KR101517665B1 - 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법에 따르면 팽이버섯 균사체를 이용하여 1시간 이내로 신속하게 독성 화학물질의 사용없이 20 nm보다 작은 크기의 금나노입자를 효율좋게 금나노입자를 제조할 수 있다.

Description

팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법{Preparation method of nanoparticle using Flammulina velutipes}

본 발명은 손쉽고 안전하며 효율좋게 금나노입자를 제조할 수 있는, 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 금나노입자의 제조방법으로는, 구연산을 이용하여 물속의 사염화금산(HAuCl₄)을 환원시켜 금나노입자를 제조하는 투케비치-프렌스(Turkevitch-Frens) 합성법이 있고, 그 뒤를 알칸티올레이트(Alkanethiolate) 및 다양한 기능의 티올레이트 리간드(Thiolate Ligands)를 이용하여 금나노입자를 안정화시키는 방법 및 브러스트-쉬프린(Brust-Schiffrin) 방법이라 불리우는 2단계 합성 방법이 제안된 바 있다. 또한, 덴드리머의 존재 하에 수소화붕산나트륨(NaBH₄)을 포함한 금염 용액 내에 존재하는 금 복합 이온을 환원시켜 금나노입자를 생산하는 방법이 알려져 있다.

또한, 물리적 방법으로는, 자외선(UV), 근적외선(Near-IR), 초음파, 또는 마이크로파 등을 이용하는 방법이 있다. 자외선이나 근적외선을 조사하면 금나노입자의 품질이나 크기를 조절할 수 있다. 또한, 초음파나 열을 사용하여 금나노입자의 환원을 촉진시키거나 입자의 크기를 조절하는 방법 등이 제안된 바 있다.

그리고, 금과 같은 금속이 암모늄 티오시아네이트 존재 하에서 Brassica juncea에서 과량 축적한다(57 mg/Kg DW)고 보고된 바 있으며(Chem. N. Z., 2001, 65, 34), Sesbania drummondii 묘목의 순(5-98 mg/Kg DW) 및 뿌리(1-9 g/Kg DW)에서 금을 나노입자로서 축적한다고 보고된 바 있다(Environ. Sci. Technol., 2007, 41, 5137).

하지만, 여전히 보다 손쉽고 안전하며 효과적으로 금나노입자를 제조할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

이에, 본 발명자들은 팽이버섯(Flammulina velutipes) 균사체 세포벽 내에 존재하는 환원효소를 이용하여 금이온을 금나노입자로서 환원할 수 있을 것이라는 가정 하에 팽이버섯 균사체를 이용한 금나노입자의 제조에 노력한 결과, 팽이버섯 균사체를 이용하여 금나노입자를 간단하고 안전하면서도 효율좋게 제조할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성한 것이다.

본 발명의 목적은 손쉽고 안전하며 효율좋게 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 팽이버섯(Flammulina velutipes)을 세정하는 단계; 상기 세정된 팽이버섯(Flammulina velutipes)을 사염화금산(HAuCl₄) 수용액에 침지시키는 단계; 및 상기 팽이버섯 균사체 내부에서 금나노입자가 형성되는 단계를 포함하는, 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법을 제공한다.

상기 사염화금산(HAuCl₄) 수용액은 2mM 내지 5mM의 농도로 사용할 수 있다.

상기 사염화금산(HAuCl₄) 수용액의 침지는 20 내지 25℃의 온도에서 12 내지 18시간 동안 수행될 수 있다.

상기 금나노입자의 형성은 팽이버섯 균사체의 색상 변화를 통해 확인할 수 있다.

상기 금나노입자는 평균 직경이 5 내지 20nm일 수 있다.

또한, 본 발명은 팽이버섯을 이용하여 제조된 금나노입자를 제공한다.

본 발명에 따르면, 팽이버섯 균사체를 이용하여 1시간 이내로 신속하게 독성 화학물질의 사용없이 20 nm보다 작은 크기의 금나노입자를 효율좋게 금나노입자를 제조할 수 있다.

