KR102064672B1 - Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same - Google Patents

Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102064672B1
KR102064672B1 KR1020180057202A KR20180057202A KR102064672B1 KR 102064672 B1 KR102064672 B1 KR 102064672B1 KR 1020180057202 A KR1020180057202 A KR 1020180057202A KR 20180057202 A KR20180057202 A KR 20180057202A KR 102064672 B1 KR102064672 B1 KR 102064672B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
porous alloy
nanostructures
silver
porous
alloy nanostructures
Prior art date
Application number
KR1020180057202A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190132029A (en
Inventor
장홍제
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020180057202A priority Critical patent/KR102064672B1/en
Publication of KR20190132029A publication Critical patent/KR20190132029A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102064672B1 publication Critical patent/KR102064672B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009Forming specific nanostructures
    • B82B3/0038Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A61K41/0052Thermotherapy; Hyperthermia; Magnetic induction; Induction heating therapy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00Antineoplastic agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006Wet processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08Alloys with open or closed pores
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C5/00Alloys based on noble metals
    • C22C5/06Alloys based on silver
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 발명은, 은 나노플레이트(용액) 제조 과정 중, 특정 첨가제가 포함된 조건 하에서 금, 백금, 팔라듐 중 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 다공성 합금 나노구조체를 원팟(one-pot) 반응으로 간단하고 편리하게 제조하되, 특정 첨가제에 의해 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상을 방지할 수 있고, 첨가되는 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 농도를 조절하여, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있는 다공성 합금 나노구조체 제조방법에 관한 것이다.The present invention, in the production process of silver nanoplates (solution), by introducing one or more metal ions selected from gold, platinum, palladium under conditions containing a specific additive to the porous alloy nanostructures in one-pot reaction It is simple and convenient to prepare, but it is possible to prevent fragmentation and aggregation of the porous alloy nanostructures by specific additives, and to adjust the amount of metal ions added, the type and concentration of additives, The present invention relates to a method of manufacturing a porous alloy nanostructure that can arbitrarily control the shape of the nanostructure.

Description

환원제 보조된 과량적 갈바닉 치환 반응을 통한 다공성 합금 나노구조체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 다공성 합금 나노구조체{REDUCING AGENT-ASSISTED EXCESSIVE GALVANIC REPLACEMENT MEDIATED SEED-MEDIATED SYNTHESIS OF POROUS ALLOY NANOSTRUCTURES AND POROUS ALLOY NANOSTRUCTURES USING THE SAME}REDUCING AGENT-ASSISTED EXCESSIVE GALVANIC REPLACEMENT MEDIATED SEED-MEDIATED SYNTHESIS OF POROUS ALLOY NANOSTRUCTURES AND POROUS ALLOY NANOSTRUCTURES USING THE SAME }

본 발명은 환원제 보조된 과량적 갈바닉 치환 반응을 통한 다공성 합금 나노구조체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 다공성 합금 나노구조체에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a porous alloy nanostructures through a reducing agent-assisted excess galvanic substitution reaction, and to a porous alloy nanostructures prepared through the same.

분야에서 활용이 가능한 콜로이드성 나노입자 디자인 및 합성 기술에 대한 연구가 계속되어 오고 있다. 한편, 이방성 나노입자인 은(Ag) 나노플레이트는 이차원 평면 구조 및 독특한 물리화학적 특성 때문에 오랜 기간 연구되어 왔다. 오늘날은 이들의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 특성의 집단 모듈화를 위해, 이들 나노플레이트의 가장자리 길이, 두께 및 형상을 변형하고자 하는 시도 뿐만 아니라, 화학적 에칭, 광 에칭 및 원소 치환 반응 등과 같은 포스트합성(postsynthetic) 변형 테크닉을 이용하여 다양한 특성을 가진 은 나노플레이트를 제조하는 연구활동 역시 활발히 이루어지고 있다. Research into colloidal nanoparticle design and synthesis technology that can be used in the field has been continued. Meanwhile, silver (Ag) nanoplates, which are anisotropic nanoparticles, have been studied for a long time because of their two-dimensional planar structure and unique physicochemical properties. Today, in order to collectively modulate their local surface plasmon resonance (LSPR) properties, attempts to modify the edge length, thickness and shape of these nanoplates, as well as postsynthesis (such as chemical etching, photo-etching and elemental substitution reactions) Research activities to produce silver nanoplates with various characteristics using postsynthetic transformation techniques are also actively conducted.

한편, 이러한 포스트합성 변형 테크닉으로 널리 알려진 갈바닉 치환 반응의 경우, 두 원소 사이의 표준환원전위 차이에 기초한 용액 상의 산화환원 반응의 일종이며, 상기 갈바닉 치환 반응을 통해 은(Ag), 구리(Cu), 및 코발트(Co)와 같은 희생 주형(sacrificial template)에 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)과 같은 치환 이온을 첨가하는 경우, 화학양론적 산화환원 균형에 의해 중공 나노플레이트 또는 나노골격 등과 같은 변형된 나노구조체가 제조될 수 있다. Meanwhile, the galvanic substitution reaction, which is widely known as the post-synthesis modification technique, is a kind of redox reaction in a solution phase based on the standard reduction potential difference between the two elements, and the silver (Ag) and copper (Cu) through the galvanic substitution reaction. When adding substituted ions such as gold (Au), platinum (Pt) and palladium (Pd) to a sacrificial template such as, and cobalt (Co), the hollow nanoplate or Modified nanostructures such as nanoskeleton can be prepared.

한편, 갈바닉 치환 반응을 통해 제조된 금 나노플레이트의 경우, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 전자기파를 흡수할 수 있고, 흡수된 전자기파는 금속막에 존재하는 전도성 전자들을 집단적으로 진동시켜 열 에너지를 발생시킨다. 이에 따라 상승된 온도는 단백질의 3차 또는 4차 구조를 비가역적으로 변성시켜 세포를 사멸시키기 충분하므로, 금 나노플레이트는 암세포에 대한 광열 치료(혹은 온열 치료) 용도로 사용될 수 있음이 알려져 있다. Meanwhile, in the case of gold nanoplates manufactured through galvanic substitution, electromagnetic waves can be absorbed by local surface plasmon resonance, and the absorbed electromagnetic waves collectively vibrate conductive electrons in the metal film to generate thermal energy. . Accordingly, since the elevated temperature is sufficient to irreversibly denature the tertiary or quaternary structure of the protein, the gold nanoplates are known to be used for photothermal therapy (or heat therapy) for cancer cells.

한편, 종래 기술 중 J. Kimling 등은 아스코르브산(Ascrobic acid)으로 환원시키고, 소듐 시트레이트(Sodium Citrate)로 안정화시킨 5 내지 120nm의 금 나노입자의 흡수 스펙트럼을 측정하고 모양을 확인한 바 있다. 한편 Brian G. Prevo 등은 소듐 시트레이트(Sodium Citrate)로 안정화시키고 소듐 보로하이드라이드(Sodium borohydride)로 환원시킨 금 나노입자에 은 나노입자를 합금시켜 광열 치료에 적용할 수 있다는 연구를 발표한 바 있다. Meanwhile, J. Kimling et al. In the prior art measured the absorption spectrum of 5 to 120 nm of gold nanoparticles reduced with ascorbic acid and stabilized with sodium citrate. Meanwhile, Brian G. Prevo et al. Published a study in which gold nanoparticles were stabilized with sodium citrate and reduced with sodium borohydride to alloy silver nanoparticles for photothermal treatment. have.

그러나, 위와 같은 방법들의 경우, 금 나노플레이트 합성 과정이 복잡할 뿐만 아니라, 나노구조체 제조 시 파편화(fragmentation) 와 응집(aggregation) 현상이 일어나는 문제점이 존재하였다. 또한, 제조된 나노구조체는 광열-전환 효율이 낮고, 전달체 적재에 필요한 충분한 부피 대 표면 비율을 가지지 못하였기에, 유전자-발열 복합 치료 용도로 사용하기 부적합한 문제점이 있었다. However, in the case of the above methods, the synthesis process of gold nanoplates is not only complicated, but also fragmentation and agglomeration phenomena occur in manufacturing nanostructures. In addition, the prepared nanostructures had low photothermal conversion efficiency and did not have sufficient volume-to-surface ratios required for the carrier loading, thus making them unsuitable for use in gene-fever complex therapy.

한편, 상술한 금 나노입자와 달리, 귀금속 기반의 나노입자인 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)의 경우, 높은 세포독성을 보이고, 높은 합성비용을 가지며, 자외선 영역(UV)에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 특성이 제한적일 것이라고 보편적으로 여겨지고 있어, 일반적인 항암 치료 전달 수단으로는 적용된 바 없다.On the other hand, unlike the gold nanoparticles described above, platinum (Pt) or palladium (Pd), which is a noble metal-based nanoparticle, shows high cytotoxicity, high synthesis cost, and local surface plasmon resonance in the ultraviolet region (UV). (LSPR) is generally thought to be limited and has not been applied as a common chemotherapy delivery vehicle.

대한민국 공개특허 제10-2011-0044668호(2011.04.29.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0044668 (2011.04.29.)

본 발명의 목적은, 은 나노플레이트 용액 제조 과정 중, 특정 첨가제가 포함된 조건 하에서 금, 백금 및 팔라듐 중 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 다공성 합금 나노구조체를 원팟(one-pot) 반응으로 간단하고 편리하게 제조하되, 특정 첨가제에 의해 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상을 방지할 수 있고, 첨가되는 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 농도를 조절하여, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있는 다공성 합금 나노구조체 제조방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention, in the process of preparing a silver nanoplate solution, by introducing one or more metal ions selected from gold, platinum and palladium under conditions containing a specific additive to convert the porous alloy nanostructures into a one-pot reaction It is simple and convenient to prepare, but it is possible to prevent fragmentation and aggregation of the porous alloy nanostructures by specific additives, and to adjust the amount of metal ions added, the type and concentration of additives, The present invention provides a method of manufacturing a porous alloy nanostructure that can arbitrarily control the shape of the nanostructure.

또한, 상기 방법에 따라 제조되며, 800 내지 900㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 대한 흡광도가 높아 우수한 광열-전환 효과를 나타내며, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가지는 다공성 합금 나노구조체를 제공하고자 한다.In addition, it is prepared according to the above method, has a high absorbance for near-infrared (NIR) laser irradiation in the 800 ~ 900nm wavelength range, showing excellent light-to-conversion effect, and easy to load the carrier due to the high volume-to-surface ratio to cancer cells To provide a porous alloy nanostructures having selective gene-fever complex therapeutic ability.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서에서는, 질산은(AgNO3) 용액으로부터 은 나노플레이트 용액을 제조하고, 상기 은 나노플레이트 용액 내에 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 갈바닉 치환 반응을 수행시킴으로써, 금속 이온이 치환된 다공성 합금 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제가 포함된 조건 하에서 원팟(one-pot) 반응으로 수행되는 다공성 합금 나노구조체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present specification, a silver nanoplate solution is prepared from a silver nitrate (AgNO 3 ) solution, and the silver nanoplate solution includes gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd). Injecting at least one metal ion selected from the group to perform a galvanic substitution reaction, to prepare a porous alloy nanostructure substituted with metal ions, the step is trisodium citrate (Na 3 Cit), poly ( Vinylpyrrolidone) and L- ascorbic acid provides a method for producing a porous alloy nanostructures carried out in a one-pot reaction under conditions containing one or more additives selected from the group consisting of.

또한, 본 명세서에서는, 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속; 및 은(Ag); 의 합금(alloy)을 포함하며, 800 내지 900 ㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 의해 광열-전환 효과를 나타내는 다공성 합금 나노구조체를 제공한다.In the present specification, at least one metal selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd); And silver (Ag); Provided is a porous alloy nanostructure comprising an alloy of and exhibiting a photothermal conversion effect by near-infrared (NIR) laser irradiation in the 800 to 900 nm wavelength region.

본 발명에 따르면, 은 나노플레이트 용액 제조 과정 중, 특정 첨가제가 포함된 조건 하에서 금, 백금 및 팔라듐 중 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 다공성 합금 나노구조체를 원팟(one-pot) 반응으로 간단하고 편리하게 제조하되, 특정 첨가제에 의해 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상을 방지하며, 첨가되는 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 농도를 조절하여, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있다.According to the present invention, in the process of preparing the silver nanoplate solution, the porous alloy nanostructures are simple-to-one-pot reactions by injecting one or more metal ions selected from gold, platinum and palladium under conditions containing specific additives. And conveniently prepared, and prevents fragmentation and aggregation of the porous alloy nanostructures by specific additives, and controls the amount of metal ions added, the type and concentration of additives, The shape can be controlled arbitrarily.

또한, 상기 방법에 따라 제조된 나노구조체는, 800 내지 900㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 대한 흡광도가 높아 우수한 광열-전환 효과를 나타내며, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가진다. In addition, the nanostructures prepared according to the above method have high absorbance for near-infrared (NIR) laser irradiation in the wavelength range of 800 to 900 nm, exhibit excellent light-to-conversion effect, and easy to load carrier due to high volume-to-surface ratio. Has selective gene-fever complex therapeutic ability against cancer cells.

