KR101345601B1 - 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법 - Google Patents

금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금 나노막대 표면에 실리카를 안정적으로 코팅함과 함께 실리카가 코팅된 금 나노막대에 자성나노입자를 결합시킴으로써 나노하이브리드의 회수를 용이하게 할 수 있는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 제조방법은 실리카가 코팅된 금 나노막대와 실리카가 코팅된 자성나노입자를 준비하는 단계와, 상기 금 나노막대와 자성나노입자 표면에 각각 아민기를 형성하는 단계 및 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계는, 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 NHS-PES-NHS와 반응시켜, 상기 NHS-PES-NHS의 일단의 NHS는 금 나노막대에 형성된 아민기와 결합하고, 다른 일단의 NHS는 자성나노입자에 형성된 아민기와 결합한다.

Description

금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법{Nanohybrization of silica-coated Au nanorods and magnetic nanoparticles}
본 발명은 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금 나노막대 표면에 실리카를 안정적으로 코팅함과 함께 실리카가 코팅된 금 나노막대에 자성나노입자를 결합시킴으로써 나노하이브리드의 회수를 용이하게 할 수 있는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
구형 형태(spherical)의 나노입자와는 달리 기다란 형태(elongated)의 나노입자 예를 들어, 금 나노입자(Au nanoparticle)는 적외선이 조사되면 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 특성을 갖는다. 표면 플라즈마 공명 현상은, 나노 구조의 금속에서 빛의 전자기장과 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하면서 광흡수가 일어나, 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시키는 현상을 일컫는다.
이와 같은 기다란 형태의 금속산화물 나노막대(nanorod)는 기체 센서, 화학 센서, 압전 나노발전기 등에 적용되며, 기타 원형 형태의 나노입자가 적용되기에 적합하지 않은 다양한 분야에 응용이 가능하다. 나아가, 이러한 금속산화물 나노막대이 새로운 나노물질과 결합된 나노하이브리드(nanohybrids)는 에너지, 환경 분야의 차세대 소자로서 응용이 가능하다.
습식화학 기반 나노물질 제조에 있어서, 반응물질의 집합화 및 응집화가 제어되지 않으면 나노하이브리드 합성에 악영향을 끼치게 된다. 기존의 경우, 나노물질 제조시 안정화를 위해 이온성 폴리머, 저분자량 계면활성제 등의 안정제(stabilizing agent)가 사용되고 있다. 중합반응을 통한 각 나노물질의 표면 코팅(coating and surface passivation)은 나노물질의 안정화를 위한 방안으로 사용되고 있다.
실리카 코팅 방법은 다양한 분야에서 가장 널리 사용되는 표면 코팅 방법 중 하나이다. 실리카 코팅 방법은 금(Au), 은(Ag) 및 산화물 나노입자 코팅에 있어서 다양하게 적용되고 있다. 이와 같은 실리카 표면 코팅은, 입자간 반응을 제어할 수 있도록 하거나 용매 내에 나노물질이 분산되도록 하는 것을 가능하게 한다. 현재, 구형 나노입자에 실리카 코팅을 하는 방법에 대해서는 많은 연구가 이루어진 상태이며, 막대 형태의 나노입자 표면에 실리카를 코팅하는 방법의 경우 Murphy et al.(S. O. Obare, N. R. Jana and C. J. Murphy, Nano Lett. 1, 601(2001))에 의해 제시된 바 있다. 그러나, 종래 기술의 경우 실리카 코팅시 고분자전해질(polyelectrolytes)라는 표면매개물질(surface mediating glue)이 요구되는 단점이 있다.
또한, 전술한 바와 같이 나노하이브리드는 에너지, 환경 등의 다양한 분야에 응용이 가능한데, 사용 후 회수가 용이치 않다는 단점이 있다. 특히, 정수처리 등의 환경 분야에 응용되는 경우 나노하이브리드의 회수 용이성은 경제성에 큰 영향을 미친다.
Murphy et al., Nano Lett. 1, 601(2001)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 금 나노막대 표면에 실리카를 안정적으로 코팅함과 함께 실리카가 코팅된 금 나노막대에 자성나노입자를 결합시킴으로써 나노하이브리드의 회수를 용이하게 할 수 있는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 제조방법은 실리카가 코팅된 금 나노막대와 실리카가 코팅된 자성나노입자를 준비하는 단계와, 상기 금 나노막대와 자성나노입자 표면에 각각 아민기를 형성하는 단계 및 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계는, 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 NHS-PES-NHS와 반응시켜, 상기 NHS-PES-NHS의 일단의 NHS는 금 나노막대에 형성된 아민기와 결합하고, 다른 일단의 NHS는 자성나노입자에 형성된 아민기와 결합한다.
상기 실리카가 코팅된 금 나노막대를 준비하는 단계는, 금 나노막대를 준비하는 과정과, 아민기(amine function)를 갖는 고분자물질과 머캅토기(mercapto function)를 갖는 고분자물질이 혼합된 혼합물을, 상기 금 나노막대와 혼합, 교반하여 금 나노막대 표면에 실리카층을 코팅하는 과정을 포함한다.
상기 아민기를 갖는 고분자물질은 APDES(3-aminopropyldimethyl-ethoxysilane)이고, 상기 머캅토기를 갖는 고분자물질은 MPTMS(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane)이며, 상기 금 나노막대의 표면에 코팅되는 실리카층의 두께는 APDES와 MPTMS의 혼합량에 비례한다.
상기 실리카가 코팅된 자성나노입자를 준비하는 단계는, 자성나노입자와 TEOS(tetraethly orthosilicate)를 혼합한 후, 열처리를 통해 자성나노입자의 표면에 실리카를 코팅시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드는 실리카가 코팅된 금 나노막대와 실리카가 코팅된 자성나노입자가 결합되며, 상기 금 나노막대와 자성나노입자 표면에 각각 아민기가 구비되며, 상기 금 나노막대의 아민기와 자성나노입자의 아민기는 각각 NHS-PES-NHS의 NHS와 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
금 나노막대와 자성나노입자를 결합시킴으로써 금 나노막대에 의한 광열효과 및 금 나노막대의 용이한 회수를 가능하게 할 수 있다. 또한, 금 나노막대와 자성나노입자 표면에 각각 실리카층을 형성함으로써 나노입자들이 응집되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노하이브리드의 TEM 사진.
도 3은 레이저 조사 전후의 박테리아를 나타낸 사진.
도 4는 레이저 파장에 따른 금 나노막대의 흡수율을 나타낸 그래프.
도 5는 레이저 조사시간에 따른 나노하이브리드의 온도 변화를 나타낸 그래프.
도 6은 영구자석에 의한 나노하이브리드 회수 상태를 나타낸 사진.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 레이저 조사장치의 사진.
본 발명은 금 나노막대(Au nanorod)와 자성나노입자를 결합시킴으로써, 금 나노막대의 활용 후 회수가 가능하도록 함에 특징이 있다. 상기 금 나노막대는 레이저 조사시 레이저 빛을 열로 전환시키는 광열효과(photo thermal effect)를 일으키며, 상기 광열효과를 통해 수중의 박테리아 등을 제거할 수 있다.
금 나노막대와 자성나노입자의 결합시, 금 나노막대와 자성나노입자 각각에 아민기를 형성시킨 후 NHS-PES-NHS(bis [2-(N-succinimidyl-succinylamino)-ethyl] polyethylene glycol)를 매개로 금 나노막대와 자성나노입자를 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 금 나노막대와 자성나노입자의 표면에는 실리카층(silica layer)이 구비되며, 이와 같이 실리카층을 구비시킴으로써 금 나노막대와 자성나노입자의 제조시 나노입자들이 서로 응집되는 것을 방지할 수 있다.
금 나노막대의 표면에 실리카층을 형성함에 있어서, 아민기(amine function)와 머캅토기(mercapto function)를 갖는 고분자물질을 이용함으로써 실리카와 금 사이의 결합률을 최대화하여 금 나노막대 표면의 전면에 걸쳐 균일한 실리카층을 코팅할 수 있다. 상기 아민기를 갖는 고분자물질로는 APDES(3-aminopropyldimethyl-ethoxysilane)가 사용될 수 있고, 상기 머캅토기를 갖는 고분자물질로는 MPTMS(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane)가 이용될 수 있다. 또한, 상기 APDES 및 MPTMS의 함량을 조절하여 상기 실리카층의 두께를 선택적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 금 나노막대 및 나노하이브리드의 광학적 특성 예를 들어, 광열효과, 표면 플라즈몬 공명 특성 등을 제어할 수 있다.
