KR101544261B1 - Sulfonated polystyrene fluorescent polymers and copper ion sensors using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 술폰화된 폴리스티렌을 형광시키고, 이를 이용하여 구리 이온을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 술폰화된 폴리스티렌을 포함하는 블록 공중합체를 형광시키고, 이를 이용하여 구리 이온을 선택적으로 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체 형광제를 포함하는 형광체를 제공한다.
본 발명에 의해서 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록 공중합체를 기반으로 하는 새로운 형광제가 제시되었다. 본 발명에 따른 형광제는 다양한 방법을 통해서 필요에 따라 형광 파장과 강도를 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 형광제는 라벨이 필요하지 않으며, 이에 따라 라벨의 부착에 따른 응집과 소광 문제를 나타내지 않는다.
본 발명에 따른 형광제는 특별히 구리 이온과 선택적으로 결합하여 형광 특성이 변함으로써 라벨없이도 구리 이온을 효과적으로 감지, 측정할 수 있는 새로운 센서로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 다른 형광제는 다양한 형태로 존재할 수 있어, 다양한 발광 디바이스에 사용될 수 있다.
The present invention relates to a method for measuring a copper ion by fluorescence of sulfonated polystyrene and more particularly to a method for fluorinating a block copolymer containing a sulfonated polystyrene, And more particularly, to a method and an apparatus for measurement.
The present invention provides a fluorescent material comprising a block copolymer fluorescent material comprising a sulfonated polystyrene block.
A novel fluorophore based on a block copolymer comprising a sulfonated polystyrene block has been proposed by the present invention. The fluorescent material according to the present invention can control the fluorescence wavelength and intensity according to necessity through various methods. The fluorescent material according to the present invention does not require a label and therefore does not exhibit cohesion and quenching problems due to the adherence of the label.
The fluorescence agent according to the present invention can be utilized as a new sensor capable of effectively detecting and measuring copper ions without labeling due to the selective binding of copper ions to fluorescence properties.
Further, the fluorescent agent according to the present invention may exist in various forms and can be used in various light emitting devices.

Description

술폰화된 폴리스티렌 형광체 및 이를 이용한 구리이온센서{SULFONATED POLYSTYRENE FLUORESCENT POLYMERS AND COPPER ION SENSORS USING THEREOF} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a sulfonated polystyrene fluorescent substance, and a copper ion sensor using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 술폰화된 폴리스티렌을 형광시키고, 이를 이용하여 구리 이온을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 술폰화된 폴리스티렌을 포함하는 블록 공중합체를 형광시키고, 이를 이용하여 구리 이온을 선택적으로 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring a copper ion by fluorescence of sulfonated polystyrene and more particularly to a method for fluorinating a block copolymer containing a sulfonated polystyrene, And more particularly, to a method and an apparatus for measurement.

발광물질(light-emitting materials)은 최근 몇 십년간 전자기기(디스플레이, 광전지(photovoltaic cell))에서부터 화학·생물학적 센서에 이르는 넓은 분야에 걸쳐 많은 관심을 받아오고 있다. Light-emitting materials have received much attention in recent decades, from electronics (displays, photovoltaic cells) to chemical and biological sensors.

공액 고분자(Conjugated polymers) 또한 발광물질의 한 범주이며, 최근의 공액 고분자 분야에서의 발전은 다양한 용매에서도 녹을 수 있는 발광 고분자(light-emitting polymers)를 얻을 수 있게 되었으며, 이를 통해 저렴한 비용으로도 큰 스케일의 디바이스 제작을 가능하게 하는 용액상 가공(solution processability)을 할 수 있게 되었다. Conjugated polymers are also a category of luminescent materials, and recent developments in the field of conjugated polymers have led to the development of light-emitting polymers that can be dissolved in a variety of solvents, Solution processability that enables the fabrication of scale devices.

이러한 공액 고분자를 화학적 센서(chemical sensors)로 이용하여 수용액 상에서의 중금속 이온을 검출하는 방법들이 개발되고 있다. 공액 고분자 기반의 빠른 검출속도(fast response time), 타켓 이온에 대한 높은 선택적 인지능력(selective recognition)을 보이는 효율적인 센서를 발전시키기 위한 광범위한 연구가 현재까지 이루어져 오고 있다. Methods for detecting heavy metal ions in an aqueous solution using such conjugated polymers as chemical sensors have been developed. Extensive research has been conducted to develop an efficient sensor that exhibits a fast response time based on a conjugated polymer and a highly selective recognition of target ions.

공액 고분자에 이온성 성분, 예를 들어 carboxylates, sulfonates, 그리고 quaternary ammonium salts들을 도입해 공액고분자의 센서 효율을 향상시킬 수가 있다. 하지만 이러한 기능성 공액 고분자들은 수용액상 혹은 필름 상태에서 발색단(chromophores)들이 응집(aggregation)하여 일어나는 자기소광(self-quenching) 혹은 분자간 에너지 전달(intermolecular energy transfer)로 인해 발광 효율이 종종 낮게 나타나게 된다. By introducing ionic components such as carboxylates, sulfonates, and quaternary ammonium salts into the conjugated polymer, the sensor efficiency of the conjugated polymer can be improved. However, such functional conjugated polymers often exhibit low luminous efficiency due to self-quenching or intermolecular energy transfer caused by aggregation of chromophores in an aqueous liquid or film state.

이에 따라, 비공액 고분자(non-conjugated polymers)를 이용한 새로운 화학적 센서에 대한 요구가 계속되고 있으며, 특히, 고분자 응집에 의한 자기소광 효과를 극복하기 위해서 라벨 없는(label-free) 비정질, 비공액, 발광성 고분자(non-conjugated amorphous light emitting polymers)에 대한 요구가 계속되고 있다. Accordingly, there is a continuing need for new chemical sensors using non-conjugated polymers. In particular, to overcome self-extinguishing effects by polymer aggregation, label-free amorphous, non-conjugated, There is a continuing need for non-conjugated amorphous light emitting polymers.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 새로운 비공액, 비정질, 발광성 고분자를 이용한 형광체를 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a phosphor using a new non-conjugated, amorphous, and luminescent polymer.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 이온성 성분의 도입으로 인한 응집과 이로 인한 자기소광 효과를 방지할 수 있는 새로운 형광체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel phosphor capable of preventing flocculation due to introduction of an ionic component and self-quenching effect due to the flocculation.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 물에 녹아 용액 공정이 가능한 새로운 형광체를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a novel phosphor capable of being dissolved in water to perform a solution process.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 구리 이온에 선택적으로 반응할 수 있는 새로운 발광성 고분자를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel luminescent polymer capable of selectively reacting with copper ions.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체 형광제를 포함하는 형광체를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a fluorescent material comprising a block copolymer fluorescent substance comprising a sulfonated polystyrene block.

본 발명에 있어서, 상기 술폰화된 폴리스티렌 블록은 하기와 같은 화학식으로 표현될 수 있다. In the present invention, the sulfonated polystyrene block can be represented by the following formula.

Figure 112013053598817-pat00001
Figure 112013053598817-pat00001

여기서, n은 블록 공중합체의 폴리스티렌 블록에서 반복단위인 스티렌의 중합도이며, 바람직하게는 10~500, 보다 바람직하게는 50~200이며, 상기 x는 정수이며, (x/n)*100으로 표현되는 술폰화도는 1~99, 바람직하게는 50~90이다. Here, n is the degree of polymerization of styrene which is a repeating unit in the polystyrene block of the block copolymer, preferably 10 to 500, more preferably 50 to 200, and x is an integer, expressed as (x / n) * 100 The degree of sulfonation is from 1 to 99, preferably from 50 to 90.

본 발명에 있어서, 블록공중합체는 di-블록공중합체, 또는 tri-블록공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 친수성인 술폰화된 폴리스티렌 블록들이 자기조립될 수 있도록, 술폰화된 폴리스티렌 블록과 소수성 블록으로 이루어진 블록 공중합체인 것이 바람직하다.In the present invention, the block copolymer may be a di-block copolymer or a tri-block copolymer, and preferably a sulfonated polystyrene block and a hydrophobic block such that hydrophilic sulfonated polystyrene blocks can self- Is preferable.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 블록공중합체는 하기 화학식(2)로 표현될 수 있으며, In the practice of the present invention, the block copolymer may be represented by the following formula (2)

Figure 112013053598817-pat00002
Figure 112013053598817-pat00002

여기서, n은 블록 공중합체의 폴리스티렌 블록에서 반복단위인 스티렌의 중합도이며, 바람직하게는 10~500, 보다 바람직하게는 50~200의 정수이며, 상기 x는 정수이며, (x/n)*100으로 표현되는 술폰화도는 1~99, 바람직하게는 50~90이며, m은 메틸부틸렌의 중합도이며, 바람직하게는 10~500, 보다 바람직하게는 50~200의 정수이다.Here, n is the degree of polymerization of styrene which is a repeating unit in the polystyrene block of the block copolymer, preferably 10 to 500, more preferably 50 to 200, and x is an integer of (x / n) * 100 Is in the range of 1 to 99, preferably 50 to 90, and m is the degree of polymerization of methylbutylene, preferably 10 to 500, and more preferably 50 to 200. [

본 발명에 따른 블록 공중합체는 자외선을 흡수하여 가시광선, 바람직하게는 푸른색에서 녹색의 형광을 나타낸다. 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 비발광 (non-luminescent)성 비정질(amorphous) 폴리스티렌(polystyrene, PS)이, 그 벤젠링의 para-위치에 술폰산 작용기(sulfonic acid group)를 도입되면서, PS의 벤젠 링(benzene ring)과 술폰산 사이에 반결합(anti-bonding)이 형성되기 때문이다. The block copolymer according to the present invention absorbs ultraviolet light and exhibits green fluorescence in visible light, preferably blue. Although not to be bound by theory, it is believed that non-luminescent amorphous polystyrene (PS) can be converted to a benzene ring of PS (s) by introducing a sulfonic acid group at the para- benzene ring) and sulfonic acid (anti-bonding).

본 발명에 있어서, 상기 형광체는 용액, 박막, 또는 벌크상과 같이 다양한 형태로 존재할 수 있다. In the present invention, the phosphor may exist in various forms such as a solution, a thin film, or a bulk phase.

본 발명에 있어서, 용액형 형광체는 본 발명에 따른 형광제를 용매로 용해시킨 것으로서, 본 발명에 따른 블록 공중합체를 녹일 수 있는 용매, 바람직하게는 극성 용매, 더욱 바람직하게는 물을 포함하는 용매에 용해시킨 것이며, 낮은 농도, 예를 들어 0.1~5 중량%, 바람직하게는 1 중량%의 농도에서 형광특성을 발현할 수 있다.In the present invention, the solution type fluorescent substance is obtained by dissolving the fluorescent substance according to the present invention in a solvent, and is a solvent capable of dissolving the block copolymer according to the present invention, preferably a polar solvent, more preferably water , And can exhibit fluorescence properties at a low concentration, for example, a concentration of 0.1 to 5% by weight, preferably 1% by weight.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 다양한 방법에 의해서 형광되는 파장을 조절할 수 있다.In the present invention, the fluorescent agent can control the wavelength to be fluoresced by various methods.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 블록 공중합체의 가교를 통해서 형광되는 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 가교는 광가교에 의해서 이루어질 수 있으며, 블록 공중합체가 용액에 녹을 수 있는 범위에서 이루어질 수 있다. 바람직하게는 0.1~1.0 % 범위의 가교도에서 효과적으로 형광 파장이 블루에서 녹색으로 변화될 수 있다. In the present invention, the fluorescent agent can change the fluorescence wavelength through crosslinking of the block copolymer. The crosslinking may be carried out by photo-crosslinking, and may be carried out in such a range that the block copolymer can be dissolved in the solution. Preferably, the fluorescence wavelength can be effectively changed from blue to green at a degree of crosslinking ranging from 0.1 to 1.0%.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 분자량의 조절을 통해서 형광 파장을 조절할 수 있다. 바람직하게는 부분적으로 술폰화된 폴리스티렌 블록의 분자량의 조절을 통해서, 분자량의 증가에 따라 형광 파장의 피크에서 블루시프트가 일어나게 된다. In the present invention, the fluorescent material can control the fluorescence wavelength by controlling the molecular weight. Preferably, through the control of the molecular weight of the partially sulfonated polystyrene block, a blue shift occurs at the peak of the fluorescence wavelength as the molecular weight increases.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 술폰화도의 조절을 통해서 형광 파장을 조절할 수 있다. 바람직하게는 술폰화도의 증가를 통해서 형광 파장의 피크에서 레드시프트가 일어날 수 있다. In the present invention, the fluorescent material can control the fluorescence wavelength by controlling the degree of sulfonation. Redshift may occur at the peak of the fluorescence wavelength, preferably through an increase in the degree of sulfonation.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 자기조립을 통해서 형광 특성을 변화시킬 수 있다. 바람직하게는 블록 공중합체를 코어-쉘 형태로 조립하여 형광 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 코어-쉘 형태로의 조립은 용매의 극성 조절을 통해서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 술폰화된 폴리스티렌 블록이 코어를 형성하도록 비극성 용매, 예를 들어 톨루엔을 사용할 경우, 술폰화된 폴리스티렌 블록이 나노스케일 영역에 격리됨으로써 형광 양자 효율이 최대화될 수 있다. In the present invention, the fluorescent agent can change the fluorescence property through self-assembly. Preferably, the block copolymer can be assembled into a core-shell form to improve the fluorescence property. The assembly into the core-shell form can be accomplished through the control of the polarity of the solvent, and preferably when a non-polar solvent such as toluene is used to form the core of the sulfonated polystyrene block, By being isolated in the scale region, the fluorescence quantum efficiency can be maximized.

본 발명에 있어서, 상기 형광제는 용액, 코팅막, 또는 벌크상, 예를 들어 프리스텐딩 막을 형성할 수 있다. In the present invention, the fluorescent agent may form a solution, a coating film, or a bulk phase, for example, a pre-stained film.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 용액은 형광제를 다양한 용매에 녹여서 제조할 수 있으며, PSS-b-PMB 블록공중합체의 경우 양친성 특성으로 인해, 물, 메탄올과 같은 극성용매, 테트라하이드로퓨란과 같은 중성 용매, 톨루엔과 같은 무극성 용매에 다양하게 용해될 수 있다. In the practice of the present invention, the solution can be prepared by dissolving the fluorescent agent in various solvents. In the case of the PSS-b-PMB block copolymer, water, a polar solvent such as methanol, tetrahydrofuran It can be dissolved in various solvents such as neutral solvents and non-polar solvents such as toluene.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 막 또는 코팅막은 형광제 용액을 용액 가공하여 형성할 수 있으며, 일 예로 마이크로모델링을 이용한 모세관법으로 마이크로 패턴된 표면을 제작할 수 있다. 본 발명의 다른 실시에 있어서, 상기 형광제는 자기 소광이 없어 벌크상, 예를 들어 프리스텐팅막 형태에서 형광되어 발광될 수 있다. In the practice of the present invention, the film or the coating film can be formed by solution processing of the fluorescent agent solution, and the micropatterned surface can be produced by a capillary method using, for example, micromolding. In another embodiment of the present invention, the fluorescent agent can be emitted by being fluorescent in a bulk state, for example, in the form of a pre-stenting film, without self extinguishing.

본 발명은 일 측면에서, 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체에 광을 조사하여 형광시키는 방법을 제공한다. In one aspect, the present invention provides a method of irradiating a block copolymer containing a sulfonated polystyrene block with light to perform fluorescence.

본 발명은 다른 일 측면에서, 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체 형광제 용액을 이용하여 선택적으로 구리이온을 측정하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 블록 공중합체는 구리이온(Cu2+)을 감지하는 능력을 가지며, Cu2 + 이온의 경우, 폐수하천에 있는 주된 오염물질이고, 몸속에 과량이 존재할 경우 두뇌, 간, 중추신경계에 심각한 손상을 야기할 수 있는 물질이다. 본 발명에 따른 센서는 수용액 상에서 다른 금속 이온들의 심각한 방해 없이 ppb 레벨의 검출한계로 1분 안에 Cu2 + 를 검출해낼 수가 있다. In another aspect, the present invention provides a method for selectively measuring copper ions using a solution of a block copolymer fluorophore comprising a sulfonated polystyrene block. The block copolymer according to the present invention has the ability to detect copper ions (Cu 2+ ), and in the case of Cu 2 + ions, it is the main pollutant in the wastewater stream. When the excess is present in the body, It is a substance that can cause serious damage to the product. Sensor according to the present invention is the detection limit of ppb level without significant interference from other metal ions in an aqueous solution do not detect the Cu 2 + in one minute.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 형광제 용액은 블록 공중합체를 1x10-3 ~ 5x10-3 중량%의 농도로 묽게 희석하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 물에 용해시켜 제조할 수 있다. 상기 형광제 용액에 40 μM 이하의 구리이온을 선택적으로 측정할 수 있으며, 구리의 존재에 의해서 형광 강도가 줄어들게 된다. In the practice of the present invention, the fluorescent agent solution may be prepared by diluting the diluted block copolymer at a concentration of 1x10 -3 ~ 5x10 -3% by weight, preferably may be prepared by dissolving in water. Copper ions of 40 μM or less can be selectively measured in the fluorescent agent solution, and the fluorescence intensity is reduced by the presence of copper.

본 발명에 의해서 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록 공중합체를 기반으로 하는 새로운 형광제가 제시되었다. 본 발명에 따른 형광제는 다양한 방법을 통해서 필요에 따라 형광 파장과 강도를 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 형광제는 라벨이 필요하지 않으며, 이에 따라 라벨의 부착에 따른 응집과 소광 문제를 나타내지 않는다. A novel fluorophore based on a block copolymer comprising a sulfonated polystyrene block has been proposed by the present invention. The fluorescent material according to the present invention can control the fluorescence wavelength and intensity according to necessity through various methods. The fluorescent material according to the present invention does not require a label and therefore does not exhibit cohesion and quenching problems due to the adherence of the label.

본 발명에 따른 형광제는 특별히 구리 이온과 선택적으로 결합하여 형광 특성이 변함으로써 라벨 없이도 구리 이온을 효과적으로 감지, 측정할 수 있는 새로운 센서로 활용될 수 있다. The fluorescence agent according to the present invention can be utilized as a new sensor capable of effectively detecting and measuring copper ions without labeling due to the selective binding of copper ions to fluorescence properties.

또한, 본 발명에 다른 형광제는 다양한 형태로 존재할 수 있어, 다양한 발광 디바이스에 사용될 수 있다. Further, the fluorescent agent according to the present invention may exist in various forms and can be used in various light emitting devices.

도 1은 (a) partially sulfonated poly(styrene) (PSS) 단일고분자와 partially sulfonated poly(styrene-b-methylbutylene) (PSS-PMB) 블록 공중합체의 분자 구조식이며, 수용액 상에서의 (b) 1 wt% S59(82) 와 (c) 1 wt% S50MB73(66) 의 자외선-가시광선 흡수 스펙트라(UV-vis absorption spectra) (점선) 와 형광 발광 강도(실선, 330 nm 로 여기시킴). 365 nm의 자외선 빛을 조사하여 촬영한 용액의 사진 또한 삽화사진으로 실었다.
도 2는 density functional theory 를 이용한 ab initio 계산법을 통해 계산된 (a) styrene 과 (b) sulfonated styrene 의 HOMO and LUMO 형태임.
도 3은 (a) 서로 다른 중합도, (b) 서로 다른 설포네이션 레벨(SL)을 가지는 1 wt% SnMBm(SL) 블록 공중합체 수용액의 정규화된(normalized) 형광 강도들의 분광학적 peak 이동을 보여주고 있다. (c) 가교되지 전(실선, 330 nm로 여기시킴)과 가교시킨 후(점선, 390 nm로 여기시킴)의 1 wt% S50MB73(66) 공중합체 수용액의 정규화된(Normalized) 형광 강도이다.
도 4는 (a) 다양한 용매에서의 1 wt% S89MB130(49)의 형광 양자 수율. 서로 다른 형태의 마이셀 형태가 삽화그림으로 함께 실려 있다. (b) 용매에 따른 마이셀의 서로 다른 core-shell 형태를 확인하기 위한, THF/toluene, MeOH/water 용액 내 마이셀의 TEM 이미지.
도 5는 가교되지 않은(파랑) S50MB73(66) 공중합체와 가교된(초록) S50MB73(66) 공중합체의 마이크로패터닝된 표면들을 LED 조명에 비추어서 촬영한 형광 현미경 이미지. 내부 사진은 가교되지 않은 S50MB73(66) 공중합체의 500 ㎛ 두께의 일반막(free-standing membrane) 상태에서의 형광을 보여준다.
도 6은 (a) 다양한 농도의 Cu2 + 이온을 첨가함에 따라 보이는 0.002 wt% S50MB73(66) 수용액의 형광 소광 현상(330 nm에서 여기시킴). 비교를 위하여 내부 피겨에 S59(82) 수용액에서의 결과를 실음. (b) 피겨 안에 나타낸 Cu2 + 이온의 특정 양을 넣음에 따라서 나타나는 단계적인 센싱 신호 변화. (c) 금속 이온 농도를 20 μM으로 고정시켰을 때, 센서의 I 0 /I 에 대한 다른 여러가지 금속 이온들의 효과. Cu2+ 이온농도 0~40 μM 에서의 I 0 /I 값과 Cu2 + 농도 간에 보이는 Stern-Volmer plot 의 선형 관계를 삽화로 실음.
도 7은 발광 PSS-PMB 블록 공중합체 전해질의 Cu2 + 이온 센싱에 대한 메커니즘을 설명하는 모식도. 수용액 안에서 PMB가 core에 위치하고 음전하를 띄는 PSS가 shell에 구성되는 구형의 마이셀은, Cu2 + 이온에 대해 적절한 공간적인 매치를 이루게 하고, 술폰산 이온과의 높은 결합 친화도를 통한 Cu2 + 이온과의 빠른 충돌속도를 가진다.
1 is a molecular structural formula of a partially sulfonated poly (styrene) (PSS) homopolymer and partially sulfonated poly (styrene-b-methylbutylene) (PSS-PMB) block copolymer, UV-vis absorption spectra (dotted line) and fluorescence intensity (solid line, excited at 330 nm) of S 59 (82) and (c) 1 wt% S 50 MB 73 (66). The photograph of the solution photographed by irradiating ultraviolet light of 365 nm was also shown in the picture.
Figure 2 is a graphical representation of the density functional theory Ab (a) HOMO and LUMO forms of (a) styrene and (b) sulfonated styrene calculated by initio calculation.
3 shows spectroscopic peak shifts of normalized fluorescence intensities of (a) different polymerization degrees, (b) a 1 wt% S n MB m (SL) block copolymer aqueous solution having different sulfonation levels (SL) Respectively. (c) normalized fluorescence intensity of a 1 wt% S 50 MB 73 (66) copolymer aqueous solution after cross-linking (excited at 390 nm with a solid line, excited at 330 nm) to be.
Figure 4 shows (a) the fluorescence quantum yield of 1 wt% S 89 MB 130 (49) in various solvents. Different types of micelles are shown in the illustrations. (b) TEM image of micelles in THF / toluene and MeOH / water solution to determine the different core-shell morphology of the micelles according to the solvent.
Figure 5 is a fluorescence microscope image of micro-patterned surfaces of a non-crosslinked (blue) S 50 MB 73 (66) copolymer and a crosslinked (green) S 50 MB 73 (66) copolymer in a LED illumination. The internal photograph shows fluorescence in the free-standing membrane state of a 500 탆 thick S 50 MB 73 (66) copolymer that is not crosslinked.
Figure 6 shows (a) fluorescence quenching (excitation at 330 nm) of an aqueous solution of 0.002 wt% S 50 MB 73 (66) as evidenced by the addition of various concentrations of Cu 2 + ions. For the sake of comparison, the internal figure shows the result in the aqueous S 59 (82) solution. (b) a stepwise change in the sensing signal as the specific amount of Cu 2 + ions shown in the figure is entered. (c) The effect of various other metal ions on I 0 / I of the sensor when the metal ion concentration is fixed at 20 μM. Volumetric plot of Stern-Volmer plot between I 0 / I and Cu 2 + concentrations at Cu 2+ ion concentration 0-40 μM.
7 is a schematic view illustrating a mechanism for Cu 2 + ion sensing of a light emitting PSS-PMB block copolymer electrolyte. Spherical micelles PMB is located in the core in an aqueous solution striking the negative PSS is composed of a shell is, Cu 2 + led to appropriate spatial match for the ion, and sulfonate ion and a high binding affinity of Cu 2 + ions and with the Of the collision speed.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아님을 유념하여야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. It should be noted that the following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예 Example

발광 고분자 전해질의 합성.Synthesis of Emissive Polymer Electrolyte.

한 세트의 poly(styrene-b-methylbutylene) (PS-PMB) 블록 공중합체들은, styrene과 isoprene의 순차적인 음이온 중합과, 이후의 선택적인 isoprene 유닛의 수소첨가(hydrogenation) 반응을 통해 합성하였다. A set of poly (styrene-b-methylbutylene) (PS-PMB) block copolymers were synthesized by sequential anionic polymerization of styrene and isoprene followed by hydrogenation of an optional isoprene unit.

PS-PMB 공중합체의 분자량과 분자량 분산도(molecular weight distribution)는 1H-핵자기공명(1H Nuclear Magnetic Resonance, 1H-NMR, Bruker AVB-300)과 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC, Waters Breeze 2 HPLC)를 통해 확인하였다. The molecular weight and molecular weight distribution of PS-PMB copolymer also (molecular weight distribution) is 1 H- nuclear magnetic resonance (1 H Nuclear Magnetic Resonance, 1 H-NMR, Bruker AVB-300) and gel permeation chromatography (gel permeation chromatography, GPC, Waters Breeze 2 HPLC).

PS-b-PMB 고분자의 polydispersity indices (PIs) 값은 1.05 보다 작았다. PS-PMB 블록 공중합체의 styrene 사슬들은 참조문헌 Kim, S. Y.; Kim, S.; Park, M. J. Enhanced Proton Transport in Nanostsructured Block Copolymer Electrolyte/Ionic Liquid Membrane under Water Free Conditions. Nat . Commun ., 2010, 1:88에 기술되어있는 방법대로 부분적으로 술폰화 시킴으로써 PSS-PMB 블록 공중합체를 얻었다. The polydispersity indices (PIs) of PS-b-PMB polymers were smaller than 1.05. The styrene chains of PS-PMB block copolymers are described in Kim, SY; Kim, S .; Park, MJ Enhanced Proton Transport in Nanostructured Block Copolymer Electrolyte / Ionic Liquid Membrane under Water Free Conditions. Nat . Commun . , 2010 , 1:88. The PSS-PMB block copolymer was obtained by partial sulfonation.

Partially sulfonated polystyrene (PSS) 단일고분자는, 음이온 중합을 통해 PIs 값이 1.02보다 작게 합성된 PS 단일고분자를 술폰화시켜서 합성하였다. 각 샘플의 설포네이션 레벨(SL)은 반응 시간을 조절하여 다양하게 하였다.Partially sulfonated polystyrene (PSS) single polymers were synthesized by sulfonation of PS monomers synthesized with anions of PIs less than 1.02 through anionic polymerization. The sulphonation level (SL) of each sample was varied by adjusting the reaction time.

형광 특성의 측정.Measurement of fluorescence properties.

PSS 일반고분자와 PSS-PMB 블록 공중합체의 UV-visible spectra는 Agilent 8453 UV-visible spectrophotometer 기기를 이용하여 측정하였다. 고분자 용액의 형광 스펙트라는 QuantaMasterTM40 fluorescence spectrometer 를 이용해 측정하였고, 패터닝된 박막의 형광 현미경 이미지는 LED 조명 아래에서 ZEISS Axioplan 2를 이용해 촬영하였다.
The UV-visible spectra of the PSS general polymer and the PSS-PMB block copolymer were measured using an Agilent 8453 UV-visible spectrophotometer. Fluorescence spectra of the polymer solution were measured using a QuantaMaster TM40 fluorescence spectrometer. Fluorescence microscopy images of the patterned thin films were taken using ZEISS Axioplan 2 under LED illumination.

모폴로지Morphology (( MorphologyMorphology ) 분석) analysis

PSS-PMB 블록 공중합체 용액의 마이셀 형태는 X-선 소각산란법(synchrotron small angle X-ray scattering, SAXS)과 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM), 그리고 동적 광산란법(dynamic light scattering, 기기모델Zetasizer, Nano-ZS) 실험결과를 조합하여 조사하였다. SAXS 실험은 Pohang Accelerator Light Source (PAL) 의 4C 빔라인에서 MAR345 imaging plate detector 를 이용해 수행하였다. 입사되는 X-ray 빔의 파장(λ)은 0.15 nm (△λ/λ= 10-4) 이고, 샘플과 디텍터 간 거리는 2.0 m 로, 0.1~2.0 nm-1 범위의 scattering wave vector q (q = 4πsin(θ/2)/λ, 여기서 θ 는 산란각) 값들을 얻었다. TEM 그리드 위에 drop-coated 된 샘플의 TEM 이미지들은 Hitach H-800 microscope 을 100 kV 에서 사용해 얻었다. 샘플의 전기적 대조 및 명암은, ruthenium tetroxide (RuO4) 증기에 50분간 샘플을 노출시켜 염색하는 방법으로 향상시켰다.
The micellar morphology of the PSS-PMB block copolymer solution was analyzed by synchrotron small angle X-ray scattering (SAXS), transmission electron microscopy (TEM), and dynamic light scattering Model Zetasizer, Nano-ZS). SAXS experiments were performed using the MAR345 imaging plate detector in a 4C beamline of the Pohang Accelerator Light Source (PAL). Wavelength (λ) of the X-ray beam is incident is 0.15 nm (△ λ / λ = 10 -4) , and the sample and the distance between the detectors by 2.0 m, 0.1 ~ 2.0 nm in the range -1 scattering wave vector q (q = 4? Sin (? / 2) /?, Where? Is the scattering angle). TEM images of drop-coated samples on a TEM grid were obtained using a Hitach H-800 microscope at 100 kV. The electrical contrast and contrast of the samples were improved by staining the samples exposed to ruthenium tetroxide (RuO 4 ) vapor for 50 minutes.

광-가교반응(Photo-crosslinking reaction PhotoPhoto -- crosslinkingcrosslinking reactionreaction ))

Sigma-aldrich 에서 benzophenone (99.9% 순도)를 구입하였고, 추가적인 정제과정 없이 사용하였다. Benzophenone 용액과 PSS-PMB 블록 공중합체 용액을 1시간 동안 격렬히 섞고, 그 후 상온, 아르곤(Ar) 가스 하에서 portable germicidal lamp (15 W; G 15 T8 UV-C, Phillips, Holland) 를 이용해 자외선 조사를 하여 PSS 부분의 주사슬 부분을 가교시켰다[Chen, S.-L.; Benziger, J. B.; Bocarsly, A. B.; Zhang, T. Photo-Cross-Linking of Sulfonated Styrene-Ethylene-Butylene Copolymer Membranes for Fuel Cells. Ind . Eng . Chem . Res. 2005, 44, 7701-7705]. 최적의 조사시간은 Fourier Transform InfraRed (FT-IR) 실험을 통해 분석한 가교밀도를 바탕으로 결정하였다.
Benzophenone (99.9% purity) was purchased from Sigma-aldrich and used without further purification. Benzophenone solution and PSS-PMB block copolymer solution were vigorously mixed for 1 hour and irradiated with ultraviolet rays using a portable germicidal lamp (15 W; G 15 T8 UV-C, Phillips, Holland) at room temperature under argon To crosslink the main chain portion of the PSS portion [Chen, S.-L .; Benziger, JB; Bocarsly, AB; Zhang, T. Photo-Cross-Linking of Sulfonated Styrene-Ethylene-Butylene Copolymer Membranes for Fuel Cells. Ind . Eng . Chem . Res . 2005 , 44 , 7701-7705. Optimum irradiation time was determined based on the crosslink density analyzed by Fourier Transform InfraRed (FT-IR) experiments.

금속 이온 검출.Metal ion detection.

NaCl (= 99.0%), KCl (= 99.0%), CaCl2 (= 97.0%), ZnCl2 (= 98.0%), MgSO4·6H2O (= 99.0%), MnCl2·4H2O (= 98.0%), HgCl2 (= 99.5%), Pb(NO3)2 (= 99.0%), CuCl2 (= 98.0%), 그리고 FeCl3 (= 97.0%) 시약들을 Sigma-aldrich 에서 구입하고 추가적인 정제과정 없이 사용하였다. 금속 이온 센싱 실험은, 상온에서 금속 이온들을 여러 가지 농도로 PSS-b-PMB 블록 공중합체 수용액에 주입하면서 변하는 형광 강도(330 nm로 여기시킴)를 관찰하며 수행하였다.
NaCl (= 99.0%), KCl (= 99.0%), CaCl 2 (= 97.0%), ZnCl 2 (= 98.0%), MgSO 4 · 6H 2 O (= 99.0%), MnCl 2 · 4H 2 O (= 98.0%), HgCl 2 (= 99.5%), Pb (NO 3 ) 2 (= 99.0%), CuCl 2 (= 98.0%), and FeCl 3 (= 97.0%) reagents were purchased from Sigma-aldrich and used without further purification. The metal ion sensing experiments were carried out by observing the varying fluorescence intensity (excitation at 330 nm) while injecting metal ions at various temperatures into the PSS-b-PMB block copolymer aqueous solution at room temperature.

발광 radiation 비공액Unofficial 고분자 전해질( Polymer Electrolyte LightLight -- emittingemitting nonnon -- conjugatedconjugated polymer중합체 electrolytes). electrolytes).

도 1a 에 partially sulfonated poly(styrene) (PSS) 단일고분자와 partially sulfonated poly(styrene-b-methylbutylene) (PSS-b-PMB) 블록 공중합체의 분자구조를 보여주고 있다. 공유결합된 소수성의 PMB 사슬들은 수용액 상에서 자기조립된 형태를 만들기 위해 의도된 사슬이다. 고분자의 중합도 (n, m)와 술폰화된 레벨(x/n으로 정의, SL)은, 자기조립되는 구조 조절과 궁극적으론 고분자의 형광특성을 조절하기 위해 다양하게 하였다. 이하, PSS 단일고분자와 PSS-PMB 블록 공중합체를 각각 Sn(SL) 와 SnMBm(SL) 로 나타내겠다. FIG. 1A shows the molecular structure of a partially sulfonated poly (styrene) (PSS) homopolymer and partially sulfonated poly (styrene-b-methylbutylene) (PSS-b-PMB) block copolymer. Covalently bonded hydrophobic PMB chains are chains intended to make self-assembled forms in aqueous solution. The degree of polymerisation (n, m) and the degree of sulfonation (defined as x / n, SL) of the polymer varied to control the self-assembled structure and ultimately to control the fluorescence properties of the polymer. Hereinafter, the PSS single polymer and the PSS-PMB block copolymer are represented by S n (SL) and S n MB m (SL), respectively.

도 1b 와 1c 는 각각 수용액 상에서의 1 wt% S59(82) 와 1 wt% S50MB73(66)의 UV-visible 흡수 스펙트라와(점선) 형광 강도(실선)를 보여준다. 두 샘플의 UV-vis 흡수 스펙트라의 경우 둘 다 대략 330 nm 에서 넓은 흡수대(broad shoulder)가 질적으로 같게 나타났다. 샘플들을 330 nm로 들뜨게 하면(excited) 단일고분자와 블록 공중합체 사이에 뚜렷한 차이가 발생하는데, S50MB73(66)의 경우 392 nm에서 최대 발광을 하는 강한 형광이 보였고, 이에 반해 S59(82)는 385 nm에서 중심을 가지는 매우 약한 형광이 발생하였다. 365 nm의 자외선 램프를 비추어서 찍은 용액의 사진이 각각 도 1b 와 1c 의 내부삽화로 들어가 있는데, 사진에서 또한 S50MB73(66)이 수용액 상에서 더 강렬한 푸른색 형광을 보이고 있다. 수용액 상에서 1 wt% S59(82) 와 1 wt% S50MB73(66)의 형광 양자수율(QY)는 각각 5 %와 26 %로 나타났다. 수용액 상에서 양친매성(amphiphilic) 성질을 갖고 있는 S50MB73(66)의 경우는, 음전하를 띄는 PSS가 shell로 PMB core를 둘러싸고 있는 구형의 마이셀 형태를 갖는다. 동적 광산란(dynamic light scattering, DLS)과 전기영동 실험을 통해 알아본 바, 마이셀의 hydrodynamic radius와 zeta potential은 각각 11.6 nm 와 -65 mV인 것으로 측정되었다. Figures 1b and 1c show UV-visible absorption spectra (dotted line) fluorescence intensities (solid lines) of 1 wt% S 59 (82) and 1 wt% S 50 MB 73 (66) in aqueous solution, respectively. The UV-vis absorption spectra of both samples were qualitatively the same for both broad shoulders at approximately 330 nm. When the samples were excited at 330 nm, there was a significant difference between the homopolymer and the block copolymer. In the case of S 50 MB 73 (66), strong fluorescence with maximum emission at 392 nm was observed, whereas S 59 82) produced very weak fluorescence with center at 385 nm. Photographs of the solutions shot with 365 nm ultraviolet lamps are shown in the internal illustrations of Figures 1b and 1c, respectively. In the photograph, S 50 MB 73 (66) shows more intense blue fluorescence in the aqueous solution. The fluorescence quantum yields (QY) of 1 wt% S 59 (82) and 1 wt% S 50 MB 73 (66) in aqueous solution were 5% and 26%, respectively. In the case of S 50 MB 73 (66), which has amphiphilic properties in aqueous solution, the negatively charged PSS has a spherical micellar form surrounding the PMB core with a shell. As a result of dynamic light scattering (DLS) and electrophoresis experiments, the hydrodynamic radius and zeta potential of micelles were measured to be 11.6 nm and -65 mV, respectively.

비형광(non-fluorescent polymer) 고분자인 PS와 비교시 80 nm에 달하는 뚜렷한 레드시프트(redshift) 픽 이동이 관측되었으며, 도 2에서 보이는 것과 같이, 술폰산과 벤젠 링 사이에 반결합(anti-bonding) 형성이 예상되었다.
A distinct redshift peak shift of up to 80 nm was observed compared to PS, a non-fluorescent polymer. As shown in FIG. 2, anti-bonding between sulfonic acid and benzene ring was observed, .

형광 파장의 조절.Control of fluorescence wavelength.

n, m, 그리고 SL 값을 다양하게 변화시켜 한 세트의 SnMBm(SL) 공중합체들이 합성되었고, 이 공중합체들의 1 wt%의 마이셀 용액의 형광 강도들이 비교 및 실험에 사용되었다. A set of S n MB m (SL) copolymers were synthesized by varying n, m, and SL values, and the fluorescence intensities of 1 wt% of the micelle solution of these copolymers were used for comparison and experiment.

도 3a에 보인 것처럼, SL 레벨을 유지한 채 SnMBm(SL)의 분자량이 증가될수록, 작지만 분명하게 보이는 발광 파장 peak의 blue-shift가 관측되었다. As shown in FIG. 3A, as the molecular weight of S n MB m (SL) increases while maintaining the SL level, a blue-shift of a small but clearly visible emission wavelength peak is observed.

도 3b에서 보인 것처럼, 같은 중합도를 가지는 상태에서 SL 레벨이 증가할수록, 발광파장 peak의 괄목할만한 red-shift가 관측되었다.As shown in FIG. 3B, as the SL level is increased with the same degree of polymerization, a remarkable red-shift of the emission wavelength peak is observed.

도 3c에서 보는 것처럼, 광학적 가교(photo-crosslinking) 반응을 통해 PSS 주사슬(backbone)의 작은 양만(0.5 mol%) 화학적 가교를 시켜 형광 파장을 매우 크게 변화시켰다. 가교반응은 고분자의 용해도나 마이셀 크기를 크게 변화시키지 않으면서 형광색을 파랑색에서 초록색으로 이동시킨다. 가교반응으로 인해 수용액 상에서의 S50MB73(66) 공중합체 형광이 392 nm에서 485 nm로 뚜렷하게 peak가 redshift 한다는 것을 보여주고 있다.
As shown in FIG. 3c, only a small amount (0.5 mol%) of the PSS main chain (backbone) was chemically crosslinked through a photo-crosslinking reaction to change the fluorescence wavelength very greatly. The crosslinking reaction shifts the fluorescence color from blue to green without significantly changing the solubility of the polymer or the size of the micelle. The cross-linking reaction shows that the S 50 MB 73 (66) copolymer fluorescence in aqueous solution redshifts distinctly the peak at 392 nm to 485 nm.

용매와 Solvent and 모폴로지에On morphology 의한 형광 특성 변화 Fluorescence characteristics change due to

형광 강도의 양자수율(QY)은 사용된 용매에 민감하다. 1 wt% S89MB130(49) 용액을 사용하여 얻은 대표적인 데이터들이 도 4a에 나타나 있다. The quantum yield (QY) of fluorescence intensity is sensitive to the solvent used. Representative data obtained using 1 wt% S 89 MB 130 (49) solution are shown in Figure 4A.

THFTHF 용매의 사용 Use of solvents

PSS와 PMB 사슬 모두에 중성용매(neutral solvent)로 작용되어 마이셀을 형성하지 못하게 하는 THF(tetrahydrofuran)를 용매로 사용한 경우에서의 QY 값은 12 % 로서 최소값을 보였다. The QY value was 12% when THF (tetrahydrofuran) was used as a neutral solvent in both PSS and PMB chains to prevent formation of micelles.

THFTHF // TolueneToluene 용매의 사용 Use of solvents

THF에 toluene을 넣은 경우 (50/50 vol%) QY 37 % 의 최대값이 얻어졌다. 이는 toluene이 PSS에 반해 PMB에 높은 선택성을 가지고 있어서, PSS가 core로 가고 PMB가 shell로 둘러싸는 형태의 마이셀이 자발적으로 형성되었기 때문이다. PSS core의 반지름과 PMB shell의 두께가 각각 4.0 nm 와 3.0 nm임을, X-ray 소각산란실험(small angle X-ray scattering, SAXS)의 core-shell form factor 분석과 동적 광 산란(DLS) 실험을 통해 확인하였다.When toluene was added to THF (50/50 vol%), the maximum value of QY of 37% was obtained. This is because toluene has a high selectivity to PMB as compared to PSS, so that PSS is spontaneously formed in the core and PMB is surrounded by shell. The core-shell form factor analysis and dynamic light scattering (DLS) of X-ray small angle X-ray scattering (SAXS) experiments were carried out with PSS core radius and PMB shell thickness of 4.0 nm and 3.0 nm, Respectively.

MethanolMethanol // waterwater ( ( MeOHMeOH // waterwater )용매의 사용) Use of Solvent

마이셀의 구조가 도 4a 안에 삽화되어있다. 고분자는 반경 8.6 nm의 PMB core에 두께 10.0 nm 의 PSS shell 로 구성된 형태의 구형 마이셀을 형성하였다. 이러한 용매에 따른 QY 값의 변화 현상은 최대 형광파장의 위치에는 변화가 없는 것으로 나타났다. The structure of the micelle is illustrated in FIG. 4A. The polymer formed spherical micelles composed of a PSS shell with a thickness of 10.0 nm on a PMB core of 8.6 nm in radius. The change of the QY value according to the solvent showed no change in the position of the maximum fluorescence wavelength.

형태의 변화Change in form

용매에 따른 core-shell 마이셀 형태들은 drop-coated된 샘플의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지 관찰을 통해 확인하였다. 도 4b에 보이는 바와 같이, 균일한 크기의 구형 마이셀 형성이 THF/toluene, MeOH/water 혼합용액 두 경우 모두에서 확인되었다. MeOH/water에선 PSS가 shell에서 나타난 반면에 THF/toluene 에선 PSS가 core로 구성되어 있는 모양으로 두 시스템이 다르게 나타났다. TEM 현미경 사진에선, PMB 영역은 보이지 않고, 오직 PSS 영역만 RuO4 에 의해 염색(staining)되었기 때문에 어둡게 보인다. Core와 shell 영역의 크기에 대해선 TEM과 SAXS 결과들이 잘 일치하였다.
Core-shell micelles according to the solvent were confirmed by transmission electron microscopy (TEM) image observation of drop-coated samples. As shown in FIG. 4B, formation of spherical micelles of uniform size was confirmed in both of THF / toluene and MeOH / water mixed solutions. In the case of MeOH / water, PSS appeared in shell, whereas in THF / toluene, PSS was composed of core. In the TEM micrograph, the PMB area is not visible, only the PSS area is RuO 4 It looks dark because it has been stained by. The TEM and SAXS results agree well with the size of the core and shell regions.

형광 필름의 제조Manufacture of fluorescent film

SnMBm(SL) 공중합체의 뛰어난 용해도와 잘 부러지지 않는다는 장점을 바탕으로, 이 물질을 micromolding을 이용한 모세관법으로 micro-patterned 된 표면을 제작하였다. 이 표면은 샘플 최소량 만으로도 발광 필름을 다양한 디바이스 형태로 디자인할 수 있는 편리하고 경제적인 방법을 제공해 준다. Methanol을 용매로 사용한 1 wt% 의 공중합체 용액을, poly(dimethyl siloxane) 스탬프에 모세관법을 이용하여 통과시켜 만들었다. MB n S m (SL) on the basis of excellent solubility and well not broken advantages of the copolymer, a surface micro-patterned to prepare a material with a capillary method using the micromolding. This surface provides a convenient and economical way to design the luminescent film in a variety of device formats with only a minimal amount of sample. A 1 wt% copolymer solution using methanol as a solvent was made by passing it through a capillary tube to a poly (dimethyl siloxane) stamp.

도 5 에선 LED 조명 아래서 촬영한 패터닝된 표면의 형광 현미경 사진을 보여준다. 푸른색 형광 샘플(가교되지 않은, 330 nm 로 여기시킴(excited))과 초록색 형광 샘플(가교됨, 390 nm 로 여기시킴(excited)) 모두 다양한 크기와 모양의 마이크로패턴이 얻어졌다. Figure 5 shows a fluorescence microscope photograph of the patterned surface taken under LED illumination. Micropatterns of various sizes and shapes were obtained for both blue fluorescent samples (excited at 330 nm, unbridged) and green fluorescent samples (cross-linked, excited at 390 nm).

또한, 도 5에 삽화된 사진에서 볼 수 있듯이, 심지어 500 ㎛ 두께의 일반막(free-standing membranes)에서도 강한 파랑색 형광이 잘 보존되는 결과를 보았다. 따라서, SnMBm(SL) 공중합체의 최종형태에 상관없이, SnMBm(SL) 공중합체의 자기소광 현상은 무시할 수 있다.
In addition, as shown in the photograph shown in Fig. 5, strong blue fluorescence was well preserved even in free-standing membranes with a thickness of 500 mu m. Therefore, regardless of the final form of the S m n MB (SL) copolymers, self-quenching phenomenon of the S m n MB (SL) copolymer is negligible.

라벨 없이 높은 선택성과 빠른 반응 속도를 갖는 High selectivity without labeling and fast reaction rate CuCu 22 ++ 이온 검출. Ion detection.

마지막으로, SnMBm(SL) 공중합체의 10가지 다양한 금속 이온(Na+, K+, Ca2 +, Mg2+, Mn2 +, Zn2 +, Hg2 +, Pb2 +, Cu2 +, Fe3 +)에 대한 센싱 능력을 시험하였다. 아주 극소량의 물질에 대한 높은 민감도(sensitivity)를 입증하기 위해, 물에서 희석시킨(2x10-3 wt%) SnMBm(SL) 공중합체 용액을 사용하였다. Finally, S n MB m (SL) 10 of different metal ions in the copolymer (Na +, K +, Ca 2 +, Mg 2+, Mn 2 +, Zn 2 +, Hg 2 +, Pb 2 +, Cu 2 + , and Fe 3 + ). In order to demonstrate the high sensitivity (sensitivity) for a very small amount of material was used in which (2x10 -3 wt%) S n MB m (SL) copolymer solution diluted in water.

다양한 농도의 금속 이온들을 넣어가면서 용액의 형광 강도를 관찰했을 때, 오직 Cu2 + 이온에서만 뚜렷한 형광신호 변화가 관찰되었다. 도 6a에서 볼 수 있듯이, 2x 10-3 wt% 의 S50MB79(66) 수용액에 Cu2 + 이온을 0 에서 40 μM 까지 넣어감에 따라, 형광 강도는 초기상태 비해 38% 까지 감소해 나갔다. When the fluorescence intensity of the solution was observed while adding various concentrations of metal ions, a distinct fluorescent signal change was observed only in the Cu 2 + ion. As can be seen in FIG. 6A, the fluorescence intensity was reduced by 38% compared with the initial state, as Cu 2 + ions were added to the S 50 MB 79 (66) aqueous solution of 2 x 10 -3 wt% from 0 to 40 μM .

도 6a의 삽화된 피겨에서 볼 수 있듯이, 이러한 거동이 같은 조건의 PSS 단일고분자(S59(82))에선 보이지 않는다는 것이다.
As can be seen from the illustrated figure of Figure 6a, this behavior is not seen in the PSS single polymer (S 59 (82)) under the same conditions.

검출반응 속도Detection reaction rate

도 6b에 나타낸 것처럼, Cu2 + 이온의 타겟 양을 넣어줌에 따라 S50MB79(66) 용액의 센싱 신호가 뚜렷히 단계적으로 변하였고, 여기서 각 단계별 신호 변화가 끝마칠 때까진 채 1분도 소요되지 않았다. I 0 /I 값은 Cu2 + 이온이 존재할 때와 존재하지 않을 때의 형광 강도의 비율을 나타낸다. 본 발명에 따른 Cu2 + 이온 센서는 500 nM(32 ppb에 상응하는 농도)의 낮은 검출 한계를 가지고 있어서, 나노몰에서 마이크로몰 레벨에 이르는 넓은 범위의 농도에서 작동이 가능하다.
As shown in FIG. 6B, as the target amount of Cu 2 + ion was added, the sensing signal of the solution of S 50 MB 79 (66) changed drastically. Here, the signal change of each step was continued for 1 minute It was not. I 0 / I value represents the ratio of fluorescence intensity when Cu 2 + ion is present and when it is not present. The Cu 2 + ion sensor according to the present invention has a low detection limit of 500 nM (concentration corresponding to 32 ppb), enabling operation over a wide range of concentrations from nanomolar to micromolar levels.

선택적 검출 특성Selective detection characteristics

도 6c에서는 Cu2 + 이온에 대한 센서의 라벨표시 없이, 높은 선택적인 센싱 능력이 있다는 것을 나타내고 있다. 농도에 상관없이, 다른 금속 이온들은 고분자의 형광 소광 현상에 대한 뚜렷한 방해를 하지 않는 것으로 나타났다.
6C shows that there is a high selective sensing capability without labeling the sensor for Cu < 2 + & gt ; ions. Regardless of the concentration, other metal ions did not show a clear disturbance to the fluorescence quenching phenomenon of the polymer.

Claims (22)

술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체 형광제를 포함하는 형광체.A fluorescent substance comprising a block copolymer fluorescent substance comprising a sulfonated polystyrene block. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 용액, 박막, 또는 벌크상인 것을 특징으로 하는 형광체.The phosphor according to claim 1, wherein the phosphor is a solution, a thin film, or a bulk phase. 제1항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 자기 조립성인 것을 특징으로 하는 형광체.The phosphor according to claim 1, wherein the block copolymer is self-assembled. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 코어-쉘 형태로 조립되는 것을 특징으로 하는 형광체.The phosphor according to claim 1, wherein the phosphor is assembled in a core-shell form. 제4항에 있어서, 상기 술폰화된 폴리스티렌 블록이 코어를 형성하는 것을 특징으로 하는 형광체.The phosphor according to claim 4, wherein the sulfonated polystyrene block forms a core. 제1항에 있어서, 상기 술폰화된 폴리스티렌 블록은 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 형광체.
Figure 112013053598817-pat00003

여기서, n은 10~500 사이의 정수, 상기 x는 정수이며, (x/n)x100으로 표현되는 술폰화도가 1~99.
The phosphor according to claim 1, wherein the sulfonated polystyrene block is represented by the following formula (1).
Figure 112013053598817-pat00003

Here, n is an integer of 10 to 500, x is an integer, and the degree of sulfonation represented by (x / n) x100 is 1 to 99.
제1항에 있어서, 상기 블록공중합체는 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 형광체.
Figure 112013053598817-pat00004

여기서, n은 10~500 사이의 정수, m은 10~500 사이의 정수, 상기 x는 정수이며, (x/n)x100으로 표현되는 술폰화도가 1~99.
The fluorescent substance according to claim 1, wherein the block copolymer is represented by the following formula (2).
Figure 112013053598817-pat00004

Here, n is an integer of 10 to 500, m is an integer of 10 to 500, x is an integer, and the degree of sulfonation represented by (x / n) x100 is 1 to 99.
제1항에 있어서, 상기 블록공중합체는 부분적으로 술폰화된 폴리스티렌-폴리메틸부틸렌 블록공중합체인 것을 특징으로 하는 형광체. The phosphor according to claim 1, wherein the block copolymer is a partially sulfonated polystyrene-polymethylbutylene block copolymer. 제1항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 가교된 블록공중합체인 것을 특징으로 하는 형광체.The phosphor according to claim 1, wherein the block copolymer is a cross-linked block copolymer. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 형광체에 광을 조사하여 형광시키는 방법.10. A method of irradiating a fluorescent material according to any one of claims 1 to 9 with light to cause fluorescence. 제10항에 있어서, 상기 광은 자외선인 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the light is ultraviolet. 제10항에 있어서, 블록 공중합체의 분자량을 증가시켜 형광을 blue-shift 시키는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the molecular weight of the block copolymer is increased to blue-shift the fluorescence. 제10항에 있어서, 블록 공중합체의 술폰화도를 증가시켜 형광을 red-shift시키는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the degree of sulfonation of the block copolymer is increased to red-shift the fluorescence. 제10항에 있어서, 상기 블록 공중합체를 가교시켜 녹색으로 형광시키는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 10, wherein the block copolymer is crosslinked to fluoresce green. 술폰화된 폴리스티렌 블록을 포함하는 블록공중합체를 포함하는 용액의 형광변화를 감지하여 금속 이온을 측정하는 측정 방법.A method for measuring metal ions by detecting fluorescence change of a solution containing a block copolymer comprising a sulfonated polystyrene block. 제15항에 있어서, 상기 금속 이온은 Cu2 + 인 것을 특징으로 하는 측정 방법.The measuring method according to claim 15, wherein the metal ion is Cu 2 + . 제15항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 코어-쉘 형태로 조립된 것을 특징으로 하는 측정 방법.16. The method of claim 15, wherein the block copolymer is assembled in a core-shell form. 제17항에 있어서, 술폰화된 폴리스티렌 블록이 쉘을 이루는 것을 특징으로 하는 측정 방법.The measuring method according to claim 17, wherein the sulfonated polystyrene block comprises a shell. 제15항에 있어서, 상기 용액은 수용액인 것을 특징으로 하는 측정 방법.The measuring method according to claim 15, wherein the solution is an aqueous solution. 제16항에 있어서, 상기 구리이온의 농도가 ppb 단위의 농도인 것을 특징으로 하는 측정 방법.17. The measuring method according to claim 16, wherein the concentration of the copper ions is in a concentration of ppb. 제 16항에 있어서, 상기 구리이온을 감지해내는 시간이 1분 내인 것을 특징으로 하는 측정 방법.17. The method according to claim 16, wherein the time for detecting the copper ions is within one minute. 제 15항에 있어서, 다양한 금속이온의 공존 하에서 구리이온을 선택적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 측정방법.16. The method according to claim 15, wherein copper ions are selectively detected under the coexistence of various metal ions.
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