KR101792663B1 - Composite of block copolymer and graphene quantum dots, producing method of the same and sensors comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composite of a block copolymer and graphene quantum dots, a manufacturing method thereof and a sensor comprising the same and, more specifically, to a composite of a block copolymer and graphene quantum dots, capable of reversibly and stably responding to the temperature, pH and various metal ions at the same time and easily responding with excellent optical properties by synthesizing a stimuli-responsive block copolymer, a chain transfer agent and graphene quantum dots into a composite, to a manufacturing method thereof and to a sensor comprising the same.

Description

블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 센서{Composite of block copolymer and graphene quantum dots, producing method of the same and sensors comprising the same}[0001] The present invention relates to a composite of a block copolymer and a graphene quantum dot, a method for producing the same, and a sensor including the copolymer and a graphene quantum dot,

본 발명은 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 센서에 관한 것으로, 상세하게는 자극 감응형 블록 공중합체, 사슬 이동제(chain transfer agent) 및 그래핀 양자점을 복합체로 합성한 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot, a method for producing the same, and a sensor including the block copolymer. More particularly, the present invention relates to a composite of a block copolymer, a chain transfer agent and a graphene quantum dot A block copolymer and a graphene quantum dot, a method of manufacturing the same, and a sensor including the same.

형광 물질은 광학 장치에서 화학 및 바이오 센서에 이르기까지 다양하면서 수많은 응용 어플리케이션에 적용하기 위해 주목을 받고 있다. 특히, 서로 다른 자극으로 동시에 감응하는 형광 다기능 센서는 복합적인 환경에서 다양한 자극을 간단하게 감지할 수 있기 때문에 관심을 받고 있다. 일반적으로 상기 센서는 단일 플랫폼 안에서 서로 다른 반응 물질(예를 들어, 자극-반응에 관여하는 저분자, 고분자 또는 무기 입자)들을 통합해서 작동하게 된다.Fluorescent materials, ranging from optical devices to chemical and biosensors, have received attention for application in numerous applications. In particular, a fluorescent multifunctional sensor that simultaneously responds to different stimuli is of interest because it can easily detect various stimuli in a complex environment. In general, the sensors operate in unison with different reactants (e.g., low molecular weight, polymeric or inorganic particles involved in stimulus-response) within a single platform.

그러나, 종래의 센서는 생산공정이 복잡하고 많은 시간과 비용이 소요되며, 센서 물질 자체가 독성을 띄는 경우 문제가 있다. 또한, 저분자와 고분자를 기반으로 하는 수많은 기능성 센서는 수용액 매개체에서 분산력이 떨어져 바이오 분야와 환경 분야에서 응용하기에 제한이 있고, 대부분의 형광 센서는 단일 발광(photoluminescence, PL) 강도 변화에 의해 자극들에 대해 감응을 하며, 감응 효율을 확인하기 위해 값비싼 발광(PL) 감지기가 요구되는 문제가 있다. However, the conventional sensor has a complicated production process, takes a lot of time and cost, and is problematic when the sensor material itself is toxic. In addition, a number of functional sensors based on low molecular weight and high molecular weight polymers have a limited ability to disperse in an aqueous solution medium and are limited in applications in the biotechnology field and the environment, and most fluorescence sensors have stimuli due to a change in photoluminescence (PL) There is a problem in that a costly light emitting (PL) detector is required in order to confirm the efficiency of the response.

나노 크기의 그래핀 유도체인 그래핀 양자점(Graphene Quantum Dots, GQDs)은 양자 구속(quantum confinement) 및 에지 효과(edge effect)에 따른 뛰어난 광학 특성을 가지고 있다. 상기 그래핀 양자점은 입자의 크기, pH 또는 금속 이온의 존재에 의존하여 조정 가능한 발광 특성을 가지고 있어 멀티센싱 플랫폼에 좋은 후보군이다. 또한, 상기 그래핀 양자점의 표면은 산소를 포함하는 작용기(oxygen-containing group)가 존재하여 물에 대한 용해도가 우수하고, 상기 작용기는 표면 개질을 위한 반응 사이트(reactive sites) 역할을 한다. 상기와 같은 그래핀 양자점의 장점에도 불구하고, 그래핀 양자점을 실용화하기 위해서는 아직 실용화와 관련된 여러 제약 사항들을 개선하기 위해 여전히 많은 연구가 필요한 실정이다.Graphene Quantum Dots (GQDs), nano-sized graphene derivatives, have excellent optical properties due to quantum confinement and edge effects. The graphene quantum dot is a good candidate for a multi-sensing platform due to its tunable luminescent properties depending on particle size, pH or the presence of metal ions. In addition, the surface of the graphene quantum dot has an oxygen-containing group, which is excellent in solubility in water, and the functional group serves as a reactive site for surface modification. Despite the advantages of the graphene quantum dot as described above, there is still a need for further studies to improve various practical limitations for practical application of the graphene quantum dot.

대한민국 등록특허 제10-1339403호Korean Patent No. 10-1339403

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 그래핀 양자점와 감응형 블록 공중합체를 합성함으로써, 온도, pH 및 다양한 금속 이온을 동시에 감지할 수 있도록 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 센서를 제공하는 데 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a composite of a block copolymer and a graphene quantum dot capable of simultaneously detecting temperature, pH and various metal ions by synthesizing a graphene quantum dot and a block copolymer, And a sensor including the same.

본 발명은 그래핀 양자점(Graphene Quantum Dots, GQDs)과, 상기 그래핀 양자점에 결합된 사슬 이동제(chain transfer agent)와, 상기 사슬 이동제으로부터 합성된 자극 감응형 고분자 및 상기 자극 감응형 고분자으로부터 합성된 형광 고분자를 포함하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체를 제공한다.The present invention relates to a method for producing a magnetic recording medium which comprises graphene quantum dots (GQDs), a chain transfer agent bound to the graphene quantum dots, a stimulus-sensitive polymer synthesized from the chain transfer agent, And a complex of graphene quantum dot and a block copolymer including a fluorescent polymer.

또한, 상기 형광 고분자는 P7AC인 것을 특징으로 한다.Further, the fluorescent polymer is P7AC.

상기 자극 감응형 고분자는 폴리N-이소프로필아크릴아미드(PNIPAAm), 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(diethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리(N,N-디메틸아크릴아미드)(poly(N,N-dimethylacrylamide)), 폴리(N,N-디에틸아크릴아미드)(poly(N,N-diethylacrylamide)), 폴리(비닐카프로락탐)(poly(vinylcaprolactame)), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리(비닐메틸에테르)(poly(vinylmethylether)), 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트(polyhydroxyethylmethacrylate), 폴리(펜타펩타이드)(Poly(pentapeptide)), 폴리(N-(3-아미노프로필)메타아크릴아미드)( poly(N-(3-aminopropyl)methacrylamide hydrochloride)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 폴리프로필렌(polypropylene)중 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The stimulus-responsive polymer may be selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide (PNIPAAm), poly [2- (dimethylamino) ethyl methacrylate], poly [2- ), Poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (N, N-diethylacrylamide), poly (N, N-diethylacrylamide), poly (vinylcaprolactame), polyethylene oxide, poly (vinylmethylether), polyhydroxyethylmethacrylate For example, polyhydroxyethylmethacrylate, poly (pentapeptide), poly (N- (3-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride)), polyethylene (polyethylene) , Polymethylmethacrylate, and polypropylene. ≪ RTI ID = 0.0 > It characterized in that it comprises at least one emitter which is selected.

또한, 상기 사슬 이동제는 디싸이오카보네이트(dithiocarbonate) 또는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate) 작용그룹(moiety)을 포함하는 것을 특징으로 한다. The chain transfer agent is also characterized in that it contains a dithiocarbonate or trithiocarbonate moiety.

또한, 상기 복합체는 온도, pH 및 금속 이온 중 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 감응하는 것을 특징으로 한다.The complex may be characterized by being responsive to at least one selected from the group consisting of temperature, pH, and metal ion.

또한, 상기 금속 이온은 Ag2+, Cd+, Au3+, Sn2+, Cu2+, Pb2+, Cr3+, Fe3+ 및 Pd2+으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. The metal ions include at least one selected from the group consisting of Ag 2+ , Cd + , Au 3+ , Sn 2+ , Cu 2+ , Pb 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ and Pd 2+ .

또한, 본 발명은 그래핀 양자점과 사슬 이동제(chain transfer agent)를 용해시켜 커플링 반응을 통해 혼합물을 제조하는 단계(S1)와, 상기 혼합물에 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S2) 및 상기 단계(S2)의 중합반응 후 형광 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S3)를 포함하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for preparing a polymer, which comprises the steps of (S1) preparing a mixture through a coupling reaction by dissolving a graphene quantum dot and a chain transfer agent, and adding a polymeric monomer and a free radical initiator to the mixture And a step (S3) of performing a polymerization reaction by adding a fluorescent radical monomer and a free radical initiator after the polymerization reaction in the step (S2) and the step (S2), and a process for producing a complex of a graphene quantum dot .

또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 온도 감응형 센서를 제공한다.The present invention also provides a temperature sensitive sensor including the composite produced by the above production method.

또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 pH 감응형 센서를 제공한다. In addition, a pH-sensitive sensor including the complex produced by the above production method is provided.

또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 금속 이온 감응형 센서를 제공한다.The present invention also provides a metal ion sensitive sensor including the composite produced by the above production method.

상기와 같이 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 센서는 가역적이면서 안정적으로 온도, pH 및 다양한 금속 이온을 동시에 감응하는 효과가 있다.As described above, the complex of the block copolymer and the graphene quantum dot according to the present invention, the method for producing the same, and the sensor including the block copolymer have the effect of reversibly and stably sensing temperature, pH and various metal ions simultaneously.

또한, 본 발명은 눈에 식별되는 형광 색상 변화에 의해 온도, pH 및 다양한 금속 이온을 용이하게 감응하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of easily sensing temperature, pH, and various metal ions due to fluorescence color change that is visually recognized.

아울러, 본 발명의 그래핀 양자점을 기반으로 하는 센서는 접목되는 분자에 따라 다양한 센서로 응용이 가능하며, 광학, 환경 및 바이오 분야에도 다양하게 적용시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the sensor based on the graphene quantum dot of the present invention can be applied to various sensors depending on molecules to be grafted, and is also applicable to various fields such as optical, environmental, and bio.