특히, 상기 방법에 따라 제조된 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체는 광열 전환, 치료 유전자 적재/방출, 세포독성 및 시험관 내(in vitro) 복합 항암 치료에서 특출난 만능 우수성을 나타내므로, 항암 치료 전달 수단 및 바이오 의약 분야에서 활용하기 적합하다. In particular, the porous alloy nanostructures comprising an alloy of palladium (Pd) and silver (Ag) prepared according to the above method are useful for photothermal conversion, therapeutic gene loading / release, cytotoxicity and in vitro complex anticancer. As it exhibits outstanding all-round superiority in treatment, it is suitable for use in the field of anti-cancer therapeutic delivery and biopharmaceuticals.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 크기 조절된 은(Ag) 나노플레이트의 TEM 이미지 및 LSPR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 다공성 합금 나노구조체의 TEM 이미지 및 UV-Vis NIR 영역의 소멸 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 다공성 합금 나노구조체의 특성을 XRD 및 XPS로 분석하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 실리콘 웨이퍼 상의 pAuNPs, pPtNPs, 및 pPdNPs 필름의 와이드-스캔 XPS를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 다공성 합금 나노구조체인 (a) pAuNPs, (b) pPtNPs 및 (c) pPdNPs의 HR-TEM 및 HAADF-STEM/EDS 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 실리콘 웨이퍼 상의 pAuNPs의 EDS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어지는 실리콘 웨이퍼 상의 pPtNPs의 EDS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라, 얻어지는 실리콘 웨이퍼 상의 pPdNPs의 EDS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 다공성 합금 나노구조체의 SEM 이미지를 통한 원소 맵핑을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 다공성 합금 나노구조체를 이용한 세포 독성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 다공성 합금 나노구조체를 4W/cm2 808㎚ NIR 근적외선 조사한 결과, 온도 상승을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 TAT 접합된 다공성 합금 나노구조체의 DLS 및 ζ 포텐셜을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 다공성 합금 나노구조체에 FAM 형광 표지되고 티올화된 DMAzyme의 적재/방출 프로파일을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 얻어진 다공성 합금 나노구조체의 정량적 유전자-발열 복합 치료 효율 분석을 나타낸 것이다.
1 shows TEM images and LSPR spectra of silver (Ag) nanoplates scaled according to one embodiment of the invention.
Figure 2 shows the disappearance spectrum of the TEM image and UV-Vis NIR region of the porous alloy nanostructure obtained according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the analysis of the characteristics of the porous alloy nanostructures obtained in accordance with an embodiment of the present invention by XRD and XPS.
4 shows a wide-scan XPS of pAuNPs, pPtNPs, and pPdNPs films on a silicon wafer obtained in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows HR-TEM and HAADF-STEM / EDS images of (a) pAuNPs, (b) pPtNPs and (c) pPdNPs, which are porous alloy nanostructures obtained in accordance with one embodiment of the present invention.
6 shows EDS spectra of pAuNPs on silicon wafers obtained in accordance with one embodiment of the present invention.
7 shows EDS spectra of pPtNPs on silicon wafers obtained in accordance with one embodiment of the present invention.
8 shows EDS spectra of pPdNPs on the resulting silicon wafer, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the element mapping through the SEM image of the porous alloy nanostructures obtained in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the cytotoxicity test results using the porous alloy nanostructures obtained in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 11 shows a temperature increase as a result of irradiating 4 W / cm 2 808 nm NIR near infrared light on the porous alloy nanostructure obtained according to one embodiment of the present invention.
Figure 12 shows the results of measuring the DLS and ζ potential of the TAT bonded porous alloy nanostructures obtained in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 13 shows the loading / release profile of FAM fluorescently labeled and thiolated DMAzyme on porous alloy nanostructures obtained in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 14 shows a quantitative gene-fever complex treatment efficiency analysis of the porous alloy nanostructures obtained according to one embodiment of the present invention.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 다공성 합금 나노구조체 제조방법 및 이에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체에 대하여, 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a porous alloy nanostructure manufacturing method and a porous alloy nanostructure manufactured according to a specific embodiment of the present invention will be described in detail.

다공성 합금 나노구조체(pMNPs) 제조방법Method of manufacturing porous alloy nanostructures (pMNPs)

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 질산은(AgNO3) 용액으로부터 은 나노플레이트 용액을 제조하고, 상기 은 나노플레이트 용액 내에 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 갈바닉 치환 반응을 수행시킴으로써, 금속 이온이 치환된 다공성 합금 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제가 포함된 조건 하에서 원팟(one-pot) 반응으로 수행되는 다공성 합금 나노구조체의 제조방법이 제공될 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, a silver nanoplate solution is prepared from a silver nitrate (AgNO 3 ) solution, and gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd) are contained in the silver nanoplate solution. Injecting at least one metal ion selected from the group consisting of performing a galvanic substitution reaction, to prepare a porous alloy nanostructure substituted with metal ions, the step is trisodium citrate (Na 3 Cit), poly (Vinylpyrrolidone) and L- ascorbic acid may be provided a method for producing a porous alloy nanostructures carried out in a one-pot reaction under conditions containing at least one additive selected from the group consisting of.

본 발명자들은 은 나노플레이트 용액 제조 과정 중, 특정 첨가제가 포함된 조건 하에서 과량의 금, 백금 및 팔라듐 중 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 과량 투입하는 경우, 원팟(one-pot) 반응으로 다공성 합금 나노구조체를 간단하고 편리하게 제조할 수 있고, 특정 첨가제에 의해 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상이 방지되며, 첨가되는 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 농도를 조절하는 경우, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하였다. 또한, 상기 방법에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체는, 800 내지 900㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 대한 흡광도가 높아 우수한 광열-전환 효과를 나타내며, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료 능을 가진다는 점을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하였다. 특히, 상기 방법에 따라 제조된 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체는 광열 전환, 치료 유전자 적재/방출, 세포독성 및 시험관 내(in vitro) 복합 항암 치료에서 특출난 만능 우수성을 나타내므로, 항암 치료 전달 수단 및 바이오 의약 분야에서 활용하기 적합하다. The inventors of the present invention provide a porous alloy nano in a one-pot reaction when an excessive amount of one or more metal ions selected from gold, platinum, and palladium is added under a condition in which a specific additive is included in the process of preparing a silver nanoplate solution. When the structure can be produced simply and conveniently, the fragmentation and aggregation of the porous alloy nanostructures are prevented by specific additives, and the amount of metal ions added, the type and concentration of the additives are controlled. , It was confirmed through experiments that the shape of the nanostructure to be manufactured can be arbitrarily controlled. In addition, the porous alloy nanostructures prepared according to the above method have high absorbance for near-infrared (NIR) laser irradiation in the 800-900 nm wavelength region, and exhibit excellent light-to-conversion effect, and due to the high volume-to-surface ratio, the carrier loading is high. It was confirmed through experiments that it has a selective gene-fever complex therapeutic ability to cancer cells to facilitate the present invention was completed. In particular, the porous alloy nanostructures comprising an alloy of palladium (Pd) and silver (Ag) prepared according to the above method are useful for photothermal conversion, therapeutic gene loading / release, cytotoxicity and in vitro complex anticancer. As it exhibits outstanding all-round superiority in treatment, it is suitable for use in the field of anti-cancer therapeutic delivery and biopharmaceuticals.

본 발명의 일실시예에 따르면, 은 나노플레이트(용액)를 제조하는 과정은 당해 기술 분야에서 일반적인 방법에 의한 것일 수 있고, 구체적으로 질산은(AgNO3) 용액에 폴리(바이닐피롤리돈)(PVP), 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 과산화수소수소, 수소화붕소나트륨 등과 같은 첨가제를 가하여, 은 나노시드를 먼저 제조한 다음, 시드 기반 성장을 통해 크기 조절하여 은 나노플레이트(용액)로 제조될 수 있다. 일례로, 본 발명의 일실시예에 따르면 은 나노플레이트는 시드 기반 성장법으로 크기 조절된 것이 사용될 수 있으며(도 1 참조), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)이 근적외선 영역으로 적색 이동된 것일 수 있다. 참고로 도 1의 스케일바는 100㎚이다. According to one embodiment of the present invention, the process of preparing silver nanoplates (solutions) may be by a general method in the art, and specifically, poly (vinylpyrrolidone) (PVP) in silver nitrate (AgNO 3 ) solution. ), By adding an additive such as trisodium citrate (Na 3 Cit), hydrogen peroxide, sodium borohydride, etc., silver nanoseeds can be prepared first, and then scaled through seed-based growth to be prepared as silver nanoplates (solutions). have. As an example, according to an embodiment of the present invention, the silver nanoplate may be one sized by seed-based growth (see FIG. 1), and local surface plasmon resonance (LSPR) may be red shifted to the near infrared region. . For reference, the scale bar of FIG. 1 is 100 nm.

본 발명의 일실시예에 따라 상기 은 나노플레이트 용액 내에 투입되는 금속 이온은 표준환원전위 차이에 기초한 용액 상의 산화환원반응인, 갈바닉 치환 반응에 의해 은 나노플레이트 표면의 은 원자로부터 전자를 전달받음으로써 도금을 수행하는 역할을 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 치환 이온인 금속 이온은, 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속의 이온일 수 있고, 상세하게는 팔라듐(Pd) 이온일 수 있다. 일례로 치환 이온인 금속 이온은 염화금산(AuCl4 -), 염화백금산(PtCl4 2-) 또는 염화팔라듐산(PdCl4 2-)과 같은 형태로 은 나노플레이트(용액)에 첨가될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the metal ion introduced into the silver nanoplate solution receives electrons from silver atoms on the surface of the silver nanoplate by galvanic substitution reaction, which is a redox reaction on a solution based on a standard reduction potential difference. It serves to perform the plating. According to one embodiment of the present invention, the metal ion which is a substituted ion may be an ion of at least one metal selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd), and specifically palladium (Pd) ions. For example, the metal ion, which is a substitution ion, may be added to the silver nanoplate (solution) in the form of chloroacetic acid (AuCl 4 ), chloroplatinic acid (PtCl 4 2- ), or palladium chloride (PdCl 4 2- ).

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 단계에서 금속 이온은, 은(Ag) 나노플레이트 전체 용액 부피를 기준으로 1 내지 20% 로 투입될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 갈바닉 치환 반응에서 치환 이온인 금속 이온의 과량 첨가가 이루어질 수 있는데, 금속 이온이 과량 치환되면 치환과 환원 속도 사이의 균형 변동을 유도하여 다공성을 가지는 합금 나노플레이트가 제조될 수 있다. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the metal ion in the step, may be added in 1 to 20% based on the total solution volume of silver (Ag) nanoplate. In the galvanic substitution reaction according to an embodiment of the present invention, excessive addition of metal ions, which are substituted ions, may be made. When the metal ions are excessively substituted, an alloy nanoplate having a porosity is produced by inducing a balance change between substitution and reduction rates. Can be.

한편, 상기 치환 이온인 금속 이온의 양(농도)을 조절함으로써, 제조되는 다공성 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체는 나노플레이트, 중공 나노플레이트, 나노골격 및 요철형 나노플레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 가질 수 있다. On the other hand, by adjusting the amount (concentration) of the metal ions that are substituted ions, it is possible to arbitrarily control the shape of the porous nanostructure to be produced. The porous alloy nanostructures prepared according to one embodiment of the present invention may have one or more shapes selected from the group consisting of nanoplates, hollow nanoplates, nanoskeletons and uneven nanoplates.

구체적으로, 치환 이온인 금속 이온이 금 이온인 경우, 나노플레이트, 중공 나노플레이트, 나노골격 및 요철형 나노플레이트와 같은 구조가 모두 가능하지만, 백금 이온 또는 팔라듐 이온의 경우는 다공성 나노플레이트 또는 요철형 나노플레이트와 같은 형상만을 가질 수 있다. Specifically, when the metal ion, which is a substitution ion, is a gold ion, structures such as nanoplates, hollow nanoplates, nanoskeletons, and uneven nanoplates are all possible, but in the case of platinum ions or palladium ions, porous nanoplates or uneven It can have only the same shape as the nanoplate.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 단계는 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제가 포함된 조건 하에서 원팟(one-pot) 반응으로 수행될 수 있다. 구체적으로는 상술한 3종의 첨가제가 모두 포함된 조건 하에서 수행될 수 있다. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the step is under conditions containing at least one additive selected from the group consisting of trisodium citrate (Na 3 Cit), poly (vinylpyrrolidone) and L- ascorbic acid It can be carried out in a one-pot reaction. Specifically, it may be carried out under the conditions in which all three additives described above are included.

