KR101918840B1 - Surface Enhanced Raman scattering probe comprising Surface modified Chitosan Core - Gold Shell Nanoparticle for detecting neurotransmitter - Google Patents

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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/55Specular reflectivity
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    • G01N21/554Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance

Abstract

본 발명은 신경전달 물질 탐지를 위해 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자 및 이를 포함하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신경물질과의 결합력을 높여 측정의 민감도와 정확성을 향상시킨 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자 및 이를 포함하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브에 관한 것이다.
본 발명의 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자는 신경전달 물질을 화학결합 내지 정전기적인 흡착으로 금 나노입자 주변에 안정적으로 고정시킬 수 있으므로 측정의 민감성이나 정확성을 높일 수 있다.
본 발명의 표면증강 라만 산란 측정용 프로브는 매우 낮은 농도로 존재하는 신경전달 물질과도 결합 내지 흡착되어 라만 신호를 제공하므로 측정의 민감도를 높일 수 있다.
The present invention relates to a surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticle for detecting neurotransmitters and a probe for measuring surface enhanced Raman scattering comprising the same, and more particularly, to a probe for measuring the sensitivity and accuracy of measurement Improved chitosan core gold nanoparticles and probes for surface enhanced Raman scattering measurement comprising the same.
The surface modified chitosan core gold-shell nanoparticles of the present invention can stably fix the neurotransmitter material around the gold nanoparticles by chemical bonding or electrostatic adsorption, thereby enhancing the sensitivity and accuracy of the measurement.
The probe for measuring surface enhanced Raman scattering of the present invention binds to or adsorbs a neurotransmitter present at a very low concentration to provide a Raman signal, thereby increasing the sensitivity of the measurement.

Figure 112017025150218-pat00001
Figure 112017025150218-pat00001

Description

신경전달 물질 탐지를 위해 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자를 구비하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브{Surface Enhanced Raman scattering probe comprising Surface modified Chitosan Core - Gold Shell Nanoparticle for detecting neurotransmitter} [0001] The present invention relates to a surface enhanced Raman scattering probe having a surface modified chitosan core gold shell nanoparticle for detecting neurotransmitters,

본 발명은 신경전달 물질 탐지를 위해 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자 및 이를 포함하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신경물질과의 결합력을 높여 측정의 민감도와 정확성을 향상시킨 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자 및 이를 포함하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to a surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticle for detecting neurotransmitters and a probe for measuring surface enhanced Raman scattering comprising the same, and more particularly, to a probe for measuring the sensitivity and accuracy of measurement Improved chitosan core gold nanoparticles and probes for surface enhanced Raman scattering measurement comprising the same.

키토산은 β-(1-4)-2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose 단위가 반복되는 천연 폴리사카라이드 고분자이다. 키토산은 무독성, 생분해성, 다가 음이온성, 항균성, 생체적합성 특성을 가지고 있어 바이오산업, 의료, 화장품, 농업 등에 적용되어 왔다. Chitosan is a natural polysaccharide polymer in which β- (1-4) -2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose units are repeated. Chitosan has been applied to the biotechnology industry, medicine, cosmetics, agriculture and the like because it has non-toxic, biodegradable, polyvalent anionic, antibacterial and biocompatible properties.

표면증강라만산란(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)은 높은 민감도(sensitivity)로 인해 화학물질(chemical)을 탐지하고 생화학적으로 분석하는 방법으로 각광받고 있다.Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) is a method of detecting and biochemically analyzing chemicals due to its high sensitivity.

라만산란은 입자의 진동과 회전 에너지로 인해 에너지를 잃거나 얻으면서 산란되는 과정을 말하고, 화학물질에 따라 고유의 스펙트럼을 방출한다. 하지만, 그 크기가 매우 작기 때문에 표면증강법을 사용하여 산란을 증가시킨다.Raman scattering refers to the process of scattering while losing or obtaining energy due to the vibration and rotational energy of the particles, and emits a unique spectrum depending on the chemical. However, because of its small size, the surface enhancement method is used to increase the scattering.

표면증강법은 금속나노입자에서 발생하는 플라즈모닉 현상을 이용하여 금속나노입자 표면주위에서 라만 산란을 증강시키는 것을 말한다. 이때, 사용되는 금속입자는 일반적으로 금(Au) 나노입자와 은(Ag) 나노입자를 사용한다.The surface enhancement method refers to the enhancement of Raman scattering around the surface of metal nanoparticles by using a plasmonic phenomenon occurring in metal nanoparticles. At this time, the metal particles generally used are gold (Au) nanoparticles and silver (Ag) nanoparticles.

한편, 뇌 화학 분야에서는 신경전달 물질의 선택적이고 민감한 감지가 요구된다. 이러한 신경전달 물질의 활성 영역에서 측정하는 센서의 디자인은 효과적인 치료를 위한 실시간 정보를 제공한다. HPLC, 모세관 전기영동, 전기화학적 및 광학적 방법과 같은 신경전달물질 수치를 감지하기 위한 많은 접근들이 있다. On the other hand, selective and sensitive detection of neurotransmitters is required in the field of brain chemistry. The sensor design, which measures in the active area of these neurotransmitters, provides real-time information for effective treatment. There are many approaches to detecting neurotransmitter levels such as HPLC, capillary electrophoresis, electrochemical and optical methods.

본 발명자가 2014년에 출원하여 등록받은 특허 10-1629569호는 신경전달 물질 탐지를 위한 표면증강 라만 산란 측정용 프로브에 관한 것이다. 본 등록특허는 광섬유를 기반으로 키토산-금속 나노복합체의 라만시스템을 이용하여 신경전달 물질을 검출하는 장치와 방법을 제공한다. 표면증강 라만 산란은 금속 나노입자 주변에 분자가 존재하는 경우 그 분자의 라만 신호가 증가하는 현상을 이용한 것인데, 상기 등록특허는 금속 나노입자 주변에 신경전달 물질을 흡착하거나 고정시키지 못하므로 신경전달 물질 측정의 민감성이나 정확성을 높이는데 한계가 있었다.Patent No. 10-1629569, filed and registered by the present inventor in 2014, relates to a probe for surface enhancement Raman scattering measurement for detecting neurotransmitters. The present invention provides an apparatus and method for detecting a neurotransmitter using an optical fiber-based Raman system of a chitosan-metal nanocomposite. The surface enhancement Raman scattering uses a phenomenon in which the Raman signal of the molecule is increased when molecules are present in the vicinity of the metal nanoparticles. However, since the above patent does not adsorb or fix the neurotransmitter around the metal nanoparticles, There was a limit to enhance the sensitivity and accuracy of the measurement.

본 발명은 신경전달 물질 측정의 민감성이나 정확성을 높일 수 있는 키토산 코어 금 쉘 나노입자를 제공하는 것이다.The present invention provides chitosan core gold-shell nanoparticles that can increase the sensitivity and accuracy of neurotransmitter measurement.

본 발명은 라만 신호 측정을 통해 신경전달 물질의 농도를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브를 제공하는 것이다. The present invention provides a probe for surface enhanced Raman scattering measurement capable of more accurately measuring the concentration of a neurotransmitter through Raman signal measurement.

