KR102081391B1 - Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses - Google Patents

Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses Download PDF

Info

Publication number
KR102081391B1
KR102081391B1 KR1020180114917A KR20180114917A KR102081391B1 KR 102081391 B1 KR102081391 B1 KR 102081391B1 KR 1020180114917 A KR1020180114917 A KR 1020180114917A KR 20180114917 A KR20180114917 A KR 20180114917A KR 102081391 B1 KR102081391 B1 KR 102081391B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anisotropic
double metal
poly
metal nanowires
polymer
Prior art date
Application number
KR1020180114917A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190034127A (en
Inventor
임동우
아메드알리
이재희
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
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 한양대학교 에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교 에리카산학협력단
Publication of KR20190034127A publication Critical patent/KR20190034127A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102081391B1 publication Critical patent/KR102081391B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H01L31/035227Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum wires, or nanorods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02587Structure
    • H01L21/0259Microstructure
    • H01L21/02603Nanowires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • 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
    • 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
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 이방성 이중금속 나노와이어 및 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 나노구조체는 표면-증강 라만 산란(SERS) 센싱 및/또는 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브 및/또는 SERS 기판으로 적용할 수 있다.The present invention relates to polymer nanofibers embedded with anisotropic double metal nanowires and anisotropic double metal nanowires and uses thereof. The nanostructures in the present invention can be applied as metal nano probes and / or SERS substrates for surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing and / or image measurement.

Description

이방성 이중금속 나노와이어, 이중금속 나노와이어 내장 폴리머 나노섬유, 이중금속 나노와이어 포함 SERS 기판, 이의 제조방법 및 용도{Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses}Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method enumerated anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire embedded polymer nanofibers, bimetal nanowires and its uses}

본 발명은 이방성 이중금속 나노와이어, 이중금속 나노와이어 내장 폴리머 나노섬유, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to anisotropic bimetallic nanowires, bimetallic nanowire-embedded polymer nanofibers, a method of preparing the same, and uses thereof.

라만 분광법은 소분자 (Small molecules), 생고분자 (Biomacromolecules), 독소 (Toxins), 병원체 (Pathogens)의 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). Raman spectroscopy has been studied for the detection and identification of small molecules, biomacromolecules, toxins, and pathogens. Specifically, surface enhanced Raman scattering (SERS) is of great interest for spectroscopic detection and identification of small molecules, nucleic acids, proteins and cells, mainly due to its ultra-high sensitivity, narrow bandwidth and significant multiplexing ability ( Non-Patent Document 1).

균질 하이브리드(homogeneous hybrid) 또는 불균질 혼합물(heterogeneous mixture) 형태인 이중금속 나노구조체(bimetallic nanostructures)가, 이의 크기, 모양 및 조성에 따른 예외적인 광학적, 촉매적 및 전기적 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 최첨단 나노물질로서 보고되어 왔다. 단일 금속 나노구조체(single metal nanostructures)는 대칭적으로 분산된 화학적 작용성으로 인해 본질적인 한계를 갖는다. 이와 반대로, 이중금속 나노구조체(bimetal nanostructures)는 각각의 성분에 의해 주어진 이의 다작용성으로 인해 보다 가치가 있다. 단일 금속 나노구조체의 치수 및 형태가 이의 특성을 조절하는데 중요한 파라미터이지만 이의 치수 및 형태와 함께 이중금속 나노구조체의 조성도 또한 이의 특성을 제어하는데 중요한 인자이다. 예컨대, 이중금속 나노구조체는 단일 금속 나노구조체보다 더 조정가능한 광학적 반응을 제공한다. 이중금속 나노구조체의 표면 플라스몬 공명 (SPR)은 Au 및 Ag 조성, 크기, 및 모양에 따라 가시 영역에서 근적외선 영역으로 용이하게 조정될 수 있다. Au 나노입자는 종방향 모드 및 횡방향 모드를 나타내는 2개의 SPR 피크를 나타내는 반면 Au 및 Ag로 구성된 이중금속 나노구조체는 종방향, 횡방향 및 2개의 8극 모드로 표시되는 4개의 플라스몬 모드를 나타낸다. 조정가능한 광학적 반응을 가진 Au-Ag 이중금속 나노구조체는 바이오센싱, 광자, 및 촉매작용과 같은 몇몇 응용 분야에서 매력적인 후보가 된다.Bimetallic nanostructures, in the form of homogeneous hybrids or heterogeneous mixtures, are state of the art in a variety of applications due to their exceptional optical, catalytic and electrical properties depending on their size, shape and composition. It has been reported as a nanomaterial. Single metal nanostructures have inherent limitations due to symmetrically dispersed chemical functionality. In contrast, bimetal nanostructures are more valuable due to their multifunctionality given by each component. Although the dimensions and shape of single metal nanostructures are important parameters in controlling their properties, the composition of the bimetallic nanostructures, along with their dimensions and shapes, is also an important factor in controlling their properties. For example, bimetallic nanostructures provide more adjustable optical response than single metal nanostructures. The surface plasmon resonance (SPR) of the bimetallic nanostructures can be easily adjusted from the visible region to the near infrared region depending on Au and Ag composition, size, and shape. Au nanoparticles show two SPR peaks representing longitudinal and transverse modes, while bimetallic nanostructures composed of Au and Ag have four plasmon modes represented in longitudinal, transverse and two eight-pole modes. Indicates. Au-Ag bimetallic nanostructures with tunable optical reactions are attractive candidates for some applications such as biosensing, photons, and catalysis.

금속의 균질 성장은 대부분 코어-쉘 이중금속 나노구조체를 생성하는 반면, 비균질 성장은 대부분 이방성의 비대칭 이중금속 나노구조체를 형성한다. 특히, 표면 원자는 모양 및 성장 조절을 조정하는데 매우 중요하며, 추가 물질 예컨대 폴리머, 계면활성제, 표면보호제 (passivant), 흡착제, 킬레이팅제, 및 리간드가 사용될 수 있으며, 이들은 나노구조체 표면에 결합될 수 있다. 그러나, 미세한 격자 부정합에 기초하여 이방성의 비대칭 이중금속 나노구조체를 제조하기 위해 비균질 성장을 완전이 제어하는 것은 어렵다. 현재까지, 이중금속 나노구조체를 제조하기 위한 비균질 성장에 대한 연구는 대부분 철 또는 Pd 나노입자와 같은 시드 나노구조체 상에 2차 나노구조체를 성장시키는 것 또는 그 반대인 것에 관한 것이다. Homogeneous growth of metals mostly produces core-shell bimetallic nanostructures, while heterogeneous growth mostly forms anisotropic asymmetric bimetallic nanostructures. In particular, surface atoms are very important for modulating shape and growth control, and additional materials such as polymers, surfactants, passivants, adsorbents, chelating agents, and ligands can be used, which can be bound to the nanostructure surface. Can be. However, it is difficult to fully control heterogeneous growth to produce anisotropic asymmetric bimetallic nanostructures based on fine lattice mismatch. To date, studies of heterogeneous growth for producing bimetallic nanostructures have mostly been directed to growing secondary nanostructures on seed nanostructures such as iron or Pd nanoparticles or vice versa.

현재까지 Au-Ag 나노구조체로 이루어진 이방성의 비대칭 이중금속 나노구조체에 대한 연구는 미비하다. 이에, 본 발명자들은 연구를 계속하여 Au-Ag로 구성된 이중 금속 나노와이어 대한 발명을 완성하였다.To date, studies on anisotropic asymmetric bimetallic nanostructures composed of Au-Ag nanostructures are insufficient. Thus, the present inventors continued the research and completed the invention for the double metal nanowire composed of Au-Ag.

1. 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/ 1997.1. 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 Au-Ag으로 구성된 이방성 이중금속 나노와이어를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide anisotropic double metal nanowires composed of Au-Ag.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 Au-Ag으로 구성된 이방성 이중금속 나노와이어를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 센싱 및/또는 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal nano probe for surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing and / or image measurement using an anisotropic double metal nanowire composed of Au-Ag according to the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 Au-Ag으로 구성된 이방성 이중금속 나노와이어의 제조 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing anisotropic double metal nanowires composed of Au-Ag.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a polymer nanofiber embedded with the anisotropic double metal nanowire.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing polymer nanofibers in which the anisotropic double metal nanowires are embedded.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 폴리머 나노섬유를 이용한 SERS 금속 나노프로브를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a SERS metal nanoprobe using the polymer nanofibers.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이중금속 나노와이어가 포함된 SERS 기판을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a SERS substrate including the double metal nanowires.

본 발명은 금(Au) 구획 및 은(Ag) 구획으로 구성되고, 상기 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결된 형태인 Au-Ag으로 구성된 이방성 이중금속 나노와이어(anisotropic bimetal nanowire, ABNW)를 제공한다.The present invention comprises an anisotropic bimetal nanowire (ABNW) consisting of Au (Au) and silver (Ag) compartment, the Au and Ag in the form of the gold compartment and the silver compartment alternately connected. to provide.

상기 이중 금속 나노와이어란, 금 구획과 은 구획으로 이루어지고 연결되어 선 모양을 나타내는 나노구조체를 말한다. The double metal nanowire refers to a nanostructure consisting of a gold compartment and a silver compartment and connected to each other to form a line shape.

상기 이방성이란, 방향에 따라 물질의 성질이 다르게 나타나는 것을 의미한다. 구체적으로 본 발명에서 이방성은 금 구획과 은 구획으로 서로 구별된 구획을 가지고 이에 따라 금속의 종류 및 모양에 따라 서로 다른 특성을 나타내는 것을 말한다.The anisotropy means that the properties of the material appear differently depending on the direction. Specifically, in the present invention, anisotropy refers to a compartment distinguished from each other by a gold compartment and a silver compartment, and thus exhibits different characteristics according to the type and shape of the metal.

상기 이중 금속 나노와이어의 길이는 20 nm 내지 20,000 nm일 수 있다. The double metal nanowires may have a length of 20 nm to 20,000 nm.