특히, 종래 기술에 따라 합금 나노구조체를 제조할 때, 먼저 은 나노플레이트를 제조하게 되는데, 상기 은 나노플레이트가 제조된 다음 사용하였던 첨가제 성분들을 불순물로 상정하여 이를 제거 또는 정제한다. 다음으로, 은 나노플레이트를 합금 나노플레이트로 이행시킬 때, 추가적인 성분들을 가하여 반응을 진행시키게 되는데, 본 발명은 은 나노플레이트를 제조한 후, 별도의 정제 혹은 첨가제 성분 제거 과정 없이 금속 이온을 첨가하여 원팟(one-pot) 반응으로 합금 나노구조체를 제조한다는 점에서 종래 기술 대비 차별화되며, 따라서 종래 기술 대비 경제성 및 공정 간편성 측면에서도 유리한 효과가 있고, 나아가 특정 첨가제 조합 하에서 반응을 수행함으로써 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상을 방지하고, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 도 있게 된다.In particular, when manufacturing the alloy nanostructures according to the prior art, first to prepare a silver nanoplate, the silver nanoplate is prepared and then used or assumed to be an additive component used as impurities to remove or purify it. Next, when the silver nanoplate is transferred to the alloy nanoplate, the reaction is carried out by adding additional components. In the present invention, after the silver nanoplate is prepared, metal ions are added without additional purification or additive component removal. It is differentiated from the prior art in that the alloy nanostructure is manufactured by a one-pot reaction, and thus, it is advantageous in terms of economy and process convenience compared to the prior art, and furthermore, the porous alloy nanostructure is carried out by performing the reaction under a specific additive combination. It is possible to prevent the fragmentation (fragmentation) and aggregation (aggregation) of the phenomenon, and to arbitrarily control the shape of the nanostructure to be manufactured.

또한, 일반적으로 과량적 갈바닉 치환 반응을 이용한 변형 나노구조체 제조 시, 나노구조체의 심각한 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation)이 발생하는 문제점이 있었다. 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제 조건 하에서, 특히 상술한 3종의 첨가제가 모두 포함된 조건 하에서 반응을 수행하는 경우, 상기 첨가제들의 상승 작용 및 상호보완 효과에 의해 나노구조체의 파편화 및 응집이 효과적으로 방지될 수 있게 된다. 또한, 상술한 금속 이온의 양(농도) 이외에, 상기 첨가제의 종류 및 첨가제 농도 역시 나노구조체 형상 제어를 가능하게 하는 요인으로 작용할 수 있다.In addition, in general, when manufacturing a modified nanostructure using an excessive galvanic substitution reaction, there was a problem that severe fragmentation (aggregation) and aggregation (aggregation) of the nanostructure occurs. Under the additive conditions according to an embodiment of the present invention, especially when the reaction is performed under the conditions including all three additives described above, fragmentation and aggregation of the nanostructures are effectively performed by synergistic and complementary effects of the additives. Can be prevented. In addition, in addition to the amount (concentration) of the metal ions described above, the type and concentration of the additive may also act as a factor enabling the nanostructure shape control.

본 발명의 일실시예에 따른 첨가제 중 하나인 시트르산 삼나트륨(Na3Cit)은 표면-캡핑 안정제 역할을 수행하는 것으로서, 나노 물질의 분산에 기여할 수 있다. 시트르산 삼나트륨의 부재 시, 갈바닉 치환 반응의 부산물로 형성된 염화은(AgCl)이 생성된 작은 나노입자 조각 표면에 밀집하여 응집되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 시트르산 삼나트륨을 첨가제로서 포함하는 경우 나노 물질 표면에서 시트르산 삼나트륨(Na3Cit)의 흡착 거동에 의해 야기된 추가적인 안정화 효과에 의해 위와 같은 문제점을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. Trisodium citrate (Na 3 Cit), one of the additives according to an embodiment of the present invention serves as a surface-capping stabilizer, may contribute to the dispersion of nanomaterials. In the absence of trisodium citrate, there may be a problem that silver chloride (AgCl) formed as a by-product of the galvanic substitution reaction is concentrated and aggregated on the surface of small nanoparticle fragments produced. On the other hand, when trisodium citrate is included as an additive, the above problems can be effectively prevented by the additional stabilization effect caused by the adsorption behavior of trisodium citrate (Na 3 Cit) on the surface of the nanomaterial.

본 발명의 일실시예에 따른 첨가제 중 하나인 폴리(바이닐피롤리돈)(PVP)은 과량적 갈바닉 치환 반응에서 나노구조체의 파편화(fragmentation)를 방지하기 위한 것으로서, 폴리(바이닐피롤리돈)부재 시, 나노플레이트의 초기 구조가 유지되지 않고, 작은 파편(debris)으로 파편화되는 문제점이 있다. Poly (vinylpyrrolidone) (PVP), one of the additives according to an embodiment of the present invention, is to prevent fragmentation of the nanostructures in an excessive galvanic substitution reaction. At the time, the initial structure of the nanoplate is not maintained, and there is a problem of fragmentation into small debris.

본 발명의 일실시예에 따른 첨가제 중 하나인 L-아스코르브산(L-AA)은 2차 환원제로서, 갈바닉 치환 반응에 있어 파편화를 방지하고, 나노구조체를 2차 성장시키는 역할을 수행할 수 있다. L-AA 부재 시, 갈바닉 치환에 의해 나노구조체는 과량의 염화금산(AuCl4 -), 염화백금산(PtCl4 2-) 또는 염화팔라듐산(PdCl4 2-)의 첨가에 의해 보다 빨리 변형되고, 더 많은 파편화를 나타내게 된다. One of the additives according to an embodiment of the present invention, L-ascorbic acid (L-AA), as a secondary reducing agent, may prevent fragmentation in the galvanic substitution reaction and may serve to secondaryly grow the nanostructure. . In the absence of L-AA, the galvanic substitution causes the nanostructure to deform more quickly by the addition of excess gold chloride (AuCl 4 ), chloroplatinic acid (PtCl 4 2- ) or palladium chloride (PdCl 4 2- ), More fragmentation is shown.

본 발명의 일실시예에 따르면, 첨가제로서 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산이 모두 포함된 조건 하에서 상기 단계가 수행될 수 있고, 일례로 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산은 은(Ag) 나노플레이트 전체 용액 40 ㎖ 를 기준으로, 각각 0.15 mM, 30 mM, 1 mM 의 농도로 포함되는 것일 수 있다. 상기 농도로 포함되는 경우 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation)을 효과적으로 방지한다. 또한 제조되는 나노구조체가 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가진다.According to one embodiment of the present invention, the above step may be carried out under conditions including trisodium citrate (Na 3 Cit), poly (vinylpyrrolidone) and L-ascorbic acid as additives, for example trisodium citrate (Na 3 Cit), poly (vinylpyrrolidone), and L-ascorbic acid may be included in concentrations of 0.15 mM, 30 mM, and 1 mM, respectively, based on 40 ml of the silver (Ag) nanoplate solution. When included in the concentration effectively prevents fragmentation (fragmentation) and aggregation (aggregation) of the nanostructures. In addition, the nanostructures produced have a high volume-to-surface ratio to facilitate carrier loading and thus have a selective gene-fever complex therapeutic ability against cancer cells.

다공성 합금 나노구조체Porous Alloy Nanostructures

한편, 상술한 방법에 따라 제조된 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 합금 나노구조체는, 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속; 및 은(Ag); 의 합금(alloy)을 포함하며, 800 내지 900 ㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 의해 광열-전환 효과를 나타낸다. On the other hand, the porous alloy nanostructures according to the embodiment of the present invention prepared according to the above method, gold (Au), platinum (Pt) and palladium (Pd) selected from the group consisting of at least one metal; And silver (Ag); It contains an alloy of and exhibits a light-heat conversion effect by near-infrared (NIR) laser irradiation in the 800-900 nm wavelength region.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 합금 나노구조체는 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 첨가제 농도로 이루어지는 군에 선택되는 1종 이상의 인자를 조절함으로써, 형상이 제어된 형태로 제조될 수 있고, 구체적으로, 나노플레이트, 중공 나노플레이트, 나노골격 및 요철형 나노플레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 가지는 것일 수 있다. On the other hand, as described above, the porous alloy nanostructure according to an embodiment of the present invention, the shape is controlled by adjusting the amount of one or more factors selected from the group consisting of the amount of metal ions, the type of additives and the concentration of additives It may be prepared as, specifically, may have a shape of one or more selected from the group consisting of nanoplates, hollow nanoplates, nanoskeleton and uneven nanoplate.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체의 광열 전환 효과는 전자-포논 상호 작용을 통한 운동 에너지 전달에 대한 입사광 흡수 및 전자 진동에서부터 시작되는 것으로 보인다. 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체(pAuNPs, pPtNPs 또는 pPdNPs)의 주된 흡수 파장은 UV-Vis-NIR 전영역이고, 800-900㎚ 영역에서도 우수한 흡광도를 가지므로, 특히 800-900㎚ 파장을 주로 활용하는 의약학적 활용에 적합하며, 이에 종래의 구형 나노입자와 비교하여 우수한 광열 전환 효과를 나타낸다. On the other hand, the photothermal conversion effect of the porous alloy nanostructures prepared according to one embodiment of the present invention seems to start from the incident light absorption and electron vibration for the kinetic energy transfer through the electron-phonon interaction. The main absorption wavelength of the porous alloy nanostructures (pAuNPs, pPtNPs or pPdNPs) prepared according to one embodiment of the present invention is the entire UV-Vis-NIR region, and has excellent absorbance even in the 800-900 nm region, especially 800- It is suitable for the medical application mainly utilizing the 900nm wavelength, which shows an excellent light-heat conversion effect compared to the conventional spherical nanoparticles.

한편, 상기와 같은 형상을 가지는 경우, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체의 적재가 용이하다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 합금 나노구조체는 다공성 합금 나노구조체의 기공 내부 및 표면 중 선택되는 하나 이상의 위치에 DNA 기반 효소(DNAzyme) 및 TAT 세포침투 펩티드 중 선택되는 1종 이상의 전달체가 적재될 수 있다. 이와 같이 다공성 합금 나노구조체의 기공 내부 및 표면 중 선택되는 하나 이상의 위치에 DNA 기반 효소(DNAzyme) 및 TAT 세포침투 펩티드 중 선택되는 1종 이상이 적재되는 경우, 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가질 수 있다.On the other hand, in the case of having such a shape, it is easy to load the carrier due to the high volume to surface ratio. Accordingly, the porous alloy nanostructure according to an embodiment of the present invention is one or more carriers selected from DNA-based enzymes (DNAzyme) and TAT cell penetrating peptides at one or more positions selected from inside and the pores of the porous alloy nanostructures. Can be loaded. As such, when one or more selected from DNA-based enzymes (DNAzyme) and TAT cell penetrating peptides are loaded at one or more positions selected from inside and the pores of the porous alloy nanostructures, a selective gene-generating complex for cancer cells It may have therapeutic power.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 ICP-MS 분석을 통해 분석한 결과, 상기 다공성 합금 나노구조체가 금(Au) 및 은(Ag)의 합금(alloy)인 경우 금/은의 비율이 약 3.64에 해당하고, 다른 일례로 백금(Pt) 및 은(Ag)의 합금(alloy)인 경우 백금/은의 비율이 약 2.53에 해당하며, 다른 일례로 팔라듐(Pd) 및 은(Ag)의 합금(alloy)인 경우 팔라듐/은의 비율은 1.96에 해당하는 것을 확인할 수 있었다. Meanwhile, as a result of analyzing through ICP-MS according to an embodiment of the present invention, when the porous alloy nanostructure is an alloy of gold (Au) and silver (Ag), the ratio of gold / silver is about 3.64. In another example, an alloy of platinum (Pt) and silver (Ag) may have a platinum / silver ratio of about 2.53. In another example, an alloy of palladium (Pd) and silver (Ag) may be used. In the case of the palladium / silver ratio was confirmed to correspond to 1.96.

특히, 상기 제조된 다공성 합금 나노구조체 중, 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체는 광열 전환, 치료 유전자 적재/방출, 세포독성 및 시험관 내(in vitro) 복합 항암 치료에서 특출난 만능 우수성을 나타내므로, 항암 치료 전달 수단 및 바이오 의약 분야에서 활용하기 적합하다.In particular, among the prepared porous alloy nanostructures, the porous alloy nanostructures including an alloy of palladium (Pd) and silver (Ag) are photothermal conversion, therapeutic gene loading / release, cytotoxicity and in vitro (in vitro) ) As it shows outstanding all-round superiority in complex chemotherapy, it is suitable for use in chemotherapy delivery means and biopharmaceutical field.

다공성 합금 나노구조체에 대한 전달체 적재 Carrier Loading for Porous Alloy Nanostructures

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 합금 나노구조체 제조방법은, 상술한 단계에 의해 제조된 다공성 합금 나노구조체에 DNA 기반 효소(DNAzyme) 및 TAT 세포침투 펩티드 중 선택되는 1종 이상의 전달체를 적재하는 단계;를 더 포함할 수 있다.On the other hand, in the porous alloy nanostructures manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the porous alloy nanostructures prepared by the above-described step is loaded with one or more carriers selected from DNA-based enzymes (DNAzyme) and TAT cell penetrating peptides It may further comprise a.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 다공성 합금 나노구조체는 약물 전달 및 치료 분야에서 일반적으로 사용되는 종래의 구형 금 나노입자와 비교할 때, 800 내지 900㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 대한 흡광도가 높아 우수한 광열-전환 효과를 나타내며, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가지므로, 약물 전달 및 치료 분야에서 더욱 효과적으로 활용될 수 있다. On the other hand, the porous alloy nanostructures prepared according to one embodiment of the present invention, when compared to the conventional spherical gold nanoparticles commonly used in the field of drug delivery and treatment, near infrared (NIR) laser irradiation in the 800 ~ 900nm wavelength region It has a high absorbance against and shows excellent light-to-conversion effect, and its high volume-to-surface ratio makes it easy to load carriers and thus has a selective gene-fever complex therapeutic ability for cancer cells. Can be.

이상으로 설명한 바와 같이, 은 나노플레이트 용액 제조 과정 중, 특정 첨가제가 포함된 조건 하에서 금, 백금 및 팔라듐 중 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 다공성 합금 나노구조체를 원팟(one-pot) 반응으로 간단하고 편리하게 제조하되, 특정 첨가제에 의해 다공성 합금 나노구조체의 파편화(fragmentation) 및 응집(aggregation) 현상을 방지하며, 첨가되는 금속이온의 양, 첨가제의 종류 및 농도를 조절하여, 제조되는 나노구조체의 형상을 임의로 제어할 수 있다. 또한, 상기 방법에 따라 제조된 나노구조체는, 800 내지 900㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 대한 흡광도가 높아 우수한 광열-전환 효과를 나타내며, 높은 부피 대 표면 비율로 인해 전달체 적재가 용이하여 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가지므로, 약물 전달 및 치료 분야에서 더욱 효과적으로 활용될 것으로 기대된다.As described above, during the preparation process of the silver nanoplate solution, the porous alloy nanostructures are converted into a one-pot reaction by introducing one or more metal ions selected from gold, platinum, and palladium under conditions including specific additives. Prepared simply and conveniently, the specific additives to prevent the fragmentation (fragmentation) and aggregation (aggregation) phenomenon of the porous alloy nanostructures, and to control the amount of metal ions added, the type and concentration of additives, nanostructures produced The shape of can be controlled arbitrarily. In addition, the nanostructures prepared according to the above method have high absorbance for near-infrared (NIR) laser irradiation in the wavelength range of 800 to 900 nm, exhibit excellent light-to-conversion effect, and easy to load carrier due to high volume-to-surface ratio. As it has a selective gene-fever complex therapeutic ability against cancer cells, it is expected to be used more effectively in the field of drug delivery and treatment.

실시예Example

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

<실시예 1: 다공성 합금 나노플레이트 제조>Example 1 Preparation of Porous Alloy Nanoplates

은(Ag) 나노시드의 준비Preparation of Silver (Ag) Nanoseeds

10mM의 질산은(AgNO3) 250㎕, 30mM의 시트르산 삼나트륨(Na3Cit) 300㎕, 3.5mM의 폴리(바이닐피롤리돈)(Mw=29kDa) 1.5㎖ 및 24.75㎖의 탈이온수를 유리 바이알(vial)에 넣고, 30% 과산화수소 60㎕를 첨가한 다음, 균일한 혼합을 위해 부드럽게 교반하였다. 상기 혼합물에 100mM의 수소화붕소나트륨을 첨가하여 옅은 노란색으로 변색시켰다. 그런 다음, 3시간의 반응 시간 동안 투명, 짙은 노란색, 오렌지색, 그리고 최종적으로 보라색으로 변화가 일어난 후 추가적인 색상 변화가 진행되지 않는 것을 확인하고 별도의 정제 과정 없이 다음 성장 반응 단계로 이행하였다.250 ml of 10 mM silver nitrate (AgNO 3 ), 300 µl of 30 mM trisodium citrate (Na 3 Cit), 1.5 ml of poly (vinylpyrrolidone) (Mw = 29 kDa) and 24.75 ml of deionized water were added to a glass vial ( vial), 60 μl of 30% hydrogen peroxide was added, followed by gentle stirring for uniform mixing. 100 mM sodium borohydride was added to the mixture to give a pale yellow color. Then, after 3 hours of reaction time, it was confirmed that no further color change was progressed after the change to transparent, dark yellow, orange, and finally purple, and proceeded to the next growth reaction step without further purification.

시드 성장법에 의한 은(Ag) 나노플레이트의 합성Synthesis of Silver (Ag) Nanoplates by Seed Growth Method

상기 시드 용액 10㎖에 75mM의 시트르산 삼나트륨(Na3Cit) 0.125㎖ 및 100mM의 L-아스코르브산 0.375㎖를 첨가하였다. 다음으로, 성장 용액은 1mM의 질산은(AgNO3) 20㎖, 100mM의 시트르산 0.125㎖, 75mM의 시트르산 삼나트륨(Na3Cit) 10㎕와 함께 준비되었다. 은 나노시드 용액에 5㎖의 성장 용액이 초당 0.1㎖의 속도로 첨가되었다. 성장 용액 첨가와 함께 나노시드 색상이 짙은 파란색으로 변화하였다. 추가 배양 10분 후 제조된 은 나노플레이트 용액은 별도의 정제 과정 없이 갈바닉 치환을 통해 pMNPs로 변환되었다(M= Au, Pt 및 Pd). To 10 ml of the seed solution was added 0.125 ml of 75 mM trisodium citrate (Na 3 Cit) and 0.375 ml of 100 mM L-ascorbic acid. Next, a growth solution was prepared with 20 ml of 1 mM silver nitrate (AgNO 3 ), 0.125 ml of 100 mM citric acid, and 10 µl of 75 mM trisodium citrate (Na 3 Cit). 5 ml of growth solution was added to the silver nanoseed solution at a rate of 0.1 ml per second. Nanoseed color changed to dark blue with growth solution addition. After 10 minutes of further incubation, the silver nanoplate solution was converted into pMNPs through galvanic substitution without further purification (M = Au, Pt and Pd).

갈바닉 치환에 의한 다공성 합금 나노플레이트(pMNPs)의 합성Synthesis of Porous Alloy Nanoplates (pMNPs) by Galvanic Substitution

준비한 은(Ag) 나노플레이트 용액을 적절한 양의 탈이온수로 5배 희석시켰다. 희석된 은(Ag) 나노플레이트 용액에 1 mM 치환 이온(AuCl4 -, PtCl4 2- 및 PdCl4 2-) 용액 20 v/v %를 직접 주입하고 뒤집어 여러번 혼합하였다. 용액 색상은 pAuNP (30분 이내에 옅은 파란색, 보라색 및 진한 파란색), pPtNP (2 시간 이내에 옅은 파란색에서 갈색 검정색) 및 pPdNP (1시간 이내에 엷은 파란색, 갈색 및 갈색 검정색)과 같이 다른 속도로 변화하였다. 방해없이 실온에서 2시간 동안 배양한 후, 합성된 pMNPs를 9,000 rpm에서 10 분간 원심 분리하여 정제하고, 탈이온수로 3회 세척 하였다. 마지막으로, pMNPs는 갈바닉 치환에 사용된 희석 전 은(Ag) 나노플레이트의 부피로서 탈이온수에 재분산되었고 10 eq.로 표시되었다.The prepared silver (Ag) nanoplatelet solution was diluted 5-fold with an appropriate amount of deionized water. It was mixed - (, PtCl 4 2- and PdCl 4 2- AuCl 4) solution of 20 v / v% direct injection and turned over several times the dilution is (Ag) 1 mM substituted ions to nano-plate solution. The solution color changed at different rates such as pAuNP (light blue, purple and dark blue within 30 minutes), pPtNP (light blue to brown black within 2 hours) and pPdNP (pale blue, brown and brown black within 1 hour). After incubation for 2 hours at room temperature without interference, the synthesized pMNPs were purified by centrifugation at 9,000 rpm for 10 minutes and washed three times with deionized water. Finally, pMNPs were redispersed in deionized water as the volume of silver (Ag) nanoplatelets before dilution used for galvanic substitution and expressed as 10 eq.

구체적으로, TEM 이미지에 따르면 금 이온을 사용하여 얻어진 금/은의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체(pAuNPs), 백금 이온을 사용하여 얻어진 백금/은의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체(pPtNPs), 팔라듐 이온을 사용하여 얻어진 팔라듐/은의 합금(Alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체(pPdNPs) 각각은 다공성 구조 및 횡단 직경이 80 내지 100㎚인 거친 표면 형태와 함께 잘 보존된 외관을 나타내는 것을 확인할 수 있고, 저배율 이미지는 제조된 pMNPs(M= Au, Pt 또는 Pd)의 균일성을 뒷받침한다(도 2 (a) 내지 (c) 참조). 한편, 이러한 특정 나노 구조에 기초하여, pAuNPs는 LSPR 스펙트럼에서 650 내지 750㎚의 피크를 나타내며, pPtNPs와 pPdNPs는 UV영역에서 최대 흡수를 보이고, 1,100㎚로 갈수록 점차적으로 감소하였으나 전반적인 흡수 효율은 높은 것으로 나타났다(도 2 (d) 참조). 입사된 광자는 표면 플라즈몬의 진동을 유발하여 광열 전환 효과를 가져왔다. 따라서, 전체 파장에 걸쳐 높은 흡광도를 나타내는 pPdNPs 및 pPtNPs는 UV-Vis-NIR 영역에서 활용될 수 있다. 또한, 일반적인 바이오메디컬 응용 분야에 사용되는 근적외선 소스는 다이오드 기반의 레이저이며 400 ~ 1,000 ㎚의 비교적 넓은 파장범위를 가지기 때문에, 최대 방출 파장을 808 ㎚로 간주하더라도, 넓은 흡수 스펙트럼을 나타내는 Vis-NIR 나노입자가 광열 전환의 측면에서 유리할 수 있다.Specifically, according to the TEM image, porous alloy nanostructures (pAuNPs) including an alloy of gold / silver obtained using gold ions, and porous alloy nanos including an alloy of platinum / silver obtained using platinum ions. The structures (pPtNPs) and the porous alloy nanostructures (pPdNPs) comprising palladium / silver alloys (Alloy) obtained using palladium ions each have a well preserved appearance with a porous structure and a rough surface morphology with a transverse diameter of 80 to 100 nm. It can be seen that the low magnification image supports the uniformity of the prepared pMNPs (M = Au, Pt or Pd) (see Fig. 2 (a) to (c)). On the other hand, based on this specific nanostructure, pAuNPs show peaks of 650 to 750 nm in the LSPR spectrum, pPtNPs and pPdNPs show maximum absorption in the UV region, and gradually decrease toward 1,100 nm, but the overall absorption efficiency is high. Appeared (see FIG. 2 (d)). The incident photons caused the oscillation of the surface plasmon, resulting in a photothermal conversion effect. Thus, pPdNPs and pPtNPs exhibiting high absorbance over the entire wavelength can be utilized in the UV-Vis-NIR region. In addition, the near-infrared source used in general biomedical applications is a diode-based laser and has a relatively wide wavelength range of 400 to 1,000 nm, so Vis-NIR nanos exhibit a broad absorption spectrum even when the maximum emission wavelength is regarded as 808 nm. The particles may be advantageous in terms of light heat conversion.

<실험 1: pMNPs의 특성>Experiment 1 Characteristics of pMNPs

에너지 여과 투과 전자 현미경 LIBRA 120 (Carl Zeiss, Germany), JEM-2100F HR (JEOL Ltd., Japan), field-emission scanning electron microscope AURIGA(Carl Zeiss, Germany)를 사용하여 합성된 pMNPs의 이미지를 얻었다. X선 회절은 D8-Advance (Bruker Miller Co., USA)로 측정하였다. X-선 광전자 분광법은 AXIS-HIs (KRATOS, UK)로 측정하였다. UV-Vis-NIR 흡광 스펙트럼을 얻기 위해 UV-Vis 분광 광도계 Lambda 465 (PerkinElmer, USA) 및 SynergyMx(Biotek, UK)를 사용하였다. Zetasizer Nano ZS(Malvern, UK)에 의해 동적 광산란 및 -전위가 측정되었다. 형광은 분광 형광 측정기 FP-8300 (Jasco Inc., USA)로 측정하였다. 808 ㎚ NIR 조사는 수술용 레이저 액세서리인 OCLA (Soodogroup Co., Korea)로 수행되었다. 세포 이미지는 In-cell analyzer 2000(GE healthcare, USA), Ti 역 형광 현미경 (Nikon Co., Japan) 및 CoolSNAP cf 전하 결합 소자 (CCD) 카메라 (Photometrics, USA)를 사용하여 촬영했다.Images of synthesized pMNPs were obtained using an energy filtration transmission electron microscope LIBRA 120 (Carl Zeiss, Germany), JEM-2100F HR (JEOL Ltd., Japan), and a field-emission scanning electron microscope AURIGA (Carl Zeiss, Germany). X-ray diffraction was measured by D8-Advance (Bruker Miller Co., USA). X-ray photoelectron spectroscopy was measured with AXIS-HIs (KRATOS, UK). UV-Vis spectrophotometer Lambda 465 (PerkinElmer, USA) and SynergyMx (Biotek, UK) were used to obtain UV-Vis-NIR absorption spectra. Dynamic light scattering and -potential were measured by Zetasizer Nano ZS (Malvern, UK). Fluorescence was measured with a spectrophotometer FP-8300 (Jasco Inc., USA). 808 nm NIR irradiation was performed with OCLA (Soodogroup Co., Korea), a surgical laser accessory. Cell images were taken using an In-cell analyzer 2000 (GE healthcare, USA), a Ti reverse fluorescence microscope (Nikon Co., Japan) and a CoolSNAP cf charge coupled device (CCD) camera (Photometrics, USA).

TEM에서 조각 형태로 관찰된 합금 형태 조성의 특정 분석을 수행하기 위해, 합성된 pMNPs의 특정 조성 및 결정성의 추가적 확인을 위한 X선 회절(XRD) 분석을 하면 모든 구성 원소(Ag, Au, Pt 및 Pd)는 면-중심 입방(fcc)구조를 가지며, 결정 평면이 명확하게 관찰된다. 일반적으로, 갈바닉 치환을 통한 무기 원소 교환은 합금 조성물의 형성을 가져오는 것으로 되고, EDS 분석으로부터, pMNPs는 Au-Ag(pAuNPs), Pt-Ag(pPtNPs) 및 Pd-Ag(pPdNPs)의 형태로, 도입된 원소의 양이 우세한 합금으로 구성되는 것을 알 수 있다. 3개의 pMNPs 회절 피크는 순수한 원소의 시뮬레이션된 넓은 피크 위치 사이에 위치하며, 이는 합금 상 형성을 의미한다. Si 웨이퍼 기반의 박막 XRD 분석에 기인한 Si(002) 피크가 검출되는데(도 3 참조), pMNPs에 대해 X선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 표면 원소 구성 분석을 추가로 확인해보면, 지배적인 치환 금속 원소 종 각각에 대한 결합 에너지 정보는 Ag 3d3/2(373e V), 및 Ag 3d5/2(367eV)의 은(Ag) 신호와 결합된 pAuNPs의 경우 Au 4f5/2(87eV) 및 Au 4f7/2(83.3eV), pPtNPs의 경우 Pt 4f5/2(73.75eV), Pt 4f7/2(70.25eV), pPdNPs의 경우 Pd 3d3/2(339.9eV), Pd3d5/2(334.6eV)로 관찰된다(도 3 및 4 참조). 포괄적인 X-선 분석은 갈바닉 치환을 통해 형성된 다공성 나노플레이트가 치환 금속 원소와 은(Ag) 템플릿의 공존으로 구성되어 있음을 확인할 수 있다.In order to perform a specific analysis of the alloy form composition observed in the form of pieces in the TEM, X-ray diffraction (XRD) analysis for further confirmation of the specific composition and crystallinity of the synthesized pMNPs was carried out using all the elements (Ag, Au, Pt and Pd) has a plane-centered cubic (fcc) structure, and the crystal plane is clearly observed. In general, inorganic element exchange through galvanic substitution results in the formation of alloy compositions, and from EDS analysis, pMNPs are in the form of Au-Ag (pAuNPs), Pt-Ag (pPtNPs) and Pd-Ag (pPdNPs). It can be seen that the amount of the introduced element is composed of the dominant alloy. Three pMNPs diffraction peaks are located between simulated broad peak positions of the pure element, which means alloy phase formation. Si (002) peaks due to Si wafer based thin film XRD analysis are detected (see FIG. 3), and further confirmation of surface elemental composition analysis using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for pMNPs, the dominant substitution The binding energy information for each of the metal element species is given by Au 4f 5/2 (87eV) and pAuNPs combined with silver (Ag) signals of Ag 3d 3/2 (373e V) and Ag 3d 5/2 (367eV). Au 4f 7/2 (83.3eV), Pt 4f 5/2 (73.75eV) for pPtNPs, Pt 4f 7/2 (70.25eV), Pd 3d 3/2 (339.9eV) for PPdNPs, Pd3d 5/2 (334.6 eV) (see FIGS. 3 and 4). Comprehensive X-ray analysis confirmed that the porous nanoplates formed through galvanic substitution consisted of coexistence of substituted metal elements and silver (Ag) templates.

또한, 이전의 X-선 특성화로부터 관측 확인을 위해, 근접 분석은 에너지 분산 분광법(EDS) 맵핑(도 5 참조)과 high-resolution(HR) TEM 및 high-angle annular dark-field(HAADF) STEM에 의한 단일 나노입자 및 EDS를 갖춘 scanning electron microscopy(SEM)에 의한 전체 특성화에 대한 넓은 분석에 초점을 두었다. 나노플레이트 형태 및 조성은 에너지 분산 분광법(EDS)을 이용한 전계 방출 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 추가적으로 특성화되었다. SEM 이미지에 따르면, 20㎚ 두께의 나노플레이트 형태가 증발로 형성된 부분적으로 응집된 샘플로부터 명확하게 관찰된다. EDS 스펙트럼은 pMNPs에 대한 치환된 원소와 합금 형태로 남아있는 소량의 은(Ag)의 공존을 명확히 나타낸다(도 6 내지 8 참조). 배경 노이즈로 인해 원소 매핑 이미지를 명확하게 식별 할 수 없었으나, 대응하는 pMNPs에서 치환 원소(Au, Pt 및 Pd)와 템플릿 희생 원소(Ag)의 존재를 구별하는 것은 가능했다(도 9 참조). 우리는 pMNPs가 pAuAgNPs, pPtAgNPs 및 pPdAgNPs를 생성하는 치환 원소(M= Au, Pt 또는 Pd) 및 주형 원소(Ag)의 합금으로 구성된 것을 발견하였지만, 우리는 주성분이 치환 요소이므로 편의를 위해, 이 나노플레이트를 각각 pAuNPs, pPtNPs, pPdNPs로 지칭한다. In addition, for confirming observations from previous X-ray characterization, proximity analysis was performed on energy dispersive spectroscopy (EDS) mapping (see FIG. 5), high-resolution (HR) TEM, and high-angle annular dark-field (HAADF) STEM. We focused on a broad analysis of the overall characterization by scanning electron microscopy (SEM) with single nanoparticles and EDS. Nanoplate morphology and composition were further characterized by field emission scanning electron microscopy (SEM) using energy dispersion spectroscopy (EDS). According to the SEM image, 20 nm thick nanoplate morphology is clearly observed from partially aggregated samples formed by evaporation. The EDS spectrum clearly shows the coexistence of small amounts of silver (Ag) remaining in the alloy form with substituted elements for pMNPs (see FIGS. 6-8). Although the background mapping image could not be clearly identified due to the background noise, it was possible to distinguish the presence of substitution elements (Au, Pt and Pd) and template sacrificial elements (Ag) in the corresponding pMNPs (see FIG. 9). We found that pMNPs consisted of alloys of substitution elements (M = Au, Pt or Pd) and template elements (Ag) that produce pAuAgNPs, pPtAgNPs and pPdAgNPs, but for simplicity, we use the nano Plates are referred to as pAuNPs, pPtNPs, pPdNPs, respectively.

<실시예 2: TAT 펩티드, FAM-Dz 적재된 다공성 합금 나노플레이트의 제조>Example 2: Preparation of TAT Peptide, FAM-Dz Loaded Porous Alloy Nanoplates

pMNPs 상에 TAT 펩티드 및 FAM-Dz의 로딩Loading of TAT Peptides and FAM-Dz on pMNPs

탈이온수 저장 용액에 1μM TAT 펩타이드 20μL 및/또는 1μM FAM-Dz-Sh (FDz) 15㎕를 1 eq. 농도로 1㎖의 pMNPs(M= Au, Pt, Pd)에 넣었다. 혼합물을 암실에서 180rpm의 수평 쉐이커로 12 시간 동안 배양시켰다. 결합되지 않은 TAT 펩티드를 7,000 rpm에서 15 분 동안 원심 분리하여 제거하고 적어도 3 회 탈이온수로 세척 하였다. 마지막으로, TAT 펩티드 적재된 pMNPs를 1X PBS 1 ㎖에 재분산시켰다. 적재 된 FDz의 계산은 원심 분리 후 상등액에서 결합되지 않은 FAM(λex = 495 ㎚, λem = 520 ㎚)의 형광 강도 측정에 의해 이루어졌다.20 μL of 1 μM TAT peptide and 15 μL of 1 μM FAM-Dz-Sh (FDz) were added to 1 eq. The solution was placed in 1 ml of pMNPs (M = Au, Pt, Pd). The mixture was incubated for 12 h in a horizontal shaker at 180 rpm in the dark. Unbound TAT peptide was removed by centrifugation at 7,000 rpm for 15 minutes and washed with deionized water at least three times. Finally, TAT peptide loaded pMNPs were redispersed in 1 ml of 1 × PBS. Calculation of the loaded FDz was made by fluorescence intensity measurement of unbound FAM (λ ex = 495 nm, λ em = 520 nm) in the supernatant after centrifugation.

FAM-Dz 릴리스 프로파일FAM-Dz Release Profile

세포질-모방된 조건 하에서 적재된 FDz의 방출을 모니터링하기 위해, FDz/TAT-pMNPs 및 FDz-pMNPs(M= Au, Pt 및 Pd)를 실온에서 2 mM 글루타티온을 함유하거나 함유하지 않은 1X PBS (pH 7.4) 용액에 분산시켰다. 0, 1, 2, 3, 6, 9, 12, 18 및 24 시간마다 관찰하고, FDz/TAT-pMNPs 및 FDz-pMNPs를 7,000 rpm에서 15 분간 원심분리하여 FDz-pMNPs 나노복합체를 풀어내고, 방출된 FDz의 양은 형광 강도 측정에 의해 결정되었다.To monitor the release of loaded FDz under cytoplasmic-mimicked conditions, FDz / TAT-pMNPs and FDz-pMNPs (M = Au, Pt and Pd) were treated with 1 × PBS (pH) with or without 2 mM glutathione at room temperature. 7.4) dispersed in solution. Observe every 0, 1, 2, 3, 6, 9, 12, 18 and 24 hours, centrifuge FDz / TAT-pMNPs and FDz-pMNPs at 7,000 rpm for 15 minutes to release and release FDz-pMNPs nanocomposites The amount of FDz added was determined by fluorescence intensity measurement.

<실험 2: 광열 전환 특성>Experiment 2: Photothermal Conversion Characteristics

온도 상승 측정Temperature rise measurement

광열 전환에 의한 온도 상승을 평가하기 위해, 1 당량 농도의 1㎖ pMNPs와 대조군 1X PBS를 2 ㎖ 튜브에 넣었다. 808 ㎚의 NIR 다이오드 레이저를 2 분 동안 4W/cm2의 강도로 각 샘플에 조사하고, 온도 변화를 30초마다 디지털 온도계로 측정하였다.To assess the temperature rise by photothermal conversion, 1 equivalent of 1 ml pMNPs and control 1 × PBS were placed in a 2 ml tube. A 808 nm NIR diode laser was irradiated to each sample at an intensity of 4 W / cm 2 for 2 minutes, and the temperature change was measured with a digital thermometer every 30 seconds.

광열 암세포 절제술Photothermal cancer cell resection

광열 전환에 의한 고열 암 세포 절제를 검사하기 위해, 1X PBS 내의 1 당량 농도의 1㎖ TAT-pMNPs를 80,000 cell/well의 컨플루언시(confluency)로 씨딩된 12-웰 플레이트의 NS3 레플리콘 Huh7 세포에 처리하였다. 5% 습도의 37 ℃ 조건 CO-2 인큐베이터에서, 6 시간 배양한 후, 잔류 TAT-pMNPs가 제거되고 1X PBS로 2회 세척된 다음, 혈청 함유 배지로 치환되었다. 다음으로, 세포를 주위 조건에서 5 분 동안 4 W/cm2의 강도를 갖는 808 ㎚ 근적외선 다이오드 레이저로 조사하고 추가로 12 시간 동안 배양하였다. 배양한 후, 결합된 live/dead 세포 염색 용액(2 μM Calcein AM 및 4 μM Ethid-1 in D-PBS) 500 ㎕를 각 웰에 첨가하고 성공적인 염색을 위해 20 분 동안 배양했다. 형광 현미경을 사용하여 세포의 형광 이미지를 얻었다.To examine hyperthermic cancer cell resection by photothermal conversion, a 12-well plate NS3 replicon seeded with 1 equivalent TAT-pMNPs in 1X PBS at a confluency of 80,000 cell / well Treatment with Huh7 cells. In a 37 ° C. condition CO- 2 incubator at 5% humidity, after 6 hours of incubation, residual TAT-pMNPs were removed and washed twice with 1 × PBS and then replaced with serum containing medium. Next, the cells were irradiated with an 808 nm near infrared diode laser having an intensity of 4 W / cm 2 for 5 minutes at ambient conditions and incubated for an additional 12 hours. After incubation, 500 μl of bound live / dead cell staining solution (2 μM Calcein AM and 4 μM Ethid-1 in D-PBS) was added to each well and incubated for 20 minutes for successful staining. Fluorescence microscopy was used to obtain fluorescence images of the cells.

