KR101796351B1 - 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법 - Google Patents

전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101796351B1
KR101796351B1 KR1020150080694A KR20150080694A KR101796351B1 KR 101796351 B1 KR101796351 B1 KR 101796351B1 KR 1020150080694 A KR1020150080694 A KR 1020150080694A KR 20150080694 A KR20150080694 A KR 20150080694A KR 101796351 B1 KR101796351 B1 KR 101796351B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
quantum dot
magnetic nanoparticles
plga
polymer
solution
Prior art date
Application number
KR1020150080694A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160144553A (ko
Inventor
김종성
권영훈
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가천대학교 산학협력단 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to KR1020150080694A priority Critical patent/KR101796351B1/ko
Publication of KR20160144553A publication Critical patent/KR20160144553A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101796351B1 publication Critical patent/KR101796351B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/588—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with semiconductor nanocrystal label, e.g. quantum dots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/02—Inorganic compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/001—Preparation for luminescence or biological staining
    • A61K49/0063—Preparation for luminescence or biological staining characterised by a special physical or galenical form, e.g. emulsions, microspheres
    • A61K49/0065—Preparation for luminescence or biological staining characterised by a special physical or galenical form, e.g. emulsions, microspheres the luminescent/fluorescent agent having itself a special physical form, e.g. gold nanoparticle
    • A61K49/0067—Preparation for luminescence or biological staining characterised by a special physical or galenical form, e.g. emulsions, microspheres the luminescent/fluorescent agent having itself a special physical form, e.g. gold nanoparticle quantum dots, fluorescent nanocrystals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/56—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/60—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing iron, cobalt or nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 발명은 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 (i) 생체적합성 고분자 및 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액과 생체적합성 고분자 및 양자점을 포함하는 제2 용액을, 전기장을 걸어준 상태에서, 평행하게 분사하여 하나의 흐름을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 흐름을 물과 계면활성제의 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는, 생체적합성 고분자로 캡핑한 양자점 자성 나노입자의 제조 방법에 대한 것이다.

Description

전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법{Method for Preparing Polymer-Encapsulated Quantum Dot Magnetice Nanoparticle via Electrohydrodynamic Co-Jetting}
본 발명은 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 (i) 생체적합성 고분자 및 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액과 생체적합성 고분자 및 양자점을 포함하는 제2 용액을, 전기장을 걸어준 상태에서, 평행하게 분사하여 하나의 흐름을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 흐름을 물과 계면활성제의 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는, 생체적합성 고분자로 캡핑한 양자점 자성 나노입자의 제조 방법에 대한 것이다.
지난 20년간 나노물질의 합성 및 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 나노기술은, 특성 크기(characteristic dimension)가 10억 분의 1 미터 단위이고, 벌크 물질이 보일 수 없는 전기적, 광학적 특성을 가지는 물질에 초점을 맞추고 있다. 나노스케일의 기술 개발로 인해 생물의학 분야, 특히 질병 검출, 진단, 치료 및 예방 분야가 진보했다.
양자점(Quantum dot, QD)은 나노결정성 물질로서, 몇가지 독특한 특성으로 인하여 이들의 합성 및 특성분석에 대한 수많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 보기 드문 특성에는 크기 및 조성-의존적 형광 방출, 넓은 스펙트럼 영역에 걸친 큰 흡광계수, 및 광표백에 대한 뛰어난 저항성이 포함된다. 생물학적 응용을 위해 합성된 다양한 형태의 양자점들이 최근에 DNA 혼성화용 표지는 물론 단염기 다형성 검출을 위한 표지로서도 사용되고 있다.
또한, 자성 입자의 합성 및 특성분석도 광범위하게 연구되고 있다. 이러한 입자들은 외부 자기장에 의해 특정 부위로 인도됨으로써, 부위특이적 약물 전달 및 암 치료와 같은 많은 생물의학적 응용을 가능하게 한다.