자성나노입자의 표면에 실리카층을 형성하는 방법으로는, TEOS(tetraethly orthosilicate)의 가수분해 반응을 통해 자성나노입자 표면에 실리카층을 형성하는 방법을 이용할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 제조방법은 크게 <금 나노막대와 자성나노입자를 각각 준비하는 단계>와 <금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계>로 구분된다.
상기 <금 나노막대와 자성나노입자를 각각 준비하는 단계>를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 금 나노막대를 준비하는 단계는 1) 금 나노막대를 제조하는 과정과, 2) 금 나노막대 표면 상에 실리카를 코팅하는 과정으로 구성된다.
1) 금 나노막대를 제조하는 과정은 세부적으로, 시드 용액(seed solution)을 제조하는 과정과, 성장 용액(growth solution)을 제조하는 과정과, 금 나노막대를 합성하는 과정과, 계면활성제를 제거하는 과정으로 구성된다.
시드 용액은 금 나노막대 시드를 함유한 용액으로서, HAuCl4와 트리소듐시트레이트(tri-sodium citrate)가 함유된 수용액과 NaBH4 용액을 혼합하여 얻을 수 있으며, 이를 통해 금 나노막대 시드가 포함된 시드 용액을 제조할 수 있다. 상기 금 나노막대 시드는 금 나노막대 성장에 있어서 시드 역할을 한다.
상기 성장 용액은 HAuCl4와 계면활성제가 함유된 용액을 일컬으며, 상기 계면활성제로는 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)가 사용될 수 있다. 상기 계면활성제는 금 나노막대의 반응점(reactant islands)을 안정적으로 성장시키는 역할을 하며, 이를 통해 용액 내에서 금 나노막대가 균일하게 분산됨과 함께 일정하게 성장될 수 있다.
이와 같은 상태에서, 상기 성장 용액을 ascorbic acid 용액과 혼합한 후, 상기 시드 용액과 혼합하면 혼합된 용액 내에서 금 나노막대가 성장된다. 이후, 금 나노막대가 성장된 용액을 원심분리 및 세척하여 계면활성제를 제거하면 1) 금 나노막대를 제조하는 과정은 완료된다.
금 나노막대 표면에 부착된 계면활성제를 제거하는 이유는, 계면활성제가 금 나노막대 표면에 아민기 등의 기능기(functional group)가 형성되는 것을 방해하기 때문이며, 잔류 계면활성제는 궁극적으로 금 나노막대와 실리카의 반응을 억제하는 역할을 한다. 계면활성제의 제거 여부는 제타 포텐셜 분석(ζ-potential analysis)을 통해 확인할 수 있다. 잔류 계면활성제가 적을수록 제타 포텐셜값은 0에 가깝게 된다.
상기의 과정을 통해 금 나노막대가 제조된 상태에서, 2) 금 나노막대 표면 상에 실리카를 코팅하는 과정이 진행된다.
구체적으로, APDES(3-aminopropyldimethyl-ethoxysilane)와 MPTMS(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane)가 혼합된 에탄올 용액을 금 나노막대가 포함된 수용액과 혼합, 교반하면 금 나노막대 표면에 박막의 실리카층이 형성된다. 이 때, APDES와 MPTMS의 실란(silane)의 활성화를 위해 ammonium hydroxide 용액이 추가 혼합될 수 있다.
상기 APDES와 MPTMS는 모두 실리콘(Si)과 산소(O)를 포함하는 고분자물질로서, 금 나노막대 표면에 생성되는 실리카(SiO2)의 전구체 역할을 한다. 또한, 상기 APDES는 아민기(amine function, -NH2)를 구비하고, 상기 MPTMS는 머캅토기(mercapto function, -HS)를 구비하는데, 상기 아민기 및 머캅토기는 금속친화도(metal affinity)가 우수하여 궁극적으로 금 나노막대 표면에 흡착되는 실리카를 최대화한다. 이에 따라, 금 나노막대 표면에 균일하게 실리카를 코팅시킬 수 있게 된다. 한편, MPTMS만 단독으로 사용되는 경우, 금과 반응하지 않은 실리카가 생성될 확률이 높아진다.
