KR101287405B1 - 나노복합체 및 그의 제조방법 - Google Patents

나노복합체 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101287405B1
KR101287405B1 KR1020110041196A KR20110041196A KR101287405B1 KR 101287405 B1 KR101287405 B1 KR 101287405B1 KR 1020110041196 A KR1020110041196 A KR 1020110041196A KR 20110041196 A KR20110041196 A KR 20110041196A KR 101287405 B1 KR101287405 B1 KR 101287405B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
acid
magnetic
meth
nanocomposite
resin layer
Prior art date
Application number
KR1020110041196A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130012090A (ko
Inventor
이상화
임세라
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가천대학교 산학협력단 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to KR1020110041196A priority Critical patent/KR101287405B1/ko
Publication of KR20130012090A publication Critical patent/KR20130012090A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101287405B1 publication Critical patent/KR101287405B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
    • A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/5115—Inorganic compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/5094—Microcapsules containing magnetic carrier material, e.g. ferrite for drug targeting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
    • A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 발명은 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부; 코어부를 둘러싸고 있는 실리카층; 실리카층을 둘러싸고 있는 하이드로겔 수지층; 및 하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층 또는 하이드로겔 수지층 상에 도입된 양자점을 포함하는 나노복합체에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 영상진단 및 표적지향이 가능하며, 외부의 자극(pH, 온도)에 민감한 약물 담지체로써 외부자극, 특히 근적외선을 통해 약물방출을 제어할 수 있고, 간단한 구조를 가지고, 다기능성 약물전달에 사용할 수 있는 나노복합체를 제공할 수 있다.

Description

나노복합체 및 그의 제조방법{NANOCOMPOSITES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 나노복합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다기능성 약물전달용 나노복합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
나노기술(NT; Nano Technology)은 물질을 원자 또는 분자 수준에서 조절 및 제어하는 기술로서 신물질이나 신소자의 창출에 적합하기 때문에, 그 응용분야가 전자, 재료, 통신, 기계, 의약, 농업, 에너지 및 환경 분야 등 매우 다양하다.
이와 같은 나노기술은 현재 다양하게 발전하고 있으며, 크게 세 가지 분야로 분류되어 있다. 첫째, 나노소재로 극미세한 크기의 새로운 물질과 재료를 합성하는 기술에 관한 것이다. 둘째, 나노소자인데 나노크기의 재료들을 조합하거나 배열하여 일정한 기능을 발휘하는 장치를 제조하는 기술에 관한 것이다. 셋째, 나노기술을 생명공학 분야에 응용하는 나노-바이오 기술에 관한 것이다. 나노-바이오 분야에서 자성 나노입자들은 생체 물질의 분리, 자기공명 영상 진단 프로브, 거대자기저항센서를 포함한 바이오 센서, 마이크로 유체계센서, 약물/유전자 전달 및 자성 고온치료 등의 넓은 응용범위에 걸쳐 사용되고 있다.
일반적으로 메탈 나노 복합체로 지칭되는 나노입자는 구형의 유전성 코어 나노입자; 및 상기 코어를 둘러싼 얇은 금속막으로 구성되어 있다. 메탈 나노 복합체는 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 전자기파를 흡수할 수 있고, 흡수된 전자기파는 금속막에 있는 전도성 전자들을 집단적으로 진동시켜 열을 발생시킨다.
메탈 나노 복합체에 의해 흡수되는 전자기파의 파장 범위 및 그에 따른 발열은 사용된 금속의 종류, 유전성 코어 나노입자와 금속막의 두께를 조절함으로써 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 전자기파는 파장에 따라 정도의 차이는 있지만, 생체 조직을 어느 정도 침투할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 전자기파의 이러한 특성은 임상에서 질병을 진단하기 위한 도구로 응용되고 있다. 예를 들어, 맥반산소계측기, OCT (optical coherence tomography), 확산 촬영 (diffuse tomography) 또는 레이저 도플러 영상은 전자기파의 침투 특성을 이용하고 있다. 이러한 메탈 나노 복합체 및 전자기파의 특성에 기초하여, 메탈 나노 복합체를 약물 전달, 또는 질병 치료 등에 적용하기 위한 연구가 당업계에서 지속적으로 수행되고 있다.
생체의학(Biomedical) 분야에서 나노기술은 다기능성 약물전달체의 개발에 있어서 매우 중요한 요소로 인식되고 있다. 왜냐하면 다기능성 약물전달체에는 질병의 진단, 영상화 기능, 선택적인 약물전달, 표적지향성 등의 다양한 기능을 포함하는 나노구조체 제조기술이 필요하기 때문이다. 예를 들어 철을 함유하는 자성나노입자는 표적지향성 조영제로써 개발되고 있으며, 생체친화성 고분자소재는 다양한 자극(pH, 온도, 빛)들에 대한 약물방출의 제어가 가능한 약물담지체로써 적용이 가능하다. 금속나노소재 특히 골드나노소재는 표적 인식용의 다양한 리간드(항원, 항체, 펩티드 등)에 대한 친화도가 크며, 골드나노쉘 구조체의 경우에는 흡수파장대가 NIR 파장대 영역으로 red-shift되면서 in-vivo에서 광열효과를 이용한 암세포의 사멸을 유도할 수 있다.
그러나 종래기술은, 영상진단 및 표적지향이 가능하고 동시에 외부의 자극(pH, 온도)에 민감한 약물 담지체로써 외부자극, 특히 근적외선을 통해 약물방출을 제어할 수 있고, 다기능성 약물전달에 사용할 수 있는 간단한 구조를 갖는 나노복합체를 구현하지 못한 문제점이 있었다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 영상진단 및 표적지향이 가능하며, 외부의 자극(pH, 온도)에 민감한 약물 담지체로써 외부자극, 특히 근적외선을 통해 약물방출을 제어할 수 있고, 간단한 구조를 가지고, 다기능성 약물전달에 사용할 수 있는 나노복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 단계를 거쳐 다기능성 약물전달 나노복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양태는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부; 코어부를 둘러싸고 있는 실리카층; 실리카층을 둘러싸고 있는 하이드로겔 수지층; 및 하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층 또는 하이드로겔 수지층 상에 도입된 양자점을 포함하는 나노복합체를 제공한다.