<실험 3: 시험관 내 치료 효율 측정>Experiment 3 Measurement of In Vitro Treatment Efficiency

세포 배양Cell culture

NS3 형 간염 바이러스 RNA를 함유하는 인간 간암 세포주 Huh7을 10 % FBS, 100 units/mL의 페니실린, 100㎎/mL 스트렙토 마이신 및 500 ㎍/mL의 G418(네오 마이신)을 보충한 4.5 g/L D-글루코스를 함유하는 DMEM에서 성장시켰다. 세포를 37 ℃의 가습된 5 % CO2 배양기에서 성장시켰다.Human liver cancer cell line Huh7 containing NS3 hepatitis virus RNA was supplemented with 4.5 g / L D- with 10% FBS, 100 units / mL penicillin, 100 mg / mL streptomycin and 500 μg / mL G418 (neomycin). Growing in DMEM containing glucose. The cells were grown in a humidified 5% CO 2 incubator at 37 ° C.

세포 독성 측정Cytotoxicity measurement

MTT (3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸리움 브로마이드) 분말을 1X PBS에 5mg/㎖ 농도로 용해시키고, 0.2㎛ 기공 크기의 멸균된 주사기 필터를 통해 여과하였다. 저장 용액을 4 ℃에서 저장하였다. NS3 레플리콘 Huh7 세포를 100 ㎕의 성장 배지 (약 50-70% 컨플루언시)를 갖는 96-웰 배양 플레이트의 웰 당 10,000 세포의 밀도로 씨딩하였다.MTT (3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide) powder was dissolved in 1 × PBS at a concentration of 5 mg / ml and a 0.2 μm pore size sterile syringe filter Filtered through. The stock solution was stored at 4 ° C. NS3 replicon Huh7 cells were seeded at a density of 10,000 cells per well of 96-well culture plates with 100 μl of growth medium (about 50-70% confluency).

TAT 접합된 나노입자 그룹과 접합되지 않은 나노입자 그룹 기반 약물 전달 효율을 비교하기 위해, 혈청이 없는 배지에서 유리된 FDz, FDz-pMNPs 및 FDZ/TAT-pMNPs로 세포를 처리하고 6 시간 동안 37 ℃에서 배양하였다. 그런 다음 세포를 1X PBS로 두 번 씻고, 혈청 함유 배지로 교체한 다음 37℃에서 12시간 배양했다. 그 후 세포를 1X PBS로 두 번 헹구었다. 0.5 mg/㎖ 농도의 MTT에서 무 혈청 배지 100 ㎕를 세포에 첨가하고 보라색이 개발되어 대사 활성 세포를 검출 할 때까지 2 시간 동안 배양했다. 배지를 버리고, 세포를 1X PBS로 1 회 헹구어 남아있는 MTT를 제거 하였다. 이어서, 100μL의 디메틸설폭사이드(DMSO)를 각 웰에 첨가하여 수 불용성 포르마잔 염을 가용화시켰다. 플레이트 내의 각 웰의 광학 밀도를 560 ㎚에서 측정하였다. 3 배의 평균 및 표준 편차를 계산하고 플롯했다.To compare drug delivery efficiency based on TAT conjugated nanoparticle groups and non-conjugated nanoparticle groups, cells were treated with free FDz, FDz-pMNPs and FDZ / TAT-pMNPs in serum-free medium and 37 ° C. for 6 hours. Incubated at. Cells were then washed twice with 1 × PBS, replaced with serum containing medium and incubated at 37 ° C. for 12 hours. The cells were then rinsed twice with 1 × PBS. 100 μl of serum free medium was added to the cells in MTT at 0.5 mg / ml concentration and incubated for 2 hours until purple was developed to detect metabolic active cells. Discard the medium, rinse the cells once with 1X PBS to remove the remaining MTT. 100 μL of dimethylsulfoxide (DMSO) was then added to each well to solubilize the water insoluble formazan salt. The optical density of each well in the plate was measured at 560 nm. Three times the mean and standard deviation were calculated and plotted.

추가적인 치료 응용 분야를 확인하기 위해, C형 간염 바이러스(HCV) 비 구조 단백질 3(NS3) 복제(NS3-Huh7 세포)로 감염된 Huh-7 인간 간암 세포에 대한 pAuNPs, pPtNPs 및 pPdNPs의 세포독성 분석을 수행하였다. pMNPs(M= Au, Pt 또는 Pd)의 몰 농도를 정량화하는데 어려움이 있기 때문에, 농도 기준은 치환 반응 동안 파편화에 의해 은(Ag) 나노플레이트가 소실되지 않는다는 가정 하에서 은(Ag) 나노플레이트의 소멸로 설정된다. 정량적인 시험관 내 분석을 위해, 갈바닉 치환을 통해 합성된 pMNPs의 농도를 1 당량으로 설정하였다. 처리되지 않은 대조군과 비교하여, 3가지 유형의 pMNPs 모두 0.5eq. 농도(각각 1 당량의 pAuNPs, pPtNPs 및 pPdNPs의 존재 하에 95.53 %, 96.98 % 및 98.65 % 생존 가능)까지 무시할 수 있는 세포독성을 나타내었다. AgNPs의 경우, 명확한 세포독성은 0.125 eq. 농도 이상부터 나타나기 시작했다. 0.5eq. 보다 큰 농도에서, Au, Pt, 및 Pd의 모든 경우에서 유사한 경향으로 극적인 세포독성이 관찰되었다. 가장 높은 무독성 농도(1 eq.)를 사용하는 UV-Vis-NIR 흡수에 기초하여, 우리는 0.5 eq. pMNPs의 존재 하에서, 다음 시험관 내의 실험을 수행하였다. 관찰된 세포독성의 유사성은 환원제 보조 과량적 갈바닉 치환을 통한 pMNPs의 유체역학적 직경 및 표면 전하의 균질성의 결과인 것으로 생각되었다. 또한, 적어도 세포독성 측면에서 보면, pPdNPs 및 pPtNPs는 기존의 금 나노물질을 대체할 수 있는 새로운 바이오메디컬 응용 분야를 가질 수 있다(도 10 (a) 참조). To identify further therapeutic applications, cytotoxicity assays of pAuNPs, pPtNPs and pPdNPs on Huh-7 human liver cancer cells infected with hepatitis C virus (HCV) nonstructural protein 3 (NS3) replication (NS3-Huh7 cells) Was performed. Because of the difficulty in quantifying the molar concentrations of pMNPs (M = Au, Pt or Pd), the concentration criterion is the disappearance of silver (Ag) nanoplates under the assumption that the silver (Ag) nanoplates are not lost by fragmentation during the substitution reaction. Is set to. For quantitative in vitro analysis, the concentration of pMNPs synthesized via galvanic substitution was set to 1 equivalent. Compared to the untreated control, all three types of pMNPs were 0.5eq. It showed negligible cytotoxicity up to concentration (95.53%, 96.98% and 98.65% viability in the presence of 1 equivalent of pAuNPs, pPtNPs and pPdNPs, respectively). For AgNPs, clear cytotoxicity was 0.125 eq. It started appearing above concentration. 0.5eq. At higher concentrations, dramatic cytotoxicity was observed with similar trends in all cases of Au, Pt, and Pd. Based on the UV-Vis-NIR absorption using the highest non-toxic concentration (1 eq.), We found 0.5 eq. In the presence of pMNPs, the following in vitro experiments were performed. The observed cytotoxicity was thought to be the result of the hydrodynamic diameter and surface charge homogeneity of the pMNPs via reducing agent assisted excess galvanic substitution. In addition, at least in terms of cytotoxicity, pPdNPs and pPtNPs may have new biomedical applications that can replace existing gold nanomaterials (see FIG. 10 (a)).

유전자 열 복합적 치료 효율Genetic Heat Complex Therapeutic Efficiency

NIR 방사선 치료의 pMNPs 유도체 기반 항암 화학 요법과의 상승 효과를 조사하기 위해, NS3-Huh7 세포를 무 혈청 배지에서 프리 FDz, TAT-pMNPs 및 TAT/FDz-pMNPs로 처리하고 37 ℃에서 6 시간 동안 배양하였다. 이어서, 세포를 1X PBS로 2 회 헹구고 혈청 함유 배지로 교체하였다. 다음으로, 세포를 주위 조건에서 2 분 동안 4W/cm2의 강도를 갖는 808㎚ 근적외선 레이저로 조사하고 37 ℃에서 12 시간 동안 배양하였다. 그 후, 세포를 1X PBS로 2 회 헹구었다. 0.5 mg/㎖ 농도의 MTT에서 무 혈청 100 ㎕를 세포에 첨가하고 보라색이 발현되어 대사 활성 세포를 검출 할 때까지 2 시간 동안 배양하였다. 배지를 버리고 세포를 1X PBS로 헹구었다. 그런 다음 100 ㎕ DMSO를 각 웰에 첨가하여 물에 녹지 않는 포르마잔 염을 가용화시켰다. 플레이트 내의 각 웰의 광학 밀도를 560 ㎚에서 측정 하였다. 3 배의 평균 및 표준 편차를 계산하고 플롯했다.To investigate the synergistic effect of NIR radiation with pMNPs derivative-based chemotherapy, NS3-Huh7 cells were treated with free FDz, TAT-pMNPs and TAT / FDz-pMNPs in serum-free medium and incubated at 37 ° C. for 6 hours. It was. Cells were then rinsed twice with 1 × PBS and replaced with serum containing medium. Next, the cells were irradiated with an 808 nm near infrared laser having an intensity of 4 W / cm 2 for 2 minutes at ambient conditions and incubated at 37 ° C. for 12 hours. Thereafter, the cells were rinsed twice with 1 × PBS. 100 μl of serum free was added to the cells in MTT at 0.5 mg / ml concentration and incubated for 2 hours until purple was expressed to detect metabolic active cells. The medium was discarded and the cells were rinsed with IX PBS. 100 μl DMSO was then added to each well to solubilize the formazan salt insoluble in water. The optical density of each well in the plate was measured at 560 nm. Three times the mean and standard deviation were calculated and plotted.

다음으로, 0.1 eq.의 비독성 농도의 pMNPs에서 808㎚ NIR 다이오드 레이저로 조사할 때 광열 전환 효과에 의해 유도된 온도 상승을 측정했다. 4W/cm2 NIR 레이저 조사를 120초 동안 적용한 후, pPdNPs는 가장 좋은 광열 전환 효율(Tf = 52.3 ℃, △T = 31.0 ℃)을 나타내었고, 뒤이어 pPtNPs (Tf = 48.5 ℃, △T = 27.2) ℃), pAuNPs (Tf = 45.8 ℃, △T = 24.5 ℃) 및 AgNP (Tf = 37.0 ℃, △T = 15.8 ℃)이었다. 광원 (Tf = 22.5 ℃, △T = 1.2 ℃)의 복사열에 의해 유도된 1X 인산염 완충 염수(PBS)의 무시할 수 있는 온도 상승과 비교하여, 모든 pMNPs는 고온 광열 치료를 달성하기에 충분한 광열 전환 효율을 보였다(도 10 (b) 및 도 11 참조).Next, the temperature rise induced by the photothermal conversion effect was measured when irradiated with a 808 nm NIR diode laser at a nontoxic concentration of pMNPs of 0.1 eq. After applying 4 W / cm 2 NIR laser irradiation for 120 seconds, pPdNPs showed the best photothermal conversion efficiency (T f = 52.3 ° C., ΔT = 31.0 ° C.), followed by pPtNPs (T f = 48.5 ° C., ΔT =). 27.2) ° C), pAuNPs (T f = 45.8 ° C, ΔT = 24.5 ° C) and AgNP (T f = 37.0 ° C, ΔT = 15.8 ° C). Compared to the negligible temperature rise of 1X phosphate buffered saline (PBS) induced by the radiant heat of the light source (T f = 22.5 ° C., ΔT = 1.2 ° C.), all pMNPs have sufficient photothermal conversion to achieve high temperature photothermal treatment. The efficiency was shown (see FIG. 10 (b) and FIG. 11).

한편, NS3-Huh7 세포에 pMNPs를 효율적으로 삽입시키기 위해, 우리는 인간 면역 결핍 바이러스 CGGYGRKKKRRQRRR(밑줄은 TAT 펩티드의 필수 서열을 나타내는 문자, 볼드체는 접합을 위한 티올-포함 시퀀스을 나타냄)로부터 유래한 티올화된 세포 투과성 펩티드(TAT)를 금속-티올 친화 pMNPs 표면에 접합시켰다. TAT 펩티드의 성공적인 표면 적재는 동적 광 산란(DLS) 및 ζ-전위 측정에 의해 특징지어졌다. pAuNPs와 pPdNPs는 유체 역학 직경(pAuNPs와 pPdNPs 각각에 대해 △d = 12.26과 8.9㎚)과 ζ-전위 (pAuNPs와 pPdNPs 각각에 대해 △ ζ = 3.73과 5.97mV)의 증가를 통해 성공적으로 TAT 펩티드와 함께 변형되었고, 여기서 pPtNPs의 TAT 적재 효율은 상당히 낮았다(△d = 0.01 ㎚ 및 △ ζ = 1.24 mV). 수력학적 지름은 구체(spheres)와 같은 근사로 인한 고유의 문제를 가진 Stocks-Einstein 방정식을 통해 변환 확산 계수로부터 계산 되었기 때문에, 다공성 나노플레이트의 DLS 데이터는 모호할 수 있다. 그러나, ζ- 전위는 양전하를 띠는 TAT-펩티드 변형으로부터 증가하여, pPdNPs, pAuNPs 및 pPtNPs의 순서로 더 높은 적재 효율이 감소됨을 뒷받침한다(도 12 참조). On the other hand, in order to efficiently insert pMNPs into NS3-Huh7 cells, we describe thiols derived from human immunodeficiency virus CGG YGRKKKRRQRRR (underlined letters represent essential sequences of TAT peptides, bold letters represent thiol-containing sequences for conjugation). The oxidized cell permeable peptide (TAT) was conjugated to the metal-thiol affinity pMNPs surface. Successful surface loading of TAT peptides was characterized by dynamic light scattering (DLS) and ζ-potential measurements. pAuNPs and pPdNPs were successfully treated with TAT peptides by increasing the hydrodynamic diameters (Δd = 12.26 and 8.9 nm for pAuNPs and pPdNPs, respectively) and ζ-potentials (Δ ζ = 3.73 and 5.97 mV for pAuNPs and pPdNPs, respectively). Modified together, where the TAT loading efficiency of pPtNPs was significantly lower (Δd = 0.01 nm and Δζ = 1.24 mV). Since the hydraulic diameters were calculated from the transformation diffusion coefficients through the Stocks-Einstein equation with inherent problems due to approximations such as spheres, the DLS data of porous nanoplates can be ambiguous. However, the ζ − potential increases from positively charged TAT-peptide modifications, supporting the higher loading efficiency decreased in the order of pPdNPs, pAuNPs and pPtNPs (see FIG. 12).

다음으로, NS3-Huh7 세포는 1 당량의 준비된 TAT-pMNPs로 처리하고 삽입을 용이하게 하기 위해 수 시간 동안 배양 한 후, 광열 전환 기반 고온 세포 절제를 유도하기 위해 808 ㎚ NIR 다이오드 레이저(4 W/cm2, 5 분)를 조사했다. calcein AM과 EthiD-1을 사용한 생존/사멸 염색 후 형광 현미경 관찰을 통해 디자인된 영역에서 고온 세포 사멸이 나타난 것으로 드러났다(도 10 (b) 참조).Next, NS3-Huh7 cells were treated with 1 equivalent of prepared TAT-pMNPs and incubated for several hours to facilitate insertion, followed by a 808 nm NIR diode laser (4 W / w) to induce photothermal conversion based hot cell ablation. cm 2 , 5 minutes). Fluorescence microscopy after survival / kill staining with calcein AM and EthiD-1 revealed hot cell death in the designed area (see FIG. 10 (b)).

구체적으로, 유전자 전달을 통한 치료 효과를 검증하기 전에, 우리는 HCV NS3 mRNA를 표적으로 하는 형광 표지 된 말단-티올화 DNAzyme(FAM-Dz-SH)을 사용하여 pMNPs에 대한 유전자 적재 및 방출 프로파일 분석을 수행하였다. 간단히, 우리는 150 pmol FAM-Dz-SH를 1 eq. 의 pMNPs와 암실에서 혼합하고, 시간 의존적 적재는 원심분리 후 상등액에서 미결합된 FAM-Dz-SH의 형광을 측정함으로써 관찰되었다. 24시간의 관찰 결과에 따르면, 혼합으로부터 3시간 이내에 빠른 FAM-Dz-SH 적재가 이루어졌고, 실온에서 12시간 동안 배양된 후 포화가 이루어졌다. FAM-Dz-SH의 적재 효율은 pPdNPs(92.3 pmol) > pAuNPs(72.5 pmol) > pPtNPs(28.2 pmol) > AgNPs(7.9 pmol) 순서로 나타났다(도 13 (a) 참조). pMNPs에 대한 FAM-Dz의 방출은 FAM-Dz/pMNPs를 금속-티올 결합의 환원을 위해 1X PBS에서 2mM의 농도로 글루타티온(GSH)을 함유하는 세포질 모방에 노출시킴으로써 조사되었다. GSH가 없는 경우, 방출된 FAM-Dz의 양은 모든 3개의 pMNPs(약 2% 방출)에서 오차 범위 수준에서 무시할 정도였다. 그러나, 2mM의 GSH 존재하에서, 24시간 동안 배양하는 동안 FAM-Dz 방출은 FAM-Dz-pPdNP (83.6 %)> FAM-Dz/pAuNP (67.9 %)> FAM-Dz-pPtNP (63.4 %)> FAM-Dz-AgNP (19.4 %)의 순서로 나타났다(도 13 (c) 및 (e) 참조).Specifically, before verifying the therapeutic effect through gene delivery, we analyzed gene loading and release profiles for pMNPs using fluorescently labeled end-thiolated DNAzyme (FAM-Dz-SH) targeting HCV NS3 mRNA. Was performed. Briefly, we added 150 pmol FAM-Dz-SH to 1 eq. Was mixed in the dark with pMNPs, and time dependent loading was observed by measuring the fluorescence of unbound FAM-Dz-SH in the supernatant after centrifugation. According to 24 hours of observation, rapid FAM-Dz-SH loading was achieved within 3 hours of mixing, followed by saturation after incubation for 12 hours at room temperature. The loading efficiency of FAM-Dz-SH was shown in the order pPdNPs (92.3 pmol)> pAuNPs (72.5 pmol)> pPtNPs (28.2 pmol)> AgNPs (7.9 pmol) (see FIG. 13 (a)). Release of FAM-Dz to pMNPs was investigated by exposing FAM-Dz / pMNPs to cytoplasmic mimetics containing glutathione (GSH) at a concentration of 2 mM in 1 × PBS for reduction of metal-thiol bonds. In the absence of GSH, the amount of FAM-Dz released was negligible at the error range level for all three pMNPs (about 2% release). However, in the presence of 2 mM GSH, FAM-Dz release during incubation for 24 hours was found to be FAM-Dz-pPdNP (83.6%)> FAM-Dz / pAuNP (67.9%)> FAM-Dz-pPtNP (63.4%)> FAM -Dz-AgNP (19.4%) was shown in the order (see Fig. 13 (c) and (e)).

TAT 펩티드 적재, FAM-Dz 적재 및 FAM-Dz/TAT 이중 적재 중 티올화된 카고 적재 하중(pPdNP> pAuNP> pPtNP> AgNPs)의 차이는 화학적 인자가 직경, 형태 및 구성과 같은 물리적 요인 보다 더 중요하다는 점을 시사한다. TEM, SEM, DLS 분석 결과, 3 개의 pMNPs는 비슷한 면적을 나타내었고, ζ-전위 값은 유사했다. 또한, EDS와 XRD 분석은 합금 조성을 갖는 동일한 fcc 결정 평면을 명확하게 보여 주었는데, 이는 주요 금속 원소(Au, Pt 및 Pd)와 티올 사이의 화학적 친화력이 핵심 요소가 될 수 있음을 암시한다. Ag-S (216.7 ± 14.6 kJ/mol), Au-S (379.5 ± 6.3 kJ/mol), Pd-S (398 kJ/mol) 및 Pt-S (262 ± 10kJ / mol)의 결합 해리 에너지 및 결합 엔탈피에 따르면, 금속 원소와 티올의 결합 친화성은 Pd> Au> Pt> Ag의 순서로 감소하였다. Pt에 대한 티올의 친 화성 및 결합에 관한 이전의 연구가 거의 없었기 때문에, 이 데이터는 알려진 열역학량을 통해 추론되었지만 실험 결과와 동일한 경향을 보였다.Differences in thiolated cargo loading loads (pPdNP>pAuNP>pPtNP> AgNPs) during TAT peptide loading, FAM-Dz loading and FAM-Dz / TAT double loading are more important for chemical factors than physical factors such as diameter, shape and composition It suggests that. As a result of TEM, SEM, and DLS analysis, three pMNPs showed similar areas and ζ-potential values were similar. In addition, EDS and XRD analysis clearly showed the same fcc crystal plane with alloy composition, suggesting that the chemical affinity between major metal elements (Au, Pt and Pd) and thiols could be a key factor. Bond dissociation energy and binding of Ag-S (216.7 ± 14.6 kJ / mol), Au-S (379.5 ± 6.3 kJ / mol), Pd-S (398 kJ / mol) and Pt-S (262 ± 10 kJ / mol) According to the enthalpy, the binding affinity between metal elements and thiols decreased in the order of Pd>Au>Pt> Ag. Because little previous work has been done on the affinity and binding of thiols to Pt, this data was inferred from known thermodynamics, but showed the same trend as the experimental results.

효율적인 유전자 전달을 위해, 세포 침투 펩티드 TAT와 치료 유전자 FAM-Dz가 접합된 pMNPs 를 동시 혼합으로 제조하였다. 두 카고의 적재 전략이 동일하기 때문에 NPs에 적재된 FAM-Dz의 양이 감소했다. 정량적 검증을 위해, 동역학 확정을 위한 적재/방출 프로파일링이 다시 수행되었다. 금속-티올 친화성 흡착의 동일한 적재 전략에 기초하여, 이중 카고 적재의 경우에 있어서 FAM-Dz 하중은 FAM-Dz 적재 프로파일 단독에 비해, 73.3% (pAuNPs), 68.7% (pPdNPs), 38.7% (pPtNPs) 및 85.8% (AgNPs)로 감소되는 경향을 보였다(도 6b). FAM-Dz/TAT 이중 적재의 FAM-Dz 방출 프로파일에서, 세포 내 환경(2mM GSH)을 모방한 조건 하에, FAM-Dz 단일 적재 시험에 비해, 6.52% (pAuNPs), 7.92% (pPtNPs) 및 5.02% (pPdNPs)가 각각 감소되었다. AgNPs의 경우, 방출 프로파일에서 오차 범위의 작은 증가가 관찰되었다. 그러나 0mM GSH 조건 (~ 2 % FAM-Dz 방출)과 비교하여 특이적인 방출 효율이 관찰되었으며, FAM-Dz/TAT 이중 적재 효과는 효과적인 유전자 전달을 위한 세포 투과성 향상을 고려할 때 충분한 것으로 간주되었다(도 13 (d) 및 (f) 참조). For efficient gene delivery, pMNPs conjugated with cell penetrating peptide TAT and therapeutic gene FAM-Dz were prepared by co-mixing. Because the cargo strategy for both cargoes is the same, the amount of FAM-Dz loaded on NPs is reduced. For quantitative verification, load / emission profiling was again performed for kinetic confirmation. Based on the same loading strategy of metal-thiol affinity adsorption, the FAM-Dz loading in the case of double cargo loading was 73.3% (pAuNPs), 68.7% (pPdNPs), 38.7% (relative to the FAM-Dz loading profile alone). pPtNPs) and 85.8% (AgNPs) tended to decrease (FIG. 6B). In the FAM-Dz release profile of the FAM-Dz / TAT double load, under conditions mimicking the intracellular environment (2 mM GSH), 6.52% (pAuNPs), 7.92% (pPtNPs) and 5.02 compared to the FAM-Dz single load test % (pPdNPs) was reduced respectively. For AgNPs, a small increase in the margin of error was observed in the emission profile. However, specific release efficiencies were observed compared to 0 mM GSH conditions (~ 2% FAM-Dz release), and the FAM-Dz / TAT double loading effect was considered sufficient when considering improved cell permeability for effective gene delivery (FIG. 13 (d) and (f)).