상기 금 나노막대 표면에 형성되는 실리카층의 두께는 상기 APDES와 MPTMS의 함량에 따라 제어되는데, 구체적으로 상기 APDES와 MPTMS의 함량이 증가될수록 실리카층의 두께로 커진다. 적용하고자 하는 분야의 광학 특성에 따라 상기 실리카층의 두께는 2∼50nm로 조절될 수 있다. 상기 실리카층의 두께는 상기 APDES와 MPTMS의 함량 이외에 금 나노막대, APDES, MPTMS이 혼합된 혼합물의 겔화 시간(aging time of gelation)에 의해서도 결정된다. 겔화 시간이 길어질수록 실리카층의 두께는 증가한다.
다음으로, 상기 자성나노입자는 다음의 공정을 통해 제조된다.
자성나노입자와 TEOS(tetraethly orthosilicate, Si(OC2H5)4)를 혼합한 상태에서, 약 600℃ 이상의 온도에서 열처리하면 TEOS의 가수분해 반응에 의해 자성나노입자 표면에 실리카층이 형성된다.
이상, 상기 <금 나노막대와 자성나노입자를 각각 준비하는 단계>에 대해 설명하였다. 이어, <금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계>를 설명하면 다음과 같다.
상기 <금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계>는 1) 금 나노막대와 자성나노입자 각각에 아민기를 형성하는 과정과, 2) 아민기가 각각 형성된 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 과정으로 구성된다.
상기 1) 금 나노막대와 자성나노입자 각각에 아민기를 형성하는 과정은 구체적으로 다음과 같다. 먼저, 금 나노막대(실리카가 코팅된)의 경우, 금 나노막대가 분산된 에탄올 용액을 APTMS(3-Aminopropyl-trimethoxysilane-) 용액과 혼합하면 실리카가 코팅된 금 나노막대 표면에 아민기(amine function, -NH2)가 형성된다. 자성나노입자(실리카가 코팅된)도 마찬가지로, 자성나노입자가 분산된 에탄올 용액을 APTMS 용액과 혼합, 교반하면 자성나노입자 표면에 아민기가 형성된다.
아민기가 형성된 금 나노막대와 자성나노입자가 준비된 상태에서, 2) 아민기가 각각 형성된 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 과정이 진행된다. 구체적으로, 상기 아민기가 형성된 금 나노막대와 자성나노입자를 NHS-PEG-NHS(bis [2-(N-succinimidyl-succinylamino)-ethyl] polyethylene glycol)과 혼합하면, NHS-PEG-NHS 중 일단의 NHS는 금 나노막대의 아민기와 결합하고 다른 일단의 NHS는 자성나노입자의 아민기와 결합된다. 즉, 상기 NHS-PEG-NHS를 매개로 금 나노막대와 자성나노입자가 결합되며, 형태적으로는 상기 금 나노막대의 실리카층 상에 복수의 자성나노입자가 결합된 형태를 이루게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 및 그 제조방법을 설명하였다. 이하에서는, 본 발명에 따른 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드 제조방법의 구체적인 실험예와 나노하이브리드에 의한 박테리아 제거 실험결과를 설명하기로 한다.
<실험예 1 : 금 나노막대(bare Au nanorods)의 제조>
3 x 10-4M HAuCl4 및 3 x 10-4M tri-sodium citrate이 함유된 수용액(제1수용액) 25ml를 원뿔 플라스크에 준비하였다. 이어, 0.1M NaBH4 용액(제2수용액) 0.6ml 준비한 다음, 제1수용액과 제2수용액을 한번에 혼합한 후, 교반하였다(제3수용액, 시드 용액). 제1수용액과 제2수용액이 혼합된 제3수용액은 핑크색으로 변색되었으며, 이는 금 입자가 형성되었음을 의미한다. 형성된 금 입자는 2∼5시간 후 금 나노막대의 시드(seed)로서 사용되었다.