상기 자성 나노클러스터는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금을 포함할 수 있다.
상기 금속 물질은 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고; 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxOy (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 「0 < x ≤ 3」 및 「0 < y ≤ 5」을 만족한다)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며; 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 자성 나노클러스터는 직경이 10 내지 1,000 nm인 것을 특징으로 한다.
상기 코어부는 자성 나노클러스터를 둘러싸고 있는 다가유기산을 추가로 포함할 수 있다.
상기 다가 유기산은 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 구연산 및 말레산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 다가 유기산으로 둘러싸고 있는 자성 나노클러스터는 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리된 것이고, 상기 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리된 자성 나노클러스터에 상기 아미노알킬알콕시실란을 매개로 실리카층이 도입된 것을 특징으로 한다.
상기 실리카층은 알콕시실란이 중합되어 형성된 것일 수 있다.
상기 실리카층이 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 실란커플링제로 표면처리된 것이고, 상기 실란커플링제로 표면처리된 실리카층에 상기 실란커플링제를 매개로 하이드로겔 수지층이 도입된 것일 수 있다.
상기 실란커플링제는 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트,γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란. 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란 및 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 하이드로겔 수지층은 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 중합되어 형성된 것일 수 있다.
상기 하이드로겔 수지층은 복수의 아민기를 갖는 아민화합물로 표면처리된 것이고, 복수의 아민기를 갖는 아민 화합물로 표면처리된 하이드로겔 수지층에 아민 화합물을 매개로 금속층 또는 양자점이 도입된 것일 수 있다.
상기 금속층 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부 및 실리카 전구체를 혼합하는 단계(a); 단계(a)를 통해 코어부를 둘러싸서 형성된 실리카층 상에 하이드로겔 수지층을 도입하는 단계(b); 및 단계(b)를 통해 실리카층을 둘러싸서 형성된 하이드로겔 수지층 상에 금속층 또는 양자점을 도입하는 단계(c)를 포함하는 나노복합체의 제조방법을 제공한다.
단계(a)의 자성 나노클러스터는, 금속염을 극성용매에 용해시키고 공침법을 사용하여 금속산화물 입자를 제조하는 단계(1)를 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
단계(a)의 코어부는, 자성 나노클러스터를 다가 유기산으로 표면처리하는 단계(2); 및 단계(2)를 통해 다가 유기산으로 표면처리된 자성 나노클러스터를 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리하여 코어부를 제조하는 단계(3);을 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
상기 실리카 전구체는 알콕시실란일 수 있다.
본 발명은 영상진단 및 표적지향이 가능하며, 외부의 자극(pH, 온도)에 민감한 약물 담지체로써 외부자극, 특히 근적외선을 통해 약물방출을 제어할 수 있고, 간단한 구조를 가지고, 다기능성 약물전달에 사용할 수 있는 나노복합체를 제공할 수 있다.
본 발명은 간단한 단계를 거쳐 다기능성 약물전달 나노복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자의 주사전자현미경 사진과 투과전자현미경 사진이다.
도 2는 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자의 자성값을 나타내는 도면이다.
도 5는 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자와 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2)를 비교한 라만스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 골드층으로 둘러싸인 나노복합체와 골드 콜로이드의 자외선 스펙트럼이다.
도 7의 A는 자성 하이드로겔 복합체에 양자점이 결합되었을 때의 용액의 색깔을 나타내는 사진이고, B는 UV light을 비추었을 때의 본발명의 양자점-복합체 용액의 색깔을 나타내는 사진이고, C는 UV 조사 조건하에서 본 발명의 양자점-나노복합체가 용해된 용액이 담겨있는 용기의 오른쪽에 자석을 접근시켰을 때 복합체가 끌려온 사진이다.
도 8은 본 발명의 양자점이 도입된 나노복합체의 PL 세기를 사용한 디아민의 탄소수에 따라 나타낸 도면이다.
이하 본 발명에 따른 나노복합체의 제조방법 및 그의 제조방법의 바람직한 실시예를 화학식 및 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 첨부도면을 참조함에 있어서 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
그러나 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 하나의 측면은 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부; 코어부를 둘러싸고 있는 실리카층; 실리카층을 둘러싸고 있는 하이드로겔 수지층; 및 하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층 또는 하이드로겔 수지층 상에 도입된 양자점을 포함하는 나노복합체를 제공한다.
코어부
상기 코어부는 자성클러스터를 포함하고, 상기 자성 나노클러스터는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금을 포함할 수 있다.
상기 금속 물질로서 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들수 있고; 자성 물질로서 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxOy (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 「0 < x ≤ 3」 및 「0 < y ≤ 5」을 만족한다)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으며; 자성 합금으로서 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 자성 나노입자가 응집되어 형성되는 자성 나노클러스터는 직경이 10 내지 1,000 nm인 것이 바람직하다. 직경이 10 nm 미만이면, 나노복합체의 자성 민감도가 떨어져, 영상화 효율이 저하될 우려가 있고, 1,000 nm를 초과하면, 생체로 투입된 나노복합체가 혈관을 막는 등 생체로의 적용성이 저하될 우려가 있다.
상기 코어부는 자성 나노클러스터를 둘러싸고 있는 다가유기산을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 다가 유기산을 추가로 포함함으로 해서, 자성 나노입자의 응집체인 자성 나노클러스터가 입자 내에서 안정적으로 존재할 수 있게 된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 다가유기산의 구체적인 종류는 전술한 작용을 수행하는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 구연산 및 말레산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 다가 유기산으로 둘러싸고 있는 자성 나노클러스터는 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리되는 것이 바람직하다. 다가유기산의 카로복시기와 아미노알콕시실란의 아미노기가 반응하여 아미노알콕시실란의 한쪽에 아미드기가 형성되어 다가 유기산과 서로 결합되며 다른 한쪽은 실리콘원자에 결합된 알콕시기가 존재하게 된다.