종래에는 시드 입자(예를 들면, 금)에 다른 금속을 환원시켜서 성장시키면서 나노와이어를 제조하였다. 즉, 완성된 나노와이어에 시드 입자는 하나가 들어 있으며 길이 성장도 제한적이다. 그러나 본 발명은 시드인 금 구획과 은 구획이 교대로 계속 연결되면서 길이 성장을 하여 길이 조절이 가능한 나노와이어를 형성한다. 따라서 본 발명에 따른 나노와이어의 길이는 종래의 이중금속 나노와이어보다 길다.Conventionally, nanowires were prepared while growing by reducing other metals to seed particles (for example, gold). That is, the seed nanoparticles contained in the finished nanowires have limited length growth. However, in the present invention, the gold compartment and the silver compartment, which are seeds, are alternately connected to each other to form length-adjustable nanowires by growing in length. Therefore, the length of the nanowires according to the present invention is longer than the conventional double metal nanowires.

상기 이방성 이중금속 나노와이어에 라만 리포터가 부착될 수 있다.The Raman reporter may be attached to the anisotropic double metal nanowire.

상기 라만 리포터는 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.The Raman reporter means a Raman active organic compound, and any one widely used in the art may be used without limitation. Specific examples include Malachite green isothiocyanate (MGITC), rhodamine B isothiocyanate (RBITC), rhodamine 6G, adenine, 4-amino-pyrazole (3,4-d) pyrimidine, 2-ruoroadenine, N6-benzoyl Adenine, kinetin, dimethyl-allyl-amino-adenine, zeatin, bromo-adenine, 8-aza-adenine, 8-azaguanine, 4-mercaptopyridine, 6-mercaptopurine, 4-amino- 6-mercaptopyrazolo (3,4-d) pyrimindine, 8-mercaptoadenin, 9-amino-acridine and mixtures thereof, but is not necessarily limited thereto.

다른 측면에서 본 발명은 상기 이방성 이중금속 나노와이어를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 센싱 및/또는 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a metal nano probe for surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing and / or image measurement using the anisotropic double metal nanowires.

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. In the present invention, the term "probe" means a substance that can specifically bind to a target (target) substance to be detected, and means a substance that can confirm the presence of the target substance through the binding.

본 발명에서 "나노프로브"란, 나노 크기의 프로브를 의미한다.In the present invention, "nanoprobe" means a nano-sized probe.

또 다른 측면에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 Au-Ag으로 구성된 이방성 이중금속 나노와이어의 제조방법을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a method for producing an anisotropic double metal nanowire consisting of Au-Ag comprising the following steps:

환원제; 금 전구체; 및 은 전구체가 포함된 시드(seed) 용액을 준비하고; reducing agent; Gold precursors; And a seed solution containing a silver precursor;

상기 시드 용액에 수산화암모늄을 첨가하여 교반하고; 그리고 Stirring by adding ammonium hydroxide to the seed solution; And

금 시드에서 동시에 양 방향으로 은이 성장하여 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결되어 금(Au)-은(Ag) 구획이 교대로 나타나는 이중 금속 나노와이어를 형성하는; Silver simultaneously grows in both directions in the gold seed so that the gold and silver compartments are alternately connected to form double metal nanowires in which the gold (Au) -silver (Ag) compartments alternate;

단계.step.

상기 수산화암모늄의 농도는 0.002 내지 2,000 mM일 수 있다. The concentration of ammonium hydroxide may be 0.002 to 2,000 mM.

상기 범위를 벗어나는 경우, 나노와이어의 길이 성장이 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.If it is out of the above range, it may cause a problem that the length of the nanowire growth is not made well.

상기 이중 금속 나노와이어를 형성하는 단계 이후에, 라만 리포터를 첨가하는 단계룰 더 포함할 수 있다.After forming the double metal nanowires, the method may further include adding a Raman reporter.

또 다른 측면에서, 본 발명은 가교결합성 폴리머 나노섬유 내부에, 본 발명의 이방성 이중금속 나노와이어가 들어있는, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a polymer nanofiber embedded with an anisotropic double metal nanowire, wherein the anisotropic double metal nanowire of the present invention is contained within the crosslinkable polymer nanofiber.

상기 가교결합성 폴리머는 폴리(아크릴아미드-코-아크릴레이트)[poly(acrylamide-coacrylic acid, poly(AAm-co-AA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-스테아릴 아크릴레이트)[Poly (Nisopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly(NIPAm-co-SA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-알릴아민)[poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 및 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 poly(NIPAM-co-AA)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.The crosslinkable polymer is poly (acrylamide-coacrylic acid, poly (AAm-co-AA)], poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate) [Poly (Nisopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly (NIPAm-co-SA)], poly (N-isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly ( NIPAM-co-AA), and poly (NIPAM-co-AA) having an acrylic moiety, but are not necessarily limited thereto.

상기 금속 나노 와이어를 둘러싸는 상기 폴리머 사이에 가교결합이 형성되어 상기 금속 나노와이어와 상기 폴리머 사이에 네트워크가 형성될 수 있다.Crosslinks may be formed between the polymers surrounding the metal nanowires to form a network between the metal nanowires and the polymer.

상기 이중 금속 나노와이어의 길이는 20 nm 내지 20,000 nm일 수 있다.The double metal nanowires may have a length of 20 nm to 20,000 nm.

상기 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유에 라만 리포터를 더 포함할 수 있다.The anisotropic double metal nanowires may further include a Raman reporter in the polymer nanofibers embedded therein.

또 다른 측면에서 본 발명은 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유를 이용한 SERS 이미지측정용 금속 나노 프로브를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a metal nano probe for SERS image measurement using the polymer nanofiber embedded with the anisotropic double metal nanowire.

또 다른 측면에서 본 발명은 다음 단계를 포함하는 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a method for producing polymer nanofibers embedded with anisotropic bimetallic nanowires comprising the following steps:

i) 환원제; 금 전구체; 및 은 전구체가 포함된 시드(seed) 용액을 준비하고; i) reducing agent; Gold precursors; And a seed solution containing a silver precursor;

ii) 상기 용액에 수산화암모늄을 첨가하고 교반하고ii) add ammonium hydroxide to the solution and stir

iii) 금 시드에서 동시에 양 방향으로 은이 성장하여 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결되어 금(Au)-은(Ag) 구획이 교대로 나타나는, Au-Ag로 구성된 이방성 금속 나노와이어를 제조하고;iii) Anisotropic metal nanowires composed of Au-Ag, in which silver grows in both directions simultaneously in the gold seed, where the gold compartments and the silver compartments are alternately connected, whereby the gold (Au) -silver (Ag) compartments alternately appear. and;

iv) 전기수력적 분사(Electrohydrodynamic jetting, EHD) 방법을 통해 가교결합성 폴리머 나노섬유에 상기 이방성 금속 나노와이어를 넣어서, 이방성 금속 나노와이어가 내장된(embedded) 폴리머 나노섬유를 제조하고; 그리고iv) inserting the anisotropic metal nanowires into the crosslinkable polymer nanofibers by using an electrohydrodynamic jetting (EHD) method to prepare the polymer nanofibers embedded with the anisotropic metal nanowires; And

v) 상기 이방성 금속 나노와이어 내장 폴리머 나노섬유의 폴리머를 가교결합시키는; 단계. v) crosslinking a polymer of said anisotropic metal nanowire embedded polymer nanofiber; step.

상기 ii) 단계에서, 상기 수산화암모늄의 농도는 0.002 내지 2,000 mM일 수 있다.In step ii), the concentration of ammonium hydroxide may be 0.002 to 2,000 mM.

상기 가교결합성 폴리머는 앞서 언급한 바와 같다.The crosslinkable polymer is as mentioned above.

상기 v) 단계에서, 상기 가교결합은 물리적, 화학적 또는 광개시적으로 이루어지는 가교결합일 수 있다.In step v), the crosslinking may be a crosslinking which is physically, chemically or photoinitiated.

상기 가교결합성 폴리머는 수용성 환경에서 잘 부풀고 소프트 매트릭스 상태가 되어서 금속을 잘 고정화시키는 역할을 한다. 전기수력적 분사(electrohydrodynamic jettig, 이하, 'EHD 분사')후, 폴리머 껍질은 고온에서 경화되어 금속 나노구조체를 안정화시킨다. The crosslinkable polymer swells in a water-soluble environment and becomes a soft matrix to serve to fix the metal well. After electrohydrodynamic jettig ("EHD injection"), the polymer shell is cured at high temperatures to stabilize the metal nanostructures.

상기 폴리머의 가교결합은 물리적, 화학적 및 광개시적 가교결합을 포함하는 다양한 기작을 통해 달성될 수 있다. 본 발명의 이중금속 나노와이어가 내장된 가교결합성 폴리머 나노섬유를 가열하거나 자외선을 처리하면, 상기 금속 나노와이어를 둘러싸는 폴리머 사이에 가교결합이 형성되어 상기 금속 나노와이어-폴리머 사이에 네트워크가 형성된다. 그리고, 이러한 가교결합을 통한 네트워크를 형성으로 인해 물에 용해되지 않는다.Crosslinking of the polymer can be accomplished through a variety of mechanisms including physical, chemical and photoinitiated crosslinking. When the crosslinkable polymer nanofibers embedded with the double metal nanowires of the present invention are heated or subjected to ultraviolet rays, crosslinks are formed between the polymers surrounding the metal nanowires to form a network between the metal nanowire-polymers. do. And, due to the formation of a network through such crosslinking is not dissolved in water.

상기 iv) 단계에서, 가교결합성 폴리머 나노섬유에 상기 이방성 이중금속 나노와이어를 넣을 때, 전기유체역학적 분사 조절을 통해, 상기 폴리머 내에 상기 이중금속 나노와이어를 고르게 분포시킬 수 있다.In step iv), when the anisotropic double metal nanowires are placed in the crosslinkable polymer nanofibers, the double metal nanowires may be evenly distributed in the polymer through electrohydrodynamic injection control.

또 다른 측면에서 본 발명은 본 발명에 따른 이중금속 나노와이어를 포함하는 SERS 기판을 제공한다.In another aspect the invention provides a SERS substrate comprising a bimetallic nanowire according to the invention.

상기 SERS 기판이란, SERS 이미지 측정이 가능한 기판을 의미한다.The SERS substrate means a substrate capable of measuring SERS images.