하나의 양상에서 본 발명은In one aspect,

키토산 용액에 가교제를 혼합하여 키토산 나노입자를 제조하는 단계,Preparing a chitosan nanoparticle by mixing a cross-linking agent with a chitosan solution,

상기 키토산 나노입자가 함유된 용액에 금 콜로이드 용액을 넣어 금을 키토산 나노입자 외면에 부착시키는 금 입자 부착 단계, 상기 금 입자 부착단계에서 수득한 생성물 함유 용액에 금 염 및 환원제를 넣어 금 쉘층을 키토산 나노입자 외면에 형성시키는 코팅 단계, 및 금 쉘층이 형성된 키토산 나노입자를 하기 화학식 1의 화합물이 함유된 용액에 넣어 반응시키는 개질 단계를 포함하는 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 제조방법에 관련된다. Adding a gold colloid solution to a solution containing the chitosan nanoparticles to adhere the gold to the outer surface of the chitosan nanoparticles, adding a gold salt and a reducing agent to the product-containing solution obtained in the gold particle adhering step, A coating step of forming the gold nanoparticles on the outer surface of the nanoparticles, and a modification step of reacting the chitosan nanoparticles formed with the gold-shell layer with a solution containing the compound of the formula do.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

HS-[CH2]n-COOHHS- [CH 2] n-COOH

여기서 n은 1~10의 정수임.Where n is an integer from 1 to 10.

다른 양상에서 본 발명은In another aspect,

광섬유를 알데히드기로 표면개질하는 단계, 상기 광섬유 표면에 상기 알데히드기를 이용하여 키토산 나노입자를 부착하는 단계, 상기 키토산 나노입자 표면에 금쉘층을 코팅하는 단계, 및 상기 화학식 1의 화합물을 상기 광섬유가 침지된 용액에 넣어 반응시키는 개질단계를 포함하는 표면증강 라만 산란 측정용 프로브 제조방법에 관련된다. A step of coating the surface of the optical fiber with an aldehyde group, attaching the chitosan nanoparticles to the surface of the optical fiber using the aldehyde group, coating the surface of the chitosan nanoparticles with a gold shell layer, And then reacting the resultant solution with a solution prepared by adding a surfactant to the solution.

본 발명의 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자는 신경전달 물질을 화학결합 내지 정전기적인 흡착으로 금 나노입자 주변에 안정적으로 고정시킬 수 있으므로 측정의 민감성이나 정확성을 높일 수 있다.The surface modified chitosan core gold-shell nanoparticles of the present invention can stably fix the neurotransmitter material around the gold nanoparticles by chemical bonding or electrostatic adsorption, thereby enhancing the sensitivity and accuracy of the measurement.

본 발명의 표면증강 라만 산란 측정용 프로브는 매우 낮은 농도로 존재하는 신경전달 물질과도 결합 내지 흡착되어 라만 신호를 제공하므로 측정의 민감도를 높일 수 있다.The probe for measuring surface enhanced Raman scattering of the present invention binds to or adsorbs a neurotransmitter present at a very low concentration to provide a Raman signal, thereby increasing the sensitivity of the measurement.

도 1은 본 발명의 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 신경전달 표면증강 라만 산란 측정용 프로브의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 라만 신호 검출장치의 일구현예이다.
도 4은 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 DLS 분석 결과를 나타낸다.
도 5는 키토산 나노입자(3a)와 금이 코팅된 키토산 나노입자(3b)의 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 1의 키토산-금 쉘 나노입자의 XRD 결과이다.
도 7은 MPA로 개질된 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼 결과이다.
도 8은 GABA의 양을 달리하여 주입하여 반응시킨 후 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 촬영한 결과이다.
도 9는 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 촬영하고 신호세기를 가바농도의 함수로 나타낸 것이다.
도 10은 비교예 1의 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 가바 농도의 함수로서 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic illustration of a method for preparing the surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticles of the present invention.
2 is a schematic diagram showing the structure of a probe for measuring the neurotransmitter surface-enhanced Raman scattering of the present invention.
3 is an embodiment of the Raman signal detecting apparatus of the present invention.
Fig. 4 shows the results of DLS analysis of chitosan core gold-shell nanoparticles.
5 is an SEM photograph of chitosan nanoparticles (3a) and gold-coated chitosan nanoparticles (3b).
6 shows XRD results of the chitosan-gold shell nanoparticles of Example 1. Fig.
FIG. 7 is a Raman spectrum of the chitosan core gold nanoshell modified with MPA.
FIG. 8 is a photograph of Raman spectrum of chitosan core gold nanoshell after injecting and reacting with different amount of GABA.
Figure 9 is a photograph of the Raman spectrum of a chitosan core gold nanoshell and signal intensity as a function of Gaba concentration.
10 shows the Raman spectrum of the chitosan core gold nanoshell of Comparative Example 1 as a function of Gaba concentration.

본 발명은 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.The present invention provides a method for preparing surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticles. Embodiments of the present invention will be described in detail. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic illustration of a method for preparing the surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticles of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 방법은 키토산 나노입자 제조, 금 입자 부착, 코팅단계 및 개질단계를 포함한다.Referring to Figure 1, the method of the present invention comprises chitosan nanoparticle preparation, gold particle attachment, coating and modification.

상기 키토산 나노입자는 키토산 용액에 가교제를 혼합하여 제조한다.The chitosan nanoparticles are prepared by mixing a cross-linking agent in a chitosan solution.

본 발명의 방법에 사용될 수 있는 키토산은 특별히 한정되지는 않다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 희석 산에 용해되는 키토산뿐만 아니라, 변형된 키토산 유도체도 포함된다. The chitosan which can be used in the method of the present invention is not particularly limited. For example, not only chitosan dissolved in a dilute acid as described above but also modified chitosan derivatives is included.

또한, 키토산 파우더를 용매에 용해시켜 사용할 수 있다.In addition, chitosan powder can be used by dissolving in a solvent.

상기 키토산은 1,000 내지 2,000,000, 바람직하게는 5,000 내지 500,000의 중량평균 분자량을 가질 수 있다. The chitosan may have a weight average molecular weight of 1,000 to 2,000,000, preferably 5,000 to 500,000.

상기 가교제는 키토산을 가교시킬 수 있는 공지된 가교제를 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 가교제로 알데히드, 폴리포스페이트 염, 바람직하게는 나트륨 트리폴리포스페이트(TPP)를 사용할 수 있다.The crosslinking agent may be any known crosslinking agent capable of crosslinking chitosan. For example, an aldehyde, a polyphosphate salt, preferably sodium tripolyphosphate (TPP) may be used as the crosslinking agent.

예를 들면, 키토산 용액에 나트륨 트리폴리포스페이트(TPP)를 첨가하면 고분자 키토산이 가교제에 의해 상호 가교되어 나노 입자화될 수 있다.For example, when sodium tripolyphosphate (TPP) is added to a chitosan solution, the polymer chitosan can be cross-linked with a crosslinking agent to become nanoparticles.

상기 금 입자 부착단계는 상기 키토산 나노입자가 함유된 용액에 금 콜로이드 용액을 넣어 금을 키토산 나노입자 외면에 부착시키는 단계이다.In the step of adhering gold particles, a gold colloid solution is added to a solution containing the chitosan nanoparticles to attach gold to the outer surface of the chitosan nanoparticles.