마지막으로, MTT 세포 생존력 분석을 사용하여 NS3-Huh7 세포에서 암의 유전자-열 복합 치료의 효능을 평가하였다. 우리는 치료되지 않은 대조 조건에 기초하여 상대적 세포 생존 능력을 비교했다. NIR 조사 단독(100.1 % 생존), pMNPs 처리 (pPdNPs 99.2%, pAuNPs 101.7 %, pPtNPs 101.3 %) 및 치료 유전자가 없는 TAT-pMNP 치료 (pPdNPs 100.6 %, pAuNPs는 101.7 %, pPtNPs는 100.1 %)과 같이 유의한 세포 사멸은 관찰되지 않았다. 세포가 150 pmol의 프리 FAM-Dz 단독으로 처리 된 경우에도 세포 사멸은 관찰되지 않았다(104.0 % 생존). 또한 FAM-Dz-pMNPs (pPdNPs는 99.7 %, pAuNPs는 100.7 %, pPtNPs는 101.6 %) 및 NIR-기반 광열 치료(pPdNPs는 100.2 %, pAuNPs는 101.6 %, pPtNPs는 99.6 %)는 세포 침투 펩티드 TAT 없는 pMNPs의 존재하에에서 아무런 치료 효능을 보이지 않았다. 우리는 또한 TAT 펩티드가 pMNPs의 세포 내재화에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 이중 카고 적재된 나노복합체 FAM-Dz/TAT-pMNPs(pPdNPs의 경우 56.2%, pAuNPs의 경우 65.7%, pPtNPs의 경우 88.7%)를 사용한 유전자 치료 효율은 현저히 향상되었다. 또한 TAT-pMNPs를 사용하는 광열 치료 군에서, 우리는 경향(pPdNPs는 61.0%, pAuNPs는 68.8%, pPtNPs는 64.5%) 이 1X PBS 내에서 각 타입의 pMNPs의 광열 전환 기반 온도 상승을 비교한 결과와 일치하는 것을 확인하였다. 최종 유전자-열 복합 치료 효율의 결과, pPdNPs(0.1 % 생존 가능), pAuNPs (16.7 % 생존) 및 pPtNPs (25.9 % 생존 가능)과 같은 최상의 효율이 얻어졌다. 일련의 실험에서, 우리는 광열 전환 기반 온도 상승 및 영역 특이적 고열 세포 사멸 실험(5 분)보다 짧은 조사 시간(2 분)을 사용하였는데, 이는 복합 치료의 상승 효과를 관찰하기 위해 선택된 최적 조건이었다(도 14 (a) 참조). Finally, MTT cell viability assays were used to assess the efficacy of gene-heat combination therapy of cancer in NS3-Huh7 cells. We compared relative cell viability based on untreated control conditions. NIR irradiation alone (100.1% survival), pMNPs treatment (pPdNPs 99.2%, pAuNPs 101.7%, pPtNPs 101.3%) and TAT-pMNP treatment without treatment genes (pPdNPs 100.6%, pAuNPs 101.7%, pPtNPs 100.1%) No significant cell death was observed. Even when cells were treated with 150 pmol of free FAM-Dz alone, no cell death was observed (104.0% survival). Also, FAM-Dz-pMNPs (99.7% for pPdNPs, 100.7% for pAuNPs, 101.6% for pPtNPs) and NIR-based photothermal therapy (100.2% for pPdNPs, 101.6% for pAuNPs, 99.6% for pPtNPs) without the cell penetrating peptide TAT. There was no therapeutic effect in the presence of pMNPs. We also confirmed that TAT peptides play an important role in the cellular internalization of pMNPs. Gene therapy efficiencies with double cargo loaded nanocomposite FAM-Dz / TAT-pMNPs (56.2% for pPdNPs, 65.7% for pAuNPs and 88.7% for pPtNPs) were significantly improved. In addition, in the photothermal treatment group using TAT-pMNPs, we compared the photothermal conversion-based temperature rise of each type of pMNPs in 1X PBS with a trend (pPdNPs 61.0%, pAuNPs 68.8%, pPtNPs 64.5%). It was confirmed that the match. As a result of the final gene-thermal combined treatment efficiency, the best efficiencies such as pPdNPs (0.1% viability), pAuNPs (16.7% survival) and pPtNPs (25.9% viability) were obtained. In a series of experiments, we used a shorter irradiation time (2 minutes) than photothermal conversion based temperature rise and region specific hyperthermic cell death experiments (5 minutes), which was the optimal condition chosen to observe the synergistic effect of the combination treatment. (See FIG. 14 (a)).

FAM-Dz 유도 전달 및 암 세포 사멸을 추가적으로 확인하기 위해, Hoechst 33342 (세포 핵, 청색) 및 EthiD-1 (세포 사멸, 적색) 염색 후 형광 현미경 이미지를 얻었다. 다른 실험 그룹은 어떠한 형광 신호도 나타내지 않았지만, TAT 펩티드와 접합된 나노복합체 처리 그룹은 상응하는 형광 신호를 나타내었다(도 14 (b) 참조).To further confirm FAM-Dz induced delivery and cancer cell death, fluorescence microscopy images were obtained after staining Hoechst 33342 (cell nucleus, blue) and EthiD-1 (cell death, red). The other experimental group did not show any fluorescence signal, but the nanocomposite treatment group conjugated with the TAT peptide showed the corresponding fluorescence signal (see FIG. 14 (b)).

Claims (9)

질산은(AgNO3) 용액으로부터 은 나노플레이트 용액을 제조하고, 상기 은 나노플레이트 용액 내에 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 이온을 투입하여 갈바닉 치환 반응을 수행시킴으로써, 금속 이온이 치환된 다공성 합금 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 단계는 시트르산 삼나트륨(Na3Cit), 폴리(바이닐피롤리돈) 및 L-아스코르브산을 첨가하여 원팟(one-pot) 반응으로 수행되는 다공성 합금 나노구조체의 제조방법.
A silver nanoplate solution is prepared from a silver nitrate (AgNO 3 ) solution, and galvanic is prepared by adding one or more metal ions selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd) into the silver nanoplate solution. Performing a substitution reaction to prepare a porous alloy nanostructure substituted with metal ions,
The step is a method of producing a porous alloy nanostructures are carried out by a one-pot reaction by the addition of trisodium citrate (Na 3 Cit), poly (vinylpyrrolidone) and L- ascorbic acid.
제 1 항에 있어서,
상기 다공성 합금 나노구조체에 DNA 기반 효소(DNAzyme) 및 TAT 세포침투 펩티드 중 선택되는 1종 이상의 전달체를 적재하는 단계;를 더 포함하는 다공성 합금 나노구조체 제조방법.
The method of claim 1,
And loading at least one carrier selected from DNA-based enzymes (DNAzyme) and TAT cell penetrating peptides into the porous alloy nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 단계에서 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 이온은, 은(Ag) 나노플레이트 전체 용액 부피를 기준으로, 1 내지 20%로 투입되는 다공성 합금 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step, at least one metal ion selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd) is added at 1 to 20% based on the total solution volume of silver (Ag) nanoplates. Method for producing a porous alloy nanostructures.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 이온의 양, 첨가제의 종류 및 첨가제 농도로 이루어지는 군에 선택되는 1종 이상의 인자를 조절하여, 제조되는 나노구조체의 형상을 제어하는 다공성 합금 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a porous alloy nanostructures that controls the shape of the nanostructures produced by adjusting the amount of the metal ions, the type of additives and at least one selected from the group consisting of additive concentration.
제 1 항의 방법에 따라 제조되는 다공성 합금 나노구조체로서,
금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속; 및 은(Ag); 의 합금(alloy)을 포함하며, 800 내지 900 ㎚ 파장 영역의 근적외선(NIR) 레이저 조사에 의해 광열-전환 효과 및 암 세포에 대한 선택적인 유전자-발열 복합 치료능을 가지는 다공성 합금 나노구조체.
A porous alloy nanostructure prepared according to the method of claim 1,
At least one metal selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd); And silver (Ag); A porous alloy nanostructure comprising an alloy of and having a photothermal-conversion effect and selective gene-heating composite therapeutic ability against cancer cells by near infrared (NIR) laser irradiation in the 800-900 nm wavelength region.
제 5 항에 있어서,
상기 다공성 합금 나노구조체는 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금(alloy)을 포함하는 다공성 합금 나노구조체.
The method of claim 5,
The porous alloy nanostructures are porous alloy nanostructures including an alloy of palladium (Pd) and silver (Ag).
제 5 항에 있어서,
상기 다공성 합금 나노구조체는 나노플레이트, 중공 나노플레이트, 나노골격 및 요철형 나노플레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 가지는 다공성 합금 나노구조체.
The method of claim 5,
The porous alloy nanostructures are porous alloy nanostructures having one or more shapes selected from the group consisting of nanoplates, hollow nanoplates, nanoskeletons and uneven nanoplates.
제 5 항에 있어서,
상기 다공성 합금 나노구조체의 기공 내부 및 표면 중 선택되는 하나 이상의 위치에, DNA 기반 효소(DNAzyme) 및 TAT 세포침투 펩티드 중 선택되는 1종 이상의 전달체가 적재되는 다공성 합금 나노구조체.
The method of claim 5,
Porous alloy nanostructures are loaded with one or more carriers selected from DNA-based enzymes (DNAzyme) and TAT cell penetrating peptides at one or more positions selected from inside and the pores of the porous alloy nanostructures.
삭제delete
KR1020180057202A 2018-05-18 2018-05-18 Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same KR102064672B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180057202A KR102064672B1 (en) 2018-05-18 2018-05-18 Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180057202A KR102064672B1 (en) 2018-05-18 2018-05-18 Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190132029A KR20190132029A (en) 2019-11-27
KR102064672B1 true KR102064672B1 (en) 2020-01-09

Family

ID=68729998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180057202A KR102064672B1 (en) 2018-05-18 2018-05-18 Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102064672B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102515503B1 (en) 2021-07-14 2023-03-29 건국대학교 산학협력단 Method for preparing metallic nanostructure using galvanic replacement reaction and metallic nanostructure prepared thereby
KR102630119B1 (en) 2021-07-30 2024-01-29 건국대학교 산학협력단 Method for preparing electrorheological fluid containing hollow nanoparticles and electrorheological fluid prepared thereby

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103893764A (en) 2012-12-25 2014-07-02 国家纳米科学中心 Drug carrier, preparation method thereof, pharmaceutical composition made from drug carrier, and applications of drug carrier and pharmaceutical composition
CN105880623B (en) * 2016-04-13 2018-04-13 同济大学 It is a kind of to have in noble metal nanocrystalline of the adjustable plasma resonance absorption characteristic of visible waveband and preparation method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101141410B1 (en) 2009-10-23 2012-05-04 국립암센터 Photosensitizer - metal nanoparticle charge complex and composition containing the complex for photodynamic therapy or diagnosis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103893764A (en) 2012-12-25 2014-07-02 国家纳米科学中心 Drug carrier, preparation method thereof, pharmaceutical composition made from drug carrier, and applications of drug carrier and pharmaceutical composition
CN105880623B (en) * 2016-04-13 2018-04-13 同济大学 It is a kind of to have in noble metal nanocrystalline of the adjustable plasma resonance absorption characteristic of visible waveband and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Phys. Chem. C., vol. 113, pp.16766

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190132029A (en) 2019-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hu et al. Multifunctional gold nanoparticles: a novel nanomaterial for various medical applications and biological activities
Khan et al. Gold nanoparticles: synthesis and applications in drug delivery
Qiu et al. Tuning photothermal properties of gold nanodendrites for in vivo cancer therapy within a wide near infrared range by simply controlling their degree of branching
Zhu et al. Porous pt nanoparticles with high Near‐Infrared photothermal conversion efficiencies for photothermal therapy
Brazzale et al. Enhanced selective sonosensitizing efficacy of ultrasound-based anticancer treatment by targeted gold nanoparticles
Liu et al. Sub-100 nm hollow Au–Ag alloy urchin-shaped nanostructure with ultrahigh density of nanotips for photothermal cancer therapy
Spadavecchia et al. One‐Step Synthesis of Collagen Hybrid Gold Nanoparticles and Formation on Egyptian‐like Gold‐Plated Archaeological Ivory
CN103764123B (en) Golden platinum bimetallic nanocrystal suspension newly, its electrochemical manufacturing method and application thereof
Li et al. A smart nanoplatform for synergistic starvation, hypoxia-active prodrug treatment and photothermal therapy mediated by near-infrared-II light
Wang et al. Helical bowl-like SnS2 with structure-induced conversion efficiency for enhanced photothermal therapy
Hu et al. A sub-nanostructural transformable nanozyme for tumor photocatalytic therapy
Terracciano et al. Gold decorated porous biosilica nanodevices for advanced medicine
Yadav et al. Functional TiO 2 nanocoral architecture for light-activated cancer chemotherapy
Zhu et al. Galvanic replacement synthesis of multi-branched gold nanocrystals for photothermal cancer therapy
Song et al. Fabrication of the biomimetic DOX/Au@ Pt nanoparticles hybrid nanostructures for the combinational chemo/photothermal cancer therapy
KR102064672B1 (en) Reducing agent-assisted excessive galvanic replacement mediated seed-mediated synthesis of porous alloy nanostructures and porous alloy nanostructures using the same
Zhang et al. Graphene oxide and adenosine triphosphate as a source for functionalized carbon dots with applications in pH-triggered drug delivery and cell imaging
CN112206221B (en) Cantharidin-loaded macrophage membrane-encapsulated metal organic framework nano-particle and preparation method thereof
Khan et al. Physicochemical characterization of curcumin loaded chitosan nanoparticles: implications in cervical cancer
Dung et al. Optical properties and stability of small hollow gold nanoparticles
KR102084316B1 (en) Manufacturing method of rhodium nanostructures and structure-controlled rhodium nanostructures prepared thereby
Gu et al. Ultra-effective near-infrared Photothermal therapy for the prostate cancer Nursing care through novel intended and surface tailored photo-responsive Ga-Au@ MPS nanovesicles
Gao et al. Construction of a pH-and near-infrared irradiation-responsive nanoplatform for chemo-photothermal therapy
Chen et al. Gold nanobipyramid@ copper sulfide nanotheranostics for image-guided NIR-II photo/chemodynamic cancer therapy with enhanced immune response
Yang et al. Ferrocene-based multifunctional nanoparticles for combined chemo/chemodynamic/photothermal therapy

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant