbon-based nanomaterials such as fullerene, carbon nanotubes, and graphite have been actively studied for use in LDI-MS. In recent years, graphene, monolayer graphite composed of rough honeycomb crystal lattice, has shown considerable potential for application in LDI-MS, as well as its application in nanoelectronics, transparent electrodes and biosensors. In addition to having a high LDI efficiency, the carbon nanomaterial surface can be easily oxidized to provide oxygen functionalities for solubilization in aqueous solvents and proton provision and can be utilized for the enrichment of small amounts of hydrophobic molecules and biomolecules. .
그러나, NALDI-MS는 높은 비용, 시료 준비의 번거로움, 나노소재의 질과 안정성 유지의 어려움 및 나노소재 자체의 비행으로 인한 검출기의 포화로 인해 널리 사용되지 못하고 있다. 따라서, 칩 형식에 적합한 매트릭스-유리 LDI 플랫폼의 개발이 소형 분자의 효율적인 질량 분광계 검출을 위해 선행되어야 한다. 추가적으로, 질량 분광계를 위한 칩 형식은 표지 또는 유기 매트릭스 없는 고처리 분석 전략에 적합하다. 이러한 면에서, DIOS는 적절한 표면화학을 갖는 바이오 칩에 부합하는 가장 매력적인 플랫폼 중 하나이지만, 이 또한 상대적으로 높은 비용과 다공성 규소 제조를 위한 복잡한 조작 과정을 필요로 한다.
However, NALDI-MS is not widely used due to high cost, cumbersome sample preparation, difficulty in maintaining the quality and stability of nanomaterials, and saturation of the detector due to flight of the nanomaterials themselves. Therefore, development of a matrix-glass LDI platform suitable for the chip format should be preceded for efficient mass spectrometer detection of small molecules. In addition, the chip format for the mass spectrometer is suitable for high throughput analysis strategies without labels or organic matrices. In this respect, DIOS is one of the most attractive platforms for biochips with proper surface chemistry, but it also requires relatively high cost and complicated manipulation procedures for porous silicon production.
MALDI 이미징 질량 분광법(IMS)은 단백질체학, 지질학, 및 제약학과 같은 다양한 연구 분야에서 떠오르는 또 다른 도구로, 조직 절편내의 다양한 생분자의 공간분포를 연구하는데 이용될 수 있다. 현재의 기술과 비교할 때, IMS는 다음과 같은 특징을 갖는다. 온전히 분자량에 기초한 다중 생분자의 정확한 측정과 조직 절편 내에서 특정 분석물의 전사 후 변형과 위치 측정이 가능하다. MALDI-IMS에 있어서 중요한 과제는 조직 표면 상에 매트릭스를 고르게 분포시키는 것과 지속되는 IMS 실험 동안 고진공하에서 매트릭스의 승화를 방지하는 것이다. 따라서, 칩 형식에 적합한 LDI 플랫폼의 개발은 질량 분광법을 이용한 소형 분자 분석과 조직 영상화에 있어서 이러한 과제를 해결할 수 있는 돌파구가 될 것이다.MALDI Imaging Mass Spectroscopy (IMS) is another emerging tool in various research fields, such as proteomics, geology, and pharmaceuticals, and can be used to study the spatial distribution of various biomolecules within tissue sections. Compared with current technology, IMS has the following features. Accurate determination of multiple biomolecules based entirely on molecular weight and post-transcriptional modification and location of specific analytes in tissue sections are possible. An important challenge for MALDI-IMS is to distribute the matrix evenly on the tissue surface and to prevent the sublimation of the matrix under high vacuum during ongoing IMS experiments. Therefore, the development of LDI platform suitable for chip type will be a breakthrough to solve these problems in small molecule analysis and tissue imaging using mass spectroscopy.
본 발명의 목적은 그라핀 옥사이드/다중벽 탄소나노튜브(GO/MWCNT) 이중층 박막이 증착된 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate on which graphene oxide / multi-walled carbon nanotubes (GO / MWCNT) bilayer thin films are deposited.
본 발명의 다른 목적은 소형분자를 검출하기 위한 LDI-MS 검출용 기판으로 상기 제조된 GO/MWCNT 이중층 박막 기판을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a GO / MWCNT bilayer thin film substrate prepared as the LDI-MS detection substrate for detecting small molecules.
본 발명의 또 다른 목적은 환원된 GO/MWCNT(RGO/MWCNT) 이중층 박막이 증착된 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a substrate on which a reduced GO / MWCNT (RGO / MWCNT) bilayer thin film is deposited.
본 발명의 또 다른 목적은 소수성 분자를 검출하기 위한 LDI-MS 검출용 기판으로 상기 제조된 RGO/MWCNT 이중층 박막 기판을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an RGO / MWCNT bilayer thin film substrate prepared as an LDI-MS detection substrate for detecting hydrophobic molecules.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 1) 그라핀 옥사이드(GO) 수성 현탁액 중에 아민화된 기판을 침지시켜 GO-고정화 기판을 제조하는 단계; 2) 상기 GO-고정화 기판을 세척하고 건조하는 단계; 3) 상기 건조된 기판을 가열하는 단계; 4) 상기 제조된 GO-고정화 기판을 아민화된 MWCNT(MWCNT-NH2) 현탁액에 침지시켜 GO/MWCNT 이중층 박막이 증착된 기판을 제조하는 단계; 5) 상기 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 세척하고 건조하는 단계; 및 6) 상기 세척된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 가열하는 단계를 포함하는 GO/MWCNT 이중층 박막이 증착된 기판을 제조하는 방법을 제공한다.
In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of 1) preparing a GO-immobilized substrate by immersing the aminated substrate in an aqueous suspension of graphene oxide (GO); 2) washing and drying the GO-immobilized substrate; 3) heating the dried substrate; 4) preparing a substrate on which the GO / MWCNT bilayer thin film is deposited by immersing the prepared GO-immobilized substrate in an aminated MWCNT (MWCNT-NH 2 ) suspension; 5) washing and drying the GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate; And 6) heating the washed GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate to provide a method of manufacturing a substrate on which the GO / MWCNT bilayer thin film is deposited.
상기 단계 1은, GO-고정화 기판을 제조하기 위하여 아민화된 기판을 GO 수성 현탁액에 침지시키는 단계로서, GO가 공유결합을 통해 기판 표면에 고정될 수 있도록 아민화된 기판을 사용한다. 상기 제조된 기판은 이후 GO/MWCNT 이중층 박막 형성을 위한 지지체로 사용된다.
본 발명의 용어 "그라핀 옥사이드(GO)"란 탁월한 전자적, 열적, 그리고 역학적 성질을 가진 단일원자-두께 2D 탄소 나노소재인 그라핀의 수용성 형태의 화합물로, 흑연을 산화시켜 제조될 수 있는 경제적인 소재이다. 최근에는 약물전달, 생체감응장치 및 효소활성분석과 같은 생물학적 응용에 이용되고 있다.The term "graphene oxide (GO)" of the present invention is a compound in the water-soluble form of graphene, a monoatomic-thick 2D carbon nanomaterial having excellent electronic, thermal and mechanical properties, and can be produced by oxidizing graphite. It is phosphorus material. Recently, it is used in biological applications such as drug delivery, biosensitizer and enzyme activity analysis.
상기 아민화된 기판은 APTES((3-aminopropyl)triethoxysilane)를 사용하여 표면을 아민화시킨 유리커버슬립을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 또한 상기 침지시키는 시간은 1시간 내지 48시간인 것이 바람직하다.
The aminated substrate may be a glass cover slip aminated the surface using APTES ((3-aminopropyl) triethoxysilane), but is not limited thereto. In addition, the immersion time is preferably 1 hour to 48 hours.
상기 단계 2는, 기판에 공유결합되지 않은 여분의 GO를 제거하기 위해 세척하고 건조하는 단계로, 상기 세척액으로는 극성용매이면서 휘발성 용매인 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 물, 에탄올, 아세톤, 메탄올, n-프로판올, I-프로판올 및 에테르 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 물과 에탄올을 사용할 수 있다.
상기 단계 3은, 아민화된 기판위에 흡착된 GO를 고온으로 가열하여 화학적으로 결합시키기 위하여 건조된 기판을 가열하는 단계로, 상기 가열하는 온도는 100℃ 내지 200℃가 바람직하다. 100℃ 미만에서는 결합이 충분히 이루어지지 않으며, 200℃를 초과하면 GO의 산소기능기가 환원될 수 있다. 또한, 가열 시간은 10분 내지 1시간이 바람직하며, 질소나 아르곤 같은 비활성기체 기류하에 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 4는, GO와 MWCNT가 이중층을 형성할 수 있도록, 상기 지지체로서 제조된 GO-고정화 기판을 아민화된 MWCNT(MWCNT-NH2) 현탁액에 침지시키는 단계로, 침지시간은 1시간 내지 48시간인 것이 바람직하다.
In
상기 단계 5는, 상기 제조된 GO/MWCNT-NH2 박막 기판으로부터 여분의 탄소나노튜브를 제거하기 위하여 세척 및 건조하는 단계로, 상기 세척액으로는 극성용매이면서 휘발성 용매인 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 물, 에탄올, 아세톤, 메탄올, n-프로판올, I-프로판올 및 에테르 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 물과 에탄올을 사용할 수 있다.
상기 단계 6은, GO가 코팅된 기판에 흡착된 MWCNT-NH2를 고온으로 가열하여 화학적으로 결합시키기 위하여 건조된 기판을 가열하는 단계로, 상기 가열하는 온도는 100℃ 내지 200℃가 바람직하다. 100℃ 미만에서는 결합이 충분히 이루어지지 않으며, 200℃를 초과하면 결합 이외의 환원반응이 유도될 수 있다. 또한, 가열 시간은 10분 내지 1시간이 바람직하며, 질소나 아르곤 같은 비활성기체 기류하에 수행되는 것이 바람직하다.
In
상기 방법에 따라 제조된 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막 기판은, LDI-MS에 사용하여 소형분자들을 효율적으로 분석할 수 있다.The GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film substrate prepared according to the above method can be used for LDI-MS to efficiently analyze small molecules.
도 1에 상기 방법에 따라 제조된 GO/MWCNT 이중층을 이용한 LDI-MS의 원리를 나타냈다. GO와 MWCNT-NH2 표면이 각각 반대 전하로 하전되어 있어 고체 기질 위에 차례로 안정한 이중층 구조로 고정화될 수 있다. GO-피막 표면에 MWCNT-NH2를 첨가하면 표면 거칠기와 분석물이 흡착될 수 있는 표면적이 증가할 것으로 예상되고, 따라서, LDI 효율도 증가할 것이다. 용액상에서 GO와 MWCNT-NH2의 성질으로부터 예상되는 바와 같이, GO/MWCNT-NH2 이중층은 하전된 표면으로 인해 물에 대한 높은 습윤성을 갖고, 자외선을 흡수하며, 흡수된 에너지를 열에너지로 효과적으로 전환시킬 수 있다. 이러한 특성때문에 GO/MWCNT-NH2 이중층이 칩 형식의 LDI 플랫폼으로 사용될 수 있다.1 shows the principle of LDI-MS using a GO / MWCNT bilayer prepared according to the above method. The GO and MWCNT-NH 2 surfaces are each charged with opposite charges, which in turn can be immobilized on a solid substrate in a stable bilayer structure. The addition of MWCNT-NH 2 to the GO-film surface is expected to increase the surface roughness and the surface area over which the analyte can be adsorbed, thus increasing the LDI efficiency. As expected from the properties of GO and MWCNT-NH 2 in solution, the GO / MWCNT-NH 2 bilayer has high wettability to water due to the charged surface, absorbs ultraviolet rays, and effectively converts the absorbed energy into thermal energy. You can. This feature allows the GO / MWCNT-NH 2 bilayer to be used as a chip-type LDI platform.
본 발명의 용어 "소형분자(small molecule)"란, 약리학 및 생화학 분야에서 사용되는 용어로 중합체가 아닌 저분자량의 유기 화합물을 의미한다. 특히 약리학에 있어서는 보통 단백질, 핵산, 다당체 등의 생중합체에 높은 친화력으로 결합하는 나아가서 그 활성 또는 기능을 변화시키는 분자에 제한하여 사용된다. 소형분자의 분자량 상한은 약 800 Dalton으로 세포막을 통해 빠르게 확산하여 세포내 작용자리에 도달할 수 있어야 한다. 이들 소형분자는 다양한 생물학적 기능을 가진다. 예를들어 세포 신호전달 물질로, 분자 생물학적 도구로, 의학에 있어서는 약물 등으로 작용할 수 있다. 이들 화합물은 천연물이거나 인공 합성물일 수 있고 질병에 대해 이로운 효과를 가지거나 혹은 유해할 수 있다. 따라서 생리현상을 이해함에 있어 생리 활성을 갖는 이들 소형분자들을 분리/분석하는 것은 중요하다.