상기 금 입자 부착단계는 상기 키토산 나노입자에 금을 부착하는 단계이다. 상기 금 입자 부착단계는 금 콜로이드 또는 금 입자가 상기 키토산 코어 외면에 부착되어 불균일한 금층을 형성하는 단계이다. 도 1을 참고하면, 금 입자가 키토산 입자 표면 전체를 균일하게 둘러싸기 전 단계로 금 입자가 키토산 고분자 표면에 불균일하게 결합되어 고정된 것을 보여준다. 금 입자가 불균일하게 부착 또는 고정된다는 표현은 금 입자들이 서로 연결되어 층을 형성하지 않고 불규칙적으로 표면에 위치하거나, 또는 금 입자들이 서로 연결되어 층을 형성하기는 하지만, 생성된 금 층이 균일한 높이나 표면 상태로 코팅된 것이 아니라 부분적으로 코팅된 것을 나타낸다.The step of attaching gold particles is a step of attaching gold to the chitosan nanoparticles. The step of attaching gold particles is a step of attaching gold colloid or gold particles to the outer surface of the chitosan core to form a non-uniform gold layer. Referring to FIG. 1, gold particles are nonuniformly bonded and fixed on the surface of the chitosan polymer before gold particles uniformly surround the entire chitosan particle surface. The expression that gold particles are adhered or fixed nonuniformly refers to the fact that gold particles are connected to each other so that they do not form a layer and are irregularly located on the surface or gold particles are connected to each other to form a layer, It is not coated in height or surface state, but partly coated.

예를 들면, 상기 금 입자 부착단계는 키토산 코어 제조 단계에서 수득한 키토산 코어를 물 등의 용매에 분산시키고, 여기에 금 콜로이드 용액을 넣어 반응시킬 수 있다.For example, in the step of attaching the gold particles, the chitosan core obtained in the step of producing the chitosan core may be dispersed in a solvent such as water, and a gold colloid solution may be added thereto to effect the reaction.

상기 금 입자 부착단계에서, 첨가되는 금 콜로이드의 함량에 대한 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 0.2wt%의 키토산 코어 용액(25ml)에 금 콜로이드 용액(1wt% 금 콜로이드 함유 5ml용액)을 첨가한 후 1시간 정도 상온에서 교반하여 반응시킬 수 있다. 금 콜로이드는 THPC-유도 금 콜로이드(tetrakishydroxymethyl phosphonium chloride-inducec gold colloid)일 수 있다.In the gold particle adhering step, there is no particular limitation on the content of the gold colloid to be added. For example, a gold colloid solution (5 ml solution containing 1 wt% gold colloid) is added to the 0.2 wt% chitosan core solution (25 ml), and the mixture is stirred at room temperature for about 1 hour. The gold colloid may be a THPC-induced gold colloid (tetrakishydroxymethyl phosphonium chloride-inducec gold colloid).

상기 방법은 상기 금 부착 단계를 수행한 후 금이 부착된 키토산 나노입자를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.The method may include filtering the gold-attached chitosan nanoparticles after performing the gold-attaching step.

상기 코팅단계는 금이 불균일하게 코팅된 키토산 코어 함유 용액에 금 염, 및 환원제를 넣어 금층을 키토산 코어 외면에 균일하게 형성하는 단계이다. The coating step is a step of uniformly forming a gold layer on the outer surface of the chitosan core by inserting a gold salt and a reducing agent into a chitosan core-containing solution in which gold is non-uniformly coated.

상기 코팅 단계는 금이 상기 키토산 코어를 둘러싸면서 균일한 금층을 형성하는 단계로서, 상기 코팅단계에 의해 상기 키토산 코어가 응축되어 사이즈가 축소될 수 있다.The coating step may include forming a uniform gold layer while the gold surrounds the chitosan core, and the chitosan core may be condensed and reduced in size by the coating step.

상기 코팅 단계에서는 금 염을 사용하며, 금염으로부터 이온화된 금이온을 환원시켜 금입자를 키토산 표면에 결합시킨다. In the coating step, a gold salt is used and ionized gold ions are reduced from the gold salt to bind the gold particles to the surface of the chitosan.

본 발명의 발명자는 금 입자 부착 단계 없이 코팅단계를 수행하는 경우 균일한 금층의 생성이 어려우며, 설사 균일한 금층이 형성되더라도 상당한 시간이 소요됨을 발견하였다. 본 발명의 발명자는 금 입자 부착단계를 통해 형성된 불균일 금 층(또는 불규칙적으로 박혀 있는 금 입자)이 코팅 단계의 시드(seed) 기능을 하는 것으로 이해하고 있다.The inventors of the present invention have found that it is difficult to form a uniform gold layer when a coating step is performed without the step of attaching gold particles, and it takes considerable time even if a uniform gold layer is formed. The inventor of the present invention understands that the non-uniform gold layer (or irregularly embedded gold particles) formed through the gold particle deposition step functions as a seed in the coating step.

더 나아가, 본 발명의 발명자는 금 입자 부착단계에서는 금의 결합으로 나노입자 사이즈가 소폭 증가하였으나, 코팅 단계를 거치면서 키토산의 입자 사이즈가 현저히 감소함을 발견하였다. 상기 키토산 코어와 금 쉘 상호간에 강한 이온결합은 입자 사이즈 축소에 영향을 미치는 것으로 보인다. Furthermore, the inventors of the present invention found that the size of the nanoparticles was slightly increased due to the binding of gold in the step of adhering gold particles, but the particle size of chitosan was remarkably decreased by the coating step. Strong ionic bonding between the chitosan core and the gold shell appears to affect grain size reduction.

상기 코팅단계에 사용되는 금염(금 전구체)은 클로로(트리메틸포스핀)금(AuClP(CH3)3), 칼륨테트라클로로아우르산염(Ⅲ)(KAuCl4), 염화금산나트륨(NaAuCl4), 염화금산(HAuCl4), 브롬화금산나트륨(NaAuBr4), 염화금(AuCl), 염화금(III)(AuCl3) 또는 브롬화금(AuBr3) 등과 같은 공지의 금 전구체를 사용할 수 있다. The gold salt (gold precursor) used in the coating step is selected from the group consisting of chloro (trimethylphosphine) gold (AuClP (CH 3) 3), potassium tetrachloroaurate (KAuCl 4), sodium chloroaurate (NaAuCl 4) ), Gold sodium bromate (NaAuBr4), gold chloride (AuCl), chloride (III) (AuCl3) or gold bromide (AuBr3).

상기 환원제로는 아스코르빈산, 암모늄 하이드록사이드, NaBH4, LiAlH4, H2/Pd-C, H2/Ni, 또는 H2/Pt 일 수 있으며, 바람직하게는 아스코르빈산과 암모늄 하이드록사이드 2개를 동시에 사용하는 것이 효과적이다. The reducing agent may be ascorbic acid, ammonium hydroxide, NaBH4, LiAlH4, H2 / Pd-C, H2 / Ni or H2 / Pt, preferably two ascorbic acid and ammonium hydroxide It is effective to use.

상기 코팅 단계는 필터링된 나노입자를, 에를 들면, 1 wt% 금 염 용액, 10~50 ㎕의 10~30 wt% 환원제 및 10~40 ㎕의 10~40 wt%의 암모늄 하이드록사이드를 첨가하여 반응시킬 수 있다. The coating step comprises adding the filtered nanoparticles, for example, 1 wt% of a gold salt solution, 10-50 [mu] l of 10-30 wt% reducing agent and 10-40 [mu] l of 10-40 wt% ammonium hydroxide .

필터링된 나노입자와 금 염의 함량비에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 필터링된 나노입자 금염은 중량비로 1 : 0.1~1 정도의 첨가할 수 있다. There is no particular limitation on the ratio of the content of the filtered nanoparticles to the gold salt. For example, the filtered nanoparticle gold salt may be added in a weight ratio of about 1: 0.1 to 1.

또한, 본 발명은 상기 코팅 단계를 동일 조건으로 2회 이상 반복할 수 있다. Further, the present invention can repeat the above coating step twice or more under the same conditions.

상기 개질단계는 금 쉘층이 형성된 키토산 나노입자를 하기 화학식 1의 화합물이 함유된 용액에 넣어 반응시키는 단계이다.  The modification step is a step of reacting the chitosan nanoparticles formed with the gold shell layer in a solution containing the compound of the formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

HS-[CH2]n-COOHHS- [CH 2] n-COOH

여기서 n은 1~10의 정수임. Where n is an integer from 1 to 10.

보다 바람직하게는, 상기 화학식 1의 화합물은 3-Mercaptopropionic acid일 수 있다.More preferably, the compound of Formula 1 may be 3-Mercaptopropionic acid.

또한, 본 발명에서 사용가능한 상기 화학식 1의 화합물은 카르복실기와 티올기를 갖는 탄소수 1 ~10의 가지형 또는 분지형 탄화수소계 화합물일 수 있다. In addition, the compound of Formula 1 that can be used in the present invention may be a branched or branched hydrocarbon compound having 1 to 10 carbon atoms having a carboxyl group and a thiol group.

상기 화학식 1의 화합물의 티올기는 금 쉘 표면에 결합되고, 카르복실기는 신경전달 물질과 결합될 수 있다.The thiol group of the compound of the formula (1) is bonded to the gold shell surface, and the carboxyl group can be bonded to the neurotransmitter.

상기 개질단계는 MPA를 상기 키토산 파우더(키토산 나노입자 제조시 투입됨) 대비 1 : 0.5~10의 중량비(키토산 : MPA), 바람직하게는 1 : 2~6 중량비로 첨가할 수 있다. The modifying step may be carried out at a weight ratio (MPA: chitosan: MPA) of 1: 0.5 to 10, preferably 1: 2 to 6: 1 by weight of MPA to the chitosan powder (added at the time of preparing the chitosan nanoparticles).

본 발명은 앞에서 상술한 방법에 의해 제조된 키토산 코어 금 쉘 나노입자에 관련된다. 도 2를 참고하면, 키토산 코어 금 쉘 나노입자(120)는 키토산 코어(121), 금쉘층(122) 및 하기 화학식 2의 화합물(123)을 포함한다.The present invention relates to chitosan core gold shell nanoparticles prepared by the method described above. 2, the chitosan core gold shell nanoparticles 120 include a chitosan core 121, a gold shell layer 122, and a compound 123 of the following formula (2).

상기 키토산 코어(121)의 크기는 100~500nm이지만, 코팅 단계를 거치면서 50~120nm 정도로 축소될 수 있다. The size of the chitosan core 121 is 100 to 500 nm, but may be reduced to about 50 to 120 nm through the coating step.

상기 금 쉘층(122)의 두께는 3~10nm일 수 있다. The thickness of the gold shell layer 122 may be 3 to 10 nm.

하기 화학식 2의 화합물(123)은 상기 금 쉘층에 부착될 수 있다.The compound (123) of the following general formula (2) may be attached to the gold shell layer.

[화학식 2](2)

-S-[CH2]n-COOH-S- [CH 2] n-COOH

즉, 도 1과 같이, 본 발명의 키토산 코어 금 쉘 나노입자는 키토산 코어-Au-S-[CH2]n-COOH 구조를 가진다.That is, as shown in Figure 1, the chitosan-gold core shell nanoparticles of the present invention has a chitosan core -Au-S- [CH 2] n -COOH structure.

상기 화학식 1의 화합물을 키토산 코어 함유 용액에 주입하여 상기 화학식 2의 화합물을 금 쉘층에 형성시킬 수 있다.The compound of Formula 1 may be injected into the chitosan core-containing solution to form the compound of Formula 2 in the gold shell layer.

상기 키토산 코어 금 쉘 나노입자에 대해서는 앞에서 상술한 키토산 코어 금 쉘 나노입자 제조방법을 참고할 수 있다.For the above-mentioned chitosan core gold-shell nanoparticles, reference may be made to the above-mentioned method for producing chitosan core gold-shell nanoparticles.

본 발명에서는 소형화, 저비용, 원격측정 등의 장점을 가질 수 있고 간단한 광학계를 사용할 수 있다는 우수한 장점을 가지는 광섬유를 이용하여, 광섬유에 키토산을 부착시키고, 키토산에 표면개질된 금 쉘층을 코팅시킴으로써 표면증강 라만 산란 측정용 프로브를 제조하였다.In the present invention, chitosan is adhered to an optical fiber by coating an optical fiber having a merit such as miniaturization, low cost, and remote measurement and having an advantage that a simple optical system can be used, To prepare a probe for Raman scattering measurement.

도 2를 참고하면, 본 발명의 신경전달 물질 탐지용 프로브(100)는 광섬유(110) 및 상기 광섬유 표면에 부착된 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the neurotransmitter-detecting probe 100 of the present invention includes an optical fiber 110 and a surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticle 120 attached to the surface of the optical fiber.

도 2을 참고하면, 광섬유(110)을 기반으로 키토산 나노입자(120)가 광섬유(110)의 측면 부분에 부착되어 있다.Referring to FIG. 2, chitosan nanoparticles 120 are attached to the side surface of the optical fiber 110 based on the optical fiber 110.

광섬유는 빛 신호를 전달하는 가느다란 유리 또는 플라스틱 섬유의 일종으로서, 코어라 불리는 중심 부위와 코어를 감싸는 클래드라 불리는 피복으로 이루어져 있다. 레이저, 전구 등의 광원에서 나온 빛이 광섬유의 한쪽 끝으로 들어가면 빛이 코어을 통과해서 전송되는 동안 클래드가 광섬유 내부의 표면을 때리는 빛을 다시 안쪽으로 반사시켜 빛이 코어 속에서 계속 나아가게 하며, 광섬유의 다른쪽 끝에서는 광검출기나 사람의 눈으로 빛을 감지하는 방식으로 이용한다.An optical fiber is a type of thin glass or plastic fiber that carries a light signal and consists of a central area called a core and a cloth called a clad that surrounds the core. When a light from a light source such as a laser or a light bulb enters one end of the optical fiber, the light propagates through the core while the clad hits the inside surface of the optical fiber. At the other end, the light is detected by a photodetector or a human eye.

본 발명의 광섬유는 클래드 부분을 제거한 코어 부분을 사용한다. The optical fiber of the present invention uses a core portion from which a clad portion is removed.

본 발명의 광섬유 코어는 상기 키토산 나노입자(121)의 부착이 용이하도록 표면개질된다. 예를 들면, 상기 광섬유 표면은 키토산의 아민기와 반응하는 알데히드기로 표면개질될 수 있다. 상기 광섬유 표면을 알데히드기로 표면 개질하는 방법은 공지된 방법을 사용할 수 있다.The optical fiber core of the present invention is surface-modified to facilitate attachment of the chitosan nanoparticles 121. For example, the surface of the optical fiber may be surface modified with an aldehyde group that reacts with amine groups of chitosan. The surface modification of the surface of the optical fiber with an aldehyde group may be performed by a known method.

예를 들면, 상기 알데히드기나 아민기, 바람직하게는 알데히드기로 표면 개질된 광섬유 표면은 순수한 광섬유보다 큰 친수성을 가지므로 키토산 입자와의 결합이 용이하다. 즉, 알데히드기로 표면 개질된 광섬유 표면은 극성이 높아 키토산의 아민기와 극성-극성 공유결합이 가능하다.For example, the surface of the optical fiber surface-modified with the aldehyde group or the amine group, preferably the aldehyde group, is more hydrophilic than the pure optical fiber, so that the surface of the optical fiber is easily bonded to the chitosan particles. That is, the surface of the optical fiber surface modified with aldehyde has a high polarity, so that a polar-polar covalent bond with an amine group of chitosan is possible.

상기 키토산 나노입자(120)는 상기 광섬유 표면을 따라 부착된다. 좀 더 구체적으로는, 상기 키토산 나노 입자는 상기 알데히드기와 결합되어 광섬유 표면에 고정될 수 있다.The chitosan nanoparticles 120 are attached along the optical fiber surface. More specifically, the chitosan nanoparticles may be bonded to the aldehyde group and fixed on the surface of the optical fiber.

상기 광섬유(110)는 알데히드기로 표면 개질된다. The optical fiber 110 is surface-modified with an aldehyde group.

앞에서 상술한 바와 같이, 표면 개질된 키토산 코어 금 쉘 나노입자(120)는 키토산 나노입자(121), 금 쉘층(122) 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다. As described above, the surface-modified chitosan core gold-shell nanoparticles 120 include the chitosan nanoparticles 121, the gold shell layer 122, and the compound represented by the above-described formula (2).

상기 키토산 나노입자(121)는 상기 알데히드기와 결합되어 상기 광섬유 표면에 부착된다.The chitosan nanoparticles 121 are bonded to the surface of the optical fiber in combination with the aldehyde group.

상기 금쉘층(122)는 상기 키토산 나노입자 표면에 코팅된다.The gold shell layer 122 is coated on the surface of the chitosan nanoparticles.

상기 금쉘층(122)은 상기 신경전달 물질이 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 결합하는 경우 라만 신호를 증폭시킨다. The gold-shell layer 122 amplifies the Raman signal when the neurotransmitter binds to the compound represented by Formula 2 above.

상기 금 쉘층은 앞에서 상술한 금 입자 부착 단계와 코팅단계로 형성될 수 있다. The gold shell layer may be formed by the above-described gold particle attachment step and coating step.

하기 화학식 2의 화합물은 상기 금 쉘 층 표면에 부착된다.A compound of the following formula 2 is attached to the surface of the gold shell layer.

[화학식 2](2)

-S-[CH2]n-COOH-S- [CH 2] n-COOH

여기서 n은 1~10의 정수임. Where n is an integer from 1 to 10.

상기 금 쉘 층 표면에 부착되는 화합물은 상기 화학식 2의 화합물뿐만 아니라 카르복실기와 티올기를 갖는 탄소수 1 ~10의 가지형 또는 분지형 탄화수소계 화합물도 가능하다. The compound attached to the surface of the gold shell layer may be a branched or branched hydrocarbon compound having 1 to 10 carbon atoms having a carboxyl group and a thiol group, as well as the compound of the formula (2).

상기 화학식 1의 티올기는 금 쉘 표면에 결합되고, 카르복실기는 신경전달 물질과 결합될 수 있다.The thiol group of Formula 1 is bonded to the gold shell surface, and the carboxyl group can be bonded to the neurotransmitter.

상기 화학식 2의 화합물은 금과 강하게 결합하는 3-Mercaptopropionic acid를 첨가하여 형성될 수 있다.The compound of Formula 2 may be formed by adding 3-Mercaptopropionic acid, which binds strongly to gold.

상기 신경전달 물질은 히스타민, 도파민, 에피네프린, 노르에피네프린, 세로토닌, 멜라토닌, 페닐에틸아민, 티라민, 트립타민, 옥토파민 및 감마아미노뷰티르산(GABA)의 군에서 선택될 수 있다.The neurotransmitter may be selected from the group of histamine, dopamine, epinephrine, norepinephrine, serotonin, melatonin, phenylethylamine, tyramine, tryptamine, octopamine and gammaaminobutyric acid (GABA).

다른 양상에서 본 발명은 신경전달 물질 탐지용 프로브 제조방법에 관계한다. In another aspect, the present invention relates to a method for preparing a probe for detecting neurotransmitters.

본 발명의 제조방법은 광섬유 표면개질단계, 키토산 나노입자 부착단계, 금쉘층 코팅단계 및 키토산 개질 단계를 포함한다. The manufacturing method of the present invention includes an optical fiber surface modification step, a chitosan nanoparticle attachment step, a gold shell layer coating step, and a chitosan modification step.

상기 광섬유 표면개질 단계는 키토산과의 결합이 용이하도록 광섬유를 알데히드기로 표면개질하는 단계이다. The step of modifying the surface of the optical fiber is a step of modifying the surface of the optical fiber with an aldehyde group so as to facilitate bonding with chitosan.

상기 키토산 나노입자를 부착하는 단계는 상기 광섬유 표면에 상기 알데히드기를 이용하여 키토산 나노입자를 부착한다. 상기 광섬유 표면이 APTMS로 개질됨으로써 광섬유 표면에 아민기가 생성되고 glutaraldehyde로 개질됨으로써 알데히드기가 생성되며 상기 개질된 광섬유의 알데히드기와 키토산 입자의 아민기가 결합하여 키토산 입자가 개질된 광섬유에 부착된다. In the step of attaching the chitosan nanoparticles, the chitosan nanoparticles are attached to the surface of the optical fiber using the aldehyde group. The surface of the optical fiber is modified with APTMS to produce an amine group on the surface of the optical fiber and modified with glutaraldehyde to produce an aldehyde group. The aldehyde group of the modified optical fiber and the amine group of the chitosan particle are bonded to each other to modify the chitosan particle-modified optical fiber.

키토산 나노입자 부착단계, 금쉘층 코팅단계 및 키토산 개질 단계는 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다. 예를 들면, 상기 금쉘층 코팅단계는 상기 키토산 나노입자가 부착된 광섬유, 금속염 및 환원제를 수용액에 넣어 무전해 도금으로 코팅하는 단계이다. 상기 무전해도금법은 공지된 방법을 사용할 수 있다. The above-mentioned contents can be referred to for the chitosan nanoparticle adhering step, gold shell layer coating step and chitosan modification step. For example, in the gold-shell layer coating step, an optical fiber, a metal salt, and a reducing agent to which the chitosan nanoparticles are attached are put into an aqueous solution and coated with electroless plating. As the electroless plating method, a known method may be used.

상기 키토산 개질 단계는 상기 화학식 1의 화합물을 (상기 키토산 코어 금 쉘 나노입자가 부착된) 광섬유가 침지된 용액에 넣어 반응시키는 단계이다. The step of modifying the chitosan is a step of reacting the compound of Formula 1 with a solution immersed in an optical fiber (to which the chitosan core gold-shell nanoparticles are attached).

또 다른 양상에서 본 발명은 상기 프로브를 포함하는 라만 신호 검출장치를 포함한다. 도 3은 본 발명의 라만 신호 검출장치의 일구현예이다. 도 3을 참고하면, 상기 라만 신호 검출장치는 상기 신경전달 물질 탐지용 프로브(100), 광 파장 조사장치(200) 및 신호검출부(300)를 포함한다.In another aspect, the present invention includes a Raman signal detection apparatus including the probe. 3 is an embodiment of the Raman signal detecting apparatus of the present invention. 3, the Raman signal detecting apparatus includes the probe 100 for detecting a neurotransmitter, the optical wavelength irradiating apparatus 200, and the signal detecting unit 300.

상기 신경전달 물질 탐지용 프로브는 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.The probe for detecting the neurotransmitter can be referred to above.

상기 광 파장 조사장치(200) 및 신호검출부(300)는 공지된 장치를 사용할 수 있다. 상기 광 파장 조사장치(200)는 레이저 조사장치(210), 대역 필터(220), 빔 분할기(230) 또는 포커싱 렌즈(240)을 포함할 수 있다. 또한 상기 신호 검출 장치(300)는 신호를 연속적으로 수용하여 라만 스펙트럼을 나타낼 수 있는 공지의 검출장치를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. The optical wavelength irradiating device 200 and the signal detecting unit 300 can use known devices. The optical wavelength irradiating apparatus 200 may include a laser irradiator 210, a bandpass filter 220, a beam splitter 230, or a focusing lens 240. Also, the signal detecting apparatus 300 can use a known detector capable of continuously receiving a signal and exhibiting a Raman spectrum without any particular limitation.

대역 필터(220)란 밴드 패스 필터라고도 하는데, 특정 주파수 사이의 신호만 통과시키는 필터이다. 밴드 패스 필터(220)가 통과시키는 주파수 범위를 통과 대역(band pass)이라고 한다. 밴드 패스 필터(220)를 통과하는 레이저만 상기 광섬유 기반 키토산-금속 나노 복합재(100)에 도달할 수 있다. 빔 분할기(230)은 레이저 조사 장치(210)에서 출력되어 나온 레이저의 광로를 두 개 이상의 방향으로 분리하는 장치, 포커싱 렌즈(240)는 레이저를 모아주는 장치를 말하며, 이는 효과적으로 라만 신호를 수집하기 위해 필요하다. The bandpass filter 220 is also called a bandpass filter, and is a filter that passes only signals between specific frequencies. The frequency range through which the band pass filter 220 passes is referred to as a band pass. Only the laser passing through the band-pass filter 220 can reach the optical fiber-based chitosan-metal nanocomposite material 100. The beam splitter 230 is a device for separating the optical path of the laser output from the laser irradiation device 210 into two or more directions. The focusing lens 240 is a device for collecting the laser, .

광 파장 조사장치(200)로 라만 광을 상기 광프로브(100)로 조사하면, 상기 프로브의 금속층은 결합된 특정 신경전달 물질에 따라 고유의 스펙트럼을 증강시켜 방출한다. 상기 신호검출부(300)는 상기 라만 스펙트럼을 감지하여 디스플레이할 수 있다.When the Raman light is irradiated to the optical probe 100 by the optical wavelength irradiating apparatus 200, the metal layer of the probe enhances and emits an intrinsic spectrum according to the specific neurotransmitter bound thereto. The signal detector 300 can sense and display the Raman spectrum.

도 3을 참고하여, 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 라만 신호 검출장치는, 레이저 조사 장치(210)에서 방출된 레이저가 대역 필터(220)를 거쳐 빔 분할기(230) 및 포커싱 렌즈(240)를 통해 신경전달물질과 결합한 표면증강 라만 산란 측정용 프로브(100)로 조사된다. 프로브로 조사된 광 파장은 상기 신경전달물질과 결합한 표면증강 라만 산란 측정용 프로브(100)를 통해 표면증강라만산란(SERS)을 일으켜 신호검출부(300)를 통해 신경전달물질의 수치를 감지한다.3, the Raman signal detecting apparatus includes a beam splitter 230 and a focusing lens 240 via a bandpass filter 220. The laser beam emitted from the laser irradiator 210 passes through a bandpass filter 220, And irradiated with a probe 100 for surface-enhanced Raman scattering measurement combined with a neurotransmitter. The light wavelength irradiated by the probe causes surface enhanced Raman scattering (SERS) through a probe 100 for measuring surface enhanced Raman scattering combined with the neurotransmitter to detect the level of the neurotransmitter through the signal detector 300.

본 발명은 라만 신호 검출장치를 이용하여 신경전달 물질의 농도를 측정하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for measuring the concentration of a neurotransmitter using a Raman signal detecting apparatus.

본 발명의 방법은 앞에서 제조한 표면증강 라만 산란 측정용 프로브를 신경전달 물질이 포함된 측정 대상에 삽입하는 단계, 라만 광을 상기 프로브에 조사하여 라만 신호를 측정하는 단계 및 라만 신호로부터 상기 신경전달 물질의 농도를 연산하는 단계를 포함한다.The method of the present invention comprises the steps of: inserting a probe for surface-enhanced Raman scattering measurement as described above into a measurement object containing a neurotransmitter; measuring Raman signal by irradiating the probe with Raman light; And calculating the concentration of the substance.

상기 라만신호를 측정하는 방법은 앞에서 상술한 라만 신호 검출장치를 사용하여 측정할 수 있다. The method of measuring the Raman signal can be performed using the Raman signal detection apparatus described above.

상기 신경전달 물질의 농도를 연산하는 단계는 하기에서 설명하는 도 8의 b와 도 9의 b와 같이 가바 농도와 피크 세기의 상관 관계를 나타내는 수학식을 도출하고, 상기 수학식을 통해 임의의 측정 피크 세기로부터 가바 농도를 연산할 수 있다.In calculating the concentration of the neurotransmitter, a mathematical expression showing the correlation between the Gaba concentration and the peak intensity is derived as shown in FIG. 8B and FIG. 9B described below. The Gabor concentration can be calculated from the peak intensity.

이하 본 발명을 다음의 실시 예에 의해 좀더 상세하게 설명하겠으나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

키토산 나노입자의 제조Preparation of chitosan nanoparticles

0.105g의 키토산 파우더를 30mL 물(42?L 아세트산 포함)에 용해시켰다. 한 시간정도 60℃도에서 1500rpm으로 교반하였다. 한편, 0.027g의 TPP를 25mL의 물에 넣고 상온에서 5분 정도로 교반하였다. 상온에서 키토산 용액을 냉각시킨 후, 키토산 용액 전부를 TPP 용액에 천천히 첨가하였다. 한 시간 정도 교반 후에 약 50ml 용액을 5500rpm으로 20분 동안 원심분리하여 침전물을 분리하였다. 동적 빛 산란(Dynamic light scattering, DLS)으로 키토산 나노입자의 크기를 분석하였다.0.105 g of chitosan powder was dissolved in 30 mL of water (containing 42 L acetate). The mixture was stirred at 60 DEG C and 1500 rpm for about one hour. On the other hand, 0.027 g of TPP was added to 25 mL of water and stirred at room temperature for about 5 minutes. After cooling the chitosan solution at room temperature, all of the chitosan solution was slowly added to the TPP solution. After stirring for about one hour, about 50 ml of the solution was centrifuged at 5500 rpm for 20 minutes to separate the precipitate. The size of chitosan nanoparticles was analyzed by dynamic light scattering (DLS).

gold 나노쉘Nano shell 코팅 coating

먼저, 1.0 g gold(Ⅲ)-chloride hydrate를 50mL 물에 넣어 금 용액을 제조하였다. 0.018g의 무수 K2CO3를 25ml의 물에 용해하고, 여기에 금 용액 1.3mL을 첨가하여 금 염 용액을 형성하였다.First, 1.0 g of gold (III) -chloride hydrate was added to 50 mL of water to prepare a gold solution. 0.018 g of anhydrous K2CO3 was dissolved in 25 ml of water, and 1.3 ml of gold solution was added thereto to form a gold salt solution.

앞에서 수득한 키토산 나노입자를 15ml의 물과 5ml의 THPC (tetrakishydroxymethyl phosphonium chloride-inducec gold colloid)유도 금 콜로이드 용액에 넣고 1시간 정도 교반하였다. 이어서 침전물을 원심 분리하였다. 침전물을 15ml 물에 분산시킨 후 약 0.45㎛의 사이즈를 가진 마이크로 필터로 필터링하였다. 이어서, 5ml의 금 염(gold hydrate salt) 용액, 30?L의 암모니아수 및 30?L의 아스코르빈산을 상기 최종 용액에 첨가한 후 교반하였다. 최종적으로, 금 쉘로 둘러싸인 키토산 나노입자를 가진 용액을 수득할 수 있다.The chitosan nanoparticles thus obtained were placed in 15 ml of water and 5 ml of THPC (tetrakishydroxymethyl phosphonium chloride-inducec gold colloid) -induced gold colloid solution and stirred for about 1 hour. The precipitate was then centrifuged. The precipitate was dispersed in 15 ml of water and then filtered with a microfilter having a size of about 0.45 mu m. Next, 5 ml of a gold hydrate salt solution, 30 L of ammonia water and 30 L of ascorbic acid were added to the final solution and stirred. Finally, a solution having chitosan nanoparticles surrounded by gold shells can be obtained.

키토산-금 Chitosan-Gold 나노쉘의Nano-shell 개질 Modification

서로 다른 양의 MPA(0.1~1.0mL)를 금 쉘로 둘러싸인 키토산 나노입자를 가진 용액에 각각 첨가하였다. 2시간 교반 후에 원심 분리하여 불순물을 분리하였다. Different amounts of MPA (0.1-1.0 mL) were added to solutions with chitosan nanoparticles surrounded by gold shells, respectively. After stirring for 2 hours, the impurities were separated by centrifugation.

GABA와GABA and 반응 reaction

O.5mL MPA로 개질시킨 키토산 코어 쉘 나노입자가 함유된 용액에 GABA의 함량을 달리하여(0.1x10-4mol에서 2.0x10-4mol 범위) 용액에 첨가한 후 2시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액을 라만 분광기로 분석하였다.By changing the amount of GABA in the chitosan solution in which core-shell nano-particle-containing modified with O.5mL MPA was added to (2.0x10 -4 mol in the range 0.1x10 -4 mol) was stirred for two hours. The resulting solution was analyzed by Raman spectroscopy.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1과 같이, 키토산 나노입자의 제조와 금 나노쉘 코팅을 수행하였다. 이후, 금 표면을 개질하지 않고 GABA의 함량을 0.5x10-2mol에서 0.3x10-1mol 범위로 각각 반응시켰다. As in Example 1, preparation of chitosan nanoparticles and gold nanoshell coating were carried out. Subsequently, the content of GABA was reacted in the range of 0.5 × 10 -2 mol to 0.3 × 10 -1 mol, respectively, without modifying the gold surface.

도 4은 키토산 코어 금 쉘 나노입자의 DLS 분석 결과를 나타낸다. 도 4과 같이, 키토산 나노입자들이 TPP로 가교되는 경우, 약, 120nm의 균일한 크기를 가진다. 나노입자들이 금 나노쉘로 코팅되는 경우, 입자 사이즈는 120nm에서 72nm로 축소된다. 추가로 금 쉘층을 반복하여 코팅하는 경우, 추가로 코팅된 금 층에 의해 입자의 사이즈가 증가하였다. Fig. 4 shows the results of DLS analysis of chitosan core gold-shell nanoparticles. As shown in FIG. 4, when the chitosan nanoparticles are crosslinked with TPP, they have a uniform size of about 120 nm. When the nanoparticles are coated with a gold nanoshell, the particle size is reduced from 120 nm to 72 nm. In addition, when the gold shell layer was repeatedly coated, the size of the particles was further increased by the coated gold layer.

도 5는 키토산 나노입자(3a)와 금이 코팅된 키토산 나노입자(3b)의 SEM 사진이다. 도 5를 참고하면, 키토산 나노입자 3a에 비해 코팅된 3b 나노입자가 좀 더 균일한 크기와 형상을 보여주고 있음을 알 수 있다. 5 is an SEM photograph of chitosan nanoparticles (3a) and gold-coated chitosan nanoparticles (3b). Referring to FIG. 5, it can be seen that the coated 3b nanoparticles have a more uniform size and shape than the chitosan nanoparticles 3a.

도 6은 키토산-금나노입자의 XRD 결과이다. 도 6을 참고하면, 메인 피크가 약 40°이므로 금 쉘이 존재함을 확인할 수 있다. Fig. 6 shows XRD results of chitosan-gold nanoparticles. Referring to FIG. 6, it can be seen that the gold shell is present because the main peak is about 40 °.

도 7은 MPA로 개질된 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼 결과이다. MPA의 부피가 0.1~1.0ml로 변하는 경우에 각각에 대해 스펙트럼 결과를 나타내었다. 256cm- 1 2서 피크가 매우 강한 S-Au 결합을 보여준다(MPA 말단의 S와 금 사이의 결합임). 한편, MPA 분자의 다른 말단에는, 카르복실기가 나타난다(약 450cm-1 피크를 보여줌). 788cm-1 파장 피크는 MPA의 잔류 S기를 보여준다.FIG. 7 is a Raman spectrum of the chitosan core gold nanoshell modified with MPA. Spectral results are shown for each case when the volume of MPA changes from 0.1 to 1.0 ml. The peak at 256 cm - 1 2 shows a very strong S-Au bond (a bond between S and gold at the MPA end). On the other hand, at the other end of the MPA molecule, a carboxyl group appears (showing a peak of about 450 cm -1 ). The 788 cm -1 wavelength peak shows the residual S phase of MPA.

최적의 MPA 부피는 잔류 S 피크가 가장 작을 때이다. 그래프를 보면, 0.5mL일 때 가장 낮은 피크를 보여주고 있다. 즉, 최적 MPA 부피는 0.5mL임을 확인할 수 있다. The optimal MPA volume is when the residual S peak is the smallest. The graph shows the lowest peak at 0.5 mL. That is, the optimum MPA volume is 0.5 mL.

이후 GABA와의 반응 실험은 최적 MPA의 양인 0.5mL를 넣어 개질시킨 키토산 코어 금 쉘 나노입자를 사용하였다. 도 8은 GABA의 양을 달리하여 주입하여 반응시킨 후 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 촬영한 결과이다. The reaction with GABA was carried out with chitosan core gold shell nanoparticles modified by adding 0.5 mL of optimal MPA. FIG. 8 is a photograph of Raman spectrum of chitosan core gold nanoshell after injecting and reacting with different amount of GABA.