도 1은 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 합성방법을 나타내는 예시도이다.
도 3은 GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs 및 bcp-GQDs에 대한 TGA 커브이다.
도 4(a)는 GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs 및 bcp-GQDs에 대한 ATR-FTIR 스펙트럼이고, 도 4(b)는 1,500 ~ 1,770 cm-1에서 PNIPAAm-GQDs와 bcp-GQDs에 대한 IR 스펙트럼이며, 도 4(c)는 GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs 및 bcp-GQDs에 대한 S 2p XPS 스펙트럼이다.
도 5는 365 nm UV에서 물에 대한 GQD(a), RAFT-GQD(b), PNIPAAm-GQD(c) 및 bcp-GQD(d)의 PL 스펙트럼과 형광 이미지이다.
도 6은 물에 대한 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 여기상태에 의존하는(excitation-dependent) PL 스펙트럼이다.
도 7은 GQDs(a, d), RAFT-GQDs(b, e), 및 bcp-GQDs(c, f)에 대한 TEM과 AFM 이미지이다.
도 8(a)는 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 온도 변화에 대한 PL 스펙트럼이고, 도 8(b)는 365 nm 파장에서 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 가역성 테스트 그래프이다.
도 9(a)는 25에서 40 ℃ 사이에 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 형광 감쇠의 가역성을 나타내는 그래프이고, 도 9(b)는 온도 감응형으로서 그래핀 양자점(GQDs)과 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 입자 크기에 대한 DLS 분석 그래프이다.
도 10은 25에서 40 ℃ 사이에 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 형광 수명(410 nm emission peak)의 가역성을 나타내는 그래프이다.
도 11(a)는 pH 값에 따른 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 강도 비를 나타내는 그래프이고, 도 11(b)는 25 ℃에서 pH 1 ~ 11에 대한 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 스펙트럼이다.
도 12는 온도와 pH 조건에 따라 물에 용해된 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 스펙트럼이다.
도 13(a)는 100 μM의 Cu2 +와 Fe3 +에 대한 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 스펙트럼이고, 도 13(b)는 100 μM의 금속 이온(Ag2+, Cd+, Au3 +, Sn2 +, Cu2 +, Pb2 +, Cr3 +, Fe3 + 및 Pd2 +)들에 대한 PL 강도의 비를 나타내는 그래프이며, 도 13(c)는 Fe3 +의 농도에 대한 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 스펙트럼이고, 도 13(d)는 Fe3 +의 농도에 대한 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 PL 강도의 비(I505 nm / I410 nm) 그래프이다.
도 14는 금속 이온(Fe3 +)의 유무에 따른 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)에서 그래핀 양자점의 형광 감쇠(fluorescence decay) 그래프이다.
도 15는 온도, pH 및 100 μM의 금속 이온(Cd+, Cu2 +, Cr3 +, Fe3 +)에 따른 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 I505 nm / I410 nm 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention.
Fig. 2 is an illustration showing a method of synthesizing a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention.
3 is a TGA curve for GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs, and bcp-GQDs.
FIG. 4A is an ATR-FTIR spectrum for GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs. FIG. 4B shows IR spectra of PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs at 1,500 to 1,770 cm -1 . FIG. 4 (c) is the S 2p XPS spectrum for GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs.
Figure 5 is a PL spectra and fluorescence image of GQD (a), RAFT-GQD (b), PNIPAAm-GQD (c) and bcp-GQD (d) for water at 365 nm UV.
Figure 6 is an excitation-dependent PL spectrum of a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer and a graphene quantum dot in water according to the present invention.
7 is TEM and AFM images of GQDs (a, d), RAFT-GQDs (b, e), and bcp-GQDs (c, f).
FIG. 8 (a) is a PL spectrum for the temperature change of the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and graphene quantum dot according to the present invention, and FIG. 8 (b) And the graphene quantum dot complex (bcp-GQDs).
9 (a) is a graph showing the reversibility of fluorescence attenuation of a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention between 25 and 40 ° C. FIG. 9 (b) (Bcp-GQDs) of graphene quantum dots (GQDs) and block copolymers and graphene quantum dots according to the present invention.
10 is a graph showing the reversibility of fluorescence lifetime (410 nm emission peak) of a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention at 25 to 40 ° C.
11 (a) is a graph showing a PL intensity ratio of a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer of the present invention and a graphene quantum dot according to pH value, and Fig. 11 (b) (Bcp-GQDs) of the block copolymer and graphene quantum dot of the present invention.
12 is a PL spectrum of a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention dissolved in water according to temperature and pH conditions.
13 (a) is for the Cu 2 + and Fe 3 + of 100 μM And the PL spectra of the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and the graphene quantum dots of the present invention, and FIG. 13 (b) is 100 μM for metal ions (Ag 2+, Cd +, Au + 3, Sn + 2, Cu 2 +, Pb 2 +, Cr 3 +, Fe 3 + , and a graph showing the ratio of PL intensity for the Pd + 2), FIG. 13 (c) is for the concentration of Fe 3 + And the PL spectra of the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and the graphene quantum dots of the present invention, and FIG. 13 (d) is for the concentration of Fe 3 + (I 505 nm / I 410 nm ) of the PL intensity of the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and graphene quantum dot of the present invention.
14 is a fluorescence decay graph of graphene quantum dots in a complex (bcp-GQDs) of a block copolymer and a graphene quantum dot of the present invention depending on the presence or absence of a metal ion (Fe 3 + ).
15 is a temperature, metal ions, pH, and 100 μM (Cd +, Cu 2 +, Cr 3 +, Fe 3 +) in accordance with I 505 of the composite (bcp-GQDs) of the block copolymer and the graphene quantum dots of the present invention nm / I 410 nm graph.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다. 본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 용어는 "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.The term " step "or" step of ~ " used throughout the specification does not mean "step for. Throughout this specification, the terms "A and / or B" mean "A or B, or A and B ".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination thereof" included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체를 제조할 수 있는 방법을 개발하였고, 이러한 방법을 이용하여 제조된 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체는 가역적이면서 안정적으로 온도, pH 및 다양한 금속 이온을 동시에 감응하고, 우수한 광학 특성으로 용이하게 감응할 수 있도록 하는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been accomplished in order to achieve the above technical object and as a result, it has been found that a method for producing a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot has been developed, and a block copolymer and a block copolymer Pin quantum dot is reversibly and stably susceptible to temperature, pH and various metal ions at the same time, and can be easily sensitized with excellent optical properties, thereby completing the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체는 그래핀 양자점(Graphene Quantum Dots, GQDs)과, 상기 그래핀 양자점에 결합된 사슬 이동제(chain transfer agent)와, 상기 사슬 이동제으로부터 고분자 표면성장법(grafting from)으로 합성된 자극 감응형 고분자 및 상기 자극 감응형 고분자으로부터 고분자 표면성장법(grafting from)으로 합성된 형광 고분자를 포함하는 것으로, 상기 그래핀 양자점은 녹색 형광을 발현하며, 상기 형광 고분자는 청색 형광을 발현하는 P7AC(poly(7-(4-(acryloyloxy)butoxy)coumarin))을 포함하되, 상세하게는 상기 형광 고분자는 폴리-7-(4-(아크릴로일옥시)부톡시)쿠마린(P7AC)을 포함한 쿠마린 염료(Coumarin dyes), 플루오론 염료(Fluorone dyes), 옥사진 염료(Oxazine dyes), 펜안트리딘 염료(Phenanthridine dyes), 시아닌 염료(Cyanine dyes) 및 로다민 염료(Rhodamine dyes) 중 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하되, 이에 한정하지 않는다.As shown in FIG. 1, the complex of the block copolymer and the graphene quantum dot of the present invention includes graphene quantum dots (GQDs), a chain transfer agent bound to the graphene quantum dots, And a fluorescent polymer synthesized from a polymer surface growth method (grafting from) of the stimulus sensitive type polymer, wherein the graphene quantum dot has green fluorescence And the fluorescent polymer comprises P7AC (poly (7- (acryloyloxy) butoxy) coumarin), which expresses blue fluorescence. More specifically, the fluorescent polymer includes poly-7- (4- Coumarin dyes, Fluorone dyes, Oxazine dyes, Phenanthridine dyes, Cyanine dyes, and the like, which contain anthraquinone, And roda Comprising at least one selected from the group consisting of dye (Rhodamine dyes), but not always limited thereto.

상기 자극 감응형 고분자는 PNIPAAm(poly(N-isopropylacrylamide, 폴리N-이소프로필아크릴아미드), 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(diethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리(N,N-디메틸아크릴아미드)(poly(N,N-dimethylacrylamide)), 폴리(N,N-디에틸아크릴아미드)(poly(N,N-diethylacrylamide)), 폴리(비닐카프로락탐)(poly(vinylcaprolactame)), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리(비닐메틸에테르)(poly(vinylmethylether)), 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트(polyhydroxyethylmethacrylate), 폴리(펜타펩타이드)(Poly(pentapeptide)), 폴리(N-(3-아미노프로필)메타아크릴아미드)( poly(N-(3-aminopropyl)methacrylamide hydrochloride)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 폴리프로필렌(polypropylene)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하되, 이에 한정하지 않는다. The stimuli-sensitive polymer may be selected from the group consisting of poly (N-isopropylacrylamide), poly [2- (dimethylamino) ethyl methacrylate], poly [ (N, N-dimethylacrylamide), poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (N, N-dimethylacrylamide) (N, N-diethylacrylamide), poly (vinylcaprolactame), polyethylene oxide, poly (vinylmethylether), poly Poly (hydroxyethyl methacrylate), poly (pentapeptide), poly (N- (3-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride) ), Polyethylene, polymethylmethacrylate, and polypropylene. , But is not limited thereto.

본 발명의 블록 공중합체(block copolymer, bcp)는 자극 감응형 고분자와 형광 고분자가 결합된 것으로, 상세하게는, poly(7-(4-(acryloyloxy)butoxy)coumarin)-b-poly(N-isopropylacrylamide) 고분자(P7AC-b-PNIPAAm polymer)를 의미한다.The block copolymer (bcp) of the present invention is a combination of a stimulus-sensitive polymer and a fluorescent polymer. More specifically, a block copolymer (bcp) isopropylacrylamide polymer (P7AC-b-PNIPAAm polymer).

또한, 상기 사슬 이동제(chain transfer agent)는 블록 공중합체와 그래핀 양자점을 결합시키기 위한 것으로, 디싸이오카보네이트(dithiocarbonate) 또는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate) 작용그룹(moiety)를 포함하며, 바람직하게는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate)계 사슬 이동제(chain transfer agent)를 사용할 수 있으며, 상세하게는 상기 사슬 이동제(chain transfer agent)는 트리싸이오카보네이트 가역적 첨가-분절 연쇄이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 시약(trithiocarbonate RAFT agent)를 말한다. In addition, the chain transfer agent is for binding a block copolymer to a graphene quantum dot, and includes a dithiocarbonate or trithiocarbonate moiety, A trithiocarbonate chain transfer agent may be used. In particular, the chain transfer agent may be a reversible addition-fragmentation chain transfer agent such as tricyclodecanone, (RAFT) reagent (trithiocarbonate RAFT agent).

본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체는 상기 블록 공중합체(P7AC-b-PNIPAAm)으로부터 방출되는 청색 빛의 양과 상기 그래핀 양자점으로부터 방출되는 녹색 빛의 양이 조절되어 외부 자극들에 대해 색상 변화를 감지할 수 있다. 즉, 청색 형광을 발현하는 블록 공중합체와 청색 형광을 발현하는 그래핀 양자점 사이의 형광공명에너지전이(Forster resonance energy transfer, FRET)는 그 사이의 이격 거리에 따라 발광 여부가 결정되며, 온도 변화에 반응하는 상기 블록 공중합체의 특성을 이용함으로써 온도 변화에 따라 색상 변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라, pH 변화 및 다양한 금속 이온의 감응에도 적용할 수 있다. The amount of the blue light emitted from the block copolymer (P7AC-b-PNIPAAm) and the amount of green light emitted from the graphene quantum dot are controlled by the complex of the block copolymer and the graphene quantum dot of the present invention, Color change can be detected. That is, the fluorescence resonance energy transfer (FRET) between the block copolymer expressing the blue fluorescence and the graphene quantum dot expressing the blue fluorescence depends on the separation distance between the block copolymer and the blue fluorescence, By using the characteristics of the block copolymer to be reacted, it is possible to detect the color change according to the temperature change, and thus it can be applied to the change of pH and the response of various metal ions.

상기 금속 이온은 Ag2 +, Cd+, Au3 +, Sn2 +, Cu2 +, Pb2 +, Cr3 +, Fe3 + 및 Pd2 +으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다. Wherein the metal ion comprises at least one selected from the group consisting of Ag 2 + , Cd + , Au 3 + , Sn 2 + , Cu 2 + , Pb 2 + , Cr 3 + , Fe 3 + and Pd 2 + But is not limited thereto.

본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법은 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method for producing a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 합성방법을 나타내는 예시도이다.Fig. 2 is an illustration showing a method of synthesizing a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot according to the present invention.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시 내용은 첨부한 도면을 참조하여 설명하며, 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법은 하기 단계를 포함하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The method for producing a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot of the present invention includes, but is not limited to, the following steps.