As used herein, the term “small molecule” refers to a low molecular weight organic compound that is not a polymer and is used in pharmacology and biochemistry. Particularly in pharmacology, it is usually used in a limited way to molecules that bind with high affinity to biopolymers such as proteins, nucleic acids, polysaccharides and the like and change their activity or function. The upper molecular weight limit for small molecules is about 800 Daltons, which can rapidly diffuse through the cell membrane to reach intracellular sites of action. These small molecules have a variety of biological functions. For example, it can act as a cell signaling material, a molecular biological tool, or a medicine in medicine. These compounds may be natural or artificial and may have a beneficial effect on the disease or may be harmful. Therefore, in understanding the physiology, it is important to isolate / analyze these small molecules with physiological activity.
또한, 본 발명은 a) 상기 제시된 방법에 따라 제조된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 히드라진 일수화물 용액에 침지시켜 환원시키는 단계; 및 b) 상기 환원된 GO(RGO)/MWCNT-NH2-박막 기판을 세척하고 건조시키는 단계를 포함하는 환원된 GO(RGO)/MWCNT 이중층 박막이 증착된 기판을 제조하는 방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of: a) reducing the GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate prepared according to the above method by immersing in a hydrazine monohydrate solution; And b) washing and drying the reduced GO (RGO) / MWCNT-NH 2 -thin substrate.
상기 단계 a)는, GO/MWCNT-NH2을 환원시키기 위해 상기 제조된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 히드라진 일수화물 용액에 침지시키는 단계이다. 반응 온도는 80℃ 내지 150℃가 바람직하다. 80℃ 미만에서는 환원이 충분히 이루어지지 않으며, 150℃를 초과할 경우 히드라진이 폭발할 위험이 있다. 또한, 반응 시간은 10분 내지 72시간인 것이 바람직하다. 또한, 상기 히드라진 일수화물 용액의 용매는 히드라진을 용해시킬 수 있는 휘발성 용매를 사용할 수 있으며, 일례로 DMF, 물, 에탄올, 톨루엔, 메탄올, 에테르, 이스터, 클로로포름, 아세톤, DMSO(디메틸 술폭사이드), 프로판올, 또는 N-프로판올 사용할 수 있다.
The step a), GO / MWCNT-NH prepared above in order to reduce the 2 GO / MWCNT-NH 2 - a step of immersing the thin film substrate in a solution of hydrazine monohydrate. The reaction temperature is preferably 80 ° C to 150 ° C. If the temperature is lower than 80 ° C., the reduction is not sufficiently performed. If the temperature is higher than 150 ° C., there is a risk that the hydrazine may explode. Moreover, it is preferable that reaction time is 10 minutes-72 hours. In addition, the solvent of the hydrazine monohydrate solution may be a volatile solvent capable of dissolving hydrazine, for example, DMF, water, ethanol, toluene, methanol, ether, ester, chloroform, acetone, DMSO (dimethyl sulfoxide), Propanol or N-propanol can be used.
상기 단계 b)는, 환원반응에 사용된 시약들을 제거하기 위해 세척하는 단계로, 세척액으로는 상기 히드라린 일수화물 용액의 용매로 사용한 것을 사용할 수 있다.
Step b) is a step of washing to remove the reagents used in the reduction reaction, the washing liquid may be used as a solvent of the hydrarin monohydrate solution.
상기 방법에 따라 제조된 RGO/MWCNT-NH2 이중층 박막 기판은, LDI-MS(Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry)에 사용하여 소수성 소형분자들을 효율적으로 분석할 수 있다. 또한 IMS(Imaging Mass Spectrometry)에 사용하여 조직 절편을 분석할 수 있다.The RGO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film substrate prepared according to the above method can efficiently analyze hydrophobic small molecules using LDI-MS (Laser Desorption / Ionization Mass Spectrometry). Tissue sections can also be analyzed using Imaging Mass Spectrometry (IMS).
본 발명의 용어 "소수성"이란, 물 분자와 쉽게 결합되지 못하는 성질을 의미한다. 일반적으로는 극성을 띠지 않으면 소수성을 띤다. 규소나 탄화불소와 같은 예외를 제외하고는 소수성 물질은 친지질성이므로, 보통 친지질성이라는 용어와 혼용하여 사용된다.
As used herein, the term "hydrophobic" means a property that is not easily combined with water molecules. Generally it is hydrophobic if it is not polar. Hydrophobic materials are lipophilic, with the exception of silicon and fluorine carbide, so they are usually used interchangeably with the term lipophilic.
상기와 같이, 본 발명은 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막 기질을 LDI-ToF MS 분석에 이용하여 소형분자들을 효율적으로 검출할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 상기 박막은 분석물의 탈착 및 이온화를 위해 레이저 에너지를 흡수하고 그 에너지를 증착된 분석물에 효율적으로 전달하는 기판으로 작용한다. 따라서 GO와 MWCNT의 경계에서 발생하는 시너지 효과를 이용하여 효율적인 분석을 가능하게 하는 것이다.As described above, the present invention can provide a method for efficiently detecting small molecules by using a GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film substrate for LDI-ToF MS analysis. The thin film serves as a substrate that absorbs laser energy and efficiently transfers the energy to the deposited analyte for desorption and ionization of the analyte. Therefore, the synergy effect generated at the boundary between GO and MWCNT enables efficient analysis.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 GO 및 MWCNT 기반 기질들 중에 GO/MWCNT-NH2가 소형분자의 LDI-MS 분석에 있어 탁월한 효율을 보였으며, 그 환원형인 RGO/MWCNT-NH2는 소수성 분자의 검출에 있어서 높은 효율을 보여 IMS에 이용하여 조직 절편의 분석에 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, GO/MWCNT-NH2 이중층은 반복사용에서도 뛰어난 검출능력을 보이고, 고염내성을 나타내어 기존의 유기 매트릭스를 사용하는 질량분석법의 단점을 극복할 수 있고, 흑연을 산화시켜 제조되므로 낮은 비용으로 생산할 수 있는 장점이 있어 상용되고 있는 유기 매트릭스 물질을 대체하여 사용될 수 있을 것으로 기대된다.According to an embodiment of the present invention, GO / MWCNT-NH 2 showed excellent efficiency in LDI-MS analysis of small molecules among various GO and MWCNT based substrates, and the reduced form RGO / MWCNT-NH 2 was hydrophobic. It is expected to show high efficiency in the detection of molecules and to be used for the analysis of tissue sections using IMS. In addition, the GO / MWCNT-NH 2 bilayer shows excellent detection capability even in repeated use, exhibits high salt resistance, overcomes the disadvantages of the conventional mass spectrometry using organic matrix, and is manufactured by oxidizing graphite. It is expected that it can be used to replace the organic matrix material that is commercially available.
본 발명은 GO/MWCNT-기반 기질을 제조하는 방법을 제공하고 이를 기질로 하여 LDI-ToF MS를 수행하여 소형분자를 효율적으로 검출하는 방법을 제공한다. 또한 상기 제시된 기질은 낮은 비용으로 제작되고 반복되어 사용될 수 있으므로 기존의 유기 매트릭스를 대체하여 질량분석법에 널리 사용될 수 있을 것이다.The present invention provides a method for preparing a GO / MWCNT-based substrate and provides a method for efficiently detecting small molecules by performing LDI-ToF MS with the substrate. In addition, the substrates presented above can be fabricated at low cost and used repeatedly, so that they can be widely used in mass spectrometry in place of existing organic matrices.
도 1은 GO/MWCNT 이중층 필름-피막 기질에 기반한 LDI-MS의 원리를 간단히 도식화한 것이다.
도 2는 그라파이트의 산화와 박리에 의해 제조된 GO의 특성과 아민화된 MWCNT의 특성을 분석한 것이다. 이때, (a)는 GO의 원자간력 이미지를, (b)는 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이며, (c)는 MWCHT-NH2의 원자간력 이미지를, 그리고 (d)는 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 LDI 효율 비교를 위해 제작된 다양한 탄소 나노소재-기반 기질들을 보여준다. 이때, (a)는 표면 고정 필름으로서 GO 유도체 피막, MWCNT-NH2 피막, 및 GO와 MWCNT 유도체 피막으로 구성된 세가지 분류의 기질을, (b)는 6가지 다른 그라핀 및/또는 MWCNT-기반 기질의 제조방법을 도식한 것이고, (c)는 제조된 탄소 나노소재 기질의 SEM 이미지로 눈금 막대는 1 ㎛에 해당한다.
도 4는 GO/MWCNT-NH2 이중층을 기질로 하여 얻어진 다양한 소형분자들의 LDI-MS 분석결과이다. 이때, (a)는 양이온 모드, (b)는 음이온 모드에서 얻어진 질량 스펙트럼이고, (c)는 증류수에 녹인 분석물(1 nmol/ml)의 질량 정확도, 분해능, 섬출한계 및 표면밀도를 나타낸 표로, 분석물의 수용액을 유리 기질에 피막된 GO/MWCNT 이중층에 입히고 LDI-MS에 적용하였다.
도 5는 GO/MWCNT-NH2 이중층을 기질로 사용시 소형분자들의 검출한계를 결정하기 위한 LDI-MS 실험 결과이다. 이를 위해 각 시료를 일련의 농도로 희석하여 LDI-MS로 분석하였다.
도 6은 물에 분산시킨 GO(a)와 RGO(b)를 사용하여 얻어진 celloboise(m/z 365 [M+Na]+), 페닐알라닌(m/z 188 [M+Na]+ 및 m/z 210 [M+2Na]+) 및 Leu-enkephalin(m/z 577 [M+Na]+ 및 m/z 593 [M+K]+)의 질량 스펙트럼이다.
도 7은 다양한 소형분자의 질량 스펙트럼을 나타낸다. (a)는 Fmoc-Lys(Boc)-OH (m/z 491 [M+Na]+ 및 m/z 507 [M+K]+), (b)는 글루코스(m/z 203 [M+Na]+ 및 m/z 219 [M+K]+), (c)는 라이신(m/z 169 [M+Na]+), (d)는 D-만니톨(m/z 205 [M+Na]+ 및 m/z 221 [M+K]+), (e)는 GGDEVDSG(m/z 799 [M+Na]+ 및 m/z 815 [M+K]+), (f)는 페닐알라닌(m/z 188 [M+Na]+ 및 m/z 204 [M+K]+)이다.
도 8은 본 발명에서 제조된 다양한 기질을 이용한 소형분자들의 LDI-MS 분석결과이다. 이때, (a)는 LDI 기질로서 6개 다른 탄소 나노소재-기반 필름으로부터 얻어진 cellobiose와 enkephalin(Leu-enkephalin)의 질량 스펙트럼, (b)는 바 그래프로 나타낸 다른 기질에서 얻어진 다양한 소형분자들의 질량피크세기 비교, (c)는 LDI 기질로서 GO와 MWCNT 간의 시너지 효과를 보여주는 도식이다.
도 9는 본 발명에서 제조된 다양한 기질들의 표면 특성에 관한 실험 결과이다. 이 때, (a)는 6개 다른 탄소 나노소재-기반 필름의 AFM 이미지를, (b)는 탄소 나노소재 칩의 표면 거칠기와 물 접촉각을 나타내며, (c)는 탄소 나노소재 칩에서 BP의 생존률과 탈착 효율을 보여준다.
도 10에서 (a)는 탄소 나노소재 칩 위에 형성된 만니톨 스폿의 사진으로, 1 mM 만니톨 수용액 1 ㎕를 스폿팅하여 얻었다. (b)는 GO/MWCNT-NH2 이중층 상에 형성된 각 소형분자의 시료 스폿을 촬영한 것으로 각 시료의 농도와 양은 (a)에서 사용된 만니톨과 같다(눈금 막대=2 mm).
도 11에서 (a)는 탄소 나노소재 칩 위의 물방울을 촬영한 것이고 (b)는 해당 물 접촉각을 표로 나타낸 것이다.