도 1은 금나노입자가 축적된 팽이버섯 균사체의 SEM 사진으로서, (A)는 1,000X 배율, (B)는 4,000X 배율의 사진이며, 삽입도는 금나노입자로 축적된 팽이버섯 균사체의 형광현미경 사진이다.
도 2는 팽이버섯 균사체에 축적된 금나노입자의 EDS 분석 결과이다.
도 3은 금나노입자가 축적된 팽이버섯 균사체의 TEM 사진으로서, (A)는 2 ㎛의 눈금선, 700X 배율, (B)는 500 nm의 눈금선, 2,000X 배율, (C)는 100 nm의 눈금선, 10,000X 배율의 사진이다.
도 4는 팽이버섯 균사체에 축적된 금나노입자의 금농도에 대한 ICP-OES 분석 결과이다.
도 5는 금나노입자가 축적된 팽이버섯 균사체의 XRD 회절 패턴 결과이다.
도 6은 팽이버섯 균사체의 5 mM HAuCl₄와의 반응 전(A) 및 후(B) UV-Vis 분석 결과이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 팽이버섯(Flammulina velutipes) 균사체 내부에 존재하는 환원효소에 의해 사염화금산 수용액으로 제공된 금이온 재료가 금나노입자로서 손쉽게 환원되며, 특히 팽이버섯 균사체 내부에서 균일한 크기로 금나노입자가 분포하는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

보다 상세하게는, 사염화금산 수용액에서 팽이버섯을 배양하여 팽이버섯 균사체 내부에 안정한 금나노입자의 축적을 확인하였으며, TME 분석을 통해 주로 세포막의 내표면 상 균사체 내에 단순분산된 금나노입자의 존재를 확인할 수 있었고, 특히 손쉬운 환원과 안정화 공정을 거쳐 1시간 이내에 금나노입자를 제조할 수 있으며, 면심입방구조-지향 결정성 나노입자의 형성을 XRD 패턴으로부터 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에서는 어떠한 다른 독성 화합물이나 기술적으로 고비용의 공정을 이용하지 않고 팽이버섯 균사체에 의해 금나노입자를 손쉽게 제조할 수 있는 최초의 발명이다.

본 발명에서 사용한 사염화금산(HAuCl₄) 수용액은 2mM 내지 5mM의 농도로 사용할 수 있다. 이때, 사염화금산 수용액의 농도가 상기 범위를 벗어나면 금나노입자의 수율 등에 문제가 야기될 수 있다.

상기 사염화금산(HAuCl₄) 수용액의 침지는 20 내지 25℃의 온도에서 12 내지 18시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 사염화금산 수용액의 침지 조건이 상기 범위를 벗어나면 금나노입자의 수율 등에 문제가 야기될 수 있다.

상기 금나노입자의 형성은 팽이버섯 균사체의 색상 변화를 통해 확인할 수 있다.

상기 금나노입자는 평균 직경이 5 내지 20nm일 수 있다.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 설명일 뿐 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 팽이버섯 균사체를 이용한 금나노입자 제조

팽이버섯 5g을 멸균2차증류수로 충분히 세정한 후, 5 mM 사염화금산(HAuCl₄) 수용액에 침지시켰다. 이때, pH 7.0, 실온에서 12시간 암실에서 반응시켰다. 팽이버섯 균사체 내에 금나노입자의 형성 여부는 노르스름한 금속 전구체 용액이 붉은 핑크색으로 변화를 통해 확인하였다.

<실시예 2> 금나노입자가 형성된 팽이버섯 균사체 분석

1) SEM 분석

실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체를 얇게 썰어 얻은 조각을 원료로 이용하고, 전계방출 SEM(Hitachi, Model: S4100)에서 전도층 분무 없이 SEM 분석을 수행하였다. 도 1과 같이, 균사체 내에 나노입자의 분포를 확인할 수 있었다.

2) EDS 분석

에너지 분산 X-선 형광 분석기(EDS)를 이용한 실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체의 화학 조성 분석을 위하여 금 원자에 대한 분석 피크를 확인하였다. 도 2와 같이, 탄소와 산소에 대한 고강도 밴드는 단백질과 다른 거대분자와 같은 보다 많은 생물유기화학적 구성성분의 존재를 나타내었다.

