KR101875474B1 - Functionalized magnetic nanoparticles and preparing method of thereof - Google Patents

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윤규식
전성범
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Abstract

Provided are modified magnetic nanoparticles and a method for producing the same. The present invention comprises: magnetic nanoparticles of a core-shell structure; and a polymer layer adhered to the outer periphery of the magnetic nanoparticles. The present invention is characterized in which cytotoxicity and physicomechanical properties are changed by a magnetic field. Therefore, the present invention can greatly improve biocompatibility by modifying the surface of the magnetic nanoparticles of which use is limited due to bio-toxicity.

Description

개질 마그네틱 나노입자 및 이의 제조방법{Functionalized magnetic nanoparticles and preparing method of thereof} [0001] The present invention relates to modified magnetic nanoparticles and methods for preparing the same,

본 발명은 마그네틱 나노입자의 제조방법 및 이에 따라 제조된 개질 마그네틱 나노입자에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing magnetic nanoparticles and a modified magnetic nanoparticle produced thereby.

마그네틱 나노입자는 적절한 크기, 표면 전하, 및 자성으로 인하여 조영제 및 표적 지향 약물 전달 체계에 매우 유용하다. Magnetic nanoparticles are very useful for contrast agents and targeted drug delivery systems due to their appropriate size, surface charge, and magnetism.

마그네틱 나노입자의 표적 세포에 마그네틱 나노 입자를 결합하는 바이오 센싱은 마그네틱 나노 입자의 중요한 특성이다. 세포의 표면에 부착된 마그네틱 나노 입자의 동적 거동을 마그네틱 필드의 방향과 세기를 제어하여 세포를 분리해 낼 수 있다. 입자들은 마그네틱 필드 내에서 서로 엉기지 않고 쉽게 살균 가능하다. 이러한 세포 분리 방법을 MACS(Magnetic Activated Cells Sorting)이라고 한다.Biosensing, which binds magnetic nanoparticles to target cells of magnetic nanoparticles, is an important characteristic of magnetic nanoparticles. The dynamic behavior of the magnetic nanoparticles attached to the surface of the cell can be controlled by controlling the direction and intensity of the magnetic field. The particles are not intertwined in the magnetic field and are readily sterilizable. This cell separation method is called MACS (Magnetic Activated Cells Sorting).

형광 나노 입자를 이용해 복잡한 세포 혼합체에서 세포를 라벨링하여 분리해 내는 방법 또한 연구되고 있다. FACS(Fluorescence Activated Cells Sorting)이라 불리는 방법은 세포에 형광 염료를 결합하여 가시화 할 수 있는 장점이 있다.Methods for labeling and isolating cells in complex cell mixtures using fluorescent nanoparticles are also being studied. A method called FACS (Fluorescence Activated Cells Sorting) has the advantage of being able to visualize a fluorescent dye bonded to a cell.

따라서 마그네틱 나노입자의 세포 내 흡수를 증가시키는 경우 다양한 생리학적 활용을 가능하게 한다. Therefore, increasing the intracellular absorption of magnetic nanoparticles enables various physiological applications.

그러나 이러한 다양한 활용 가능성에 있는 반면에 마그네틱 나노입자 자체의 독성으로 인하여 이들의 생체적 이용에 제한을 받는다. However, these various uses are limited, but their bioavailability is limited due to the toxicity of magnetic nanoparticles themselves.

특히 마그네틱 나노입자의 세포 흡수 이후에 과산화수소가 매우 반응성이 큰 세포사멸을 진행시키는 활성산소(ROS)가 형성되는 문제(비특허문헌 1)가 있어서 생물의학적 적용이 매우 어렵다. In particular, there is a problem in that active oxygen (ROS) is formed which promotes cell death with high reactivity of hydrogen peroxide after magnetic absorption of magnetic nanoparticles (Non-Patent Document 1), so that biomedical application is very difficult.

또한 자성입자와 고분자로 코팅된 자성입자를 처리하기 전과 후, 자기장이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 세포의 생물리기계학적 특성의 변화에 대해서 보고된 바가 없다. There is also no report on the change in the biomechanical properties of cells in the presence or absence of a magnetic field before and after treatment with magnetic particles and polymer coated magnetic particles.

따라서 마그네틱 나노입자의 세포독성을 감소시키고, 세포 내로 흡수를 증가시킬 수 있는 새로운 마그네틱 나노입자의 개발이 매우 시급한 실정이다. Therefore, it is very urgent to develop new magnetic nanoparticles capable of reducing cytotoxicity of magnetic nanoparticles and increasing absorption into cells.

대한민국 공개특허공보 제2014-0110463호(2014.09.17 공개)Korean Patent Publication No. 2014-0110463 (published on September 17, 2014)

Quinlan TR, Marsh JP, Janssen Y, Borm PA, Mossman BT. 1994. Oxygen radicals and asbestos-mediated disease. Environ Health Persp 102(Suppl 10):107. Quinlan TR, Marsh JP, Janssen Y, Borm PA, Mossman BT. 1994. Oxygen radicals and asbestos-mediated disease. Environ Health Persp 102 (Suppl 10): 107.

따라서, 본 발명은 마그네틱 나노입자의 표면을 개질하여 생체적합성이 증가된 개질 마그네틱 나노입자 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention provides a modified magnetic nanoparticle having improved biocompatibility by modifying the surface of magnetic nanoparticles, and a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.

상기 발명은 해결하기 위해, 본 발명은 코어-쉘 구조의 마그네틱 나노입자; 및 상기 마그네틱 나노입자 외주에 부착되는 고분자층을 포함하되, 자기장에 의하여 세포독성 및 물리역학적 성질이 변화된 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자를 제공한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a magnetic nanoparticle having a core-shell structure; And a polymer layer adhered to the outer periphery of the magnetic nanoparticles, wherein the cytotoxicity and physicomechanical properties of the modified nanoparticle are changed by a magnetic field.

또한 상기 마그네틱 나노입자는 Fe2 + 및 Fe3 + 이온이 공침되어 코어-쉘 구조의 나노입자로 형성될 수 있다. The magnetic nanoparticles may be formed of nanoparticles of core-shell structure by coprecipitation of Fe 2 + and Fe 3 + ions.

또한 상기 Fe2 + 및 Fe3 + 이온의 몰비는 1 : 2일 수 있다. The molar ratio of Fe 2 + and Fe 3 + ions may be 1: 2.

또한 상기 고분자층은 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)] 또는 알지네이트(alginate)로 형성될 수 있다. The polymer layer may also be formed of poly (lactic-co-glycolic acid) or alginate.

또한 상기 고분자층은 상기 마그네틱 나노입자의 표면에 흡착되어 마이너스로 하전된 것일 수 있다. The polymer layer may be adsorbed on the surface of the magnetic nanoparticles and negatively charged.

또한 상기 마이너스 하전은 -14 내지 -8 mV일 수 있다. The negative charge may be -14 to -8 mV.

또한 상기 물리역학적 성질의 변화는 세포 크기, 영률 및 세포 거칠기일 수 있다. Also, the change in the physiochemical properties may be cell size, Young's modulus and cell roughness.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 (a) 마그네틱 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 마그네틱 나노입자에 고분자를 첨가하여 마그네틱 나노입자의 표면에 고분자층을 형성하는 단계; 및 (c) 개질 마그네틱 나노입자를 회수하여 세척하고, 건조하는 단계를 포함하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic nanoparticle comprising: (a) preparing magnetic nanoparticles; (b) adding a polymer to the magnetic nanoparticles to form a polymer layer on the surface of the magnetic nanoparticles; And (c) recovering and washing the modified magnetic nanoparticles and drying the modified magnetic nanoparticles.

또한 상기 (a) 단계는 Fe2 + 및 Fe3 + 이온을 공침하여 코어-쉘 형태로 마그네틱 나노입자를 형성할 수 있다. Also, the step (a) may form magnetic nanoparticles in the form of a core-shell by coprecipitation of Fe 2 + and Fe 3 + ions.

또한 상기 Fe2 + 및 Fe3 + 이온은 몰비가 1 : 2일 수 있다. The Fe 2 + and Fe 3 + ions may have a molar ratio of 1: 2.

또한 상기 (b) 단계에서 상기 고분자층은 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)] 또는 알지네이트(alginate)일 수 있다. Also, in the step (b), the polymer layer may be poly (lactic-co-glycolic acid) or alginate.

또한 상기 고분자층이 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)]인 경우에는, 상기 고분자 층은 클로로포름과 상기 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)를 혼합하여 폴리(비닐알콜)과 초음파처리를 통한 중복 에멀전 증발을 통하여 형성될 수 있다. When the polymer layer is poly (lactic-co-glycolic acid), the polymer layer may be prepared by mixing chloroform with the poly (rat-co-glycolic acid) Poly (vinyl alcohol) and a duplicate emulsion evaporation through ultrasonic treatment.

또한 상기 초음파처리는 10분 동안 5초 간격의 펄스로 수행될 수 있다. The ultrasonic treatment may also be performed with a pulse of 5 seconds interval for 10 minutes.

또한 상기 고분자층이 알지네이트(alginate)인 경우에는 에틸렌글리콜에 소디움 알지네이트를 혼합하고 전기 분사되어 형성될 수 있다. When the polymer layer is alginate, it may be formed by mixing sodium alginate with ethylene glycol and electrospraying it.

상기 전기 분사는 유량 속도 45 내지 50 μL min-1, 인가전압 15 내지 19 kV로 수행될 수 있다. The electric injection may be performed at a flow rate of 45 to 50 μL min -1 and an applied voltage of 15 to 19 kV.

본 발명에 따르면 생체독성으로 인하여 사용이 제한적인 마그네틱 나노입자의 표면을 개질하여 생체적합성을 매우 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve the biocompatibility by modifying the surface of magnetic nanoparticles whose use is limited due to biotoxicity.

표면이 개질된 마그네틱 나노입자는 세포 내 전달, 표적 지향 약물 전달 체계 및 영상촬영에 사용될 수 있으며, 세포 메카니즘을 확인할 수 있는 유용한 수단을 제공할 수 있다. Surface modified magnetic nanoparticles can be used for intracellular delivery, target-oriented drug delivery systems, and imaging, and can provide a useful means of identifying cellular mechanisms.

또한 생체적합성으로 표면이 개질된 자성입자와 세포와의 상호작용으로 인한 세포의 생물물리학적(biophysical), 생물기계학적(biomechanical) 특성의 변화를 확인할 수 있다.Biocompatibility can also confirm the biophysical and biomechanical properties of cells due to the interaction of the surface-modified magnetic particles with the cells.

자기장을 사용하여 강제적인 세포 내로 흡수를 수행하여 세포 강성을 증가시킬 수 있으며, 표적 세포 및 조직에 대하여 세포 내 흡수가 가능하다.Magnetic fields can be used to perform forced absorption into cells to increase cell stiffness and allow for intracellular uptake of target cells and tissues.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면이 개질된 마그네틱 나노입자의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법에 있어서 개질 마그네틱 나노입자의 종류에 따른 전계방사주사전자현미경, 원자힘 현미경, 고해상투과전자현미경 및 자기력계 히스테리시스 루프의 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포 독성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포 흡수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포 거동을 나타낸 원자힘 현미경의 3D 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 생물물리역학적 (Biophysicomechanics)분석을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a method of manufacturing a surface-modified magnetic nanoparticle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of field emission scanning electron microscopy, atomic force microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and magnetic field hysteresis loop analysis according to the types of modified magnetic nanoparticles in the method for producing modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention Fig.
3 shows the cytotoxicity of the modified magnetic nanoparticles according to the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing cell uptake of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
5 is a 3D photograph of an atomic force microscope showing cell behavior of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing biophysical mechanical analysis of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명은 마그네틱 나노입자(이하' MNP')를 가지로 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid); 이하 'PLGA']를 사용하여 에멀젼화하여 표면이 개질된 마그네틱 나노입자(이하 'pMNP') 및 알지네이트를 사용한 전기 분사를 통하여 이온이 가교결합되어 개질된 마그네틱 나노입자(이하 'aMNP')를 개시한다. The present invention relates to a poly (lactic-co-glycolic acid) copolymer having magnetic nanoparticles (hereinafter referred to as 'MNP'). (Hereinafter abbreviated as 'aMNP') by ion-crosslinking through electrospinning using surface-modified magnetic nanoparticles (hereinafter referred to as 'pMNP') and alginate, do.

본 발명에 따른 개질 마그네틱 나노입자는 코어-쉘 구조의 마그네틱 나노입자와 상기 마그네틱 나노입자 외주에 부착되는 고분자층을 포함한다. The modified magnetic nanoparticle according to the present invention includes a core-shell structure magnetic nanoparticle and a polymer layer attached to the outer periphery of the magnetic nanoparticle.

상기 마그네틱 나노입자는 세포독성을 나타낼 수 있으며, 세포독성은 마그네틱 나노입자의 농도의 의존한다. The magnetic nanoparticles may exhibit cytotoxicity, and the cytotoxicity depends on the concentration of the magnetic nanoparticles.

본 발명의 한 실험예에서 MNP로 세포를 처리하는 경우 512 내지 1024μg/mL에서 광범위한 세포사멸이 발생되었다. In one experimental example of the present invention, when cells were treated with MNP, extensive cell death occurred at 512 to 1024 μg / mL.

따라서 MNP를 그대로 세포 내 흡수시키는 경우 세포 독성의 문제가 발생될 수 있으나, 상기 마그네틱 나노입자의 표면에 고분자층을 형성시키는 개질방법으로 세포 독성을 크게 감소시킬 수 있다. Therefore, when the MNP is intracellularly absorbed, a problem of cytotoxicity may occur, but the cytotoxicity can be greatly reduced by a modification method of forming a polymer layer on the surface of the magnetic nanoparticles.

상기 마그네틱 나노입자는 Fe2 + 및 Fe3 + 이온이 공침되어 코어-쉘 구조로 형성될 수 있다. The magnetic nanoparticles may be formed into a core-shell structure by coprecipitation of Fe 2 + and Fe 3 + ions.

상기 Fe2 + 이 산화되어 Fe3+ 존재할 수 있으며, 상기 Fe2 + 및 Fe3 + 이온의 몰비는 1 : 2일 수 있다. The Fe 2 + is oxidized Fe 3+ can be present, the Fe + 2 and Fe + 3 ions, the molar ratio of 1: 2 days.

상기 몰비의 범위에서 마그네틱 나노입자가 형성되는 경우에 고분자가 흡착되어 고분자층을 형성할 수 있다. When the magnetic nanoparticles are formed in the molar ratio range, the polymer may be adsorbed to form a polymer layer.

상기 고분자층은 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)] 또는 알지네이트(alginate)일 수 있다. The polymer layer may be a poly (lactic-co-glycolic acid) or an alginate.

상기 고분자층이 PLGA인 경우에 낮은 밀도와 큰 입자크기를 가질 수 있어서 세포 내로 흡수되었을 때 생체 적합성을 크게 높일 수 있으며, 자기장 내에서 표면을 마이너스 전하로 유지할 수 있다. When the polymer layer is PLGA, it can have a low density and a large particle size, so that it can greatly increase the biocompatibility when it is absorbed into a cell, and can maintain the surface as a negative charge in a magnetic field.

상기 고분자층을 PLGA으로 선택하는 경우 에멀전화에 의하여 상기 마그네틱 나노입자의 표면에 고분자층을 형성할 수 있다.When the polymer layer is selected as PLGA, a polymer layer can be formed on the surface of the magnetic nanoparticles by emulsification.

상기 고분자층이 알지네이트인 경우에 금속 이온을 매우 잘 수용할 수 있으며, 특히 양이온 금속을 수용하여 보관할 수 있다. When the polymer layer is alginate, the metal ion can be very well received, and in particular, the cation metal can be accommodated and stored.

특히 상기 고분자층을 알지네이트로 선택하는 경우에는 전기 분사에 의하여 원-스팟으로 개질 마그네슘 나노입자를 제조할 수 있는 장점을 갖는다. Particularly, when the polymer layer is selected as alginate, the modified magnesium nanoparticles can be produced by one-spot formation by electrospray.

상기 고분자층 이외에 다른 고분자로 형성되는 코팅층은 마그네틱 나노입자의 표면에서 에멀젼화 및 전기분사를 통하여 2 내지 6 nm로 고분자층을 형성하기 어려우며, 상기 범위를 초과하는 경우 자기장에 의한 개질 마그네틱 나노입자의 세포독성 및 물리역학적 성질을 변화시키기 어렵다. The coating layer formed of a polymer other than the polymer layer is difficult to form a polymer layer at 2 to 6 nm through emulsification and electrospray on the surface of the magnetic nanoparticles. When the coating layer is out of the range, the magnetic nanoparticles It is difficult to change the cytotoxic and physiochemical properties.

또한 상기 고분자층은 마그네틱 나노입자의 표면에 흡착되어 마이너스로 하전될 수 있다. In addition, the polymer layer is adsorbed on the surface of the magnetic nanoparticles and can be negatively charged.

상기 마이너스 하전은 -14 내지 -8 mV일 수 있다. The negative charge may be -14 to -8 mV.

상기 마이너스 하전 범위 내에서 마그네틱 나노입자와 고분자층 사이에 정전기적 반발에 의하여 사기 개질 마그네틱 나노입자의 형태가 변화될 수 있으며, 상기 나노입자의 형태가 변화되는 경우 자기장에 의하여 세포독성 및 물리역학적 성질이 변화될 수 있다. The morphology of the morpho-modified magnetic nanoparticles can be changed by electrostatic repulsion between the magnetic nanoparticles and the polymer layer within the negative charge range. When the morphology of the nanoparticles is changed, the cytotoxicity and physicochemical properties Can be changed.

상기 고분자층이 형성되고 표면의 하전에 따라 자기장 내에서 강제적으로 세포 내 흡수를 매우 증가시킬 수 있으므로, 세포 내 물질 전달을 위한 다양한 활용이 가능하다. Since the polymer layer is formed and the intracellular absorption can be greatly increased in the magnetic field due to the surface charge, it is possible to use various materials for intracellular mass transfer.

한편 상기 물리역학적 성질 변화는 세포 크기, 영률 및 세포 거칠기일 수 있다. On the other hand, the change in the physical properties may be cell size, Young's modulus and cell roughness.

상기 고분자층이 형성되는 경우에 세포 내로 흡수되어 자기장 내에서 세포 크기 및 영률(Young's modulus)을 변화시킬 수 있다. When the polymer layer is formed, it can be absorbed into cells to change the cell size and Young's modulus in the magnetic field.

상기 세포 크기는 자기장 내에서 감소될 수 있으며, 세포막 탄성을 알 수 있는 영률은 증가되어 세포 내 흡수를 크게 증가시킬 수 있다. The cell size can be reduced in the magnetic field, and the Young's modulus of the cell membrane elasticity can be increased to greatly increase intracellular absorption.

따라서 고분자층이 형성된 개질 마그네틱 나노입자는 자기장만으로 세포 내에서 다양한 세포 기능에 영향을 미칠 수 있다. Therefore, the modified magnetic nanoparticles formed with the polymer layer can affect various cell functions in the cell only by the magnetic field.

본 발명의 다른 측면에 따르면 본 발명은 (a) 마그네틱 나노입자를 제조하는 단계; (b) 상기 마그네틱 나노입자에 고분자를 첨가하여 마그네틱 나노입자의 표면에 고분자층을 형성하는 단계; 및 (c) 개질 마그네틱 나노입자를 회수하여 세척하고, 건조하는 단계를 포함하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법을 제공한다.  According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic nanoparticle comprising: (a) preparing magnetic nanoparticles; (b) adding a polymer to the magnetic nanoparticles to form a polymer layer on the surface of the magnetic nanoparticles; And (c) recovering and washing the modified magnetic nanoparticles and drying the modified magnetic nanoparticles.

상기 (a) 단계는 Fe2 + 및 Fe3 + 이온을 공침하여 코어-쉘 형태로 마그네틱 나노입자를 형성할 수 있다. The step (a) may form magnetic nanoparticles in the form of a core-shell by coprecipitation of Fe 2 + and Fe 3 + ions.

상기 Fe2 + 및 Fe3 + 이온은 몰비가 1 : 2일 수 있으며, 상기 몰비에서 고분자가 흡착되어 고분자층을 형성할 수 있다. The Fe 2 + and Fe 3 + ions may have a molar ratio of 1: 2, and the polymer may be adsorbed at the molar ratio to form a polymer layer.

이 경우 상기 개질 마그네틱 나노입자는 세포 내로 흡수되었을 때 자기장 내에서 상기 고분자층과 정전기 인력에 인하여 형태가 변화되고 물리역학적 성질이 변화될 수 있다. In this case, when the modified magnetic nanoparticles are absorbed into a cell, their morphology may be changed due to the polymer layer and the electrostatic attraction in the magnetic field, and the physicomechanical properties may be changed.

상기 (b) 단계에서 고분자층은 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)] 또는 알지네이트(alginate)일 수 있다. In the step (b), the polymer layer may be poly (lactic-co-glycolic acid) or alginate.

상기 고분자층이 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)]인 경우에는, 상기 고분자층은 클로로포름과 상기 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)를 혼합하여 폴리(비닐알콜)과 초음파처리를 통한 중복 에멀전 증발을 통하여 형성될 수 있다. When the polymer layer is a poly (lactic-co-glycolic acid), the polymer layer is formed by mixing chloroform with the poly (ricic-co-glycolic acid) (Vinyl alcohol) and a duplicate emulsion evaporation through ultrasonic treatment.

상기 고분자층이 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)가 아닌 경우 에멀전화를 통하여 고분자층을 형성하기 매우 어렵다. It is very difficult to form a polymer layer through emulsification when the polymer layer is not poly (ric-co-glycolic acid).

상기 초음파처리는 10분 동안 5초 간격의 펄스로 수행될 수 있으며, 상기 범위의 초음파 처리에 의하여 고분자층이 형성될 수 있으며 상기 범위를 벗어나는 경우에는 고분자층의 두께를 조절할 수 없다. The ultrasonic treatment can be performed with a pulse of 5 seconds interval for 10 minutes, and the polymer layer can be formed by the ultrasonic treatment in the range, and the thickness of the polymer layer can not be controlled if the range is out of the range.

상기 고분자층이 알지네이트(alginate)인 경우에는 에틸렌글리콜에 소디움 알지네이트를 혼합하고 전기 분사되어 형성될 수 있다. When the polymer layer is alginate, it may be formed by mixing sodium alginate with ethylene glycol and electrospray.

상기 전기 분사는 유량 속도 45 내지 50 μL min-1, 인가전압 15 내지 19 kV로 수행될 수 있다. The electric injection may be performed at a flow rate of 45 to 50 μL min -1 and an applied voltage of 15 to 19 kV.

상기 고분자층이 알지네이트로 선택되는 경우 상기 알지네이트의 생체적합성을 높이기 위하여 전기분사 방식으로 고분자층을 형성할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 고분자층의 두께를 조절할 수 없어서 표면의 전하를 조절하기 어렵다. When the polymer layer is selected as alginate, a polymer layer may be formed by an electrospray method in order to improve the biocompatibility of the alginate. If the polymer layer is out of the range, the thickness of the polymer layer can not be controlled and it is difficult to control the charge on the surface.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example 1> 표면 개질 마그네틱 나노입자의 합성  1> Synthesis of Surface-Modified Magnetic Nanoparticles

우선 마그네틱 나노입자는 Fe2 + 및 Fe3 + 이온을 수열합성 조건 하에서 공침하여 제조하였다. First, magnetic nanoparticles were prepared by coprecipitation of Fe 2 + and Fe 3 + ions under hydrothermal synthesis conditions.

아이언 (II) 클로라이드 테트라-하이드레이트(FeCl2·4H2O, MW: 198.27, Sigma Aldrich, >99%) 600 mg 및 아이언(III)클로라이드 헥사-하이드레이트(FeCl3·6H2O, MW: 270.30, Sigma Aldrich, >97%; Fe2+: Fe3 + 의 몰비 1 : 2 임) 1.62 g을 100 mL 비이커에 투입하였다. 30 mL 의 물에서 용해시켜 최종적으로 아이언의 농도는 0.3 M로 형성하였다. 제조된 혼합용액을 30°C 에서 60 분간 700 rpm으로 교반하였다. 600 mg of iron (II) chloride tetra-hydrate (FeCl 2 .4H 2 O, MW: 198.27, Sigma Aldrich,> 99%) and iron (III) chloride hexa-hydrate (FeCl 3 .6H 2 O, MW: 270.30, Sigma Aldrich, >97%; Fe 2+ : Fe 3 + molar ratio of 1: 2) was added to a 100 mL beaker. The solution was dissolved in 30 mL of water and finally the iron was formed at 0.3 M concentration. The prepared mixed solution was stirred at 700 rpm for 60 minutes at 30 ° C.

그리고 암모늄 하이드록사이드 용액(NH4OH, MW: 35.05, Sigma Aldrich, NH3 수용액 중 함량, w/w 28 ~ 30%) 7.5 mL를 25G 바늘이 구비된 주사펌프를 사용하여 화학적 침전을 달성하기 위한 자력교반과 동일한 조건으로 상기 혼합용액에 첨가하였다. And 7.5 mL of an ammonium hydroxide solution (NH 4 OH, MW: 35.05, Sigma Aldrich, content in aqueous NH 3 solution, w / w 28-30%) was used to achieve chemical precipitation using a 25 G needle- Was added to the mixed solution under the same conditions as the magnetic stirring.

반응과정에서 pH는 10으로 유지되었다. 암모늄 하이드록사이드 용액 첨가 후에 상기 혼합용액을 80°C 에서 30 분간 가열하였다. The pH was maintained at 10 during the course of the reaction. After adding the ammonium hydroxide solution, the mixed solution was heated at 80 ° C for 30 minutes.

마그네틱 나노입자를 포함하는 제조용액을 팁 소닉케이터(Sonic Dismembrator Model 500, Fisher Scientific)를 사용하여 5분간 초음파 처리하였다. The manufacturing solution containing magnetic nanoparticles was sonicated for 5 minutes using a Sonic Dismembrator Model 500 (Fisher Scientific).

초음파 처리 후 10분간 12000 rpm으로 원심분리하여 마그네틱 나노입자(이하 'MNP')를 수득하였다. After ultrasonic treatment, the mixture was centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes to obtain magnetic nanoparticles (hereinafter, referred to as 'MNP').

상등액을 제거한 이후에 진공 오븐(JEIO TECH, OV-11)을 사용하여, 80°C 에서 3시간 이상 완전하게 건조하고 4°C의 진공 데시케이터에 보관하였다. After removing the supernatant, it was completely dried at 80 ° C for more than 3 hours using a vacuum oven (JEIO TECH, OV-11) and stored in a vacuum desiccator at 4 ° C.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면이 개질된 마그네틱 나노입자의 제조방법을 나타낸 모식도이다. FIG. 1 is a schematic view showing a method of manufacturing a surface-modified magnetic nanoparticle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, B)에서 표면이 개질된 마그네틱 나노입자는 클로로포름(CHCl3, MW : 119.38, DAEJUNG, >99.5%)에 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)], (PLGA 50:50; Boehringer Ingelheim, Germany)이 6% w/v의 오일상을 제조하고, 15 mL의 원심분리 튜브에서 100 mg MNP와 예비 혼합시킨 5% 액상의 폴리(비닐 알콜)(PVA; 87% - 89% hydrolyzed, MW 13,000- 23,000; Aldrich)을 제조하여 중복 에멀전 증발을 통한 초음파처리하여 제조하였다. 1, the surface-modified magnetic nanoparticles in (B) were prepared by adding poly (lactic-co-glycolic acid) to chloroform (CHCl 3 , MW: 119.38, DAEJUNG,> 99.5% glycolic acid], (PLGA 50:50; Boehringer Ingelheim, Germany) was prepared in a 6% w / v oily phase and mixed with 100 mg MNP in a 15 mL centrifuge tube in a 5% Alcohol) (PVA; 87% - 89% hydrolyzed, MW 13,000 - 23,000; Aldrich) was prepared and ultrasonicated through the overlapping emulsion evaporation.

내용물을 팁 소닉게이터를 사용하여 10분 동안 5초 간격으로 펄스를 각각 인가하여 초음파처리하였다. The contents were ultrasonicated by applying a pulse at a 5-second interval for 10 minutes using a tip sonicator.

12000 rpm으로 15분간 원심분리하여 표면이 고분자로 개질된 마그네틱 나노입자를 수득하여 탈이온수로 4회 세척하였다. And centrifuged at 12,000 rpm for 15 minutes to obtain magnetic nanoparticles whose surface was modified with a polymer and then washed four times with deionized water.

30 °C 의 오븐에서 공기를 순환시켜 건조하고, 진공 데시케이터에 보관하였다. The air was circulated in an oven at 30 ° C, dried and stored in a vacuum desiccator.

도 1의 (C)를 참조하면, 소디움 알지네이트로 개질된 마그네틱 나노입자는 전기분사 시스템(NanoNC, eS-robot electrospinning spray system, Seoul, Korea)을 사용하여 제조하였다. Referring to FIG. 1 (C), the magnetic nanoparticles modified with sodium alginate were prepared by using an electro-spraying system (NanoNC, eS-robot electrospinning spray system, Seoul, Korea).

에틸렌글리콜(HOCH2CH2OH, MW: 62.07, Sigma Aldrich, >99%) 3 mL를 10 mL의 주사튜브에서 100 mg의 MNP와 예비 혼합된 2 %의 액상 소디움 알지네이트[(C6H8O6)n, 500~600 cp, Wako Chemicals] 용액 3 mL에 첨가하였다. 3 mL of ethylene glycol (HOCH 2 CH 2 OH, MW: 62.07, Sigma Aldrich,> 99%) was mixed with 100 mg of MNP in a 10 mL syringe with 2% of liquid sodium alginate [(C 6 H 8 O 6 ) n, 500-600 cp, Wako Chemicals].

aMNP는 눈금 게이지 28G, 유량 속도 50 μL min-1, 인가전압 19 kV로 조절하고, 노즐과 회수기의 간격을 8 cm로 하여 제조하였다. The aMNP was manufactured with a scale gauge of 28G, a flow rate of 50 μL min -1 , an applied voltage of 19 kV, and a gap between the nozzle and the collector of 8 cm.

전기 분사된 aMNP는 1% w/v 칼슘 클로라이드(Daehan Scientific) 용액에서 즉시 가교되었다. Electroprojected aMNP was immediately cross-linked in 1% w / v calcium chloride (Daehan Scientific) solution.

aMNP는 원심분리기를 사용하여 회수되었으며, 탈이온수로 세척하고 4 °C에서 저장하였다. aMNP was recovered using a centrifuge, washed with deionized water and stored at 4 ° C.

<< 실험예Experimental Example 1>  1> 개질된Reformed 마그네틱 나노입자의 물성  Physical properties of magnetic nanoparticles

(1) 분석방법(1) Analysis method

제조된 개질 마그네틱 나노입자의 형태는 광학현미경(Nikon Eclipse Ti-U), 전계방사주사전자현미경(이하 'FE-SEM';Jeol 7500F, USA), 고해상투과전자현미경(HR-TEM; Tecnai G2 F30)이 장착된 원자힘 현미경(이하 'bio-AFM'; Nanowizard II, JPK Instruments, Berlin, Germany)을 통하여 분석하였다.The morphology of the modified magnetic nanoparticles was investigated using an optical microscope (Nikon Eclipse Ti-U), a field emission scanning electron microscope (FE-SEM; Jeol 7500F, USA), a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM; Tecnai G2 F30 (Bio-AFM) (Nanowizard II, JPK Instruments, Berlin, Germany).

원자힘 현미경을 위하여 시료는 운모판에 적하하고, 건조한 이후에 실리콘 나이트라이드 탐침(Budget sensor, long cantilever)을 사용하여 공기 접촉 모드에서 스캔하였다. For atomic force microscopy, samples were loaded onto a mica plate, dried and then scanned in air contact mode using a silicon sensor (Budget sensor, long cantilever).

주사전자현미경 분석을 위하여 시료는 세척된 실리콘 기판 위에 적하되어, 건조한 이후에 플레티늄으로 코팅하였다. For the scanning electron microscopic analysis, the samples were dropped onto a cleaned silicon substrate, dried and then plated with platinum.

나노입자들의 평균 크기와 제타포텐셜은 레이저 회절 입자 분석기(Malvern Mastersizer 2000, Malvern, UK)를 통하여 측정되었다. The average size and zeta potential of the nanoparticles were measured using a laser diffraction particle analyzer (Malvern Mastersizer 2000, Malvern, UK).

사용된 입자의 농도는 탈이온수에서 0.1 mg/ml 였으며, 제조된 나노입자는 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectroscopy, Jasco v-730) 및 X-선 회절 분석(XRD, Rigaku.co) 및 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR, Jasco, FT/IR 4600)을 통하여 분석하였다. The concentration of the used particles was 0.1 mg / ml in deionized water and the prepared nanoparticles were analyzed by ultraviolet-visible spectroscopy (Jasco v-730) and X-ray diffraction analysis (XRD, Rigaku.co) FT-IR infrared spectroscopy (FT-IR, Jasco, FT / IR 4600).

각 시료의 FT-IR 스펙트럼(500-4000 cm-1)을 얻기 위하여 푸리에 변환 적외선 분광기를 통하여 4 cm-1 분광해상도에서 32회 평균 스캔하였다. 여기서 시료들은 기준 배경 스캔을 통하여 자동적으로 측정되었다. To obtain the FT-IR spectrum (500-4000 cm -1 ) of each sample, an average of 32 scans were taken at 4 cm -1 spectral resolution through a Fourier transform infrared spectroscope. Where the samples were automatically measured through a reference background scan.

제조된 나노입자의 자기성은 상온에서 진동 시료를 이용한 자기력계(이하 'VSM', Lakeshore) 및 -1.5 T에서 +1.5 T 사이를 주기로 하는 자기장 내의 히스테리시스 루프를 통하여 확인하였다.  The magnetic properties of the prepared nanoparticles were confirmed at room temperature using a magnetometer using a vibration sample (VSM, Lakeshore) and a hysteresis loop in a magnetic field with a period of -1.5T to +1.5T.

측정에 앞서서, 나노입자는 직경 4.4 mm의 펠릿으로 제조되었으며, 두께를 1.46 mm, 0.49 mm 및 0.39 mm로 변화하여 MNP, aMNP 및 pMNP를 각각 제조하였다. Prior to the measurement, the nanoparticles were prepared from pellets having a diameter of 4.4 mm and MNP, aMNP and pMNP were prepared by varying the thickness to 1.46 mm, 0.49 mm, and 0.39 mm, respectively.

마이크로웨이브 마그네틱 성질을 결정하기 위한 실험 장치는 전달형 S-밴드 사각 공동 공진기 및 네트워크 분석기로 구비되었다. An experimental apparatus for determining the microwave magnetic properties was provided with a transmission type S-band rectangular cavity resonator and a network analyzer.

상기 펠릿은 유리막에의 끝단에 부착되어 전기장 내에서 진동시켰다. The pellet was attached to the end of the glass membrane and vibrated in an electric field.

(2) 분석결과 (2) Analysis results

MNP는 하기 반응식 1에 따라 주어진 반응식의 열조건 하에서 공침하여 합성되었다. MNP was synthesized by coprecipitation under the thermal conditions of the given scheme according to Scheme 1 below.

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

Fe2 + + 2Fe3 + + 8OH- → Fe3O4 + 4H2OFe 2 + + 2Fe 3 + + 8OH - ? Fe 3 O 4 +4H 2 O

Fe2 + 및 Fe3 +의 몰비는 1 : 2에서 결정되고, 수산화물을 염기로 하여 철이온은 산화시켰다. The molar ratio of Fe 2 + and Fe 3 + was determined at 1: 2, and iron ions were oxidized with hydroxide as a base.

pMNP 및 aMNP는 각각 복합 에멀전화 및 전기분사를 통하여 도 1의 도식에 따라 합성되었다. pMNP and aMNP were synthesized according to the scheme of FIG. 1 through complex emulsification and electrospinning, respectively.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법에 있어서 개질 마그네틱 나노입자의 종류에 따른 전계방사주사전자현미경, 원자힘 현미경, 고해상투과전자현미경 및 자기력계 히스테리시스 루프의 분석 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing the results of field emission scanning electron microscopy, atomic force microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and magnetic field hysteresis loop analysis according to the types of modified magnetic nanoparticles in the method for producing modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention Fig.

여기서 (A),(B), 및 (C)는 각각 FE-SEM, AFM, HR-TEM 사진 및 VSM의 히스테리시스 루프(hysteresis loops; VSM)이고, (D) 는 평균 크기이며, (E)는 제타 포텐셜이고,(F)는 RMS 거칠기이며, (G)는 MNP, pMNP, aMNP의 FT-IR 사진이다. 데이타는 표준편차에 의하여 결정되었으며, 실험은 3회 반복되어 시료들 간의 유의한 차이는 *p < 0.05 및 ***p < 0.001으로 표시하였다.  (A), (B) and (C) are hysteresis loops (VSM) of FE-SEM, AFM, HR-TEM photograph and VSM, (F) is the RMS roughness, and (G) is the FT-IR image of MNP, pMNP, and aMNP. Data were determined by standard deviation, and the experiment was repeated 3 times, indicating significant differences between the samples * p <0.05 and *** p <0.001.

도 2를 참조하면, 형태 분석 결과 MNP는 동질상 및 구형으로 확인되었다.Referring to FIG. 2, as a result of the morphological analysis, MNP was identified as homogeneous and spherical.

도 2의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 개질된 pMNP 및 aMNP의 나노구조는 HR-TEM를 사용하여 매우 선명하게 시각화 되었다. Referring to FIGS. 2 (A) to 2 (C), the nanostructures of the modified pMNP and aMNP were very clearly visualized using HR-TEM.

(B)를 참조하면, PLGA 쉘은 더 투명한 알지네이트 쉘에 비하여 미세하게 어두웠다. (B), the PLGA shell was slightly darker than the more transparent alginate shell.

(A)를 참조하면, 마이너스로 하전된 표면에 대한 자기장 및 정전기 인력으로 MNP의 응집이 확인되었다. (A), the coagulation of MNP was confirmed by the magnetic field and electrostatic attraction on the negatively charged surface.

FE-SEM, AFM, 및 HR-TEM의 데이터는 서로 잘 일치되었다. The FE-SEM, AFM, and HR-TEM data were in good agreement.

AFM 높이 스케일은 MNP, pMNP, aMNP에 대하여 각각 10 nm, 90.7 nm, 및 126.7 nm로 하였다. The AFM height scale was 10 nm, 90.7 nm, and 126.7 nm for MNP, pMNP, and aMNP, respectively.

또한 VSM은 1.5 T의 자기장이 형성되는 경우 MNP, aMNP 및 pMNP의 자기장 히스테리히스를 나타내었다. VSM also showed magnetic field hysteresis of MNP, aMNP, and pMNP when a magnetic field of 1.5 T was formed.

전체 세 개의 시료는 0.8 T로 넓게 포화된 자기장으로 평면 자화 용이축에 나열되었다. All three samples were enriched with 0.8 T and were listed on the easy axis of planar magnetization.

모든 시료는 강한 자성을 나타내었으며, MNP 시료는 가장 높은 ~36 emu/cc의 자화정도를 나타내는 반면에 pMNP 및 aMNP의 자화 정도는 각각 ~8 emu/cc 및 ~12 emu/cc로 확인되었다. All samples exhibited strong magnetism and MNP samples showed the highest magnetization of ~ 36 emu / cc, while the magnetization of pMNP and aMNP were found to be ~ 8 emu / cc and ~ 12 emu / cc, respectively.

MNP 시료는 pMNP 및 aMNP가 각각 고분자 표면 코팅으로 인하여 자성이 감소되는 것으로 생각되는 것에 반하여 가장 강한 자성을 나타내었다. MNP samples showed the strongest magnetism, while pMNP and aMNP were thought to decrease magnetism due to polymer surface coating, respectively.

PLGA의 두께 및 알지네이트 쉘의 두께는 pMNP 및 aMNP에 대해 각각, 2-3 nm 및 5-6 nm이였다. The PLGA thickness and alginate shell thickness were 2-3 nm and 5-6 nm for pMNP and aMNP, respectively.

도 2에서 (D)를 참조하면, MNP, pMNP, 및 aMNP에 대해 나노입자의 크기는 15.25 nm, 55.75 nm, 및 135.155 nm 사이에 분산되었다. Referring to (D) in Figure 2, the nanoparticle size for MNP, pMNP, and aMNP was distributed between 15.25 nm, 55.75 nm, and 135.155 nm.

도 2에서 (E)를 참조하면, 나노입자의 표면 전하는 -8.7 mV, -14 mV, 및 -8 mV으로 하전되었다. Referring to FIG. 2 (E), the surface charge of the nanoparticles was charged at -8.7 mV, -14 mV, and -8 mV.

또한 도 2에서 (F)를 참조하면, RMS 거칠기는 12 nm, 33 nm, 및 87 nm 였고,거칠기는 나노입자 크기에 따른 경향과 일치하였다. Referring also to (F) in FIG. 2, the RMS roughnesses were 12 nm, 33 nm, and 87 nm, and the roughness was consistent with the nanoparticle size trend.

MNP 자외선-가시광선 스펙트럼은 300-400 nm의 흡수 밴드를 나타내어 나노 스케일인 것을 확인하였고, PLGA 및 알지네이트의 신호는 MNP의 피크에 의하여 가려졌다.MNP ultraviolet-visible spectrum showed nanoscale with an absorption band of 300-400 nm and PLGA and alginate signals were masked by MNP peaks.

XRD 결과는 2θ에서 (220), (311), (400), (422), (511), (440), 및 (533) 결정명에 대응하여 각각 ~30°, ~35°, ~43°, ~55°, ~58°, ~63°, 및 ~75°에서의 피크를 나타내어서 MNP의 입방체 역스피넬 구조를 확인하였다. XRD results are respectively ~ 30 °, ~ 35 °, ~ 43 ° (corresponding to 220, 311, 400, 422, 511, , ~ 55 °, ~ 58 °, ~ 63 °, and ~ 75 ° to confirm the cubic inverse spinel structure of MNP.

상기 구조는 산화철의 결합이 입방체 내에 가득 채워진 구조이며, Fe2+ 가 팔면체 틈자리에 배치되고, Fe3+가 팔면체 사면체 틈자리에 배치되었다. The structure is a structure in which the bonding of iron oxide is filled in the cube, Fe 2+ is disposed in the octahedral space, and Fe 3+ is disposed in the octahedral tetrahedral space.

PLGA 및 알지네이트는 비결정성 구조미며, 기판으로 사용된 유리 커버슬립에서 유래된 20-30°의 범위의 넓은 피크를 나타내었다. PLGA and alginate are amorphous structures and exhibit a broad peak in the range of 20-30 DEG derived from the glass cover slip used as the substrate.

모든 pMNP 및 aMNP 회절신호의 위지와 상대적 강도는 MNP의 결정 기준 자료와 잘 맞았다. Weak and relative intensities of all pMNP and aMNP diffraction signals were well matched with the MNP decision criterion data.

도 2에서 (G)를 참조하면, FT-IR 결과는 모든 그룹에서 500 - 600 cm-1 사이에서 Fe-O 에 대응하는 신장된 밴드를 나타내었다. Referring to (G) in FIG. 2, the FT-IR results showed elongated bands corresponding to Fe-O between 500 and 600 cm -1 in all groups.

pMNP에서 PLGA (C-(C=O)-O)의 강한 비대칭-대칭 진동 피크가 1150-1300 cm- 1 에서 나타났으며, 1750 cm-1 의 피크는 C=O의 신장을 나타내었다. A strong asymmetric-symmetric vibration peak of PLGA (C- (C = O) -O) in pMNP was observed at 1150-1300 cm - 1 and a peak at 1750 cm- 1 showed elongation of C = O.

<< 실험예Experimental Example 2> 세포 생존율 검정 2> Cell survival rate assay

(1) 검정방법(1) Test method

쥐 섬유아세포(NIH3T3, ATCC CRL-1658)는 2×104 cells/cm2 의 파종 밀도에서 준비되어 소태아혈청(Fetal Bovine Serum; FBS; Gibco) 및 항생제(100 U/mL 페니실린, 100 μg/mL 스트렙토마이신)을 부가한 덜베코 변형 배지(Dulbecco’s modified eagle medium, DMEM) 에서 배양하였다. Fetal Bovine Serum (FBS) and antibiotics (100 U / mL penicillin, 100 μg / mL) were prepared at a seeding density of 2 × 10 4 cells / cm 2 . mL streptomycin) in Dulbecco's modified eagle medium (DMEM).

일반 배양 조건(37 °C 및 5% CO2)을 사용하였으며, 세포 활성은 LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity 키트(MP03224, Invitrogen)를 사용하여 제조사의 지침에 따라 평가하였다. Cell culture conditions were evaluated using the LIVE / DEAD Viability / Cytotoxicity kit (MP03224, Invitrogen) according to the manufacturer's instructions. Cell culture conditions were 37 ° C and 5% CO 2 .

세포는 각각 1024, 512, 256 및 128 μg/mL의 농도의 나노입자로 처리되어 단속되는(on-off) 자기장 내에 배치되어 24시간 동안 배양되었다. Cells were treated with nanoparticles at concentrations of 1024, 512, 256, and 128 μg / mL, respectively, and placed in an on-off magnetic field and incubated for 24 hours.

각 세포는 LIVE/DEAD [calcein AM 및 ethidium homodimer-1 (EthD-1)]에서 30분 동안 직접 배양시킨 후 살아있는(녹색) 것과 죽은(적색) 것을 공초점 레이저 주사 현미경(이하 'CLSM', Zeiss LSM 700, Carl Zeiss Micro-Imaging GmbH, Germany)을 사용하여 촬영하였다. Each cell was directly cultivated in LIVE / DEAD [calcein AM and ethidium homodimer-1 (EthD-1)] for 30 min and then observed for live (green) and dead (red) by confocal laser scanning microscopy LSM 700, Carl Zeiss Micro-Imaging GmbH, Germany).

추가적으로 NIH3T3 증식은 1024 μg/mL에서 16 μg/mL까지 연속적으로 희석된 나노입자로 처리한 이후에 세포 카운팅 키트(CCK-8, Dojindo, CK04)를 사용하여 평가되었다.  In addition, NIH3T3 proliferation was assessed using a cell counting kit (CCK-8, Dojindo, CK04) after treatment with serially diluted nanoparticles from 1024 μg / mL to 16 μg / mL.

제조사의 지침에 따라 CCK-8 용액(웰 당 10% 배지 부피)은 각 웰에 투입되어 37 °C에서 1시간 동안 배양하였다. CCK-8 solution (10% medium volume per well) was added to each well according to the manufacturer's instructions and incubated at 37 ° C for 1 hour.

표본 200 μL를 취하여 450 nm에서 흡광도를 Multiskan 마이크로플레이트 리더(Thermo Scientific, Rockford, IL, USA)를 사용하여 측정하였다. A sample of 200 μL was taken and absorbance at 450 nm was measured using a Multiskan microplate reader (Thermo Scientific, Rockford, Ill., USA).

(2) 세포독성 (2) Cytotoxicity

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포독성을 나타낸 것이다. 3 shows the cytotoxicity of the modified magnetic nanoparticles according to the embodiment of the present invention.

여기서 (A),(C)는 개략적인 세포 생존률 검정을 나타내며, (B)는 대조군을 나타내며, (D), (E), (F)는 자기장이 형성되지 않은 처리는 통하여 제조된 MNP, pMNP 및 aMNP를 각각 나타내며, (G), (H), (I)는 자기장 처리를 통하여 형성된 것을 나타내었다. (D), (E), and (F) show the results of a cell-free survival assay of MNP, pMNP And aMNP, respectively, and (G), (H), and (I) were formed through magnetic field treatment.

(J)는 MNP, pMNP 및 aMNP으로 세포의 번식을 CCK-8 검정으로 확인한 것이다. (J) is the confirmation of cell proliferation by MNP, pMNP and aMNP by CCK-8 assay.

모든 결과는 표준편차로 나타내었으며, 실험은 3회 반복되었고, 대조군과 검증 시료의 유의한 차이점은 ***(p < 0.001)로 표시하였다. All results were expressed as standard deviations. The experiment was repeated 3 times, and the significant difference between the control and the test samples was expressed as *** (p <0.001).

쥐 섬유아세포(NIH3T3)는 나노입자의 세포독성을 검정하기 위하여 사용되었다. 조직 배양 접시에서 배양된 세포는 1024, 512, 256 및 128μg/mL으로 연속적으로 희석한 나노입자로 처리되었다. Rat fibroblast (NIH3T3) was used to test the cytotoxicity of nanoparticles. Cells cultured in tissue culture dishes were treated with serially diluted nanoparticles at 1024, 512, 256, and 128 μg / mL.

도 3을 참조하면, 나노입자의 세포독성에 대한 자기장의 효과를 확인하기 위하여 100 mT의 자기장을 형성하였다. 마그네틱 플레이트는 멸균하였으며, 실험 6시간 전에 배양기 내부에 배치하였다. Referring to FIG. 3, a magnetic field of 100 mT was formed to confirm the effect of the magnetic field on the cytotoxicity of the nanoparticles. The magnetic plates were sterilized and placed inside the incubator 6 hours before the experiment.

도 3의 (C)를 참조하면, 세포를 나노입자로 처리한 이후에 배양접시는 자기 플레이트 위에 단단히 고정되었다. Referring to FIG. 3 (C), after the cells were treated with nanoparticles, the culture dish was firmly fixed on the magnetic plate.

도 3의 (D)를 참조하면, 세포생사판별 검정 결과 1024 μg/mL MNP 농도는 죽은 세포(적색 흔적)에 의하여 미세한 세포독성을 나타내는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 3 (D), the cell death assay showed that the MNP concentration of 1024 μg / mL showed minute cytotoxicity due to dead cells (red mark).

도 3의 (G)를 참조하면, MNP의 세포독성은 농도가 감소됨에 따라 감소되는 것을 확인하였으며, MNP 용액은 농도에 의존하는 세포독성을 나타내는 것을 확인하였다. 동시에 MNP의 세포독성은 자기장 내에서 1024 및 512μg/mL MNP 농도일 때 광범위한 세포의 사멸이 관찰되었으나, 희석한 용액의 경우 무시할만한 세포독성을 나타내었다. Referring to FIG. 3 (G), it was confirmed that the cytotoxicity of MNP decreased with decreasing concentration, and MNP solution showed cytotoxicity depending on the concentration. At the same time, the cytotoxicity of MNP was observed at 1024 and 512 μg / mL MNP concentration in the magnetic field, but the diluted solution showed negligible cytotoxicity.

상기 결과는 자기장이 강제적인 MNP의 세포흡수의 결과로써 세포독성에 영향을 미치는 것에 대한 강력한 증거를 나타내었다. The results show strong evidence that the magnetic field affects cytotoxicity as a result of compelling cell uptake of MNP.

고분자로 개질하는 것이 생체적합성을 증가시키는 것을 좀 더 확인하기 위하여, pMNP 및 aMNP 또한 같은 방법으로 실험하였다. To further confirm that modifying with polymers increases biocompatibility, pMNP and aMNP were also tested in the same way.

도 3의 (E), (F)를 참조하면, 1024 μg/mL의 매우 높은 농도에서도 무시할만한 수준의 세포독성을 나타내었다. 도 3의 (H), (I)를 참조하면, 자기장의 존재는 미세한 세포독성을 형성하였고, 강제적인 나노입자의 흡수 증가를 나타내었다. Referring to FIGS. 3 (E) and 3 (F), the cytotoxicity was negligible even at a very high concentration of 1024 μg / mL. Referring to FIGS. 3 (H) and (I), the presence of the magnetic field formed microscopic cytotoxicity and showed an increase in the uptake of the forced nanoparticles.