그러나 이러한 입자들을 생물학적 용도로 사용하기 위해서는 반드시 생체적합성 고분자로 캡슐화해야만 한다. 이러한 고분자로 캡슐화된 자성 나노입자는 액체 내에서 뛰어난 분산 특성을 보이고 상기 고분자는, 다양한 생물물질과 결합할 수 있는 다양한 작용기로 개질될 수 있다.
자성 나노입자를 합성하기 위해 몇가지 합성법들이 시도되었다(M. Arruebo, R. F. Pacheco, M. R. Ibarra, and J. Santamaria, Nanotoday . 2, 22 (2007); J. H. Yoo and J. S. Kim, J. Nanosci . Nanotec . 13, 1 (2013)). 예를 들면, 구, 막대, 디스크 및 섬유를 포함하는 다양한 형태의 나노크기 및 마이크론 크기의 이방성 고분자 입자를 제조하기 위하여 전기수력학적 공분사법(EHD (electrohydrodynamic) co-jetting)이 개발되었다.
병렬형 고분자 용액을 사용하거나 이러한 용액의 전도도를 조정함으로써 다중구획형(multicompartmental), 실린더형, 2상형(biphasic) 및 코어-쉘 구조의 입자들을 얻을 수 있다(S. Bhaskar, J. Hitt, S. Chang, and J. Lahann, Angew . Chem. Int . Ed . 48, 4589 (2009); S. Mitragotri and J. Lahann, Nat . Mat . 8, 15 (2008); A. Sun and J. Lahann, Soft . Mat . 5, 1555 (2009); M. Yoshida and J. Lahann, ACS Nano . 2, 1101 (2009)).
또한, 금과 같은 무기 물질을 상기 분사 용액(jetting solution)에 도입함으로써 신규한 복합 물질을 제조할 수 있다(D. W. Lim, S. Hwang, O. Uzun, F. Stellacci, and J. Lahann, Macromol . Rap . Comm . 31, 176 (2010)). Lim 등은 졸-겔법을 사용하여, DNA 감지에 응용할 수 있는 자기적 및 특별한 광학적 특성을 가지는 다기능성 나노구를 제조하였다. Lim 등에 따르면, 자성 산화철을 함유하는 실리카 나노구를 합성하였고 N-에틸-N'-(3-(디메틸아미노)프로필)카르보디이미드/N-하이드록시석신이미드(EDC/NHS) 커플링 반응을 통해 CdSe/ZnS QDs-DNA 탐침을 상기 나노구 내부로 포함시켰다. 그러나 Lim 등은 자성 나노입자와 코어/쉘 양자점이 캡슐화된 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 나노입자를 개시하지 않는다는 점에서 본 발명과의 차이점이 존재한다.
WO 2008/121077는 양친매성 중합체에 의해 캡슐화된 양자점을 포함하는 입자를 개시하고 있다. 상기 선행문헌은 PGLA로 캡슐화된 양자점을 제조한다는 점에서 본원 발명과 유사하나, 자성 나노입자를 포함하는 구조 및 EHD 공분사법을 통해 제조하는 방법을 개시하지 않는다는 점에서 본 발명과의 차이점이 존재한다.
대한민국 특허출원공개 제10-2010-0069105호는 유기 리간드를 포함하는 나노입자; 및 용해도 변수가 서로 상이한 블록단위를 포함하는 블록공중합체를 용매에 넣고 혼합하여, 자기 조립에 의해 미셀을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 유기 리간드; 블록 반복단위를 포함하는 블록공중합체; 및 용매의 용해도 변수가 특정 범위 내인 나노입자/블록공중합체 복합체의 제조 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌은 유기 리간드를 포함하는 나노입자를 사용한다는 점, 미셀 형성 공정을 포함한다는 점 및 자성 나노입자를 포함하지 아니한다는 점을 개시하지 않는다는 면에서 본 발명과의 차이점이 존재한다.
이와 같이, 양자점 및 자성 나노입자들을 생물학적 용도로 사용하기 위해서는 반드시 생체적합성 고분자로 캡슐화해야만 하는데, 현재까지 전기수력학적 공분사법에 의해 상기 양자점 및 자성 나노입자를 동시에 캡슐화하는 방법이 개발되지 아니하였다.
본 발명은 전기수력학적 공분사법(electrohydrodynamic (EHD) co-jetting)을 이용하여 양자점과 자성 나노입자를 동시에 캡슐화한 생체적합성 고분자 나노입자를 제조하는 것이다. 본 발명의 방법에 따라 제조된 나노입자는 생체내에서 독성을 나타내지 않을 뿐만 아니라, 자기적 특성 및 형광 특성을 나타낸다.
본 발명의 목적은 (i) 생체적합성 고분자 및 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액과 생체적합성 고분자 및 양자점을 포함하는 제2 용액을, 전기장을 걸어준 상태에서, 평행하게 분사하여 하나의 흐름을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 흐름을 물과 계면활성제의 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는, 생체적합성 고분자로 캡핑한 양자점 자성 나노입자의 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명은 전기수력학적 공분사법(electrodydrodynamic (EHD) co-jetting)을 이용하여 생체적합성 고분자로 캡핑한 양자점 자성 나노입자를 제조하는 방법에 대한 것이다.
본 명세서에서, "전기수력학적 공분사법"이란 이방성(anisotropic) 다중구획 입자 또는 섬유(multicompartmental particle or fiber)를 제조하기 위한 공정을 지칭한다. EHD 공분사법은 다양한 구획을 가지는 고분자 입자 또는 섬유를 제조할 수 있는 경제적이고 확장가능하며(scalable) 견고한 방법이다. 이러한 다중구획 고분자 입자 또는 섬유는 두 개의 평행한 모세관을 통해 고분자 용액을 층류 속도로 펌핑하여 제조될 수 있다(도 1 참조). 강한 전기장을 걸어줌으로써, 모세관으로부터 토출된 유체는 접지된 전극쪽으로 가속됨에 따라 신장되고(stretched) 박화된다(thinned). 상기 신장 공정 동안에, 용매는 고분자 용액으로부터 증발하고 접지된 전극 위에 마이크로미터 내지 나노미터 크기의 야누스 입자(Janus particle)만을 남긴다.
EHD 공분사법에서, 고분자 용액이 층류로 흐르기 때문에, 평행한 모세관을 세 개 이상 설치함으로써 모세관 개수에 상응하는 개수의 구획을 가지는 입자를 제조할 수 있다. 전기장의 세기, 고분자 농도, 유속, 점도 및 전도도와 같은 파라미터를 제어함으로써, 매우 다양한 입자 형상, 크기 및 표면 특성을 달성할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에 있어서, 전기장의 세기는 8 kV 내지 15 kV인 것이 바람직하다. 상기 제1 용액 및 제2 용액의 분사구와 위 두 용액의 혼합물을 수용하는 용기 사이에 걸리는 전기장의 크기는 쿨롱의 법칙에 따라, 상기 용액의 분사구와 용기 사이의 거리의 제곱에 반비례한다. 즉, 상기 분사구와 상기 용기 사이의 거리가 길수록 더 큰 전기장을 걸어준다. 본 발명의 바람직한 실시 태양에 있어서, 상기 분사구와 상기 용기 사이의 거리가 약 30 cm일 때, 약 13 kV의 전기장을 걸어줄 수 있다.
상기 생체적합성 고분자는 폴리(락트산), 폴리(글리콜산), 락트산과 글리콜산의 공중합체(예를 들면, PLGA), 락트산 및 글리콜산과 폴리(에틸렌 글리콜)의 공중합체, 폴리(ε-카프로락톤), 폴리(3-하이드록시부티레이트), 폴리부티로락톤, 폴리프로피오락톤, 폴리(p-디옥사논), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드로발레레이트), 폴리(프로필렌 푸마레이트), 및 이들의 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 폴리에스테르일 수 있다. 바람직하게는, 상기 생체적합성 고분자는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid))일 수 있다.
상기 제1 용액 및 제2 용액은 각각 클로로포름, N,N-디메틸 포름아마이드(DMF), 및 글리세롤 트리아세테이트를 함유할 수 있다. 상기 클로로포름은 휘발성이기 때문에 액체 방울에서 차지하는 부피비를 증가시켜 빠른 제트(jet) 형성을 가능하게 한다. 또한, 분사 용액의 낮은 전도도가 전하를 감소시키고 제트 형성을 저해하기 때문에 빠르게 증발하는 클로로포름을 사용한다. 또한, DMF를 사용하면 용액의 유전상수를 증가시켜 액체 방울의 직경을 감소시키고 액체 방울의 장기 안정성을 증가시킨다. 더욱이, 글리세롤 트리아세테이트는 용액의 점도 및 구조적 안정성을 증가시킨다. 또한, 고분자 용액 방울이 떨어지면서 위 세 가지 용매가 모두 증발해서 고체 고분자 입자가 형성된다.
또한, 상기 제1 용액의 점도는 10 cP 내지 30 cP일 수 있고, 상기 제2 용액의 점도는 10 cP 내지 30 cP일 수 있다.
상기 자성 나노입자는 산화철, 또는 CoFe2O4, MnFe2O4, FeFe2O4, NiFe2O4, MgFe2O4, BaFe12O19, CuFe2O4, SrFe12O19 또는 Y3Fe5O와 같은 페라이트 나노입자일 수 있다. 또한, 상기 자성 나노입자의 크기는 6 nm 내지 10 nm일 수 있다. 이러한 자성 나노입자들은 서로 응집하여 약 20 nm 내지 약 100 nm 크기의 응집체가 될 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 양자점은 당업계에 알려져 있는 거의 모든 양자점일 수 있다. 또한, 상기 양자점의 크기는 5 nm 내지 7 nm일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 양자점은 II-VI족 화합물로서 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe 등의 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe 등의 삼원소 화합물, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등의 사원소 화합물이거나; III-V족 화합물로서 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등의 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 등의 삼원소 화합물, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등의 사원소 화합물이거나; IV-VI족 화합물로서 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 등의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 등의 삼원소 화합물 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등의 사원소 화합물이거나; IV족 화합물로서 Si, Ge 등의 단일 원소 또는 SiC, SiGe 등의 이원소 화합물일 수 있다.
또한, 상기 양자점은 코어/쉘 구조를 가지는 나노입자일 수 있다. 구체적으로, 상기 양자점의 코어는 II-VI족 화합물로서 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe 등의 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe 등의 삼원소 화합물, 또는 HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등의 사원소 화합물로부터 선택되거나; III-V족 화합물로서 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등의 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 등의 삼원소 화합물, 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등의 사원소 화합물로부터 선택되거나; IV-VI족 화합물로서 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 등의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 등의 삼원소 화합물, 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등의 사원소 화합물로부터 선택되거나; IV족 화합물로서 Si, Ge 등의 단일 원소 또는 SiC, SiGe 등의 이원소 화합물로부터 선택될 수 있다. 그리고 상기 양자점의 쉘 부분은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, 또는 AlSb일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 태양에 있어서, 상기 양자점은 CdSe/ZnS 코어/쉘 나노입자일 수 있다.
상기 (i)단계를 거치면서 생성되는 고분자 용액 방울은, 용매가 증발함에 따라, 상기 양자점 및 자성 나노입자를 캡핑한 고분자 입자를 형성한다.
이렇게 형성된 고분자 입자는 상기 (ii)단계에서 계면활성제 용액과 접촉함으로써 물에 안정하게 분산될 수 있게 된다. 즉, 상기 계면활성제는 세척시 고분자 입자들끼리 응집하지 않고 물에 잘 분산되도록 한다. 다시 말하면, 상기 계면활성제는 고분자 입자를 안정화시킨다.
본 발명의 일부 실시 태양에서, 상기 계면활성제는 Tween 20, Tween 40, Tween 60 또는 Tween 80과 같은 폴리소르베이트; 또는 Span 60, Span 80, Span 83, Span 85 또는 Span 120과 같은 소르비탄 모노에스테르(sorbitan monoester)일 수 있다. 바람직하게는, 상기 계면활성제는 Tween 20일 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 크기는 125 nm 내지 35 μm일 수 있다. 본 발명의 하나의 실시 태양에서, 고분자가 PLGA이고, 양자점이 CdSe/ZnS 코어/쉘 나노입자이며, 자성 나노입자가 산화철 나노입자인 PLGA-QD-MP의 크기는 약 125.9 nm 내지 35 μm이다.
본 발명에 따르면, 자성 나노입자와 양자점을 동시에 캡슐화하는 생체적합성 고분자 입자를 효율적으로 제조할 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 제조된 나노입자는 독성 없이 생체내에 적용될 수 있다.
도 1은 양자점 및 자성 나노입자를 캡핑하는 PLGA 입자를 제조하는 EHD 공분사 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 산화철 자성 입자에 대한 투과전자현미경(TEM) 사진 및 에너지 분산형 X-선 분광학(EDX) 분석결과를 보여 준다.
도 3은 자외선 조사하에서 탈이온수에 분산된 PLGA-QD-MP에 대한 사진이다.
도 4는 슬라이드 글라스 상에 놓인 PLGA-QD-MP에 대한 명시야(bright 형광현미경 사진(도 4a 내지 4c) 및 암시야(dark field) 형광현미경 사진(도 4d 내지 4f)을 보여 준다(a, d: 녹색 양자점; b, e: 황색 양자점; c, f: 적색 양자점).
도 5는 CdSe/ZnS 양자점(도 5a) 및 PLGA-QD(도 5b)에 대한 정규화된 광발광 스펙트럼이다.
도 6은 전기영동광산란 분광계로 측정한 PLGA-녹색 QD-MP의 크기분포를 보여 준다.
도 7은 외부 자석에 의해 구동된(유도된) 자외선으로 조사된 PLGA-QD-MP에 대한 사진이다.
본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 자성 나노입자의 제조
0.02 mol의 FeCl2·4H2O 및 0.04 mol의 FeCl3·6H2O를 25 mL의 증류수에 혼합하였고 10분 동안 격렬하게 교반하였으며; 이어서, 20 mL의 암모늄 하이드록사이드(28 wt%)를 상기 용액에 첨가하였다. 5분 후에, 100 mL의 0.09 M 소듐 사이트레이트를 상기 혼합물에 첨가하였고, 실온에서 6시간 동안 격렬히 교반하여 자성 나노입자를 형성시켰다. 이어서, 상기 혼합물을 원심분리하였고 아세톤과 탈이온수를 사용하여 3회 세척하였으며, 이렇게 얻은 침전물을 초음파처리하여 100 mL의 증류수에 분산시켰다.
도 2는 상기 산화철 나노입자에 대한 TEM 사진과 EDX 분석결과를 보여 준다. 도 2를 보면, 4-6 nm 크기의 입자들이 뭉쳐서 정사각형, 오각형, 육각형 및 다각형과 같은 다양한 형태를 만들었다. EDX 분석에 따르면, Fe와 O의 원자 비율이 1:2인데, 이는 Fe3O4 보다는 Fe2O3의 원자 비율에 더 가깝다. 도 2에 따르면, 상기 입자에 대한 산소의 강력한 흡착에 기인한 것 같은, 과량의 산소가 존재한다.
실시예 2. EHD 공분사법을 통한 PLGA로 캡슐화된 자성 양자점 나노입자의 제조
도 1에 PLGA로 캡슐화된 양자점-자성 나노입자(PLGA-encapsulated quantum dot (QD)-magnetic nanoparticles (MPs))를 제조하는 데 이용된 EHD 공분사법에 대한 개략도가 나타나 있다.
950 mL의 클로로포름, 50 mL의 N,N-디메틸 포름아마이드 및 1 mL의 글리세릴 트리아세테이트의 혼합물에 100 mg의 폴리(D,L-락타이드-코-글리콜릭 애시드(poly(D,L-lactide-co-glycolic acid (PLGA))를 녹였다. 0.4 μM의 양자점 및 산화철 자성 나노입자를 상기 PLGA 용액에 개별적으로 녹였고 별개의 시린지로 빨아들였다. 양자점 및 자성 입자를 함유하는 고분자 용액을, 0.2 mL/h의 속도로 나란히 배열된 모세관 바늘로 도입하였고, 상기 바늘의 선단에 맺힌 방울에 약 13 kV의 전기장을 걸어주었다. 상기 양자점 및 자성 입자를 함유하는 복합 입자를 탈이온수 및 Tween 20의 혼합물에 분산시켰다. 이후, 상기 입자를 회수하였고 4℃에서 10,000 rpm으로 20분 동안 원심분리하였다. 이어서 상등액을 버렸고 침전물을 10 mL의 톨루엔에 분산시켰다. 상기 원심분리 과정을 2회 반복하여 PLGA로 캡슐화된 양자점-자성 나노입자(PLGA-encapsulated QD-magnetic nanoparticles)를 얻었다.
도 3은 UV 조사하에서 탈이온수 내에 분산된 상기 PLGA로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자(PLGA-QD-MP)의 사진을 보여 주고; 상기 PLGA-QD-MP는 다른 색을 가지는 매우 밝은 광발광을 보여 준다. 단일 시린지 및 두 개의 평행한 시린지를 사용하는 공분사법을 각각 사용함으로써 상기 PLGA-QD(PLGA로 캡슐화된 양자점) 및 PLGA-QD-MP(PLGA로 캡슐화된 양자점-자성 나노입자)를 제조하였다. 세 개의 다른 색(녹색, 황색, 적색)을 가지는 CdSe/ZnS 양자점을 사용하였다. EHD 공분사법에서, 양자점 및 자성 나노입자를 함유하는 PLGA 용액들은 층류를 보이는데, 이로써, 상기 두 개의 평행한 바늘 사이에서 방울이 형성될 때 상기 양자점 및 자성 나노입자의 혼합이 제한적이다. 상기 선단과 하부의 수집기(collector) 사이에 높은 전기장을 걸어줌으로써 테일러 콘(Taylor cone)이 형성된다. 상기 콘의 높은 제트 속도에 의해 용매 증발이 일어나고, 양자점- 및 자성 나노입자-함유 PLGA 입자가 형성된다.
도 4는 슬라이드 글라스 상에 놓인 상기 PLGA-QD-MP에 대한 명시야(bright field) 형광현미경 사진(도 4a 내지 4c) 및 암시야(dark field) 형광현미경 사진(도 4d 내지 4f)을 보여 준다; 즉, 몇 방울의 PLGA-QD-MP를 슬라이드 글라스 위에서 공기건조하였고 형광 사진(녹색, 황색, 적색)을 얻었다. 상기 명시야 사진은 둥근 형상의 20 - 30 μm 직경의 PLGA 입자를 보여 준다. 그러나 상기 암시야 사진은 형광이 상기 입자의 한쪽 면에서만 발생한다는 점을 보여 주고, 이는 상기 입자가 이방적으로 구획화(anisotropically compartmentalized)되었음을 의미하며; 즉, 양자점이 상기 입자의 한쪽 면에 위치하고 자성 나노입자는 다른 쪽 면에 위치한다. 또한, 도 4는 상기 양자점이 부분적으로 응집되었고 상기 입자 내에서 잘 분산되지 못했다는 점을 보여주는데, 이는 상기 양자점과 상기 PLGA 용액이 불완전하게 혼합되었기 때문일 것이다.
도 5는 CdSe/ZnS 양자점 및 PLGA-QD의 정규화된 광발광 스펙트럼을 보여 준다. PLGA 캡핑으로 인하여 상기 양자점의 광발광 스펙트럼이 넓어졌고 약간 청색-전이되었으며; 상기 스펙트럼 넓어짐은 상기 PLGA 입자 내에서의 상기 양자점의 응집에 기인한 것일 수 있다. 상기 녹색, 황색 및 적색 양자점에 대하여, 각각, 38 nm, 43 nm 및 38 nm의 반치전폭값(full width at half maximum value)이 측정되었다. 또한, 도 5는 상기 적색 양자점의 광발광 스펙트럼이 다른 양자점들의 경우에서 보다 더 넓어졌고 더 청색-전이되었음을 보여 준다.
도 6은 전기영동광산란분광계(ELS)로 측정한 PLGA-녹색 QD-MP의 크기분포를 보여 준다. 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 PLGA-QD-MP는 125.9 nm 내지 30 μm의 직경 범위를 가지는 넓은 크기분포를 보인다. 더욱이, 이러한 자성 나노입자는 자성이 있고 형광성이 있다. 이러한 두가지 기능성은 PLGA-QD-MP가 외부 자석에 의해 특정 위치로 유도될 수 있고, 이러한 움직임을 형광 사진으로 모니터링할 수 있다는 점을 의미한다.
도 7은 외부 자석에 의해 유도된 자외선-조사된 PLGA-QD-MP의 사진을 보여 준다. 이러한 자성 나노입자 함유 PLGA 입자는 쉽게 이동하였고 상기 자석 근처에서 신속하게 축적되었으며; 상기 자석을 제거하였을 때, 상기 입자는 상기 바이알(vial)의 바닥으로 되돌아 왔다. 도 7은 상기 QD- 및 MP-함유 PLGA 입자가 EHD 공분사법에 의해 용이하게 제조될 수 있고, 다양한 색의 양자점을 고객의 요구에 따라 선택할 수 있다는 점을 확인해 준다. 또한, 상기 생체적합성 PLGA를 화학적 개질(chemical modification)을 통해 많은 생물학적 물질에 연결할 수 있다. 또한, 다른 기능성 물질도 상기 PLGA 내부로 포함시킬 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 생체적합성 고분자 및 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액과 생체적합성 고분자 및 양자점을 포함하는 제2 용액을, 전기장을 걸어준 상태에서, 두 개의 평행한 모세관을 통해 각각 토출시켜 하나의 흐름을 형성하는 단계; 및
    전기장으로 토출된 상기 하나의 흐름을 접지된 전극쪽으로 가속하여 신장(stretch)시키는 단계 ;
    상기 흐름을 물과 계면활성제의 혼합물에 떨어뜨리는 첨가 단계를 포함하는 양자점 자성 나노입자의 제조방법으로서,
    상기 제 1용액과 상기 제 2 용액은 각각 휘발성 용매로 클로로포름, N,N-디메틸 포름아마이드(DMF) 및 글리세롤 트리아세테이트를 포함하고,
    상기 제조방법은 상기 신장 단계를 통해 상기 흐름의 일부를 형성하는 상기 휘발성 용매를 증발시켜 상기 양자점과 자성나노입자가 캡핑된 고분자 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생체적합성 고분자는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid))인 것을 특징으로 하는 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자성 나노입자는 산화철 나노입자인 것을 특징으로 하는 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양자점은 CdSe/ZnS 코어/쉘 나노입자인 것을 특징으로 하는 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법.
KR1020150080694A 2015-06-08 2015-06-08 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법 KR101796351B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150080694A KR101796351B1 (ko) 2015-06-08 2015-06-08 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150080694A KR101796351B1 (ko) 2015-06-08 2015-06-08 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160144553A KR20160144553A (ko) 2016-12-19
KR101796351B1 true KR101796351B1 (ko) 2017-11-10

Family

ID=57735299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150080694A KR101796351B1 (ko) 2015-06-08 2015-06-08 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101796351B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200137977A (ko) * 2019-05-29 2020-12-09 서울대학교산학협력단 양자점/고분자 복합재료의 미세 프린팅을 이용한 색 전환 마이크로 렌즈 및 그 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102545201B1 (ko) * 2020-12-14 2023-06-20 충남대학교산학협력단 나노 입자를 함유하는 야누스 구조체의 제조방법
CN117491626A (zh) * 2023-11-06 2024-02-02 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 一种Fe3O4@QDs标记物、免疫标记物及免疫层析检测多模态分析方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010011641A2 (en) * 2008-07-21 2010-01-28 The Regents Of The University Of Michigan Microphasic micro-components and methods for controlling morphology via electrified jetting

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010011641A2 (en) * 2008-07-21 2010-01-28 The Regents Of The University Of Michigan Microphasic micro-components and methods for controlling morphology via electrified jetting

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biomaterials, 2014, Vol. 35, pp 3885-3894.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200137977A (ko) * 2019-05-29 2020-12-09 서울대학교산학협력단 양자점/고분자 복합재료의 미세 프린팅을 이용한 색 전환 마이크로 렌즈 및 그 제조방법
KR102362061B1 (ko) 2019-05-29 2022-02-15 서울대학교산학협력단 양자점/고분자 복합재료의 미세 프린팅을 이용한 색 전환 마이크로 렌즈 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160144553A (ko) 2016-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tufani et al. Iron oxide nanoparticles based magnetic luminescent quantum dots (MQDs) synthesis and biomedical/biological applications: A review
KR101462656B1 (ko) 나노입자/블록공중합체 복합체의 제조방법
KR101421619B1 (ko) 나노결정-금속산화물-폴리머 복합체 및 그의 제조방법
US9550160B2 (en) Methods for producing nanoparticles and using same
US9701898B2 (en) Methods of grinding semiconductor nanocrystal polymer composite particles
US7862892B2 (en) Microspheres including nanoparticles
KR102306679B1 (ko) 양자점 및 이의 제조방법
CN107949618A (zh) 量子点及其制备方法
KR101796351B1 (ko) 전기수력학적 공분사법에 의한 고분자로 캡슐화된 양자점 자성 나노입자의 제조 방법
US11043647B2 (en) Quantum dot film having porous structure and manufacturing method for the same
KR101674412B1 (ko) 양자점 비드센서 및 그의 제조방법
KR20170007641A (ko) 표면개질된 코어／쉘 양자점 제조 방법
KR101764005B1 (ko) 도파민 검출 방법
KR102300886B1 (ko) 표면 리간드 화합물 제거 방법
Wang et al. Optimizing the aqueous phase synthesis of CdTe quantum dots using mixed-ligands system and their applications for imaging of live cancer cells and tumors in vivo
US10808169B2 (en) Methods of grinding semiconductor nanocrystal polymer composite particles
KR102683760B1 (ko) 친수성 양자점, 이를 포함하는 친수성 용제형 양자점 잉크 조성물 및, 이를 포함하는 발광소자 및 디스플레이
KR102130887B1 (ko) 산화그래핀-양자점 복합체 센서를 이용한 아스코빅산 검출 방법
KR20190055149A (ko) 중합 가능한 양자점 나노입자 및 치료용 제제, 파괴용 제제 및 문신용 제제로서의 그 용도
Yang Integrated Multifunctional Nanoplatforms with Bioimaging and Therapeutic Modalities in the Biological Window
KR20230011568A (ko) 양자점 복합 입자 및 그 제조방법
KR20220142726A (ko) 용매 감응성 형광 스위칭 하이브리드 입자 및 이의 제조방법
KR20210033160A (ko) 양자점-고분자 복합체 입자 및 이의 제조방법
Kwon et al. Preparation of Poly (D, L-lactide-co-glycolic acid)-Encapsulated QD Magnetic Nanoparticles by Electrohydrodynamic Co-Jetting
Gao et al. Long-circulating QD probes for in vivo tumor imaging

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant