KR101387493B1 - 폭발물 검출용 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나이트로 방향족 화합물 폭발물을 검출할 수 있는 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양자점 기반의 나이트로 방향족 폭발물 검출 센서가 양자점 간의 에너지전이 변화를 기반으로 하여, 나이트로 방향족 폭발물을 간편하면서 고민감도로 검출할 수 있는 나노센서 시스템 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명의 폭발물 감지 방법은 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막을 폭발물과 접촉시키고, 형광 파장 변화를 측정하여 폭발물을 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양자점 기반 폭발물 검출방법은 종래에 알려진 양자점 형광 세기 변화를 이용한 검출 방법과 달리, 형광 파장 변화를 이용하기 때문에 주위 환경 변화에 민감하지 않을 뿐 아니라 신속한 검출이 가능하고, 낮은 농도의 폭발물에 대하여도 고민감도로 검출할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서 향후 광범위한 상용화가 기대된다.
본 발명의 폭발물 감지 방법은 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막을 폭발물과 접촉시키고, 형광 파장 변화를 측정하여 폭발물을 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양자점 기반 폭발물 검출방법은 종래에 알려진 양자점 형광 세기 변화를 이용한 검출 방법과 달리, 형광 파장 변화를 이용하기 때문에 주위 환경 변화에 민감하지 않을 뿐 아니라 신속한 검출이 가능하고, 낮은 농도의 폭발물에 대하여도 고민감도로 검출할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서 향후 광범위한 상용화가 기대된다.
Description
본 발명은 나이트로 방향족 화합물 폭발물을 검출할 수 있는 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양자점 기반의 나이트로 방향족 폭발물 검출 센서가 양자점 간의 에너지전이 변화를 기반으로 하여, 나이트로 방향족 폭발물을 간편하면서 고민감도로 검출할 수 있는 나노센서 시스템 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것이다.
폭발물로 사용되는 대표적인 화합물은 트라이나이트로톨루엔 (trinitrotoluene, TNT) 이나 다이나이트로톨루엔(dinitrotoluene, DNT) 와 같은 나이트로 방향족 화학물질을 포함하고 있다. 이와 같은 화학물질을 검출하여 폭발물을 감지하는 다양한 방법이 개발되고 있다.
이온 이동성 분광측정기 (ion mobility spectroscopy) 나 중성자 탐지기를 이용하여 폭발물에 함유된 화학 물질을 검출하는 방법들이 연구 개발되고 있으나 바이오센서에 비해 검출시간이 상대적으로 길고, 고가의 비용이 드는 단점이 있다.
형광을 이용하는 센서는 측정 장치를 간단하게 구현할 수 있고, 흡광과 같은 다른 물리적 변화에 비하여 감도가 높아 대표적 화학센서로 많이 응용되고 있다.
기존에 개발된 검출법으로는 폭발물과 결합하였을 때 형광 감쇄를 나타나는 양자점 기반 센서가 있다. 양자점 표면에 1차아민 그룹을 말단으로 갖는 분자체를 도입한 경우, 1차아민 그룹과 TNT 가 Meisenheimer complex를 형성하거나 아민과 TNT 사이의 산-염기 상호작용으로 TNT 음이온이 양전하의 아민 리간드에 끌리는 것이 알려져 있다. 이렇게 TNT와 같은 니트로 그룹을 포함하는 폭발물이 양자점 표면에 결합할 경우, 양자점에서 전자가 부족한 니트로 그룹으로 전자가 이동해 형광을 감소시키는 것으로 알려져 있다.
검출 민감도를 높이기 위하여 양자점 표면에 폭발물에 특이적으로 결합하는 수용체를 도입한 후, 소광체를 결합시킨 TNT 유도체를 붙여 양자점 형광을 소광시켰다가 TNT 가 유도체를 대체함에 따라 증가하는 형광을 관찰하기도 한다. 그러나 이러한 형광의 세기를 측정하는 센서는 온도, pH, 이온세기 등 주위 환경의 변화에 민감하다는 단점이 있다.
이에 따라, 형광의 변화를 측정함으로써, 측정 장치를 간단하게 구현할 수 있고, 흡광과 같은 다른 물리적 변화에 비하여 감도가 높으면서도, 온도, pH, 이온세기와 같은 주위 환경에 덜 민감한 형광 센서에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 형광의 변화를 측정함으로써, 측정 장치를 간단하게 구현할 수 있고, 흡광과 같은 다른 물리적 변화에 비하여 감도가 높으면서도, 온도, pH, 이온세기와 같은 주위 환경에 덜 민감한 형광 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 주위 환경 변화의 영향을 덜 받아 폭발물 검출의 민감도를 높일 수 있도록 형광의 세기가 아닌 형광의 파장 변화를 이용한 형광센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 폭발물 센서는 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막을 폭발물과 접촉시켜, 형광의 파장 변화를 이용하여 폭발물을 감지하는 것을 특징으로 한다.
일 측면에서, 본 발명에 따른 폭발물 센서는 광원; 폭발물이 결합할 수 있는 양자점 박막이 형성된 기판; 상기 양자점의 형광 변화를 측정하는 형광분광기;를 포함하는 폭발물 측정 센서이다.
다른 일 측면에서, 본 발명에 따른 폭발물 감지 방법은 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막을 폭발물과 접촉시키고, 형광 파장 변화를 이용하여 폭발물을 감지하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 일 측면에서, 본 발명에 따른 폭발물 감지 방법은 폭발물이 결합 가능한 양자점이 코팅된 기판에 시료를 접촉시키고, 양자점의 형광 변화를 측정하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 폭발물이 결합가능한 양자점 박막은 표면에 폭발물과의 결합이 가능한 분자체가 형성된 양자점 나노입자로 이루어지거나 또는 양자점 나노입자를 포함하는 박막이다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점 박막은 양자점 용액과의 형광 파장의 차이가 10 nm이상, 바람직하게는 30 nm 이상, 보다 바람직하게는 50 nm이상 증가되는 농도로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막은, 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 양자점 사이의 거리가 가까워 양자점 간의 에너지 전이가 일어나고, 이로 인해 양자점 용액에 비해 장파장의 형광을 나타내게 된다. 또한, 이러한 양자점 박막에 폭발물이 결합하게 되면 양자점 사이의 간격이 증가하거나 양자점 사이의 에너지 전이가 방해 받아 양자점 박막의 파장이 단파장으로 이동하게 되는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 '양자점 용액'은 양자점 박막을 이루거나 양자점 박막에 포함되는 양자점이 물이나 유기용매와 같은 액상에 분산 또는 용해된 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점 박막의 형광 파장의 변화는 형광 세기의 변화, 예를 들어, 형광 세기의 감소 또는 증가를 동반할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점 박막은 기판에 양자점 용액을 도포한 후 이를 건조시켜 박막형태로 구현할 수 있다. 박막을 형성하는 방법으로는 드롭-캐스팅(drop-casting), 스핀-캐스팅(spin-casting), 딥-코팅(dip-coating) 등이 있으며 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점 박막은 양자점 사이의 에너지 전이를 효과적으로 관찰하기 위하여 박막의 두께를 0.1-100 ㎛ 정도의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점 박막은 0.1-10 pmol/cm2 정도의 농도로 구현될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점 박막과 폭발물의 접촉은 양자점이 코팅된 박막에 액상 시료를 적하시키는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 폭발물에 의한 양자점 박막의 형광 파장 변화를 확인하기 위해서는 양자점을 여기시킬 수 있는 광원이 필요하고, 가시광선 형광의 경우에 육안 또는 형광 현미경으로 형광 파장 변화를 관찰할 수 있으며, 정량 분석을 위해서는 광섬유로 연결된 분광기로 형광 스펙트럼을 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점 박막의 형광에서 파장의 변화는 폭발물의 농도에 비례하므로, 이를 이용하여 폭발물의 감지와 함께 농도를 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점은 폭발물의 결합에 의해서 형광의 변화가 나타날 수 있는 한 특별한 제한은 없으나, 폭발물과 결합할 수 있는 분자체를 도입할 수 있는 반도체 나노입자로 이루어진 양자점인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 나노입자는 1000 nm 미만의 직경을 가지는 나노입자를 말한다. 일부 실시 예에 있어서, 상기 나노입자는 National Science Foundation에서 정의한 것에 따르면, 나노입자는 300 nm 미만의 직경을 가진다. 일부 구체 예에서, 나노입자는 National Institutes of Health 에서 정의한 것에 따르면 직경이 100 nm 미만이다.
본 발명에 있어서, 상기 나노입자는 하나의 나노 입자로 이루어질 수 있으며, 또한 여러 개의 나노입자들이 응집되어 하나의 나노입자를 이루는 형태를 이룰 수 있으며, 상기 나노입자는 내부가 채워진 고밀도의 나노입자이거나 내부에 격실이나 공간이 형성된 나노입자의 형태를 이룰 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 나노 입자는 단층 또는 다층 형태를 이룰 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분자체는 단량체, 다이머나 트라이머와 같은 올리고머, 고분자 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 분자체의 길이가 나노입자의 외경보다 짧아, 분자체가 나노입자를 둘러싸지 못하고, 분산된 상태에서 입자의 중심에서 외부로 뻗어가는 형태로 결합되어, 나노 입자의 가장 바깥쪽 표면에 폭발물과 결합하는 부분이 분포되도록 하는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 분자체는 한쪽 끝은 나노입자 표면에 강하게 결합하는 부착 영역이고, 다른 한쪽 끝은 나이트로 방향족 폭발물과 결합할 수 있는 작용기 영역이고, 나머지 중간 연결 영역으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 부착 영역은 나노 입자의 표면에 강하게 결합할 수 있는 능력을 가진 부분으로써, 나노입자의 표면에 안정적으로 결합할 수 있는 한 제한이 사용할 수 있으며, 예를 들어 티올기(-SH), 아민기(-NH2, -NH), 포스포네이트기(-PO3H), 포스파이드기(-P), 포스핀옥사이드기 (-P=O), 카르복시기 (-COOH), 하이드록시기 (-OH), 이미다졸기 (-imidazole), 다이올기 (-diole) 등이 있고, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 작용기 영역은 표면 분자체에서 부착 영역의 반대편 말단에 위치하며, TNT와 같은 나이트로 방향족 폭발물과 결합할 수 있는 영역을 의미한다. TNT 와 결합할 수 있는 아민 그룹, 펩티드, 항체 등을 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 연결 영역은 부착 영역과 작용기 영역을 연결하는 부분으로 공유 결합으로 강하게 연결되어 하나의 분자체를 형성시키는 영역을 의미한다. 일정한 부착영역을 가지고 서로 다른 작용기 영역을 도입할 수 있거나 일정한 작용기 영역에 대하여 서로 다른 부착영역을 도입할 수 있어 원하는 분자체들 간의 연결을 위하여 다양한 작용기를 선택하여 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 연결 영역으로 아미드 결합 (-CONH-), 탄소 결합 (-(CH2)n-), 폴리에틸렌글리콜 (-(CH2CH2O)n-), 트리아졸 (triazole)을 포함 할 수 있으며, 여기서 n은 바람직하게는 1-100 사이의 정수, 보다 바람직하게는 1-20 사이의 정수이며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 있어서, 폭발물과 결합할 수 있는 양자점 나노입자는 물 및/또는 유기용매에 분산된 상태에서 분자체와 리간드 치환에 의해서 양자점 용액으로 제조되고, 양자점 용액을 코팅 건조하여 박막을 형성하게 된다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 광원; 폭발물이 결합할 수 있는 양자점 박막이 형성된 기판; 상기 양자점의 형광 변화를 측정하는 형광분광기;를 포함하는 폭발물 측정 센서를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 양자점의 형광은 광섬유를 통해 형광 분광기로 전송되어 분석되며, 상기 양자점은 표면에 폭발물과 결합할 수 있는 분자체가 형성된다.
본 발명에 있어서, 극미량의 시료의 측정을 위하여 형광 현미경을 더 포함할 수 있고, 상기 기판은 형광 변화를 형광 현미경으로 관측할 수 있도록 유리 기판을 사용할 수 있으나, 형광을 측정하기 때문에 유리기판 뿐만 아니라 실리콘 웨이퍼를 사용할 수도 있고, 불투명한 기판을 사용하는 것도 가능하다 .
본 발명의 실시에 있어서, 상기 측정 센서는 10 ppt 이상의 폭발물을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 양자점 기반 폭발물 검출방법은 종래에 알려진 양자점 형광 세기 변화를 이용한 검출 방법과 달리, 형광 파장 변화를 이용하기 때문에 주위 환경 변화에 민감하지 않을 뿐 아니라 신속한 검출이 가능하고, 낮은 농도의 폭발물에 대하여도 고민감도로 검출할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서 향후 광범위한 상용화가 기대된다.
도1은 유기 용매에서 합성된 나노입자를 폭발물과의 결합이 가능한 분자로 표면 치환하는 나노입자 표면개질의 모식도이고,
도2는 수용액에 분산된 양자점 용액 (검정색)과 이를 유리판 위에 드롭-캐스팅하여 건조한 박막 형태(적색)의 형광 스펙트럼으로, 양자점 용액을 박막 형태로 만든 경우 양자점 간 거리가 가까워져 에너지 전이가 일어나 형광 파장이 장파장으로 이동한 것을 관찰할 수 있고,
도3은 양자점 박막을 이용한 폭발물 검출 과정 예의 모식도로, 양자점을 여기시킬 수 있는 광원을 비추고 광섬유로 연결된 분광기로 형광 스펙트럼을 얻어 폭발물 유/무에 따른 양자점의 형광 파장 변화를 측정할 수 있고,
도4는 양자점 박막(왼편)과 양자점 박막에 물에 녹인 10 μM 의 TNT를 2 ㎕ 가한 경우(오른편) 의 형광 현미경 이미지로, TNT 를 가한 경우 양자점의 형광이 단파장으로 이동했음을 확인할 수 있고,
도5는 양자점 박막에 가하는 TNT 의 농도에 따른 양자점 박막의 형광 스펙트럼의 변화(왼편)와 형광 피크의 이동 정도(오른편)를 나타낸 것으로, 형광 피크의 이동 정도로 TNT 의 양을 정량 분석할 수 있고, 검출한계는 약 10 ppt 이하이며,
도6은 양자점 박막에 물과 톨루엔을 가한 경우 형광 스펙트럼으로 양자점 박막의 형광 파장에 변화가 없음을 알 수 있다.
도2는 수용액에 분산된 양자점 용액 (검정색)과 이를 유리판 위에 드롭-캐스팅하여 건조한 박막 형태(적색)의 형광 스펙트럼으로, 양자점 용액을 박막 형태로 만든 경우 양자점 간 거리가 가까워져 에너지 전이가 일어나 형광 파장이 장파장으로 이동한 것을 관찰할 수 있고,
도3은 양자점 박막을 이용한 폭발물 검출 과정 예의 모식도로, 양자점을 여기시킬 수 있는 광원을 비추고 광섬유로 연결된 분광기로 형광 스펙트럼을 얻어 폭발물 유/무에 따른 양자점의 형광 파장 변화를 측정할 수 있고,
도4는 양자점 박막(왼편)과 양자점 박막에 물에 녹인 10 μM 의 TNT를 2 ㎕ 가한 경우(오른편) 의 형광 현미경 이미지로, TNT 를 가한 경우 양자점의 형광이 단파장으로 이동했음을 확인할 수 있고,
도5는 양자점 박막에 가하는 TNT 의 농도에 따른 양자점 박막의 형광 스펙트럼의 변화(왼편)와 형광 피크의 이동 정도(오른편)를 나타낸 것으로, 형광 피크의 이동 정도로 TNT 의 양을 정량 분석할 수 있고, 검출한계는 약 10 ppt 이하이며,
도6은 양자점 박막에 물과 톨루엔을 가한 경우 형광 스펙트럼으로 양자점 박막의 형광 파장에 변화가 없음을 알 수 있다.
실시예1> CdSe/CdS/ZnS (핵/껍질/껍질) 양자점의 합성
본 명세서에서 밝히는 양자점의 합성방법은 다양한 합성 방법 중 하나의 대표적인 예시를 드는 것일 뿐 이에 제한되지는 않는다.
높은 형광효율의 양자점을 위하여 유기용매에서 고온 열분해 방법으로 CdSe 양자점을 합성한 후에 CdS/ZnS 껍질을 올려 CdSe/CdS/ZnS (핵/껍질/껍질) 구조의 양자점을 합성한다.
먼저 카드뮴셀레나이드 (CdSe) 양자점을 Yu 와 Peng 이 보고한 방법을 변형하여 합성하였다. (W. W. Yu and X. Peng. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 2368-2371.) septum vial에 cadmium acetate 0.75 g(2.4 mmol)과 oleic acid 1.8 mL(6.0 mmol)을 넣고 100℃, 진공상태에서 녹인다. Cadmium acetate가 다 녹으면 실온으로 식히고, 셀레늄 0.47 g을 trioctylphosphine (TOP) 6 mL 에 녹인 용액과 섞는다. 15 mL의 octadecene 과 4 mL(12 mmol)의 oleylamine을 50 mL 3구 둥근 플라스크에 담고 질소 기체 하에서 315℃까지 가열한다. 온도가 다 올라가면 cadmium과 selenium의 혼합물을 반응기에 빠르게 주입하고 30 초 후에 가열 맨틀을 제거하여 반응용액을 실온으로 식힌다. 합성된 카드뮴셀레나이드 양자점을 헥세인으로 희석하고, 반응 후 남은 유기물질들을 제거하기 위해 과량의 메탄올을 넣어 원심분리기로 나노결정을 침전시킨다.
앞서 합성한 CdSe 양자점에 CdS/ZnS 껍질을 차례로 입혀 CdSe/CdS/ZnS (핵/껍질/껍질) 양자점을 합성하는 과정은 Dabbousi 등이 보고한 방법을 참고하였다. (B. O. Dabbousi et al., J. Phys. Chem. B 1997, 101, 9463-9475.) 50 mL 3구 둥근 플라스크에 octadecene 15 mL를 넣고 60 ℃, 질소 기체 환경을 만들어 2 mL 헥세인에 분산시킨 CdSe 용액 (1.70*10-4 mmol)을 주입한다. 진공으로 헥세인을 제거한다. 온도를 120 ℃로 맞추고 95 μl의 oleic acid에 cadmium acetate 38 mg을 녹인 용액에 TOP 5 mL와 bis(trimethylsilyl)sulfide 24.7 μL를 넣은 Cd/S 선구물질을 주사기 펌프를 이용해 가하고, 30분간 교반한다. 온도를 140 ℃로 맞추고 TOP 10 mL에 44.8 μL의 diethylzinc와 82.1 μl의 bis(trimethylsilyl)sulfide를 녹인 Zn/S 선구 물질을 주사기 펌프를 이용해 가하고 30분간 교반한다. 반응이 끝난 후 CdSe/CdS/ZnS (핵/껍질/껍질) 양자점을 CdSe 양자점과 마찬가지로 메탄올을 가하여 침전시킨다.
실시예2> 아민 그룹 말단의 나노입자 표면 리간드 합성
양자점의 표면 리간드는 (±)-α-lipoic acid 에 N,N-dimethylethylendiamine을 결합하여 합성하였다. (±)-α-lipoic acid (20 mmol)와 1,1'-carbonyldiimidazole (26 mmol)을 30 mL 의 무수 클로로포름에 녹인 후 질소기체 하, 상온에서 20분간 교반한다. 상기 용액을 N,N-dimethylethylendiamine (100 mmol) 이 담긴 플라스크에 질소기체 하, 얼음 수조에서 한 방울씩 가하고 2시간 동안 교반한다. 생성물 (LA-N(CH3)2)을 10% NaCl 수용액(80 mL)으로 3번, 10 mM NaOH 수용액(80 mL)으로 2번 씻고, magnesium sulfate를 가하여 물을 제거한다.
실시예3> 양자점의 표면개질
상기 실시예1에서 합성한 CdSe/CdS/ZnS 양자점의 표면을 실시예2에서 합성한 LA-N(CH3)2 리간드로 개질하였다. LA-N(CH3)2 (0.1 mmol) 를 2 mL 의 클로로포름에 분산시킨 후, pH 4 정도의 수용액을 가하여 2 mL 물에 분산시킨다. LA-N(CH3)2 가 분산된 수용액에 NaBH4(0.2 mmol) 을 가하여 LA-N(CH3)2 의 disulfide bond를 환원시켜 dihydrolipoic acid-tertiary amine (DHLA-N(CH3)2) 형태로 만든다. pH 10 정도로 높여 DHLA-N(CH3)2 를 클로로포름에 분산시킨 후, 클로로포름에 분산된 CdSe/CdS/ZnS 양자점 (1 nmol) 을 가하여 60 ℃, 질소 기체 하에서 약 3시간 교반한다. pH 5 정도로 낮춰 표면 개질된 양자점을 수용액에 분산시킨 후 50,000 centrifugal filter를 이용해 투석하여 여분의 리간드를 제거한다.
실시예4> 양자점 박막을 이용한 폭발물 검출
실시예3에서 합성하여 수용액에 분산된 양자점을 100 nM 로 희석하고, 유리판 위에 드롭-캐스팅하여 자연건조 시킨다. 유리기판을 형광현미경 (Zeiss, Axioplan2) 에 놓고, 20X 대물렌즈, 325-375 nm 투과의 광원 필터, 420 nm 이상 투과의 형광 필터를 사용하여 양자점 형광을 관찰한다. 도4는 양자점 박막(왼편)과 양자점 박막에 물에 녹인 10 μM 의 TNT를 2 μL 가한 경우(오른편) 의 형광 이미지로, TNT 를 가한 경우 양자점의 형광이 단파장으로 이동했음을 확인할 수 있다. TNT 를 가한 후 형광 파장의 변화가 바로 시작되고 모든 형광 측정은 TNT 를 가한 후 5분 이내에 측정하였다. 양자점 형광의 파장을 확인하기 위하여 현미경의 CCD 자리에 광섬유를 연결하고, 형광분광기로 (Horiba JobinYvon, Fluorlog3) 스펙트럼을 얻었고 그 결과를 도5에 나타내었다. TNT 의 농도가 높아짐에 따라 양자점 박막의 파장이 단파장으로 이동함을 관찰할 수 있고, 검출 한계는 약 10 ppt 이하이다. 용매의 영향을 확인하기 위하여 양자점 박막에 물을 넣은 경우 양자점의 형광 파장이 변하지 않았음을 도6 왼편에서 확인할 수 있고, TNT 의 비교군으로 톨루엔을 양자점 박막에 가한 경우 역시 형광 파장이 변화하지 않았음을 도6 오른편에서 확인할 수 있다.
Claims (19)
- 폭발물이 결합 가능한 양자점 박막을 폭발물과 접촉시키고, 형광 파장 변화를 측정하여 폭발물을 감지하고,
여기서, 상기 폭발물이 결합 가능한 양자점은 양자점 표면에 폭발물에 결합 가능한 분자체가 결합된 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서, 폭발물이 결합 가능한 양자점이 코팅된 기판에 시료를 접촉시키고, 양자점의 형광 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형광 파장 변화는 장파장에서 단파장으로의 형광 변화인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형광 파장 변화는 형광의 세기 변화를 동반하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형광 파장 변화의 정도를 이용해서 폭발물의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폭발물에 결합 가능한 분자체는 일 측은 나노입자 표면에 강하게 결합하는 부착 영역이고, 타측은 폭발물과 결합할 수 있는 작용기 영역이고, 나머지 중간 연결 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 부착 영역은 디티올기, 티올기(-SH), 아민기(-NH2, -NH), 포스포네이트기(-PO3H), 포스파이드기(-P), 포스핀옥사이드기 (-P=O), 카르복시기 (-COOH), 하이드록시기 (-OH), 이미다졸기 (-imidazole), 다이올기 (-diole)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 작용기 영역은 폭발물과 결합할 수 있는 아민 그룹, 펩티드, 또는 항체인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폭발물은 나이트로 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자점 박막은 양자점 용액에 비해 형광 파장이 50 nm 이상 긴 것을 특징으로 하는 방법.
- 광원;
폭발물이 결합할 수 있는 양자점 박막이 형성된 기판, 여기서 상기 폭발물이 결합할 수 있는 양자점은 양자점 표면에 폭발물에 결합 가능한 분자체가 결합되며;
상기 양자점의 형광 변화를 측정하는 형광분광기;
를 포함하는 폭발물 측정 센서. - 제12항에 있어서, 상기 양자점의 형광은 광섬유를 통해 형광 분광기로 전송되는 것을 특징으로 하는 폭발물 측정 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 폭발물 측정 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 형광 현미경을 더 포함하는 폭발물 측정 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 양자점이 박막이 형성된 기판은 양자점 용액을 기판에 캐스팅하여 건조한 기판인 것을 특징으로 하는 폭발물 측정 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 양자점은 표면에 고차 아민기가 형성된 것을 특징으로 하는 폭발물 측정 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 폭발물은 나이트로 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 폭발물 측정 센서.
- 표면에 TNT 화합물이 결합할 수 있는 양자점 박막이 형성되고, 폭발물 결합시 양자점의 형광 파장이 감소하는 것을 특징으로 하는 TNT 감지용 기판.
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| KR102131148B1 (ko) | 2019-01-30 | 2020-07-07 | 성산테크놀로지 주식회사 | 바이오센서를 이용하여 니트로 화합물의 위치를 매핑하기 위한 원거리 형광 발현 탐지 시스템 |
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