도 12에서 (a)는 다양한 탄소 나노소재 칩 상에서 벤질 피리디늄 염의 질량 스펙트럼을, (b)는 벤질 피리디늄 염(m/z 170)과 그 조각 패턴(m/z 91)의 화학구조를, 그리고 (c)는 다양한 탄소 나노소재 칩 상에서 계산된 벤질 피리디늄 염의 생존률을 나타낸다.
도 13에서 (a)는 GO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼 상에서 PBS에 용해된 소형분자들의 검출한계를 결정하기 위한, 일련의 희석농도에서의 LDI-MS 분석 결과를 나타낸 것이고, (b)는 이들 소형분자들의 검출한계를 표로 요약한 것이다.
도 14는 염내성을 확인하기 위한 다양한 농도의 PBS를 사용하여 얻은 질량분석 결과를 나타낸 것으로, (a)는 enkephalin(m/z 577 [M+Na]+)의 질량 스펙트럼을 (b)는 페닐알라닌(m/z 188 [M+Na]+, m/z 210 [M+2Na]+)의 질량 스펙트럼을 보여준다. 여기서 1XPBS는 0.21 g/L KH2PO4, 9 g/L NaCl 및 0.72 g/L NaHPO4를 포함한다.
도 15는 반복 사용에 따른 질량신호 세기변화와 반속 사용 전과 후의 GO/MWCNT-NH2 이중층의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. (a)는 GO/MWCNT-NH2 기질 상에서 cellobiose와 페닐알라닌의 질량신호 세기변화를 반복사용 횟수에 대한 함수로 도시한 것이고, (b)와 (c)는 각각 15회의 소형분자 분석실행 전과 후 GO/MWCNT-NH2 이중층의 SEM 이미지를 보여준다.GO/MWCNT-NH2 이중층은 자외선 레이저의 반복적인 조사에도 눈에 띄게 손상되지는 않았다.
도 16은 GO/MWCNT-NH2 기질 상에 형성된 시료 스폿의 분포에 관한 실험 결과이다. 이때, (a)와 (b)는 각각 GO/MWCNT-NH2 기질 상에서 균일하게 분포된 cellobiose(m/z 365 [M+Na]+)의 광학적 및 질량 이미지(눈금 막대=1 mm)를 나타낸 것이고, (c)는 GO/MWCNT-NH2 기질 위에 형성된 첫째, 둘째, 그리고 셋째 열을 따라 각각 1, 0.5 그리고 0.2 nmol 농도의 D-mannitol(m/z 205 [M+Na]+), cellobiose(m/z 375 [M+Na]+), 및 Leu-enkephalin(m/z 577 [M+Na]+)으로 구성된 소형분자 배열의 질량 이미지(눈금 막대=2 mm)를 나타낸 것이며, (d)는 각각의 분석물 0.2 nmol로 형성된 배열의 스폿으로부터 소형분자의 질량 스펙트럼이다.
도 17은 기존의 MALDI-ToF MS 매트릭스를 사용했을 때 시료 스폿의 형태를 나타낸 것이다. (a)와 (b)는 각각 cellobiose와 기존의 MALDI-ToF MS에서 매트릭스로 자주 사용되는 DHB로 구성된 결정의 광학적 및 질량 이미지를 보여준다. 래스터 너비와 눈금 막대는 각각 100 ㎛와 1 mm이다.
도 18은 LDI-MS로 화학반응 및 효소 합성을 관찰한 결과를 나타낸 것이다. 이때, (a)는 베툴린 유도체(M1, M2, M3)의 합성 도식, 분자 구조 및 각 분자의 질량 스펙트럼을 나타낸 것으로, GO/MWCNT-NH2 이중층으로부터 M1([M1+K]+=m/z 482), M2([M2+Na]+=m/z 477, [M2+K]+=m/z 493) 및 M3([M3+Na]+=m/z 479, [M3+K]+=m/z 495)에 상응하는 질량 피크가 편이하게 얻어졌다. (b)는 효소-촉매(알파-키모트립신) 에스테르화에 대한 기질과 생성물의 분자 구조를 보여준다. 질량 스펙트럼은 효소 반응 혼합물로부터 반응 시간 3분과 180분 후에 얻어졌다. (c)는 (b)의 반응에서 M4와 M5의 상대적인 질량 피크 세기의 변화를 반응시간의 함수로 도시하였다.
도 19는 (a) 합성된 분자(M7, M8, 및 M9)의 분자구조와 (b) GO/MWCNT-NH2 칩 상에서 이들의 질량 스펙트럼을 보여준다.
도 20은 (a) 효소반응 혼합물로부터 180분의 반응시간 동안 얻어진 질량 스펙트럼과 (b) 대조군으로서 효소를 배제하고 180분간 기질 상에서 인큐베이션한 시료의 질량 스펙트럼을 보인다.
도 21은 IMS로 마우스 뇌조직 절편의 지질 분포를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 이때, (a)는 RGO/MWCNT-NH2 이중층 기질 상의 마우스 뇌 조직 절편의 광학적 및 질량 이미지, (b)는 (a)의 뇌 조직 절편에서 지정된 영역으로부터의 질량 스펙트럼, (c)는 질량 스펙트럼에서 확인된 종들을 요약한 것이며, 종합 이온 지도를 재구축하기 위해 [GC d18:0/24:0 h+K]+와 [GC d18:1/22:0 h+Na]+에 상응하는 질량 피크를 선택하였다.1 is a simplified diagram of the principle of LDI-MS based on a GO / MWCNT bilayer film-coated substrate.
Figure 2 analyzes the properties of GO and the aminated MWCNT prepared by the oxidation and exfoliation of graphite. Where (a) is an atomic force image of GO, (b) is an FT-IR spectrum, (c) is an atomic force image of MWCHT-NH 2 , and (d) is a Raman spectrum will be.
3 shows various carbon nanomaterial-based substrates fabricated for LDI efficiency comparison. Here, (a) is a surface fixation film, three kinds of substrate consisting of GO derivative film, MWCNT-NH 2 film, and GO and MWCNT derivative film, (b) is six different graphene and / or MWCNT-based substrate (C) is an SEM image of the prepared carbon nanomaterial substrate, and the scale bar corresponds to 1 μm.
4 shows the results of LDI-MS analysis of various small molecules obtained by using a GO / MWCNT-NH 2 bilayer as a substrate. Where (a) is the cation mode and (b) is the mass spectrum obtained in the anion mode, and (c) is a table showing the mass accuracy, resolution, resolution limit and surface density of the analyte (1 nmol / ml) dissolved in distilled water. The aqueous solution of the analyte was coated on a GO / MWCNT bilayer coated on a glass substrate and subjected to LDI-MS.
Figure 5 shows the results of the LDI-MS experiments to determine the detection limit of small molecules when using the GO / MWCNT-NH 2 bilayer as a substrate. To this end, each sample was diluted to a series of concentrations and analyzed by LDI-MS.
6 shows celloboise ( m / z 365 [M + Na] + ), phenylalanine ( m / z 188 [M + Na] + and m / z obtained using GO (a) and RGO (b) dispersed in water. Mass spectra of 210 [M + 2Na] + ) and Leu-enkephalin ( m / z 577 [M + Na] + and m / z 593 [M + K] + ).
7 shows the mass spectra of various small molecules. (a) is Fmoc-Lys (Boc) -OH ( m / z 491 [M + Na] + and m / z 507 [M + K] + ), (b) is glucose ( m / z 203 [M + Na ] + And m / z 219 [M + K] + ), (c) is lysine ( m / z 169 [M + Na] + ), (d) is D-mannitol ( m / z 205 [M + Na] + And m / z 221 [M + K] + ), (e) is GGDEVDSG ( m / z 799 [M + Na] + and m / z 815 [M + K] + ), (f) is phenylalanine ( m / z 188 [M + Na] + and m / z 204 [M + K] + ).
8 is a result of LDI-MS analysis of small molecules using various substrates prepared in the present invention. Where (a) is the mass spectra of cellobiose and enkephalin (Leu-enkephalin) obtained from six different carbon nanomaterial-based films as LDI substrates, and (b) is the mass peak of various small molecules obtained from different substrates represented by bar graphs. Intensity comparison, (c) is a schematic showing the synergistic effect between GO and MWCNT as LDI substrate.
9 is an experimental result of the surface properties of the various substrates prepared in the present invention. (A) shows AFM images of six different carbon nanomaterial-based films, (b) shows surface roughness and water contact angle of the carbon nanomaterial chip, and (c) shows the survival rate of BP in the carbon nanomaterial chip. And desorption efficiency.
In Figure 10 (a) is a photograph of the mannitol spot formed on the carbon nanomaterial chip, was obtained by spotting 1 μl of 1 mM mannitol aqueous solution. (b) is a sample spot of each small molecule formed on the GO / MWCNT-NH 2 bilayer, the concentration and amount of each sample is the same as the mannitol used in (a) (scale bar = 2 mm).
In Figure 11 (a) is a photograph of the water droplets on the carbon nanomaterial chip (b) is a table showing the water contact angle.
In Figure 12 (a) is the mass spectrum of the benzyl pyridinium salt on the various carbon nanomaterial chip, (b) is the chemical structure of the benzyl pyridinium salt ( m / z 170) and its fragment pattern ( m / z 91), And (c) shows the survival rate of the benzyl pyridinium salt calculated on various carbon nanomaterial chips.
Figure 13 (a) shows the results of the LDI-MS analysis at a series of dilution concentrations to determine the detection limit of small molecules dissolved in PBS on the GO / MWCNT-NH 2 bilayer platform, (b) these The detection limits of small molecules are summarized in a table.
Figure 14 shows the results of mass spectrometry using various concentrations of PBS to confirm salt tolerance, (a) is the mass spectrum of enkephalin ( m / z 577 [M + Na] + ) (b) is phenylalanine mass spectra of ( m / z 188 [M + Na] + , m / z 210 [M + 2Na] + ). Wherein 1 XPBS comprises 0.21 g / L KH 2 PO 4 , 9 g / L NaCl and 0.72 g / L NaHPO 4 .
FIG. 15 shows SEM images of GO / MWCNT-NH 2 bilayers before and after half-speed use of mass signal intensity changes with repeated use. (a) shows the mass signal intensity changes of cellobiose and phenylalanine on the GO / MWCNT-NH 2 substrate as a function of the number of repeated uses, and (b) and (c) show GO before and after 15 small molecule analyzes, respectively. / MWCNT-NH 2 shows an SEM image of a double-layer .GO / MWCNT-NH 2 is a double-layer was not damaged noticeable even repeated irradiation of the ultraviolet laser.
16 is an experimental result of the distribution of sample spots formed on the GO / MWCNT-NH 2 substrate. (A) and (b) show optical and mass images (scale bar = 1 mm) of cellobiose ( m / z 365 [M + Na] + ) uniformly distributed on GO / MWCNT-NH 2 substrate, respectively. (C) is D-mannitol ( m / z 205 [M + Na] + ), cellobiose at concentrations of 1, 0.5 and 0.2 nmol, respectively, along the first, second and third columns formed on the GO / MWCNT-NH 2 substrate. Mass image (scale bar = 2 mm) of small molecule array of ( m / z 375 [M + Na] + ), and Leu-enkephalin ( m / z 577 [M + Na] + ), (d ) Is the mass spectrum of small molecules from the spots of the array formed with 0.2 nmol of each analyte.
Figure 17 shows the shape of the sample spot when using the existing MALDI-ToF MS matrix. (a) and (b) show optical and mass images of crystals composed of cellobiose and DHB, which are often used as matrices in conventional MALDI-ToF MS, respectively. Raster width and scale bars are 100 μm and 1 mm, respectively.
18 shows the results of observing chemical reactions and enzyme synthesis with LDI-MS. Here, (a) shows the synthetic scheme, molecular structure and mass spectrum of each molecule of the betulin derivatives (M1, M2, M3), M1 ([M1 + K] + = m from the GO / MWCNT-NH 2 bilayer / z 482), M2 ([M2 + Na] + = m / z 477, [M2 + K] + = m / z 493) and M3 ([M3 + Na] + = m /
FIG. 19 shows (a) molecular structure of synthesized molecules (M7, M8, and M9) and (b) their mass spectra on GO / MWCNT-NH 2 chip.
Figure 20 shows the mass spectra obtained from (a) the reaction time from the enzyme reaction mixture for 180 minutes and (b) the mass spectrum of the sample incubated on the substrate for 180 minutes without the enzyme as a control.
Figure 21 shows the results of analyzing the lipid distribution of mouse brain tissue sections by IMS. Where (a) is an optical and mass image of a mouse brain tissue section on an RGO / MWCNT-NH 2 bilayer matrix, (b) is a mass spectrum from a region designated in the brain tissue section of (a), and (c) is a mass spectrum Summarizes the species identified in, masses corresponding to [GC d18: 0/24: 0 h + K] + and [GC d18: 1/22: 0 h + Na] + to reconstruct the composite ion map Peaks were selected.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for describing the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1: 유리기질의 아민화Example 1 Amination of Glass Substrate
그라핀 옥사이드(GO)가 정전기적 인력에 의해 기판 표면에 고정될 수 있도록 유리기판을 아민화시켰다. 유리커버슬립을 Piranha 용액(황산:30% 과산화수소=3:1)으로 125℃에서 10분간 세척 후 물과 에탄올로 세척하고 질소 흐름 하에 건조하였다. 세척한 기질은 APTES의 10 mM 무수 톨루엔 용액에 30분간 담그고, 2분간 무수 톨루엔에서 초음파처리한 후 물과 에탄올로 세척하고 질소 흐름 하에 건조하였다. 이 과정은 어떤 종류의 이산화 규소 기질에도 적용될 수 있다.
The glass substrate was aminated so that graphene oxide (GO) could be fixed to the substrate surface by electrostatic attraction. The glass coverslips were washed with Piranha solution (sulfuric acid: 30% hydrogen peroxide = 3: 1) at 125 ° C. for 10 minutes, washed with water and ethanol, and dried under nitrogen flow. The washed substrate was soaked in 10 mM anhydrous toluene solution of APTES for 30 minutes, sonicated in anhydrous toluene for 2 minutes, washed with water and ethanol and dried under nitrogen flow. This process can be applied to any type of silicon dioxide substrate.
실시예 2: 그라핀 옥사이드 현탁액 제조Example 2: Graphene Oxide Suspension Preparation
흑연가루 1.5 g과 질산 나트륨 0.5 g을 23 ml의 황산에 가하고 얼음수조에서 교반시켰다. 이후 온도는 20℃로 유지하면서 3 g의 과망간산칼륨을 혼합물에 서서히 가하며 교반시켰다. 혼합물을 40 ml의 물로 희석하여 30분간 교반하였다. 이후 얼음 수조에서 100 ml의 물을 추가적으로 가하여 혼합물의 온도를 95℃까지 빠르게 올릴 때 반응 혼합물이 빠르게 끓지 않도록 하였다. 마지막으로 밝은 노란색을 띄는 혼합물에 3 ml의 과산화수소(30%)를 천천히 가하였다. 생성물 용액은 여과하고 여과액이 중화될 때까지 충분한 양의 물로 세척하였다. 필터 케이크는 감압 하에 48 시간 동안 건조하였다. 제조된 그라파이트 옥사이드 분말은 KBr 펠렛법으로 FT-IR 분광법에 의해 분석하였다.
1.5 g of graphite powder and 0.5 g of sodium nitrate were added to 23 ml of sulfuric acid and stirred in an ice bath. Thereafter, 3 g of potassium permanganate was slowly added to the mixture while maintaining the temperature at 20 ° C. The mixture was diluted with 40 ml of water and stirred for 30 minutes. An additional 100 ml of water was then added in an ice bath to prevent the reaction mixture from boiling rapidly when the temperature of the mixture was raised rapidly to 95 ° C. Finally, 3 ml of hydrogen peroxide (30%) was added slowly to the light yellow mixture. The product solution was filtered and washed with plenty of water until the filtrate was neutralized. The filter cake was dried for 48 hours under reduced pressure. The prepared graphite oxide powder was analyzed by FT-IR spectroscopy by KBr pellet method.
그라파이트 옥사이드를 한시간 동안 수용액 상에서 초음파 처리하여 박리시켜 GO 현탁액을 제조하고, 이를 8000 RPM으로 30 분간 원심분리하여 GO 시트의 커다란 응집체를 제거하였다. 그라파이트 옥사이드의 박리를 확인하기 위하여, APTES-기능화 규소 기질을 GO 현탁액(0.1 mg/ml)에 1시간 동안 침지시키고, 물과 에탄올로 세척 후 질소 흐름 하에 건조시켰다. 상기 과정을 수행한 결과, 규소 기질 상의 GO의 정전기적 흡착이 일어나고 흡착된 GO를 원자간력 현미경으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 2a와 2c에 나타냈다.
Graphite oxide was sonicated in aqueous solution for one hour to exfoliate to prepare a GO suspension, which was centrifuged at 8000 RPM for 30 minutes to remove large aggregates of GO sheet. To confirm the exfoliation of the graphite oxide, the APTES-functionalized silicon substrate was immersed in GO suspension (0.1 mg / ml) for 1 hour, washed with water and ethanol and dried under nitrogen flow. As a result of the above procedure, electrostatic adsorption of GO on the silicon substrate occurred and the adsorbed GO was observed under an atomic force microscope, and the results are shown in FIGS. 2A and 2C.
도 2a와 2c는 각각 산화되고 박리된 그라파이트의 원자간력 현미경 이미지와 FT-IR 스펙트럼을 보여준다. 이에 따르면 제조된 단일층 GO의 두께는 약 0.83 nm이고 FT-IR 스펙트럼은 3415 cm-1에서 O-H 진동, 1716 cm-1에서 C=O 신장, 1627 cm-1에서 산화된 그라파이트 도메인의 C=C 골격 진동, 1400cm-1에서 O-H 변형 및 1079 cm-1에서 C-O 신장에 의한 상기 작용기들을 포함하는 산소의 특성 피크를 보여준다.
2a and 2c show atomic force microscope images and FT-IR spectra of oxidized and exfoliated graphite, respectively. According to this, the thickness of the prepared monolayer GO is about 0.83 nm and the FT-IR spectrum is OH oscillation at 3415 cm −1 , C═O elongation at 1716 cm −1 , and C═C of oxidized graphite domain at 1627 cm −1 . in skeletal vibration, OH strain, and 1079 cm -1 at 1400cm -1 shows the characteristic peak of the oxygen containing functional group by CO height.
실시예Example
3: 3:
MWCNTMWCNT
--
NHNH
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현탁액의 제조 Preparation of suspension
40 mg의 MWCNT를 40 ml의 질산과 황산 혼합물(1:3)에서 10시간 동안 60℃로 초음파 처리하여 MWCNT 측벽에 카르복실산 작용기를 도입하고, 중합탄산 막(틈새크기 400 nm)을 통해 여과시키고, 여과액이 중화될 때까지 충분한 양의 물로 세척하였다. 필터 케이크는 에탄올로 세척하고 감압 건조 후 40 ml 무수 DMF로 재세척하였다. 초음파 처리에 의해 1 ml 무수 DMF를 포함한 20 ml 염화티오닐에 분산시키고 70℃에서 24시간 동안 환류시켰다. 반응 후, 회전 증발에 의해 혼합물로 부터 염화아실화 MWCNT를 수득하고, 초음파 처리에 의해 40 ml의 에틸렌디아민에 부유시키고 125 에서 5일간 환류시켰다. 마지막으로, 반응 혼합물을 양극 알루미나 막(틈새 크기 200 nm)으로 여과하고 에탄올과 물로 세척 후 초음파 처리에 의해 120 g/ml의 농도로 수용액 상에 분산시켰다.
40 mg of MWCNTs were sonicated at 40 ° C. in a mixture of nitric acid and sulfuric acid (1: 3) at 60 ° C. for 10 hours to introduce carboxylic acid functional groups onto the sidewalls of the MWCNTs, and filtered through a polymeric carbonate membrane (
도 2b에 상기 방법으로 제조된 아민화된 MWCNT(MWCNT-NH2)의 원자간력 현미경 이미지를 나타냈다. 도 2b에서 나타낸 바에 의하면 MWCNT-NH2는 약 17nm의 지름을 갖는다.
Atomic force microscopy images of aminated MWCNTs (MWCNT-NH 2 ) prepared by the above method are shown in FIG. 2B. As shown in FIG. 2B, MWCNT-NH 2 has a diameter of about 17 nm.
실시예 4: GO 및 GO/MWCNT-NHExample 4: GO and GO / MWCNT-NH
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이중층 박막의 제조 Fabrication of Bilayer Thin Films
정전기적 반응에 의해 양으로 하전된 기판 사에 음으로 하전된 GO를 고정화하도록 유도하기 위하여, 변형된 허머 방법(Hummer's method)에 따라 제조된, GO의 수성 현탁액(1.5 mg/ml) 중에 APTES에 의해 아마노화된 유리커버슬립을 1시간 동안 침지시킴으로써 GO-고정화 기판을 준비하였다. 이어서 물과 에탄올로 세척하고 질소 흐름 하에 건조 후 질소 흐름 하에서 10분간 125℃로 가열하였다. 원자간력 현미경 이미지는 GO 시트가 전체 표면을 덮고, 가장자리를 따라 인접한 GO 시트와 겹쳐지는 것을 보여주었다. 이렇게 얻어진 GO 박막-피막 기질을 GO/MWCNT-NH2 이중층 제조를 위한 지지체로 사용하였다. 이어서 GO로 덮힌 기판을 아미노화된 MWCNT 용액(120 ㎍/ml) 중에 한시간 동안 침지시켜 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막을 형성시키고 물과 에탄올로 세척한 후 질소 흐름 하에서 건조하였다. 마지막으로 GO/MWCNT-NH2 이중층-피막 기질을 질소 흐름 하에 10분간 125℃로 가열하였다. GO 표면상에 고정화된 MWCNT의 균일한 분포를 원자간력 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)(도 3c)으로 관찰하였다.
To induce immobilization of negatively charged GO on positively charged substrate yarns by electrostatic reaction, APTES in an aqueous suspension of GO (1.5 mg / ml), prepared according to the modified Hummer's method The GO-immobilized substrate was prepared by immersing the amarized glass coverslip for 1 hour. It was then washed with water and ethanol, dried under nitrogen flow and then heated to 125 ° C. for 10 minutes under nitrogen flow. Atomic force microscopy images showed that the GO sheet covered the entire surface and overlapped with adjacent GO sheets along the edges. The GO thin film-coated substrate thus obtained was used as a support for preparing a GO / MWCNT-NH 2 bilayer. The GO-covered substrate was then immersed in an aminoated MWCNT solution (120 μg / ml) for 1 hour to form a GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film, washed with water and ethanol and dried under nitrogen flow. Finally the GO / MWCNT-NH 2 bilayer-coated substrate was heated to 125 ° C. for 10 minutes under nitrogen flow. The uniform distribution of MWCNTs immobilized on the GO surface was observed by atomic force microscopy and scanning electron microscopy (SEM) (FIG. 3C).
상기 제조된 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막-피막 유리기질을 사용하여 소형 분자의 LDI-MS 분석을 시도하였다. Cellobiose, Leu-enkephalin, 글루코스, 라이신, D-만니톨 및 페닐알라닌을 포함하는 다양한 소형 분자의 수용액(1 nmol/㎕)을 제조하고, 각 시료 1 nmol을 GO/MWCNT-NH2 이중층 필름 위에 스폿팅하였다. 시료반점을 건조시킨 후 기질을 LDI-MS에 이용하였다.
LDI-MS analysis of small molecules was attempted using the prepared GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin-film glass substrate. Aqueous solutions (1 nmol / μl) of various small molecules including Cellobiose, Leu-enkephalin, glucose, lysine, D-mannitol and phenylalanine were prepared, and 1 nmol of each sample was spotted onto a GO / MWCNT-NH 2 bilayer film. . After drying the sample spots, the substrate was used for LDI-MS.
그 결과, 양이온 모드에서, 분석물 소형분자의 양성자화된 이온, 나트륨 및/또는 칼륨 부가물에 해당하는 질량 피크를 보이는, 낮은 바닥신호를 갖는 매우 깨끗한 질량 스펙트럼이 얻어졌다(cellobiose, m/z 365 [M+Na]+; Leu-enkephalin, m/z 576 [M+Na]+ 및 m/z 592 [M+K]+; 글루코스, m/z 203 [M+Na]+ 및 m/z 219 [M+K]+; 라이신, m/z 147 [M+H]+, m/z 169 [M+Na]+ 및 m/z 185 [M+K]+; D-만니톨, m/z 205 [M+Na]+ 및 m/z 221 [M+K]+; 페닐알라닌, m/z 166 [M+H]+, m/z 188 [M+Na]+ 및 m/z 204 [M+K]+)(도 4a). 금속 양이온 부가물은 GO를 제조하기 위해 흑연의 산화에 사용된 시약들(즉, 과망간산칼륨, 황산 및 과산화수소) 및/또는 불순물로 분석물 시료 용액에 포함된 여분의 Na+와 K+에 기인할 것이다. 이들 금속 양이온으 GO 표면의 음전하로 인해 GO 표면에 강하게 흡착되므로 정제 과정동안 제거되기 어렵다. 때때로 양성자화된 종들([M+H]+)이 특히 직렬(tandem) 질량분석에 있어서 금속 양이온 부가물보다 더 선호된다.
The result is a very clean mass spectrum with a low bottom signal showing a mass peak corresponding to the protonated ions, sodium and / or potassium adducts of the analyte small molecules in the cationic mode (cellobiose, m / z 365 [M + Na] + ; Leu-enkephalin, m / z 576 [M + Na] + and m / z 592 [M + K] + ; glucose, m / z 203 [M + Na] + and m / z 219 [M + K] + ; Lysine, m / z 147 [M + H] + , m / z 169 [M + Na] + and m / z 185 [M + K] + ; D-mannitol, m / z 205 [M + Na] + and m / z 221 [M + K] + ; phenylalanine, m / z 166 [M + H] + , m / z 188 [M + Na] + and m / z 204 [M + K] + ) (FIG. 4A). Metal cation adducts may be due to the extra Na + and K + contained in the analyte sample solution with the reagents (ie, potassium permanganate, sulfuric acid and hydrogen peroxide) and / or impurities used to oxidize the graphite to produce GO. will be. These metal cations are strongly adsorbed on the GO surface due to the negative charge of the GO surface and are therefore difficult to remove during the purification process. Protonated species ([M + H] + ) are sometimes preferred over metal cation adducts, especially for tandem mass spectrometry.
음이온 모드에서는, 글루코스, 만니톨, 라이신 및 페닐알라닌에 대해 각각의 탈양성자화 형태에 상응하는 피크를 보이는 깨끗한 질량 스펙트럼이 얻어졌다(글루코스, m/z 179 [M-H]-; 만니톨, m/z 181 [M-H]-; 라이신, m/z 145 [M-H]-; 페닐알라닌, m/z 165 [M-H]-)(도 4b). 하지만, celloboise 및 Leu-enkephalin의 질량 신호는 관찰되지 않았다. 음이온 모드에서 라이신과 페닐알라닌의 높은 LDI 효율은 쉽게 탈양성자화될 수 있는 카르복실산기의 존재에 기인할 수 있다.
In anionic mode, clear mass spectra were obtained showing peaks corresponding to the respective deprotonated forms for glucose, mannitol, lysine and phenylalanine (glucose, m / z 179 [MH] − ; mannitol, m / z 181 [ MH] -; lysine, m / z 145 [MH] -; phenylalanine, m / z 165 [MH] -) ( Fig. 4b). However, no mass signals of celloboise and Leu-enkephalin were observed. The high LDI efficiency of lysine and phenylalanine in the anion mode may be due to the presence of carboxylic acid groups that can be easily deprotonated.
양이온 모드에서 얻어진 질량 정확성, 분해능 및 검출 한계와 축적된 각각의 소형 분자들의 표면밀도를 도 4c에 요약했고, 검출한계 결정을 위한 각각의 질량 스펙트럼은 도 5에 보였다. 대조군으로는 상기 실시예 2에서 제조된 GO 현탁액을 사용하여 LDI를 수행하였다. 스테인리스 스틸 판 위에 증류수와 소형 분자와 GO 혼합 용액을 스폿팅하고 건조시킨 후 질량 스펙트럼을 얻었다. 이를 도 6a에 나타냈다. 도 6a에 제시한 바와 같이 시험 분석물 중 cellobiose, 페닐알라닌, 및 enkephalin만이 저질량 영역(m/z<200)에서 상대적으로 높은 바닥신호를 갖는 질량 피크를 보였고 이는 강한 레이저 조사로 인한 GO 시트의 파괴 및 비행으로 인한 것으로 여겨진다. 따라서, 이러한 높은 바닥신호를 방지하기 위해 GO 시트의 표면 고정화가 중요하다.
Mass accuracy, resolution and detection limits obtained in cation mode and the surface density of each small molecule accumulated are summarized in FIG. 4C and the respective mass spectra for determination of detection limits are shown in FIG. 5. LDI was performed using the GO suspension prepared in Example 2 as a control. Mass spectra were obtained after spotting and drying distilled water, small molecules and GO mixed solution on a stainless steel plate. This is shown in Figure 6a. As shown in FIG. 6A, only cellobiose, phenylalanine, and enkephalin in the test analytes showed a mass peak with a relatively high bottom signal in the low mass region ( m / z <200), which was due to destruction of the GO sheet due to strong laser irradiation. And flight. Therefore, surface immobilization of the GO sheet is important to prevent such a high bottom signal.
그러므로 표면-고정 탄소 소재의 LDI 효율을 보다 깊이 연구하고 어떠한 나노소재, 즉 GO 또는 MWCNT-NH2가 더 중요한 역할을 하는지를 밝히기 위해 하기의 실시예 및 비교예에 제시된 방법으로 GO, RGO, MWCNT 및 MWCNT-NH2을 이용하여 다양한 형태의 다른 기질들을 제조하였다. 제조된 GO 및 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막 기질과 다양한 다른 기질들의 개략도, 제조방법, 및 원자력간 현미경 이미지를 각각 도 3a, 3b, 및 3c에 나타냈다. 도 3a에 보인 바와 같이 이들 기질은 세가지 카테고리-GO 유도체만 입힌, MWCNT-NH2만 입힌, 그리고 GO와 MWCNT 유도체를 조합하여 입힌 기질로 분류되었다. MWCNT-NH2-피막 기질은 유리 표면에 존재하는 에폭사이드에 MWCNT-NH2를 고정하여 제조했고, GO와 MWCNT 유도체 조합에 기초한 세가지 다른 칩은 p-p 상호작용을 통해 RGO 기질에 MWCNT를 고정시켜(RGO/MWCNT), 정전기적 상호작용을 통해 GO 기질에 MWCNT-NH2를 흡착시켜(GO/MWCNT-NH2), 그리고 제조된 GO/의 화학적 환원에 의해(RGO/MWCNT-NH2) 제조되었다(도 3b). 도 3c에 나타낸 이들의 SEM 이미지는 높은 표면 보급률로 표면-고정 탄소 나노물질이 성공적으로 제조되었음을 보여준다.
Therefore, in order to further study the LDI efficiency of surface-fixed carbon materials and to identify which nanomaterials, ie GO or MWCNT-NH 2 , play a more important role, the methods presented in the examples and comparative examples below, GO, RGO, MWCNT and MWCNT-NH 2 was used to prepare different substrates in various forms. Schematics, preparation methods, and internuclear microscope images of the prepared GO and GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film substrates and various other substrates are shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, respectively. As shown in FIG. 3A, these substrates were classified as substrates coated with only three category-GO derivatives, only MWCNT-NH 2 , and a combination of GO and MWCNT derivatives. MWCNT-NH 2 -coated substrates were prepared by immobilizing MWCNT-NH 2 on epoxides present on the glass surface, and three different chips based on GO and MWCNT derivative combinations immobilized MWCNTs on RGO substrates via pp interaction ( RGO / MWCNT), by adsorbing MWCNT-NH 2 to GO substrate through electrostatic interaction (GO / MWCNT-NH 2 ), and by chemical reduction of the prepared GO / (RGO / MWCNT-NH 2 ) (FIG. 3B). Their SEM images, shown in FIG. 3C, show that surface-fixed carbon nanomaterials were successfully prepared with high surface diffusion.
실시예 5: 환원된 GO(reduced GO; RGO)와 RGO/MWCNT-NHExample 5 Reduced GO (RGO) and RGO / MWCNT-NH
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이중층 박막의 제조 Fabrication of Bilayer Thin Films
GO와 GO/MWCNT-NH2 이중층 박막-피막 기질을 하룻동안 80℃의 DMF의 20% 히드라진 일수화물용액에 담그고, DMF, 물과 에탄올로 세척 후 질소 흐름 하에 건조하였다. RGO와 RGO/MWCNT-NH2 이중층 박막 기질을 소형 분자의 LDI 효율에 대한 탄소 나노소재의 화학적 구조의 영향을 연구하기 위한 역쌍(counter pair)으로 사용하였다.
GO and GO / MWCNT-NH 2 bilayer thin-film substrates were immersed in a 20% hydrazine monohydrate solution of DMF at 80 ° C. for one day, washed with DMF, water and ethanol and dried under nitrogen flow. RGO and RGO / MWCNT-NH 2 bilayer thin film substrates were used as counter pairs to study the effect of the chemical structure of carbon nanomaterials on the LDI efficiency of small molecules.
비교예 1: MWCNT 현탁액을 사용한 RGO/MWCNT 이중층의 제조Comparative Example 1: Preparation of RGO / MWCNT Bilayer Using MWCNT Suspension
MWCNT(10 mg)을 10 ml 디클로로벤젠에 1시간 동안 초음파분해하여 분산시키고, MWCNT의 커다란 응집체를 제거하기 위해 원심분리하였다(3099 rcf, 10분). RGO 박막-피막 기질을 1시간 동안 MWCNT 현탁액에 침지시키고 물과 에탄올로 세척한 후 질소 흐름 하에서 건조시켰다.
MWCNT (10 mg) was dispersed by sonication in 10 ml dichlorobenzene for 1 hour and centrifuged to remove large aggregates of MWCNTs (3099 rcf, 10 minutes). The RGO thin film-coated substrate was immersed in the MWCNT suspension for 1 hour, washed with water and ethanol and dried under nitrogen flow.
비교예 2: MWCNT-NHComparative Example 2: MWCNT-NH
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-피막 유리기질의 제조-Preparation of film glass substrate
Piranha-처리 유리기질을 3-glycidylpropyltriethoxysilane의 10 mM 무수 톨루엔 용액에 30분간 침지시키고, 에탄올과 물로 세척 후 질소 흐름 하에 건조시켰다. 상기 기질을 1시간 동안 120 ㎍/ml MWCNT-NH2 현탁액에 침지시키고, 물과 에탄올로 세척하고, 질소 흐름 하에 건조하였다. MWCNT-NH2-피막 기질을 질소 흐름 하에 125℃로 가열하였다.
Piranha-treated glass substrates were immersed in 10 mM anhydrous toluene solution of 3-glycidylpropyltriethoxysilane for 30 minutes, washed with ethanol and water and dried under nitrogen flow. The substrate was immersed in a 120 μg / ml MWCNT-NH 2 suspension for 1 hour, washed with water and ethanol and dried under nitrogen flow. The MWCNT-NH 2 -coated substrate was heated to 125 ° C. under nitrogen flow.
실험예 1: 소형 분자의 질량 분석 및 제조된 기질의 특성 분석Experimental Example 1: Mass spectrometry of small molecules and characterization of the prepared substrate
설탕, 펩티드, 아미노산 및 보호 아미노산을 포함한 다양한 분석물을 1 nmol/㎕의 농도로 물에 용해시켰다. 준비된 용액을 1 ㎕씩 분취하여 탄소 나노소재 칩에 스폿팅하고, 대기조건 하에 건조시킨 후 MALDI-ToF MS에 삽입하여 동일한 실험조건 하에 분석하였다. 이러한 시료 제조 프로토콜이 Imaging Mass Spectroscopy(IMS)를 포함하여 RGO/MWCNT 이중층 플랫폼 상에서의 모든 소형 유기 분자 분석에 적용되었다.
Various analytes, including sugars, peptides, amino acids and protective amino acids, were dissolved in water at a concentration of 1 nmol / μl. 1 μl of the prepared solution was spotted on a carbon nanomaterial chip, dried under atmospheric conditions, inserted into MALDI-ToF MS, and analyzed under the same experimental conditions. This sample preparation protocol was applied to all small organic molecular analyzes on the RGO / MWCNT bilayer platform, including Imaging Mass Spectroscopy (IMS).