이와 같이 본 발명의 나노복합체가 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부을 포함함으로 해서, 본 발명의 나노복합체는 영상진단 또는 표적지향을 할 수 있는 다기능성 약물전달 나노구조체를 구현할 수 있다.
실리카층
상기 실리카층은 상기 코어부를 둘러싸고, 상기 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리된 자성 나노클러스터에 상기 아미노알킬알콕시실란을 매개로 실리카층이 도입된 것을 특징으로 한다.
상기 실리카층은 알콕시실란이 중합되어 형성된 것일 수 있다. 실리카 전구체는 자성 나노클러스터 상에 실리카 셀부를 형성할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니지만 테트라메톡시 실란(tetramethoxy silane) 및/또는 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane)과 같은 알콕시 실란을 사용하는 것이 바람직하며, 이 중 테트라에톡시 실란을 사용하는것이 보다 바람직하다.
반응식 1을 참고로 설명하면 상기 실리카층이 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 실란커플링제로 표면처리되는 것이 바람직하고, 상기 실란커플링제로 표면처리된 실리카층에 상기 실란커플링제를 매개로 하이드로겔 수지층이 도입되는 것이 바람직하다.
[반응식 1]
Figure 112011032264755-pat00001
상기 실란커플링제로서 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트,γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란. 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란 또는 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트, 또는 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트를 사용할 수 있다.
하이드로겔 수지층
본 발명의 나노복합체는 실리카층을 둘러싸고 있는 하이드로겔 수지층을 포함할 수 있다.
상기 반응식 1을 참고로 설명하며, 상기 하이드로겔 수지층은 실란 커플링제로 표면처리되어서 표면에 에틸렌성 불포화 이중결합을 갖고 있으며, 상기 에틸렌성 불포화 이중결합과 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 중합반응하여 하이드로겔 수지층을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 나노복합체가 하이드로겔층을 포함함으로 해서, 본 발명의 나노복합체는 pH에 민감하게 또는 온도에 민감하게 약물을 방출할 수 있는 있는 다기능성 약물전달 나노구조체를 구현할 수 있다.
금속층 또는 양자점
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 하이드로겔 수지층을 복수의 아민기를 갖는 아민화합물로 표면처리하여, 아민 화합물의 하나의 아민기는 하이드로겔 수지층 표면의 카르복시기와 결합하여 아미드 결합하고 다른 하나의 아민기는 표면에 존재하게 된다. 여기서 하이드로겔 수지층 표면에 존재하는 아민기가 금속과 배위결합하게 되어 아민 화합물을 매개로 하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층을 형성하거나, 또는 하이드로겔 수지층 표면에 존재하는 아민기가 양자점의 카르복시기와 아미드 결합하게 되어 아민 화합물을 매개로 하이드로겔 수지층 상에 도입된 양자점이 도입될 수 있다.
상기 하이드로겔 수지층 상에 상기 금속층을 형성하기 위하여 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 상기 하이드로겔 수지층 상에 상기 양자점을 도입하기 위해서 아민기와 화학결합을 할 수 있는 작용기가 도입된 양자점을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 카르복시기가 결합된 양자점을 사용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 양자점은 공지된 양자점을 제한없이 사용할 수 있으며, 아민기와 반응할 수 있는 작용기, 바람직하게는 카르복시기가 표면에 도입된 양자점을 제한 없이 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 나노복합체가 금속층, 바람직하게는 골드층 또는 양자점, 바람직하게는 카르복시기가 표면에 결합된 양자점을 포함함으로 해서, 본 발명의 나노복합체는 근적외선(NIR) 조사에 의한 광열효과를 통해 약물방출을 제어할 수 있는 표적지향성 다기능성 약물전달 나노구조체를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 양태는, 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부 및 실리카 전구체를 혼합하는 단계(a); 단계(a)를 통해 코어부를 둘러싸서 형성된 실리카층 상에 하이드로겔 수지층을 도입하는 단계(b); 및 단계(b)를 통해 실리카층을 둘러싸서 형성된 하이드로겔 수지층 상에 금속층 또는 양자점을 도입하는 단계(c)를 포함하는 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 제조방법의 각 단계를 보다 상세하게 설명한다.
코어부 및 실리카 전구체를 혼합하는 단계(a)
코어부에 포함되는 자성 나노클러스터를 제조하는 방법
단계(a)의 코어부에 포함되는 자성 나노클러스터를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 금속염을 극성용매에 용해시키고 공침법을 사용하여 금속산화물 입자를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 금속염 용액으로서 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 및 Cr 중에서 선택된 1종 이상과 불소, 염소, 브롬 및 요오드 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속염을 사용하여 극성용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
상기 극성용매로서 물, 알코올, 에스테르 또는 에테르를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
아래 반응식 2를 참고로 설명하면, 상기 금속염은 공침법을 사용하여 금속산화물을 형성할 수 있다. 공침이란 이온들이 만나서 함께 침전한다는 의미로 예를 들면 금속염인 FeCl2와 FeCl3를 몰비 1:2로 물에 녹여 섞은 후 암모니아수를 넣어주면 아래 반응식에 따라 금속산화물로서 자기 나노입자인 Fe3O4가 만들어지고 금속산화물인 자기 나노입자가 서로 회합하기 시작하여 자성 나노클러스터가 생성된다.
[반응식 2]
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- → Fe3O4 + 4H2O
상기 금속산화물, 예를 들어 Fe3O4는 강자성을 띠는 입자로 수nm~ 수십nm의 크기를 가진다. 여기서 강자성이란, 외부 자기장이 없는 상태에서도 자화되는 물질의 자기적 성질을 가리킨다.
코어부를 제조하는 방법
단계(a)의 코어부를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 자성 나노클러스터를 다가 유기산으로 표면처리하는 단계(2); 및 단계(2)를 통해 다가 유기산으로 표면처리된 자성 나노클러스터를 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리하여 코어부를 제조하는 단계(3);을 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 서로 회합하는 금속산화물인 자기 나노입자에 상기 다가 유기산, 예를 들면 구연산나트륨 등을 첨가하면 금속산화물인 자기 나노입자의 회합이 멈추면서 다가 유기산이 표면에 캡핑된 자성 나노클러스터가 제조된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 다가 유기산의 구체적인 종류는 전술한 작용을 수행하는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 구연산 및 말레산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 공침법으로 금속산화물 입자가 생성되기 시작한 시간부터 상기 다가 유기산을 첨가한 시간까지의 시간 간격(T1)을 조절하여 상기 자성 나노클러스터의 크기를 조절할 수 있다. 시간 간격(T1)은 1 내지 2,000초, 바람직하게는 10 내지 1,000초, 보다 바람직하게는 20 내지 700초이다. 시간 간격(T1)이 1초 미만이면 자성 나노클러스터의 크기가 너무 작아 자성 민간도가 떨어져 나노복합체가 영상진단 및 표적지향성이 저하될 우려가 있으며, 2,000초를 초과하면 자성 나노클러스터의 크기가 너무 커 생체로 투입된 나노복합체가 혈관을 막을 우려가 있다.
또한 상기 다가 유기산 용액의 농도와 투입량을 변화시켜 상기 자성 나노클러스터의 사이즈를 조절할 수 있다.
상기 다가 유기산으로 둘러싸고 있는 자성 나노클러스터는 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리하여 표면에 알콕시실란기를 도입하는 것이 바람직하다. 다가 유기산의 카르복시기와 아미노알콕시실란의 아미노기가 반응하여 아미노알콕시실란의 한쪽에 아미드기가 형성되어 다가 유기산과 서로 결합되며 아미노알콕시실란의 다른 한쪽은 실리콘원자에 결합된 알콕시기가 존재하게 되어 표면에 알콕시실란기가 존재하는 코어부가 제조될 수 있다. 이때 사용하는 아미노알킬알콕시실란은 아미노알킬트리알콕시실란을 사용할 수 있으며, 예를 들면 3-아미노프로필트리메톡시실란 또는 3-아미노프로필트리에톡시실란 등을 사용할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
코어부를 둘러싸고 있는 실리카층의 제조방법
상기 코어부 표면에 존재하는 알콕시 실란기는 실리카전구체인 알콕시실란과 졸겔반응하여 실리카층이 코어부 표면에 형성될 수 있다.
실리카 전구체는 자성 나노클러스터 상에 실리카 셀부를 형성할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니지만 테트라메톡시 실란(tetramethoxy silane) 및/또는 테트라에톡시 실란(tetraethoxy silane)과 같은 알콕시 실란을 사용하는 것이 바람직하며, 이 중 테트라에톡시 실란을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 반응식 1을 참고로 설명하면 상기 실리카층은 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 실란커플링제로 표면처리되는 것이 바람직하고, 상기 실란커플링제로 표면처리된 실리카층에 상기 실란커플링제를 매개로 하이드로겔 수지층이 도입되는 것이 바람직하다.
상기 실란커플링제로서 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트,γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란. 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란 또는 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트 또는 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트를 사용할 수 있다.
실리카층 상에 하이드로겔 수지층을 도입하는 단계(b)
상기 반응식 1을 참고로 설명하면, 상기 실리카층은 실란 커플링제로 표면처리되면서 표면에 에틸렌성 불포화 이중결합을 갖고 있으므로, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상과 중합 반응하여 하이드로겔 수지층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 아크릴산이 중합하여 생성되는 하이드로겔 수지층에 가교 구조를 도입하기 위하여 가교제를 사용하는데, 가교제는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, (폴리)에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트, 글리세롤 아크릴레이트 메타크릴레이트, 에틸렌-옥사이드-변성 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트(cyanurate), 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 포스페이트(phosphate), 트리알릴아민, 폴리(메타)알릴옥시알카인, (폴리)에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세롤 디글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 에틸렌디아민, 폴리에틸렌이민(polyethylenimine) 및 글리시딜(메타)아크릴레이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 가교제의 양은 전체 단량체의 1 내지 3중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 가교제의 양이 3중량% 이상일 경우 하이드로겔의 취성이 증가하여 깨어지기 쉽고 흡수할 수 있는 유체의 양이 낮아지는 경향이 있으며, 반대로 가교제의 양이 1중량% 이하일 경우, 응용하기에 충분한 구조적 성질을 나타낼 수 없으며 약물을 흡수하거나 방출하는 속도가 낮아지는 문제가 있다.
또한, 원활한 중합 수행을 위해서 암모늄페설페이트, 이가큐어 등의 개시제를 전체 단량체의 1중량% 첨가할 수 있다. 중합방법은 열 또는 UV와 같은 에너지를 이용한 중합방법을 사용할 수 있다.
하이드로겔 수지층 상에 금속층 또는 양자점을 도입하는 단계(c)
상기 하이드로겔 수지층을 복수의 아민기를 갖는 아민화합물로 표면처리하여, 아민 화합물의 하나의 아민기는 하이드로겔 수지층 표면의 카르복시기와 결합하여 아미드 결합하고 다른 하나의 아민기는 표면에 존재하게 된다.
상기 복수의 아민기를 갖는 아민화합물로서 디아민 또는 트리아민 화합물을 예로 들 수 있으며, 구체적으로는 ethylene diamine, 1,3-diaminopropane, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexane-1,6-diamine, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, o-xylylenediamine, m-xylylenediamine, p-xylylenediamine, dimethyl-4-phenylenediamine, N,N'-di-2-butyl-1,4-phenylenediamine, diphenylethylenediamine, 1,8-diaminonaphthalene, diethylenetriamine, 1,3,6-Hexanetriamine, benzene-1,2,4-Triamine 또는 1,4,7-Heptanetriamine을 사용할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서 하이드로겔 수지층 표면에 존재하는 아민기가 금속과 배위결합을 하거나 또는 아민기가 양자점표면에 형성된 카르복시기와 화학결합하게 되어 아민 화합물을 매개로, 하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층 또는 하이드로겔 수지층 상에 양자점이 도입될 수 있다.
Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au 등의 금속 나노입자는 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au 등의 전구체를 환원시켜 제조할 수 있다. 예를 들어 골드(Au)의 전구체인 HAuCl4를 환원시켜 골드 나노입자를 제조할 수 있다. 하이드로겔 수지의 표면에 도입된 아민기와 상기 골드나노입자를 결합시켜 자성 나노클러스터 코어부, 실리카층, 하이드로겔 수지층 및 골드층이 차례대로 둘러싸인 나노복합체를 제조할 수 있다.
한편 상기 양자점은 공지된 양자점을 제한없이 사용할 수 있으며, 아민기와 반응할 수 있는 작용기, 바람직하게는 카르복시기가 표면에 도입된 양자점을 제한 없이 사용할 수 있으며, 상업적으로 판매하는 양자점을 구매하여 사용할 수 있다. 하이드로겔 수지의 표면에 도입된 아민기와 상기 양자점의 작용기, 바람직하게는 카르복시기를 화학 반응시켜 생성된 아미드기를 매개로 양자점을 하이드로겔 수지층상에 도입하여, 자성 나노클러스터 코어부, 실리카층, 하이드로겔 수지층 및 양자점이 차례대로 도입된 나노복합체를 제조할 수 있다.
[실시예]
자성나노복합체 중심인 자성부분을 띄는 물질로는 염화제이철(Cl3Fe6H20) 과 염화제일철(Cl2Fe4H20)를 사용하였고, 자성나노복합체의 사이즈를 조절하기 위해서 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O)를 사용하였다. 또한 공침법으로 침전을 형성시키기 위해 수산화암모늄(NH4OH)을 사용하였다. 염화제이철(Cl3Fe6H20) 과 염화제일철(Cl2Fe4H20) 는 Fluka analytical 제품을, 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O)와 APTMS(3-Aminopropyl-trimethoxysilane), TEOS(Tetraethyl orthosilicate)는 Sigma aldrich 제품을, 수산화암모늄(NH4OH)은 대정화금 제품을 사용하였다. 그리고 초순수 정제수(DI water)는 실험실에 있는 초순수 제조장치를 통한 정제수를 사용하였다.
실시예 1: 골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 제조
아래 반응개요 1은 골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 제조순서를 간단하게 나타낸 것이다.
[반응개요 1]
Figure 112011032264755-pat00002
1. 코어부의 제조방법
(1) Citrate - capped 자성 나노클러스터의 제조
도 2에 도시한 본 발명의 반응개요를 참조하여 설명하면, 비커에 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O) 26.469g 과 DI Water 100ml 을 넣고 20분 정도 교반시켜 주어 충분히 용해시킨다. 그리고 다른 비커에 염화제이철(Cl3Fe6H20) 7.3g 과 염화제일철(Cl2Fe4H20) 6.0g, DI Water 25ml 을 넣고, 10분 정도 교반시켜 주어 충분히 용해시킨다. 염화제이철(Cl3Fe6H20) 과 염화제일철(Cl2Fe4H20)을 녹여준 비커에 수산화암모늄(NH4OH) 20ml을 5ml씩 사방에서 넣어준다. 그리고 5분 후에 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O) 을 녹인 용액을 넣어준 후, 3시간동안 200rpm에서 교반시킨다. 아세톤과 DI Water 로 정제를 한 후 DI Water 50ml를 넣고 이중관반응기에서 교반시켜 주면서 70℃에서 2시간동안 환류시켜 Citrate-capped 자성나노 클러스터를 제조하였다.
(2) APTMS - complexed 자성 나노클러스터의 제조 및 분리
반응기에 Citrate-capped 자성나노 클러스터(1) 10ml와 DI Water 50ml를 넣고 교반시켜주면서 APTMS(3-Aminopropyl-trimethoxysilane) 250μl를 넣어주고, 70℃에서 환류시키면서 2시간동안 200rpm에서 교반시켜준다. 교반이 끝난 후 Sample을 취하여 10,000rpm에서 10분간 3번 원심분리를 하여 APTMS-complexed 자성 나노클러스터(1) 용액을 20ml 제조하고 분리하였다.
2. 코어부를 둘러싸는 실리카층의 제조
반응기에 APTMS-complexed 자성 나노클러스터(2) 0.2ml, 에탄올 40ml, DI Water 9.5ml를 넣은 후, Sonicator에서 분산시킨다. 수산화암모늄(NH4OH) 5ml를 넣고, 30℃, 200rpm에서 5시간동안 교반시키면서 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 50ul를 30분간격으로 10μl씩 넣어준다. 교반이 끝난 후 Sample을 취하여 8,500rpm에서 10분간 3번 원심분리를 한 후 최종적으로 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2) 50ml를 만들었다.
코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2)의 주사전자 현미경사진과 좌측상단의 투과전자현미경 사진인 도 1을 참고하면, 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2)가 형성되었음을 알 수 있고, 특히 좌측상단의 투과전자 현미경 사진에서 중앙부의 자성 나노클러스터와 외곽부의 실리카가 뚜렷하게 구별되어 구성됨을 확인할 수 있다.
도 4는 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2)의 자성값을 VSM 장비를 이용하여 측정한 결과이다. 포화 자화도값이 약 6.8emu/g을 나타내므로 표적영상이나 자성분리에 충분한 자성값을 보여주고 있음을 알 수 있다.
3. 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층의 제조
반응기에 20mL의 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(3) 용액을 첨가하고 0.2mL의 NH4OH(28 wt%)와 0.115mL의 TPM(3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylate)을 첨가한 후에 3시간 동안 강하게 교반한다. 그 후에 TPM 리간드가 실리카 표면에 강한 Si-O 결합 형성을 위해서 혼합 용액을 90분 동안 70oC에서 환류시키면서 TPM-functionalized 나노입자를 제조한다. 교반이 끝난 후 샘플을 취하여 세 번의 원심분리(8000rpm, 15분)를 통해 20mL의 에탄올 상에 분산시킨다.
반응기에 4ml의 TPM-functionalized 나노입자를 90ml의 HPLC급 증류수에 첨가한다. 이 때 질소 가스를 주입하면서 30분간 주입하면서 용액내의 용존산소를 거한다. 그리고 반응기에 N-isopropylacryl-amide(NIPAM) 및 AAc(Acrylic acid) 모노머와 N,N-methylenebis-acrylamide(BIS) cross-linker가 혼합되어 있는 용액 5mL를 첨가하였다. 이때 첨가된 고분자 혼합용액의 조성비는 증류수 5 mL에 각각 NIPAM 용액 4.176mL(2.83×10-5mol), AAc 용액 0.208mL(2.08×10-6 mol), BIS 용액 0.84 mL(2.68×10-6 mol)으로 구성된다.
최종 혼합물을 70℃까지 가열한 후에 개시제 APS(Ammonium persulfate) 0.16ml(1.87×10-6 mol)를 첨가한 후 5시간 동안 환류하면서 반응을 진행한다. 교반이 끝난 후 샘플을 취하여 거름종이 필터링을 거쳐 회수된 용액을 세 번의 원심분리(10000rpm, 20분)를 통해 회수한 후에 20mL의 증류수에 분산시켜 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자(3)을 제조하였다.
코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자(3)의 주사전자현미경 사진인 도 2를 참고하면, 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자가 형성되었음을 알 수 있으며, 특히 도 1의 코어부와 이를 둘러싸는 실리카층을 포함하는 나노입자(2)의 매끈한 실리카 표면과 비교해서, 상대적으로 표면이 거침을 볼 수 있고, 이는 하이드로겔 수지층의 표면 모폴로지에 기인하는 것으로 사료된다.
도 5는 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자(3)의 라만스펙트럼이다. Raman spectroscopy를 이용하여 자성실리카와 하이드로겔 복합체 표면의 탄화수소 및 아민관능기를 특성피크를 분석하였다. 하이드로겔 수지층이 코팅된 복합체의 라만피크에서는 C-H 및 아마이드 C=O 결합특성피크가 나타나는 반면에 자성실리카의 경우에는 C-H 결합에 대한 특성피크가 관측되지 않아 실리카층 상에 하이드로겔 수지층이 형성되었음을 알 수 있었다.
4. 나노복합체의 제조
(1) 아민리간드가 결합된 나노입자의 제조 및 분리
코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자(3) 수용액 5mL에 diamine 200㎕(6.93×10-6 mol)를 첨가한 후 약 5분간 교반한 후에 하이드로겔 표면의 카르복시기 그룹과 diamine의 아민 그룹간의 강한 결합을 유도하기 위하여 N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride(EDC)와 N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salts(NHS)를 각각 0.08 g씩 첨가한다. Shaker에서 2시간 동안 천천히 교반시켜 아민리간드가 결합된 나노입자를 제조하고, 세 번의 원심분리(10000rpm, 20분)를 통해 미 반응된 diamine은 제거하고 샘플은 회수하여 5mL의 증류수에 분산시킨다.
(2) 골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 제조
우선 THPC/NaOH 환원법을 이용하여 골드나노입자를 제조하였다. 먼저 45ml의 HPLC급 증류수에 1.0M의 NaOH 수용액과 Tetrakis hydroxymethyl phosphonium chloride(80% solution in water, THPC) 수용액 1.0ml를 첨가하고 5분 동안 강하게 교반한다. 이때 THPC 수용액은 HPLC급 증류수 1.0ml에 12㎕(0.067mmol)의 THPC를 첨가하여 제조한다. 교반이 끝난 혼합용액에 1.0 wt% HAuCl43H2O 수용액을 2.0ml 첨가하고 2분 동안 반응시키면 1-3nm 크기의 골드나노입자 수용액이 만들어지면 이후 4℃에서 냉장 보관한다.
5mL의 아민리간드가 결합된 나노입자 수용액의 pH를 5로 조절한 후에 골드나노입자 용액 100㎕를 첨가한 후 2시간 동안 반응시킨다. 세 번의 원심분리(10000rpm, 20분)를 통해서 골드나노입자가 결합한 자성하이드겔-나노골드 복합체 샘플을 회수한 후에 5mL의 수용액에 분산시킨다.
5mL의 환원성 골드염 용액에 200㎕의 자성하이드로겔-나노골드 복합체를 첨가한 후에 강하게 교반하고, 1분 후에 환원제인 포름알데히드(37wt%) 80㎕ 및 NH4OH(28wt%) 20㎕를 첨가한다. 5분 후에 무색의 용액이 검푸른색으로 변하고 골드층으로 둘러싸인 나노복합체가 형성되었다.
이때 환원성 골드염은 25 mL의 HPLC급 증류수에 0.025 g의 potassium carbonate를 완전히 녹인 후 1.0 wt% HAuCl4ㆍ3H2O 수용액 1.5mL를 첨가하여 2시간동안 교반하여 제조하였다.
골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 주사전자현미경 사진인 도 3을 참고하면, 코어부, 실리카층 및 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층을 포함하는 나노입자(3)와 비교하여 상대적으로 표면의 모폴로지가 더욱 거친 것을 알 수 있고, 그 이유는 gold seed-mediated elctroless plating 방법에 의해 골드쉘이 형성되는 것에 기인하였기 때문으로 생각할 수 있다.
도 6은 자외선 스펙트럼으로서, 골드층으로 둘러싸인 나노복합체의 흡광도와 1-3nm의 골드 콜로이드의 흡광도를 비교한 도면이다. THPC 환원법에 의해 제조한 골드나노입자는 매우 작은 사이즈에 기인하여 520 nm에서 약한 흡광피크를 나타내는 반면, 자성 하이드로겔 복합체 표면에 Au seed를 결합시키고 electroless plating법에 의해 골드쉘을 성장시킨 골드 나노복합체 즉, 골드층으로 둘러싸인 나노복합체는 골드 나노입자의 특성피크가 약 520nm에서 약 750nm로 red-shift 된 것을 알 수 있는데 이는 골드나노쉘의 전형적인 흡광피크의 특성으로서 본 발명의 골드층으로 둘러싸인 나노복합체가 형성되었음을 보여주는 데이타이다.
실시예 2: 양자점이 도입된 나노복합체의 제조
아래 반응개요 2는 카르복시기-양자점이 도입된 나노복합체의 제조순서를 간단하게 나타낸 것이다.
[반응개요 2]
Figure 112011032264755-pat00003
1. 코어부의 제조방법
(1) Citrate - capped 자성 나노클러스터의 제조
실시예 1과 동일하다.
(2) APTMS-complexed 자성 나노클러스터의 제조 및 분리
실시예 1과 동일하다.
2. 코어부를 둘러싸는 실리카층의 제조
실시예 1과 동일하다.
3. 실리카층을 둘러싸는 하이드로겔 수지층의 제조
실시예 1과 동일하다.
4. 나노복합체의 제조
(1) 아민리간드가 결합된 나노입자의 제조 및 분리
실시예 1과 동일하다.
(2) 카르복시기-양자점이 도입된 나노복합체의 제조
5mL의 하이드로겔-diamine 복합체 수용액의 pH를 5로 맞춘 후에 카르복시기-양자점(QD705, Invitrogen사) 10㎕를 첨가한다. 이때 양자점 표면의 카르복시기 그룹과 diamine의 아민 그룹간의 강한 결합을 유도하기 위하여 EDC(N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride)와 NHS(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt)를 각각 0.08 g씩 첨가한다. Shaker에서 2시간 동안 천천히 교반시켜 하이드로겔 표면에 양자점을 결합시킨다. 세 번의 원심분리(10000rpm, 20분)를 통해서 양자점이 도입된 나노복합체를 회수하고 5mL의 증류수에 분산시킨다.
도 7을 참고하면, 그림A는 자성 하이드로겔 복합체에 QD705 양자점이 결합되었을 때의 용액의 색깔을 나타내는 사진이고, 그림B는 UV light을 비추어 주었을 때의 양자점-하이드로겔 복합체 용액의 색깔을 나타내는 사진이고, 그림C는 UV 조사 조건하에서 본 발명의 양자점-나노복합체가 용해된 용액이 담겨있는 용기의 오른쪽에 자석을 접근시켰을 때 복합체가 끌려온 사진을 나타낸다. 도 7의 그림 A, B, C를 통해서 본 발명의 양자점-나노복합체의 하이드로겔 표면에 양자점이 도입되었음을 알 수 있었다.
도 8은 자성 하이드로겔 복합체 표면에 QD705를 도입하였을 때 얻어진 복합체의 PL 세기를 비교한 그림이다. 이때 diamine의 탄소 사슬의 길이(C-4, C-8, C-12)에 따른 양자점 결합의 정도를 PL 측정을 통해 비교 분석한 결과 8개의 탄소개수를 가지는 1,8-diaminooctane(C-8 diamine)의 경우가 효율이 가장 높게 나타났다. 본 발명의 양자점이 도입된 나노복합체 용액의 PL 세기를 보면, 양자점이 자성 하이드로겔 복합체 표면에 잘 결합되어 있음을 알 수 있다.
흡광도분석기(UV-vis spectroscopy)
UV-vis spectroscopy를 통하여 합성된 나노복합체의 흡광특성을 관찰하였다.
형광분석기(PL spectroscopy)
PL spectroscopy를 통하여 합성된 나노복합체의 형광세기를 측정하였다.
주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)
SEM(HITACHI, S-4700) 이미지 분석을 통하여 합성된 나노복합체의 크기 및 형상을 관찰하였다.
투과전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)
합성된 자성나노복합체는 TEM(HITACHI, H7600)을 통하여 도핑상태, 크기 및 형상을 관찰하였다.
사이즈, 자성측정 비교
합성된 자성나노복합체의 사이즈 및 분포도는 DLS(Dynamic light scattering) 입도분석장치을 이용하여 측정하였고, 자성값은 VSM(Vibrating Sample Magnetometer)을 이용하여 측정하였다.

Claims (17)

  1. 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부;
    코어부를 둘러싸고 있는 실리카층;
    실리카층을 둘러싸고 있는 하이드로겔 수지층; 및
    하이드로겔 수지층을 둘러싸고 있는 금속층 또는 하이드로겔 수지층 상에 도입된 양자점을 포함하고,
    상기 실리카층은 알콕시실란이 중합되어 형성된 나노복합체.
  2. 제1항에 있어서, 자성 나노클러스터는 금속 물질, 자성 물질 또는 자성 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  3. 제2항에 있어서, 금속 물질이 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고; 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxOy (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr을 나타내고, x 및 y는 각각 식 「0 < x ≤ 3」 및 「0 < y ≤ 5」을 만족한다)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며; 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  4. 제1항에 있어서, 자성 나노클러스터는 직경이 10 내지 1,000 nm인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  5. 제1항에 있어서, 코어부는 자성 나노클러스터를 둘러싸고 있는 다가유기산을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  6. 제5항에 있어서, 다가 유기산이 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 구연산 및 말레산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  7. 제5항에 있어서, 다가 유기산으로 둘러싸고 있는 자성 나노클러스터는 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리된 것이고, 상기 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리된 자성 나노클러스터에 상기 아미노알킬알콕시실란을 매개로 실리카층이 도입된 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 실리카층이 에틸렌성 불포화 결합을 가지는 실란커플링제로 표면처리된 것이고, 상기 실란커플링제로 표면처리된 실리카층에 상기 실란커플링제를 매개로 하이드로겔 수지층이 도입된 것임을 특징으로 하는 나노복합체.
  10. 제9항에 있어서, 실란커플링제는 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트, 3-트리메톡시실릴에틸메타크릴레이트, 3-트리에톡시실릴에틸메타크릴레이트,γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란. 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란 및 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  11. 제1항에 있어서, 하이드로겔 수지층은 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 중합되어 형성된 것임을 특징으로 하는 나노복합체.
  12. 제1항에 있어서, 하이드로겔 수지층은 복수의 아민기를 갖는 아민화합물로 표면처리된 것이고, 복수의 아민기를 갖는 아민 화합물로 표면처리된 하이드로겔 수지층에 아민 화합물을 매개로 금속층 또는 양자점이 도입된 것임을 특징으로 하는 나노복합체.
  13. 제1항에 있어서, 금속층이 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합체.
  14. 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부 및 실리카 전구체를 혼합하는 단계(a);
    단계(a)를 통해 코어부를 둘러싸서 형성된 실리카층 상에 하이드로겔 수지층을 도입하는 단계(b); 및
    단계(b)를 통해 실리카층을 둘러싸서 형성된 하이드로겔 수지층 상에 금속층 또는 양자점을 도입하는 단계(c)를 포함하고,
    상기 실리카 전구체는 알콕시실란인 나노복합체의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 단계(a)의 자성 나노클러스터는,
    금속염을 극성용매에 용해시키고 공침법을 사용하여 금속산화물 입자를 제조하는 단계(1)를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노복합체의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 단계(a)의 코어부는,
    자성 나노클러스터를 다가 유기산으로 표면처리하는 단계(2); 및
    단계(2)를 통해 다가 유기산으로 표면처리된 자성 나노클러스터를 아미노알킬알콕시실란으로 표면처리하여 코어부를 제조하는 단계(3);을
    포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노복합체의 제조방법.
  17. 삭제
KR1020110041196A 2011-04-29 2011-04-29 나노복합체 및 그의 제조방법 KR101287405B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110041196A KR101287405B1 (ko) 2011-04-29 2011-04-29 나노복합체 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110041196A KR101287405B1 (ko) 2011-04-29 2011-04-29 나노복합체 및 그의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130012090A KR20130012090A (ko) 2013-02-01
KR101287405B1 true KR101287405B1 (ko) 2013-07-19

Family

ID=47892881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110041196A KR101287405B1 (ko) 2011-04-29 2011-04-29 나노복합체 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101287405B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10875814B2 (en) 2016-02-18 2020-12-29 Lg Chem, Ltd. Core-shell particles, polymer electrolyte membrane comprising same, fuel cell or electrochemical cell comprising polymer electrolyte membrane, and method for manufacturing core-shell particles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090000859A (ko) * 2007-06-28 2009-01-08 연세대학교 산학협력단 진단 및 치료용 자성 메탈 나노 복합체
KR20090033155A (ko) * 2007-09-27 2009-04-01 연세대학교 산학협력단 자성 나노복합체, 상기를 포함하는 조영제 조성물 및 약제학적 조성물
KR20090034240A (ko) * 2007-10-02 2009-04-07 재단법인서울대학교산학협력재단 세포투과성 펩타이드와 형광표지 자성나노입자의 복합체 및그 용도

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090000859A (ko) * 2007-06-28 2009-01-08 연세대학교 산학협력단 진단 및 치료용 자성 메탈 나노 복합체
KR20090033155A (ko) * 2007-09-27 2009-04-01 연세대학교 산학협력단 자성 나노복합체, 상기를 포함하는 조영제 조성물 및 약제학적 조성물
KR20090034240A (ko) * 2007-10-02 2009-04-07 재단법인서울대학교산학협력재단 세포투과성 펩타이드와 형광표지 자성나노입자의 복합체 및그 용도

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
학위논문1:경원대 대학원 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130012090A (ko) 2013-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Designed synthesis and surface engineering strategies of magnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications
Jiang et al. Improvement on controllable fabrication of streptavidin-modified three-layer core–shell Fe3O4@ SiO2@ Au magnetic nanocomposites with low fluorescence background
Cui et al. Synthesis, optical properties and applications of ultra-small luminescent gold nanoclusters
Schärtl Current directions in core–shell nanoparticle design
Singh et al. Core–shell nanostructures: a simplest two-component system with enhanced properties and multiple applications
Zhou et al. Ultrasensitive DNA monitoring by Au–Fe3O4 nanocomplex
Herrera et al. Synthesis and functionalization of magnetite nanoparticles with aminopropylsilane and carboxymethyldextran
CN104745192A (zh) 一种磁性荧光双功能纳米离子探针及其制备方法
Kalska-Szostko et al. Enzymes immobilization on Fe3O4–gold nanoparticles
Zhou et al. Quantum dots-hydrogel composites for biomedical applications
Walia et al. Silica micro/nanospheres for theranostics: from bimodal MRI and fluorescent imaging probes to cancer therapy
Cho et al. Characterization and optimization of the fluorescence of nanoscale iron oxide/quantum dot complexes
Dembski et al. Core-shell nanoparticles and their use for in vitro and in vivo diagnostics
Smitha et al. Fluorescent superparamagnetic iron oxide core–shell nanoprobes for multimodal cellular imaging
KR101287405B1 (ko) 나노복합체 및 그의 제조방법
Hendi et al. Study of the parameters affecting the loading of fluorescein on coated gold nanoparticles: promising nanostructure for cancer diagnosis
Le Guével et al. Synthesis and characterization of superparamagnetic nanoparticles coated with fluorescent gold nanoclusters
EP2942064B1 (en) Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
Schneider et al. Synthesis, characterization and biological applications of water-soluble ZnO quantum dots
Liu Multifunctional nanoprobes: from design validation to biomedical applications
Liu et al. Engineering nanomaterials for biosensors and therapeutics
Makhsin et al. Synthesis of gold nanoparticles and its conjugation strategies to biomolecules for biomedical applications
Lim et al. Fabrication of triple-layered magnetite-hydrogel-gold nanocomposites for biomedical applications
Al Dine Synthèse Et Caractérisation Des Nanoparticules Intelligentes
Abduljawad Synthesis and Functionalization of Hybrid Magnetic Nanoparticle Composites for Energy Conversion, Light Harvesting and Optical and Biomedical Applications

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160705

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170622

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee