KR101343604B1 - 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체에 관한 것이다. 본 발명에 의한 자성 입자 표면 처리 방법은 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 유도하는 적어도 하나의 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계 및 수산화기를 갖는 자성 입자를 표면 처리제와 혼합하여, 카르복실기가 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함한다. 단일 처리공정으로 자성 입자에 기능성 리간드를 도입하여 대량생산에 적합하다.

Description

자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체{METHOD FOR TREATING SURFACE OF MAGNETIC PARTICLE, MAGNETIC COMPLEX AND MAGNETIC COMPLEX FOR LABELING TAGET MOLECULE MANUFACTURED BY THE SAME}

본 발명은 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 간단한 처리공정으로 자성 입자에 기능기를 도입하는 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체에 관한 것이다.

자성 입자는 의학적 용도로 암과 같은 질병을 진단 및 치료, 면역 분석, 의학적 촬영 시에 사용되는 조영제, 약물 전달 시스템(DDS), RNA 분리와 같은 유전 공학, 생체 분석물(analyte)을 분석하기 위한 바이오센서, 폐수 정제, 촉매, 정보 저장, 위조 방지용 표시 기술 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

그 중, 자성 입자를 이용하여 다양한 생체 분자 및 이들의 리간드를 동시에 신속하게 스크리닝할 수 있는 신기술들에 대한 연구가 각광을 받고 있다.

각광받는 이유는 자성 입자를 생체분자와 같은 타겟 물질과 결합시켜 표지 및 검출하는 기술이 별도의 고가장비를 필요로 하지 않고, 극미량의 생체 분자들도 검출할 수 있기 때문이다.

그러나, 이러한 자성 입자를 이용한 표지 및 검출기술은 자성 입자가 생체 분자에 부착될 수 있도록 그 표면을 개질 해야만 한다. 종래의 자성 입자 표면처리기술은 자성 입자의 독성, 산화성, 비친수성의 성질을 개질하기 위해 무기-유기 화합물을 처리한 후, 기능성 리간드를 도입한다. 따라서, 종래의 자성 입자 표면처리기술은 다단계의 표면처리 공정들을 필요로 하기 때문에, 제조시간이 길며 대량생산에 적합하지 못한 문제점이 있었다. 가령, 종래 기술에서는, 자성 입자 또는 자성 나노 입자를 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 또는 PEG(Polyethylene glycol)로 코팅한 후에 이 코팅된 TEOS 또는 PEG에 아민기 또는 카르복실기와 같은 리간드를 결합시키는 구성을 취하고 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 간단한 처리공정으로 자성 입자의 표면을 개질하여 대량생산에 적합한 자성 입자 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 자성 입자 표면 처리 방법에 의하여 제조된 자성 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 자성 입자 표면 처리 방법에 의하여 제조된 타겟 물질 표지용 자성 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여서 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 자성 입자는 마그네타이트(Fe₃O₄), 헤마타이트(α-Fe₂O₃), 마그헤마이트(γ-Fe₂O₃)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 자성 입자를 산(acid) 처리하는 단계와, (b-2) 상기 산 처리된 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계와, (b-3) 상기 수산화기가 형성된 상기 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 (b-3) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 (b-3) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이들을 조합하여서 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 산은, 염산(HCl), 아세트산(CH₃COOH), 황산(H₂SO₄), 질산(HNO₃), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 제 3 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 자성 복합체가 제공된다.

본 발명의 제 4 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여서 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 자성 복합체가 제공된다.

본 발명의 제 5 측면에 따라서, 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며, 상기 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 제 6 측면에 따라서, 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여서 표면 처리제를 제조하는 단계와, (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며, 상기 제 1 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 (b) 단계 수행 후에 상기 자성 입자는 20 내지 80emu/g 범위 내의 자화값을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 (b) 단계 수행 후에 상기 자성 입자는 10nm 내지 300nm 범위 내의 사이즈를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 자성 입자에 기능성 리간드의 도입이 간단한 처리공정에 의해 수행되어 대량생산에 적합하다.

