KR101927715B1 - Gold multipod nanoparticle core - Silica shell nanoparticles and synthetic method thereof - Google Patents

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Abstract

높은 표면 에너지를 갖는 다중 가지 금 나노입자는 계면활성제를 제거하게 되면 수용액 상에서 부분적으로 응집되어 촉매 활성이 감소하는 문제를 안고 있는데, 본 발명은 이를 해결하고 좀 더 안정적인 기능성 나노입자를 제공하려는 것을 목적으로 한다. 다중 가지 금 나노입자의 표면을 보호하여 좀 더 넓고 다양한 분야에서 촉매로써 사용하기 위해 이산화규소와 같은 무기산화물을 쉘로 하는 코어-쉘 구조의 입자를 합성하게 되었다. 실리카 나노입자의 경우 표면을 쉽게 기능화할 수 있어 다양한 표면적 성질을 가지는 나노입자로 합성할 수 있으며, 생체에 적합하며 무독성으로 널리 알려져 있으므로 근적외선 영역에서 플라즈몬을 최대로 나타내는 금 나노입자를 좀 더 안전하게 생체에 적용하여 사용할 수 있다.The gold nanoparticles having a high surface energy have a problem that when the surfactant is removed, the nanoparticles partially flocculate in the aqueous solution and the catalytic activity decreases. The present invention solves the problem and provides a more stable functional nanoparticle . In order to protect the surface of multiple gold nanoparticles, a particle of a core-shell structure with an inorganic oxide shell such as silicon dioxide has been synthesized for use as a catalyst in a wider and diverse field. In the case of silica nanoparticles, it is possible to synthesize nanoparticles having various surface properties because the surface can be easily functionalized. Since it is well known as being non-toxic and suitable for living body, gold nanoparticles, which exhibit the plasmons in the near- Can be applied to.

Description

다중가지 금 나노입자 코어 실리카 쉘 나노입자 및 그 합성방법 {Gold multipod nanoparticle core - Silica shell nanoparticles and synthetic method thereof}[0001] The present invention relates to gold nanoparticle core nanoparticles, and more particularly to gold nanoparticle core nanoparticles and synthetic methods thereof.

본 발명은 다중가지 금 나노입자 코어 실리카 쉘 나노입자, 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자 및 그 합성방법에 관한 것이다.The present invention relates to multiple gold nanoparticle core silica shell nanoparticles, gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold nanoparticles having multiple branches, and methods for their synthesis.

제어된 크기와 형상의 나노입자 조립체 합성에 대한 관심이 증대되고 있는데, 이는 그러한 재료의 특성이 독특하며, 잠재적 응용분야가 다양하기 때문이다 (El-Sayed M. A.;Acc . Chem . Res. 2001, 34, 257-264, Xia, Y.; Xiong, Y.; Lim, B.; Skrabalak, S. E. Angew . Chem . Int . Ed. 2009, 48, 60-103, Hu, M.; Chen, J.; Li,Z.-Y.; Au,L.; Hartland,G. V.; Li,X.; Marquez,M.; Xia, Y. Chem. Soc . Rev. 2006, 35, 1084-1094.). 콜로이드성 금 나노입자는 가시광선 및 원적외선 스펙트럼에 걸치는 파장에서 복잡한 광학적 및 입체적 특성을 나타낸다. 또한, 이것은 일반적으로 독성이 낮은 것으로 여겨지며 표면이 쉽게 관능기화될 수 있다 (Jain, P. K.; Huang, X.; El-Sayed, I. H.; El-Sayed, M. A. Acc.Chem. Res. 2008, 41, 1578-1586, Eustis, S.;El-Sayed, M. A.Chem . Soc . Rev. 2006,35, 209-217). 특히, 금 나노입자의 특성은 가까이 있는 다른 금속 나노입자의 존재에 의해 현저하게 영향을 받는다 (Huang, H.-Y.; Chen, W.-F.; Kuo, P.-L. J. Phys. Chem . B 2005, 109, 24288-24294, Hu, H.; Duan, H.; Yang, J. K. W.; Shen, Z. X. ACS Nano 2012, 6, 10147-10155). 예컨대, 금 나노입자의 플라스몬 공명 (plasmon resonance)은 입자들이 아주 가까이 있을 때 짝을 이룰 수 있고, 입자들 간의 커플링은 각 입자간의 거리에 매우 의존적이다 (Huang, H.-Y.; Chen, W.-F.; Kuo, P.-L. J. Phys. Chem . B 2005, 109, 24288-24294). 다양한 응용분야에서 금 나노입자 간의 짝을 이룬 상호작용을 활용하기 위해, 금 나노입자 간의 작은 간격을 허용하는 조립구조체 구축에 관한 연구가 활발해지고 있다. 그렇지만, 금 나노입자 조립체 구조에서 금 나노입자 간의 거리와 상호작용 제어는 여전히 굉장한 도전거리이다.There is a growing interest in synthesizing nanoparticle assemblies of controlled size and shape because of the unique nature of such materials and the variety of potential applications (El-Sayed MA; Acc . Chem . Res. 2001 , 34 , 257-264, Xia, Y .; Xiong , Y .; Lim, B .; Skrabalak, SE Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 60-103, Hu, M .; Chen, J .; Li , Z.-Y .; Au, L .; Hartland, GV;.. Li, X .; Marquez, M .; Xia, Y. Chem Soc Rev. 2006, 35, 1084-1094).. Colloidal gold nanoparticles exhibit complex optical and stereoscopic properties at wavelengths that span the visible and far infrared spectra. In addition, this is generally considered to be of low toxicity is a surface functional group can be easily screen (Jain, PK; Huang, X .; El-Sayed, IH;.. El-Sayed, MA Acc.Chem Res 2008, 41, 1578 -1586, Eustis, S., El-Sayed, MA Chem . Soc Rev. 2006 , 35 , 209-217). In particular, the properties of gold nanoparticles are significantly influenced by the presence of other metallic nanoparticles in close proximity (Huang, H.-Y .; Chen, W.-F .; Kuo, P.-L. J. Phys . Chem B 2005, 109, 24288-24294 , Hu, H .; Duan, H .; Yang, JKW;. Shen, ZX ACS Nano 2012, 6, 10147-10155). For example, the plasmon resonance of gold nanoparticles can be matched when the particles are very close, and the coupling between the particles is highly dependent on the distance between each particle (Huang, H.-Y .; Chen , W.-F .; Kuo, P.-L. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 24288-24294). In order to utilize the paired interactions between gold nanoparticles in a variety of applications, research is being actively conducted on constructing assembly structures that allow small gaps between gold nanoparticles. However, the distance and interaction control between gold nanoparticles in gold nanoparticle assembly structures is still a tremendous challenge.

금 나노입자를 조립하는 한 가지 유용한 기술은 이들을 실리카로 감싸는 것이다 (Liz-Marzan, L. M.; Correa-Duarte, M. A.; Pastoriza-Santos,I.; Mulvaney,P.; Ung,T.; Giersig,M.;Kotov,N. A.Handbook of Surfaces and Interfaces ofMaterials, (Ed: H. S. Nalwa), Academic Press, San Diego, USA 2001, Fan,H.;Yang,K.;Boye,D.;Sigmon,M. T.;Malloy, K. J.;Xu,H.; Brinker,C. J.Science 2004, 304, 567-571). 금 코어와 실리카 외각으로 이루어진 나노입자는 실리카 외각이 코팅재료로 이용되기 때문에 특히 수용성 용매에서 코어를 이루는 금 나노입자의 안정성을 증대시킬 수 있어서 많은 관심을 끌고 있다 (Guerrero-Martinez, A.; Perez-Juste, J.; Liz-Marzan, L. M. Adv .Mater. 2010, 22, 1182-1195.and references therein). 실리카는 화학적으로 안정적일 뿐만 아니라 광학적으로 불투명하여 내포된 금 나노입자의 광학적 특성에 대해 중대한 효과를 미치지 않는다. 또한, 다공성이고, 생체 적합하며, 비독성인 것으로 알려져 있는 실리카 층의 표면은 간단한 기술로 쉽게 변형 가능한데, 이로 말미암아 변형된 실리카 외각을 갖는 나노입자는 다양한 생물학적 응용에 이용할 수 있게 된다 (Avnir,D.;Coradin, T.; Lev,O.; Livage, J. J. Mater. Chem ., 2006,16, 1013-1030). 금 나노입자에 실리카를 직접 코팅하는 몇 가지 합성방법이 개발되었다. 최초의 방법은 Stober 방법으로 미리 합성된 금 나노입자의 표면 상에 실리카 외각을 성장시키기 위해 커플링제 또는 폴리머 안정화제를 이용하는 것이다 (Liz-Marzan, L. M.; Giersig, M.; Mulvaney, P. Langmuir 1996, 12, 4329-4335, Graf, C.; Vossen, D. L. J.; Imhof, A.; van Blaaderen, A. Langmuir 2003,19, 6693-6700, Pastoriza-Santos, I.; Perez-Juste, J.; Liz-Marzan, L. M. Chem . Mater. 2006,18, 2465-2467, Lu, Y.; Yin, Y.; Li, Z.-Y.; Xia, Y. Nano Lett . 2002, 2, 785-788, Pastoriza-Santos, I.; Perez-Juste, J.; Liz-Marzan, L. M. Chem . Mater. 2006,18, 2465-2467, Stober,W.; Fink, A.; Bohn,E.;J. Colloid Interface Sci. 1968, 26, 62-69). 금 나노입자 상에 실리카를 코팅하는 다른 방법은 역마이크로에멀젼 {유중수(W/O) 마이셀 용액}의 이용을 포함하는데, 이것은 작은 금 나노입자 (<20nm)의 실리카 코팅을 가능하게 해준다 (Han, Y.; Jiang, J.; Lee, S. S.; Ying, J. Y.Langmuir 2008, 24, 5842-5848, Earhart,C.; Jana,N. R.;Erathodiyil,N.; Ying,J. Y. Langmuir 2008, 24, 6215-6219, Thakur,R.; Gupta,R. B. Ind . Eng . Chem. Res. 2005, 44, 3086-3090). 마이크로에멀젼 상 (phase)에서, 표면 역 마이셀 내에 물방울이 형성된다. 실리콘 전구체는 물 속에서 가수분해 및 응축에 의해 금 나노입자의 표면 상에 폴리머화되어 금 코어-실리카 외각 나노입자를 형성할 수 있다. One useful technique for assembling gold nanoparticles is to wrap them in silica (Liz-Marzan, LM; Correa-Duarte, MA; Pastoriza-Santos, I .; Mulvaney, P.; Ung, T .; Giersig, M .; ; Kotov, NAHandbook of Surfaces and Interfaces ofMaterials, (Ed: HS Nalwa), Academic Press, San Diego, USA 2001; Fan, H.; Yang, K .; Boye, , H .; Brinker, CJ Science 2004 , 304 , 567-571). Nanoparticles composed of gold core and silica shells are attracting much attention because they can be used to enhance the stability of gold nanoparticles, especially in water-soluble solvents, as the silica shell is used as a coating material (Guerrero-Martinez, A .; Perez -Juste, J .; Liz-Marzan, LM Adv .Mater. 2010, 22, 1182-1195.and references therein). The silica is chemically stable as well as optically opaque and does not have a significant effect on the optical properties of the encapsulated gold nanoparticles. In addition, the surface of a porous, biocompatible, non-toxic silica layer can be easily modified with simple techniques, which allows nanoparticles with modified silica shells to be used in a variety of biological applications (Avnir, D., et al. ; Coradin, T .; Lev, O .; Livage, J. J. Mater. Chem . , 2006 , 16 , 1013-1030). Several synthetic methods have been developed to directly coat silica with gold nanoparticles. The first method is to use a coupling agent or a polymer stabilizer to grow the silica outer surface on the surface of gold nanoparticles pre-synthesized by the Stober method (Liz-Marzan, LM; Giersig, M .; Mulvaney, P. Langmuir 1996 , 12 , 4329-4335, Graf, C .; Vossen, DLJ, Imhof, A .; van Blaaderen, A. Langmuir 2003 , 19 , 6693-6700, Pastoriza-Santos, I .; Perez-Juste, J .; Liz-Marzan, LM Chem . Mater. 2006 , 18 , 2465-2467, Lu, Y .; Yin, Y .; Li, Z.-Y .; Xia, Y. Nano Lett . 2002 , 2 , 785-788, Pastoriza-Santos, I .; Perez-Juste, J .; Liz-Marzan, LM Chem . Mater. 2006 , 18 , 2465-2467, Stober, W .; Fink, A .; Bohn, E .; J. Colloid Interface Sci . 1968 , 26 , 62-69). Another method of coating silica on gold nanoparticles involves the use of reverse microemulsion (water / micellar solution), which enables the silica coating of small gold nanoparticles (<20 nm) Ying, JY Langmuir 2008, 24, 5842-5848, Earhart, C .; Jana, NR; Erathodiyil, N .; Ying, JY Langmuir 2008 , 24 , 6215-6219 , Thakur, R .; Gupta, RB Ind . Eng . Chem. Res., 2005 , 44 , 3086-3090). In the microemulsion phase, water droplets are formed in the surface reverse micelle. The silicon precursor can be polymerized on the surface of gold nanoparticles by hydrolysis and condensation in water to form gold core-silica outer nanoparticles.

M. Moeller와 동료들은 유중수 마이크로에멀젼 내에 금 나노입자를 제조하고 마이크로에멀젼 내에 실리카 매트릭스를 융합하여 금 나노입자 다이머를 함유한 실리카 나노입자를 형성하였다 (Wang,H.; Schaefer,K.; Moeller,M. J. Phys. Chem . C 2008, 112, 3175-3178). 이미 합성된 철 나노입자 또는 양자 닷 (quantum dots)을 이용한 다중 나노입자의 실리카 코팅 사례도 보고된 바 있다 (Stjerndahl, M.; Andersson, M.; Hall, H.E.; Pajerowski, D. M.; Meisel, M. W.; Duran, R. S.Langmuir 2008, 24,3532-3536, Vestal, C. R.; Zhang, Z. J. Nano Lett. 2003, 3, 1739-1743, Yang,Y.;GaoM. Adv . Mater. 2005,17,2354-2357). M. Moeller and colleagues have fabricated gold nanoparticles in a water-in-water microemulsion and fused silica matrices in a microemulsion to form silica nanoparticles containing gold nanoparticle dimers (Wang, H., Schaefer, K .; Moeller , J. Phys. Chem . C 2008 , 112 , 3175-3178). The silica coating of multi-nanoparticles using already synthesized iron nanoparticles or quantum dots has also been reported (Stjerndahl, M .; Andersson, M .; Hall, HE; Pajerowski, DM; Meisel, MW; Duran, RS Langmuir 2008 , 24 , 3532-3536, Vestal, CR; Zhang, ZJ Nano Lett 2003 , 3 , 1739-1743, Yang, Y.; Gao M. Adv . Mater ., 2005 , 17 , 2354-2357).

한국공개특허공보 제10-2009-77530호는 금염 수용액을 비이온성 계면활성제와 혼합하여 금염 수용액과 비이온성 계면활성제의 농도, 반응시간, 반응온도를 변화시켜 금 나노입자의 모양을 제어하는 금 나노입자 제조방법을 개시한다. 그러나, 이 발명은 외각이 형성되지 않아 안정하지 않으며, 합성물의 모양 또한 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 등 다양하고, 크기가 균일하지 않다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-77530 discloses a gold nanoparticle which controls the shape of gold nanoparticles by mixing a gold salt aqueous solution with a nonionic surfactant to change the concentration of the gold salt aqueous solution and the nonionic surfactant, A method for producing particles is disclosed. However, this invention is not stable because no outer angle is formed, and the shape of the composite is also various, such as triangular, square, pentagonal, circular, etc., and is not uniform in size.

또한, 한국공개특허공보 제10-2007-68871호에는 무기계 나노입자가 내포된 메조 세공 실리카 나노입자 및 i) 유기 용매에 분산된 소수성 무기계 나노입자를 계면활성제가 용해된 수용액에 분산시켜서, 계면활성제로 둘러싸인 무기계 나노입자의 수분산액을 제조하는 단계와; 그리고 ii) 상기 제조된 수분산액에 실리카 전구체를 넣어 상기 무기계 나노입자에 메조 세공 실리카로 된 외피층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무기계 나노입자가 내포된 메조 세공 실리카 나노입자 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 나노입자는 표면에 세공이 있어 내포된 나노입자가 누출될 가능성이 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-68871 discloses mesoporous silica nanoparticles encapsulating inorganic nanoparticles and i) dispersing hydrophobic inorganic nanoparticles dispersed in an organic solvent in an aqueous solution in which a surfactant is dissolved to form a surfactant Preparing an aqueous dispersion of the inorganic nanoparticles surrounded by the inorganic nanoparticles; And ii) adding a silica precursor to the prepared aqueous dispersion to form an outer layer made of mesoporous silica in the inorganic nanoparticles. The mesoporous silica nanoparticle-containing mesoporous silica nanoparticle- Lt; / RTI &gt; However, these nanoparticles have pores on the surface, which may leak nested nanoparticles.

높은 표면 에너지를 갖는 다중 가지 금 나노입자는 계면활성제를 제거하게 되면 수용액 상에서 부분적으로 응집되어 촉매 활성이 감소하는 문제를 안고 있는데, 본 발명은 이를 해결하고 좀 더 안정적인 기능성 나노입자를 제공하려는 것을 목적으로 한다.The gold nanoparticles having a high surface energy have a problem that when the surfactant is removed, the nanoparticles partially flocculate in the aqueous solution and the catalytic activity decreases. The present invention solves the problem and provides a more stable functional nanoparticle .

넓은 표면적과 많은 결함을 갖는 나노입자는 높은 표면 에너지를 갖기 때문에, 계면활성제를 제거하게 되면 수용액 상에서 부분적으로 응집되어 촉매 활성이 감소한다. 이러한 단점을 완화하기 위하여 Au 표면 상에 이산화규소 (SiO2) 또는 이산화티타늄 (TiO2) 과 같은 무기산화물 쉘을 합성하여 안정성을 향상시킬 수 있다. 아울러 무기산화물 자체의 기능성을 하이브리드 나노구조체에서 이용할 수 있으며 코어 금속 나노입자의 독특한 성질에 의해 무기산화물의 기능성이 비약적으로 향상될 수 있다.Since nanoparticles with large surface area and many defects have high surface energies, removal of the surfactant partially agglomerates in the aqueous solution and reduces catalytic activity. In order to alleviate this disadvantage, an inorganic oxide shell such as silicon dioxide (SiO 2 ) or titanium dioxide (TiO 2 ) may be synthesized on the Au surface to improve stability. In addition, the functionality of the inorganic oxide itself can be utilized in the hybrid nanostructure, and the functionality of the inorganic oxide can be dramatically improved due to the unique properties of the core metal nanoparticles.

시드 매개법으로 합성된 금 다중가지 나노입자 (Gold multipod nanoparticles; GMN)는 산성, 염기성 그리고 중성 조건에서 안정된 형태를 유지하나, 표면을 보호하여 좀 더 넓고 다양한 분야에서 촉매로써 사용하기 위해 이산화규소 또는 이산화티타늄과 같은 무기산화물을 쉘로 하는 코어-쉘 구조의 입자를 합성하게 되었다. 실리카 나노입자의 경우 표면을 쉽게 기능화할 수 있어 다양한 표면적 성질을 가지는 나노입자로 합성할 수 있으며, 생체에 적합하며 무독성으로 널리 알려져 있으므로 근적외선 영역에서 플라즈몬을 최대로 나타내는 금 나노입자를 좀 더 안전하게 생체에 적용하여 사용할 수 있다.Gold multipod nanoparticles (GMN) synthesized by the seed mediated method maintain stable morphology in acidic, basic and neutral conditions but can be used as catalysts for use as catalysts in a wider, And a core-shell structure in which an inorganic oxide such as titanium dioxide is used as a shell. In the case of silica nanoparticles, it is possible to synthesize nanoparticles having various surface properties because the surface can be easily functionalized. Since it is well known as being non-toxic and suitable for living body, gold nanoparticles, which exhibit the plasmons in the near- Can be applied to.

일반적으로 실리카 나노 입자를 합성하는 방법으로 스투버 방법(stober method)이 널리 알려져 있으며, 이 방법은 졸-겔(Sol-Gel) 공정으로 실리카 나노입자를 합성하는데 용이하다. 금속, 특히 금의 경우 금 나노입자의 구조에 따른 정확한 광학적 특성을 나타내는데, 둘러싸는 쉘의 두께가 두꺼워지면 금 나노입자의 특성을 이용하는 것이 어려워진다. 널리 사용되는 실리카 전구체인 TEOS (tetraethylorthosilicate)가 염기성 촉매에 의해서 가수분해된 후, 이를 축합하여 실리카 (SiO2) 입자가 형성되는데 TEOS는 물에 용해되지 않기 때문에, 물을 용매로 사용하는 경우 가수분해되기 어렵다는 단점이 있다.In general, the stover method is widely known as a method for synthesizing silica nanoparticles, and this method is easy to synthesize silica nanoparticles by a sol-gel process. Metals, especially gold, exhibit accurate optical properties depending on the structure of the gold nanoparticles. When the thickness of the surrounding shell is increased, it becomes difficult to utilize the properties of gold nanoparticles. Since TEOS (tetraethylorthosilicate), which is a widely used silica precursor, is hydrolyzed by a basic catalyst and then condensed to form silica (SiO 2 ) particles. When water is used as a solvent, .

따라서, 금 나노 입자의 형태를 그대로 유지하며 수용액 상에서도 실리카가 형성될 수 있도록 하기 위하여 실리카 전구체로서 MPTMS {3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane}를 이용하였고, MPTMS를 반응 용액에 넣기 전에 수용액 상에서 가수분해한 (pre-hydrolysis) 전구체를 이용하여 반응 용매로 물을 사용해 실리카 쉘을 합성하였다. 금, 은과 같은 금속성 나노입자는 싸이올, 아미노로 종결된 다양한 유기 실란에 쉽게 부착될 수 있다. 따라서, 이 방법을 이용하여 금 나노입자의 형태를 그대로 유지하며 얇은 두께로 실리카 쉘을 합성하기 위해서는 싸이올 그룹을 포함하는 실란 전구체를 사용해야 한다. 따라서 싸이올기를 포함하고 있으며 금속성 나노입자가 분산되어 있는 수용액 상에서 사용할 수 있는 MPTMS를 이용하면 선택적으로 나노입자 표면에서부터 축합 반응이 일어나 균일한 크기와 모양을 갖는 코어-쉘 형태의 입자를 합성할 수 있다. 또한, 실리카 쉘을 합성하는 과정에서 사용되는 염기성 촉매의 양을 조절하여 실리카의 두께를 조절할 수 있었으며, 실리카의 표면을 기능화하여 금 나노입자를 성장시킬 수 있었다.Therefore, MPTMS {3- (mercaptopropyl) trimethoxysilane} was used as a silica precursor to maintain the morphology of gold nanoparticles and to form silica even in aqueous solution, and MPTMS was hydrolyzed in aqueous solution pre-hydrolysis precursor was used to synthesize a silica shell using water as a reaction solvent. Metallic nanoparticles such as gold and silver can be easily attached to various organosilanes terminated with thiols and amino. Therefore, it is necessary to use a silane precursor containing a thiol group to synthesize a silica shell with a thin thickness while maintaining the shape of the gold nanoparticles using this method. Therefore, by using MPTMS, which can be used in an aqueous solution containing a thiol group and metallic nanoparticles dispersed, a condensation reaction occurs selectively from the surface of the nanoparticles to synthesize core-shell type particles having a uniform size and shape have. In addition, it was possible to control the thickness of silica by controlling the amount of basic catalyst used in the process of synthesizing silica shell, and it was possible to grow gold nanoparticles by functionalizing the surface of silica.

본 발명은 The present invention

a) 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자를 양이온성 계면활성제 수용액에 현탁하여 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액을 제조하는 단계;a) suspending star-shaped gold nanoparticles having multiple branches in an aqueous solution of a cationic surfactant to produce a star-shaped gold nanoparticle solution having multiple branches;

b) MPTMS (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane) 가수분해물을 제조하는 단계; 및b) preparing a 3-mercapto-propylethyldimethoxysilane (MPTMS) hydrolyzate; And

c) 상기 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액, 염기 촉매 및 상기 단계에서 제조된 MPTMS 가수분해물을 가하여 교반하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자를 합성하는 단계;를 포함하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성방법에 관한 것이다.c) synthesizing gold nanoparticle core-silica nanoparticles having multiple branches by adding the star-shaped gold nanoparticle solution having the multiple branches, the base catalyst, and the MPTMS hydrolyzate prepared in the step The present invention relates to a gold nanoparticle core-silica outer nanoparticle synthesis method having multiple branches.

또한, 본 발명은 상기 c) 나노입자 합성단계 이후 Further, the present invention relates to a method for producing a nanoparticle,

d) 상기 합성된 나노입자를 분리 및 세척하는 단계;가 부가되는 것을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다.and d) separating and washing the synthesized nanoparticles. The present invention also relates to a method for synthesizing nanoparticles.

또한, 본 발명은 상기 b) MPTMS 가수분해물 제조단계가 MPTMS에 물을 가하여 교반함으로써 수행됨을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for synthesizing nanoparticles, wherein the step b) of producing the MPTMS hydrolyzate is carried out by adding water to the MPTMS and stirring the mixture.

또한, 본 발명은 상기 c) 단계가 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액에 염기 촉매를 먼저 가하여 교반한 후 MPTMS 가수분해물을 가하고 교반하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자를 합성함을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method of preparing a gold nanoparticle core-silica nanoparticle having multiple branches by adding a base catalyst to a star-shaped gold nanoparticle solution having multiple branches in step c), stirring and adding MPTMS hydrolyzate, And a method for synthesizing nanoparticles.

또한, 본 발명은 상기 염기 촉매가 NH4OH임을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for synthesizing nanoparticles, wherein the base catalyst is NH 4 OH.

또한, 본 발명은 동일한 반응시간 내에서 염기 촉매의 양을 조절하여 실리카 외각의 두께를 조절함을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a method for synthesizing nanoparticles, characterized in that the thickness of the silica shell is controlled by adjusting the amount of the base catalyst in the same reaction time.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 5~10개의 가지를 지니고, 0 초과 50nm 이하 두께의 실리카 외각을 가지는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자에 관한 것이다.The present invention also relates to gold nanoparticle core-silica outer shell nanoparticles having 5 to 10 branches prepared by the above method and having a silica outer shell thickness of more than 0 and less than 50 nm.

또한, 본 발명은 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 용액에 APTES {3-(aminopropyl)triethoxysilane}와 염기 촉매를 가하여 나노입자 표면에 -NH2 기를 형성하는 단계;The present invention also relates to a method for preparing a nanoparticle nanoparticle, comprising the steps of: forming a -NH 2 group on the nanoparticle surface by adding APTES {3- (aminopropyl) triethoxysilane} and a base catalyst to a gold nanoparticle core- silica outer nanoparticle solution having multiple branches;

상기 -NH2 기가 표면에 형성된 나노입자를 물 또는 수용성 용매에 분산하는 단계; 및Dispersing the nanoparticles formed on the surface of the -NH 2 group into water or a water-soluble solvent; And

상기 용매에 분산된 나노입자에 양이온성 금 전구체 수용액 또는 금 나노입자를 가하여 반응을 진행하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자를 합성하는 단계;를 포함하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자 합성방법에 관한 것이다. Adding a cationic gold precursor aqueous solution or gold nanoparticles to the nanoparticles dispersed in the solvent to conduct a reaction to synthesize gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold nanoparticles having multiple branches. The present invention relates to a gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold outer nanoparticle synthesis method.

또한, 본 발명은 상기 양이온성 금 전구체가 염화금산칼륨(KAuCl4), 염화금산나트륨(NaAuCl4), 염화금산(HAuCl4), 브롬화금산나트륨(NaAuBr4), 염화금(AuCl), 염화금(Ⅲ)(AuCl3) 및 브롬화금(AuBr3) 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 나노입자 합성방법에 관한 것이다.In addition, the present invention is the cationic gold precursor is Keumsan potassium chloride (KAuCl 4), chloroauric acid sodium (NaAuCl 4), chloroauric acid (HAuCl 4), brominated Keumsan sodium (NaAuBr 4), yeomhwageum (AuCl), yeomhwageum (Ⅲ ) (it relates to AuCl 3) and gold bromide (AuBr 3) nano-particles synthesis method characterized in that selected.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자의 표면에 금을 환원시킨 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자에 관한 것이다. 이 나노입자는 가지 간의 교차점에서 가지 말단 정점까지의 길이가 50~150㎚임을 특징으로 한다. The present invention also relates to gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold nanoparticles having multiple branches of gold reduced on the surface of gold nanoparticle core-silica outer nanoparticles produced by the above method. The nanoparticles are characterized in that the length from the intersection of the branches to the apex of the branches is 50 to 150 nm.

또한, 본 발명은 상기 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 또는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자를 포함하는 촉매에 관한 것이다.The present invention also relates to a catalyst comprising the gold nanoparticle core-silica outer nanoparticle or the gold nanoparticle core-silica middle layer-gold outer nanoparticle having multiple branches.

본 발명에 따르면, 다중 가지를 지니는 금 나노입자의 표면에 실리카 외각이 성장한 나노입자가 형성된다. 실리카 나노입자의 경우 표면을 쉽게 기능화할 수 있어 다양한 표면적 성질을 가지는 나노입자로 합성할 수 있으며, 생체에 적합하며 무독성으로 널리 알려져 있으므로 근적외선 영역에서 플라즈몬을 최대로 나타내는 금 나노입자를 좀 더 안전하게 생체에 적용하여 사용할 수 있다.According to the present invention, nanoparticles having a silica outer surface grown on the surface of gold nanoparticles having multiple branches are formed. In the case of silica nanoparticles, it is possible to synthesize nanoparticles having various surface properties because the surface can be easily functionalized. Since it is well known as being non-toxic and suitable for living body, gold nanoparticles, which exhibit the plasmons in the near- Can be applied to.

또한, 본 발명에 따르면, 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자가 형성되며, 이 입자 또한 촉매, 생체 적용 등 다양한 응용이 가능하다. In addition, according to the present invention, gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold outer nanoparticles having multiple branches are formed, and the particles can also be applied to various applications such as catalysts and biomedical applications.

도 1은 TEOS를 이용하여 에탄올 상에서 합성한 GMN@SiO2 NPs의 주사전자현미경 (SEM) 이미지이다.
도 2는 MPTMS를 가수분해하지 않고 바로 가하여 합성한 GMN@SiO2 NPs의 주사전자현미경 (SEM) 이미지이다.
도 3은 MPTMS 가수분해물을 첨가하여 합성한 GMN@SiO2 NPs 모식도이다.
도 4는 MPTMS 가수분해물을 첨가하여 합성한 GMN@SiO2의 (a) 투과전자현미경 (TEM) 이미지, (b) 주사전자현미경 (SEM) 이미지이다.
도 5는 축합반응의 염기 촉매인 NH4OH의 양을 달리 첨가하여 SiO2 두께를 조절하여 합성한 GMN@SiO2 NPs (28%의 NH4OH를 사용하였음)의 주사전자현미경 이미지이다. (a) 0 ㎕, (b) 20 ㎕, (c) 100 ㎕, (d) 200 ㎕.
도 6은 (a) 메탄올, (b) 증류수 상에서 합성한 GMN@SiO2@Au NPs의 주사전자현미경 이미지이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) image of GMN @ SiO 2 NPs synthesized on ethanol using TEOS.
FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of GMN @ SiO 2 NPs synthesized by directly adding MPTMS without hydrolysis.
3 is a schematic diagram of GMN @ SiO 2 NPs synthesized by adding MPTMS hydrolyzate.
4 is a transmission electron microscope (TEM) image and (b) scanning electron microscope (SEM) image of GMN @ SiO 2 synthesized by adding MPTMS hydrolyzate.
FIG. 5 is a scanning electron microscope image of GMN @ SiO 2 NPs (28% NH 4 OH) synthesized by adjusting the SiO 2 thickness by adding NH 4 OH as a base catalyst of the condensation reaction. (a), (b) 20 μl, (c) 100 μl, and (d) 200 μl.
6 is a scanning electron microscope image of GMN @ SiO 2 @ Au NPs synthesized on (a) methanol and (b) distilled water.

아래에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예의 기재에 의하여 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments. However, it is apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by the descriptions of the embodiments.

시약reagent

세틸트리메틸암모늄 브로마이드 (Cetyltrimethylammonium bromide, CH3(CH2)15N(CH3)3Br, 이하 "CTAB" 과 혼용함, 99+%, Acros organic), 폴리옥시에틸렌글라이콜 도데실 에테르 (Polyoxyethylene glycol dodecyl ether, (C2H4O)23C12H25OH, 이하 "Brij35"와 혼용함, Acros Organics), 염화금산 (Hydrogen tetrachloroauratetrihydrate, HAuCl4 · 3H2O, 99.9%, Sigma-Aldrich), 질산은 (silver nitrate, AgNO3, 99+%, Sigma-Aldrich), 수소화붕소나트륨 (sodium borohydride, NaBH4, 99.995%, Sigma-Aldrich), 아스코르브산 (L-ascorbic acid, 99%, Sigma-Aldrich), 살리실산 나트륨 (sodium salicylate, NaSal, 99.5%, Sigma-Aldrich), 3-머캅토-프로필에틸다이메톡시실란 (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane, MPTS, CH3 Si(OCH3)2CH2 H2H2SH, 95%, Alfa Aesar), APTES {3-(aminopropyl)triethoxysilane, 98%, Sigma-Aldrich}, 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrolidone, (C6H9NO)n, PVP10, 평균분자량 10,000, Sigma-Aldrich), 수산화암모늄 (Ammonium hydroxide, NH4OH, 28~30 wt%, Sigma-Aldrich), 테트라에틸오쏘실리케이트 (tetraethylorthosilicate, (Si(OC2H5)4, TEOS, 98%, Sigma-Aldrich), 시트르산삼나트륨 (trisodium citrate, 99%, Sigma-Aldrich), 올레산 나트륨 (Sodium Oleate, 99+%, Sigma-Aldrich), 염산 (HCl), 질산 (HNO3), 아세톤 및 에틸알코올은 구입한 대로 사용하였다. 모든 반응 용액은 반응 전에 바로 준비하였다. 모든 유리 기구들은 사용하기 전에 왕수 (염산: 질산 = 3:1 (v/v))로 씻고 3차 증류수로 충분히 헹구었다. (Cetyltrimethylammonium bromide, CH 3 (CH 2 ) 15 N (CH 3 ) 3 Br, hereinafter abbreviated as "CTAB", 99 +%, Acros organic), Polyoxyethylene glycol Acro Organics), Hydrogen tetrachloroauratetrihydrate (HAuCl 4 .3H 2 O, 99.9%, Sigma-Aldrich), dodecyl ether, (C 2 H 4 O) 23 C 12 H 25 OH, hereinafter abbreviated as "Brij 35" silver nitrate (silver nitrate, AgNO 3, 99 +%, Sigma-Aldrich), sodium borohydride (sodium borohydride, NaBH 4, 99.995 %, Sigma-Aldrich), ascorbic acid (L-ascorbic acid, 99% , Sigma-Aldrich) salicylic acid sodium (sodium salicylate, NaSal, 99.5% , Sigma-Aldrich), 3- mercapto-propyl ethyl dimethoxy silane (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane, MPTS , CH 3 Si (OCH 3) 2 CH 2 H 2 H 2 SH, 95%, Alfa Aesar), APTES {3- (aminopropyl) triethoxysilane, 98%, Sigma-Aldrich}, polyvinylpyrolidone (C 6 H 9 NO) n , PVP 10, molecular weight 10,000, Sigma-Aldrich), ammonium hydroxide (ammonium hydroxide, NH 4 OH, 28 ~ 30 wt%, Sigma-Aldrich), tetraethyl ortho silicate (tetraethylorthosilicate, (Si (OC 2 H 5) 4, TEOS, 98% , Sigma-Aldrich), citric acid trisodium (trisodium citrate, 99%, Sigma -Aldrich), sodium oleate (sodium oleate, 99 +%, Sigma-Aldrich), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3), acetone and ethyl All glassware was rinsed with aqua regia (hydrochloric acid: nitric acid = 3: 1 (v / v)) and rinsed thoroughly with tertiary distilled water prior to use.

다중 가지를 지니는 금 나노입자의 합성Synthesis of gold nanoparticles with multiple branches

다중 가지를 지니는 금 나노입자 (Gold Multipod Nanoparticles, GMNs)는 시드 매개법을 사용하여 합성한다. 시드매개법으로 GMN을 합성하기 위하여 두 단계의 성장 용액이 필요하다. 첫 번째 성장용액 (A)는 200 mM brij35 수용액 1 ㎖와 100 mM CTAB 수용액 1 ㎖를 혼합한 이중 계면활성제 수용액을 준비하고 50 mM 살리실산 나트륨을 200 ㎕ 첨가한 후 초음파 분쇄기를 이용하여 5분간 고르게 혼합한다. 다음 5 mM AgNO3 수용액 10 ㎕, 10 mM HAuCl4 수용액 80 ㎕, 100 mM 아스코르브산 수용액 20㎕을 순차적으로 넣어 준비한다.Gold nanoparticles (GMNs) with multiple branches are synthesized using a seeded mediated method. Two step growth solutions are needed to synthesize GMN by seed mediator. The first growth solution (A) was prepared by mixing 200 μl of 50 mM sodium salicylate solution with 1 ml of 200 mM brij35 aqueous solution and 1 ml of 100 mM CTAB aqueous solution, followed by mixing for 5 minutes using an ultrasonic mill do. Next, prepare 10 μl of 5 mM AgNO 3 aqueous solution, 80 μl of 10 mM HAuCl 4 aqueous solution, and 20 μl of 100 mM aqueous ascorbic acid solution in this order.

두 번째 성장용액 (B)는 성장용액 (A)와 동일한 성분으로 구성하며 부피를 10배 증가하여 준비한다. (200 mM brij35 수용액 10 ㎖, 100 mM CTAB 수용액 10 ㎖, 50 mM 살리실산 나트륨 2 ㎖, 5 mM AgNO3 수용액 100 ㎕, 10 mM HAuCl4 수용액 800 ㎕, 100 mM 아스코르브산 수용액 200 ㎕). 준비한 성장용액 (A)에 앞서 합성한 금 나노시드 용액 100 ㎕를 첨가한 후 빠르게 흔들어 섞어주고, 이 혼합물에서 100 ㎕를 취하여 성장용액 (B)에 첨가한 후 고르게 섞어준 다음 6~7시간 동안 실온에서 보관한다. 반응용액의 색은 반응 중 옅은 노란색에서 투명한 색으로 변하고, 반응이 완료되면 짙은 남색으로 변한다.The second growth solution (B) is composed of the same components as the growth solution (A) and is prepared by increasing the volume by 10 times. (10 ml of 200 mM brij35 aqueous solution, 10 ml of 100 mM CTAB aqueous solution, 2 ml of 50 mM sodium salicylate, 100 μl of 5 mM aqueous AgNO 3 solution, 800 μl of 10 mM HAuCl 4 aqueous solution and 200 μl of 100 mM ascorbic acid aqueous solution). 100 μl of the synthesized gold nanoside solution was added to the prepared growth solution (A), and the mixture was shaken vigorously. 100 μl of the mixture was added to the growth solution (B), and the mixture was evenly mixed. Store at room temperature. The color of the reaction solution changes from pale yellow to clear color during the reaction and turns dark blue when the reaction is complete.

반응이 완료된 GMNs는 1 ㎖ 단위로 10분간 6000 rpm으로 원심분리하여 상층액을 제거한 후, 용매를 3차 증류수로 교체하고 초음파 분쇄기를 이용하여 세척하며 같은 과정을 세 번 반복하여 남아 있는 계면활성제를 제거한 다음 시드로 사용한다. After completion of the reaction, the GMNs were centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes to remove the supernatant. The solvent was replaced with distilled water and the supernatant was washed with an ultrasonic disintegrator. The same procedure was repeated three times to remove residual surfactant Remove it and use it as a seed.

다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성Gold nanoparticle core with multiple branches - Outer silica nanoparticle synthesis

다중 가지를 지니는 금 나노입자 (GMNs)에 MPTMS (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane)를 첨가하기 전에 MPTMS를 가수분해하여 사용하였으며, MPTMS의 -SH기가 GMNs의 표면에 부착된 후 축합반응이 일어남으로써 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자(이하 "GMN@SiO2 NPs"와 혼용함)가 형성되었다. MPTMS 가수분해물은 증류수 30 ㎖에 MPTMS 100 ㎕를 가한 후 한 시간 동안 교반하여 제조한다.MPTMS was hydrolyzed before addition of MPTMS (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane) to multi-branched gold nanoparticles (GMNs). After the -SH group of MPTMS was attached to the surface of GMNs, Gold nanoparticle core-silica outer nanoparticles (hereinafter referred to as " GMN @ SiO 2 NPs &quot;). MPTMS hydrolyzate was prepared by adding 100 μl of MPTMS to 30 ml of distilled water and stirring for 1 hour.

앞서 제조한 GMNs 성장용액 (B)에서 10 ㎖를 취하여 총 3.448 mM에 해당하는 GMNs를 6000 rpm, 10분간 원심분리하여 상층액을 제거하고 증류수 10 ㎖에 재분산한다. 위의 용액에 염기 촉매로 사용되는 NH4OH를 첨가하여 5분간 교반한 후, MPTMS 가수분해물 용액 2.5 ㎖를 가하여준다. 혼합 용액을 실온에서 5시간 교반하며 반응을 진행하고, 반응 종결 후 6000 rpm, 10분간 원심분리하여 GMN@SiO2 NPs를 모아준 후 3차 증류수를 이용하여 두 번 세척한다. 특성 분석을 위하여 얻어진 GMN@SiO2 NPs는 1 ㎖ 증류수에 분산한다.10 ml of the previously prepared GMNs growth solution (B) was centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes to remove the supernatant and redispersed in 10 ml of distilled water. NH 4 OH used as a base catalyst is added to the above solution, which is then stirred for 5 minutes, and 2.5 ml of MPTMS hydrolyzate solution is added thereto. The reaction mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes to collect GMN @ SiO 2 NPs and then washed twice with distilled water. For characterization, the obtained GMN @ SiO 2 NPs are dispersed in 1 ml of distilled water.

TEOS를 이용하여 GMN@SiO2 NPs를 합성할 경우에는 3.448 mM의 GMNs을 증류수를 이용하여 한 번 세척한 후, PVP10 (200 ㎕)을 위 용액에 첨가하고 12시간 동안 교반한다. PVP10으로 표면처리된 GMNs를 원심분리하여 (6000 rpm, 10분) 에탄올 7㎖에 분산하고 실리카 전구체인 TEOS 30 ㎕와 NH4OH 200 ㎕를 첨가하여 4시간 동안 반응을 진행한다.For the synthesis of GMN @ SiO 2 NPs using TEOS, 3.448 mM GMNs were washed once with distilled water, PVP10 (200 [mu] l) is added to the above solution and stirred for 12 hours. The GMNs surface-treated with PVP10 are centrifuged (6000 rpm, 10 minutes) and dispersed in 7 ml of ethanol. 30 μl of TEOS, which is a silica precursor, and 200 μl of NH 4 OH are added and reacted for 4 hours.

GMN@SiOGMN @ SiO 22 @Au @Au NPs의Of NPs 합성 synthesis

MPTMS 가수분해물을 사용하여 합성한 GMN@ SiO2 NPs를 이용하여 GMN@SiO2@Au NPs를 합성하였다. 도 6(a)는 반응 후 원심 분리하여 합성된 GMN@SiO2 NPs를 모아 사용하였고, 도 6(b)는 반응 후 반응용액에 바로 APTES를 첨가하였다. 각각의 경우에 APTES 30 ㎕와 NH4OH 100 ㎕를 첨가하여 12시간 이상 교반하여 나노 입자의 표면에 -NH2 그룹이 형성될 수 있도록 하였으며 반응 후 (a)와 (b) 모두 증류수를 이용하여 세척하였으며, (a)는 메탄올, (b)는 증류수 2 ㎖에 분산하였다. 위의 용액에 0.01 M의 HAuCl4 수용액을 300 ㎕를 첨가하고, Au3 +의 환원을 위하여 NaBH4 0.1 M, 500 ㎕를 첨가한다. 1시간 동안 교반하여 반응을 진행한 후 원심분리를 통해 합성된 GMN@SiO2@Au NPs를 모아주고, 특성분석을 위하여 1 ㎖ 증류수에 재분산한다. By using the GMN @ SiO 2 NPs synthesized using MPTMS hydrolyzate was synthesized GMN @ SiO 2 @Au NPs. FIG. 6 (a) shows GMN @ SiO 2 NPs synthesized by centrifugation after the reaction, and FIG. 6 (b) shows APTES added to the reaction solution immediately after the reaction. In each case, 30 μl of APTES and 100 μl of NH 4 OH were added and stirred for 12 hours or longer to allow the -NH 2 group to be formed on the surface of the nanoparticles. After the reaction, (a) and (b) (A) was dispersed in methanol, and (b) was dispersed in 2 ml of distilled water. 300 μl of 0.01 M HAuCl 4 aqueous solution is added to the above solution, and 500 μl of NaBH 4 0.1 M is added for reduction of Au 3 + . After stirring for 1 hour, the reaction proceeded, and the GMN @ SiO 2 @ Au NPs synthesized by centrifugation were collected and redispersed in 1 ml of distilled water for characterization.

특성 분석Character analysis

나노 입자는 Hitachi S-4800 주사현미경 (scanning electron microscopy; SEM)과 JEOL JEM-2010 Luminography (Fuji FDL-5000) Ultramicrotome (CRX) 투과전자현미경 (transmission electron microscopy; TEM)을 이용해 촬영하였다. 고해상도 투과 전자 현미경 (High-resolution transmission electron microscopy; HRTEM) 분석과 에너지 분산형 X-ray (EDX)와 선택적 전자회절 (selected-area electron diffraction; SAED) 패턴 분석은 JEOL JEM-2100F 투과전자현미경을 이용하여 측정하였다. TEM을 위한 시료준비는 10분 동안 6000rpm으로 원심분리를 두 번 하고 3차 증류수 100mL에 재분산하여, TEM 그리드 (Ted Pella, Inc. Formvar/Carbon 400 mesh, copper coated)위에 수용액 10mL를 고정하였다. 용액의 pH는 Orion 420 A+ pH meter를 사용하여 측정하였다. The nanoparticles were photographed using a Hitachi S-4800 scanning electron microscope (SEM) and a JEOL JEM-2010 Luminography (Fuji FDL-5000) Ultramicrotome (CRX) transmission electron microscopy (TEM). High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analysis and energy dispersive X-ray (EDX) and selected-area electron diffraction (SAED) pattern analysis were performed using a JEOL JEM-2100F transmission electron microscope Respectively. Sample preparation for TEM was performed by centrifugation at 6000 rpm for 10 minutes, redispersing in 100 mL of tertiary distilled water, and fixing 10 mL of the solution on a TEM grid (Ted Pella, Inc. Formvar / Carbon 400 mesh, copper coated). The pH of the solution was measured using an Orion 420 A + pH meter.

싸이올 그룹 (-SH)을 포함하는 유기 실레인 전구체인 MPTMS를 이용하여 다중 가지를 가지며 넓은 표면적을 갖는 GMNs의 형태를 유지하며 SiO2 쉘을 합성하였다. MPTMS를 바로 사용하지 않고 물에서 가수분해하여, 가수 분해된 MPTMS를 사용함으로써 알코올이나 유기 용매 없이 성공적으로 GMN@SiO2 NPs를 합성하였다. MPTMS를 첨가하기 전 GMNs가 응집되지 않고 안정하게 유지하기 위하여 합성 후 남아있는 계면활성제를 모두 제거하지 않고 사용하였다. A SiO 2 shell was synthesized by using MPTMS, an organosilane precursor containing a thiol group (- SH), in the form of GMNs having multiple branches and large surface area. We successfully synthesized GMN @ SiO 2 NPs without any alcohol or organic solvent by hydrolysis in water without using MPTMS directly and using hydrolyzed MPTMS. Before the addition of MPTMS, GMNs were used without removing any surfactant remaining after synthesis to keep the GMNs stable without aggregation.

도 1은 TEOS를 실리카 전구체로 사용하였을 때의 주사전자 현미경 이미지로, GMN@SiO2 NPs가 형성되지만 GMNs의 본래의 형태를 유지하며 실리카 쉘이 형성되지 않는다. 또한 전구체의 양을 조절하여도 실리카 쉘의 모양과 두께를 제어하기 어려우며, 도 1(b)에서와 같이 GMN표면에서와는 별개로 SiO2 NPs가 형성된다. 이는 전구체로 사용되는 TEOS의 구조에 금 나노입자의 표면과 친화력을 갖는 작용기가 없기 때문이라 여겨진다. 또한, 금 나노입자의 표면과 친화력을 가지는 싸이올 그룹을 포함하는 실레인 전구체인 MPTMS를 가수분해하지 않은 상태로 반응 용액에 바로 가하였을 때는 도 2와 같이 GMN@SiO2 NPs가 제대로 형성되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 단순히 MPTMS의 싸이올 그룹이 금 나노입자의 표면에 흡착되어 실리카 쉘을 형성하는 것이 아니라 첨가하기 이전에 가수분해가 이루어진 형태의 전구체를 이용하였을 경우에 균일하게 실리카 쉘이 형성된다는 것을 보여준다. 가수분해하지 않은 상태로 염기 촉매를 가해주면 MPTMS가 금 나노입자 표면에서부터 형성되지 않고, 전체적으로 응집한 형태인 실리카 쉘이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 1 is a scanning electron microscope image of TEOS as a silica precursor, in which GMN @ SiO 2 NPs are formed but retains the original shape of the GMNs and no silica shell is formed. It is also difficult to control the shape and thickness of the silica shell even by controlling the amount of the precursor, and SiO 2 NPs are formed separately from the GMN surface as shown in FIG. 1 (b). It is believed that this is because the structure of TEOS used as a precursor has no functional groups with affinity to the surface of gold nanoparticles. Also, when MPTMS, a silane precursor containing a thiol group having affinity with the surface of gold nanoparticles, was directly added to the reaction solution without hydrolysis, GMN @ SiO 2 NPs were not formed properly as shown in FIG. 2 . This shows that the silica shell is formed uniformly when a precursor of the hydrolyzed form is used before the addition of the thiol group of MPTMS to the surface of gold nanoparticles to form a silica shell. When the base catalyst was added without hydrolysis, it was confirmed that MPTMS was not formed from the surface of the gold nanoparticles, and the aggregated silica shell was formed.

도 3은 가수분해된 MPTMS를 첨가하여 GMN@SiO2 NPs를 합성하였을 때의 모식도를 나타내었다. GMNs의 표면에 가수분해된 MPTMS의 싸이올 (-SH) 그룹이 결합되고, 이에 염기 촉매를 첨가한 후 축합반응이 진행됨으로써 GMN@SiO2 NPs가 합성된다. MPTMS의 싸이올 그룹으로 인하여 TEOS를 이용했을 때와는 달리 GMNs의 모양을 따라 쉽고 효율적으로 실리카 쉘을 합성할 수 있었다. 이러한 방식으로 합성된 GMN@SiO2의 투과 전자 현미경 (TEM) 이미지와 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 각각 도 4에 나타내었다. 도 1과 비교하였을 때, 다중 가지를 갖는 금 나노입자 본연의 형태를 유지할 수 있으며, 외부에 별도의 SiO2 NPs가 생성되지 않는다. FIG. 3 shows a schematic diagram of synthesis of GMN @ SiO 2 NPs by adding hydrolyzed MPTMS. (--SH) group of hydrolyzed MPTMS is bonded to the surface of GMNs, and after the base catalyst is added thereto, the condensation reaction proceeds to synthesize GMN @ SiO 2 NPs. Due to the thiol group of MPTMS, silica shell could be easily and efficiently synthesized along the shape of GMNs, unlike the case of using TEOS. Transmission electron microscopy (TEM) images and scanning electron microscope (SEM) images of GMN @ SiO 2 synthesized in this manner are shown in FIG. 4, respectively. As compared with FIG. 1, it is possible to maintain the original shape of gold nanoparticles having multiple branches, and no separate SiO 2 NPs are produced on the outside.

일반적으로 실리카 쉘의 두께를 조절하는 방법에는 반응 시간을 조절하거나 염기 촉매의 양을 조절하는데, GMN@SiO2 NPs의 경우는 염기 촉매의 양을 조절하여 효율적으로 실리카 쉘의 두께를 조절할 수 있다 (도 5). 염기 촉매를 첨가하지 않는 경우에는 GMNs의 표면에 실리카 쉘이 형성되지 않으며 (도 5(a)), 소량의 NH4OH를 첨가하여도 실리카 쉘이 고르게 형성된다 (도 5 (b)). NH4OH의 양을 점차 증가하여 첨가하였을 경우 실리카 쉘의 두께가 점점 두꺼워진다. (도 5 (c)-(d))In general, the thickness of the silica shell can be controlled by adjusting the reaction time or controlling the amount of the base catalyst. In the case of GMN @ SiO 2 NPs, the silica shell thickness can be efficiently controlled by controlling the amount of the base catalyst ( 5). When no base catalyst is added, a silica shell is not formed on the surface of the GMNs (FIG. 5 (a)), and even when a small amount of NH 4 OH is added, the silica shell is uniformly formed (FIG. When the amount of NH 4 OH is gradually increased, the thickness of the silica shell becomes thicker. (Fig. 5 (c) - (d))

이렇게 합성된 GMN@SiO2 NPs를 아미노 (-NH2) 그룹을 포함하는 APTES로 표면처리하여 HAuCl4 수용액을 첨가함으로써 GMN@SiO2@Au NPs를 합성할 수 있었다. GMN@SiO2 NPs을 합성한 후 표면을 씻어주고 메탄올 상에서 HAuCl4 수용액을 첨가한 경우 도 6(a)와 같이 GMN@SiO2 NP의 표면에 불규칙한 크기와 형태를 갖는 금 나노입자가 관찰되며, GMN@SiO2 NPs을 합성한 후 증류수 상에서 합성한 경우에는 (도 6(b)) 상대적으로 표면에 형성된 금 입자의 크기가 작고 고르게 합성이 되었다. 최근 Paulina와 그의 연구진은 실리카 혹은 이산화티타늄 표면에 금 나노입자를 쉘로써 합성하여 보고하였다. 본 연구에서 진행된 것과 동일하게 코어로 사용된 실리카, 이산화티타늄 입자 표면을 APTES를 사용해서 표면처리를 해준 후, 두 가지 방법을 이용하여 실험을 진행하였다; 1) HAuCl4 수용액을 첨가하여 실리카 표면에서 금 나노입자를 합성하거나, 2) 균일한 크기로 합성한 금 나노입자를 첨가하여 코어-쉘 형태의 나노입자를 합성하는 것이다. HAuCl4 수용액을 첨가하는 경우에는 균일한 형태로 금 나노입자가 생성되지 않지만, 합성한 금 나노입자를 첨가하는 경우에는 실리카의 표면의 금 나노입자가 균일한 크기로 형성되는 것을 볼 수 있었다. 따라서, GMN@SiO2@Au NPs를 합성하는 과정에서 사용되는 용매가 금 이온이 환원되는 속도 및 선택성에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알 수 있다. Thus the synthesized GMN @ SiO 2 NPs with APTES containing an amino (-NH 2) group by treating the surface by adding an aqueous solution of HAuCl 4 was able to synthesize GMN @ SiO 2 @Au NPs. When GMN @ SiO 2 NPs were synthesized and the surface was washed and HAuCl 4 aqueous solution was added on methanol, gold nanoparticles having an irregular size and shape were observed on the surface of GMN @ SiO 2 NP as shown in FIG. 6 (a) When synthesized on distilled water after synthesizing GMN @ SiO 2 NPs (FIG. 6 (b)), the size of gold particles formed on the surface was relatively small and uniformly synthesized. Recently, Paulina and his team have synthesized gold nanoparticles as shells on silica or titanium dioxide surfaces. The surface of silica and titanium dioxide particles used as core in the same way as in this study was surface treated with APTES and the experiment was carried out using two methods; 1) synthesis of gold nanoparticles on the silica surface by adding HAuCl 4 aqueous solution, and 2) synthesis of core-shell nanoparticles by adding gold nanoparticles synthesized in a uniform size. When HAuCl 4 aqueous solution was added, gold nanoparticles were not formed uniformly. However, when gold nanoparticles were synthesized, gold nanoparticles on the silica surface were uniformly formed. Thus, it can be seen that the solvent used in the synthesis of GMN @ SiO 2 @ Au NPs can affect the rate and selectivity of the reduction of gold ions.

GMN@SiO2 NPs는 가수분해된 MPTMS를 이용하여 다중가지를 갖는 GMN의 독특한 구조를 유지한 상태로 합성되었다. 많은 종류의 실레인 중에서 싸이올 (-SH) 그룹을 가지는 실레인 전구체인 MPTMS를 사용함으로써 금 나노입자 표면에서부터 축합반응이 일어나게 되었으며, 염기 촉매인 NH4OH의 양을 조절하여 SiO2 쉘 두께를 성공적으로 조절할 수 있었다. 또한, 아미노 (-NH2)그룹을 포함하는 APTES를 이용하여 합성된 GMN@SiO2 NPs을 표면 처리한 후, 그 표면에 다시 금 이온을 첨가하고 NaBH4를 이용하여 환원함으로써 GMN@SiO2@Au NPs을 합성할 수 있었다. GMN @ SiO 2 NPs were synthesized with hydrolyzed MPTMS while maintaining the unique structure of GMN with multiple branches. Condensation reaction occurred from the surface of gold nanoparticles by using MPTMS, which is a silane precursor having a thiol (-SH) group among many kinds of silanes. By controlling the amount of NH 4 OH as a base catalyst, the SiO 2 shell thickness I was able to control it successfully. In addition, amino (-NH 2) After processing the GMN @ SiO 2 NPs synthesized using APTES containing surface groups, again by the addition of gold ions on the surface and reduced using NaBH 4 GMN @ SiO 2 @ Au NPs could be synthesized.

Claims (11)

a) 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액을 제조하는 단계;
b) MPTMS (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane) 가수분해물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액에 폴리비닐피롤리돈을 가하지 않고, 염기 촉매를 가하여 교반한 후 상기 MPTMS 가수분해물을 가하고 실온에서 교반하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자를 합성하는 단계;를 포함하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성방법.
a) preparing a star-shaped gold nanoparticle solution having multiple branches;
b) preparing a 3-mercapto-propylethyldimethoxysilane (MPTMS) hydrolyzate; And
c) stirring the spherical gold nanoparticle solution having the multiple branches without adding polyvinylpyrrolidone, adding a base catalyst, stirring the mixture at MPTMS hydrolyzate, and stirring at room temperature to prepare gold nanoparticle core-silica And synthesizing the outer nanoparticles. The method of synthesizing gold nanoparticle core-silica outer nanoparticles having multiple branches.
청구항 1에 있어서,
상기 b) MPTMS 가수분해물 제조단계는 MPTMS에 물을 가하여 교반함으로써 수행됨을 특징으로 하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step b) of preparing the MPTMS hydrolyzate is carried out by adding water to MPTMS and agitating the core.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 염기 촉매는 NH4OH임을 특징으로 하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the base catalyst is NH4OH. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 8. &lt; / RTI &gt;
청구항 1에 있어서,
동일한 반응시간 내에서 염기 촉매의 양을 조절하여 실리카 외각의 두께를 조절함을 특징으로 하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 합성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of the base catalyst is controlled in the same reaction time to adjust the thickness of the silica outer shell. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 8. &lt; / RTI &gt;
삭제delete 삭제delete a) 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액을 제조하는 단계;
b) MPTMS (3-mercapto-propylethyldimethoxysilane) 가수분해물을 제조하는 단계;
c) 상기 다중 가지를 지니는 별 모양 금 나노입자 용액에 폴리비닐피롤리돈을 가하지 않고, 염기 촉매를 가하여 교반한 후 상기 MPTMS 가수분해물을 가하고 실온에서 교반하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자를 합성하는 단계;
d) 합성한 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 용액에 APTES {3-(aminopropyl)triethoxysilane}와 염기 촉매를 가하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자 표면에 -NH2 기를 형성하는 단계;
e) 상기 -NH2 기가 표면에 형성된 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자를 물 또는 수용성 용매에 분산하는 단계; 및
f) 상기 물 또는 수용성 용매에 분산된 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 외각 나노입자에 양이온성 금 전구체 수용액 또는 금 나노입자를 가하여 반응을 진행하여 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자를 합성하는 단계;를 포함하는 다중 가지를 지니는 금 나노입자 코어-실리카 중간층-금 외각 나노입자 합성방법.
a) preparing a star-shaped gold nanoparticle solution having multiple branches;
b) preparing a 3-mercapto-propylethyldimethoxysilane (MPTMS) hydrolyzate;
c) stirring the spherical gold nanoparticle solution having the multiple branches without adding polyvinylpyrrolidone, adding a base catalyst, stirring the mixture at MPTMS hydrolyzate, and stirring at room temperature to prepare gold nanoparticle core-silica Synthesizing outer nanoparticles;
d) A gold nanoparticle core having multiple branches. A gold nanoparticle core having multiple branches by adding APTES {3- (aminopropyl) triethoxysilane} and a base catalyst to the outer surface of the nanoparticles of silica. 2 group;
e) dispersing the gold nanoparticle core-silica nanoparticles having multiple branches formed on the surface of the -NH 2 group into water or a water-soluble solvent; And
f) a gold nanoparticle core-silica intermediate nanoparticle having multiple branches dispersed in the water or a water-soluble solvent, and a cationic gold precursor aqueous solution or gold nanoparticles are added to the reaction, Synthesizing gold nanoparticle core-silica intermediate layer-gold nanoparticle nanoparticles having multiple branches, comprising: synthesizing gold nanoparticles.
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