도 3의 (J)를 참조하면, 다른 그룹으로 나뉘어 처리된 세포 증식은 낮은 농도(<32 μg/mL)에서 별다른 차이점을 나타내지 못하였으나, 64 μg/mL를 초과하는 경우에 급격한 세포 증식의 감소를 나타내었다. Referring to FIG. 3 (J), the cell proliferation divided into different groups did not show any significant difference at low concentrations (<32 μg / mL), but when the concentration exceeded 64 μg / mL, Respectively.

세포 생존률은 자기장의 내에서 더 빠르게 감소되었다. 자기장 내에서 MNP로 처리한 경우 세포 증식은 1.2배 감소되었다. 그러나 pMNP 및 aMNP으로 처리된 세포는 자기장 내에서도 MNP로 처리된 세포보다 매우 좋은 세포 생존률을 나타내서 폴리머 코팅으로 인하여 생체적합성이 증가되는 것을 확인하였다. Cell viability was reduced more rapidly within the magnetic field. The cell proliferation was 1.2-fold reduced by MNP treatment in the magnetic field. However, the cells treated with pMNP and aMNP showed a better cell viability than the cells treated with MNP even in the magnetic field, and biocompatibility was increased due to the polymer coating.

<< 실험예Experimental Example 3> 세포 내 흡수 평가  3> Assessment of intracellular absorption

(1) 세포 내 흡수 (1) Intracellular absorption

세포 내 흡수는 프러시안 블루 평가(Prussian blue assay) 및 세포 내 철 함량 분석을 통하여 평가하였다.Intracellular uptake was assessed by Prussian blue assay and intracellular iron content analysis.

젤라틴으로 코팅된 커버슬립에 2×104 cells/cm2 로 배양하고, 256 μg/ml 나노입자로 처리하여 24시간 동안 배양하였다. The coverslips coated with gelatin were cultured at 2 × 10 4 cells / cm 2 , treated with 256 μg / ml nanoparticles, and cultured for 24 hours.

세포는 흡수되지 않는 나노입자를 제거하기 위하여 PBS로 세척하고, 4% 의 차가운 파라포름알데하이드를 사용하여 30분간 고정하였다. Cells were washed with PBS to remove unabsorbed nanoparticles and fixed with 4% cold paraformaldehyde for 30 min.

PBS로 세척하고 새롭게 준비한 염색제(1:1 V/V, 10% 가용성 프러시안 블루 : 20% 염산)로 30분간 배양하였다.  Washed with PBS and incubated with freshly prepared stain (1: 1 V / V, 10% soluble prussian blue: 20% hydrochloric acid) for 30 minutes.

이후에 마지막으로 PBS로 세척하고 세포는 CLSM으로 관찰하였다. 세포 내의 철 함량 측정을 위해, 세포는 PBS로 세척하였으며, 수집되어 카운트되었다. Finally, the cells were washed with PBS and the cells were observed with CLSM. For the measurement of iron content in the cells, the cells were washed with PBS, collected and counted.

7000 rpm에서 5분간 원심분리한 이후에 수집된 세포 펠릿은 12% 염산수용액 100 μL에 분산시키고, 60°C 에서 4 시간 동안 배양하였다. After centrifugation at 7000 rpm for 5 minutes, the cell pellets collected were dispersed in 100 μL of 12% hydrochloric acid aqueous solution and cultured at 60 ° C for 4 hours.

배양 후에는 현탁액을 12000 rpm으로 10 분간 원심분리하고, 철 농도의 증가를 위하여 상층액을 회수하였다. After incubation, the suspension was centrifuged at 12000 rpm for 10 minutes and the supernatant was recovered to increase the iron concentration.

50 μL의 부피로 시료 용액을 96 웰 플레이트에 담고, 1% 암모니움 퍼설페이트(Sigma aldrich) 첨가하여 제1철이온(ferrous ions; Fe2 +) 산화시켰다. The sample solution was put into a 96-well plate at a volume of 50 μL, and ferrous ions (Fe 2 + ) were oxidized by adding 1% ammonium sulfate (Sigma aldrich).

최종적으로 0.1 M 포테슘티오시아네이트(Sigma aldrich) 100 μL을 시료 용액에 첨가하고 철-시안네이트의 적색을 형성시키기 위하여 5분간 배향하였다. 흡광도는 Multiskan 마이크로 플레이트 리더를 사용하여 490 nm에서 측정하였다. Finally, 100 μL of 0.1 M potassium thiocyanate (Sigma aldrich) was added to the sample solution and aligned for 5 minutes to form iron-cyanate red. Absorbance was measured at 490 nm using a Multiskan microplate reader.

(2) 흡수평가 (2) Absorption evaluation

도 4는 본 발명의 실시에에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포 흡수를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing cell uptake of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

여기서 (A), (C), (E), (G)는 자기장이 없는 상태에서 각각 MNP, pMNP 및 aMNP로 처리된 세포이고, (B), (D), (F), (H)는 자기장 내에서 각각 MNP, pMNP 및 aMNP로 처리된 세포이다. (A), (C), (E) and (G) are cells treated with MNP, pMNP and aMNP in the absence of a magnetic field, And cells treated with MNP, pMNP, and aMNP, respectively, in the magnetic field.

흡수된 나노입자는 프러시안 블루 검정에 의하여 청색으로 착색되었다. Absorbed nanoparticles were tinted blue by the Prussian blue test.

(I) 및 (J)는 나노입자의 세포 내 흡수 메카니즘 및 자기장 내에서 세포거동을 도식화한 것이다. (I) and (J) illustrate the intracellular absorption mechanism of nanoparticles and cell behavior in a magnetic field.

(K)는 세포 내 철 함량의 정량적 분석을 나타낸 것이다. 모든 결과는 표준편차로 나타내었으며, 실험은 3회 반복되었고, 대조군과 검증 시료의 유의한 차이점은 *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001로 표시하였다. (K) is a quantitative analysis of the intracellular iron content. All results were expressed as standard deviation. The experiment was repeated 3 times, and the significant differences between the control and the test samples were shown as * p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001.

세포 내의 흡수 메카니즘은 모든 나노입자 기반의 생물학적 응용에 매우 중요하다. 이것은 나노입자의 내재화 및 세포 내로 약물 전달을 결정한다. Intracellular absorption mechanisms are crucial for all nanoparticle-based biological applications. This determines the internalization of nanoparticles and drug delivery into cells.

MNP, pMNP, 및 aMNP(256 μg/mL)의 세포 내 흡수는 프러시안 블루 착색을 사용하여 하루 동안 측정하였다. Intracellular uptake of MNP, pMNP, and aMNP (256 μg / mL) was measured daily using prussian blue staining.

세포 내의 철 함량은 티오시아네이트 비색검정을 통하여 정량분석하였다. MNP 로 처리된 세포는 자기장 형성 여부에 관계없이 가장 높은 세포 내 흡수를 나타내였으며, 도 4의 (C) 및 (D)의 3D-재구성 공초점 사진을 통하여 확인하였다. The iron content in the cells was quantitatively analyzed by thiocyanate colorimetric assay. Cells treated with MNP showed the highest intracellular uptake regardless of magnetic field formation, and were confirmed by 3D-reconstruction confocal photographs of FIGS. 4 (C) and 4 (D).

단면도는 세포 내의 세포질에 내재화된 MNP의 분산을 보다 확연하게 나타내었다. The cross section more clearly shows the dispersion of MNP internalized in the cell cytoplasm.

MNP의 제타 전위는 -8.7 mV이고, MNP 는 세포막에 대하여 정전 반발력을 겪고 있는 것으로 판단되었다. The zeta potential of MNP was -8.7 mV, and it was judged that MNP was undergoing electrostatic repulsion against the cell membrane.

도 4의 (K)를 참조하면, 실험결과 세포 내로 MNP 의 흡수가 증가되어 세포 내의 철 함량이 10 μg/mL인 것으로 나타났다. Referring to FIG. 4 (K), the results showed that the absorption of MNP into the cells was increased and the iron content in the cells was 10 μg / mL.

도 4의 (E),(K),(G)를 참조하면, pMNP 및 aMNP은 자기장이 없는 상태에서 다소 낮은 세포 내 흡수를 나타내었고, 대조군보다는 높았다. Referring to (E), (K) and (G) of FIG. 4, pMNP and aMNP exhibited somewhat low intracellular uptake in the absence of a magnetic field, and were higher than the control group.

도 4의 (I)를 참조하면, pMNP 및 aMNP로 처리된 세포에서 미세한 세포 내 철 함량에 대한 차이가 발견되었다. 철 함량이 낮은 것은 pMNP 및 aMNP의 크기가 증가하기 때문이며, 세포막과 pMNP/aMNP 사이의 강한 정전기적 반발력 때문이다. Referring to Figure 4 (I), differences in the intracellular iron content were found in the cells treated with pMNP and aMNP. The lower iron content is due to the increased size of pMNP and aMNP and is due to the strong electrostatic repulsion between the cell membrane and pMNP / aMNP.

최종적으로 세포 내 흡수로 인한 철 함량은 대조군 < pMNP < aMNP < MNP인 것으로 나타났으며, MNP로 처리된 세포는 자기장 내에서 세포 내로 흡수되는 철 함량(18.7 μg/mL)의 큰 감소( ~1배)를 나타내었다. Finally, the content of iron due to intracellular uptake was found to be the control <pMNP <aMNP <MNP, and the cells treated with MNP showed a large decrease (~ 1 (18.7 μg / mL) of the iron content Times).

도 4의 (F), (H), (J), (K)에서 pMNP 및 aMNP으로 처리된 세포는 유사하게 세포 내로 흡수되는 철 함량이 1배로 증가되는 것이 확인되었다. It was confirmed that the cells treated with pMNP and aMNP in FIGS. 4 (F), (H), (J), and (K)

<< 실험예Experimental Example 4> 세포 형태  4> Cell morphology

(1) 형태 분석 방법(1) Morphology analysis method

NIH3T3 세포는 유리 젤라틴이 코팅된 커버슬립에서 배양하였다. NIH3T3 cells were cultured on glass gelatin coated coverslips.

세포생사판별 검정에 따라 256 μg/mL 나노입자 내에서 24시간 동안 배양하고, 배지는 제거하고, 시료는 PBS로 세 번 세척하였다. The cells were incubated in 256 μg / mL nanoparticles for 24 hours according to cell lysate discrimination test, the medium was removed, and the samples were washed three times with PBS.

살아있는 세포는 HYDRA2R-50NG 탐침을 사용하여 bio-AFM를 사용하여 주사(scan)하였다. 사진은 전체 세포, 세포핵, 및 세포질을 분리하여 주사하였다. Live cells were scanned using bio-AFM using the HYDRA2R-50NG probe. The photographs were obtained by isolating whole cells, nucleus, and cytoplasm.

주사 크기는 고해상도를 유지하면서 전형적인 표면 측정 순서에 따라 100 μm × 100 μm, 40 μm × 40 μm, 및 10 μm × 10 μm 로 조절되었다. The scan size was adjusted to 100 μm × 100 μm, 40 μm × 40 μm, and 10 μm × 10 μm according to the typical surface measurement sequence while maintaining high resolution.

For FE-SEM 측정으로 위해 세포를 고정하고, 세척한 이후에 연속적으로 희석(60%, 70%, 80%, 90%, 99%)에탄올을 사용하여 최대로 탈수하였다. 탈수 후에 시료를 플레티늄으로 코팅하고, 세포의 3개의 구획의 사진을 찍었다.For FE-SEM measurements, the cells were fixed, washed, and then dehydrated to the maximum with successive dilutions (60%, 70%, 80%, 90%, 99%) of ethanol. After dehydration, the samples were coated with platinum and pictures of the three compartments of the cells were taken.

(2) 미세압흔(Microindentation) 검정(2) Microindentation test

AFM 분광을 수행하였으며, 세포를 배양하여, Bio-AFM를 사용하여 생물물리학적(세포 크기, 스프레딩 영역 및 거칠기) 성질 및 생물역학적 성질(세포막 탄성)을 분석하였다. AFM spectroscopy was performed, cells were cultured, and biophysical (cell size, spreading area and roughness) properties and biomechanical properties (cell membrane elasticity) were analyzed using Bio-AFM.

영률을 측정하기 위해 0.4 N/m 힘을 나타내는 A CONT-S sphere 탐침 (5 μm 반경; Nanoworld services GmbH, Erlangen, Germany)을 사용하였으며, 세포 구획을 주사한 이후에 동일한 탐침을 이용하여 즉시 점 측정을 수행하였다. A CONT-S spherical probe (5 μm radius; Nanoworld services GmbH, Erlangen, Germany) with a force of 0.4 N / m was used to measure the Young's modulus. After scanning the cell compartment, Respectively.

램프의 크기 및 적하 속도는 1 μm 및 1 μm/s로 결정하였으며, 세포 표면의 결함을 방지하고 Hertz 모델의 제한을 방지하기 위해 0.5 ~ 10 nN의 연속적인 힘으로 0.5 ~ 1.5 μm의 범위에서 압흔 깊이를 조정하였다. The size and the dropping speed of the lamp were determined at 1 μm and 1 μm / s. In order to prevent defects on the cell surface and to prevent the limitation of the Hertz model, indentations in the range of 0.5 to 1.5 μm with a continuous force of 0.5 to 10 nN The depth was adjusted.

팁-샘플 분리 곡선 및 영률은 푸아송비가 0.5로 조절된 JPK 데이타 프로세싱 소트프웨어(JPK instruments)를 사용하여 Hertz 접촉모델을 통하여 결정되었다. Tip - Sample separation curves and Young's moduli were determined using the Hertz contact model using JPK data processing software (JPK instruments) with Poisson's ratio adjusted to 0.5.

세포 크기 측정을 위해, AFM의 세포 형태 크기 스케일이 사용되었다. For cell size measurements, a cell morphology size scale of AFM was used.

세포 표면의 거칠기는 JPK 사진 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 계산되었다. The roughness of the cell surface was calculated using JPK photo processing software.

세포 스프레딩 분석을 위해, Image J software(NIH)를 사용하였다. For cell spreading analysis, Image J software (NIH) was used.

(3) 생물물리학적 생물기계학적 변화 (3) Biophysical biomechanical changes

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 세포 거동을 나타낸 원자힘 현미경의 3D 사진이다.5 is a 3D photograph of an atomic force microscope showing cell behavior of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

여기서 (A),(E)는 대조군의 사진이고, 좌측 패널의 (B),(C) 및 (D)는 자기장이 없는 상태에서 MNP, pMNP,및 aMNP로 처리된 사진이고, (F),(G) 및 (H)는 자기장 내에서 MNP, pMNP,및 aMNP로 처리된 사진이다.(B), (C) and (D) of the left panel are photographs treated with MNP, pMNP, and aMNP in the absence of a magnetic field, and (F) (G) and (H) are photographs treated with MNP, pMNP, and aMNP in the magnetic field.

도 5의 (A) 내지 (H)를 참조하면, 256 μg/mL의 나노입자로 하루 동안 자기장을 형성하거나 형성하지 않으면서 세포를 처리하여 원자힘 현미경으로 분석하였다. 5 (A) to 5 (H), cells were treated with atomic force microscope without forming or forming a magnetic field with 256 μg / mL of nanoparticles for one day.

세포 Bio-AFM 사진은 100 × 100 μm, 40 × 40 μm, 및 10 × 10 μm 시야 크기로 각각 다르게 확대되어 기록되었다. 나노입자로 처리 및 자기장이 형성되었을 세포 형태의 변화는 명확하였다. Cell Bio-AFM images were scaled to 100 × 100 μm, 40 × 40 μm, and 10 × 10 μm, respectively. Changes in the morphology of the cells treated and treated with nanoparticles were clear.

도 5의 (A) 내지 (D)를 참조하면, 세포의 구조적 변화의 크기를 측정하였다. Referring to FIGS. 5 (A) to 5 (D), the magnitude of the structural change of the cells was measured.

도 5의 (A) 내지 (H)를 참조하면, 별개의 세포의 골격구조를 따라 세포의 Filopodia, lamellipodia, 및 invadopodia는 자기장이 형성되는 경우를 제외한 모든 나노입자 처리 군에서 어떠한 변화도 관찰되지 않았다. 5 (A) to 5 (H), no change was observed in the filopodia, lamellipodia, and invadopodia of the cells along with the skeletal structure of the different cells in all the nanoparticle treatment groups except for the case where a magnetic field was formed .

세포골격은 세포의 흡착, 형태, 이동성 및 세포 이물 흡수 과정과 같은 세포의 활동의 중요한 역할을 하는 역동적 구조이다.The cytoskeleton is a dynamic structure that plays an important role in cell activity such as cell adsorption, morphology, mobility and cellular uptake process.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 개질 마그네틱 나노입자의 생물물리역학적 (Biophysicomechanics)분석을 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing biophysical mechanical analysis of modified magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (A), (E)와 도 6의 (A) 및 (D)를 참조하면, 자기장이 형성되지 않는 상기 세포골격은 정상인 반면에 자기장 내에서 세포는 신장되었다. 이 결과는 자기장 단독으로 세포 크기( 2.5 μm에서 2.2 μm 로) 및 세포막 탄성(영률 3 kPa에서 4 kPa로)과 같은 세포 기능에 영향을 미치는 것을 나타내었다. Referring to FIGS. 5A and 5E and FIGS. 6A and 6D, the cell skeleton in which the magnetic field is not formed is normal, but the cells are elongated in the magnetic field. These results indicate that the magnetic field affects cell functions such as cell size (from 2.5 μm to 2.2 μm) and cell membrane elasticity (from 3 kPa to 4 kPa).

원자힘 미세압흔(AFM micro-indentation)은 세포 구획 내 핵 주위에 5-μm 직경의 구형 팁을 사용하여 측정하였다.  Atomic force microindentation was measured using a 5-μm diameter spherical tip around the nucleus in the cell compartment.

도 6의 (A) 를 참조하면, 평균 세포의 크기는 MNP 처리 후에 1.7 μm로 축소되었으며, 자기장 내에서 0.6 μm까지 더 축소되었다. Referring to Figure 6 (A), the mean cell size was reduced to 1.7 μm after MNP treatment and further reduced to 0.6 μm in the magnetic field.

도 6의 (H)를 참조하면, MNP는 스프레딩 영역을 미세하게 감소시켰으며, 세포의 형태는 미세하게 세포골격이 무너진 원형으로 변화되었다. Referring to (H) of FIG. 6, MNP slightly decreased the spreading region, and the cell morphology was slightly changed into a circular shape in which the cytoskeleton collapsed.

추가적으로 세포 거칠기는 자기장의 형성에 따라 100 nm이였으며, 자기장의 형성은 세포의 거칠기에 영향을 끼치지 못하는 것을 나타내었다. In addition, the cell roughness was 100 nm according to the formation of the magnetic field, and the formation of the magnetic field did not affect the roughness of the cell.

도 6의 (C)를 참조하면, 세포 거칠기는 MNP로 처리된 경우 170 nm로 증가되었으며, 자기장 내에서 자기장 유도에 의하여 세포 표면에 부착되어 220 nm 까지 더 증가하였다. Referring to FIG. 6 (C), the cell roughness was increased to 170 nm when treated with MNP, and it was further adhered to the cell surface by magnetic field induction in the magnetic field and further increased to 220 nm.

도 5의 (B),(F) 및 도 6의 (D)를 참조하면, 따라서 MNP 처리는 세포막의 탄성은 2 kPa까지 크게 감소되며, 이것은 MNP 흡착에 의한 세포골격의 붕괴 및 세포막 분리에 의한 세포독성으로 설명될 수 있다. Referring to FIGS. 5 (B), (F) and 6 (D), MNP treatment significantly reduces the elasticity of the cell membrane to 2 kPa, which is due to collapse of the cytoskeleton by MNP adsorption and cell membrane separation Can be explained by cytotoxicity.

도 5의 (C) 내지 (H) 및 도 6의 (A)를 참조하면, MNP 처리된 세포의 영률은 자기장 내에서 1.3 kPa 까지 감소되어 증가된 MNP의 세포 흡수와 그 이후의 세포 독성 효과를 뒷받침하였다. Referring to FIGS. 5 (C) to (H) and 6 (A), the Young's modulus of the MNP-treated cells was reduced to 1.3 kPa in the magnetic field and increased cell uptake of MNP and subsequent cytotoxic effects .

도 5의 (C) 내지(H) 및 도 6 (A)를 참조하면, pMNP 및 aMNP 처리하였을 때 평균적 세포 크기는 각각 0.75 μm 및 1.23 μm 였으며, 자기장 내에서 0.5 μm 또는 0.87 μm 로 더 감소되었다. Referring to FIGS. 5 (C) to 5 (H) and 6 (A), when pMNP and aMNP were treated, the average cell sizes were 0.75 μm and 1.23 μm, respectively, and further decreased to 0.5 μm or 0.87 μm in the magnetic field .

도 6의 (H)를 참조하면, pMNP 및 aMNP로 처리한 세포의 경우 자기장의 영향에 상관없이 스프레딩 영역이 증가하였다. Referring to FIG. 6 (H), in the case of cells treated with pMNP and aMNP, the spreading region increased regardless of the influence of the magnetic field.

도 4의 (J)를 참조하면, 이러한 현상은 세포의 표면에서 층을 형성하는 폴리머 체인에 기인하였다. 세포의 스프레딩 영역은 개질된 MNP의 표면의 강력한 하향 인력으로 인하여 자기장 내에서 더욱 증가되었다. Referring to Figure 4 (J), this phenomenon was due to the polymer chains forming layers at the surface of the cells. The spreading region of the cells was further increased in the magnetic field due to the strong downward attraction of the surface of the modified MNP.

도 4의 (J)를 참조하면, 자기장 내에서 개질된 MNP 의 표면에 인력이 작용하며, 흡착된 나노입자는 가로로 폴리머 체인은 외주 구역으로 밀어내어, 세포 크기와 스프레딩 영역의 증가를 감소시켰다. Referring to FIG. 4 (J), attraction is exerted on the surface of the MNP modified in the magnetic field, and the adsorbed nanoparticles are pushed to the outer circumferential region of the transverse polymer chain to reduce the increase in cell size and spreading region .

도 6의 (C)를 참조하면, pMNP 및 aMNP로 처리된 세포의 표면 거칠기는 각각 130 nm 및 140 nm였으며, 자기장이 형성되면 174 nm 및 176 nm으로 증가하였다. Referring to FIG. 6C, the surface roughness of the cells treated with pMNP and aMNP were 130 nm and 140 nm, respectively, and increased to 174 nm and 176 nm when the magnetic field was formed.

상기 결과는 pMNP 및 aMNP가 세포에 자기장으로 유도된 나노입자의 부착으로 세포의 거칠기를 변화시키는 것을 설명한다. The results demonstrate that pMNP and aMNP alter the cell roughness by the attachment of magnetic field-induced nanoparticles to the cells.

도 4 (J)에서 pMNP 및 aMNP로 처리한 세포의 영률은 각각 3.5 kPa 및 3.1 kPa으로 처리하지 않은 세포에 비하여 조금 높았다. 상기 결과는 고분자에 의하여 세포 표면이 개질되는 것을 뒷받침한다. In Fig. 4 (J), the Young's modulus of cells treated with pMNP and aMNP was slightly higher than that of cells not treated with 3.5 kPa and 3.1 kPa, respectively. The above results support the modification of the cell surface by the polymer.

도 6의 (D)에서 자기장은 pMNP 및 aMNP로 처리한 세포에 대하여 세포막 탄성을 4.5 kPa 및 4.8 kPa로 더 증가시켰다.6 (D), the magnetic field further increased cell membrane elasticity to 4.5 kPa and 4.8 kPa for cells treated with pMNP and aMNP.

도 4의 (K) 및 도 6의 (D)를 참조하면, 자기장이 pMNP 및 aMNP이 세포 내 흡수를 증가시키며, 결과적으로 영률 또한 증가시켰다.  Referring to Figures 4 (K) and 6 (D), the magnetic field increases intracellular uptake of pMNP and aMNP, and consequently also the Young's modulus.

PLGA 및 알지네이트의 고분자 층은 세포의 표면에서 기능화될 수 있으며, 이것을 영률의 증가를 설명하였다. The polymeric layer of PLGA and alginate can be functionalized on the surface of the cells, which explains the increase in Young's modulus.

<< 실험예Experimental Example 6> 통계학적 처리 6> Statistical processing

제시된 모든 데이타는 세 개의 독립된 시료로부터 획득하였으며, 각각 3회 분석되었다. Tukey 다중 비교 검정(Tukey’s multiple comparison post hoc test) 으로 일원배치분산분석(one-way analysis of variance; ANOVA)을 상용 소프트웨어(GraphPad Prism 5, San Diego, USA)를 사용하여 수행하였다. All data presented were obtained from three independent samples and analyzed three times each. One-way analysis of variance (ANOVA) was performed using commercial software (GraphPad Prism 5, San Diego, USA) with Tukey's multiple comparison post hoc test.

통계적으로 각각 * (p < 0.05), ** (p <0.01), and *** (p < 0.001)으로 결정하였으며 유의할 만한 차이가 발생되었다. (P <0.05), ** (p <0.01), and *** (p <0.001), respectively, and there were significant differences.

따라서 본 발명은 산화철, 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[poly (lacticco-co-glycolic acid)] 및 소디움 알지네이트를 각각 공침, 에멀전화 및 전기분사를 이용하여 표면이 개질된 마그네틱 나노입자를 제공한다. Accordingly, the present invention provides a magnetic nanoparticle modified with a surface modified with iron oxide, poly (lacticco-co-glycolic acid), and sodium alginate by coprecipitation, emulsification, to provide.

나노입자는 나노입자 크기의 범위에서 형성되며 마이너스로 하전되었다. The nanoparticles formed in the nanoparticle size range and were negatively charged.

나노입자의 형태 및 구조적 분석을 통하여 마그네틱 나노입자의 표면이 개질된 것을 확인하였으며, 표면이 개질된 마그네틱 나노입자는 생체적합성이 있으며, 자기장 내에서 매우 향상된 세포 내 전달능력을 확인하였다. The surface morphology and structural analysis of the nanoparticles confirmed that the surface of the magnetic nanoparticles was modified. The surface modified magnetic nanoparticles were biocompatible and showed very improved intracellular delivery capability in the magnetic field.

Claims (15)

코어-쉘 구조의 마그네틱 나노입자; 및
상기 마그네틱 나노입자 외주에 부착되는 고분자층을 포함하되,
상기 고분자층은 상기 마그네틱 나노입자의 표면에 흡착되어 -14 내지 -8 mV 마이너스 하전을 나타내고, 고분자층에 의하여 자화정도가 감소되어,
자기장에 의해서 세포독성 및 물리역학적 성질이 변화되어 세포 생존률이 증가된 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자.
Magnetic nanoparticles of a core-shell structure; And
And a polymer layer attached to the outer periphery of the magnetic nanoparticles,
The polymer layer is adsorbed on the surface of the magnetic nanoparticles to show a negative charge of -14 to -8 mV, and the degree of magnetization is reduced by the polymer layer,
Wherein the cytotoxic and physiological properties are changed by the magnetic field to increase the cell viability.
제1항에 있어서,
상기 마그네틱 나노입자는
Fe2+ 및 Fe3+ 이온이 공침되어 코어-쉘 구조의 나노입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자.
The method according to claim 1,
The magnetic nanoparticles
Fe 2+ and Fe 3+ ions are co-precipitated to form core-shell structure nanoparticles.
제2항에 있어서,
상기 Fe2 + 및 Fe3 + 이온의 몰비는 1 : 2인 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자.
3. The method of claim 2,
Wherein the molar ratio of Fe 2 + and Fe 3 + ions is 1: 2.
제1항에 있어서,
상기 고분자층은
폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)[Poly(lactic-co-glycolic acid)] 또는 알지네이트(alginate)로 형성되는 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자.
The method according to claim 1,
The polymer layer
Characterized in that it is formed of poly (lactic-co-glycolic acid) or alginate.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 물리역학적 성질의 변화는
세포 크기, 영률 및 세포 거칠기인 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자.
The method according to claim 1,
The change in the physics &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Cell size, Young's modulus and cell roughness.
(a) 마그네틱 나노입자를 제조하는 단계;
(b) 상기 마그네틱 나노입자에 고분자를 첨가하여 마그네틱 나노입자의 표면에 고분자층을 형성하는 단계; 및
(c) 개질 마그네틱 나노입자를 회수하여 세척하고, 건조하는 단계를 포함하되,
상기 고분자층이 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)인 경우에는 클로로포름과 상기 폴리(래틱-co-글리콜릭 애시드)를 혼합하여 폴리(비닐알콜)과 초음파 처리를 통한 중복 에멀전 증발로 형성되고, 알지네이트인 경우에는 에틸렌글리콜에 소디움 알지네이트를 혼합하고 전기 분사를 통하여 형성되며,
상기 고분자층은 마그네틱 나노입자의 표면에 흡착되어 -14 내지 -8 mV 마이너스 하전을 나타내고, 고분자층에 의하여 자화정도가 감소되어,
세포독성 및 물리역학적 성질이 변화되어 세포 생존률이 증가된 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법.
(a) preparing magnetic nanoparticles;
(b) adding a polymer to the magnetic nanoparticles to form a polymer layer on the surface of the magnetic nanoparticles; And
(c) recovering, washing and drying the modified magnetic nanoparticles,
When the polymer layer is poly (ricic-co-glycolic acid), chloroform and the poly (ricic-co-glycolic acid) are mixed to form a poly (vinyl alcohol) and a duplicate emulsion by ultrasonic treatment. In the case of alginate, sodium alginate is mixed with ethylene glycol and formed by electric spraying,
The polymer layer is adsorbed on the surface of the magnetic nanoparticles to exhibit a negative charge of -14 to -8 mV and the degree of magnetization is reduced by the polymer layer,
Wherein the cytotoxic and physiochemical properties of the modified nanoparticles are changed to increase the cell viability.
제8항에 있어서,
상기 (a) 단계는
Fe2+ 및 Fe3+ 이온을 공침하여 코어-쉘 형태로 마그네틱 나노입자를 형성하는 것을 특징으로 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The step (a)
Fe 2+ and Fe 3+ ions are co-precipitated to form magnetic nanoparticles in the form of a core-shell.
제9항에 있어서,
상기 Fe2+ 및 Fe3+ 이온은
몰비가 1 : 2인 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The Fe 2+ and Fe 3+ ions
Wherein the molar ratio is 1: 2.
삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 초음파처리는
10분 동안 5초 간격의 펄스로 수행되는 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The ultrasonic treatment
Wherein the step of forming the modified magnetic nanoparticles is performed with a pulse at intervals of 5 seconds for 10 minutes.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 전기 분사는 유량 속도 45 내지 50 μL min-1, 인가전압 15 내지 19 kV로 수행되는 것을 특징으로 하는 개질 마그네틱 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the electric injection is performed at a flow rate of 45 to 50 μL min -1 and an applied voltage of 15 to 19 kV.
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