상기 SERS 기판은 하기 단계를 포함하여 제조된다:The SERS substrate is made comprising the following steps:

상기 기판은,The substrate,

베이스 기판;A base substrate;

상기 베이스 기판에 형성되는 금속 박막층; 그리고A metal thin film layer formed on the base substrate; And

상기 금속 박막층 상에 형성되고자기조립 단분자층(SAM)과 이방성 이중금속 나노와이어가 결합되는 결합층;을 포함하고,And a bonding layer formed on the metal thin film layer, wherein the self-assembled monolayer (SAM) and the anisotropic double metal nanowire are bonded to each other.

상기 자기조립 단분자층과 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 정전기적 상호작용을 통해 결합되고, 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 상기 자기조립 단분자층 사이에 배열됨.The self-assembled monolayer and the anisotropic double metal nanowire are coupled through electrostatic interaction, and the anisotropic double metal nanowire is arranged between the self-assembled monolayer.

상기 자기조립 단분자층은 친수성 또는 소수성일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 소수성 단분자층을 이용하였다.The self-assembled monolayer may be hydrophilic or hydrophobic. In the embodiment of the present invention, a hydrophobic monolayer was used.

본 발명에 따른 이방성 이중금속 나노와이어, 상기 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유는 라만 강도가 향상된 표면-증강 라만 산란(SERS) 센싱 및/또는 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브 및/또는 SERS 기판으로 적용할 수 있다.Anisotropic double metal nanowires according to the present invention, the polymer nanofibers embedded with the double metal nanowires are metal nano probes for surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing and / or image measurement with improved Raman strength and / or It can be applied as SERS substrate.

도 1은 (A) 상이한 NM 길이를 갖는 ABNW 및 (B) 광자-기반 센싱을 위한 SERS 기판으로서 폴리머 나노섬유 내에 ABNW를 넣기 위한 EHD 분사 플랫폼의 합성에 대한 개략도. 금 시드에서 동시에 양방향으로 성장한 은 구획은 다른 은 구획에 도달하였으며, 이는 상이한 NW 길이를 갖는 ABNW가 교대하는 Au 및 은 구획으로 이루어졌음을 나타낸다.
도 2는 (A) UV/가시광 흡수 스펙트럼, 및 (B) 0.2 mM 내지 2 mM 범위의 NH4OH 농도에 따라 이의 플라스몬 흡수 변화 및 크기 분포를 조사하기 위한 ABNW의 DLS 프로파일. (C) 상이한 NW 길이를 갖는 ABNW의 SERS 스펙트럼.
도 3은 ABNW의 TEM 이미지 및 HADDF(high-angle annular dark-field) 이미지. (A, B) Au 시드가 42 nm의 평균 크기를 갖는 PDDA로 안정화된 경우의 Au 시드 나노입자의 TEM 이미지. (C-F) 상이한 배율에서 긴 NW 길이를 갖는 ABNW의 HAADF 및 TEM 이미지.
도 4는 보다 짧은 길이를 갖는 ABNW의 (A, B) HAADF 및 (C, D) TEM 이미지
도 5는 형광 염료로서 로다민 6G를 함유하는 ABNW-내장 폴리머 나노섬유의 공초점 레이저 스캐닝 현미경 (CLSM) 이미지. (A, D) 형광 이미지, (B, E) 밝은 필드 이미지 및 (C, F) 병합 이미지, (A, B, C) 건조 상태 및 (D, E, F) 수분 존재 상태의 나노섬유의 공초점 레이저 스캐닝 현미경 이미지.
도 6은 (A, B) ABNW-내장 폴리머 나노섬유의 서로 다른 배율에서의 TEM 이미지.
도 7은 (A) SERS-기반 정량적 분석을 위한 MGITC 농도의 함수로서 라만 스펙트럼 및 (B)상대적 라만 강도와 MGITC 농도 사이의 선형 상관관계.
도 8은 SERS-기반 센싱 적용을 위한 SERS 기판으로서 ABNW-정렬된 금 패턴을 제조하기 위한 개략도. (A) Au 시드를 AgNO3-보조 폴리올 성장 방법으로 제조하였다. (B) ABNW는 정전기적 상호작용을 통해 자가-조립 단일층 (SAM)을 가진 반대로 하전된 금-패턴 상에 흡착되어 ABNW-정렬된 금 패턴을 형성하였으며, 이는 추적 분석을 위한 SERS 기판으로서 응용 모식도.
도 9은 (A) SERS-기반 정략적 분석을 위한 MGITC 농도의 함수로서 라만 스펙트럼 및 (B) 상대적 라만 강도와 MGITC 농도 사이의 선형 상관관계.
1 is a schematic diagram of the synthesis of an EHD spray platform for (A) ABNW with different NM lengths and (B) ABNW into polymer nanofibers as SERS substrate for photon-based sensing. The silver compartments growing in both directions simultaneously in the gold seed reached other silver compartments, indicating that the ABNWs with different NW lengths consisted of alternating Au and silver compartments.
FIG. 2 shows the DLS profile of ABNW for investigating (A) UV / visible absorption spectra and (B) its plasmon absorption change and size distribution according to NH 4 OH concentration in the range of 0.2 mM to 2 mM. (C) SERS spectra of ABNWs with different NW lengths.
3 is a TEM image and high-angle annular dark-field (HADDF) image of ABNW. (A, B) TEM image of Au seed nanoparticles when Au seeds were stabilized with PDDA with an average size of 42 nm. (CF) HAADF and TEM images of ABNWs with long NW lengths at different magnifications.
4 shows (A, B) HAADF and (C, D) TEM images of ABNW with shorter length
5 is a confocal laser scanning microscope (CLSM) image of ABNW-containing polymer nanofibers containing rhodamine 6G as fluorescent dye. Balls of nanofibers in (A, D) fluorescence image, (B, E) bright field image and (C, F) merged image, (A, B, C) dry state and (D, E, F) moisture state Focus laser scanning microscope image.
6 is a TEM image at different magnifications of (A, B) ABNW-embedded polymeric nanofibers.
FIG. 7 is a linear correlation between (A) Raman spectra and (B) relative Raman intensity and MGITC concentration as a function of MGITC concentration for SERS-based quantitative analysis.
8 is a schematic diagram for producing an ABNW-aligned gold pattern as a SERS substrate for SERS-based sensing applications. (A) Au seeds were prepared by AgNO 3 -assisted polyol growth method. (B) ABNW was adsorbed onto anti-charged gold-patterns with self-assembled monolayers (SAM) through electrostatic interactions to form ABNW-aligned gold patterns, which were applied as SERS substrates for follow-up analysis. Schematic diagram.
9 is a linear correlation between (A) Raman spectra as a function of MGITC concentration for SERS-based quantitative analysis and (B) relative Raman intensity and MGITC concentration.

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.Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following examples. The following examples of the present invention are intended to embody the present invention but do not limit or limit the scope of the present invention. From the detailed description and examples of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains can be easily inferred to be within the scope of the present invention. References cited in the present invention are also incorporated into the specification of the present invention.

<실시예 1> 재료Example 1 Materials

다이에틸렌 글리콜 (DEG), 금 (III) 클로라이드 수화물 (HAuCl4.3H2O), 질산은 (AgNO3, = 99.0 %), 폴리(다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드) (PDDA, M.W.: 400,000 - 500,000, H2O 중의 20 중량%), 에탄올 (99.5 %), 수성 암모니아 (NH4OH), 말라카이드 그린 이소티오시아네이트 (MGITC), 로다민 6G를 Sigma-Aldrich (세인트 루이스, 미주리주, 미국)로부터 구입하였다. 폴리(아크릴아미드-co-아크릴산, 소듐 염), 폴리(AAm-co-AA) (M.W.: 200 kDa, 10 % 아크릴산)을 Polysciences로부터 구입하였다. 모든 유리 제품을 수성 왕수 (Regia, HCl: HNO3, 3:1)로 세척한 다음 탈이온수로 완전히 헹구었다. Milli-Q (Millipore Water Purification Systems; EMD Millipore, 베드포드, 매사추세츠주, 미국)로 정제한 탈이온수를 사용하였다.Diethylene glycol (DEG), gold (III) chloride hydrate (HAuCl 4 .3H 2 O), silver nitrate (AgNO 3, = 99.0%) , poly (diallyl dimethyl ammonium chloride) (PDDA, MW: 400,000 - 500,000, 20% by weight in H 2 O), ethanol (99.5%), aqueous ammonia (NH 4 OH), malachide green isothiocyanate (MGITC), rhodamine 6G, Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri, USA) Purchased from Poly (acrylamide-co-acrylic acid, sodium salt), poly (AAm-co-AA) (MW: 200 kDa, 10% acrylic acid) was purchased from Polysciences. All glassware was washed with aqueous aqua regia (Regia, HCl: HNO 3 , 3: 1) and then rinsed thoroughly with deionized water. Deionized water purified by Milli-Q (Millipore Water Purification Systems; EMD Millipore, Bedford, Massachusetts, USA) was used.

<실시예 2> Au 시드로부터 이방성 이중금속 Au-Ag 나노와이어의 합성Example 2 Synthesis of Anisotropic Double Metal Au-Ag Nanowires from Au Seeds

DEG는 금속 염을 환원시키는 능력을 가지고 있으며, DEG를 함유하는 용액을 신선하게 제조하였다. 시약의 용해에는 용액의 초음파처리 및 강한 볼텍싱을 사용하지 않았다. 전형적인 실험에서, 물 중의 0.25 M의 10 μL의 HAuCl4를 10 mL DEG에 첨가하고, 용액을 2분 동안 교반하여 황색이 되게 하였다. 다음으로, 250 μL PDDA를 추가로 도입하고, 혼합물을 추가의 5분 동안 교반하였다. 10 uL 탈이온수 중에 용해된 0.004 mg의 질산은을 2 mL DEG 중에 용해하고, 이를 황색의 혼합물 용액에 도입하였다. 생성된 혼합물을 교반하지 않고 유조 (oil bath) 중에 두고 210 °C에서 30분 동안 인큐베이션 하였다. 반응을 실온으로 냉각시키고 11.5 mL 물을 첨가하였다. 생성된 용액을 이방성 이중금속 Au-Ag 나노와이어 (ABNW)의 제조를 위한 Au 시드 용액으로서 사용하였다. 0.2 mM 내지 2 mM의 최종 농도의 수산화 암모늄을 1 mL의 금 시드 용액에 도입하고 5분 동안 교반하였다. 생성된 균질한 용액을 60 ℃의 오븐에 밤새 두었다. 2 mL 물을 상기 용액에 첨가하고 11,000 rpm에서 원심분리하여 펠릿의 ABNW를 정제하였다. 세척 단계를 2회 수행하고, 생성된 ABNW를 추가의 특성분석을 위해 콜로이드 상태로 1 mL 물 중에 재현탁하였다.DEG has the ability to reduce metal salts and freshly prepared solutions containing DEG. Dissolution of the reagents did not use sonication of the solution and strong vortexing. In a typical experiment, 0.25 M of 10 μL of HAuCl 4 in water was added to 10 mL DEG and the solution was stirred for 2 minutes to yellow. Next, 250 μL PDDA was further introduced and the mixture was stirred for an additional 5 minutes. 0.004 mg of silver nitrate dissolved in 10 uL deionized water was dissolved in 2 mL DEG and introduced into a yellow mixture solution. The resulting mixture was placed in an oil bath without stirring and incubated at 210 ° C. for 30 minutes. The reaction was cooled to rt and 11.5 mL water was added. The resulting solution was used as Au seed solution for the preparation of anisotropic double metal Au-Ag nanowires (ABNW). Ammonium hydroxide at a final concentration of 0.2 mM to 2 mM was introduced into 1 mL of gold seed solution and stirred for 5 minutes. The resulting homogeneous solution was placed in an oven at 60 ° C. overnight. 2 mL water was added to the solution and centrifuged at 11,000 rpm to purify the ABNW of the pellet. Wash steps were performed twice and the resulting ABNW was resuspended in 1 mL water in the colloidal state for further characterization.

<실시예 3> ABNW-내장(embedded) 폴리머 나노섬유의 합성Example 3 Synthesis of ABNW-embedded Polymer Nanofibers

제조한 ABNW 용액을 11,000 rpm에서 원심분리하고 탈이온수로 2회 세척하여 ABNW를 수집하였다. 다음으로, 폴리(AAm-co-AA)의 20.0 w/v% 용액을 탈이온수 중에서 제조하고 형광 염료로서 로다민 6G를 폴리머 용액의 0.05 w/v%의 최종 농도까지 첨가하였다. 1.0 w/v%의 최종 농도의 ABNW를 임의의 유의한 침전 없이 폴리머 용액에 현탁하였다. 이어서 ABNW 현탁액을 21 게이지의 금속 모세관 (NanoNC, 대한민국)이 장착된 1mL 주사기 (Becton-Dickinson, 뉴저지주, 미국) 내에 탑재하였다. 주입 주사기 펌프 (Kd Scientific, 미국)를 사용하여 0.6 mL/시간의 연속 유속을 유지하였다. 고압 전원 공급 장치 (NNC HV 30, Nano NC, 대한민국)의 양극을 주사기에 부착된 금속 모세관에 연결하고 음극을 알루미늄 포일(Fisherbrand, 미국)의 수집 기판에 연결하였다. 환경적 조건에 따라, 전극 사이에 분리된 거리는 10 내지 15 cm의 범위에서 변화되었다. 전압은 14 내지 16 kV 사이에서 변화하였고 연속 유속은 0.60 내지 0.80 mL/시간의 범위에서 유지되어 주위 조건 하에서 EHD 분사를 통해 ABNW-내장(임베디드) 폴리머 나노섬유를 균일하게 생성하였다. 현미경 커버 글라스를 알루미늄 수집 기판의 표면 위에 두어 건조되고 팽창된 상태의 공 초점 레이저 스캐닝 현미경 (confocal laser scanning microscope, CLSM)을 사용하여 ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 특성을 분석하였다. ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 175℃에서 12시간 동안 인큐베이션하여 아미드와 아크릴산 사이의 열적 이미드화에 의해 가교결합된 폴리(AAm-co-AA) 쇄를 화학적으로 안정화시켰다.The prepared ABNW solution was centrifuged at 11,000 rpm and washed twice with deionized water to collect ABNW. Next, a 20.0 w / v% solution of poly (AAm-co-AA) was prepared in deionized water and rhodamine 6G as fluorescent dye was added to a final concentration of 0.05 w / v% of the polymer solution. A final concentration of 1.0 w / v% ABNW was suspended in the polymer solution without any significant precipitation. The ABNW suspension was then mounted in a 1 mL syringe (Becton-Dickinson, NJ, USA) equipped with a 21 gauge metal capillary (NanoNC, South Korea). An infusion syringe pump (Kd Scientific, USA) was used to maintain a continuous flow rate of 0.6 mL / hour. The positive electrode of the high voltage power supply (NNC HV 30, Nano NC, South Korea) was connected to the metal capillary attached to the syringe and the negative electrode to the collecting substrate of aluminum foil (Fisherbrand, USA). Depending on the environmental conditions, the distance separated between the electrodes varied in the range of 10 to 15 cm. The voltage varied between 14 and 16 kV and the continuous flow rate was maintained in the range of 0.60 to 0.80 mL / hour to uniformly produce ABNW-embedded (embedded) polymer nanofibers through EHD injection under ambient conditions. The microscope cover glass was placed on the surface of the aluminum collection substrate to characterize the ABNW-embedded polymer nanofibers using a confocal laser scanning microscope (CLSM) in a dry and expanded state. ABNW-containing polymer nanofibers were incubated at 175 ° C. for 12 hours to chemically stabilize the crosslinked poly (AAm-co-AA) chain by thermal imidization between amide and acrylic acid.

<실시예 4> 특성 분석Example 4 Characterization

ABNW의 콜로이드 특성을 결정하기 위해, 633 nm의 파장을 갖는 Ne-He 레이저가 장착되어 있고 산란 각이 90 °인 Zeta sizer Nano ZS 장비 (Malvern Instruments, 말번, 영국)를 사용하여 동적 광 산란 (DLS) 및 제타 전위 측정을 수행하였다. 샘플을 탈이온수를 사용하여 10:1로 희석하고 온도를 25 ℃로 조절하였다. UV-가시광 분광기 (UV-1800, 시마츄, 일본)를 사용하여 25℃에서 중간 스캔 속도로 단일 10 스캔 모드에서 1 nm의 고정 슬릿 폭으로 300 nm에서 800 nm로 파장을 변화시키면서 ABNW의 UV-Vis 흡광도 스펙트럼을 수득하였다. 기준선을 탈이온수로 채워진 2개의 빈 셀을 사용하여 조정하였고 적어도 20회의 스캔 사이클로부터 이의 평균 크기를 수득하였다. 또한, 탈이온수 중의 이의 표면 전하를 결정하기 위해 제타-전위 측정을 수행하였다. 폴리머 나노섬유 내의 ABNW를 특성분석 하기 위해, ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 100 × 대물 오일 침지 렌즈가 장착된 공초점 레이저 스캐닝 현미경 투과 전자 현미경(CLSM, Leica TCS SP2 Leica, 독일)을 사용하여 커버 글라스로부터 직접 이미지화하였다. CLSM 이미지화를 섬유가 균일한 형태로 형성되는지 조사하기 위해 사용하였고 ABNW의 형태, 크기 및 구획화를 연구하기 위해 80 내지 200 kV의 가속 전압에서 작동하는 JEM-2100F FE-STEM (JEOL, 독일)을 사용하여 투과 전자 현미경 (TEM) 분석을 수행하였다. 샘플을 탄소의 초박막 층 (Ted Pella, Inc. 미국)으로 코팅된 400 메쉬 구리 격자 상에 증착시켰다. 또한, 12.5 mW의 레이저 출력을 가진 여기 소스에 대해 632.8 nm의 파장 (

Figure 112018095378869-pat00001
)에서 작동하는 Renishaw He-Ne 레이저가 장착된 Renishaw in Via 라만 현미경 시스템 (Renishaw, 영국)을 사용하여 모든 라만 특성분석을 수행하였다. Rayleigh 선을 수집 필터에 위치한 홀로그램 노치 필터를 사용하여 수집된 SERS 프로파일로부터 제거하였다. 라만 산란을 1 cm-1의 분광 분해능의 전하-결합된 소자 (CCD) 카메라를 사용하여 수득하고, 모든 SERS 스펙트럼을 520 cm-1 실리콘 선으로 보정하였다. MGITC로 표지된 ABNW의 콜로이드 용액을 작은 유리 모세관 (Kimble Chase, 일반 모세관, 소다 석회 유리, 내경: 1.1 - 1.2 mm, 벽: 0.2 ± 0.02 mm, 길이: 75 mm) 내에 탑재하였다. SERS 스펙트럼을 1초의 노출 시간 동안 수집하였으며, 이때 20x 대물 렌즈를 사용하여 608 내지 1738 cm-1의 파장 수 범위에서 유리 모세관 상에서 레이저 스팟을 집중시켰다.To determine the colloidal properties of ABNW, dynamic light scattering (DLS) was performed using a Zeta sizer Nano ZS instrument (Malvern Instruments, Malvern, UK) equipped with a Ne-He laser with a wavelength of 633 nm and a scattering angle of 90 °. ) And zeta potential measurements were performed. The sample was diluted to 10: 1 with deionized water and the temperature was adjusted to 25 ° C. Using the UV-Visible Spectrometer (UV-1800, Shimachu, Japan), the ABNW's UV-, while varying the wavelength from 300 nm to 800 nm with a fixed slit width of 1 nm in a single 10 scan mode at a medium scan rate at 25 ° C Vis absorbance spectra were obtained. The baseline was adjusted using two empty cells filled with deionized water and its average size was obtained from at least 20 scan cycles. Zeta-potential measurements were also performed to determine their surface charge in deionized water. To characterize ABNW in polymer nanofibers, cover glass using ABNW-embedded polymer nanofibers using a confocal laser scanning microscope transmission electron microscope (CLSM, Leica TCS SP2 Leica, Germany) equipped with a 100 × objective oil immersion lens. Imaging directly from CLSM imaging was used to investigate if the fiber was formed into a uniform shape and JEM-2100F FE-STEM (JEOL, Germany) operating at an acceleration voltage of 80 to 200 kV was used to study the shape, size and compartmentalization of the ABNW. Transmission electron microscopy (TEM) analysis was performed. Samples were deposited on a 400 mesh copper grating coated with an ultra thin layer of carbon (Ted Pella, Inc. USA). In addition, a wavelength of 632.8 nm for an excitation source with a laser power of 12.5 mW (
Figure 112018095378869-pat00001
All Raman characterizations were performed using the Renishaw in Via Raman microscope system (Renishaw, UK) equipped with a Renishaw He-Ne laser operating in. Rayleigh lines were removed from the collected SERS profile using a hologram notch filter located at the collection filter. Raman scattering was obtained using a charge-coupled device (CCD) camera with a spectral resolution of 1 cm −1 , and all SERS spectra were corrected with 520 cm −1 silicon lines. A colloidal solution of ABNW labeled with MGITC was mounted in a small glass capillary (Kimble Chase, normal capillary, soda lime glass, inner diameter: 1.1-1.2 mm, wall: 0.2 ± 0.02 mm, length: 75 mm). SERS spectra were collected for an exposure time of 1 second, using a 20 × objective lens to focus the laser spot on glass capillaries in the wavelength range of 608-1738 cm −1 .

<실시예 5> SERS 기판 제조 Example 5 Manufacture of SERS Substrate

글래스 기판을 SPM(황산 : 과산화수소 = 4 :1)과 SC-1(암모니아수 : 과산화수소 : 증류수 = 1 : 1 : 5)를 이용하여 세척한 다음 티타늄을 글래스 기판 위에 스퍼터링(Sputtering)하였다. 감광액을 3000 rpm에서 30초 동안 스핀코팅(spin coating)하였다. 1분동안 365 nm< λ < 436 nm 파장의 빛을 50 mJ/cm의 세기로 조사하여 주었다. 금 박막을 기판위에 올리고 TMPS를 이용하여 30분동안 소수성 코팅을 해 주었다. 아세톤에서 초음파를 이용하여 감광액을 제거하고 아세톤과 증류수를 이용하여 세척하였다.The glass substrate was washed with SPM (sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1) and SC-1 (ammonia water: hydrogen peroxide: distilled water = 1: 1: 5), and then titanium was sputtered onto the glass substrate. The photoresist was spin coated at 3000 rpm for 30 seconds. For 1 minute, light of 365 nm <λ <436 nm was irradiated at an intensity of 50 mJ / cm. The gold thin film was placed on a substrate and hydrophobic coating was performed for 30 minutes using TMPS. In acetone, the photoresist was removed using ultrasonic waves and washed with acetone and distilled water.

11-머캅토운데노익산(11-mercaptoundecanoic acid) 5 mM의 용액을 에탄올에 30ml 준비하였다. 금 마이크로 어레이 기판을 11-머캅토운데노익산 용액에 넣고 12시간동안 반응시켜 주었다. 자가조립이 끝난 뒤 용액을 제거하고 에탄올로 3회 세척하여 주었다. A 30 ml solution of 5 mM of 11-mercaptoundecanoic acid was prepared in ethanol. The gold micro array substrate was placed in 11-mercaptoundenoic acid solution and reacted for 12 hours. After self-assembly, the solution was removed and washed three times with ethanol.

ABNW를 포함하고 있는 수용액을 SERS 기판의 각각의 스팟에 10uL씩 떨어뜨리고 교반기(shaker)를 이용하여 4시간 동안 동적으로 결합하여 주었다. 정전기적 인력으로 결합이 끝난 기판은 증류수로 3회 세척한 뒤 라만 스펙트럼을 측정하였다. An aqueous solution containing ABNW was dropped by 10 uL into each spot of the SERS substrate and was dynamically bound for 4 hours using a shaker. The substrate, which had been bonded by electrostatic attraction, was washed three times with distilled water and then measured with Raman spectra.

<실시예 6> ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 사용한 MGITC의 추적 검출Example 6 Trace Detection of MGITC Using ABNW-Built-in Polymer Nanofibers

10-6 M 내지 10-4 M 범위의 다양한 농도를 갖는 MGITC의 다양한 용액을 3:1의 부피비를 갖는 물과 에탄올 혼합물 중에서 제조하였다. 알루미늄 포일 상에 증착시킨 ABNW-내장 폴리머 나노섬유 매트릭스를 적절한 크기로 절단하고 상이한 농도에서 MGITC 용액에 30분 동안 침지시켰다. 이어서 매트릭스를 탈이온수로 3회 완전히 세척하고, 라만 산란 분석을 위해 사용하였다. 633 nm의 He/Ne 레이저 조사 하에 5초의 노출 시간 동안 라만 스펙트럼을 수집하였다. 모든 샘플을 동일한 조건 하에 분석하였다. 라만 스펙트럼을 보정하고 정량적 분석에서 사용하였다. 각각의 샘플을 적어도 5회의 스캔 사이클에 대해 조사하고 생성된 SERS 스펙트럼 값을 평균화 하였다. 이어서 MGITC에 해당하는 1621 cm-1에서의 라만 강도를 MGITC의 농도 증가에 대해 플롯팅하였다.Various solutions of MGITCs with varying concentrations ranging from 10 −6 M to 10 −4 M were prepared in water and ethanol mixtures with a volume ratio of 3: 1. ABNW-embedded polymeric nanofiber matrices deposited on aluminum foil were cut to appropriate sizes and immersed in MGITC solution for 30 minutes at different concentrations. The matrix was then washed thoroughly three times with deionized water and used for Raman scattering analysis. Raman spectra were collected for a 5 second exposure time under 633 nm He / Ne laser irradiation. All samples were analyzed under the same conditions. Raman spectra were corrected and used in quantitative analysis. Each sample was examined for at least 5 scan cycles and the generated SERS spectral values were averaged. Raman intensity at 1621 cm −1 corresponding to MGITC was then plotted against increasing concentration of MGITC.

도 1(A)은 광자-기반 센싱을 위한 SERS 기판으로서 상이한 NW 길이를 갖는 ABNW의 합성에 대한 개략도를 나타낸다. Au 시드를 이전에 보고된 방법을 약간 변형하여 AgNO3-보조 폴리올 성장 방법으로 제조하였다(Yun Yang, et al. Controlled growth of Ag/Au bimetallic nanorods through kinetics control, Chemistry of Materials, 2012, 25(1), 34-41). 합성 반응을 금 염, 은 염 및 PDDA를 용이하게 용해시키기 위한 높은 비점 및 충분한 극성을 갖는 DEG에서 수행하였다. 보다 정확하게는, Au 시드는 Au-Ag 합금된 나노입자인 것으로 확인되었는데, 그 이유는 Au 시드를 제조할 때 소량의 Ag가 혼입되기 때문이다. Au 시드 상에 Ag 구획을 성장시키기 위해, AgNO3 및 DEG를 Ag 전구체 및 환원제로서 개별적으로 사용하였고 PDDA를 캡핑제로 사용하였다. Ag 쉘을 주위 조건 하에 60℃에서 Au 시드 상에 성장시켜서 ABNW를 형성하였다. 금 시드에서 동시에 양방향으로 성장한 은 구획은, 다른 금 구획에서 자라기 시작한, 다른 은 구획에 도달하였으며, 이는 상이한 NW 길이를 갖는 ABNW가 교대하는 Au 및 은 구획으로 이루어졌음을 나타낸다. 이러한 ABNW는 기존의 금속 나노와이어와 달리 약 2,000 nm의 더 긴 길이를 나타냈다. 도 1(B)는 폴리머 나노섬유 내에 ABNW를 캡슐화하기 위한 EHD 분사 플랫폼의 개략도를 나타낸다. 수성 조건 하에 폴리(AAm-co-AA) 용액 중의 ABNW의 균질한 분산액을 스테인리스 강 모세관이 부착된 플라스틱 주사기에 충진하였다. 고전압을 인가하면, Taylor 콘이 형성되고 제트 기류가 EHD 분사를 통해 ABNW-임베디드 폴리(AAm-co-AA) 나노섬유로 변환되었다. 이러한 ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 추적 분석을 위한 SERS 기판으로서 적용하였다.1 (A) shows a schematic diagram of the synthesis of ABNWs with different NW lengths as SERS substrates for photon-based sensing. Au seeds were prepared by AgNO 3 -assisted polyol growth method with a slight modification of the previously reported method (Yun Yang, et al. Controlled growth of Ag / Au bimetallic nanorods through kinetics control, Chemistry of Materials, 2012, 25 (1) ), 34-41). Synthesis reactions were carried out in DEG with high boiling point and sufficient polarity to readily dissolve the gold salt, silver salt and PDDA. More precisely, the Au seeds were found to be Au-Ag alloyed nanoparticles because a small amount of Ag was incorporated when preparing the Au seeds. To grow Ag sections on Au seeds, AgNO 3 and DEG were used separately as Ag precursors and reducing agents and PDDA as capping agents. Ag shells were grown on Au seeds at 60 ° C. under ambient conditions to form ABNW. The silver compartments growing in both directions simultaneously in the gold seed reached other silver compartments, which began to grow in the other gold compartments, indicating that the ABNWs with different NW lengths consisted of alternating Au and silver compartments. This ABNW showed a longer length of about 2,000 nm, unlike conventional metal nanowires. 1 (B) shows a schematic of an EHD spray platform for encapsulating ABNW in polymer nanofibers. A homogeneous dispersion of ABNW in poly (AAm-co-AA) solution under aqueous conditions was filled into a plastic syringe with a stainless steel capillary. Upon application of a high voltage, a Taylor cone was formed and the jet stream was converted to ABNW-embedded poly (AAm-co-AA) nanofibers via EHD injection. These ABNW-embedded polymer nanofibers were applied as SERS substrates for follow-up analysis.

도 2는 UV/가시광 흡수 스펙트럼, 및 이의 플라스몬 흡수 변화 및 크기 분포를 조사하기 위한 ABNW의 DLS 프로파일을 나타낸다. Au 시드는 금 시드의 전형적인 플라스몬 공명으로서 570 nm에서 가시 광선을 흡수하였다. 500 nm 이하에서의 흡광도는 AgCl의 침전, AgNO3로부터의 Ag 및 HAuCl4로부터의 Cl 이온을 나타냈다. ABNW를 제조할 때, Ag 이온의 감소로 인해 보다 짧은 파장에서의 AgCl의 흡수는 발생하지 않았다. Au 시드로부터의 은 구획의 성장 단계에서, AgCl을 전구체로 사용하였고 수성 암모늄을 ABNW 성장 용액과 혼합하여 AgCl의 환원 및 성장 과정을 개시하였다. 수산화 암모늄의 농도가 AgCl의 환원 속도에 크게 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며, 이는 상이한 UV 흡수 피크를 나타낸다. ABNW의 DLS 프로파일은 상이한 유체역학적인 크기를 나타냈는데 그 이유는 Au 시드 상의 Ag의 성장 패턴이 수산화 암모늄의 농도에 의해 제어되기 때문이다. 2 mM의 최종 수산화 암모늄 농도는 약 1 내지 2 mm의 길이를 갖는 긴 나노와이어를 생성하였다. 그러나, 수산화 암모늄의 최종 농도가 0.2 mM일 때, ABNW 크기가 약 300 nm였고, Ag 성장 속도는 수산화 암모늄의 농도에 따라 변화함을 나타냈다. 따라서, 수산화 암모늄은 암모니아가 콜로이드 용액의 염기성을 높여서 DEG 환원 공정을 보다 강력하게 하기 때문에 Ag 형성 속도를 가속화시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 라만 리포터로서 MGITC를 ABNW의 콜로이드 용액에 도입하여 이소티오시아네이트 기 (-N=C=S)와의 배위 결합을 통해 ABNW 상에 선택적으로 흡착함으로써 NW 길이에 따라 핫스팟을 나타냈다. 긴 ABNW는 보다 짧은 신호와 비교하여 매우 향상된 SERS 신호를 나타냈다. 참고로, 본 실시예에서 긴 나노와이어는 2000 nm, 짧은 나노와이어는 300 nm 크기이다. Figure 2 shows the DLS profile of the ABNW to investigate the UV / Visible light absorption spectrum and its plasmon absorption change and size distribution. Au seed absorbed visible light at 570 nm as a typical plasmon resonance of gold seeds. Absorbance below 500 nm showed precipitation of AgCl, Ag from AgNO 3 and Cl ions from HAuCl 4 . When preparing ABNW, no absorption of AgCl at shorter wavelengths occurred due to the reduction of Ag ions. In the growth phase of the silver compartment from the Au seed, AgCl was used as a precursor and aqueous ammonium was mixed with ABNW growth solution to initiate the reduction and growth process of AgCl. It was found that the concentration of ammonium hydroxide greatly influences the reduction rate of AgCl, which shows different UV absorption peaks. The DLS profiles of the ABNW showed different hydrodynamic magnitudes because the growth pattern of Ag on the Au seeds is controlled by the concentration of ammonium hydroxide. The final ammonium hydroxide concentration of 2 mM produced long nanowires having a length of about 1 to 2 mm. However, when the final concentration of ammonium hydroxide was 0.2 mM, the ABNW size was about 300 nm and the Ag growth rate was shown to change with the concentration of ammonium hydroxide. Therefore, ammonium hydroxide has been found to accelerate the rate of Ag formation because ammonia increases the basicity of the colloidal solution to make the DEG reduction process more powerful. In addition, as a Raman reporter, MGITC was introduced into a colloidal solution of ABNW to selectively adsorb onto the ABNW via coordination bonds with isothiocyanate groups (-N = C = S) to show hot spots along the length of the NW. The long ABNW showed a much improved SERS signal compared to the shorter signal. For reference, in the present embodiment, the long nanowire is 2000 nm and the short nanowire is 300 nm in size.

도 3(A) 및 (B)는 시드로서 Au 나노입자의 TEM 및 HAADF 이미지를 나타낸다. 이는 이미지에서 무작위로 선택된 30개의 물체를 계수한 결과 Au 시드의 평균 엣지 길이가 36.3 nm인 것으로 나타났다. 도 3(C-F)는 길이가 더 긴 ABNW의 HAADF 및 TEM 이미지를 나타낸다. 최종 농도가 2.0 mM인 수산화 암모늄은 긴 NW를 생성하였고 이의 평균 길이는 약 2.5 mm인 것으로 확인되었다. 3 (A) and (B) show TEM and HAADF images of Au nanoparticles as seeds. This resulted in the counting of 30 randomly selected objects in the image, indicating that the average edge length of the Au seeds was 36.3 nm. 3 (C-F) shows HAADF and TEM images of longer ABNWs. Ammonium hydroxide with a final concentration of 2.0 mM produced a long NW and its average length was found to be about 2.5 mm.

도 4 (A - D)는 보다 짧은 길이를 가진 ABNW의 TEM 및 HAADF 이미지를 나타낸다. 최종 농도가 2.0 mM인 수산화 암모늄은 보다 짧은 NW를 생성하였고 이의 평균 길이는 약 300 nm인 것으로 확인되었다. Ag 원자가 Au 시드 표면 상에 비균질 핵 형성을 통해 원자를 형성하면, 이러한 위치는 Ag 성장을 유도하는 활성 부위로서 작용한다. 0.2 mM의 수산화 암모늄을 사용하는 경우, Ag 원자의 형성 속도가 느려서 핵 형성 단계에서 Ag 원자의 농도가 낮아진다. 한편, 2.0 mM의 수산화 암모늄을 사용하는 경우, Ag 원자의 형성 속도는 빨라서 핵 형성 단계에서 은 구획의 성장을 위한 다량의 Ag 원자가 생성된다. 그 결과, 수산화 암모늄에 의해 유도된 Ag 원자의 상이한 형성 속도는 Ag 원자의 상이한 농도를 생성했고 ABNW의 길이를 상이하게 만들었다.4 (A-D) show TEM and HAADF images of ABNW with shorter lengths. Ammonium hydroxide with a final concentration of 2.0 mM produced shorter NW and its average length was found to be about 300 nm. If the Ag atoms form atoms via heterogeneous nucleation on the Au seed surface, these sites serve as active sites to induce Ag growth. When 0.2 mM ammonium hydroxide is used, the formation rate of Ag atoms is slowed down, resulting in a low concentration of Ag atoms in the nucleation step. On the other hand, when using 2.0 mM ammonium hydroxide, the formation speed of Ag atoms is high, and a large amount of Ag atoms for the growth of the silver compartment is generated in the nucleation step. As a result, different rates of formation of Ag atoms induced by ammonium hydroxide produced different concentrations of Ag atoms and made ABNW different in length.

다음으로, ABNW는 EHD 분사를 통해 폴리머 나노섬유 내에 캡슐화된 다음 폴리(AAm-co-AA) 그물망의 열적 이미드화를 통해 화학적으로 안정화되었다. 수용성 폴리머인 폴리(AAm-co-AA)는 구형 나노입자 및 나노섬유의 형태로 생명공학 분야에 널리 사용된다. 이러한 폴리머 나노섬유의 화학적 가교결합은 다양한 추적 분석을 위해 물에서의 용해에 대한 저항성을 높이는 중요한 단계이다. 가교된 폴리(AAm-co-AA) 쇄의 다수의 아미드 및 카복실 기는 175℃에서 열적 가교결합 하는 동안 폴리머 쇄 사이에 이미드 결합을 형성하여 수성 조건 하에 안정하게 만든다. 도 5는 폴리머 나노섬유의 건조 상태 및 수분을 함유하는 상태의 ABNW-내장 폴리머 나노섬유의 공초점 레이저 스캐닝 현미경 (CLSM) 이미지를 나타낸다. 도 6은 폴리머 나노섬유의 건조 상태의 ABNW-내장 폴리머 나노섬유의 TEM 이미지를 나타낸다. 폴리머 나노섬유 내에 ABNW 입자를 확인할 수 있었다. 분석물은 팽창된 폴리머 나노섬유 구조체 내로 확산되고 ABNW의 표면 상에 물리적 또는 화학적으로 흡착되어 라만 강도를 측정할 수 있기 때문에 다수의 화학적 센싱을 위한 SERS 기판으로서 사용되었다. ABNW-내장 폴리머 나노섬유 내의 MGITC의 SERS 신호 향상은 표적 분자로서 상이한 농도의 MGITC 내로 이들을 침지시켜 분석하였다. Next, the ABNW was encapsulated in polymer nanofibers via EHD injection and then chemically stabilized through thermal imidization of poly (AAm-co-AA) meshes. Poly (AAm-co-AA), a water-soluble polymer, is widely used in the field of biotechnology in the form of spherical nanoparticles and nanofibers. Chemical crosslinking of these polymer nanofibers is an important step in increasing the resistance to dissolution in water for various follow-up assays. Many amide and carboxyl groups of the crosslinked poly (AAm-co-AA) chain form imide bonds between the polymer chains during thermal crosslinking at 175 ° C., making them stable under aqueous conditions. 5 shows confocal laser scanning microscopy (CLSM) images of ABNW-embedded polymer nanofibers in the dry and water-containing states of polymer nanofibers. 6 shows a TEM image of ABNW-embedded polymer nanofibers in the dry state of polymer nanofibers. ABNW particles could be identified in the polymer nanofibers. The analytes were used as SERS substrates for many chemical sensing because they can diffuse into the expanded polymer nanofiber structure and be physically or chemically adsorbed on the surface of the ABNW to measure Raman strength. SERS signal enhancement of MGITCs in ABNW-embedded polymer nanofibers was analyzed by dipping them into different concentrations of MGITCs as target molecules.

도 7에 나타난 바와 같이, 이소티오시아네이트 기 (-N=C=S)의 배위 결합을 통한 폴리머 나노섬유 내의 ABNW 상으로의 MGITC의 선택적 흡착은 MGITC의 농도에 따라 라만 신호의 증가를 나타냈으며, 이는 추적 분석을 위한 SERS 기판으로서 유용하다. 결론적으로, 이러한 ABNW-내장 폴리머 나노섬유는 광자-기반 화학적 센싱을 위한 최첨단 SERS 기판으로서 유리할 수 있다.As shown in FIG. 7, selective adsorption of MGITC onto ABNW in polymer nanofibers via coordination bonds of isothiocyanate groups (-N = C = S) showed an increase in Raman signal depending on the concentration of MGITC. This is useful as a SERS substrate for follow-up analysis. In conclusion, these ABNW-embedded polymer nanofibers may be advantageous as cutting edge SERS substrates for photon-based chemical sensing.

도 8은 SERS-기반 센싱 적용을 위한 SERS 기판으로서 ABNW을 포함한 금 패턴을 제조하기 위한 개략도이다. 양전하를 띄는 PDDA로 표면이 씌워져 있는 ABNW는 금 기판위에 음전하를 띄는 자가-조립 단일층(SAM)을 가진 금-패턴 상에 정전기적 상호작용을 통해 흡착되어 ABNW-정렬된 금 패턴을 형성하였으며, 이는 추적 분석을 위한 SERS 기판으로서 유용하다. 또한 도 9에 나타난 바와 같이, ABNW-정렬된 금 패턴 상으로의 MGITC의 선택적 흡착은 MGITC 농도에 따라 라만 신호의 증가를 나타냈으며, 이러한 ABNW-정렬된 금 패턴은 광자-기반 화학적 센싱을 위한 SERS 기판으로서 응용될 수 있다.8 is a schematic diagram for producing a gold pattern including ABNW as a SERS substrate for SERS-based sensing applications. ABNW, surfaced with positively charged PDDA, was adsorbed through electrostatic interaction on a gold-pattern with a negatively-charged self-assembled monolayer (SAM) on the gold substrate, forming an ABNW-aligned gold pattern. This is useful as a SERS substrate for trace analysis. In addition, as shown in FIG. 9, the selective adsorption of MGITC onto the ABNW-aligned gold pattern showed an increase in Raman signal with MGITC concentration, and this ABNW-aligned gold pattern was a SERS for photon-based chemical sensing. It can be applied as a substrate.

본 발명은 (1) 상이한 나노와이어 길이를 가진 이방성 이중금속 나노와이어 (anisotropic bimetal nanowire, ABNW), (2) ABNW-내장 폴리머 나노섬유(ABNW-embedded polymer nanofiber)의 합성, 이의 제조 및 광자-기반 센싱, 및 생물의학 응용분야의 적용을 개시한다. The present invention relates to (1) anisotropic bimetal nanowires (ABNWs) with different nanowire lengths, (2) synthesis of ABNW-embedded polymer nanofibers, their preparation and photon-based Sensing, and application of biomedical applications.

Au 나노구조체 상에 Ag의 성장을 정밀하게 제어하고 신장시켜 시드(seed)를 만들고, 수 mm까지 다양한 길이로 용이하게 맞춤으로써 교대로 Au와 Ag 구획으로 이루어진 ABNW를 합성하였다. 하기 실시예에서, 이들은 우수한 물리화학적- 및 광학적 특성을 나타냈고, 금 및 은과 같은 등방성 금속 나노와이어(isotropic metal nanowires)와 비교하여 수성 조건 하에 콜로이드 상태를 유지하였다. ABNW를 금속 패턴 상에 정렬시킴으로써 이를 SERS 기판으로 사용하여, 매우 재현성 있는 결과로 신속하고 민감하게 화학적으로 목적 물질을 검출을 할 수 있다. 그 이유는 이러한 ABNW가 다른 등방성 금속 나노와이어에 비해 크게 향상된 라만 강도를 나타내기 때문이다. 양전하를 띤 이러한 ABNW를 정전기적 상호작용을 통해 음으로 하전된 금 패턴 상에 정렬시킨 결과 SERS 강도가 증가하였는데, 이는 잠재적으로 ABNW 사이 그 자체 및 ABNW와 패턴화된 금 사이의 근접성이 더 가까워졌기 때문이다. By precisely controlling and stretching the growth of Ag on the Au nanostructures, a seed was made, and ABNWs composed of Au and Ag compartments were alternately synthesized by easily fitting them to various lengths up to several mm. In the examples below, they exhibited good physicochemical- and optical properties and remained colloidal under aqueous conditions compared to isotropic metal nanowires such as gold and silver. By aligning the ABNW on a metal pattern, it can be used as a SERS substrate to quickly and sensitively detect target chemicals with very reproducible results. This is because these ABNWs exhibit significantly improved Raman strength compared to other isotropic metal nanowires. Aligning these positively charged ABNWs on the negatively charged gold pattern through electrostatic interactions increased the SERS strength, potentially leading to closer proximity between the ABNW itself and the ABNW and the patterned gold. Because.

또한, ABNW를 전기수력학적 (EHD) 분사에 의해 폴리머 나노섬유 내로 캡슐화하고, 열적 이미드화를 통해 폴리머 그물망을 화학적으로 가교결합하였다. ABNW-내장 폴리머 나노섬유는 나노섬유 내에 상이한 밀도의 ABNW의 도입으로 인해 제어된 SERS 강도를 나타내는 동시에 넓은 범위의 pH 및 이온 강도에서 화학적 안정성을 유지하였다. 광범위한 분석물에서 재현성있는 정량적 추적 분석과 함께 몇몇 화학적 환경에 대한 제어가능한 SERS 신호, 고감도, 물리적- 및 화학적 안정성은 ABNW-내장 폴리머 나노섬유를 추적 검출 적용에 유용한 최첨단 SERS 기판으로 만들 수 있다. In addition, the ABNW was encapsulated into polymer nanofibers by electrohydrodynamic (EHD) injection and chemically crosslinked the polymer mesh via thermal imidization. ABNW-embedded polymer nanofibers exhibit controlled SERS strength due to the introduction of different densities of ABNW into the nanofibers while maintaining chemical stability over a wide range of pH and ionic strengths. Controllable SERS signals, high sensitivity, physical- and chemical stability to several chemical environments, along with reproducible quantitative traceability analysis on a wide range of analytes, can make ABNW-embedded polymer nanofibers a state-of-the-art SERS substrate useful for trace detection applications.

Claims (20)

금(Au) 구획 및 은(Ag) 구획으로 구성되고,
상기 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결된 선형태인 Au-Ag으로 구성되며, 20 nm 내지 20,000 nm 길이를 갖는 이방성 이중금속 나노와이어.
Consisting of a gold (Au) compartment and a silver (Ag) compartment,
The gold compartment and the silver compartment are alternately formed, consisting of Au-Ag which is connected linearly, anisotropic double metal nanowire having a length of 20 nm to 20,000 nm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이방성 이중 금속 나노와이어에 라만 리포터가 더 포함된 것인, 이방성 이중 금속 나노와이어.
The method of claim 1,
The anisotropic double metal nanowires further comprises a Raman reporter, anisotropic double metal nanowires.
제3항의 이방성 이중 금속 나노와이어를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 센싱 및/또는 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브.
Metal nano probe for surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing and / or image measurement using the anisotropic double metal nanowire of claim 3.
환원제; 금 전구체; 및 은 전구체가 포함된 시드(seed) 용액을 준비하고;
상기 시드 용액에 수산화암모늄을 첨가하여 교반하고; 그리고
금 시드에서 동시에 양 방향으로 은이 성장하여 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결되어 금(Au)-은(Ag) 구획이 교대로 나타나는 이중 금속 나노와이어를 형성하는;
단계를 포함하는, Au-Ag으로 구성된 이방성 이중 금속 나노와이어 제조방법.
reducing agent; Gold precursors; And a seed solution containing a silver precursor;
Stirring by adding ammonium hydroxide to the seed solution; And
Silver simultaneously grows in both directions in the gold seed so that the gold and silver compartments are alternately connected to form double metal nanowires in which the gold (Au) -silver (Ag) compartments alternate;
Method for producing an anisotropic double metal nanowire consisting of Au-Ag, comprising the step.
제5항에 있어서,
상기 수산화암모늄의 농도는 0.002 내지 2,000 mM인 이방성 이중 금속 나노와이어 제조방법.
The method of claim 5,
The concentration of the ammonium hydroxide is 0.002 to 2,000 mM anisotropic double metal nanowire manufacturing method.
제5항에 있어서,
상기 이중 금속 나노와이어를 형성하는 단계 이후에, 라만 리포터를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인, 이방성 이중 금속 나노와이어 제조방법.
The method of claim 5,
After forming the double metal nanowire, further comprising the step of adding a Raman reporter, anisotropic double metal nanowire manufacturing method.
가교결합성 폴리머 나노섬유 내부에, 제1항의 이방성 이중금속 나노와이어가 들어있는, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유.
A polymer nanofiber having anisotropic double metal nanowires embedded therein, wherein the anisotropic double metal nanowires are contained within the crosslinkable polymer nanofibers.
제8항에 있어서,
상기 가교결합성 폴리머는 폴리(아크릴아미드-코-아크릴레이트)[poly(acrylamide-coacrylic acid, poly(AAm-co-AA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-스테아릴 아크릴레이트)[Poly (Nisopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly(NIPAm-co-SA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-알릴아민)[poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 및 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 poly(NIPAM-co-AA)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유.
The method of claim 8,
The crosslinkable polymer is poly (acrylamide-coacrylic acid, poly (AAm-co-AA)], poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate) [Poly (Nisopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly (NIPAm-co-SA)], poly (N-isopropyl acrylamide-co-allylamine), poly ( NIPAM-co-AA), and poly (NIPAM-co-AA) having an acrylic moiety, wherein the polymer nanofibers with anisotropic double metal nanowires are embedded.
제8항에 있어서,
상기 금속 나노 와이어를 둘러싸는 상기 폴리머 사이에 가교결합이 형성되어 상기 금속 나노와이어와 상기 폴리머 사이에 네트워크가 형성되는 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유.
The method of claim 8,
Cross-linking is formed between the polymer surrounding the metal nanowires to form a network between the metal nanowires and the polymer, polymer nanofibers embedded with anisotropic double metal nanowires.
제8항에 있어서,
상기 이중 금속 나노와이어의 길이는 20 nm 내지 20,000 nm인 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유.
The method of claim 8,
The double metal nanowires have a length of 20 nm to 20,000 nm, the polymer nanofibers embedded with anisotropic double metal nanowires.
제8항에 있어서,
상기 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유에 라만 리포터를 더 포함하는 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유.
The method of claim 8,
A polymer nanofiber embedded with anisotropic double metal nanowires further comprising a Raman reporter in the polymer nanofibers embedded with the anisotropic double metal nanowires.
제12항의 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브.
A metal nano probe for surface-enhanced Raman scattering (SERS) image measurement using polymer nanofibers embedded with the anisotropic double metal nanowire of claim 12.
i) 환원제; 금 전구체; 및 은 전구체가 포함된 시드(seed) 용액을 준비하고;
ii) 상기 용액에 수산화암모늄을 첨가하고 교반하고
iii) 금 시드에서 동시에 양 방향으로 은이 성장하여 금 구획 및 은 구획이 교대로 형성되면서 연결되어 금(Au)-은(Ag) 구획이 교대로 나타나는, Au-Ag로 구성된 이방성 금속 나노와이어를 제조하고;
iv) 전기수력적 분사(Electrohydrodynamic jetting, EHD) 방법을 통해 가교결합성 폴리머 나노섬유에 상기 이방성 금속 나노와이어를 넣어서, 이방성 금속 나노와이어가 내장된(embedded) 폴리머 나노섬유를 제조하고; 그리고
v) 상기 이방성 금속 나노와이어 내장 폴리머 나노섬유의 폴리머를 가교결합시키는;
단계를 포함하는, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법.
i) reducing agent; Gold precursors; And a seed solution containing a silver precursor;
ii) add ammonium hydroxide to the solution and stir
iii) Anisotropic metal nanowires composed of Au-Ag, in which silver grows in both directions simultaneously in the gold seed, where the gold compartments and the silver compartments are alternately connected, whereby the gold (Au) -silver (Ag) compartments alternately appear. and;
iv) inserting the anisotropic metal nanowires into the crosslinkable polymer nanofibers by using an electrohydrodynamic jetting (EHD) method to prepare the polymer nanofibers embedded with the anisotropic metal nanowires; And
v) crosslinking a polymer of said anisotropic metal nanowire embedded polymer nanofiber;
Including a step, anisotropic double metal nanowires embedded polymer nanofiber manufacturing method.
제14항에 있어서,
상기 ii) 단계에서, 상기 수산화암모늄의 농도는 0.002 내지 2,000 mM인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법.
The method of claim 14,
In the step ii), the concentration of the ammonium hydroxide is 0.002 to 2,000 mM, an anisotropic double metal nanowire embedded polymer nanofiber manufacturing method.
제14항에 있어서,
상기 iv) 단계에서, 상기 가교결합성 폴리머는 폴리(아크릴아미드-코-아크릴레이트)[poly(acrylamide-coacrylic acid, poly(AAm-co-AA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-스테아릴 아크릴레이트)[Poly (Nisopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly(NIPAm-co-SA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-알릴아민)[poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 및 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 poly(NIPAM-co-AA)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법.
The method of claim 14,
In the step iv), the crosslinkable polymer is poly (acrylamide-coacrylic acid, poly (AAm-co-AA)], poly (N-isopropyl acrylamide-co Poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly (NIPAm-co-SA), poly (N-isopropyl acrylamide-co-allylamine) [poly (N-isopropylacrylamide-co -allylamine), poly (NIPAM-co-AA)], and poly (NIPAM-co-AA) having an acrylic moiety selected from the group consisting of polymer nanowires embedded with anisotropic double metal nanowires Fiber manufacturing method.
제14항에 있어서,
상기 iv) 단계에서, 가교결합성 폴리머 나노섬유에 상기 이방성 이중금속 나노와이어를 넣을 때, 전기유체역학적 분사 조절을 통해, 상기 폴리머 내에 상기 이중금속 나노와이어를 고르게 분포시킬 수 있는 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 다른 밀도로 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법.
The method of claim 14,
In the step iv), when the anisotropic double metal nanowires into the crosslinkable polymer nanofibers, through the electrohydrodynamic spraying control, it is possible to evenly distribute the double metal nanowires in the polymer, anisotropic double Polymer nanofiber manufacturing method in which metal nanowires are embedded at different densities.
제14항에 있어서,
상기 v) 단계에서, 상기 가교결합은 물리적, 화학적 또는 광개시적으로 이루어지는 가교결합인 것인, 이방성 이중금속 나노와이어가 내장된 폴리머 나노섬유 제조방법.
The method of claim 14,
In the step v), the cross-linking is a cross-linking made of physical, chemical or photoinitiated, anisotropic double metal nanowires embedded polymer nanofiber manufacturing method.
제1항의 이중금속 나노와이어를 포함하는 SERS 기판.
A SERS substrate comprising the bimetallic nanowire of claim 1.
제19항에 있어서,
상기 기판은,
베이스 기판;
상기 베이스 기판에 형성되는 금속 박막층; 그리고
상기 금속 박막층 상에 형성되고, 자기조립 단분자층(SAM)과 이방성 이중금속 나노와이어가 결합되는 결합층;을 포함하고,
상기 자기조립 단분자층과 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 정전기적 상호작용을 통해 결합되고, 상기 이방성 이중금속 나노와이어가 상기 자기조립 단분자층 사이에 배열되는 것인, SERS 기판.
The method of claim 19,
The substrate,
A base substrate;
A metal thin film layer formed on the base substrate; And
And a bonding layer formed on the metal thin film layer and having a self-assembled monolayer (SAM) and an anisotropic double metal nanowire bonded thereto.
The self-assembled monolayer and the anisotropic double metal nanowires are bonded through an electrostatic interaction, the anisotropic double metal nanowires are arranged between the self-assembled monolayer, SERS substrate.
KR1020180114917A 2017-09-22 2018-09-27 Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses KR102081391B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170122731 2017-09-22
KR20170122731 2017-09-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190034127A KR20190034127A (en) 2019-04-01
KR102081391B1 true KR102081391B1 (en) 2020-02-25

Family

ID=66104588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180114917A KR102081391B1 (en) 2017-09-22 2018-09-27 Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102081391B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102434781B1 (en) * 2020-11-30 2022-08-22 한국과학기술원 3D Plasmonic Composite Structures with Ultrathin Hydrogel Skin
KR20240042871A (en) * 2022-09-26 2024-04-02 한국과학기술원 Deep learning and self-assembled monolayer-based alzheimer's disease diagnosis method and sers substrate for the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101364245B1 (en) 2011-04-06 2014-02-21 한양대학교 에리카산학협력단 Method of preparing a biohybrid metal nanoprobe for image measurement of surface-enhanced raman scattering
KR101598757B1 (en) * 2012-08-24 2016-03-03 한양대학교 에리카산학협력단 Inorganic―organic nanofiber composite substrates for fast and sensitive trace analysis based on surface enhanced raman scattering and the method using the same
US20160268013A1 (en) * 2012-03-01 2016-09-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Conductive nanowire films
CN103990813B (en) 2014-06-09 2016-10-19 谢雅聪 A kind of preparation method of nanowires of gold

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101364245B1 (en) 2011-04-06 2014-02-21 한양대학교 에리카산학협력단 Method of preparing a biohybrid metal nanoprobe for image measurement of surface-enhanced raman scattering
US20160268013A1 (en) * 2012-03-01 2016-09-15 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Conductive nanowire films
KR101598757B1 (en) * 2012-08-24 2016-03-03 한양대학교 에리카산학협력단 Inorganic―organic nanofiber composite substrates for fast and sensitive trace analysis based on surface enhanced raman scattering and the method using the same
CN103990813B (en) 2014-06-09 2016-10-19 谢雅聪 A kind of preparation method of nanowires of gold

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190034127A (en) 2019-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Serrano-Montes et al. A general method for solvent exchange of plasmonic nanoparticles and self-assembly into SERS-active monolayers
Zhang et al. Co-assembly of Au nanorods with Ag nanowires within polymer nanofiber matrix for enhanced SERS property by electrospinning
Cao et al. Gold nanorod-based localized surface plasmon resonance biosensors: A review
Volkert et al. Salt-mediated self-assembly of thioctic acid on gold nanoparticles
KR101598757B1 (en) Inorganic―organic nanofiber composite substrates for fast and sensitive trace analysis based on surface enhanced raman scattering and the method using the same
Sajanlal et al. Functional hybrid nickel nanostructures as recyclable SERS substrates: detection of explosives and biowarfare agents
Vu et al. The sensitive detection of methylene blue using silver nanodecahedra prepared through a photochemical route
Do et al. The highly sensitive determination of serotonin by using gold nanoparticles (Au NPs) with a localized surface plasmon resonance (LSPR) absorption wavelength in the visible region
Dutta Choudhury et al. Silver–gold nanocomposite substrates for metal-enhanced fluorescence: Ensemble and single-molecule spectroscopic studies
Tian et al. Multiplexed charge-selective surface enhanced Raman scattering based on plasmonic calligraphy
KR102081391B1 (en) Anisotropic bimetal nanowires, bimetal nanowire-embedded polymer nanofibers, SERS substrates with the anisotropic bimetal nanowires, method thereof and its uses
Jia et al. Giant vesicles with anchored tiny gold nanowires: fabrication and surface-enhanced Raman scattering
Del Rosso et al. Synthesis of oxocarbon-encapsulated gold nanoparticles with blue-shifted localized surface plasmon resonance by pulsed laser ablation in water with CO2 absorbers
Zhang et al. Plasmonic superlattice membranes based on bimetallic nano-sea urchins as high-performance label-free surface-enhanced Raman spectroscopy platforms
Wang et al. Flexible and superhydrophobic silver nanoparticles decorated aligned silver nanowires films as surface-enhanced raman scattering substrates
Ponlamuangdee et al. Fabrication of paper-based SERS substrate using a simple vacuum filtration system for pesticides detection
Trang et al. Hotspot-type silver-polymers grafted nanocellulose paper with analyte enrichment as flexible plasmonic sensors for highly sensitive SERS sensing
Usman et al. Biosensing through surface enhanced Raman spectroscopy: a review on the role of plasmonic nanoparticle-polymer composites
Wongravee et al. Nanoporous silver microstructure for single particle surface-enhanced Raman scattering spectroscopy
KR102164579B1 (en) Anisotropic acorn-type bimetal nanoparticles, their directionally clustered nanostructures, preparation and surface enhanced Raman scattering-based biosensing applications
Bauer et al. Synthesis of 3D dendritic gold nanostructures assisted by a templated growth process: application to the detection of traces of molecules
Sun et al. Type I collagen-templated assembly of silver nanoparticles and their application in surface-enhanced Raman scattering
Hang et al. Green and rapid synthesis of porous Ag submicrocubes via Ag3PO4 templates for near-infrared surface-enhanced Raman scattering with high accessibility
WO2016074653A2 (en) Method for preparation of silver colloidal particle layers onto glass substrate for surface enhanced raman spectroscopy, substrate and use thereof
KR20190034110A (en) Directionally Clustered Nanostructures of Compartmentalized Bimetal Nanorods as Surface Enhanced Raman Scattering Nanoprobes for Biosensing and the Methods Thereof

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