본 발명은 그래핀 양자점과 사슬 이동제(chain transfer agent)를 용해시켜 커플링 반응을 통해 혼합물을 제조하는 단계(S1)와, 상기 혼합물에 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S2) 및 상기 단계(S2)의 중합반응 후 형광 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S3)를 포함하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for preparing a polymer, comprising the steps of: (S1) preparing a mixture through a coupling reaction by dissolving a graphene quantum dot and a chain transfer agent; and adding a polymeric monomer and a free radical initiator to the mixture (S2) and a step (S3) of adding a fluorescent polymer monomer and a free radical initiator after the polymerization reaction in the step (S2) to perform a polymerization reaction (S3), and a method for producing a complex of a graphene quantum dot.

본 발명의 제조방법을 각 단계별로 나누어서 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the present invention will be described separately for each step.

상기 그래핀 양자점과 사슬 이동제(chain transfer agent)를 용해시켜 커플링 반응을 통해 혼합물을 제조하는 단계(S1)를 수행한다.A step (S1) of dissolving the graphene quantum dot and a chain transfer agent to prepare a mixture through a coupling reaction is performed.

상기 단계(S1)은 그래핀 양자점에 사슬 이동제(chain transfer agent)를 결합시키는 단계이며, 상기 사슬 이동제는 디싸이오카보네이트(dithiocarbonate) 또는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate) 작용그룹(moiety)를 포함하며, 바람직하게는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate)계 사슬 이동제(chain transfer agent)를 사용할 수 있으며, 상세하게는 상기 사슬 이동제(chain transfer agent)는 트리싸이오카보네이트 가역적 첨가-분절 연쇄이동(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 시약(trithiocarbonate RAFT agent)를 말한다.The step (S1) is a step of binding a chain transfer agent to the graphene quantum dot, wherein the chain transfer agent comprises a dithiocarbonate or trithiocarbonate functional group A chain transfer agent such as a trithiocarbonate chain transfer agent may be used. In particular, the chain transfer agent may be a reversible addition-trisiocarbonate- fragmentation chain transfer (RAFT) reagent (trithiocarbonate RAFT agent).

유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrogfuran, THF)에 그래핀 양자점, 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate) RAFT 시약, DCC(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide) 및 DMAP(4-dimethylaminopyridine)를 첨가하여 커플링 반응을 하는 것으로, 20 ~ 30 ℃에서 12 ~ 24 시간 동안 용해한다. 상기 커플링 반응은 DCC(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide) 및 DMAP(4-dimethylaminopyridine)를 이용한 에스테르화(esterification) 반응을 의미한다. 상기 용해된 혼합물은 원심분리기로 5,000 ~ 15,000 rpm으로 10 ~ 30 분 동안 원심분리하여 침전물을 수득하고 상기 수득물은 디에틸 에테르(diethyl ether)로 수 회 세척한다. 세척된 수득물은 진공건조를 한 후 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)으로 재분산한다. 재분산된 수득물은 0.2 ~ 0.6 ㎛ PVDF(polyvinylidene fluoride) 주사기 필터로 여과하여 RAFT-GQDs의 용액을 수득한다. Coupling reaction is performed by adding graphene quantum dots, trithiocarbonate RAFT reagent, N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP) to an organic solvent tetrahydrofuran (THF) It is dissolved at 20 ~ 30 ℃ for 12 ~ 24 hours. The coupling reaction means an esterification reaction using DCC (N, N'-dicyclohexylcarbodiimide) and DMAP (4-dimethylaminopyridine). The dissolved mixture is centrifuged at 5,000 to 15,000 rpm for 10 to 30 minutes in a centrifuge to obtain a precipitate, which is washed several times with diethyl ether. The washed product is vacuum dried and redispersed in dimethylformamide (DMF). The redispersed product is filtered with a 0.2-0.6 mu m polyvinylidene fluoride (PVDF) syringe filter to obtain a solution of RAFT-GQDs.

상기 혼합물에 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S2)를 수행한다.(S2) of adding a polymer monomer and a free radical initiator to the mixture to perform a polymerization reaction.

상기 단계(S2)의 혼합물은 단계(S1)에서 최종적으로 수득한 RAFT-GQDs가 포함된 혼합 용액을 의미한다. 상기 단계(S2)는 RAFT-GQDs에 PNIPAAm을 합성시키는 것으로, DMF에 RAFT-GQDs, 고분자 단량체인 NIPAAm(N-isopropylacrylamide) 단량체 및 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 용해시킨 후 진공 상태에서 리빙라디칼 중합반응을 위해 용해된 혼합물을 유리 앰플에 넣는다. 상기 리빙라디칼 중합반응은 10 ~ 16 시간 동안 50 ~ 70 ℃에서 이루어지고, 중합반응이 완료되면 침전된 PNIPAAm-GQDs를 수득한다. 상기 PNIPAAm-GQDs는 차가운 디에틸 에테르로 2 ~ 5 회 세척을 하고 진공 건조를 한다.The mixture of the step (S2) means a mixed solution containing the RAFT-GQDs finally obtained in the step (S1). In step (S2), PNIPAAm is synthesized by RAFT-GQDs. RAFT-GQDs, NIPAAm (N-isopropylacrylamide) monomer and free radical initiator are added to DMF and dissolved. Place the dissolved mixture in a glass ampoule. The living radical polymerization reaction is performed at 50 to 70 ° C for 10 to 16 hours, and when the polymerization reaction is completed, precipitated PNIPAAm-GQDs are obtained. The PNIPAAm-GQDs are washed 2 to 5 times with cold diethyl ether and vacuum dried.

상기 단계(S2)의 중합반응 후 형광 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S3)를 수행한다. After the polymerization reaction in the step (S2), a fluorescent polymer monomer and a free radical initiator are added to perform a polymerization reaction (S3).

상기 단계(S3)은 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)를 제조하는 것으로, DMF에 상기 단계(S2)의 중합반응 후 수득된 PNIPAAm-GQDs, 형광 고분자 단량체인 7AC(7-(4-(acryloyloxy)butoxy)coumarin) 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 용해시킨 후 진공 상태에서 리빙라디칼 중합반응을 위해 용해된 혼합물을 유리 앰플에 넣는다. 상기 리빙라디칼 중합반응은 10 ~ 16 시간 동안 50 ~ 70 ℃에서 이루어지고, 중합반응이 완료되면 침전된 bcp-GQDs를 수득한다. 상기 bcp-GQDs는 차가운 디에틸 에테르로 2 ~ 5 회 세척을 하고 진공 건조를 한다.(Bcp-GQDs) of the block copolymer of the present invention and the graphene quantum dots, wherein the step (S3) is a step of mixing the DMAP with the PNIPAAm-GQDs obtained after the polymerization in the step (S2) (7- (4- (acryloyloxy) butoxy) coumarin) monomer and a free radical initiator are added to dissolve and the mixture dissolved in a vacuum for living radical polymerization reaction is put into a glass ampoule. The living radical polymerization reaction is carried out at 50 to 70 ° C for 10 to 16 hours, and when the polymerization reaction is completed, precipitated bcp-GQDs are obtained. The bcp-GQDs are washed 2 to 5 times with cold diethyl ether and vacuum dried.

상기 단계(S2)와 단계(S3)의 자유 라디칼 개시제는 열 개시제를 말하며, 상기 열 개시제는 10시간 반감기 온도가 70 ℃ 이하, 바람직하게는 60 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 50 ℃ 이하일 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 열개시제의 10시간 반감기 온도의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 10시간 반감기 온도가 지나치게 낮아지면, 라디칼 반응이 개시되지 않는 광중합 수지가 존재하여 불균일 경화 반응 등이 유발될 수 있으므로, 그 반감기 온도는 30 ℃ 이상의 범위에서 적절히 제어될 수 있다. 열개시제의 반감기 온도를 70 ℃ 이하로 함으로써, 반응열이 낮게 유지되고 상대적으로 낮은 온도에서 열 개시제의 소비가 시작되는바, 개시가 상대적으로 빨리 종결되어 짧은 시간에 고분자의 광중합 수지를 형성할 수 있게 된다.The free radical initiator of step (S2) and step (S3) refers to a thermal initiator, and the thermal initiator may have a 10-hour half-life temperature of 70 占 폚 or lower, preferably 60 占 폚 or lower, more preferably 50 占 폚 or lower. On the other hand, in the present invention, the lower limit of the 10-hour half-life temperature of the thermal initiator is not particularly limited. However, if the 10-hour half-life temperature is too low, a photopolymerizable resin which does not initiate radical reaction may exist and cause a non-uniform curing reaction. Therefore, the half-life temperature can be appropriately controlled within a range of 30 占 폚 or more. By setting the half-life temperature of the thermal initiator to 70 占 폚 or less, the heat of reaction is kept low and the consumption of the thermal initiator is started at a relatively low temperature, so that the initiation is terminated relatively fast so that a photopolymerizable resin of the polymer can be formed in a short time do.

또한, 상기 열 개시제는 자외선 흡수가 가능한 것을 특징으로 한다. 자외선 흡수가 가능한 열 개시제는 열에 의해 라디칼을 형성하는 일반 열 개시제와는 상이하게 자외선 흡수에 의해 라디칼을 형성할 수 있다. 상기 자외선 흡수가 가능한 열개시제는 일반 열개시제에 비해 순한 조건의 광중합 조건에서 주로 쓰이는 300~400nm 파장 영역의 자외선 흡수가 가능하기 때문에 일반 열 개시제에 비하여 순한 조건의 광중합에도 이용이 가능하다. 그러므로 일반 열개시제의 10시간 반감기 온도가 70 ℃ 이하를 유지한다 하더라도, 상기 반감기 온도를 유지하는 자외선 흡수가 가능한 열개시제가 광중합으로 중합에 이용할 경우 중합의 조건을 다양하게 할 수 있고, 반응열이 낮아 순한 조건의 중합이 가능하다는 점에서 장점이 있다.Further, the thermal initiator is characterized by being capable of absorbing ultraviolet rays. A thermal initiator capable of absorbing ultraviolet radiation can form radicals by ultraviolet absorption differently from general thermal initiators that form radicals by heat. The thermal initiator capable of absorbing ultraviolet rays can be used for photopolymerization under a mild condition as compared with a general thermal initiator since ultraviolet light can be absorbed in a wavelength range of 300 to 400 nm which is mainly used in a light polymerization condition under a mild condition as compared with a general thermal initiator. Therefore, even if the 10-hour half-life temperature of the general thermal initiator is maintained at 70 캜 or lower, the polymerization can be performed variously in the case of using a photopolymerization initiator capable of absorbing ultraviolet light maintaining the half-life temperature, It is advantageous in that polymerization under mild conditions is possible.

상세하게는 상기 열 개시제는 아조계 화합물인 것으로, 상기 아조계 화합물은 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴),, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디히드로클로라이드 및 2,2'-아조비스[N-(2-카르복시에틸)-2-메틸프로피온아미딘]하이드레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것을 사용할 수 있다. 상기 아조계 화합물 중 선택된 하나 이상을 사용하여 10시간 반감기 온도가 70 ℃ 이하인 열 개시제를 구성할 수 있고, 반감기를 한정함으로써 상기 효과를 나타낼 수 있다.Specifically, the thermal initiator is an azo compound, and the azo compound is 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) Azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 2,2'-azobis [2 (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride and 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] hydrate. Can be used. A thermal initiator having a 10-hour half-life temperature of 70 ° C or lower can be formed using at least one selected from the azo-based compounds, and the above effect can be exhibited by limiting the half-life.

상기 단계(S3) 완료 후 수득된 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체는 온도 감응형 센서, pH 감응형 센서 또는 금속 이온 감응형 센서로 적용할 수 있다.The complex of the block copolymer and the graphene quantum dot obtained after the completion of the step (S3) can be applied as a temperature sensitive sensor, a pH sensitive sensor or a metal ion sensitive sensor.

이하, 본 발명의 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것이 아니다.The following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

< 재료 ><Material>

Vulcan CX-72 카본 블랙이 Cabot Corporation으로부터 구입되었다. 탄산칼륨 무수물(K2CO3, 99.5 %), 황산마그네슘(MgSO4, 99 %), 수산화나트륨(NaOH powder, 98 %) 및 염산(HCl, 10 M)이 대정화금으로부터 구입되었다. 아조비스이소부티로나이트릴(azobisisobutyronitrile; AIBN, 98 %)이 Junsei로부터 구입되었고, 에탄올로 재결정화됨으로써 정제되었다. 7-하이드록시쿠마린과 다른 시약들은 시그마-알드리치로부터 구입되었고, N-이소프로필아크릴아미드(NIPAAm, 99%)는 헥산으로 재결정화됨으로써 정제되었다. 모든 실험에서 증류수(DI)가 사용되었다.Vulcan CX-72 carbon black was purchased from Cabot Corporation. Potassium carbonate anhydrate (K 2 CO 3 , 99.5%), magnesium sulfate (MgSO 4 , 99%), sodium hydroxide (NaOH powder, 98%) and hydrochloric acid (HCl, 10 M) Azobisisobutyronitrile (AIBN, 98%) was purchased from Junsei and purified by recrystallization from ethanol. 7-Hydroxy coumarin and other reagents were purchased from Sigma-Aldrich and N-isopropylacrylamide (NIPAAm, 99%) was purified by recrystallization with hexane. Distilled water (DI) was used in all experiments.

< < 실시예Example 1 > 7-(4-( 1 > 7- (4- ( AcryloyloxyAcryloyloxy )) butoxybutoxy )) coumarincoumarin ( ( 7AC7AC )의 합성) Synthesis of

7AC 단량체의 합성방법은 종래 기술에서 알려져 있다(Yang, H. et al., Nanoscale 2013, 5, 5720~5024, Feng, P. et al.,Polymer 2007, 48, 5859~5866). Methods for the synthesis of 7AC monomers are known in the prior art (Yang, H. et al ., Nanoscale 2013, 5, 5720-5024, Feng, P. et al ., Polymer 2007, 48, 5859-5866).

아세톤(120 mL)에 7-하이드록시쿠마린(2 g, 12.4 mmol)과 1,4-디브로모부탄 (4.42 mL, 37.2 mmol)을 녹인 혼합물에 탄산칼륨 무수물(3.48 g, 24.8 mmol)을 첨가시킨 후 24 시간 동안 환류(reflux)를 하였다. 상기 환류 후 생성된 침전물은 여과되면서 용매는 제거하였다. 상기 여과된 생성물은 디에틸 에테르로 희석시키고, 분리된 유기층은 증류수로 세척하며, 황산마그네슘으로 건조시키면서 감압농축하였다. 상기 감압농축물은 실리카 겔과 헥산과 에틸 아세테이트의 혼합물(용리제, eluent)을 사용하면서 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 7-(4-bromobutoxy)-coumarin를 수득하였다. 그리고 나서, 상기 7-(4-bromobutoxy)-coumarin(2.38 g, 9 mmol)과 과소듐아크릴레이트(excess sodium acrylate, 1.128 g, 12 mmol)는 에탄올(150 mL)에 용해되었다. 상기 용해된 혼합물에 하이드로퀴논(0.02 g, 1.8 mmol)을 첨가한 후 36 시간 동안 환류를 하였다. 상기 환류 후 생성된 침전물은 여과시키고 에탄올로 세척하였다. 용매는 감압농축으로 제거된 후에 증류수를 첨가하고 디에틸 에테르로 추출하였다. 상기 추출된 생성물은 실리카 겔과 헥산과 에틸 아세테이트의 혼합물(용리제, eluent)을 사용하면서 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 백색의 7AC(1.4 g, 61 %) 고체를 수득하였다. 상기 7AC의 1H NMR 데이터는 다음과 같다. Potassium carbonate anhydride (3.48 g, 24.8 mmol) was added to a mixture of 7-hydroxy coumarin (2 g, 12.4 mmol) and 1,4-dibromobutane (4.42 mL, 37.2 mmol) in acetone (120 mL) And then refluxed for 24 hours. The precipitate formed after refluxing was filtered and the solvent was removed. The filtered product was diluted with diethyl ether, and the separated organic layer was washed with distilled water and concentrated under reduced pressure with drying over magnesium sulfate. The reduced pressure concentrate was purified by column chromatography using silica gel, a mixture of hexane and ethyl acetate (eluent, eluent) to give 7- (4-bromobutoxy) -coumarin. Then, 7- (4-bromobutoxy) -coumarin (2.38 g, 9 mmol) and excess sodium acrylate (1.128 g, 12 mmol) were dissolved in ethanol (150 mL). Hydroquinone (0.02 g, 1.8 mmol) was added to the dissolved mixture and refluxed for 36 hours. The precipitate formed after refluxing was filtered and washed with ethanol. After the solvent was removed under reduced pressure, distilled water was added and extracted with diethyl ether. The extracted product was purified by column chromatography using silica gel and a mixture of hexane and ethyl acetate (eluent, eluent) to obtain a white 7AC (1.4 g, 61%) solid. 1 H NMR data of 7AC is as follows.

1H NMR (CDCl3): 7.62(d, 1H), 7.34(d, 1H), 6.80(m, 2H), 6.41(d, 1H), 6.24(m, 1H), 6.11(m, 1H), 5.81(m, 1H), 4.23(s, 2H), 4.04(s, 2H), 1.90(s, 2H), 1.55(s, 2H). 1 H NMR (CDCl3): 7.62 (d, 1H), 7.34 (d, 1H), 6.80 (m, 2H), 6.41 (d, 1H), 6.24 (m, 1H), 6.11 (m, 1H), 5.81 (m, IH), 4.23 (s, 2H), 4.04 (s, 2H), 1.90 (s, 2H), 1.55 (s, 2H).

< < 실시예Example 2 >  2> TrithiocarbonateTrithiocarbonate RAFT Chain Transfer Agent의 합성 Synthesis of RAFT Chain Transfer Agent

(2-(((butylsulfanyl)-carbonothioyl)sulfanyl))-propanoic acid는 종래 기술을 개선시켜 합성하였다(Yang, H. et al., Nanoscale 2013, 5, 5720~5024, Lim, J. et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2011, 49, 3464~3474). (2 - ((butylsulfanyl) -carbonothioyl) sulfanyl)) - propanoic acid was synthesized by improving the prior art (Yang, H. et al ., Nanoscale 2013, 5, 5720-5024, Lim, J. et al . , J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 2011, 49, 3464-3474).

부탄싸이올(18.0 g, 200 mmol)과 증류수 (30 mL)의 혼합물에 수산화나트륨 수용액(50 %, 16.0 g)을 첨가하고, 무색 용액으로 하기 위해 아세톤(10 mL)을 더 첨가하였다. 상기 용액은 30 분 동안 실온에서 교반하였다. 상기 교반된 용액에 오렌지색 용액을 얻기 위해 이황화탄소(14 mL, 17.6 g, 231 mmol)를 첨가하였다. 상기 용액은 30 분 동안 교반을 한 후 얼음 용기에서 냉각하였다. 그리고 나서, 상기 냉각된 용액에 2-브로모프로피온산(31.4 g, 205 mmol)를 한 방울씩 떨어트리고, 수산화나트륨 수용액(50%, 16.0 g)을 더 첨가한다. 이 때 반응을 조절하기 위해 용기 온도는 30 ℃ 미만으로 유지시켰다. 상기 반응(발열반응)이 완료되면 증류수(30 mL)를 첨가하고, 24 시간 동안 실온에서 교반을 하였다. 상기 교반된 반응 혼합물은 물(50 mL)로 희석시켰다. 그리고 나서, 얼음 용기 내에서 상기 반응 혼합물 용액에 10 M HCl(aq)(60 mL)을 첨가하였다. 이 때, 노란색 오일을 얻게 되는데 상기 오일이 고체화가 될 때까지 얼음 용기에 보관하였다. 상기 고체화된 오일은 여과, 세척(차가운 물 사용), 건조를 시켜면서 분리하였다. 상기 분리된 생성물은 부드러운 교반으로 헥산을 가지고 재결정화하였고, 밝은 노란색 고체 결정을 수득하였다(34.8 g, 71.2%). 상기 밝은 노란색 고체 결정의 1H NMR 데이터는 다음과 같다. An aqueous sodium hydroxide solution (50%, 16.0 g) was added to a mixture of butanethiol (18.0 g, 200 mmol) and distilled water (30 mL) and acetone (10 mL) was further added to make a colorless solution. The solution was stirred at room temperature for 30 minutes. To the stirred solution was added carbon disulfide (14 mL, 17.6 g, 231 mmol) to obtain an orange solution. The solution was stirred for 30 minutes and then cooled in an ice bath. 2-Bromopropionic acid (31.4 g, 205 mmol) was then added dropwise to the cooled solution, and an aqueous sodium hydroxide solution (50%, 16.0 g) was further added. At this time, the container temperature was kept below 30 ° C to control the reaction. When the reaction (exothermic reaction) was completed, distilled water (30 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. The stirred reaction mixture was diluted with water (50 mL). Then 10 M HCl (aq) (60 mL) was added to the reaction mixture solution in an ice bath. At this time, a yellow oil was obtained, which was stored in an ice bath until the oil solidified. The solidified oil was separated by filtration, washing (using cold water) and drying. The separated product was recrystallized with hexane with gentle stirring to give light yellow solid crystals (34.8 g, 71.2%). The 1 H NMR data of the light yellow solid crystal is as follows.

1H NMR (CDCl3, 500 MHz): δ 9.9(br s, 1H), 4.87(q, 1H), 3.37(t, 2H), 1.66~1.76(m, 2H), 1.64(d, 3H), 1.42~1.49(m, 2H), 0.94(t, 3H).2H), 1.64 (m, 2H), 1.64 (d, 3H), 1.42 (d, 2H) 1.49 (m, 2 H), 0.94 (t, 3 H).

< < 실시예Example 3 >  3> 그래핀Grapina 양자점(GQDs)의Of quantum dots (GQDs) 합성 synthesis

GQDs는 화학적 산화를 통해 합성하였다(Yang, H. et al., ACS Macro Lett. 2014, 3, 985~990, Dong, Y. Q. et al.,J. Mater. Chem. 2012, 22, 8764~8766). 간략하게, 질산(100 mL)과 증류수(150 mL)의 혼합물에 카본 블랙(1 g)을 첨가하고 48 시간 동안 환류하였다. 상기 환류된 용액은 실온으로 냉각시키고, 6,000 rpm으로 20 분 동안 원심분리하였다. 상기 원심분리 후 수득된 상청액은 적갈색 분말을 얻기 위해 가열하였다. 상기 적갈색 분말(GQDs)은 트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran; THF) 내에 재분산되었고, 0.22 ㎛ 미공성 막을 통해 한외 여과기로 여과되었고, 그 결과 형광 GQDs를 수득하였다. GQDs were synthesized through chemical oxidation (Yang, H. et al ., ACS Macro Lett., 2014, 3, 985-990, Dong, YQ et al ., J. Mater. Chem. 2012, 22, 8764-8766) . Briefly, carbon black (1 g) was added to a mixture of nitric acid (100 mL) and distilled water (150 mL) and refluxed for 48 hours. The refluxed solution was cooled to room temperature and centrifuged at 6,000 rpm for 20 minutes. The supernatant obtained after the centrifugation was heated to obtain a reddish brown powder. The reddish brown powders (GQDs) were redispersed in tetrahydrofuran (THF) and filtered through an ultrafilter through a 0.22 μm microporous membrane, resulting in fluorescent GQDs.

< < 실시예Example 4 > 본 발명에 따른  4 > P7ACP7AC -b--b- PNIPAAmPNIPAAm 블록 공중합체(bcp) -  Block copolymer (bcp) - 그래핀Grapina 양자점(GQDs)의 복합체(bcp- The complex of quantum dots (GQDs) (bcp- GQDsGQDs )의 합성) Synthesis of

본 발명에 따른 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp) - 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체(bcp-GQDs)의 합성은 다음과 같다.The synthesis of the complex (bcp-GQDs) of P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) -graffine quantum dot (GQDs) according to the present invention is as follows.

실시예 2에서 수득된 트리싸이오카보네이트 RAFT 시약(trithiocarbonate RAFT agent, 0.5 g, 2.1 mmol), 실시예 3에서 수득된 GQDs(0.1 g), DCC(10 mg, 0.05 mmol) 및 DMAP(4-dimethylaminopyridine, 1 mg, 0.01 mmol)는 THF 내에서 하룻밤 동안 혼합하였다(실온 조건). 그리고 나서, 상기 혼합물은 디에틸 에테르로 침전시키고, 10,000 rpm으로 20 분 동안 여러 번 원심분리하였다. 상기 원심분리 후 얻어진 생성물은 진공 건조시키고, 디메틸포름아미드(DMF)로 재분산시킨 후 0.45 μm PVDF 주사기 필터로 여과하여 RAFT-GQDs 용액을 수득하였다. The trithiocarbonate RAFT agent (0.5 g, 2.1 mmol) obtained in Example 2, GQDs (0.1 g) obtained in Example 3, DCC (10 mg, 0.05 mmol) and 4-dimethylaminopyridine , 1 mg, 0.01 mmol) were mixed in THF overnight (room temperature conditions). The mixture was then precipitated with diethyl ether and centrifuged several times at 10,000 rpm for 20 minutes. The product obtained after centrifugation was vacuum dried, re-dispersed with dimethylformamide (DMF), and filtered with a 0.45 μm PVDF syringe filter to obtain a RAFT-GQDs solution.

상기 RAFT-GQDs 용액(100 mg), NIPAAm monomer(0.5 g, 4.4 mmol) 및 AIBN (6 μmol)는 DMF(5 mL)에 넣은 후 용해시키고, 진공 상태에서 중합반응을 하기 위해 유리 앰플에 상기 용해된 생성물을 투입하였다. 그리고 65 ℃에서 12 시간 동안 중합반응을 하였다. 상기 중합반응된 생성물은 차가운 디에틸 에테르로 두 번 침전시킨 후 진공 건조하여 PNIPAAm-GQDs 용액을 수득하였다. The RAFT-GQDs solution (100 mg), NIPAAm monomer (0.5 g, 4.4 mmol) and AIBN (6 μmol) were dissolved in DMF (5 mL) and dissolved in a glass ampoule Was added. The polymerization reaction was carried out at 65 ° C for 12 hours. The polymerized product was precipitated twice with cold diethyl ether and vacuum dried to give a solution of PNIPAAm-GQDs.

상기 PNIPAAm-GQDs 용액(0.1 g), 실시예 1에서 수득된 7AC monomer(65 mg, 0.23 mmol) 및 AIBN (0.5 mg, 4 μmol)는 DMF(5 mL)에 넣은 후 용해시키고, 진공 상태에서 순차적으로 중합반응을 하기 위해 유리 앰플에 상기 용해된 생성물을 투입하였다. 그리고 65 ℃에서 12 시간 동안 중합반응을 하였다. 상기 중합반응된 ㅅ생성물은 차가운 디에틸 에테르로 두 번 침전시킨 후 진공 건조하여 본 발명의 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp)-그래핀 양자점(GQDs)의 복합체(bcp-GQDs)를 수득하였다. The above PNIPAAm-GQDs solution (0.1 g), the 7AC monomer obtained in Example 1 (65 mg, 0.23 mmol) and AIBN (0.5 mg, 4 mol) were dissolved in DMF (5 mL) and dissolved in a vacuum , The dissolved product was introduced into a glass ampoule. The polymerization reaction was carried out at 65 ° C for 12 hours. The polymerized product was precipitated twice with cold diethyl ether and vacuum dried to obtain a complex (bcp-GQDs) of the P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) -graffine quantum dot (GQDs) Respectively.

< 결과 및 토의 ><Results and Discussion>

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp)-그래핀 양자점(GQDs)의 복합체(bcp-GQDs)의 합성 과정을 예시하고 있다. 청색 형광을 발현하는 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp)는 RAFT(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) 중합법을 이용하여 합성된다. 우선, 트리싸이오카보네이트 RAFT 사슬 변환 시약(trithiocarbonate RAFT chain transfer agent)은 그래핀 양자점 표면의 수산화기와 트리싸이오카보네이트 RAFT 사슬 변환 시약의 카르복실기 사이에서 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(DCC) 커플링 반응에 의해 그래핀 양자점 표면에 공유결합을 통하여 가교시켜 트리싸이오카보네이트 RAFT가 결합된 그래핀 양자점(RAFT-GQDs)을 수득하였다.As shown in FIG. 2, the synthesis of the complex (bcp-GQDs) of the P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) -graffine quantum dot (GQDs) of the present invention is illustrated. P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) expressing blue fluorescence is synthesized using Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) polymerization. First, a trithiocarbonate RAFT chain transfer agent is prepared by dissolving N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) between the hydroxyl group of the surface of graphene quantum dots and the carboxyl group of the threthiocarbonate RAFT chain- ) Coupling reaction was carried out by covalent bonding to the surface of the graphene quantum dot to obtain grafting quantum dots (RAFT-GQDs) to which the tricyanocarbonate RAFT was bonded.

상기 RAFT-그래핀 양자점은 미가교된 RAFT 시약과 다른 화학적 잔기를 완전하게 제거하기 위해 침전, 원심분리 및 필터링 과정을 반복적으로 하였다. The RAFT-graphene quantum dot was repeatedly subjected to precipitation, centrifugation and filtration to completely remove uncrosslinked RAFT reagents and other chemical moieties.

그리고 나서, PNIPAAm 블록은 RAFT-그래핀 양자점으로부터 중합반응에 의해 생성되고, 이어서 청색 형광이 발현되는 P7AC 블록도 중합반응하여 최종적으로 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp)-그래핀 양자점(GQDs)의 복합체(bcp-GQDs)가 합성된다. The PNIPAAm block is then polymerized from the RAFT-graphene quantum dot, and the P7AC block, which is then blue-fluorescent, is also polymerized to form the P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) -grape quantum dot ) (Bcp-GQDs) are synthesized.

상기 PNIPAAm 블록의 분자량은 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체(bcp)-그래핀 양자점(GQDs) 간 이격 거리를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나이고, 상기 P7AC 블록은 PNIPAAm 블록의 분자량과 P7AC 블록의 분자량의 조정에 따라 청색 형광의 밝기에 영향을 받는다. 상기 복합체(bcp-GQDs)에서 P7AC-b-PNIPAAm의 총 분자량은 6.4 kg/mol이고, 다분산 지수(polydispersity index, PDI)는 1.16이고, PNIPAAm 블록의 분자량과 PDI는 5.9 kg/mol과 1.13이다. 그리고, 그래핀 양자점에 결합된 P7AC-b-PNIPAAm 고분자의 면적 사슬 밀도(δ)는 0.035 chain/nm2로 계산되었다. 상기 면적 사슬 밀도(δ)는 투과전자현미경(TEM)의 이미지, 그래핀 양자점의 무게분율, 열중량분석(TGA, 도 3 참조)을 이용하여 그래핀 양자점의 평균 크기를 기반으로 계산하였다. The molecular weight of the PNIPAAm block is one of the most important factors for determining the separation distance between the P7AC-b-PNIPAAm block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs), and the P7AC block has a molecular weight of the PNIPAAm block and a molecular weight Is influenced by the brightness of the blue fluorescence. The total molecular weight of P7AC-b-PNIPAAm in the complex (bcp-GQDs) was 6.4 kg / mol, the polydispersity index (PDI) was 1.16, the molecular weight and PDI of PNIPAAm block were 5.9 kg / mol and 1.13 . The area chain density (δ) of the P7AC-b-PNIPAAm polymer bound to the graphene quantum dot was calculated to be 0.035 chain / nm 2 . The area chain density (δ) was calculated based on an image of a transmission electron microscope (TEM), a weight fraction of graphene quantum dots, and an average size of graphene quantum dots using thermogravimetric analysis (TGA, see FIG. 3).

도 4에서 보는 바와 같이, 그래핀 양자점(GQDs) 표면에 대한 P7AC-b-PNIPAAm 블록 공중합체의 콘주게이션(conjugation) 결합 구조는 감쇄 전반사 푸리에 트랜스폼 적외선 스펙트로스코피(Attenuated TotalReflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy, ATR-FTIR)와 X-ray 광전자 스펙트로스코피(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)측정에 의하여 확인하였다. As shown in FIG. 4, the conjugation bonding structure of the P7AC-b-PNIPAAm block copolymer on the surface of graphene quantum dots (GQDs) is determined by attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR -FTIR) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) measurements.

도 4(a)에서 보는 바와 같이, RAFT-QODs의 ATR-FTIR 스펙트럼은 1,072 cm-1에서 RAFT 시약에 해당되는 싸이오카보닐 작용기(thiocarbonyl group, C=S)의 신축진동(stretching vibration)을 보여준다. As shown in FIG. 4 (a), the ATR-FTIR spectrum of RAFT-QODs shows stretching vibration of the thiocarbonyl group (C = S) corresponding to the RAFT reagent at 1,072 cm -1 .

도 4(b)에서 보는 바와 같이, PNIPAAm-GQDs와 bcp-GQDs에서 PNIPAAm 블록으로부터 아미드 피크(amide peak)는 1,530, 1,640 및 3,290 cm-1에서 명확하게 관찰할 수 있다. bcp-GQDs는 PNIPAAm-GQDs와 비교할 때, 1,722 cm-1에서 C=O 신축 피크(stretching peak)가 조금 증가하였고, 아미드 피크(amide peak)의 강도는 감소하였다. 이는 P7AC 블록의 C=O 작용기의 결합에 기인한다. As shown in FIG. 4 (b), the amide peaks of PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs from the PNIPAAm block can be clearly observed at 1,530, 1,640 and 3,290 cm -1 . Compared with PNIPAAm-GQDs, bcp-GQDs showed slightly increased stretching peak at C = O at 1,722 cm -1 and decreased intensity of amide peak. This is due to the bonding of the C = O functional group of the P7AC block.

도 4(c)에서 보는 바와 같이, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs 및 bcp-GQDs의 XPS는 결합된 RAFT 시약에 해당되는 황 피크(S 2p peak)가 나타났으며, 그래핀 양자점(GQDs)의 신호는 어디에서도 관찰되지 않았다. 상기 PNIPAAm-GQDs와 bcp-GQDs의 S 2p 피크는 확연하게 감소하였는데, 이는 결합된 블록 공중합체에 의해 황의 영향력이 감소된 것이다. 4 (c), XPS of RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs showed a sulfur peak (S 2p peak) corresponding to the bound RAFT reagent, and the graphene quantum dots (GQDs) No signal was observed anywhere. The S 2p peaks of the PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs were markedly reduced because of the reduced influence of sulfur by the conjugated block copolymer.

도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)는 물에 대한 용해도와 안정성을 보여주고 있다. GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs 및 bcp-GQDs는 물에 대해 완벽하게 분산되었으며, 이는 GQDs, RAFT-GQDs 및 PNIPAAm-GQDs의 형광 이미지를 통해 알 수 있다. As shown in FIG. 5, the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and graphene quantum dot of the present invention shows solubility and stability in water. GQDs, RAFT-GQDs, PNIPAAm-GQDs and bcp-GQDs were completely dispersed in water, which can be seen from fluorescence images of GQDs, RAFT-GQDs and PNIPAAm-GQDs.

도 5와 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)는 청색 형광을 발현하는 P7AC 블록과 녹색 형광을 발현하는 그래핀 양자점이 동시에 작용하여 백색에 가까운 형광을 보여준다. 이는 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)가 형광 특성을 조정할 수 있는 형광 센서로서 적용할 수 있는 가능성을 입증하는 것이다. As shown in FIGS. 5 and 6, the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer of the present invention and the graphene quantum dot (bcp-GQDs) of the present invention exhibits a P7AC block expressing blue fluorescence and a graphene quantum dot expressing green fluorescence simultaneously It shows fluorescence. This demonstrates the possibility that the complex of the block copolymer of the present invention and graphene quantum dot (bcp-GQDs) can be applied as a fluorescence sensor capable of adjusting fluorescence properties.

도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 화학적 특성을 보여주는 것으로, 고 분해능 투과 전자 현미경(high resolution Transmission Electron Microscopy, HRTEM)과 원자 간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)를 이용하여 GQDs, RAFT-GQDs 및 bcp-GQDs의 평균 크기 및 높이를 측정 및 비교를 하였다. 상기 GQDs의 평균 크기 및 높이는 11.1 nm와 0.71 nm이고, 상기 RAFT-GQDs의 평균 크기 및 높이는 11.8 nm와 0.73 nm이며, 상기 bcp-GQDs의 평균 크기 및 높이는 26.6 nm와 3.88 nm이다. 상기 bcp-GQDs의 평균 크기 및 높이는 GQDs와 RAFT-GQDs의 평균 크기 및 높이에 비해 확연하게 증가하였다. 이는 그래핀 양자점(GQDs)의 표면에 결합된 블록 공중합체(bcp)의 사슬(chain)의 존재로 기인하는 것으로, 상세하게는 상기 블록 공중합체(bcp)인 P7AC-PNIPAAm 사슬이 중합 반응 중에 그래핀 양자점(GQDs) 표면에 완벽하게 공유결합으로 결합되었다는 것을 의미한다. As shown in FIG. 7, the chemical properties of the block copolymer (bcp-GQDs) of the block copolymer of the present invention and the graphene quantum dot (bcp-GQDs) are shown by high resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) Atomic Force Microscope (AFM) was used to measure and compare the mean size and height of GQDs, RAFT-GQDs, and bcp-GQDs. The average size and height of the GQDs are 11.1 nm and 0.71 nm, the average size and height of the RAFT-GQDs are 11.8 nm and 0.73 nm, and the average size and height of the bcp-GQDs are 26.6 nm and 3.88 nm, respectively. The average size and height of bcp-GQDs were significantly increased compared to the average size and height of GQDs and RAFT-GQDs. This is caused by the presence of a chain of a block copolymer (bcp) bonded to the surface of graphene quantum dots (GQDs). Specifically, the block copolymer (bcp) P7AC-PNIPAAm Pin GQDs on the surface of the substrate.

도 8(a)는 본 발명에 따른 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 온도 감응에 대해 알고자 물(pH 7)에 분산된 상기 복합체의 발광(PL) 특성을 그래프로 보여준다. 발광 특성 측정을 위한 모든 샘플들은 수용액(물) 내에서 다른 그래핀 양자점(GQDs) 기질에 의한 P7AC 블록의 발광 감쇄(PL quenching)를 방지하기 위하여 매우 낮은 농도(30 ppm)로 제작되었다. 실온에서 수용액에 분산된 상기 복합체는 백색에 가까운 형광을 발현하고, 이 때 발광(PL) 스펙트럼은 410 nm에서 P7AC 블록의 발광(emission) 피크와 505 nm에서 그래핀 양자점(GQDs)의 발광(emission) 피크를 나타낸다. 수용액의 온도가 40 ℃까지 상승할 때, 410 nm에서 청색 발광(emission) 피크의 강도가 급격하게 감소되고, 반면에, 505 nm에서 녹색 발광(emission) 피크가 확연하게 증가된다. FIG. 8A is a graph showing the emission (PL) characteristics of the complex dispersed in water (pH 7), in order to know the temperature response of the complex (bcp-GQDs) of the block copolymer and the graphene quantum dot according to the present invention Show. All samples for emission characterization were fabricated at a very low concentration (30 ppm) to prevent PL quenching of the P7AC block by other graphene quantum dot (GQDs) substrates in aqueous solution (water). The PL spectrum of the complex dispersed in the aqueous solution at room temperature exhibited near-white fluorescence. The PL spectrum had an emission peak of P7AC block at 410 nm and an emission peak of GQDs at 505 nm ) Peak. When the temperature of the aqueous solution rises to 40 캜, the intensity of the blue emission peak at 410 nm sharply decreases, while the emission peak at 505 nm is significantly increased.

도 8(b)에서 보는 바와 같이, 온도 측면에서 발광(PL) 강도 변화에 따른 수량화와 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체(bcp-GQDs)의 감응에 대한 가역성을 설명하기 위해 505 nm와 410 nm의 발광(PL) 강도의 비(I505 nm / I410 nm)는 서로 다른 온도에 대한 수용액 속에서 반복적인 주기를 가지는 그래프로 도시하고 있다. 온도가 25 ℃에서 40 ℃까지 상승할 때, I505 nm / I410 nm의 값이 0.91에서 2.27까지 확연하게 증가하였다. 이러한 변화는 반복적인 가열-냉각 순환에서 재현되었다.As shown in FIG. 8 (b), in order to explain the reversibility of the quantification according to the change in PL intensity and the response of the block copolymer (bcp-GQDs) to the block copolymer and graphene quantum dots on the temperature side, The ratio of the intensities of the luminescence (PL) in nm (I 505 nm / I 410 nm ) is plotted as a graph with repetitive cycles in aqueous solution at different temperatures. As the temperature increased from 25 ° C to 40 ° C, the I 505 nm / I 410 nm value increased significantly from 0.91 to 2.27. These changes were reproduced in repetitive heating-cooling cycles.

또한, 흥미로운 점은, 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 강한 공유결합과 물에 대한 그래핀 양자점(GQDs)의 우수한 분산력에 대한 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 가역성과 안정성이다. Also interesting is the ability of the block copolymer (bcp) of the present invention to interact with both the strong covalent bond between the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) and the good dispersing power of the graphene quantum dots (GQDs) Pin quantum dot (GQDs) complexes.

온도 감응형으로서 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 색상 감응은 최저임계용액온도(Lower Critical Solution Temperature, LCST)에서 PNIPAAm 사슬(chain)의 구조(형상) 변화와 연관되어 있다. 최저임계용액온도(LCST) 32 ℃ 이하에서, 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 PNIPAAm 사슬(chain)은 물 안에서 친수성을 가지면서 팽창하게 된다. 즉, 청색 형광을 발현하는 P7AC 블록과 녹색 형광을 발현하는 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 이격 거리는 형광공명에너지전이(FRET)를 억제하기 위해 충분히 길게 벌어진다. 최저임계용액온도(LCST) 32 ℃ 이상에서, 상기 PNIPAAm 사슬(chain)이 접혀지고, 이로 인해 상기 P7AC 블록의 고 에너지로부터 상기 그래핀 양자점(GQDs)의 저 에너지로 형광공명에너지전이(FRET)가 촉진되면서 백색 형광에 녹색 형광으로 변하게 된다.The hue response of the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention as a temperature sensitive type is determined by the change in the structure (shape) of the PNIPAAm chain in the lower critical solution temperature (LCST) Lt; / RTI &gt; At the lowest critical solution temperature (LCST) 32 ° C or lower, the PNIPAAm chain of the complex of the block copolymer (bcp) and graphene quantum dots (GQDs) expands while having hydrophilicity in water. That is, the distance between the P7AC block expressing blue fluorescence and the graphene quantum dot (GQDs) expressing green fluorescence is long enough to suppress fluorescence resonance energy transfer (FRET). At a minimum critical solution temperature (LCST) of 32 占 폚 or more, the PNIPAAm chain is folded, whereby the fluorescence resonance energy transfer (FRET) from the high energy of the P7AC block to the low energy of the graphene quantum dots As it is promoted, white fluorescence becomes green fluorescence.

도 9(a)에서 보는 바와 같이, 상기 형광공명에너지전이(FRET)의 효율은 형광체의 수명을 측정함으로써 평가할 수 있다. 발광(emission) 피크 410 nm에서 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체로부터 P7AC의 형광 강도 감쇠(decay)는 물 안에서 370 nm 파장의 빛을 조사하면서 시-분해 형광(Time-Resolved Fluorescence, TRF)으로 조사하였다. 상기 시-분해 형광(TRF)의 결과는 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체가 온도-민감형인 것을 알려주고, 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 형광 수명은 최저임계용액온도(LCST) 이상에서 현저하게 감소하였다. 상기 시-분해 형광(TRF)의 결과는 하기 표 1에 나타내었다. As shown in Fig. 9 (a), the efficiency of the fluorescence resonance energy transfer (FRET) can be evaluated by measuring the lifetime of the phosphor. The decay of the fluorescence intensity of P7AC from the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention at 410 nm of the emission peak is obtained by measuring the fluorescence intensity of the time- (Time-Resolved Fluorescence, TRF). The result of the time-resolved fluorescence (TRF) indicates that the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) is temperature-sensitive and the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots Gt; (LCST) &lt; / RTI &gt; above the lowest critical solution temperature (LCST). The results of the time-resolved fluorescence (TRF) are shown in Table 1 below.

25 ℃25 40 ℃40 ℃ τ1 τ 1 1.731.73 0.520.52 A1(%)A 1 (%) 96.3496.34 83.8783.87 τ2 τ 2 7.917.91 2.192.19 A2(%)A 2 (%) 3.663.66 16.1316.13 τave τ ave 1.961.96 0.790.79

상기 표 1에서 보는 바와 같이, PNIPAAm 블록의 최저임계용액온도(LCST) 이하에서 25 ℃일 때, P7AC 블록의 발광(emission)은 τ1 = 1.73 ns(population A1 = 96.34 %)와 τ2 = 7.91 ns(population A2 = 3.66 %)의 감쇠 구성요소와 함께 1.96 ns의 평균 수명(τave)을 가진다. 반대로, PNIPAAm 블록의 최저임계용액온도(LCST) 이상에서 40 ℃일 때, P7AC 블록의 발광(emission) 감쇠 시간은 τ1 = 0.52 ns(population A1 = 83.87 %)와 τ2 = 2.19 ns(population A2 = 16.13 %)의 감쇠 구성요소와 함께 0.79 ns의 평균 수명(τave)으로 빠르게 진행된다.As shown in Table 1, at 25 ° C below the lowest critical solution temperature (LCST) of the PNIPAAm block, the emission of the P7AC block is τ 1 = 1.73 ns (population A 1 = 96.34%) and τ 2 = 7.91 ns (population A 2 = 3.66%) with an average lifetime of 1.96 ns (τ ave ). Conversely, at 40 ° C above the lowest critical solution temperature (LCST) of the PNIPAAm block, the emission decay time of the P7AC block is τ 1 = 0.52 ns (population A 1 = 83.87%) and τ 2 = 2.19 ns 0.79 ns with a life expectancy of the attenuated components of (population A 2 = 16.13%) and proceeds rapidly (τ ave).

상기 P7AC 블록의 발광(emission)의 짧은 수명은 상기 P7AC 블록의 고 에너지로부터 상기 그래핀 양자점(GQDs)의 저 에너지로 형광공명에너지전이(FRET)에 의한 비발광성 감쇠(nonradiative decay) 속도 증가의 결과로 보인다. 또한, 상기 시-분해 형광(TRF)의 경향은 주기가 반복적으로 나타나고, 도 10에서 보는 바와 같이, 발광(PL) 스펙트라의 가역성 테스트와 일치한다는 것을 확인할 수 있다. The short lifetime of the emission of the P7AC block results from the nonradiative decay rate increase due to the fluorescence resonance energy transfer (FRET) from the high energy of the P7AC block to the low energy of the graphene quantum dot (GQDs) Respectively. In addition, the trend of the time-resolved fluorescence (TRF) appears repeatedly, and it can be confirmed that it corresponds to the reversibility test of the light emission (PL) spectra as shown in FIG.

도 9(b)에서 보는 바와 같이, 온도 감응으로서 극적인 색상 변화는 DLS 분석을 통해서 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체 크기 변화로 설명할 수 있다. 온도-독립적인 그래핀 양자점(GQDs)의 입자는 High-Resolution-TEM의 측정을 통해 유체역학적의 직경이 12 nm이다. 이와 대조적으로 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 입자 크기는 그래핀 양자점(GDQs) 표면에 결합된 블록 공중합체의 사슬의 구조적 변화때문에 온도에 의존성이 강하다. 최저임계용액온도(LCST) 이상에서 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 입자 크기는 16 nm로 일정하고, 그래핀 양자점(GQDs)의 입자 크기는 약 12 nm로 일정하다. 최저임계용액온도(LCST) 이상일 때, P7AC 블록의 고 에너지로부터 그래핀 양자점(GQDs)의 저 에너지로 형광공명에너지전이(FRET)가 강하게 유도되기 위해 P7AC 블록과 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 이격 거리가 충분하게 짧고, 이로 인해 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체에서 강한 녹색 형광이 발현된다. As shown in FIG. 9 (b), the dramatic color change as a temperature response can be explained by the DLS analysis and the change in the complex size of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention. Particles of temperature-independent graphene quantum dots (GQDs) have a hydrodynamic diameter of 12 nm through the measurement of High-Resolution-TEM. In contrast, the particle size of the complex of the block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs) is temperature dependent because of the structural change of the chain of the block copolymer bound to the graphene quantum dot (GDQs) surface. The particle size of the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) is constant at 16 nm and the graphene quantum dots (GQDs) have a particle size of about 12 nm at the minimum critical solution temperature (LCST) Do. (FRET) from the high energy of the P7AC block to the low energy of the graphene quantum dots (GQDs) when the LCT is above the minimum critical solution temperature (LCST), the separation between the P7AC block and the graphene quantum dots (GQDs) The distance is short enough that strong green fluorescence is expressed in the complex of block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs).

최저임계용액온도(LCST) 이하일 때, 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 유체역학적 입자 크기는 45 nm까지 증가한다. 상기 최저임계용액온도(LCST) 이하에서 P7AC 블록과 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 이격 거리는 현저하게 넓게 벌어지고, 형광공명에너지전이(FRET)를 억제한다. 상기 최저임계용액온도(LCST) 이하에서 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 유체역학적 입자 크기는 용매에 의해 상기 블록 공중합체가 많이 부풀어져 DLS 분석 시 과대평가될 수 있기 때문에 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 입자 크기의 증가는 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 이격 거리 증가와는 동등하지 않는다. 그러나, 주목해야할 사실은, 온도 변화에 의존하는 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 입자 크기의 경향은 PNIPAAm 구조와 도 8의 PL 스펙트럼과 일치함을 확인할 수 있다. The hydrodynamic particle size of the complex of block copolymer (bcp) with graphene quantum dots (GQDs) increases to 45 nm when it is below the minimum critical solution temperature (LCST). Below this minimum critical solution temperature (LCST), the separation distance between the P7AC block and the graphene quantum dots (GQDs) widen significantly and suppresses fluorescence resonance energy transfer (FRET). The hydrodynamic particle size of the complex of block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs) below the minimum critical solution temperature (LCST) can be overestimated during DLS analysis because the block copolymer is much swollen by the solvent Thus, the increase in the particle size of the complex of block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs) is not equivalent to increasing the separation distance between the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs). However, it should be noted that the tendency of the particle size of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) depending on the temperature change is consistent with the PNIPAAm structure and the PL spectrum of FIG.

상기와 같은 결과분석으로 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 극적인 온도-의존형 색상 감응은 온도에 따른 PNIPAAm 구조의 변화가 이루어지기 때문에 오로지 P7AC 블록의 고 에너지로부터 상기 그래핀 양자점(GQDs)의 저 에너지로 형광공명에너지전이(FRET)에 의해서 유도되는 것이다. As a result of the above analysis, the dramatic temperature-dependent color response of the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention changes only from the high energy of the P7AC block And is induced by fluorescence resonance energy transfer (FRET) at a low energy of the graphene quantum dots (GQDs).

본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체가 다기능 센서 플랫폼으로서 사용할 수 있음을 설명하기 위해 pH와 금속 이온 변화에 따른 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체 색상 감응을 연구하였다. (Bcp) and graphene quantum dots (GQDs) according to the change of pH and metal ion to explain that the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention can be used as a multi- Were studied.

도 11은 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체가 pH에 의존하는 PL 특성을 보여준다. 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체가 용해된 수용액에서 색상은 pH가 증가할수록 눈에 구별되는 색상으로 변한다(pH 1 - 파란색, pH 7- 백색, pH 11 - 청록색). 예를 들어, I505 nm / I410 nm의 값이 0.20이면 pH 1, I505 nm / I410 nm의 값이 0.71이면 pH 3, I505 nm / I410 nm의 값이 0.94이면 pH 7을 나타낸다. 이는 수용액이 산성으로 될수록 505 nm에서 그래핀 양자점의 발광(emission)이 감소하는 것을 말한다. 또한, 낮은 I505 nm / I410 nm의 값은 염기성에 가까울수록 낮아진다. 예를 들어, I505 nm / I410 nm의 값이 0.63이면 pH 9, I505 nm / I410 nm의 값이 0.59이면 pH 11을 나타낸다. Figure 11 shows PL characteristics where the complex of block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs) is pH dependent. In the aqueous solution in which the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) complex are dissolved, the hue changes to a color differentiating to the eye (pH 1 - blue, pH 7 - white, pH 11 - cyan) . For example, when the value of I 505 nm / I 410 nm is 0.20, the pH is 1, when I 505 nm / I 410 nm is 0.71, the pH is 3, and when I 505 nm / I 410 nm is 0.94, . This means that as the aqueous solution becomes acidic, the emission of graphene quantum dots decreases at 505 nm. Also, the lower I 505 nm / I 410 nm value is lowered near the basicity. For example, if the I 505 nm / I 410 nm value is 0.63, the pH is 9, and if I 505 nm / I 410 nm is 0.59, the pH value is 11.

또한, 도 11에서 보는 바와 같이, 410 nm에서 발광(PL) 강도는 pH 변화에 관계없이 거의 일정하고, 그래핀 양자점(GQDs)의 발광(emission) 강도는 pH 변화가 그래핀 양자점(GQDs)에서 발광 사이트(emissive sites, 예를 들어, 산소 작용기(oxyzen group)과 자유 지그재그 사이트(free zigzag sites))의 양자화(protonation) 또는 탈양자화(deprotonation)로 유도되어 강산성과 강염기성 조건에서 현저하게 감소한다. 11, the intensity of PL at 410 nm was almost constant regardless of the change in pH, and the emission intensity of graphene quantum dots (GQDs) was changed from the graphene quantum dots (GQDs) Is induced by the protonation or deprotonation of emissive sites (for example, oxygenzen groups and free zigzag sites) and is markedly reduced in strongly acidic and strongly basic conditions .

따라서, 녹색에서 청색 발광(emission) 양을 비교하여 pH의 범위를 조절할 수 있고, 색상 감응을 할 수 있다. 종래의 고분자를 기반으로 하는 pH 감응형 센서는 특정한 pH 값에서만 고분자의 구조가 변형되지만, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 식별되는 색상을 가지고 넓은 범위의 pH 값을 관찰할 수 있는 장점이 있다. Therefore, the range of pH can be adjusted by comparing the amount of emission of green to the amount of blue light, and color response can be achieved. Although the conventional polymer-based pH-sensitive sensor is modified only at a specific pH value, the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention has a color There is an advantage of observing the pH value.

또한, 도 12에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체를 센서로 사용함으로써, 온도와 pH 변화를 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다. 서로 다른 pH 조건(예를 들어, pH 1 ~ 11)에서 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 PL과 색상 변화는 온도 변화의 범위에서 관찰되었다. Also, as shown in FIG. 12, by using a complex of the block copolymer (bcp) of the present invention and graphene quantum dots (GQDs) as a sensor, it is possible to simultaneously measure temperature and pH change. The change in PL and color of the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) at different pH conditions (for example, pH 1-11) was observed in the range of temperature change.

본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 다양한 금속 이온을 감지할 수 있다. 도 13에서 보는 바와 같이, 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 용량 의존적(dose-depengent)인 색상 차이를 가지고, 다양한 금속 이온들을 민감하게 감지할 수 있다. 상기 복합체를 이용한 금속 이온 감응에 대한 실험은 25 ℃에서 pH 7인 수용액 상에서 진행되었으며, 금속 이온들의 농도는 100 μM로 고정하였다. The complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention can detect various metal ions. As shown in FIG. 13, the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) has a dose-dependent color difference and can sensitively detect various metal ions. Experiments on the metal ion response using the complex were carried out in an aqueous solution at pH 7 at 25 ° C, and the concentration of metal ions was fixed at 100 μM.

도 13(a)는 Cu2 +와 Fe3 +의 감응에 대한 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 PL 스펙트럼 변화를 보여준다. 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체가 용해된 수용액은 100 μM의 Cu2 +를 첨가하면 백색에서 청녹색으로 변하게 되고, 100 μM의 Fe2 +를 첨가하면 백색에서 진한 청색으로 변하게 된다. 이러한 현상은 서로 다른 금속 이온들의 존재하에 그래핀 양자점(GQDs)의 발광(emission) 피크인 505 nm으로부터 기인한다. Figure 13 (a) shows the PL spectrum change of the block copolymer (bcp) and yes composite quantum dots of the pin (GQDs) for the induction of Cu + 2 and Fe + 3. The aqueous solution in which the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) are dissolved changes from white to cyan when 100 μM Cu 2 + is added, and when 100 μM Fe 2 + is added, . This phenomenon results from the emission peak of graphene quantum dots (GQDs) at 505 nm in the presence of different metal ions.

도 13(b)에서 보는 바와 같이, 주목해야할 점은, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 금속 이온인 Ag2 +, Cd+, Au3 +, Sn2 +, Cu2 +, Pb2 +, Cr3 +, Fe3 + 및 Pd2 +으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 금속 이온들을 색상 변화로 감응을 할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 그리고, 이를 이용하여 금속 이온 감응형 센서로 적용할 수 있다. 녹색 형광을 발현하는 그래핀 양자점(GQDs)의 환원 정도는 금속 이온들의 종류에 의존함으로, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 다중색상(multicolor) 인식도 금속 이온들의 종류에 따라 의존한다. As shown in FIG. 13 (b), it should be noted that the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention is composed of Ag 2 + , Cd + , Au 3 + , Sn 2 +, Cu 2 +, Pb 2 +, Cr 3 +, Fe 3 + , and but can be a response to a change in color of the metal ions comprising at least one selected from the group consisting of Pd 2 +, but not always limited thereto. And, it can be applied as a metal ion sensitive sensor by using it. Since the degree of reduction of green fluorescence-emitting graphene quantum dots (GQDs) depends on the kind of metal ions, multicolor recognition of the complex of the block copolymer (bcp) and graphene quantum dot (GQDs) Depending on the type of the film.

또한, 상기 금속 이온들의 농도는 상기 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 색상 감응을 결정한다. 예를 들어, 도 13(c)에서 보는 바와 같이, 505 nm의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 PL 강도에서 Fe3 +의 농도에 따른 효과는 Fe3 +의 농도가 증가할수록 PL 강도가 점진적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. In addition, the concentration of the metal ions determines the color response of the complex of the block copolymer (bcp) and graphene quantum dots (GQDs). For example, FIG. 13 (c), as shown in the block copolymer (bcp) of 505 nm and yes in the PL intensity of the composite quantum dots of the pin (GQDs) according to the concentration of Fe 3 + The effect can be confirmed that the PL intensity gradually decreases as the concentration of Fe 3 + increases.

