KR101986535B1

KR101986535B1 - 이방성 고분자 쉘을 가진 리간드 유도 이중 금속 코어-새틀라이트 나노구조체, 이의 제조 방법 및 이의 바이오광학적 응용

Info

Publication number: KR101986535B1
Application number: KR1020170100357A
Authority: KR
Inventors: 임동우; 황은영
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-06-07
Also published as: KR101986545B1; KR20180018375A; US11913946B2; US20190170743A1; KR20180018377A; KR20180018378A; KR101986531B1; KR101986537B1; KR20180018376A

Abstract

본 발명은 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브, SERS 기반의 표적 물질 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체는 전하를 띠는 고분자 또는 리간드로 개질된 이중 금속 나노입자 구획을 포함함에 따라 SERS 강도가 현저히 향상된 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브로 이용할 수 있다.

Description

이방성 고분자 쉘을 가진 리간드 유도 이중 금속 코어-새틀라이트 나노구조체, 이의 제조 방법 및 이의 바이오광학적 응용{Ligand-mediated Growth of Bimetallic Core-satellite Nanostructures with Anisotropic Polymer Shell for Biophotonics}

본 발명은 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브, SERS 기반의 표적 물질 검출 방법에 관한 것이다.

금속 나노입자는 구조, 크기에 따른 전기, 화학 및 광학 특성으로 인해 전자, 촉매, 생물 영상 및 표면 강화 라만 분광법을 비롯한 다양한 응용 분야에서 광범위하게 연구되어 왔다. 또한, 다성분의 금속 나노입자는 단일 성분의 금속 나노입자와 비교하여 시너지 효과로 인해 각 성분으로부터의 집학적인 물리 화학적 성질뿐만 아니라 새롭거나 향상된 광학 특성을 갖는다.

한편, 라만 분광법은 병원체의 검출 및 확인을 위해 연구되어 왔다. 구체적으로, 표면 증강 라만 산란(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)은 주로 초고감도, 좁은 대역폭 및 중요한 다중화 능력으로 인해 분광학적 검출 및 작은 분자, 핵산, 단백질 및 세포의 식별에 있어 큰 관심을 받고 있다(비특허문헌 1). SERS는 다양한 금속 나노입자 기질에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 표적 분자의 분광 검출을 위한 고유한 플라즈몬 특성을 제공한다. 현저히 진보된 새로운 금속 나노입자를 개발함에 있어, 플라즈몬 어셈블리는 플라즈몬의 입자 간 커플링으로 인한 현저한 SERS 증진을 나타냄으로써 SERS 기반 바이오 센싱에 있어 큰 관심을 받고 있다.

그러나, 고분자 구획을 가지는 이중 금속 코어-새틀라이트 나노 구조의 제조 및 이의 바이오 감지 응용에 관한 보고는 없다.

이에, 본 발명자들은 전하를 띠는 고분자 또는 리간드로 개질된 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획을 가진 코어-새틀라이트(core-satellite) 구조의 야누스 나노구조체를 개발하고 이의 현저한 광학 특성을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L. T. Perelman, I. Itzkan, R. R. Dasari, et al., "Single Molecule Detection Using Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS)," Physical Review Letters, vol. 78, pp. 1667-1670, 03/03/ 1997.

본 발명의 목적은 야누스 나노구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 야누스 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 야누스 나노구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 금속 나노프로브를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기로 구성되는 야누스 나노구조체를 제공한다:

리간드를 흡착시킨 금속 나노입자 코어, 및 상기 코어의 리간드 흡착 부분에 환원된 금속 새틀라이트로 구성되는 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획; 및

전도성 고분자 구획.

상기 리간드는 전하성 리간드 또는 두 개의 반응기를 갖는 리간드이고, 상기 금속 나노입자 코어는 양전하성 금속 나노입자 코어 또는 음전하성 금속 나노입자 코어인 것일 수 있다.

상기 전하성 리간드는 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드이고, 상기 두 개의 반응기를 갖는 리간드는 소분자 리간드인 것일 수 있다.

상기 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드는 PSS(poly(sodium-4-styrenesulfonate)), PVP(poly(N-vinyl pyrrolidone)), PDADMAC(poly(diallyldimethylammonium chloride)), PAA(polyacrylic acid) 또는 PAH(poly(allylamine) hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 PSS일 수 있다.

상기 두 개의 반응기를 갖는 리간드에서, 두 개의 반응기는 티올기(-SH) 및 아민기(-NH2)일 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

상기 두 개의 반응기를 갖는 소분자 리간드는 ATP(4-aminothiophenol), BDT(1,4-benzenedithiol), MBA(4-mercaptobenzoic acid), MBIA(2 -mercaptobenzoimidazole-5-carboxylic acid)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 ATP인 것일 수 있다.

상기 양전하성 금속 나노입자 코어는 금속 나노입자가 양전하성 물질로 캡핑된 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 상기 양전하성 물질은 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)일 수 있다.

상기 음전하성 금속 나노입자 코어는 금속 나노입자가 음전하성 물질로 캡핑된 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 상기 음전하성 물질은 시트르산(citrate)일 수 있다.

상기 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획에서, 상기 코어 금속 나노입자 및 상기 새틀라이트의 금속은, 각각, 은, 금, 구리 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 이 기술분야에 널리 사용되고 있는 금속은 어느 것이나 제한없이 사용될 수 있다.

상기 코어 금속과 새틀라이트 금속은 서로 동일하지 않은 것일 수 있다.

상기 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 폴리아닐린일 수 있다.

상기 금속 나노입자 코어의 금속 나노입자는 금속 나노막대(nanorods) 또는 금속 나노구체(nanospheres)인 것일 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 이 기술분야에 널리 사용되고 있는 형태의 금속 나노입자라면 어느 것이나 제한없이 사용될 수 있다.

상기 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획은 라만 염료를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 라만 염료는 라만 활성 유기 화합물을 의미하며, 이 기술분야에서 널리 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, MGITC(Malachite green isothiocyanate), RBITC(rhodamine B isothiocyanate), 로다민6G, 아데닌, 4-아미노-피라졸(3,4-d)피리미딘, 2-루오로아데닌, N6-벤조일아데닌, 키네틴, 디메틸-알릴-아미노-아데닌, 제아틴(zeatin), 브로모-아데닌, 8-아자-아데닌, 8-아자구아닌, 4-머캅토피리딘, 6-머캅토퓨린, 4-아미노-6-머캅토피라졸로(3,4-d)피리민딘, 8-머캅토아데닌, 9-아미노-아크리딘 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 "야누스 나노구조체"란, 두 개의 서로 다른 구획(코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획 및 전도성 고분자 구획)으로 구성된 나노구조체를 말한다.

본 발명에서 상기 “이중 금속 나노입자”이란, 금속 코어-금속 새틀라이트 구조를 이루고 있는 나노입자를 의미한다. 상기 금속 코어-금속 새틀라이트 구조는 행성과 그 주위를 도는 위성의 모양을 본따서 붙인 이름이다. 본 발명의 코어-새틀라이트 형태는 금속 코어에 새틀라이트 금속이 박혀 있는 모양이다.

상기 이중 금속 나노입자 구획은 리간드를 흡착시킨 금속 나노입자 코어, 및 상기 코어의 리간드 흡착 부분에 환원된 금속 새틀라이트로 구성된다. 그리고 상기 이중 금속 나노입자 구획의 한쪽 면에만 전도성 고분자 구획이 부착되어 성장, 즉, 편심 증착(eccentrically deposited)하여 비대칭적인 야누스 나노 구조를 형성한 것을 나타낸다.

본 명세서 상에서 "야누스 나노구조체"는 그 구조가 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획-전도성 고분자 구획을 포함함에 따라, "야누스 나노입자" 또는 “야누스 나노프로브” 또는 “비대칭형 야누스 나노 구조” 또는 “비대칭형 나노 구조”로도 명명된다.

다른 측면에서 본 발명은, 본 발명에 따른 야누스 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브를 제공한다.

본 발명에 따른 야누스 나노구조체는 라만 염료를 포함함으로써, 표면-증강 라만 산란 기반 표적 물질 검출을 위한 금속 나노프로브로 제공될 수 있다.

본 발명에서 “프로브”란, 검출하고자 하는 표적(타겟) 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 의미하며, 상기 결합을 통하여 표적 물질의 존재를 확인할 수 있는 물질을 의미한다.

본 발명에서 “나노프로브”란, 나노 크기의 프로브를 의미한다.

상기 "나노"란 이 기술분야의 통상의 기술자들이 이해하는 정도의 크기 범위를 포함한다. 구체적으로 상기 크기 범위는 0.1 에서 1000 nm의 크기일 수 있으며, 더 구체적으로는 10 에서 1000 nm, 더욱 바람직하게는 20 에서 500 nm, 더 더욱 바람직하게는 40 에서 250 nm 일 수 있다.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 야누스 나노구조체의 제조 방법을 제공한다:

i) 양전하성 또는 음전하성의 코어 금속 나노입자를 준비하고;

ⅱ) 상기 코어 금속 나노입자에 음전하성 리간드 또는 두 개의 반응기를 갖는 리간드를 흡착시키고;

ⅲ) 전도성 고분자 단량체 및 계면활성제를 용해시킨 수용액에 상기 리간드가 흡착된 코어 금속 나노입자를 첨가하고,

ⅳ) 상기 ⅲ)의 코어 금속 나노입자가 첨가된 용액에 금속 이온 용액을 첨가하여 상기 금속 이온과 상기 전도성 고분자 단량체 사이의 산화-환원 반응을 수행하고; 그리고

ⅴ) 상기 코어 금속 나노입자의 리간드가 흡착된 부분에서 상기 금속 이온이 상기 전도성 고분자가 제공하는 전자를 받아서 환원되면서 새틀라이트 금속을 형성하여, 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획을 형성하고, 상기 전도성 고분자 단량체는 산화되면서 상기 이중 금속 나노입자 구획의 한쪽 면에만 증착되어 전도성 고분자로 성장하면서 비대칭적으로 전도성 고분자 폴리머 구획을 형성하여, 야누스 나노입자를 형성하는; 단계.

상기 i) 단계의 양전하성 또는 음전하성의 코어 금속 나노입자에서,

상기 양전하성 코어 금속 나노입자는 금속 나노입자가 양전하성 물질로 캡핑된 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 상기 양전하성 물질은 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)일 수 있다.

상기 음전하성 코어 금속 나노입자는 금속 나노입자가 음전하성 물질로 캡핑된 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 상기 음전하성 물질은 시트르산(citrate)일 수 있다.

상기 ⅱ) 단계의 음전하성 리간드 또는 두 개의 반응기를 갖는 리간드에서,

상기 음전하성 리간드는 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드이고, 두 개의 반응기를 갖는 리간드는 소분자 리간드인 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드는 PSS(poly(sodium-4-styrenesulfonate)), PVP(poly(N-vinyl pyrrolidone)), PDADMAC(poly(diallyldimethylammonium chloride)), PAA(polyacrylic acid) 또는 PAH(poly(allylamine) hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 PSS일 수 있다.

상기 ⅴ) 단계의 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획에서, 상기 코어 금속 나노입자 및 상기 새틀라이트의 금속은, 각각, 은, 금, 구리 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 이 기술분야에 널리 사용되고 있는 금속은 어느 것이나 제한없이 사용될 수 있다.

상기 ⅳ) 단계의 금속 이온은, 금 이온, 은 이온, 구리 이온 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

구체적으로, 상기 금 이온은 염화금수화물(Gold(III) chloride hydrate), 클로로카보닐금(Chlorocarbonylgold), 테트라클로로금산수소(Hydrogen tetrachloroaurate) 테트라클로로금산수소수화물(Hydrogen tetrachloroaurate hydrate), 클로로트리에틸포스핀금화합물(Chlorotriethylphosphinegold), 클로로트리메틸포스핀금화합물(Chlorotrimethylphosphinegold), 다이메틸(아세틸아세토네이트)금화합물(Dimethyl(acetylacetonate)gold), 염화금(Gold(I) chloride), 시안화금(Gold cyanide), 황화금(Gold sulfide) 및 이의 혼합물로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 염화금수화물일 수 있다.

상기 은 이온은 질산은(AgNO3), 테트라플루오르붕산염 은(AgBF4), 트리플루오르메탄술폰산염 은(AgCF3SO3), 과염소산은(AgClO4), 아세트산은(Ag(CH3COO)), 헥사플루오르인산염 은(AgPF6), Ag(CF3COO) 및 이의 혼합물로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 질산은일 수 있다.

상기 구리 이온은 구리(II) 아세틸아세토네이트(Cu(acac)2), 염화구리(CuCl), 염화구리(II)(CuCl2), 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트(Cu(hfac)2), 구리(II) 트리플루오로아세틸클로라이드(Cu(tfac)2), 구리(II) 디피브알로이메타네이트(Cu(dpm)2), 구리(II) 펜타플루오로디메틸헵탄디온(Cu(ppm)2), 구리(II) 헵타플루오로디메틸옥탄(Cu(fod)2), 구리(II) 이미노펜타논(Cu(acim)2), 구리(II) 헥사플루오로-[(트리플루오로에틸)이미노]-펜타논(Cu(nona-F)2), 구리(II) 아세틸아세토에틸렌디아민(Cu(acen)2), 질산구리(Cu(NO3)2), 황산구리(CuSO4) 및 이의 혼합물로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

상기 ⅲ) 단계의 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 폴리아닐린일 수 있다.

상기 i) 단계의 코어 금속 나노입자의 금속 나노입자는 금속 나노막대(nanorods) 또는 금속 나노구체(nanospheres)인 것일 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 이 기술분야에 널리 사용되고 있는 형태의 금속 나노입자라면 어느 것이나 제한없이 사용될 수 있다.

상기 ⅴ) 단계의 전도성 고분자로 성장하는 것은 표면 주형 중합법(surface-templated polymerization)에 의한 것일 수 있다.

상기 "표면 주형 중합법"이란 산화-환원 반응에 기반한 중합법으로, 본 명세서에서는 질산은과 아닐린 단량체 간의 자발적인 산화-환원 반응을 통해 이중 금속 나노입자 상에 전도성 고분자인 폴리아닐린이 증착되는 것을 의미한다. 구체적으로, 1급 아민 그룹을 가진 아닐린 단량체가 질산은에 전자를 공여하고 은 이온은 산화-환원 반응의 균형을 맞추기 위해 상응하는 전자를 받음으로써 전도성 고분자 단량체가 산화 중합됨에 따라 이중 금속 나노입자 상에 폴리아닐린이 증착되었다.

상기 ⅴ) 단계 이후에, 상기 야누스 나노입자의 이중 금속 나노입자 표면에 라만 염료를 부착하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 ⅲ) 단계의 계면활성제는 소디움도데실설페이트(SDS), 소디움데옥시초레이트(sodium deoxycholate), 및 트리톤 X-200(Triton X-200)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 SDS일 수 있다.

본 발명에 따른 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체의 제조 및 이의 SERS 기반의 바이오 센싱 응용 방법을 도 1에 나타내었다. 도 1 (a, b)는 리간드 매개 계면 제어와 자발적인 산화 환원 반응을 통한 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체의 제조 방법을 나타낸다. 도 1 (a)에서 볼 수 있듯이, 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획의 합성을 위해, CTAB-캡핑된 AuNR을 음으로 대전된 고분자 전해질인 PSS로 코팅하여 AuNR 표면을 기능화하였다. 고분자성 리간드이자, 음전하 고분자 전해질인 PSS는 정전기적 상호 작용을 통해 양전하를 띠는 CTAB로 캡핑된 AuNR에 흡착되었다. 70,000 g/mol의 분자량을 지닌 특정 농도의 PSS가 NaCl의 존재 하에 AuNR 용액에 첨가되었다. 금속 나노입자의 크기와 비교하여 긴 사슬 길이를 갖는 유연한 고분자는 전기적으로 대전된 고분자가 반대 전하로 대전된 MNP 상에 코팅될 수 있게 한다. 또한, 염분 농도는 전기적으로 대전된 고분자와 금속 나노입자 사이의 정전기적 상호 작용에 영향을 미치기 때문에, NaCl은 확장된 형태의 높은 전하를 갖는 고분자를 가지기 위해 사용되었으며, 이는 반대쪽으로 대전된 금속 나노입자를 효율적으로 코팅하기에 충분하다. 높은 염 농도는 증가된 이온 강도 때문에 금속 나노입자의 조절되지 않은 응집을 유도할 수 있다. 또한, 안정한 폴리머-금속 나노입자 복합체를 제조하기 위해서, 금속 나노입자의 침전을 방지하기 위한 적절한 농도 범위의 고분자가 필요하다. 또한, 계면활성제인 SDS의 존재 하에서 아닐린 단량체와 질산은 사이의 산화-환원 반응을 통해 이중 금속 나노입자 구획 및 고분자 구획을 갖는 야누스 구조를 제조하였다. 구체적으로, 아닐린 용액에 폴리머 코팅된 AuNR을 첨가하고, 아닐린 단량체의 산화 중합 및 은 이온의 추가 환원을 개시하기 위해 SDS 및 질산은을 첨가하였다. 흥미롭게도, 금 나노 로드 입자(AgNPs)의 리간드에 의해 개질된 표면에 은 이온이 환원되어 다수의 은 나노입자(AgNPs)는 고분자로 코팅된 AuNR 상에서 새틀라이트 입자로 사용되었다.

본 발명자들은 Ag⁺ 이온이, 코어 표면 상에서 양으로 대전된 은 이온과 음으로 하전된 술폰산 작용기 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 폴리머로 코팅된 AuNR 상에 우선적으로 흡착되고, AgNPs가 새틀라이트 입자로 이종 증착된다고 판단하였다. 또한, 아닐린의 동시 산화 중합은 은 이온에 의해 개시되어 SDS의 존재 하에서 이중 금속 코어-새틀라이트 나노입자의 한쪽에만 증착된 폴리(아닐린) 구획을 형성했다. 이중 금속 코어-새틀라이트 나노입자 구획과 고분자 구획을 가진 야누스 나노구조체의 구획화는 총 표면 에너지의 균형에 의해 이루어졌으며, 이는 SDS가 두 개의 인접한 상인 폴리(아닐린)-물과 폴리(아닐린)-금속 나노입자 사이의 계면 장력에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 대조군 실험으로, 리간드 매개 표면 기능화를 더 확인하기 위해 음으로 하전된 분자, 시트르산 나트륨을 작은 리간드로서 도입하였으나, 이러한 조건에서 코어-새틀라이트 나노 구조는 관찰되지 않았다. CTAB가 AuNR의 가로축을 따라 조밀하게 패킹됨에 따라, 시트르산 이온이 AuNR 사이에 위치하여 CTAB와 시트르산 이온의 이중층 사이 정전기적 상호 작용을 통해 AuNR이 나란히 배열되었다. 이는 작은 리간드가 CTAB 코팅을 대체하여 전체 AuNR 표면을 기능화하는 것은 어렵기 때문이다.

한편, AuNP(AuNS) 코어-Ag 새틀라이트의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획을 가진 야누스 나노 구조는 도 1 (b)와 같이 작은 리간드 매개 표면 제어와 산화 환원 반응에 의해 합성되었다. 구체적으로, 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획을 제조하기 위해, 시트르산-캡핑된 AuNP는 소분자 리간드로 기능화되었다. 직경 방향으로 분포된 티올 그룹 및 아민기를 함유하는 소분자 리간드인 ATP가 시트르산-캡핑된 AuNP(AuNS) 상에 도입되었다. 아닐린 단량체의 산화 반응과 은 이온의 동시 환원 후, 이방성 고분자 구획을 갖는 야누스 나노구조체를 제조하였다. AuNP(AuNS) 상의 리간드 밀도는 Ag 이온 배위 정도 및 Ag의 환원율을 결정한다. 금속 나노입자 성장 경로 조절에서 두 금속 나노입자 층 사이의 계면 장력을 조절하기 위해 소분자 리간드가 사용되었다. Au와 Ag의 계면에 매립된 리간드는 두 번째 금속을 결합시키는 주요 요소이다. 대조군 실험으로, 양전하를 띤 고분자 전해질인 폴리(디메틸아미노에틸메타크릴레이트)(poly(dimethylaminoethyl methacrylate))를 폴리머 리간드로써 AuNP 용액에 도입하였으나, 시트르산-캡핑된 AuNP와 양전하를 띤 폴리머 리간드 사이의 정전기적 상호 작용으로 인해, 안정한 리간드-코팅된 금속 나노입자 구조가 형성되지 않고 큰 금속 나노입자 집합체가 형성되었다. AuNP는 시트르산 이온으로 약하게 캡핑되어 있기 때문에, AuNP는 이종 물질 첨가 시 쉽게 응집되는 경향이 있다. 이와 관련하여, 작은 리간드인 ATP는 AuNP의 콜로이드 안정성을 유지하기에 충분한 농도로 선택되었다. 도 1 (c)는 아닐린 단량체와 질산은 사이의 자발적인 산화-환원 반응을 나타낸다. 아닐린 단량체는 질산은에 전자를 제공함으로써 폴리(아닐린)으로 산화되는 반면 은 이온은 전자를 받아들여 환원되었다.

도 1 (d)에서 볼 수 있듯이, 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체는 바이오 센싱을 위한 SERS 나노프로브로 적용할 수 있다. 고분자 구획은 표적 검출을 위한 항체 접합 부위를 제공하는 반면, 이중 금속 입자 구획은 SERS를 위한 라만 염료로 기능화되었다. 표적이 존재할 때, SERS 나노프로브, 표적 및 자성 비드로 구성된 샌드위치형 면역 복합체가 형성되었으며, 양적 및 질적 SERS 기반 바이오 센싱 모두 라만 이동의 함수로 달성되었다.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법을 제공한다:

a) 검출하고자 하는 표적 물질이 포함된 시료액을 준비하고;

b) 자성 나노입자에 상기 표적에 대한 제1 항체를 고정하여 준비하고;

c) 상기 금속 나노프로브에 상기 표적에 대한 제2 항체를 고정하여 준비하고;

d) 상기 제1 항체가 고정된 자성 나노입자를 상기 시료액에 첨가하여 상기 표적과 상기 자성 나노입자의 제1 항체가 접합된 면역복합체를 형성하고;

e) 상기 제2 항체가 고정된 금속 나노프로브를 상기 제1 항체가 접합된 면역복합체가 포함된 용액에 첨가하여 금속 나노프로브의 제2 항체-표적-자성 나노입자의 제1 항체의 샌드위치 면역복합체를 형성하고;

f) 자기장을 이용하여 상기 샌드위치 면역복합체를 형성하지 않은 자성 나노입자 및 금속 나노프로브를 분리하고; 그리고

g) 상기 샌드위치 면역복합체의 라만 신호를 측정하는; 단계.

본 발명에서 "샌드위치 면역 복합체"란 항체-항원-항체 반응을 통해 결합된 면역복합체를 의미한다. 항원이 항체 중간에 삽입되어 샌드위치 모양을 나타냄에 따라 명명되었다.

상기 표적 물질은 단백질 또는 병원균인 것일 수 있다.

상기 단백질은 항원, 생물학적 압타머(biological aptamer), 수용체, 효소 및 리간드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체는 CTAB-캡핑된 AuNR을 음으로 대전된 고분자 전해질인 PSS로 코팅하여 AuNR 표면을 기능화하고, 시트르산-캡핑된 AuNP를 소분자 리간드로 기능화함으로써, 전하를 띠는 고분자 또는 리간드로 개질된 이중 금속 나노입자 구획을 형성하였다. 이와 같이 표면 개질된 부분에서만 은 이온이 환원되어 나노 갭(gap)이 형성됨으로써 라만 강도가 크게 향상되었다. 따라서, 본 발명의 야누스 나노구조체는 표적 물질 검출을 위한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브로 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 나노입자 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체는 전하를 띠는 고분자 또는 리간드로 개질된 이중 금속 나노입자 구획을 포함함에 따라 SERS 강도가 현저히 향상된 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브로 이용할 수 있다.

도 1은 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체의 제조 및 이의 SERS 기반의 바이오 센싱 응용 방법의 모식도이다; (a) AuNR 코어-Ag 새틀라이트의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 제조 방법, (b) AuNP 코어-Ag 새틀라이트의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 제조 방법, (c) 아닐린 단량체와 질산은 사이의 자발적인 산화-환원 반응, (d) 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획과 고분자 구획으로 이루어진 야누스 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 타겟 물질 검출 방법.
도 2는 Au 나노입자, PSS 코팅된 AuNR(AuNR-PSS) 또는 ATP 코팅된 AuNP(AuNP-ATP) 및 이들의 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체(AuNR-PSS Ag PANI 또는 AuNP-ATP Ag PANI)의 UV-Vis 흡광도 및 유체역학 직경이다; (a) AuNR, PSS 코팅된 AuNR(AuNR-PSS) 및 이의 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체(AuNR-PSS Ag PANI)의 흡광도. Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 합성 후, 새로운 Ag 흡수 피크는 380 nm 내지 480 nm의 범위에서 나타났고, 525 nm 및 664 nm에서의 AuNR의 종축 및 횡축 LSPR 피크는 청색-편이되어 각각 508 nm 및 595 nm이었다, (b) AuNR, PSS 코팅된 AuNR(AuNR-PSS) 및 이의 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체(AuNR-PSS Ag PANI)의 유체역학 직경. AuNR의 종축과 횡축의 평균 직경은 각각 1.5 ± 0.1 nm, 49.9 ± 0.9 nm이고, PSS 코팅된 AuNR의 평균 직경은 2.8 ± 0.1 nm, 63.4 ± 0.5 nm, 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노구조체의 평균 직경은 비구형 형태로 인해 3.1 ± 0.1 nm, 73.0 ± 0.8 nm이었다, (c) AuNP, ATP 코팅된 AuNP(AuNP-ATP) 및 이의 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체(AuNP-ATP Ag PANI)의 흡광도. 524 nm에서 시트르산-캡핑된 AuNP의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 526 nm로 적색-편이되어, ATP가 AuNP 표면 상에 흡착되었다, (d) AuNP, ATP 코팅된 AuNP(AuNP-ATP) 및 이의 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체(AuNP-ATP Ag PANI)의 유체역학 직경. AuNPs, ATP 코팅된 AuNPs 및 이의 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 평균 직경은 각각 19.0 ± 0.8 nm, 33.3 ± 0.4 nm 및 72.6 ± 0.6 nm이었다.
도 3은 (a) 10^-7-10^-5.5 M 농도 범위의 MGITC로 표지된 AuNR 코어-Ag 새틀라이트의 라만 염료 농도에 따른 상대적 라만 이동, (b) 10^-5.5 M 농도의 MGITC에서 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트(Au-PSS Ag PANI, 실시예 1)와 -Ag 쉘 나노입자(Au-Ag PANI, 비교예 1)의 상대적 라만 이동, (c) 10^-6-5.0×10^-6M 농도 범위의 ATP로 표지된 AuNP 코어-Ag 새틀라이트의 라만 염료 농도에 따른 상대적 라만 이동, (d) 2.5×10^-6M 농도의 ATP로 표지된 AuNP 코어-Ag 새틀라이트(Au-ATP Ag PANI, 실시예 2)와 -Ag 쉘 나노입자(Au-Ag PANI, 비교예 1)의 상대적 라만 이동.
도 4는 나노입자별 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 및 고각 환형 암장 스캐닝 TEM(HAADF-STEM) 이미지이다; (a) AuNRs의 TEM 이미지, (b) 이중 금속 AuNR 코어-Ag 나노입자의 TEM 이미지, (c-d) 다양한 배율에서의 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트 나노입자의 TEM 이미지, (g-h) 다양한 배율에서의 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트 나노입자의 HAADF-STEM 이미지. 스케일 바는 (a, c, e) 100 nm, (b, g) 200 nm, (d, f, h) 20 nm.
도 5는 나노입자별 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 및 고각 환형 암장 스캐닝 TEM(HAADF-STEM) 이미지이다; (a) AuNPs의 TEM 이미지, (b) 이중 금속 AuNP 코어-Ag 나노입자의 TEM 이미지, (c-d) 다양한 배율에서의 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트 나노입자의 TEM 이미지, (g-h) 다양한 배율에서의 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트 나노입자의 HAADF-STEM 이미지. 스케일 바는 (a) 50 nm, (b, c, e, g) 200 nm, (d, f, h) 20 nm.
도 6은 CEA 농도에 따른 서로 다른 표적 농도의 라만 스펙트럼 및 라만 강도이다. 1618 cm^-1에서 MGITC- 표지된 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 SERS 피크 강도는 CEA 농도와 함께 선형적으로 증가했다. R2 = 0.9954. control은 CEA가 없는 대조군이다.

이하 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세하게 기술한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 또한 본 발명에서 인용하고 있는 참고문헌은 본 발명의 명세서의 일부로 통합된다.

< 실시예 1> AuNR 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 합성

금 나노막대(Gold nanorods, AuNRs)는 시드-매개 성장 방법(seed-mediated growth method)을 통해 합성되었다. 구체적으로, CTAB(hexadecyltrimethylammoniumbromide)(Sigma-Aldrich, USA) 0.20 M 5mL를 29-30 ℃에서 용해시키고 0.0005 M의 염화 금 (III) 수화물(Gold (III) chloride hydrate, HAuCl₄.3H₂O)(Sigma-Aldrich, USA) 5 mL와 혼합한 다음 차가운 0.010 M의 NaBH₄ 0.010 mL를 첨가하였다. 반응액의 황색이 갈색을 띠는 황색의 용액으로 바뀌며 생성된 시드 용액은 29-30 ℃로 유지하며 2 ~ 2.5 시간 내에 사용하였다. 시드 입자 위에 나노막대를 성장시키기 위해 0.004 M의 AgNO₃ 0.25 mL과 0.20 M의 CTAB 5 ml를 29-30 ℃에서 혼합했다. 이어서, 용액에 0.001 M HAuCl₄ 5.0 mL를 넣고 교반하였다. 30-40 분간 혼합한 후, 환원제인 아스코르브산(ascorbic acid)을 첨가하여 진한 황색에서 무색이 될 때까지 성장 용액의 색상 변화를 유도하였다. 최종 단계에서 시드 용액 12 μL를 무색 용액에 첨가한 다음 용액 색상을 10-20 분 내에 서서히 변화시켰다. 용액을 교반하고 29-30 ℃에서 밤새 보관하였다. 시드 금속 나노입자의 표면 특성을 바꾸기 위해, 금속-고분자 복합체 형성은 정전기 상호 작용을 통해 준비되었다. CTAB 캡핑된 AuNR을 10,000 rpm에서 10 분간 원심분리하고 1 mM NaCl 용액에 재현탁시켰다. 1 mM NaCl 용액에 용해된 음전하를 띤 폴리머성 리간드인 PSS(poly(styrene sulfonate))(Sigma-Aldrich, USA)를 최종 농도가 0.06-0.2 w/v%가 되도록 준비하고 AuNR 용액에 첨가하여 금속-고분자(AuNR-PSS) 복합체를 형성시켰다. 금속-고분자(AuNR-PSS) 복합체를 8,000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 정제하고 농축시킨 후, AuNR 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획과 폴리(아닐린) 구획으로 구성된 이중 금속-고분자 야누스 나노입자를 산화-환원에 기초한 표면 주형 중합을 통해 제조하였다. 구체적으로, 아닐린 및 SDS는 7.5 mL의 탈이온수에 각각 최종 농도 5 mM 및 0.9 mM로 용해시켰다. 농축된 금속-고분자(AuNR-PSS) 복합체를 용액에 첨가하고 교반(voltexing)한 후, 질산은 용액 2.5 mL를 첨가하고 혼합하여 최종 농도가 2.5 mM이 되도록 하였다. 반응은 어두운 조건에서 실온에서 24 시간 동안 교반하지 않고 진행되었다. 반응액을 3.6mM SDS 용액에서 밤새 추가로 인큐베이션하여 AuNR 코어-Ag 새틀라이트의 이중 금속 나노 구조의 한쪽에만 폴리(아닐린)이 편심 침착(eccentrically deposited)되도록 하였다. 생성된 용액을 8,000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 정제하고, 응집을 방지하기 위해 3.6 mM의 SDS 용액에 재현탁시켰다. AuNR 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 폴리(아닐린) 구획으로 이루어지는 야누스 나노입자 용액 1 mL를 10,000 rpm에서 10 분간 원심분리하고 탈이온수 1 mL에 옮겼다. 콜로이드 용액을 새로 준비한 MGITC와 10^-5~10^-5.5 M의 농도 범위로 혼합하고, 각각 2 시간 동안 인큐베이션하였다. 라만 염료의 이소티오시아네이트(isothiocyanate) 그룹(-N = C〓S)을 통해 AuNR 코어-Ag 새틀라이트로 이루어지는 이중 금속 나노입자 표면에 MGITC를 고정시켜, AuNR 상의 Ag 새틀라이트 표면에 선택적으로 흡착시켰다.

< 실시예 2> AuNP ( AuNS ) 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 나노입자 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 합성

시트르산염(citrate)-캡핑된 금 나노입자(Gold nanoparticles, AuNPs) 또는 금 나노구체(Gold nanospheres, AuNSs)는 시트르산염 환원 절차에 따라 합성되었다. 구체적으로, 염화 금 (III) 수화물의 모액(stock solution)을 100 mL의 탈이온수에 총 농도가 0.01 %이 되도록 첨가하고, 용액을 교반하며 끓이면서 1.5 ml의 1 % 시트르산 나트륨 용액을 신속하게 첨가하였다. 용액은 5 분 이내에 금 이온의 환원을 나타내는 적색으로 변하였고, 반응은 20 분 동안 더 진행되었다. 생성된 용액을 실온으로 냉각시켰다. 또한, AuNP 시드 입자의 리간드 매개 표면 제어 및 질산은과 아닐린 간의 산화-환원 반응에 의해 고분자 구획을 갖는 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트 나노 구조가 합성되었다. -SH 및 -NH2 그룹을 함유하는 리간드를 사용하여 계면 에너지를 조정함으로써 금속 나노입자의 표면 특성을 변형시켜, AuNP 시드 입자 상으로의 Ag 증착을 제어하였다. 구체적으로, 시트르산염-캡핑된 AuNP는 10 분 동안 10,000 rpm에서 원심분리되고 탈이온수에 재현탁되었다. AuNP 시드 위에 -SH 및 -NH2 그룹을 함유하는 소분자 리간드인 4-아미노티오페놀(4-aminothiophenol, ATP)을 최종 농도 10^-5 M로 결합시켰다. 원심분리에 의한 정제 후, AuNP 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획과 폴리(아닐린) 구획으로 구성된 이중 금속-고분자 야누스 나노입자를 산화-환원에 기초한 표면 주형 중합을 통해 제조하였다. 구체적으로, 아닐린 및 SDS는 7.5 mM의 탈이온수에 각각 최종 농도 5 mM 및 0.9 mM로 용해시켰다. 이들 농축된 금속-리간드(AuNP-ATP) 복합체를 용액에 첨가하고 교반(voltexing)한 후, 질산은 용액 2.5 mL를 첨가하고 혼합하여 최종 농도가 2.5 mM가 되도록 하였다. 반응은 어두운 조건에서 실온에서 24 시간 동안 교반하지 않고 진행되었다. 반응액을 3.6mM SDS 용액에서 밤새 추가로 인큐베이션하여 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트 나노 구조의 한쪽에만 폴리(아닐린)이 편심 침착(eccentrically deposited)되도록 하였다. 생성된 용액을 8,000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 정제하고, 응집을 방지하기 위해 3.6 mM의 SDS 용액에 재현탁시켰다. AuNP 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 폴리(아닐린) 구획으로 이루어지는 야누스 나노입자 용액 1 mL를 10,000 rpm에서 10 분간 원심분리하고 탈이온수 1 mL에 옮겼다.

< 비교예 1> AuNR 코어- Ag 쉘 나노입자 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 합성

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 시드 AuNR의 표면 특성을 PSS로 개질시키지 않은, 이중 금속 AuNR 코어-Ag 쉘 구획과 폴리(아닐린) 구획으로 구성된 이중 금속-고분자 야누스 나노입자를 산화-환원에 기초한 표면 주형 중합을 통해 제조하였다. 구체적으로, 아닐린 및 SDS는 7.5 mM의 탈이온수에 각각 최종 농도 5 mM 및 0.9 mM로 용해시켰다. 농축된 AuNR를 용액에 첨가하고 교반(voltexing)한 후, 질산은 용액 2.5 mL를 첨가하고 혼합하여 최종 농도가 2.5 mM이 되도록 하였다. 반응은 어두운 조건에서 실온에서 24 시간 동안 교반하지 않고 진행되었다. 반응액을 3.6mM SDS 용액에서 밤새 추가로 인큐베이션하여 AuNR 코어-Ag 쉘 이중 금속 나노 구조의 한쪽에만 폴리(아닐린)이 편심 침착(eccentrically deposited)되도록 하였다. 생성된 용액을 8,000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 정제하고, 응집을 방지하기 위해 3.6 mM의 SDS 용액에 재현탁시켰다. AuNR 코어-Ag 쉘 이중 금속 구획 및 폴리(아닐린) 구획으로 이루어지는 야누스 나노입자 용액 1 mL를 10,000 rpm에서 10 분간 원심분리하고 탈이온수 1 mL에 옮겼다. 콜로이드 용액을 새로 준비한 MGITC와 10^-5~10^-5.5 M의 농도 범위로 혼합하고, 각각 2 시간 동안 인큐베이션하였다. 라만 염료의 이소티오시아네이트(isothiocyanate) 그룹(-N = C〓S)을 통해 AuNR 코어-Ag 쉘로 이루어지는 이중 금속 나노입자 표면에 MGITC를 고정시켜, AuNR 상의 Ag 쉘 표면에 선택적으로 흡착시켰다.

< 실시예 3> 전기유체역학( EHD ) 분사를 통한 자성 나노입자( MNPs )와 자성 비 드의 합성

산화철 나노입자(Fe₃O₄)는 침전제로서 암모니아 수용액에서 1 : 2의 몰비로 혼합된 Fe² ⁺와 Fe³ ⁺ 혼합물을 이용한 화학적 공침법(chemical coprecipitation)으로 제조하였다. 구체적으로, 0.86g의 염화 제1철4수화물(FeCl₂) 및 2.35g의 염화 제2철(FeCl₃)을 40mL의 탈이온수에서 교반하여 혼합하고, 질소 가스로 30 분 동안 탈기시켰다. 온도를 80 ℃로 올리고 교반하면서 수산화 암모니아(NH₄OH) 5mL를 주사기로 첨가한 후 30 분 동안 가열하였다. 시트르산 1g을 반응 플라스크에 첨가하고, 반응 용액을 90 ℃로 가열한 후, 추가로 90 분 동안 교반하였다. 마지막으로, Fe₃O₄ 자성 나노입자(MNPs)를 수백 가우스(Gauss)의 정자기장(static magnetic field) 하에서 2 회 탈이온수로 세척하였다. 또한, MNP 용액의 작은 분액을 자기장을 이용하여 농축시키고 고분자 용액에 첨가하고 전기유체역학(EHD) 분사하여 자성 비드를 제조하였다. 폴리(아크릴아미드-코-아크릴산)(poly(acrylamide-co-acrylic acid), 폴리(AAm-co-AA)) 4.5 w/v %는 탈이온수와 에틸렌 글리콜의 3 : 1 부피비 혼합물에서 제조하고, 농축된 MNP를 고분자 용액에 균일하게 현탁시켰다. 전기유체역학(EHD) 분사 공정을 위해 분산된 MNPs의 현탁액을 23 게이지(gage) 스테인리스 스틸 모세관이 있는 1.0 mL 주사기(BD, Franklin Lakes, USA)에 넣었다. 안정한 테일러 원뿔(Taylor cone) 및 원뿔 분사 모드(con-jet mode)를 달성하기 위해, 고분자 농도를 증가시키지 않고 고분자를 에틸렌 글리콜과 같은 점성 용매에 용해시킴으로써 최적화된 점도를 얻었다. 주사기에는 일정한 속도로 MNPs 현탁액을 흐르게 하는 마이크로 주사기 펌프 KDS-100(KD Scientific, Inc, USA)가 장착되었다. 포집 기판으로 두께 0.018 mm의 알루미늄 호일(Fisherbrand; Thermo Fisher Scientific, USA)을 사용하였다. 고전압 전원 NNC HV 30(Nano NC, Korea)을 이용하여 양전극에 연결된 모세관과 음전극에 연결된 알루미늄 호일 사이에 고전압을 가했다. 두 전극 사이의 거리는 20-25 cm였다. 고전압은 10-15 kV의 범위로 유지되었고, 두 용액의 유속은 0.08-0.15 ml/hour으로 유지되었다. 고해상도의 디지털 카메라(D-90, Nikon Corporation, Japan)를 사용하여 EHD 분사 중에 단상의 테일러 원뿔, jet stream 및 jet break-up을 시각화하고 캡처했다. EHD 분사 후, 생성된 자성 비드를 175 ℃에서 밤새 열가교(thermally crosslinked)시켰다. 마지막으로, 분말 형태의 자성 비드를 호일에서 긁어 수집하고 이후 실험에 사용하였다.

< 실시예 4> Au 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노 구조의 특성

편심 증착된 폴리(아닐린) 구획과 클러스터 나노 구조를 갖는 단일 Au-Ag 코어-쉘 나노입자의 광학 특성 측정을 위해 자외선 가시광선 분광기(UV-visible spectrometer, Cary-100 Bio, Varian Biotech, USA)를 이용하여 파장이 300~900 nm의 범위에서 변할 때 단일 나노입자와 그 클러스터의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 확인하였다. 나노입자의 유체역학 직경 및 그 크기 분포는 633 nm 및 90 ° 산란 각에서 Ne-He 레이저를 사용한 동적 광 산란(dynamic light scattering, DLS)(Zeta-sizer Nano ZS90, Malvern Instruments, Malvern, UK)을 사용하여 분석했다. 또한 탈이온수의 표면 전하를 특정화하기 위해 제타(ζ) 전위 측정을 수행했다. 투과 전자 현미경 분석은 가속 전압 80~200 kV에서 작동하는 JEM-2100F FE-STEM(JEOL, Germany)을 사용하여 수행되었다. 나노입자의 평균 직경, 크기 분포 및 표면 형태는 0.5-30 kV의 집속된 빔을 갖는 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)(VEGA-SB3, TESCAN, 체코)에 의해 특정되었다. 이 나노입자는 K575X Turbo Sputter Coater(Emitech Ltd, Ashford, UK)를 사용하여 얇은 전도성 백금 층으로 코팅되었다. 모든 SERS 측정은 12.5 mW의 레이저 출력을 가진 자극 소스에 대해 632.8 nm의 파장(λ)에서 작동하는 Renishaw He-Ne 레이저가 장착된 Renishaw inVia 라만 현미경 시스템을 사용하여 수행되었다. Rayleigh 선은 수집 필터에 위치한 홀로그램 노치 필터(holographic notch filter)를 사용하여 수집된 SERS 스펙트럼에서 제거되었다. 라만 산란은 분광 해상도 1 cm^-1의 전하 결합 소자(charge-coupled device, CCD) 카메라를 사용하여 얻었으며 모든 SERS 스펙트럼은 520 cm^-1 실리콘 라인으로 보정되었다. SERS 스펙트럼은 20x 대물 렌즈를 사용하여 608-1738 cm^-1의 파장 범위에서 유리 모세관에 레이저 스팟을 집중시키는 데 사용된 노출 시간의 1 초 동안 수집되었다.

그 결과, 각 나노입자별 ζ 전위 및 유체역학 직경은 하기 표 1과 같았다.

	ξ-potential(mV)	hydrodynamic diameter(nm)
AuNR	36.6±0.7	49.9±0.9, 1.5±0.1
AuNR-PSS	-36.7±1.1	63.37±0.5, 2.8±0.1
AuNR-PSS Ag PANI(polyaniline)	-26.5±0.3	73.0±0.8, 3.1±0.1
AuNP	-26.8±1.1	19.0±0.8
AuNP-ATP	-28.2±1.2	33.3±0.4
AuNP-ATP Ag PANI(polyaniline)	-25.2±0.7	72.6±0.6

도 2는 Au 나노입자, PSS 또는 ATP 코팅된 Au 나노입자 및 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 UV-Vis 흡수 스펙트럼 및 유체역학 직경을 나타낸다. 도 2 (a)에서 보듯이 AuNR의 흡수 스펙트럼은 PSS 결합에 따라 변화하였다. AuNRs의 길이 방향 국소 표면 플라즈몬 공명(local surface plasmon resonance, LSPR) 피크는 PSS로 코팅된 후 666nm에서 664nm로 청색-편이되어, AuNR이 부분적으로 PSS로 감싸져 있어 은 환원 위치를 제공하는 것을 나타냈다. 또한, 프로세스 중에 추가 피크가 관찰되지 않았으므로 AuNR 응집 또는 클러스터링은 발생하지 않았다. 금속 나노입자가 PSS로 완전히 코팅되었을 때, local dielectric function의 증가로 인해 LSPR 피크의 적색-편이가 관찰되었다. 그러나, PSS로 완전히 감싸진 AuNR은 은 이온이 코어 금속 나노입자로 환원되는 것을 막았다. 반면에, 불충분한 PSS 코팅은 정전기적 상호 작용으로 인해 AuNR의 침전을 촉발시켰다. 이와 관련하여, 최적 조건에서 PSS의 적절한 농도는 신중하게 고려되었다. 또한, 은 이온과 아닐린 단량체의 산화-환원 반응을 통해 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 합성 후, 새로운 Ag 흡수 피크는 380 nm 내지 480 nm의 범위에서 나타났고, 525 nm 및 664 nm에서의 AuNR의 종축 및 횡축 LSPR 피크는 청색-편이되어 각각 508 nm 및 595 nm이었다. 이러한 UV-Vis 흡수 변화는 MNP 용액의 청색에서 갈색으로의 색상 변화와 일치하며, Au-Ag의 이중 금속 야누스 나노 구조의 존재를 나타내었다. 또한 동적 광 산란(DLS) 및 ζ 전위 측정을 수행하여 AuNR, PSS 코팅된 AuNR 및 이의 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 유체역학 직경, 크기 분포 및 표면 전하를 분석했다. 도 2 (b)와 표 1에서 볼 수 있듯이, AuNR의 종축과 횡축의 평균 직경은 각각 1.5 ± 0.1 nm, 49.9 ± 0.9 nm이고, PSS 코팅된 AuNR의 평균 직경은 2.8 ± 0.1 nm, 63.4 ± 0.5 nm였다. 또한, 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 평균 직경은 비구형 형태로 인해 3.1 ± 0.1 nm, 73.0 ± 0.8 nm이었다. AuNRs, PSS-코팅된 AuNRs 및 이의 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 ζ 전위 값은 각각 36.6 ± 0.7 nm, -36.7 ± 1.1 nm 및 -26.5 ± 0.3 nm이었다. AuNR 표면에 음으로 하전된 PSS가 존재하기 때문에 PSS로 코팅된 AuNR의 ζ 전위가 급격하게 감소했다. 은 이온이 고분자 리간드 결합된 AuNR에 포획되어 산화 환원 반응에 의해 환원됨에 따라, AuNR에 존재하는 음전하가 감소되어 고분자 구획을 갖는 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트 야누스 나노구조체의 ζ 전위 값이 감소되었다. 유사하게, 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조를 위해 시트르산-캡핑된 AuNP는 작은 리간드인 ATP로 기능화되었다. 도 2 (c)에 도시된 바와 같이, 524 nm에서 시트르산-캡핑된 AuNP의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 526 nm로 적색-편이되어, ATP가 AuNP 표면 상에 흡착되었음을 뒷받침하였다. 고분자 구획을 갖는 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 합성 후, Au-Ag 계면으로 인해 Ag 플라즈몬 피크와 추가적인 피크가 400 ~ 550 nm 범위에서 나타났다. 또한, 도 2 (d) 및 표 1에 나타낸 바와 같이, AuNPs, ATP 코팅된 AuNPs 및 이의 이중 금속 코어-새틀라이트 야누스 나노 구조의 평균 직경은 각각 19.0 ± 0.8nm, 33.3 ± 0.4nm 및 72.6 ± 0.6nm였으며, ζ 전위 값은 각각 -26.8 ± 1.1 mV, -28.2 ± 1.2 mV 및 -25.2 ± 0.7 mV였다.

도 3은 고감도 SERS 기반 바이오 센싱 조건을 최적화하기 위한, (a) MGITC로 표지된 AuNR 코어-Ag 새틀라이트와 (c) ATP로 표지된 AuNP 코어-Ag 새틀라이트의 라만 염료 농도에 따른 상대적 라만 이동을 나타낸다. MGITC 농도가 증가함에 따라 SERS 강도는 10^-7 M에서 10^-5.5 M까지의 농도 범위에서 증가하였다. 그러나 MGITC로 표지된 AuNR 코어-Ag 새틀라이트의 콜로이드 안정성은 농도 10^-5 M의 MGITC에서 MGITC 유도 응집으로 인해 감소했다. 도 3 (b)는 농도 10^-5.5 M의 MGITC에서 이중 금속 AuNR 코어-Ag 새틀라이트와 -Ag 쉘 나노입자(비교예 1)의 상대적 라만 이동을 나타낸다. Ag 새틀라이트 간의 입자 간 접합은 전자기장 향상을 제공하여, 핫 스팟(hot spot)으로 인해 SERS 강도가 5 배 증가하였다. 유사하게, 이중 금속 AuNP 코어-Ag 새틀라이트의 상대적 라만 이동은 도 3 (c)에서 보는 바와 같이 10^-6 M에서 2.5×10^-6 M까지의 농도 범위에서 증가했다. 이들 나노 구조의 SERS 강도는 농도 5.0×10^-6 M의 ATP에서 침적으로 인해 크게 감소했다. 합성 과정에서 ATP가 코팅된 AuNP의 표면에 은 새틀라이트가 형성되어 ATP가 AuNP 코어와 Ag 새틀라이트 사이의 내부 틈에 묻혔다. 그러므로, 도 3 (d)와 같이 라만 활성 ATP가 위치한 이 위치에서 전자기장의 큰 향상이 관찰될 수 있다.

도 4는 (a) AuNRs, (b) 이중 금속 AuNR 코어-Ag 나노입자 및 (c-h) 다양한 배율에서의 -Ag 새틀라이트의 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 이미지를 나타낸다. AuNR 코어와 Ag 새틀라이트의 이중 금속 구획이 명확하게 보이고, 뚜렷한 고분자 구획이 배경과 대비하여 회색으로 보였다. 또한, 고각 환형 암장 스캐닝 TEM(high-angle annular dark-field scanning TEM, HAADF-STEM)을 수행하여 이중 금속 구획의 조성을 확인하였다. 높은 원자 번호로 인해 AuNR 코어가 Ag 새틀라이트보다 밝게 보였다.

도 5는 (a) AuNPs, (b) 이중 금속 AuNP 코어 -Ag 나노입자 및 (c-h) 다양한 배율에서의 -Ag 새틀라이트의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸다. AuNP 코어와 Ag 새틀라이트의 이중 금속 구획이 명확하게 보이고, 뚜렷한 고분자 구획이 배경과 대비하여 회색으로 보였다. 또한, 이중 금속 구획의 조성을 확인하기 위해 고각 환형 암장 스캐닝 TEM(HAADF-STEM)을 수행하였다. 높은 원자 번호로 인해 AuNP 코어가 Ag 새틀라이트보다 밝게 보였다.

< 실시예 5> 자성 비드 및 Au 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 항체 결합

Au 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체와 자성 비드는 2 종류의 표적 단백질인 CEA(carcinoembryonic antigen)에 대한 단클론 항체(mAb)와 다클론 항체(pAbs)와 각각 결합되었다. 먼저, 폴리(아닐린) 구획에 잔류하는 아민기와 항체에 존재하는 카르복실기 간의 아미드 결합 반응을 이용하여 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 고분자 구획과 항-인간 CEA 다클론 항체(anti-human CEA pAb) 간의 공유 결합(bioconjugation) 반응을 수행하였다. 이러한 결합 반응은 EDC(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide)와 sulfo-NHS(sulfo-N-hydroxysuccinimide ester) 화학을 기반으로 하였다. 구체적으로, EDC 60 mM과 sulfo-NHS 9.2 mM을 함유한 pH 7.4의 PBS 10 mM을 포함하는 이중 금속-고분자 야누스 나노입자의 분산 용액에 2.0 mg/ml의 항-인간 CEA pAb 5 ㎕를 첨가하고, 3 시간 동안 교반하여 전체 pAb 농도가 10 ㎍/㎖가 되도록 하였다. 항-인간 CEA pAb- 결합된 야누스 나노구조체를 3,000 rpm에서 원심분리하여 세척하고 PBS로 재현탁하였다. 또한, 175 ℃에서 밤새 열 안정화한 고분자 나노입자 상의 잔류 카르복실기를 활성화시킴으로써 자성 비드를 항-인간 CEA mAb와 화학적으로 결합시켰다. 구체적으로, 1.25 mg의 자성 비드를 0.9ml의 PBS에 현탁시키고, 진폭 20.0 %에서 3/3 초 온/오프 사이클을 사용한 팁-초음파 발생장치(sonicator)를 사용하여 2 분 동안 초음파 처리 하였다. 균일하게 현탁된 자성 비드를 5.0 mM EDC 및 5.0 mM sulfo-NHS와 혼합하고 1 시간 동안 교반하였다. 3.56 ㎎/㎖의 항-인간 CEA mAb를 100 ㎕의 PBS 완충액으로 희석시킨 다음, 자성 비드 용액에 최종 농도가 8.9 ㎍/㎖가 되도록 천천히 첨가하고 1 시간 동안 교반하였다. 결합되지 않은 항-인간 CEA mAb를 자기장을 사용하여 분리하고, 항체-결합된 자성 비드를 CEA의 SERS- 기반 바이오 센싱을 위해 PBS로 재현탁시켰다.

< 실시예 6> Au 코어- Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체와 자성 비드를 이용한 표적 단백질 CEA에 대한 SERS 기반 바이오 센싱

라만 리포터로 표지된 이중 금속 Au 코어-Ag 새틀라이트 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체를 표적 단백질인 CEA의 정량 분석을 위해 SERS 나노프로브로 사용하였으며, 항-인간 CEA mAb와 결합된 자성 비드를 사용하여 샌드위치형 면역 복합체를 형성함으로써 분리 도구로 면역 복합체를 선택적으로 분리하였다. 먼저, 항-인간 CEA mAb 항체가 결합된 자성 비드를 22.5~67.5 ng/ml 범위의 상이한 3 가지 농도의 CEA를 함유하는 완충액에 첨가하고, 1 시간 동안 반응시켰다. 표적 단백질을 외부 자기장으로 세척하고 새로운 PBS 완충액으로 재현탁시켰다. 이어서, 표적 단백질 및 자성 비드가 형성된 각각의 면역 복합체에 항-인간 CEA pAb가 결합된 SERS 나노프로브를 첨가하고 1 시간 동안 반응시켜 자성 비드, 표적 단백질 및 SERS 나노프로브로 구성된 샌드위치형 면역 복합체를 제조하였다(도 1 (d)). 결합되지 않은 SERS 나노프로브를 자기장을 사용하여 제거하고, 생성물인 샌드위치형 면역 복합체를 SERS 측정을 위해 PBS로 재현탁하였다. 표적 단백질이 없는 SERS 나노프로브의 선택적인 결합 능력을 평가하기 위해 대조군(control)에 대한 실험 또한 함께 수행되었다.

도 6은 CEA 농도에 따른 서로 다른 표적 농도의 라만 스펙트럼 및 라만 강도의 플롯을 나타낸다. 22.5~67.5 ng/ml 범위에서 CEA 농도가 증가함에 따라 MGITC- 표지된 Au 코어-Ag 새틀라이트 이중 금속 구획 및 고분자 구획을 포함하는 야누스 나노구조체의 라만 강도는 샌드위치형 면역 복합체의 형성 증가로 인해 증가하였다. 대조군에 대한 실험은 CEA가 없을 때 수행되었다. 또한 1618 cm^-1에서 MGITC의 대표적인 SERS 피크 강도는 CEA 농도와 함께 선형적으로 증가했다(R² = 0.9954).

Claims

리간드를 흡착시킨 금속 나노입자 코어, 및 상기 코어의 리간드 흡착 부분에 환원된 금속 새틀라이트로 구성되는 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획; 및
전도성 고분자 구획;
으로 구성되며,
상기 전도성 고분자 구획은 상기 이중 금속 나노입자 구획의 일측면에 편심 증착(eccentrically deposited) 된 것을 특징으로 하는, 야누스 나노구조체.
제1항에 있어서,
상기 리간드는 음전하성 리간드 또는 두 개의 반응기를 갖는 리간드이고,
상기 금속 나노입자 코어는 양전하성 금속 나노입자 코어 또는 음전하성 금속 나노입자 코어인, 야누스 나노구조체.
제2항에 있어서,
상기 음전하성 리간드는 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드이며, 상기 두 개의 반응기를 갖는 리간드는 소분자 리간드인, 야누스 나노구조체.
제3항에 있어서,
상기 폴리머성 리간드는 PSS(poly(sodium-4-styrenesulfonate)), PVP(poly(N-vinyl pyrrolidone)), PDADMAC(poly(diallyldimethylammonium chloride)), PAA(polyacrylic acid) 또는 PAH(poly(allylamine) hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고,
상기 소분자 리간드는 ATP(4-aminothiophenol), BDT(1,4-benzenedithiol), MBA(4-mercaptobenzoic acid), MBIA(2 -mercaptobenzoimidazole-5-carboxylic acid)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 야누스 나노구조체.
제1항에 있어서,
상기 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획에서,
상기 코어 금속 나노입자 및 상기 새틀라이트의 금속은, 각각, 은, 금, 구리 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 코어 금속과 새틀라이트 금속은 서로 동일하지 않은 것인, 야누스 나노구조체.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 야누스 나노구조체.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자 코어의 금속 나노입자는 금속 나노막대(nanorods) 또는 금속 나노구체(nanospheres)인, 야누스 나노구조체.
제1항에 있어서,
상기 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획은 라만 염료를 더 포함하는 것인, 야누스 나노구조체.
제8항의 야누스 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반 표적 물질 검출용 금속 나노프로브.
i) 양전하성 또는 음전하성의 코어 금속 나노입자를 준비하고;
ⅱ) 상기 코어 금속 나노입자에 음전하성 리간드 또는 두 개의 반응기를 갖는 리간드를 흡착시키고;
ⅲ) 전도성 고분자 단량체 및 계면활성제를 용해시킨 수용액에 상기 리간드가 흡착된 코어 금속 나노입자를 첨가하고,
ⅳ) 상기 ⅲ)의 코어 금속 나노입자가 첨가된 용액에 금속 이온 용액을 첨가하여 상기 금속 이온과 상기 전도성 고분자 단량체 사이의 산화-환원 반응을 수행하고; 그리고
ⅴ) 상기 코어 금속 나노입자의 리간드가 흡착된 부분에서 상기 금속 이온이 상기 전도성 고분자가 제공하는 전자를 받아서 환원되면서 새틀라이트 금속을 형성하여, 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획을 형성하고, 상기 전도성 고분자 단량체는 산화되면서 상기 이중 금속 나노입자 구획의 한쪽 면에만 증착되어 전도성 고분자로 성장하면서 비대칭적으로 전도성 고분자 폴리머 구획을 형성하여, 야누스 나노입자를 형성하는;
단계를 포함하는, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅱ) 단계의 음전하성 리간드는 전하성 단위체(Repeating unit)를 포함하는 폴리머성 리간드이며, 상기 두 개의 반응기를 갖는 리간드는 소분자 리간드인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 폴리머성 리간드는 PSS(poly(sodium-4-styrenesulfonate)), PVP(poly(N-vinyl pyrrolidone)), PDADMAC(poly(diallyldimethylammonium chloride)), PAA(polyacrylic acid) 또는 PAH(poly(allylamine) hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고,
상기 소분자 리간드는 ATP(4-aminothiophenol), BDT(1,4-benzenedithiol), MBA(4-mercaptobenzoic acid), MBIA(2 -mercaptobenzoimidazole-5-carboxylic acid)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅴ) 단계의 코어-새틀라이트 구조의 이중 금속 나노입자 구획에서,
상기 코어 금속 나노입자 및 상기 새틀라이트의 금속은, 각각, 은, 금, 구리 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 코어 금속과 새틀라이트 금속은 서로 동일하지 않은 것인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅲ) 단계의 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 i) 단계의 코어 금속 나노입자의 금속 나노입자는 금속 나노막대(nanorods) 또는 금속 나노구체(nanospheres)인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅴ) 단계의 전도성 고분자로 성장하는 것은 표면 주형 중합법(surface-templated polymerization)에 의한 것인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅴ) 단계 이후에,
상기 야누스 나노입자의 이중 금속 나노입자 표면에 라만 염료를 부착하는 단계를 더 포함하는, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 ⅲ) 단계의 계면활성제는 소디움도데실설페이트(SDS), 소디움데옥시초레이트(sodium deoxycholate), 및 트리톤 X-200(Triton X-200)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 야누스 나노구조체의 제조 방법.
a) 검출하고자 하는 표적 물질이 포함된 시료액을 준비하고;
b) 자성 나노입자에 상기 표적에 대한 제1 항체를 고정하여 준비하고;
c) 제9항의 금속 나노프로브에 상기 표적에 대한 제2 항체를 고정하여 준비하고;
d) 상기 제1 항체가 고정된 자성 나노입자를 상기 시료액에 첨가하여 상기 표적과 상기 자성 나노입자의 제1 항체가 접합된 면역복합체를 형성하고;
e) 상기 제2 항체가 고정된 금속 나노프로브를 상기 제1 항체가 접합된 면역복합체가 포함된 용액에 첨가하여 금속 나노프로브의 제2 항체-표적-자성 나노입자의 제1 항체의 샌드위치 면역복합체를 형성하고;
f) 자기장을 이용하여 상기 샌드위치 면역복합체를 형성하지 않은 자성 나노입자 및 금속 나노프로브를 분리하고; 그리고
g) 상기 샌드위치 면역복합체의 라만 신호를 측정하는;
단계를 포함하는, 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법.
제19항에 있어서,
상기 표적 물질은 단백질 또는 병원균인, 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법.