3) 형광 현미경 분석

실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체의 형광 현미경 분석을 위해 여기필터 330-380 nm, 차단필터 440 nm를 이용하여 40배 배율로 형광현미경(Nikon Eclipse, Model: TE2000U)을 사용하였다. 도 1B와 같이, 균사체의 형광은 금나노입자의 축적에 의한 것이며, 이는 사염화금산을 처리하지 않은 대조군 시료에서는 나타나지 않았다.

4) TEM 분석

실시예 1에 따른 팽이버섯을 충분히 세정하고 조각으로 자른 후, 실온에서 0.1M 인산완충액(pH 7.2)에 용해된 2.5% 글루타르알데히드에 고정시켰다. 그후, 상기 시료를 2% 오스뮴 사산화물에서 후고정시킨 후, 단계별 에탄올 농도에서 탈수시키고 에폭시 수지에 박았다. RMC MT-X 마이크로톰을 이용하여 균사체를 박막 절편(~ 60 nm)으로 자르고, TEM 분석을 위해 Cu-담지 그리드 상에 모았다. 팽이버섯 균사체 내에 축적된 금나노입자의 정확한 위치와 크기는 80 kV의 가압전압에서 TEM(Hitachi; Model H7600)을 이용하여 관찰하였다. 그 결과, 도 3과 같이 균사체의 내세포벽 상에서 몇 나노미터에서 20 nm 사이의 입자 범위를 갖는 압도적인 구형 금나노입자의 세포내 분포를 확인할 수 있었다.

5) 유도결합 플라즈마 광학분광광도(ICP-OES) 분석

실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체 내에 축적된 금의 농도는 ICP-OES(Perkin Elmer, Model: Optima 8300)를 이용하여 평가하였다. 금나노입자로서 금 이온의 축적은 배양 1시간 이내에 시작되어 12시간 후에 최대치를 나타내었다. 도 4와 같이 5 mM 사염화금산 수용액과 반응할 때, 축적된 금의 농도가 64.4 내지 330.5 mg/Kg DW이었다.

6) X선 회절(XRD) 분석

실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체의 결정구조 및 격자의 세포 파라미터에 대한 정보를 얻기 위해, Cu Kα1 (λ = 1.54178 Å)을 갖는 분말 XRD (PANalytical X'pert PRO MPD)를 이용하여 분석을 수행하였다. 도 5와 같이, XRD 패턴은 2θ 값이 각각 38.79, 45.04, 65.15, 78.23, 82.2일 때 피크를 갖는 결정성 금나노입자의 형성을 확인할 수 있었으며, 이는 면심 입방구조(fcc) 금의 (111), (200), (220), (311) 및 (222)의 Bragg 반사에 대응한다.

7) UV-Vis 분광 분석

UV-Vis 분광 분석은 나노입자의 형상과 안정성을 검토하기 위한 중요한 기술로서, 실시예 1에 따른 팽이버섯 균사체의 박막의 UV-Vis 분광 분석을 Beckman Coulter (Model: DU-730)을 이용하여 수행하였다. 그 결과, 도 6과 같이 금나노입자에 관한 특징인 577 nm에서 중심에 표면 플라즈마 밴드(SPB)를 나타내었고, 단일 SPR의 존재는 구형 금나노입자의 존재를 암시한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (6)

1. 팽이버섯(Flammulina velutipes)을 세정하는 단계;
   상기 세정된 팽이버섯(Flammulina velutipes)을 2mM 내지 5mM의 농도의 사염화금산(HAuCl₄) 수용액에서 20 내지 25℃의 온도에서 12 내지 18시간 동안 침지시키는 단계; 및
   상기 팽이버섯 균사체 내부에서 평균 직경이 5 내지 20nm인 금나노입자가 형성되는 단계
   를 포함하는, 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 금나노입자의 형성은 팽이버섯 균사체의 색상 변화를 통해 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는, 팽이버섯을 이용한 금나노입자의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제

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