도 13(d)에서 보는 바와 같이, I505 nm / I410 nm의 값은 Fe3 +의 농도가 0 ~ 50 μM 범위에서 선형적으로 감소하는데, 이를 통해 Fe3 +의 농도의 정량적인 측정을 가능하게 한다. As is shown in 13 (d), I 505 nm / I value of 410 nm is the quantitative measure of the concentration of Fe 3 + to decrease linearly, through which in the concentration of Fe 3 + 0 ~ 50 μM range .

상기 결과들은 그래핀 양자점(GQDs)과 친전자성인 금속 이온들 사이의 상호작용에 의한 비발광성 금속 - 그래핀 양자점의 복합체(nonradiative metal-GQD complexes)의 형성으로 설명할 수 있으며, 여기된 그래핀 양자점(excited GQDs)에서 금속 이온까지의 전하 교환에 의한 형광 감쇄(fluorescence quenching)로 설명할 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 보는 바와 같이, 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체에서 그래핀 양자점(GQDs)의 형광 감쇠(fluorescence decay)는 100 μM의 Fe3 +가 존재할 때 빠르게 진행된다. 상기 금속 - 그래핀 양자점의 복합체의 형성은 금속 이온들의 농도에 의존성이 높고, 금속 이온과 그래핀 양자점(GQDs) 사이의 밀접한 결합 때문에, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 금속 이온들의 농도에 따라 눈에 구별되는 색상으로 감응될 수 있으며, 다양한 금속 이온들에 대해 PL 감응도 각각 구별되게 관찰된다(도 13 (b) 참조). The above results can be explained by the formation of nonradiative metal-GQD complexes by interaction between graphene quantum dots (GQDs) and metal ions that are electrophilic, Can be explained by fluorescence quenching by charge exchange from excited GQDs to metal ions. For example, as shown in Figure 14, a block copolymer (bcp) and graphene fluorescence decay of the quantum dots (GQDs) graphene quantum dots (GQDs) in the complex of (fluorescence decay) when the Fe 3 + of 100 μM is present It goes fast. Since the formation of the complex of the metal-graphene quantum dots is highly dependent on the concentration of metal ions and due to the close bonding between the metal ion and the graphene quantum dots (GQDs), the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots ) Can be sensitized to colors different from each other depending on the concentration of metal ions, and PL sensitivities are separately observed for various metal ions (see Fig. 13 (b)).

또한, 온도와 pH 변화에 따른 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체의 금속 이온 센싱의 특성을 연구하였다. 도 15에서 보는 바와 같이, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 매우 안정적으로 온도, pH 및 서로 다른 금속 종류에 대해 동시에 감응하는 것을 확인할 수 있다. In addition, the metal ion sensing properties of the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention with temperature and pH change were studied. As shown in FIG. 15, it can be confirmed that the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dot (GQDs) of the present invention is very stable and sensitive to temperature, pH and different metal species simultaneously.

따라서, 본 발명의 블록 공중합체(bcp)와 그래핀 양자점(GQDs)의 복합체는 다양한 외부 자극들을 동시에 식별가능한 색상으로 감응할 수 있기 때문에, 환경 센싱 응용, 수질 분석, 세포 진단 및 바이오 이미징 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. Therefore, the complex of the block copolymer (bcp) and the graphene quantum dots (GQDs) of the present invention can respond to various external stimuli in a color capable of simultaneously identifying it, and thus can be applied to a variety of applications such as environmental sensing application, water quality analysis, It can be applied to the field.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (14)

그래핀 양자점(Graphene Quantum Dots, GQDs);
상기 그래핀 양자점에 결합된 사슬 이동제(chain transfer agent);
상기 사슬 이동제로부터 합성된 자극 감응형 고분자; 및
상기 자극 감응형 고분자로부터 합성된 형광 고분자를 포함하되,
상기 그래핀 양자점과 상기 사슬 이동제를 용해시켜 커플링 반응을 통해 제조된 혼합물에 자극 감응형 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응하고, 상기 중합반응 후 형광 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 수행된 중합반응으로 수득된 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체.
Graphene Quantum Dots (GQDs);
A chain transfer agent coupled to the graphene quantum dot;
A stimulus-sensitive polymer synthesized from the chain transfer agent; And
And a fluorescent polymer synthesized from the stimulus-sensitive polymer,
The graphene quantum dot and the chain transfer agent are dissolved to effect a coupling reaction, and a stimulus-sensitive polymeric monomer and a free radical initiator are added to the mixture to perform a polymerization reaction. After the polymerization reaction, a fluorescent polymer monomer and a free radical initiator are added A complex of a block copolymer and a graphene quantum dot, characterized by being obtained by the polymerization reaction carried out.
제 1 항에 있어서,
상기 형광 고분자는 폴리-7-(4-(아크릴로일옥시)부톡시)쿠마린(P7AC)인 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorescent polymer is poly-7- (4- (acryloyloxy) butoxy) coumarin (P7AC).
제 1 항에 있어서,
상기 형광 고분자는 폴리-7-(4-(아크릴로일옥시)부톡시)쿠마린(P7AC)을 포함한 쿠마린 염료(Coumarin dyes), 플루오론 염료(Fluorone dyes), 옥사진 염료(Oxazine dyes), 펜안트리딘 염료(Phenanthridine dyes), 시아닌 염료(Cyanine dyes) 및 로다민 염료(Rhodamine dyes)로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체.
The method according to claim 1,
The fluorescent polymer may be at least one selected from the group consisting of Coumarin dyes, Fluorone dyes, Oxazine dyes, and phenanthrene dyes including poly-7- (acryloyloxy) butoxy) coumarin (P7AC) Wherein the block copolymer is any one selected from the group consisting of phenanthridine dyes, cyanine dyes, and rhodamine dyes.
제 1 항에 있어서,
상기 자극 감응형 고분자는 폴리N-이소프로필아크릴아미드(PNIPAAm), 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리[2-(디에틸아미노)에틸 메타아크릴레이트(poly[2-(diethylamino)ethyl methacrylate]), 폴리(N,N-디메틸아크릴아미드)(poly(N,N-dimethylacrylamide)), 폴리(N,N-디에틸아크릴아미드)(poly(N,N-diethylacrylamide)), 폴리(비닐카프로락탐)(poly(vinylcaprolactame)), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리(비닐메틸에테르)(poly(vinylmethylether)), 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트(polyhydroxyethylmethacrylate), 폴리(펜타펩타이드)(Poly(pentapeptide)), 폴리(N-(3-아미노프로필)메타아크릴아미드)(poly(N-(3-aminopropyl)methacrylamide)), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 폴리프로필렌(polypropylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체.
The method according to claim 1,
The stimulus-responsive polymer may be selected from the group consisting of poly N-isopropylacrylamide (PNIPAAm), poly [2- (dimethylamino) ethyl methacrylate], poly [2- ), Poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (N, N-diethylacrylamide), poly (N, N-diethylacrylamide), poly (vinylcaprolactame), polyethylene oxide, poly (vinylmethylether), polyhydroxyethylmethacrylate For example, polyhydroxyethylmethacrylate, poly (pentapeptide), poly (N- (3-aminopropyl) methacrylamide), polyethylene, Selected from the group consisting of polymethylmethacrylate and polypropylene. Wherein the block copolymer is one of a graft copolymer and a graphene quantum dot.
제 1 항에 있어서,
상기 사슬 이동제는 디싸이오카보네이트(dithiocarbonate) 또는 트리싸이오카보네이트(trithiocarbonate) 작용그룹(moiety)인 것을 특징으로 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the chain transfer agent is a dithiocarbonate or trithiocarbonate functional group. The complex of the block copolymer and the graphene quantum dot is characterized in that the chain transfer agent is a dithiocarbonate or trithiocarbonate functional group.
그래핀 양자점과 사슬 이동제(chain transfer agent)를 용해시켜 커플링 반응을 통해 혼합물을 제조하는 단계(S1);
상기 혼합물에 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S2); 및
상기 단계(S2)의 중합반응 후 형광 고분자 단량체와 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 중합반응을 하는 단계(S3);를 포함하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법.
(S1) dissolving the graphene quantum dot and the chain transfer agent to prepare a mixture through a coupling reaction;
Adding a polymeric monomer and a free radical initiator to the mixture to perform a polymerization reaction (S2); And
And a step (S3) of adding a fluorescent polymer monomer and a free radical initiator to the polymerization reaction (S3) after the polymerization reaction in the step (S2), to thereby prepare a complex of graphene quantum dot and the block copolymer.
제 6 항에 있어서,
상기 단계(S1)의 커플링 반응은 DCC(N,N'-dicyclohexylcarbodiimide) 및 DMAP(4-dimethylaminopyridine)를 이용한 에스테르화(esterification) 반응인 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법.
The method according to claim 6,
The coupling reaction of step (S1) is an esterification reaction using DCC (N, N'-dicyclohexylcarbodiimide) and DMAP (4-dimethylaminopyridine), and the preparation of a complex of a block copolymer and a graphene quantum dot Way.
제 6 항에 있어서,
상기 단계(S2)의 중합반응은 고분자 단량체인 NIPAAm(N-isopropylacrylamide) 단량체와 자유 라디칼 개시제인 AIBN(azobisisobutyronitrile)을 첨가한 리빙라디칼 중합반응으로, 50 ~ 70 ℃에서 10 ~ 16 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법.
The method according to claim 6,
The polymerization reaction in the step S2 is a living radical polymerization reaction in which NIPAAm (N-isopropylacrylamide) monomer, which is a polymer monomer, and AIBN (azobisisobutyronitrile), which is a free radical initiator, are added and is carried out at 50 to 70 ° C for 10 to 16 hours Wherein the block copolymer is a graft copolymer.
제 8 항에 있어서,
상기 단계(S3)의 중합반응은 형광 고분자 단량체인 7AC(7-(4-(acryloyloxy)butoxy)coumarin) 단량체와 자유 라디칼 개시제인 AIBN(azobisisobutyronitrile)을 첨가한 리빙라디칼 중합반응으로, 50 ~ 70 ℃에서 10 ~ 16 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The polymerization reaction in the step S3 is a living radical polymerization reaction with 7AC (7- (4- (acryloyloxy) butoxy) coumarin) monomer as a fluorescent polymer monomer and AIBN (azobisisobutyronitrile) as a free radical initiator. In the presence of a catalyst for 10 to 16 hours.
제 8 항 또는 제 9항에 있어서,
상기 자유 라디칼 개시제는 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴),, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디히드로클로라이드 및 2,2'-아조비스[N-(2-카르복시에틸)-2-메틸프로피온아미딘]하이드레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 블록 공중합체와 그래핀 양자점의 복합체의 제조방법.
10. The method according to claim 8 or 9,
The free radical initiator may be selected from the group consisting of 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis Azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane (2-methylpyrrolidone), 2,2'- ] Dihydrochloride and 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] hydrate. The complex of the block copolymer and graphene quantum dot &Lt; / RTI &gt;
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 온도 감응형 센서.
10. A temperature sensitive sensor comprising a composite produced by the method of any one of claims 6 to 9.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 pH 감응형 센서.
10. A pH-sensitive sensor comprising a composite produced by the method of any one of claims 6 to 9.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 복합체를 포함하는 금속 이온 감응형 센서.
A metal ion sensitive sensor comprising a composite produced by the method of any one of claims 6 to 9.
제 13 항에 있어서,
상기 금속 이온은 Ag2 +, Cd2 +, Au3 +, Sn2 +, Cu2 +, Pb2 +, Cr3 +, Fe3 + 및 Pd2 +으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 금속 이온 감응형 센서.
14. The method of claim 13,
Wherein the metal ion includes at least one selected from the group consisting of Ag 2 + , Cd 2 + , Au 3 + , Sn 2 + , Cu 2 + , Pb 2 + , Cr 3 + , Fe 3 + and Pd 2 + Wherein the sensor is a metal ion sensitive sensor.
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