본 발명에 따른 자성 복합체는 인체에 적용 가능하고 분산성이 우수하다.

본 발명에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 극미량의 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker)를 표지 및 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2의 표지된 타겟 물질을 검출하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 제 1 실례에 따른 초기 산화철 입자와 수산화기가 도입된 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 5는 도 4의 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 6은 제 2 실례에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 7은 제 3 실례에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시하여 도시한 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 표면 처리 방법을 상세히 설명한다.

자성 입자 표면 처리 및 이에 의해서 제조된 자성 복합체

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 우선, (a) 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조한다. 이어서, (b) 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합한다. 이하에서는 각 단계를 나누어 구체적으로 설명하도록 하겠다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 (a) 단계에 있어서, 상기 표면 전구체는 적어도 하나의 카르복실기(Carboxyl group) 및 수산화기(-OH)와 탈수반응(Dehydration reaction)을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함한다.

상기 다른 기능기는 수산화기를 가진 화합물과 반응하여 물이 분리시킨다. 예를 들면, 상기 기능기는 알콕시기(Alkoxy group), 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amin group), 바이닐기(Vinyl group), 아크릴레이트기(Acrylate group), 알코올기(Alchol group), 케톤기(Ketone group), 에스터기(Ester group), 알데하이드기(Aldehyde group)를 포함한다.

본 실시예에 따른 표면 전구체는 하이드록시 산(hydroxy acid) 계열의 화합물을 포함할 수 있다. 가령, 글리콜산(glycolic acid), 락트산(Lactic acid), 말론산(Malonic acid), 말산(Malic acid), 타르트론산(Tartronic acid), 글리세린산(Glyceric acid), 아세틱 산(acetic acid), 시트릭 산(citric acid) 등을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 (a) 단계에 있어서, 상기 표면 전구체는 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함할 수 있다. 이하에서 설명될 것이지만, 제 1 카르복실기는 (b) 단계에서 탈수 반응에 참여하지 않고 오직 제 2 카르복실기만이 참여하게 된다.

본 실시예에 따른 표면 전구체는 아크릴릭 산(Acrylic acid) 계열의 화합물을 포함한다. 예를 들면, 이 표면 전구체는 메타크릴 산(Methacrylic acid), 폴리아크릴릭 산(Polyacrylic acid) 등을 포함한다.

상기 용매는 상기 표면 전구체의 선택에 따라 다양하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 용매와 상기 표면 전구체를 혼합한 후, 교반하여 표면 처리제를 제조할 수 있다.

이어서, 자성 입자를 산(acid) 처리한다(b-1). 여기서, 상기 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자성 입자는 이종의 금속이 함유될 수 있고, 산화된 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자성 입자는 하기 일반식 1 내지 4로 표시될 수 있다.

일반식 1

M (M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)

일반식 2

M_aO_b (0<a≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)

일반식 3

M_cM'_d (0<c≤20, 0<d≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)

일반식 4

M_aM'_eO_b (0<a≤20, 0<e≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)

일반식 1 및 3은 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속으로 이루어진 자성 입자고, 일반식 2 및 4는 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물로 이루어진 자성 입자를 나타낸다.

상기 일반식으로 표시된 상기 자성 입자는 마그네타이트(Fe₃O₄), 헤마타이트(α-Fe₂O₃), 마그헤마이트(γ-Fe₂O₃)를 포함할 수 있다.

상기 산은 상기 자성 입자의 성분에 따라 산도(acidity)를 고려하여 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 산은 염산(HCl), 아세트산(CH₃COOH), 황산(H₂SO₄), 질산(HNO₃), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 산은 상기 자성 입자의 표면 중 일부를 에칭(etching)시킬 수 있다. 이 때, 상기 에칭된 입자의 표면은 부분적으로 (+) 전하로 대전될 수 있다.

보다 효과적으로, 상기 반응을 진행시키기 위하여, 상기 자성 입자를 상기 산과 혼합한 후, 교반할 수 있다.

이어서, 상기 (+) 전하로 대전된 입자를 수용성 용매와 혼합한다(b-2 단계). 상기 수용성 용매는 상기 (+) 전하로 대전된 입자에 수산화기(-OH)를 도입할 수 있는 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 수용성 용매가 물인 경우, 상기 물은 상기 (+) 전하로 대전된 입자의 표면에 일시적으로 결합될 수 있다. 상기 결합된 물의 탈수소화 반응이 일어나게 됨에 따라, 수산화기가 상기 자성 입자의 표면에 도입될 수 있다. 수산화기가 도입된 상기 자성 입자는 산 처리 전인 초기의 입자보다 분산성이 증가될 수 있다.

이어서, 상기 (a) 단계에서 제조된 표면 처리제와 상기 수산화기가 도입된 상기 자성 입자를 혼합한다(b-3 단계). 이때, 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합은 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합이 90℃ 이상의 온도에서 수행될 경우, 용매가 증발되고 자성 입자가 서로 응집되어 분산도가 떨어지며, 25℃ 이하에서 수행될 경우, 자성 입자에 카르복실기가 표면 처리되는 정도가 떨어진다.

보다 바람직하게는, 상기 (b-3) 단계는 25℃ ~ 35℃의 제 1 온도 유지 상태와 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여 이를 적합하게 조합하여서 수행할 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 조합하여 수행하면, 입자의 분산도와 카르복실기 치환 효율을 향상시킬 수 있다.

가령, 먼저 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열을 수행하고 이어서 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃~90℃의 가열을 수행하고, 이어서 다시 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 또한, 이 경우에 제 1 온도 유지 상태의 각 지속 시간은 제 2 온도 유지 상태의 지속 시간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.

또한, 가령, 먼저, 상기 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃~90℃의 가열을 수행하고 이어서 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 수행하면, 자성 입자의 분산도와 카르복실기의 치환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는, 제 2 온도 유지 상태의 지속 기간이 제 1 온도 유지 상태의 지속 기간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.

이 단계 (b)에 의해서, 전자의 실시예인 경우, 즉 표면 전구체가 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 경우에는, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되거나 부착된다.

한편, 이 단계 (b)에 의해서, 후자의 실시예인 경우, 즉 상기 표면 전구체가 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 경우에, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되거나 부착되게 된다.

이상에서 설명한 방법에 따라 표면 처리된 자성 복합체를 얻을 수 있다. 상기 자성 복합체는 중심에 자성 입자 및 상기 자성 입자의 표면에 처리된 카르복실기를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, PEG나 TEOS를 자성 입자에 별도로 코팅하는 단계를 거치지 않고서 자성 입자에 카르복실기와 같은 리간드를 간단하게 결합시킬 수 있다. 이로써, 자성 입자의 표면 처리가 대량으로 수행될 수 있게 된다.

타겟 물질 표지용 자성 복합체 및 타겟 물질 검출

상기 자성 복합체는, 이하에서 설명하는 바와 같이, 타겟 물질인 생체 내 분자를 표지하여 검출하는 용도로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 상기 자성 복합체의 기능성 리간드인 상기 카르복실기는 상기 타겟 물질을 인식할 수 있는 항체와 결합될 수 있다. 상기 항체는 상기 타겟 물질의 세포질에 형성된 수용체와 특이적 결합될 수 있다. 여기서, 상기 타겟 물질은 상기 타겟 물질은 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 타겟 물질은 곰팡이 독소인 제랄레논(Zearalenone), 아플라톡신(Aflatoxin), 오크라톡신(Ochratoxine), 파툴린(Patulin), 푸모니신(Fumonisin), 데옥시니발레놀(Deoxynivalenol)을 포함할 수 있다. 즉, 본 자성 복합체의 카르복실기는 자신에게 결합된 항체를 사용하여서 타겟 물질을 검출하는데 간접적으로 사용되게 된다. 한편, 자성 복합체의 카르복실기는 상기 열거된 타겟 물질과 직접적으로 공유 결합(covalent bonding)에 의해서 결합되어서 타겟 물질을 직접 검지하는데도 사용될 수 있다.

도 3은 도 2의 표지된 타겟 물질을 검출하는 과정을 나타내는 모식도이다.

도 3을 참조하면, 타겟 물질과 결합된 자성 복합체와 타겟 물질이 결합되는 않은 생체 분자가 무질서하게 혼합된 시료에 자석팁을 근접시킨다. 자성 복합체와 결합된 타겟 물질은 자성 복합체의 자성에 의해 상기 자석팁이 근접한 부분에 밀집되게 된다. 이때, 밀집된 자성 복합체의 자화값을 측정하여 상기 타겟 물질의 함유 정도를 검출할 수 있다. 이러한 검출량 측정 시에 GMR 센서가 사용될 수 있다.

여기서, 상기 자성 복합체 또는 그 중심에 위치한 상기 자성 입자는 20 내지 90 emu/g 범위 내의 자화값을 가질 수 있다.

또한, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 상기 타겟 물질의 종류와 크기를 고려하여 사이즈를 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟 물질이 곰팡이 독소인 경우, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 10 nm 내지 300 nm 범위 내의 사이즈를 가질 수 있다.

발명의 효과

이와 같이, 본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 간단한 처리공정에 의해 자성 입자에 기능성 리간드의 도입이 이루어져 대량생산에 적합한 장점이 있다.

표면 처리제와 자성 입자의 혼합을 25℃ 내지 90℃에서 수행함에 따라, 자성 입자 간 분산성이 높은 상태에서 카르복실기를 표면 처리하기 때문에 제조 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자성 복합체는 인체에 적용 가능하고 분산성이 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 극미량의 DNA, RNA, 펩티드, 단백질 및 항체를 검출할 수 있는 장점이 있다.

이하, 실례에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실례는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실례에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.

<제 1 실례>

<표면 처리제의 제조>

물 200 ml에 5wt%의 폴리아크릴 산(Polyacrylic acid) 10 ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.

<자성 산화철 입자의 제조>

유기용매로써 1000 ml 에틸렌 글라이콜에 자성 선구물질로써 50 g의 염화철 수화물, 50의 수산화나트륨 및 50의 물을 넣고 90℃에서 용해하였다. 190℃의 고온에서 이 용액을 환류하고, 반응이 완료된 후 검은색의 침전물을 얻었다. 이를 원심 분리기를 이용하여 4,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리한 다음, 에탄올과 물로 세척함으로써 정제하여 자성을 가진 산화철 입자를 얻었다.

< 수산화기(-OH)의 표면처리>

자성을 가진 산화철 입자 5 g을 200 ml의 1M 염산(HCl)과 혼합한 후, 초음파 분산기를 이용하여 10분간 교반 하였다. 염산과 혼합 전, 산화철 입자의 표면전위가 검출되지 않았으나, 염산과 혼합한 후 산화철 입자의 표면전위는 33.6 mV이었다. 따라서, 상기 산화철 입자의 표면이 에칭(etching)됨에 따라, 입자 표면은 부분적인 (+) 전하로 대전됨을 확인할 수 있다.

이어서, 에칭된 산화철 입자를 용매와 혼합하여 남아 있는 염산을 제거하였다. 이때, (+) 전하로 대전된 산화철 입자가 수계용매에 존재하는 물 분자와 탈수소화 반응이 진행되고, 표면에 다수의 수산화기(-OH)가 결합된다. 이때, 수산화기가 결합된 산화철 입자의 표면전위는 -23.5 mV로 검출되었다.

도 4는 제 1 실례에 따른 초기 산화철 입자(검정색)와 수산화기가 도입된 산화철 입자(붉은색)를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 4를 참조하면, 수산화기의 전형적인 3,400 cm^-1 내지 3,650 cm^-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 수산화기가 산화철 입자의 표면에 도입된 것을 확인할 수 있다.

<카르복실기 처리>

수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 30℃에서 3 시간 동안 가열한 후, 온도를 60℃로 높여 10 분 가열하였으며, 다시 30℃에서 1 시간 동안 가열하였다. 이어서, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.

도 5는 도 4의 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.

도 5를 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm^-1 내지 1,780 cm^-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.

<제 2 실례>

<표면 처리제의 제조>

에탄올 200 ml에 메타크릴 산(Methacrylic acid) 2g, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Ethyleneglycol dimethacrylate) 0.15g 및 아조비스아이소부티로나이트릴(Azobisisobutyronitrile, AIBN) 0.15g을 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.

<자성 산화철 입자의 제조>

제 1 실례의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.

< 수산화기(-OH)의 표면처리>

제 1 실례의 수산화기의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기를 산화철 입자의 표면에 도입하였다.

<카르복실기 처리>

수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 60℃에서 24 시간 동안 가열한 후, 30℃에서 2 시간 동안 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.

도 6은 제 2 실례에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.

도 6을 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm^-1 내지 1,780 cm^-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.

<제 3 실례>

<표면 처리제의 제조>

물 200 ml에 시트르 산(citric acid) 20 ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.

<자성 산화철 입자의 제조>

유기용매로써 1000 ml 에틸렌 글라이콜에 자성 선구물질로써 50 g의 염화철 수화물, 50의 수산화나트륨 및 50의 물을 넣고 90℃에서 용해하였다. 190℃의 고온에서 이 용액을 환류하고, 반응이 완료된 후 검은색의 침전물을 얻었다. 이를 원심 분리기를 이용하여 4,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리한 다음, 에탄올과 물로 세척함으로써 정제하여 자성을 가진 산화철 입자를 얻었다.

< 수산화기(-OH)의 표면처리>

자성을 가진 산화철 입자 5 g을 200 ml의 1M 염산(HCl)과 혼합한 후, 초음파 분산기를 이용하여 30분간 교반하였다. 염산과 혼합 전, 산화철 입자의 표면전위가 검출되지 않았으나, 염산과 혼합한 후 산화철 입자의 표면전위는 33.6 mV이었다. 따라서, 상기 산화철 입자의 표면이 에칭(etching)됨에 따라, 입자 표면은 부분적인 (+) 전하로 대전됨을 확인할 수 있다.

이어서, 에칭된 산화철 입자를 용매와 혼합하여 남아 있는 염산을 제거하였다. 이때, (+) 전하로 대전된 산화철 입자가 수계용매에 존재하는 물 분자와 탈수소화 반응이 진행되고, 표면에 다수의 수산화기가 결합된다. 이때, 수산화기가 결합된 산화철 입자의 표면전위는 -23.5 mV로 검출되었다.

<카르복실기 처리>

수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 80℃에서 12 시간 동안 가열하고 이어서 30℃에서 1 시간 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.

도 7은 제 3 실례에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 7을 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm^-1 내지 1,780 cm^-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.

Claims (16)

1. (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 각각 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계와,
   (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하고,
   상기 다른 기능기는 알콕시기(Alkoxy group), 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amin group), 바이닐기(Vinyl group), 아크릴레이트기(Acrylate group), 알코올기(Alchol group), 케톤기(Ketone group), 에스터기(Ester group), 및 알데하이드기(Aldehyde group) 중 적어도 하나를 포함하며,
   상기 표면 전구체는 하이드록시 산(hydroxyl acid)계열의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
2. (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 각각 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계와,
   (b) 수산화기를 갖는 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하고,
   상기 표면 전구체는 아크릴 산(acrylic acid)계열의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 (b)단계는,
   (b-1)상기 자성 입자를 산(acid) 처리하는 단계와,
   (b-2)상기 산 처리된 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계와,
   (b-3)상기 수산화기가 형성된 상기 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 (b-3) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 (b-3) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태에서 가열, 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태에서 가열, 및 다시 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태에서 가열을 순차적으로 수행하고,
   상기 제 1 온도 유지 상태의 각 지속 시간이 상기 제 2 온도 유지 상태의 지속 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 (b-3) 단계는 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태에서 가열, 및 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태에서 가열을 순차적으로 수행하고,
   상기 제 2 온도 유지 상태의 지속 시간이 상기 제 1 온도 유지 상태의 지속 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 산은, 염산(HCl), 아세트산(CH₃COOH), 황산(H₂SO₄), 질산(HNO₃), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
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