이어, 성장 용액(growth solution)인 2.5 x 10-4M HAuCl4 및 0.1M CTAB가 함유된 수용액(제4수용액) 10ml를 준비하였고, 상기 제4수용액을 0.1M ascorbic acid 수용액(제5수용액) 0.05ml와 혼합하였다. 상기 제4수용액과 제5수용액이 혼합되어 형성된 제6수용액에 시드 용액인 상기 제3수용액을 혼합하였다. 이 때, 교반은 실시하지 않았다. 상기 제3수용액과 제6수용액이 혼합된 제7수용액은 5∼10분 경과 후 적갈색으로 변색되었으며, 금 나노막대가 생성되었다. 생성된 금 나노막대의 장경비(aspect ratio)는 1.5∼12였으며, CTAB의 농도 및 교반시간에 따라 금 나노막대의 장경비가 제어된다.
금 나노막대가 생성된 상기 제7수용액을 10분간 7000rpm의 속도로 원심분리하여 잉여 CTAB를 제거하였다. 이어, 재차 10분간 7000rpm의 속도로 원심분리하여 상등액을 분리, 제거하고 침전물은 초순수 1ml에 분산시켰다. 그런 다음, 재차 원심분리하여 최종적으로 금 나노막대를 분리하였으며, 분리된 금 나노막대를 초순수 1ml에 재분산시켰다.
<실험예 2 : 금 나노막대 표면의 실리카 코팅>
APDES와 MPTMS가 혼합된 에탄올 용액 3μl과 금 나노막대 수용액 3ml를 혼합한 후, 800rpm의 속도로 12시간 동안 교반하였다. 이어, 25% ammonium hydroxise 3μl를 추가 혼합한 다음 1시간 동안 교반하였다. 상기 APDES와 MPTMS의 양은 금 나노막대 표면에 형성되는 실리카층의 두께를 결정한다. 최종 혼합물을 원심분리하여 실리카가 코팅된 금 나노막대를 추출하였으며, 에탄올로 2번 세척하였다.
<실험예 3 : 자성나노입자 표면에 실리카 코팅>
자성나노입자와 TEOS 분말을 혼합한 후, 600℃의 온도에서 열처리하여 자성나노입자 표면에 실리카를 형성하였으며, 에탄올로 세척하였다.
<실험예 4 : 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조>
실리카가 코팅된 금 나노막대를 5ml 에탄올 용액에 분산시켰다. 이어, APTMS 20μl를 혼합한 후, 느린 속도로 10분간 교반하였다. 그런 다음, 원심분리를 진행하여 미반응 물질을 제거한 다음, 침전물을 에탄올로 4번 이상 세척하였다. 침전물인 실리카가 코팅된 금 나노막대를 에탄올 1ml에 분산시켰다. 상기 공정을 통해 금 나노막대의 실리카층 표면에 아민기가 형성되었다.
자성나노입자의 경우도 마찬가지의 공정을 적용하였다. 즉, 자성나노입자를 5ml 에탄올 용액에 분산시켰다. 이어, APTMS 20μl를 혼합한 후, 느린 속도로 10분간 교반하였다. 그런 다음, 원심분리를 진행하여 미반응 물질을 제거한 다음, 침전물을 에탄올로 4번 이상 세척하였다. 침전물인 자성나노입자를 에탄올 1ml에 분산시켰다. 상기 공정을 통해 자성나노입자의 표면에 아민기가 형성되었다.
표면에 각각 아민기가 형성된 금 나노막대 및 자성나노입자를 NHS-PEG-NHS와 반응시켰다. NHS-PEG-NHS의 일단의 NHS는 금 나노막대의 아민기와 결합하였으며, 다른 일단의 NHS는 자성나노입자의 아민기와 결합하여 NHS-PEG-NHS를 매개로 금 나노막대 표면 상에 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드가 완성되었다. 도 2를 참고하면, 장경비 약 2.3의 금 나노막대(짙은 색) 둘레에 자성나노입자(옅은 색의 알갱이)가 균일하게 결합된 것을 확인할 수 있다.
<실험 결과 : 나노하이브리드에 의한 박테리아 제거 및 나노하이브리드의 회수>
박테리아를 LB 배지에 넣고 37℃의 온도 하에서 200rpm의 로터리 혼련기(rotary shaker)를 이용하여 600nm에서 1.0의 광밀도(optical density)가 되도록 혼련하였다. 박테리아는 E. coli.와 E. faecalis의 두 종류 배양하였다. 이어, 13,000rpm의 원심분리기(5분간)를 이용하여 박테리아를 추출하였으며, 약 2x108 cells/ml의 농도를 갖도록 박테리아를 0.85% 염화칼슘 용액에 희석시켰다. 그런 다음, 박테리아 희석 용액에 실험예 4를 통해 제조된 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드를 투입한 후, NIR(Near InfraRed)을 조사하였다. NIR 조사는 Dream laser system(도 7 참조)을 이용하였다. NIR 조사 후, 광학 실험을 위해 박테리아와 나노하이브리드가 혼합된 용액 5μl를 투명유리 위에 놓였다.
형광현미경 분석 결과, NIR 조사에 의해 E. coli.와 E. faecalis 박테리아 모두 대부분 제거됨을 확인하였다. 도 3을 참고하면, 도 3의 (A)와 (B)는 NIR 조사 전후의 광학현미경 사진으로 초록색은 살아있는 E. coli.이며, 붉은색은 죽은 E. coli.를 의미한다. 또한, 도 3의 (C)와 (D) 역시 NIR 조사 전후의 광학현미경 사진으로 초록색은 살아있는 E. faecalis이며, 붉은색은 죽은 E. faecalis를 의미한다.
한편, 실험예 2를 통해 제조된 실리카가 코팅된 금 나노막대는 약 670nm의 빛에 대해 흡수율이 가장 높음을 확인하였다(도 4 참조). 또한, 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드를 물과 혼합한 후, 약 670nm의 NIR을 조사한 결과 1분 이내에 45℃까지 급격히 상승하였으며, 이후 레이저 조사시간(약 10분)에 따라 70℃까지 점진적으로 상승하였다. 약 70℃의 온도에서 거의 모든 박테리아가 제거되었다.
이와 함께, 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 하이브리드의 회수 특성을 살펴보면, 도 6에 도시한 바와 같이 영구자석을 통해 나노하이브리드가 용이하게 회수됨을 확인할 수 있다. 도 5의 (a)는 물에 희석된 나노하이브리드를 나타낸 사진이며, (b)와 (c)는 영구자석에 의해 나노하이브리드가 이동된 상태를 나타낸 사진이다.
본 발명에 있어서, '자성나노입자(magnetic nanoparticle)'라 함은 자성을 갖는 나노크기의 자성체 입자를 의미하는 주지관용의 용어이며, 선행문헌인 '자성나노입자의 합성과 응용(한국과학기술정보연구원, 2006. 12. p2)'에 따르면 나노크기의 산화철 등을 의미할 수 있다.

Claims (7)

  1. 실리카가 코팅된 금 나노막대와 실리카가 코팅된 자성나노입자를 준비하는 단계;
    상기 금 나노막대와 자성나노입자 표면에 각각 아민기를 형성하는 단계; 및
    상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 실리카가 코팅된 자성나노입자를 준비하는 단계는,
    자성나노입자와 TEOS(tetraethly orthosilicate)를 혼합한 후, 열처리를 통해 자성나노입자의 표면에 실리카를 코팅시키는 것을 특징으로 하는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금 나노막대와 자성나노입자를 결합하여 나노하이브리드를 제조하는 단계는,
    상기 금 나노막대와 자성나노입자를 NHS-PES-NHS와 반응시켜, 상기 NHS-PES-NHS의 일단의 NHS는 금 나노막대에 형성된 아민기와 결합하고, 다른 일단의 NHS는 자성나노입자에 형성된 아민기와 결합하는 것을 특징으로 하는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실리카가 코팅된 금 나노막대를 준비하는 단계는,
    금 나노막대를 준비하는 과정과,
    아민기(amine function)를 갖는 고분자물질과 머캅토기(mercapto function)를 갖는 고분자물질이 혼합된 혼합물을, 상기 금 나노막대와 혼합, 교반하여 금 나노막대 표면에 실리카층을 코팅하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 아민기를 갖는 고분자물질은 APDES(3-aminopropyldimethyl-ethoxysilane)이고, 상기 머캅토기를 갖는 고분자물질은 MPTMS(3-mercaptopropyl-trimethoxysilane)인 것을 특징으로 하는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금 나노막대의 표면에 코팅되는 실리카층의 두께는 APDES와 MPTMS의 혼합량에 비례하는 것을 특징으로 하는 금 나노막대와 자성나노입자가 결합된 나노하이브리드의 제조방법.
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