도 8a의 1610cm-1파장 피크는 COO- 이온과 아미노 이온 결합을 나타낸다(즉, 1610cm- 1 .파장은 MPA의 COO- 임). 1610cm-1 파장 피크를 참고하면, 가바의 양이 증가할수록 피크 세기도 증가하였으며, 이를 하기 방정식으로 나타내었다(도 8의 b). y=3305.8X+3352.3 (R2=0.9501) FIG wavelength peak of 1610cm -1 8a represents the COO- ion and amino ionic bonding (i.e., 1610cm - 1 wavelength of MPA COO -. Im). Referring to the 1610 cm -1 wavelength peak, as the amount of GaAs increases, the peak intensity also increases, which is shown by the following equation (b in FIG. 8). y = 3305.8X + 3352.3 (R 2 = 0.9501)

도 8의 b와 같이, 가바 흡착량과 피크 세기는 선형적으로 비례한다. MPA에 의해 가바 흡착량이 일정한 경향(선형적 비례)을 보여주는데, 이것은 MPA의 카르복실기와 가바의 아미노기의 결합이 매우 공고하다는 것을 보여준다.As shown in FIG. 8B, the adsorption amount of Gaban and the peak intensity are linearly proportional to each other. The tendency of the adsorption amount of Gaba to be constant by the MPA (linear proportional) shows that the bond between the carboxyl group of MPA and the amino group of GABA is very solid.

도 9는 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 촬영한 결과로서, 504cm- 1 파장 피크를 보여주고 있다. 504cm-1 파장은 가바 카브복실기의 stretch vibration을 나타낸다. MPA의 카르복실기 바이브레이션은 1610cm-1 파장대이다. 가바의 양이 너무 많으면, 504cm-1 파장에서 MPA 카르복실기가 잔존하지 않는다. 9 is a photograph of a Raman spectrum of a chitosan core gold nanoshell showing a peak at 504 cm < -1 & gt; wavelength. The wavelength of 504 cm -1 represents the stretch vibration of the Gabacaboxyl group. The carboxyl group vibration of MPA is 1610 cm -1 wavelength band. If the amount of Gaba is too large, no MPA carboxyl group remains at 504 cm -1 wavelength.

504cm-1파장에서 증기된 세기는 가바의 카르복실기 때문이다. 이것은 개질된 금 쉘층에 가바가 흡착된 것을 증명한다. 가바의 양이 증가할수록, 이러한 피크 세기는 리니어하게 증가한다(도 9의 b). The vapor intensity at 504 cm -1 wavelength is due to the carboxyl group of GABA. This proves that the gas barrier is adsorbed to the modified gold shell layer. As the amount of Gabor increases, this peak intensity increases linearly (Fig. 9b).

y=5309.7x+6744.7 (R2=0.9929). y = 5309.7x + 6744.7 (R 2 = 0.9929).

도 8의 b와 도 9의 b를 통해, 라만 스펙트럼 피크 세기를 측정하면 흡착된 가바의 양을 알 수 있다. 8B and 9B, the amount of adsorbed GABA can be determined by measuring the Raman spectral peak intensity.

도 10은 비교예 1의 키토산 코어 금 나노쉘의 라만 스펙트럼을 가바 농도의 함수로서 나타낸 것이다. 도 10의 496cm-1파장은 비교예 1에서 가바의 카르복실기 바이브레이션을 보여준다. 도 9의 가바 카르복실기 파장(504cm-1)과 비교하면 약간의 차이가 있다(이것은 실시예 1에서는 MPA에 가바가 결합되지만, 비교예 1은 금 쉘에 직접 가바가 결합되는 것에 의한 차이인 것으로 보인다). 10 shows the Raman spectrum of the chitosan core gold nanoshell of Comparative Example 1 as a function of Gaba concentration. The 496 cm -1 wavelength in FIG. 10 shows the carboxyl group vibration of GABA in Comparative Example 1. There is a slight difference in comparison with the Gabacarboxylic group wavelength (504 cm -1 ) in FIG. 9 (which shows that in Example 1, Gaba is bonded to MPA, but Comparative Example 1 is a difference due to the direct binding of Gaba to the gold shell ).

비교예 1(도 10)의 그래프는 가바 농도 증가에 따라 라만 신호 세기가 선형적으로 비례하지 못하지만, 실시예 1(도 9)의 그래프는 가바 농도 와 라만 신호 세기가 선형적으로 비례한다. 또한, 비교예 1은 5× 10- 3mo의 검출 하한값을 가지지만, 본원발명은 1× 10-5mol의 검출 하한치를 나타낸다. 즉, 본 발명의 키토산 코어 금 나노쉘은 MPA로 표면 개질됨에 따라 신경전달 물질 검출 센서로서 매우 높은 신뢰성과 정확성을 제공할 수 있다.In the graph of Comparative Example 1 (FIG. 10), the Raman signal intensity is not linearly proportional to the Gaba concentration increase, but the graph of Example 1 (FIG. 9) is linearly proportional to the Gabor concentration and Raman signal intensity. In Comparative Example 1 was 5 × 10 - man have a lower limit of detection 3 mo, the present invention represents the detection limit of 1 × 10 -5 mol. That is, since the chitosan core gold nanoshell of the present invention is surface-modified with MPA, it can provide very high reliability and accuracy as a neurotransmitter detection sensor.

이상에서, 본 발명의 바람직한 구현 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 알데히드기로 표면 개질된 광섬유 ;
상기 알데히드기와 결합되어 상기 광섬유 표면에 부착된 키토산 나노입자 ;
상기 키토산 나노입자 표면에 코팅된 금 쉘층 ; 및
상기 금 쉘 층 표면에 부착된 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 신경전달 물질 탐지용 프로브로서,
상기 프로브가 상기 신경전달 물질을 포함하는 측정 대상에 삽입되면, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 카르복실기에 신경전달 물질의 아민기가 화학 결합되어 상기 금 쉘 층 표면 주변에 신경전달 물질이 고정되고,
상기 신경전달 물질은 히스타민, 도파민, 에피네프린, 노르에피네프린, 세로토닌, 멜라토닌, 페닐에틸아민, 티라민, 트립타민, 옥토파민 및 감마아미노뷰티르산(GABA)의 군에서 선택되는 하나 이상이고,
상기 금 쉘층의 두께는 3-10nm, 상기 키토산 나노입자-금 쉘층의 전체 크기는 50-120 nm이고,
라만 광이 상기 프로브에 조사되면, 상기 금쉘 층은 라만 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 신경전달 물질 탐지용 프로브.
[화학식 2]
-S-[CH2]n-COOH
여기서 n은 1~10의 정수임.
An optical fiber surface-modified with an aldehyde group;
Chitosan nanoparticles attached to the surface of the optical fiber in association with the aldehyde group;
A gold shell layer coated on the surface of the chitosan nanoparticles; And
A probe for detecting a neurotransmitter comprising a compound represented by the following formula (2) attached to the surface of the gold shell layer,
When the probe is inserted into a measurement object including the neurotransmitter, the amine group of the neurotransmitter is chemically bonded to the carboxyl group of the compound represented by the following formula (2) to fix the neurotransmitter on the surface of the gold shell layer,
The neurotransmitter is at least one selected from the group of histamine, dopamine, epinephrine, norepinephrine, serotonin, melatonin, phenylethylamine, tilamine, tryptamine, octopamine and gammaaminobutyric acid (GABA)
The thickness of the gold shell layer is 3-10 nm, the total size of the chitosan nanoparticle-gold shell layer is 50-120 nm,
Wherein the gold shell layer generates a Raman signal when Raman light is irradiated to the probe.
(2)
-S- [CH 2] n-COOH
Where n is an integer from 1 to 10.
제 6항에 있어서, 상기 화학식 2의 화합물은 금과 강하게 결합하는 3-Mercaptopropionic acid로 형성되는 것을 특징으로 하는 신경전달 물질 탐지용 프로브.

[7] The probe for detecting neurotransmitter according to claim 6, wherein the compound of Formula 2 is formed of 3-Mercaptopropionic acid which binds strongly to gold.

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