같은 기기조건 하에 상기 실시예 및 비교예에 기술한 방법으로 제조된 6개의 다른 탄소 나노물질-기반 기질을 이용한 LDI-MS로 상기의 방법으로 제조된 소형 분자 분석물을 분석하고 이를 도 7에 나타냈다. 도 8a 및 8b에는 상대적 질량 피크 세기를 비교하여 바 그래프로 나타냈다. 예상되는 바와 같이, 질량 피크의 세기는 GO와 MWCNT-NH2 조합을 사용한 기질(GO/MWCNT-NH2와 RGO/MWCNT-NH2)에서 가장 높았다. 카르복실산과 아민과 같은 표면 작용기의 존재로 인한 표면 습윤도 시료 확산의 개선이 중요한 역할을 하는 것으로 보여진다. GO 층에 MWCNT-NH2의 결합에 의해 다양한 소형 분자의 LDI 효율이 눈에 띄게 개선되었다는 점은 명확하다. 반면 RGO/MWCNT-NH2 이중층 필름상에서 소형분자의 LDI 효율은 그 환원되지 않은 짝과 비교할 때 다소 변화가 있다. 결과적으로, 소형 분자 분석의 일반적인 목적을 위해서는 GO/MWCNT-NH2-박막 표면이 시험한 기질 중 가장 좋은 LDI 기질이었다. 반면 RGO/MWCNT-NH2는 enkephalin 및 Fmoc-보호 아미노산과 같은 소수성 분석물에 대한 최고의 기질로 판단된다. 따라서, 분석물과 탄소 나노소재 칩 간의 상호작용이 복잡한 LDI 과정에서 중요한 역할을 하며 GO/MWCNT 이중층이 LDI-MS에 적용되었을 때 효율적인 LDI에 대한 시너지 효과가 존재하는 것으로 판단된다. 이러한 시너지 효과는 도 8c에 제시한 바와 같이 분석물이 MWCNT와 GO 유도체 모두로부터 에너지를 받을 수 있는 MWCNT와 GO의 접점에서 발생될 것이다.
Under the same instrument conditions, the small molecule analyte prepared by the above method was analyzed by LDI-MS using six different carbon nanomaterial-based substrates prepared by the method described in the above Examples and Comparative Examples and shown in FIG. 7. . 8A and 8B show bar graphs comparing relative mass peak intensities. As expected, the intensity of the mass peak was highest in the substrates (GO / MWCNT-NH 2 and RGO / MWCNT-NH 2 ) using the GO and MWCNT-NH 2 combinations. Surface wetting due to the presence of surface functional groups such as carboxylic acids and amines also appears to play an important role in improving sample diffusion. It is clear that the binding of MWCNT-NH 2 to the GO layer markedly improved the LDI efficiency of various small molecules. In contrast, LDI efficiencies of small molecules on RGO / MWCNT-NH 2 bilayer films vary somewhat compared to their unreduced partners. As a result, for the general purpose of small molecule analysis, the GO / MWCNT-NH 2 -thin film surface was the best LDI substrate tested. RGO / MWCNT-NH 2, on the other hand, is considered the best substrate for hydrophobic analytes such as enkephalin and Fmoc-protected amino acids. Therefore, the interaction between the analyte and the carbon nanomaterial chip plays an important role in the complex LDI process, and it seems that synergistic effect on the efficient LDI exists when the GO / MWCNT bilayer is applied to the LDI-MS. This synergistic effect will occur at the junction of the MWCNT and GO where the analyte can receive energy from both the MWCNT and GO derivatives as shown in FIG. 8C.
LDI 효율을 갖는 기질의 구조와 표면 특성의 관계를 연구하기 위해, 중심-선 평균(center-line average; CLA) 표면 거칠기와 물 접촉각을 측정하였다. 유망한 LDI 기질인 GO/MWCNT-NH2와 RGO/MWCNT-NH2는 각각 6.646과 5.018 nm로 기질들 중에서 상대적으로 높은 CLA 표면 거칠기를 갖는다. 반대로, GO와 RGO-피막 기질은 1.117과 0.904 nm의 CLA 표면 거칠기를 갖는 매끈한 형태를 보였다. 이러한 결과는 화학적 환원이 화학적 구조와 더불어 표변 형태에서의 변화를 유도함을 나타낸다. RGO 필름의 CLA 표면 거칠기는 또한 MWCNT의 p-p 상호작용-유도 흡착 후(RGO/MWCNT), 1.117 nm에서 1.914 nm로 약간 증가했지만, 표면 거칠기는 표면-흡착된 MWCNT의 양 차이에 의해 TGO/MWCNT-NH2 보다 낮았다. MWCNT 필름은 제조된 탄소 나노물질 칩 중 가장 높은 CLA 표면 거칠기를 보였다(9.079 nm)(도 9a 및 9b). 원자간력 현미경 특징에 기초하여, 효율적인 LDI 기질인 GO/MWCNT-NH2와 RGO/MWCNT-NH2 이중층 필름이 MWCNT 흡착으로 인해 일반적으로 GO와 RGO의 것보다 높은 CLA 표면 거칠기를 나타냈다. MWCNT 필름이 이중층 필름보다 MWCNT-NH2의 더 높은 흡착밀도에서 유도된 가장 높은 CLA 표면 거칠기를 나타냄에도 불구하고, 그 LDI 효율은 이들 이중층 필름에 비해 더 낮았다. 이러한 결과는 MWCNT 아래 GO 시트가 분석물의 효율적인 LDI에 중요한 역할을 함을 제시한다. 균질한 시료 확산과 밀접한 관계 때문에 기질의 습윤성 또한 효율적인 LDI 플랫폼을 위한 중요한 요소이다.
To study the relationship between the structure and surface properties of substrates with LDI efficiency, center-line average (CLA) surface roughness and water contact angle were measured. The promising LDI substrates GO / MWCNT-NH 2 and RGO / MWCNT-NH 2 have a relatively high CLA surface roughness among the substrates at 6.646 and 5.018 nm, respectively. In contrast, the GO and RGO-coated substrates had a smooth shape with CLA surface roughnesses of 1.117 and 0.904 nm. These results indicate that chemical reduction induces a change in the morphology along with the chemical structure. The CLA surface roughness of the RGO film also increased slightly from 1.117 nm to 1.914 nm after pp interaction-induced adsorption of MWCNTs (RGO / MWCNT), but the surface roughness was increased by TGO / MWCNT- due to the difference in the amount of surface-adsorbed MWCNTs. Lower than NH 2 . The MWCNT film showed the highest CLA surface roughness (9.079 nm) of the carbon nanomaterial chips produced (FIGS. 9A and 9B). Based on atomic force microscopy characteristics, the efficient LDI substrates GO / MWCNT-NH 2 and RGO / MWCNT-NH 2 bilayer films generally exhibited higher CLA surface roughness than those of GO and RGO due to MWCNT adsorption. Although MWCNT films exhibited the highest CLA surface roughness induced at higher adsorption densities of MWCNT-NH 2 than bilayer films, their LDI efficiency was lower than these bilayer films. These results suggest that GO sheets under MWCNT play an important role in the efficient LDI of analytes. Due to its close relationship with homogeneous sample diffusion, the wettability of the substrate is also an important factor for an efficient LDI platform.
상대적으로 친수성인 표면때문에 분석물 용액은 환원된 형태들-RGO, RGO/MWCNT 및 RGO/ MWCNT-NH2 필름-에 비해 GO, MWCNT 및 GO/MWCNT-NH2 필름에서 상대적으로 확산이 용이하다(도 9b, 도 10 및 도 11). 이러한 결과는 얻어진 물접촉각 값과 환원된 짝에서 보다 GO와 GO MWCNT-NH2 필름에서 분석물의 더 높은 LDI 효율과 잘 일치한다. 탄소 나노물질 필름에서 복잡한 내부 에너지 전이를 더 깊이 연구하기 위해, 생존률-전구체 이온의 세기를 단편 및 전구체 이온의 총 세기로 나눈 값-과 탈착 효율-단편 및 전구체 이온의 절대 총 세기-를 추정하기 위한 모델 화합물로 벤질피리디늄 염(benzylpyridinium salt; BP)을 선택하였다. 이러한 값들은 내부 에너지 전이 과정에 의존적인 것으로 알려져 있다. GO 필름에서 BP의 낮은 생존률, 19%는 GO 필름에 MWCNT-NH2를 결합함으로(GO/MWCNT-NH2 필름) 60%로 현저히 증가되었고, RGO와 RGO/MWCNT-NH2 필름에서 각각 27%와 76%로 보다 증가된 값을 보였다(도 9c 및 도 12). 증가된 생존률은 효율적인 레이저 에너지 흡수와 sp2 탄소 도메인의 복원과 MWCNT 결합을 통한 GO 필름의 증가된 열전도율에 기인한다. 그러나, 약간 낮은 생존율에도 불구하고, 탈착 효율은 RGO/MWCNT-NH2 이중층에서 보다 GO/MWCNT-NH2 이중층에서 상당히 더 높았다. 이러한 RGO/MWCNT-NH2에서의 낮은 탈착효율은 불필요한, 그러나 선호되는, 분석물이 아닌 탄소 물질-기초 기질로의 흡수된 레이저 에너지의 소실로 인한 것일 수 있다. 이러한 에너지 소실은 복원된 sp2 탄소 도메인으로 인해 GO/MWCNT-NH2에서 보다 RGO/MWCNT-NH2에서 더 효율적인 것으로 보인다. 이러한 결과는 준비된 탄소 나노물질 칩에서 분석물의 조각 정도와 LDI 효율이 탄소 나노물질 칩의 화학적 성질과 분석물과 탄소 나노물질 칩 간의 상호작용에 상당히 의존적이라는 것을 나타낸다.
Due to the relatively hydrophilic surface, the analyte solution is easier to diffuse in GO, MWCNT and GO / MWCNT-NH 2 films compared to the reduced forms-RGO, RGO / MWCNT and RGO / MWCNT-NH 2 films. 9B, 10 and 11). These results are in good agreement with the higher LDI efficiency of the analytes in GO and GO MWCNT-NH 2 films than in the reduced pair with the water contact angle values obtained. To further investigate the complex internal energy transfer in the carbon nanomaterial film, estimate the survival rate—the intensity of the precursor ions divided by the total intensity of the fragment and precursor ions—and the desorption efficiency—the absolute total intensity of the fragment and precursor ions— Benzylpyridinium salt (BP) was selected as the model compound for the reaction. These values are known to depend on the internal energy transfer process. The low survival rate of BP in the GO film, 19%, was significantly increased to 60% by incorporating MWCNT-NH 2 in the GO film (GO / MWCNT-NH 2 film) and 27% in RGO and RGO / MWCNT-NH 2 films, respectively. And 76% more increased (Figs. 9C and 12). Increased survival is due to efficient laser energy absorption, restoration of sp2 carbon domains and increased thermal conductivity of GO films through MWCNT bonding. However, despite slightly lower survival rates, the desorption efficiency was significantly higher in the GO / MWCNT-NH 2 bilayer than in the RGO / MWCNT-NH 2 bilayer. This low desorption efficiency in RGO / MWCNT-NH 2 may be due to the loss of absorbed laser energy to the carbon material-based substrate, which is unnecessary but preferred, not the analyte. This energy dissipation appears to be more efficient in RGO / MWCNT-NH 2 than in GO / MWCNT-NH 2 due to the restored sp2 carbon domain. These results indicate that the analyte fragmentation and LDI efficiency in the prepared carbon nanomaterial chip are highly dependent on the chemical properties of the carbon nanomaterial chip and the interaction between the analyte and the carbon nanomaterial chip.
실험예Experimental Example
2: 제조된 기질들의 2: of the prepared substrates
염내성Salt tolerance
실험 Experiment
일련의 실험으로부터, GO/MWCNT-NH2와 RGO/MWCNT-NH2 이중층이 각각 소형분자 및 소수성 소형분자들의 LDI에 적합하다는 결론을 얻었다. 따라서, 새로운 LDI 플랫폼의 이러한 장점과 성능을 보다 특성화하였다. 염내성은 고염농도를 포함하는 생물 시료의 분석을 위한 LDI 플랫폼의 중요한 요소이다. GO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼의 염내성을 시험하기 위해, 도 4에서 시험된 소형분자 1 μmol을 인체액과 비슷한 이온세기를 갖는(0.21 g/L KH2PO4, 9 g/L NaCl 및 0.72 g/L NaHPO4) 인산완충용액(PBS)에 녹이고 GO/MWCNT-NH2 이중층에 반점을 찍어 LDI-ToF MS로 분석하였다(도 13a 및 13b). 이들 소형분자의 검출한계는 1/10로(1 order of magnitude) 감소했음에도 불구하고, GO/MWCNT-NH2 이중층은 여전히 어떠한 탈염이나 농축과정 없이 PB에 녹아있는 소형분자들의 직접 분석에 적용될 수 있다. 또한, 1.68 g/L KH2PO4, 7.2 g/L NaCl 및 5.80 g/L NaHPO4의 이온농도를 갖는 농축 PBS에 녹인 Leu-enkephalin과 페닐알라닌은 GO/MWCNT-NH2 이중층에서 성공적으로 분석되었다. 이로서 GO/MWCNT-NH2 이중층의 고염내성을 확인하였다(도 14).
From a series of experiments, GO / MWCNT-NH 2 and RGO / MWCNT-NH 2 It was concluded that the bilayer was suitable for LDI of small molecules and hydrophobic small molecules, respectively. Therefore, we have further characterized these advantages and performance of the new LDI platform. Salt tolerance is an important component of the LDI platform for the analysis of biological samples containing high salt concentrations. To test the tolerability of the GO / MWCNT-NH 2 bilayer platform, 1 μmol of the small molecule tested in FIG. 4 was prepared with a ionic strength similar to that of human fluid (0.21 g / L KH 2 PO 4 , 9 g / L NaCl and 0.72 g / L NaHPO 4 ) was dissolved in phosphate buffer (PBS) and spotted on a GO / MWCNT-NH 2 bilayer and analyzed by LDI-ToF MS (FIGS. 13A and 13B). Although the detection limit of these small molecules has been reduced by one order of magnitude, the GO / MWCNT-NH 2 bilayer can still be applied for the direct analysis of small molecules dissolved in PB without any desalting or concentration. . In addition, Leu-enkephalin and Phenylalanine dissolved in concentrated PBS with ionic concentrations of 1.68 g / L KH 2 PO 4 , 7.2 g / L NaCl and 5.80 g / L NaHPO 4 were added to GO / MWCNT-NH 2. Successful analysis in the bilayer. This is why GO / MWCNT-NH 2 High salt resistance of the bilayer was confirmed (FIG. 14).
실험예Experimental Example
3: 3:
GOGO
/Of
MWCNTMWCNT
--
NHNH
22
이중층Double layer
박막의 재사용 가능성 시험 Reusability Test of Thin Films
기기적 내구성 또한 나노구조의 레이저 조사-유도 파괴없는 LDI-ToF MS 분석을 위한 안정한, 지속적인, 그리고 반복적인 적용에 대한 좋은 LDI 플랫폼의 중요한 요소이다. GO/MWCNT-NH2 이중층이 기질과 MWCNT-NH2 간의 공유결합 형성으로 인한 훌륭한 기기적 내구성을 갖는다는 사실이 이미 보고되어있다. 재사용 가능한 LDI 기질로서의 기기적 내구성과 성능은 세척과 재장착 단계를 포함하여 페닐알라닌과 cellobiose(각 1 nmol)의 LDI-ToF MS 교차 분석에 반복 적용함으로 성공적으로 확인하였다.
Instrumental durability is also an important component of a good LDI platform for stable, continuous, and repeatable applications for nanostructured laser irradiation-induced destruction-free LDI-ToF MS analysis. It has already been reported that GO / MWCNT-NH 2 bilayers have excellent mechanical durability due to the formation of covalent bonds between the substrate and MWCNT-NH 2 . Instrumental durability and performance as reusable LDI substrates have been successfully verified by repeated application to LDI-ToF MS crossover analysis of phenylalanine and cellobiose (1 nmol each), including washing and remounting steps.
1 mM cellobiose와 페닐알라닌 용액 1 ㎕(1 nmol)을 GO/MWCNT-NH2 이중층 위에 스폿팅하고 대기조건 하에 건조시킨 후 MALDI-ToF MS에 삽입하여 동일한 실험조건 하에 분석하였다. 분석 후, GO/MWCNT-NH2 이중층을 물과 에탄올로 완전히 세척하고 질소 흐름 하에 건조시켰다. 세척한 GO/MWCNT-NH2 이중층을 cellobiose와 페닐알라닌 분석에 반복하여 사용하였다. 상기 과정을 15회까지 반복하여 실행하였다.
1 mM (1 nmol) of 1 mM cellobiose and phenylalanine solution were spotted on a GO / MWCNT-NH 2 bilayer, dried under atmospheric conditions, and inserted into MALDI-ToF MS and analyzed under the same experimental conditions. After analysis, the GO / MWCNT-NH 2 bilayer was washed thoroughly with water and ethanol and dried under nitrogen flow. The washed GO / MWCNT-NH 2 bilayer was used repeatedly for cellobiose and phenylalanine analysis. The procedure was repeated up to 15 times.
도 15에 나타낸 결과와 같이, 두 소형분자 모두 질량 신호세기가 LDI-MS의 반복된 적용에서 점차적으로 감소했음에도 불구하고(도 15a), 소형분자의 절대세기는 GO/MWCNT-NH2 이중층 상에서의 그 존재를 분석하기에 충분하다. 심지어 15회 LDI 분석 반복 후에도 표면 파괴의 징후(도 15b 및 15c)와 이온화 원천 및 GO/MWCNT-NH2으로 인한 질량분광계 검출기의 오염도 관찰되지 않았다. 본 발명에서 단일 LDI 분석 순환은 기질 위에 분석물을 스폿팅하여 건조하고, 분석물의 LDI-ToF MS를 분석한 후 물과 에탄올로 세척 및 질소 흐름 하에서 기질을 건조시키는 일련의 과정의 완전한 세트로 정의된다. 상기 결과는 소형분자의 LDI-MS 분석에 있어서 GO/MWCNT-NH2 이중층 필름이 반복적으로 적용될 수 있다는 점을 나타낸다.
As shown in FIG. 15, although the mass signal strength of both small molecules gradually decreased in the repeated application of LDI-MS (FIG. 15A), the absolute strength of the small molecules was reduced on the GO / MWCNT-NH 2 bilayer. It is enough to analyze its existence. Even after 15 repeats of the LDI analysis, no signs of surface destruction (FIGS. 15B and 15C) and contamination of the mass spectrometer detector due to ionization sources and GO / MWCNT-NH 2 were observed. In the present invention, a single LDI assay cycle is defined as a complete set of a process of spotting an analyte on a substrate, drying the analyte, analyzing the analyte's LDI-ToF MS, washing with water and ethanol, and drying the substrate under a nitrogen flow. do. The results indicate that GO / MWCNT-NH 2 bilayer film can be repeatedly applied in LDI-MS analysis of small molecules.
실험예Experimental Example
4: 시료의 균일한 분포 4: uniform distribution of sample
성공적인 LDI-ToF MS 분석을 위한 또 다른 중요한 사안은 스위트-스폿 없이 LDI-ToF MS 플랫폼 전체 표면으로부터 균일한 질량 신호를 얻는 것이다. GO/MWCNT-NH2 플랫폼에서 스폿에서 스폿으로 질량 신호세기를 연구하기 위해, 1 ㎕의 cellobiose 용액 (0.1 mM)을 GO/MWCNT-NH2 이중층 위에 스폿팅하고 건조시킨 후 전체 시료반점을 50 ㎛의 래스터 폭으로 하여 IMS로 분석하였다.
Another important issue for successful LDI-ToF MS analysis is obtaining a uniform mass signal from the entire surface of the LDI-ToF MS platform without sweet-spots. To study mass signal strength from spot to spot on the GO / MWCNT-NH 2 platform, 1 μl of cellobiose solution (0.1 mM) was spotted onto the GO / MWCNT-NH 2 bilayer and dried and the entire sample spot was 50 μm. The raster width of was analyzed by IMS.
도 16에 보인 바와 같이, GO/MWCNT-NH2 이중층의 광학적 이미지는 용매 증발 후 분석물이 균일한 분포로 원형을 형성한 것을 보였고 질량 이미지는 cellobiose에 상응하는 질량 피크에서 단일한 질량 신호세기를 보임으로 균일한 분포를 확인하였다(m/z 365 [M+Na]+). 대조군으로는 MALDI-ToF MS에 대한 전형적인 유기기질인 2,5-디히드록시벤조산(2,5-dihydroxybenzoic acid; DHB)(10 mg/ml)과 celloboise (0.1 mM)의 혼합 용액 1 ㎕를 유리기질에 스폿팅하여 IMS로 분석하였다.
As shown in FIG. 16, the optical image of the GO / MWCNT-NH 2 bilayer showed that the analytes formed a circular shape with uniform distribution after solvent evaporation and the mass image showed a single mass signal strength at the mass peak corresponding to cellobiose. The distribution was confirmed to be uniform ( m / z 365 [M + Na] + ). As a control, 1 μl of a mixed solution of 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) (10 mg / ml) and celloboise (0.1 mM), which is a typical organic substrate for MALDI-ToF MS, was released. Spotted onto the substrate and analyzed by IMS.
도 17에서 보는 바와 같이, 질량 이미지는 celloboise-DHB의 분균일 결정 형성으로 인한 스위트-스폿의 바람직하지 않은 형성을 나타냈다. 상대적으로 단일한 질량 피크 세기를 갖는 균일한 시료 스폿의 형성은 화학 반응의 모니터링과 질량 분광법에 기초한 생체센서의 개발에 있어 GO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼을 보다 정량적이고 유리하게 한다. 게다가, GO/MCNT-NH2 이중층의 제작 과정은 다중 분석물의 광범위한 처리와 배열형식의 분석에 적합하다. 특히, GO/MWCNT-NH2 이중층이 2 cm2 유리 기질 위에 제작되었고 D-만니톨, celloboise, 및 Leu-enkephalin의 각 용액 (1, 0.5, 0.2 mM) 1 ㎕를 그 위에 스폿팅하여 150 ㎛ 래스터 폭의 IMS로 분석하였다. 모든 유기분자들은 대형 이중층 칩에 형성된 각각의 배열 스폿들(3×3)로부터 나트륨 부가물로서 성공적으로 검출되었다(도 16c 및 16d).
As shown in FIG. 17, the mass image showed undesired formation of sweet-spots due to heterogeneous crystal formation of celloboise-DHB. The formation of uniform sample spots with relatively single mass peak intensity makes the GO / MWCNT-NH 2 bilayer platform more quantitative and advantageous for monitoring chemical reactions and developing biosensors based on mass spectrometry. In addition, the fabrication of the GO / MCNT-NH 2 bilayer is suitable for a wide range of processing and array analysis of multiple analytes. In particular, a GO / MWCNT-NH 2 bilayer was fabricated on a 2 cm 2 glass substrate and a 150 μm raster was spotted on top of 1 μl of each solution (1, 0.5, 0.2 mM) of D-mannitol, celloboise, and Leu-enkephalin. The width was analyzed by IMS. All organic molecules were successfully detected as sodium adducts from the respective array spots (3 × 3) formed in the large bilayer chip (FIGS. 16C and 16D).
실험예Experimental Example
5: 화학반응 5: chemical reaction
새로운 LDI-ToF MS 플랫폼으로서 GO/MWCNT-NH2 이중층의 놀라운 성능에 힘입어, 본 발명의 플랫폼을 다양한 질량분광분석에 확대 적용하였다. 개시분자에서 생성물로 분자량의 변화에 기초한 유기반응을 관찰하기위해 GO/MWCNT-NH2 이중층을 사용하였다. Betulin (M1) 개시분자(432 g/mol)에서 betulinic acid (M3, 456 g/mol)로 betulonic acid (M2, 454 g/mol)을 거치는 두 단계 유기반응에 의한 전환을 GO/MWCNT-NH2 이중층 LDI 플랫폼을 사용하여 성공적으로 분석하였다(도 18a).
Thanks to the surprising performance of the GO / MWCNT-NH 2 bilayer as a new LDI-ToF MS platform, the platform of the present invention has been extended to various mass spectrometry. GO / MWCNT-NH 2 bilayer was used to observe the organic reaction based on the change of molecular weight from the starting molecule to the product. Conversion of Betulin (M1) from the initial molecule (432 g / mol) to betulinic acid (M3, 456 g / mol) by betulonic acid (M2, 454 g / mol) was performed by GO / MWCNT-NH 2 Successful analysis using a bilayer LDI platform (FIG. 18A).
betulin과 betulinic acid는 항암, 항말라리아, 항염 및 항HIV 활성을 보인다고 보고되었고 항암제로 널리 연구되고 있다. 분자들 (M1, M2, M3)에 상응하는 피크는 GO/MWCNT-NH2 이중층이 없는 스테인리스 스틸이나 유리기질에서는 관찰되지 않았다. 또다른 예로, 결합 고리형 유기분자(도 19a)를 GO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼에서 LDI-ToF MS로 합성하고 분석하였다. 이로서 각각의 반응 생성물에 해당하는 질량피크를 얻었다(도 19b).
Betulin and betulinic acid have been reported to have anti-cancer, antimalarial, anti-inflammatory and anti-HIV activity and have been widely studied as anticancer agents. Peaks corresponding to the molecules (M1, M2, M3) were not observed in stainless steel or glass substrates without the GO / MWCNT-NH 2 bilayer. In another example, bound cyclic organic molecules (FIG. 19A) were synthesized and analyzed by LDI-ToF MS on a GO / MWCNT-NH 2 bilayer platform. This gave a mass peak corresponding to each reaction product (FIG. 19B).
실험예Experimental Example
6: 효소-촉매 합성 6: Enzyme-catalyst Synthesis
다음으로 소형분자의 효소 합성을 수행하고 GO/MWCNT-NH2 이중층 필름에서 LDI-ToF MS로 그 반응을 모니터하였다. 모델반응으로, N-아세틸-L-트립토판(M4, 246 g/mol)의 에스터화를 통한 N-아세틸-L-트립토판 에틸 에스터(M5, 274 g/mol)의 알파-키모트립신-촉매 합성을 GO/MWCNT-NH2 LDI 플랫폼을 사용한 동역학 측정으로 성공적으로 분석하였다. 결과는 도 18b와 18c 및 도 20에 나타냈다. 따라서, GO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼은 소형 유기분자들의 화학적 생물학적 합성을 모니터하는데 사용될 수 있고, 용액상에서 효소 활성의 질량분광법-기초 분석 플랫폼으로서 고려될 수 있다. 구체적인 실험 방법은 하기와 같다.
Next, small molecule enzyme synthesis was performed and the reaction was monitored by LDI-ToF MS on GO / MWCNT-NH 2 bilayer film. As a model reaction, alpha-chymotrypsin-catalyzed synthesis of N-acetyl-L-tryptophan ethyl ester (M5, 274 g / mol) via esterification of N-acetyl-L-tryptophan (M4, 246 g / mol) Analysis was successful by kinetic measurements using the GO / MWCNT-NH 2 LDI platform. The results are shown in FIGS. 18B and 18C and 20. Thus, the GO / MWCNT-NH 2 bilayer platform can be used to monitor the chemical and biological synthesis of small organic molecules and can be considered as a mass spectrometry-based analysis platform of enzyme activity in solution. The specific experimental method is as follows.
N-아세틸-L-트립토판(1.2 mg)과 에탄올 29 ㎕를 클로로포름 500 ㎕에 녹이고, 100 ㎕ 알파-키모트립신 용액(10 mg/ml)과 혼합하였다. 혼합물을 가로진탕기에서 600 rpm으로 3시간 동안 교반시켰다. 3, 5, 15, 30, 60, 120 및 180분에 클로로포름 상에서 1 ㎕씩 분취하여 GO/MWCNT-NH2 이중층에 스폿팅하여 분석하였다.
29 μl of N-acetyl-L-tryptophan (1.2 mg) and ethanol were dissolved in 500 μl of chloroform and mixed with 100 μl alpha-chymotrypsin solution (10 mg / ml). The mixture was stirred for 3 h at 600 rpm in a transverse shaker. Aliquots of 1 μl on chloroform at 3, 5, 15, 30, 60, 120 and 180 minutes were analyzed by spotting on a GO / MWCNT-NH 2 bilayer.
실험예Experimental Example 7: 마우스 뇌조직 절편의 분석 7: Analysis of Mouse Brain Tissue Sections
RGO/MWCNT-NH2를 마우스 뇌조직에 분포하는 지질의 IMS에 적용하였다. 뇌조직 절편 시료를 얻기 위해 다음의 과정을 수행하였다. 케타민과 크실라진 혼합물(4:1, 0.005 mg/g 체중)을 복강내 주사하여 마취한 후, 마우스(C57/BL6)를 참수시켰다. 두개골을 제거한 후, 뇌를 분리하고 액체 질소에 약 5분간 넣어둔다. 뇌를 동결시킨 후, cryotome(CM 1850, Leica, Nusslach, Germany)을 이용하여 -25℃에서 관상방향에서 15 ㎛ 두께로 잘라 뇌 절편을 준비하고, 즉시 RGO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼에 마운팅하였다.
RGO / MWCNT-NH 2 was applied to IMS of lipids distributed in mouse brain tissue. The following procedure was performed to obtain brain tissue sections. The mice (C57 / BL6) were beheaded after anesthesia by intraperitoneal injection of a ketamine and xylazine mixture (4: 1, 0.005 mg / g body weight). After the skull is removed, the brain is separated and placed in liquid nitrogen for about 5 minutes. After brain was frozen, brain sections were prepared by cryome (CM 1850, Leica, Nusslach, Germany), cut to 15 μm thickness in the coronal direction at −25 ° C., and immediately mounted on an RGO / MWCNT-NH 2 bilayer platform. .
지질 분석을 위해, GO/MWCNT-NH2가 아닌 RGO/MWCNT-NH2 플랫폼을 사용했는데 이는 GO/MWCNT-NH2 이중층보다 RGO/MWCNT-NH2 이중층에 대한 소수성 분자들의 높은 LDI 효율과 더 강한 친화력이 지질의 LDI-MS에 대한 장점이 될 수 있기 때문이다. 지질은 신호 전달, 신경전달, 수초화, 세포자멸사, 소포 추적와 전사 및 전사 후 조절과 같은 생물학적 과정에서 중요한 역할을 하므로 지질 분포와 식별에 대한 연구는 중요하다.
For lipid analysis, the RGO / MWCNT-NH 2 platform, rather than GO / MWCNT-NH 2, was used, which showed higher LDI efficiency and stronger hydrophobic molecules for the RGO / MWCNT-NH 2 bilayer than the GO / MWCNT-NH 2 bilayer. This is because affinity can be an advantage for lipids of LDI-MS. Lipids play an important role in biological processes such as signal transduction, neurotransmission, myelination, apoptosis, vesicle tracking and transcription and post-transcriptional regulation, so studies of lipid distribution and identification are important.
RGO/MWCNT-NH2 이중층에서 광자 에너지 흡수와 조직 절편으로 에너지 전달을 확인하기 위해, 15 ㎛ 두께의 마우스 뇌 조직 절편을 시상절단에 의해 준비하고 RGO/MWCNT-NH2 이중층의 윗표면에 나란히 올려 어떠한 유기기질도 사용하지 않고 100 ㎛ 래스터 폭과 목적판에서 지름 50 ㎛의 레이저 광선의 IMS로 분석하였다(도 21a 및 21b). 조직으로부터 검출된 모든 주된 이온종은, 기존의 보고와 비교하여 조직 절편에서 분포를 보이는, 나트륨과 칼륨을 포함한 glycerophosphocholine (GC)와 phosphatidylcholine(PC) 부가물로 할당되었다(도 21c). [GC d18:0/24:0h+K]+ 및 [GC d18:1/22:0h+Na]+에 해당하는 질량 피크를 사용하여 총 이온지도를 구축하였다(도 21a).
To confirm photon energy absorption and energy transfer from the RGO / MWCNT-NH 2 bilayer to the energy sections, 15 μm thick mouse brain tissue sections were prepared by sagittal cutting and placed side by side on the top surface of the RGO / MWCNT-NH 2 bilayer. Without using any organic substrates were analyzed by IMS of a laser beam of 50 μm in diameter on a 100 μm raster width and a target plate (FIGS. 21A and 21B). All major ionic species detected from tissues were assigned to glycerophosphocholine (GC) and phosphatidylcholine (PC) adducts, including sodium and potassium, distributed in tissue sections compared to previous reports (FIG. 21C). Total ion maps were constructed using the mass peaks corresponding to [GC d18: 0/24: 0h + K] + and [GC d18: 1/22: 0h + Na] + (FIG. 21A).
조직 절편시료는 수용가능한 질량 스펙트럼을 얻기 위해 소형분자시료보다 더 높은 레이저 출력을 요구하는데, 이는 탄소 나노소재의 파괴로 인한 저질량 영역에서 (m/z 100-300) 높은 바탕신호를 야기할 수 있다. 본 발명의 기질에서 20 ㎛ 두께의 뇌 조직 절편은 15 ㎛ 두께의 뇌 조직 절편에서 보다 훨씬 더 낮은 질량 피크 세기를 보였다. 따라서, 조직 분석을 위해, RGO/MWCNT-NH2 이중층의 가능한 작용 질량 범위는 15 ㎛ 또는 더 작은 두께의 얇은 조직 절편으로 m/z 300 이상이어야 한다. 그 결과는 본 발명의 RGO/MWCNT-NH2 이중층 플랫폼이 기존의 유기기질의 도움 없이 조직 절편의 직접적인 IMS 분석을 가능하게 함을 보였다. 따라서, 조직 표면에 균질한 적용에 대한 어려움 및 장시간의 질량영상화 과정 동안의 승화와 같은 유기기질과 관련된 단점을 피하였다.Tissue slice samples require higher laser power than small molecule samples to obtain acceptable mass spectra, which can cause high background signals ( m / z 100-300) in low mass regions due to destruction of carbon nanomaterials. have.
Claims (9)
1) 그라핀 옥사이드(GO) 수성 현탁액 중에 아민화된 기판을 침지시켜 GO-고정화 기판을 제조하는 단계;
2) 상기 GO-고정화 기판을 세척하고 건조하는 단계;
3) 상기 건조된 기판을 가열하는 단계;
4) 상기 제조된 GO-고정화 기판을 아민화된 MWCNT(MWCNT-NH2) 현탁액에 침지시켜 GO/MWCNT 이중층 박막이 증착된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 제조하는 단계;
5) 상기 단계 4)에서 제조된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 세척하고 건조하는 단계; 및
6) 상기 세척된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 가열하는 단계.
7) 상기 단계 6)에서 가열된 GO/MWCNT-NH2-박막 기판을 히드라진 일수화물 용액에 침지시켜 환원시키는 단계; 및
8) 상기 환원된 GO(RGO)/MWCNT-NH2-박막 기판을 세척하고 건조시키는 단계.
A method of manufacturing a substrate on which reduced graphene oxide (RGO) / Multi-wall carbon nanotube (MWCNT) bilayer thin film is deposited, comprising the following steps:
1) immersing the aminated substrate in a graphene oxide (GO) aqueous suspension to prepare a GO-immobilized substrate;
2) washing and drying the GO-immobilized substrate;
3) heating the dried substrate;
4) immersing the prepared GO-immobilized substrate in an aminated MWCNT (MWCNT-NH 2 ) suspension to prepare a GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate on which a GO / MWCNT bilayer thin film is deposited;
5) washing and drying the GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate prepared in step 4); And
6) heating the washed GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate.
7) reducing the GO / MWCNT-NH 2 -thin substrate heated in step 6) by immersing in a hydrazine monohydrate solution; And
8) washing and drying the reduced GO (RGO) / MWCNT-NH 2 -thin substrate.
The method of claim 1, wherein the aminated substrate is a glass coverslip.
The process according to claim 1, wherein the washing of step 2) uses at least one selected from the group consisting of water, ethanol, acetone, methanol, n-propanol, I-propanol and ether.
The process according to claim 1, wherein the washing of step 5) uses at least one selected from the group consisting of water, ethanol, acetone, methanol, n-propanol, I-propanol and ether.
The method of claim 1, wherein the solvent of the hydrazine monohydrate solution of step 7) is DMF, water, ethanol, toluene, methanol, ether, easter, chloroform, acetone, DMSO (dimethyl sulfoxide), propanol, or N-propanol Manufacturing method.
The process of claim 1, wherein the washing of step 8) uses DMF, water, ethanol, toluene, methanol, ether, easter, chloroform, acetone, DMSO (dimethyl sulfoxide), propanol, or N-propanol.
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