KR102103075B1 - 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법 - Google Patents

국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법 Download PDF

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Abstract

국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브가 제공된다. 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 결합기, 상기 결합기 상에 배치되는 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자 상에 배치되고, 수은 이온과 선택적으로 결합하는 티민(Thymine)을 가지는 검출기를 포함하며, 상기 검출기에 수은 이온의 결합 여부에 따라 서로 다른 국소 표면 플라즈마 특성을 제공할 수 있다.

Description

국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법 {Localized surface plasma-based mercury ion detection probe, method of manufacturing the same, and mercury detection method using the same}
본 발명은 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법에 관한 것으로서, 금속 나노 입자를 통한 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법에 관련된 것이다.
화학, 생물학, 의학 및 환경 분야 등 많은 분야에서는 시험 용액에 함유되어 있는 다양한 이온의 농도를 신속 정확하게 분석할 필요가 있고, 이러한 분석에는 특정 이온에 대한 선택성이 있는 화학센서 물질들이 사용된다. 이러한 물질은, 특정 이온에 대한 전기, 저항 등의 전기적 성질이나, 색채, 형광 등의 광학적 성질의 변화를 측 정하여 특정 이온의 분석에 적용될 수 있다. 화학센서 물질 중 중금속 양/음이온, 유기물질, 강산 등을 감지하는 센서물질의 개발은, 산업, 환경, 바이오 분 야 등에서 이들의 잠재적인 적용 가능성 때문에 지난 수십 년간 많은 관심을 받아왔다.
특히, 환경오염을 일으키는 중금속 양이온 중에서 수은 이온은, 환경에 유출 시 인간, 환경 등에 심각한 영향을 끼칠 수 있는 유해물질이다. 예를 들어, 이러한 수은 이온이 해양 환경으로 유입될 경우에, 박테리아는 수은 이온을 신경 독성을 갖는 메틸수은(II)으로 전환시키고, 이는 동물 및 인간에게 회복 불가능한 심각한 신경 손상을 일으킬 수 있다. 수은 이온의 생물학적 타겟과 독성 프로파일은 이의 화학 조성에 의존하고, 낮은 농도의 수은 이온에 노출되어도, 수은 이온이 생물학적 막을 통하여 쉽게 통과할 수 있으므로, 소화기, 신장 및 신경계 질환을 일으킬 수 있다.
이러한 수은 이온에 따른 생물학적 또는 환경적 영향에 대응하기 위해서는 생활 및 산업 쓰레기의 처리 경로에서 지속적인 현장 모니터링이 중요하고, 이러한 수은 이온의 현장 모니터링을 위해서는, 수은 이온을 간단한 공정으로 현장에서 신속하게 감지 및 검출할 수 있는 센서 물질의 적용이 필요하다. 이에 따라, 수은 이온을 검출하기 위한 다양한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 광학적 방법으로 수은 이온을 검출하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 간소화된 방법으로 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 수은 검출의 신뢰성이 향상된 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브, 그 제조 방법 및 이를 이용한 수은 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 결합기, 상기 결합기 상에 배치되는 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자 상에 배치되고, 수은 이온과 선택적으로 결합하는 티민(Thymine)을 가지는 검출기를 포함하며, 상기 검출기에 수은 이온의 결합 여부에 따라 서로 다른 국소 표면 플라즈마 특성을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는, 금(Au) 나노 입자인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결합기의 길이는, 상기 검출기의 길이보다 짧은 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판을 세정 용액으로 세정하는 단계, 상기 세정된 기판 상에 아미노기를 갖는 전구체를 제공하여, 결합기를 형성하는 단계, 상기 결합기가 형성된 상기 기판 상에 금속 나노 구조체를 제공하는 단계, 및 상기 금속 나노 구조체 상에 티민(Thymine)을 포함하는 검출기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 세정 용액은, 황산 및 과산화수소가 3:1 내지 7:1의 농도로 혼합된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전구체는, 3-Aminopropyltrimethoxysilane을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 검출기를 형성하는 단계는, Tris-EDTA 완충용액 기반의 티올(thiol) 그룹을 갖는 티민(Thymine) 용액을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노 구조체는, 금(Au) 나노 입자(particle)인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브를 이용한 수은 검출 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브를 이용한 수은 검출 방법은, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자 상에 배치되고 티민(Thymine)을 포함하는 검출기를 포함하는 수은 이온 검출 프로브에 있어서, 수은 이온이, 상기 검출기와 결합되는 수은 결합 단계, 및 상기 검출기 및 수은 이온의 결합에 의하여, 상기 검출 프로브의 파장 변화를 측정하는 수은 검출 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수은 검출 단계에서 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화는, 상기 수은 결합 단계에서 상기 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도에 따라 제어되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수은 결합 단계에서 상기 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도가 증가하는 경우, 상기 수은 검출 단계에서 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장이 긴 파장대로 이동하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 결합기, 상기 결합기 상에 배치되는 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자 상에 배치되고, 수은 이온과 선택적으로 결합하는 티민(Thymine)을 가지는 검출기를 포함할 수 있다. 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 상기 검출기에 수은 이온이 결합되는 경우, 국소 표면 플라즈마 특성이 변화되어, 파장이 긴 파장대로 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 조사하는 간단한 방법으로, 수은 이온을 용이하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브가 포함하는 금속 나노 입자 및 검출기를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 수은 검출 방법을 설명하는 그래프이다.
도 7은 결합되는 수은 이온의 농도에 따라 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브가 포함하는 금속 나노 입자를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면들이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브가 포함하는 금속 나노 입자 및 검출기를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)이 준비된다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 12 mm의 지름을 갖는 커버글라스 일 수 있다.
상기 기판(100)이 세정 용액으로 세정될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 세정 용액은 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)를 포함하는 피라냐(piranha) 용액일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)가 3:1 내지 7:1의 농도로 혼합될 수 있다. 이와 달리, 상술된 비율에서 상기 과산화수소의 비율이 증가하게 되는 경우, 폭발의 위험성이 있을 수 있다. 또한, 상기 황산(H2SO4)의 농도는 95 wt%일 수 있다. 상기 과산화수소(H2O2)의 농도는 30 wt%일 수 있다. 이와 달리, 상기 과산화수소(H2O2)의 농도가 30 wt%를 초과하는 경우, 폭발의 위험성이 있을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100)이 상기 세정 용액으로 세정된 이후, 증류수로 30분의 시간 동안 한번 더 세정 될 수 있다.
상기 기판(100)이 세정된 이후, 상기 기판(100) 상에 아미노기를 갖는 전구체가 제공되어 결합기(110)가 형성될 수 있다(S130). 예를 들어, 상기 전구체는 에탄올(ethanol)기반의 4 wt% 3-Aminopropyltrimethoxysilane 일 수 있다. 상기 상기 결합기(110)는 후술되는 금속 나노 구조체와 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 상기 결합기(110)가 형성된 이후, 증류수로 세정될 수 있다. 또한, 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100)은 60℃의 오븐에서 2시간 동안 베이킹 될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 금속 나노 구조체(120)가 제공될 수 있다(S140). 예를 들어, 상기 금속 나노 구조체(120)는, 금(Au) 나노 입자(particle)일 수 있다. 구체적으로, 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100)을 24 well에 배치한 후, 금 나노 입자와 1시간 동안 반응시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 나노 구조체(120)가 상기 결합기(110)와 결합될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 금속 나노 구조체(120) 상에 검출기(130)가 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 검출기(130)는 티민(Thymine)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 검출기(130)는 상기 금속 나노 구조체(120)가 제공된 상기 기판(100)을 Tris-EDTA 완충용액 기반의 티올(Thiol) 그룹이 달린 10줄의 1μM의 티민 용액에서 1시간 동안 반응시켜 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브가 제조될 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른, 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 기판(100), 상기 기판(100) 상에 배치되는 상기 결합기(110), 상기 결합기(110) 상에 배치되는 상기 금속 나노 입자(120), 및 상기 금속 나노 입자(120) 상에 배치되는 상기 검출기(130)를 포함할 수 있다. 이하, 상기 금속 나노 구조체(120) 및 상기 검출기(130)가 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.
상기 검출기(130)는 수은 이온(Hg2 +)과 결합될 수 있다. 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되는 경우, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는 국소 표면 플라즈마(Localized surface plasmon resonace, LSPR) 특성이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 파장이 변화될 수 있다. 구체적으로, 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되는 경우, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 파장은, 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되기 전과 비교하여 긴 파장대로 변화될 수 있다.
즉, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 상기 검출기(130)에 수은 이온의 결합 여부에 따라 서로 다른 국소 표면 플라즈마 특성을 제공하고, 서로 다른 파장을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 측정하여, 수은 이온을 검출할 수 있다.
상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 수은 이온의 검출에 있어서 국소 표면 플라즈마(LSPR) 기술이 사용됨에 따라, 표면 플라즈마(surface plasmon resonace, SPR) 기술과 비교하여 검출 효율이 향상될 수 있다.
구체적으로, 표면 플라즈마 기술의 경우 evanescent field를 만들기 위해 prism을 필수적으로 부착해야 하며, 편광된 빛을 사용해야 되는 구조적인 한계점이 있지만, 국소 표면 플라즈마 기술의 경우 상술된 구조적인 한계점 없이 수은 검출을 수행할 수 있다. 또한, 표면 플라즈마 기술의 경우 evanescent field의 변화에 따라 신호가 감지되기 때문에 불필요한 신호변화를 감지하게 되지만, 국소 표면 플라즈마 기술의 경우 상기 금속 나노 구조체(120) 주변 이외의 신호는 감지하지 않기 때문에 훨씬 민감한 측정이 이루어질 수 있다. 결과적으로 국소 표면 플라즈마 기술의 경우, 표면 플라즈마 기술과 비교하여 검출 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결합기(110)의 길이(d1)는 상기 검출기(130)의 길이(d2)보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 상기 검출기(130)가 형성된 상기 금속 나노 구조체(120)를 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 제공하여 수은 이온 검출 프로브를 제조하는 방법과 비교하여, 상기 결합기(110)를 통한 상기 기판(100)과 상기 금속 나노 구조체(120) 사이의 결합력이 향상될 수 있다.
즉, 상술된 바와 같이, 상기 검출기(130)가 형성된 상기 금속 나노 구조체(120)를 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 제공하는 방법으로 수은 이온 검출 프로브가 제조되는 경우, 상기 검출기(130)의 길이(d2)가 상기 결합기(110)의 길이(d1)보다 길어, 상기 기판(100) 상에 상기 금속 나노 구조체(120)의 증착이 용이하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(100) 상에 상기 금속 나노 구조체(120)가 제공되더라도, 상기 기판(100)과 상기 금속 나노 구조체(120) 사이의 결합력이 저하될 수 있다.
하지만, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 상기 기판(100) 상에 상기 결합기(110)를 형성한 이후, 상기 금속 나노 구조체(120) 및 상기 검출기(130)를 순차적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 결합기(110)의 길이(d1)가 상기 검출기(130)의 길이(d2)보다 짧음에도 불구하고, 상기 기판(100) 상에 상기 금속 나노 구조체(120)가 용이하게 증착될 수 있다. 결과적으로, 상기 기판(100) 및 상기 금속 나노 구조체(120) 사이의 결합력이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 상기 검출기(130)가 형성된 상기 금속 나노 구조체(120)를 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 제공하여 수은 이온 검출 프로브를 제조하는 방법과 비교하여, 적은 양의 상기 검출기(130)로 수은 이온을 용이하게 검출할 수 있다.
즉, 상술된 바와 같이, 상기 검출기(130)가 형성된 상기 금속 나노 구조체(120)를 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 제공하는 방법으로 수은 이온 검출 프로브가 제조되는 경우, 상기 금속 나노 구조체(120)와 상기 결합기(110)가 접촉하는 부분과 상관 없이, 상기 금속 나노 구조체(120) 전체 영역 상에 상기 검출기(130)가 형성될 수 있다.
하지만, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 상기 기판(100) 상에 상기 결합기(110)를 형성한 이후, 상기 금속 나노 구조체(120) 및 상기 검출기(130)를 순차적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 금속 나노 구조체(120)와 상기 결합기(110)가 접촉되는, 상기 금속 나노 구조체(120) 상의 일 영역에는, 상기 검출기(130)가 형성되지 않을 수 있다. 즉, 상술된 상기 검출기(130)가 형성된 상기 금속 나노 구조체(120)를 상기 결합기(110)가 형성된 상기 기판(100) 상에 제공하는 방법과 비교하여, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법은, 적은 양의 상기 검출기(130)로도 수은 이온을 용이하게 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 검출기(130)는 제1 검출 프로브(130a) 및 제2 검출 프로브(130b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 검출 프로브(130a, 130b)는 각각 복수의 티민(Thymine)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 검출 프로브(130a, 130b)가 포함하는 티민은 수은 이온(Hg2 + ion)과 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 검출 프로브(130a, 130b)는 수은 이온에 의하여 서로 결합될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 검출 프로브(130a, 130b)는 수은 이온에 의하여 쌍(pair)을 이룰 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 방법이 설명된다.
상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 방법은, 수은 결합 단계, 및 수은 검출 단계를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 방법은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 수은 결합 단계는, 상기 기판(100), 상기 기판(100) 상에 배치되는 상기 금속 나노 입자(120), 및 상기 금속 나노 입자(120) 상에 배치되고 티민(thymine)을 포함하는 상기 검출기(130)를 포함하는 상기 수은 이온 검출 프로브에 있어서, 수은 이온이 상기 검출기(130)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 수은 이온은 상기 검출기(130)가 포함하는 티민에 의하여 상기 검출기와 결합될 수 있다.
상기 수은 검출 단계는, 상기 검출기(130)에 수은 이온이 결합된 경우, 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 측정할 수 있다. 즉, 상기 검출기(130) 및 수은 이온의 결합에 의하여 변화되는 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 측정하여, 수은 이온을 검출할 수 있다.
구체적으로, 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되는 경우, 상기 수은 이온 검출 프로브는 국소 표면 플라즈마(Localized surface plasmon resonace) 특성이 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 수은 이온 검출 프로브는, 파장이 변화될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되는 경우, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 파장은, 상기 검출기(130)가 수은 이온과 결합되기 전과 비교하여 긴 파장대로 변화될 수 있다.
즉, 상기 수은 이온 검출 프로브는, 상기 검출기(130)에 수은 이온의 결합 여부에 따라 서로 다른 국소 표면 플라즈마 특성을 제공하고, 서로 다른 파장을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 측정하여, 수은 이온을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수은 검출 단계에서 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화는, 상기 수은 결합 단계에서 상기 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도에 따라 제어되는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 수은 결합 단계에서 상기 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도가 증가하는 경우, 상기 수은 검출 단계에서 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장이 긴 파장대로 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장이 길게 측정될수록, 고농도의 수은 이온이 존재한다고 판단될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 방법이 설명되었다. 이하, 상기 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브 제조
12 mm의 지름을 갖는 커버글라스가 준비된다. 상기 커버글라스를 95 wt% 농도의 황산(H2SO4) 및 95 wt% 농도의 과산화수소(H2O2)가 3:1의 비율로 혼합된 세정 용액으로 세정한 후, 에탄올(ethanol)기반의 4 wt% 3-Aminopropyltrimethoxysilane과 반응시켜 결합기를 형성하였다.
계속해서, 결합기가 형성된 커버글라스 상에 금(Au) 나노 입자를 제공하고, 금 나노 입자가 제공된 커버글라스를 Tris-EDTA 완충용액 기반의 티올(Thiol) 그룹이 달린 10줄의 1μM의 티민 용액에서 1시간 동안 반응시켜, 금 나노 입자 상에 검출기를 형성시켰다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브를 제조되었다.
도 6은 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 수은 검출 방법을 설명하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 파장을 측정하되, 검출기가 형성되지 않고 금 나노 입자만 형성된 경우(Gold nanoparticles, AuNP), 검출기가 수은 이온과 결합되기 전의 경우(AuNP-Thymine), 및 검출기가 수은 이온과 결합된 경우(AuNP-Thymine-Hg) 각각에 대해, wavelength(nm)에 따른 Extinction(a.u.)을 측정하였다.
도 6에서 확인할 수 있듯이, 검출기가 형성되지 않고 금 나노 입자만 형성된 경우(Gold nanoparticles, AuNP), 검출기가 수은 이온과 결합되기 전의 경우(AuNP-Thymine), 및 검출기가 수은 이온과 결합된 경우(AuNP-Thymine-Hg) 각각의 최대 extinction에서의 파장(nm)이 점점 긴 파장대로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브는, 파장의 변화를 측정하는 방법으로 수은 이온을 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 7은 결합되는 수은 이온의 농도에 따라 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브의 파장을 측정하되, 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도가 1 mM, 1μM, 100 nM, 1 nM, 및 0 M인 경우 각각에 대해 파장 변화 값(△λmax, nm)을 측정하여 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브는, 검출기에 결합되는 수은 이온의 농도가 증가함에 따라, 파장 변화 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브는, 파장 변화 값이 높게 나타나는 경우, 고농도의 수은 이온이 검출되었다는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브는, 1 nM 농도의 수은 이온까지 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브가 포함하는 금속 나노 입자를 촬영한 사진이다.
도 8을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브 중, 기판 상에 배치된 금속 나노 입자를 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하였다. 도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 수은 이온 검출 프로브는, 기판 상에 금속 나노 입자가 균일하게 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 상기 기판(100), 상기 기판(100) 상에 배치되는 상기 결합기(110), 상기 결합기(110) 상에 배치되는 상기 금속 나노 입자(120), 및 상기 금속 나노 입자(120) 상에 배치되고, 수은 이온과 선택적으로 결합하는 티민(Thymine)을 가지는 상기 검출기(130)를 포함할 수 있다. 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브는, 상기 검출기(130)에 수은 이온이 결합되는 경우, 국소 표면 플라즈마 특성이 변화되어, 파장이 긴 파장대로 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 조사하는 간단한 방법으로, 수은 이온을 용이하게 검출할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 기판
110: 결합기
120: 금속 나노 구조체
130: 검출기

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 결합기;
    상기 결합기 상에 배치되는 금속 나노 입자; 및
    상기 금속 나노 입자 상에 배치되고, 수은 이온과 선택적으로 결합하는 티올(thiol) 그룹을 갖는 티민(Thymine)으로 이루어진 검출기를 포함하되,
    상기 결합기의 길이는, 상기 검출기의 길이보다 짧고,
    상기 검출기에 결합되는 수은 이온의 농도가 증가하는 경우, 수은 이온 검출 프로브의 파장이 긴 파장대로 이동하는 특성을 제공하는, 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자는, 금(Au) 나노 입자인 것을 포함하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브.
  3. 삭제
  4. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판을 세정 용액으로 세정하는 단계;
    상기 세정된 기판 상에 아미노기를 갖는 전구체를 제공하여, 결합기를 형성하는 단계;
    상기 결합기가 형성된 상기 기판 상에 금속 나노 구조체를 제공하는 단계; 및
    상기 금속 나노 구조체 상에 티올(thiol) 그룹을 갖는 티민(Thymine)을 포함하는 검출기를 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 결합기의 길이는, 상기 검출기의 길이보다 짧게 형성되고,
    상기 검출기에 결합되는 수은 이온의 농도가 증가하는 경우, 수은 이온 검출 프로브의 파장이 긴 파장대로 이동하는 특성을 제공하는, 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 세정 용액은, 황산 및 과산화수소가 3:1 내지 7:1의 농도로 혼합된 것을 포함하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 전구체는, 3-Aminopropyltrimethoxysilane을 포함하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 검출기를 형성하는 단계는,
    상기 금속 나노 구조체가 제공된 상기 기판 상에, Tris-EDTA 완충용액 기반의 티올(thiol) 그룹을 갖는 티민(Thymine) 용액을 포함하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 금속 나노 구조체는, 금(Au) 나노 입자(particle)인 것을 포함하는 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브의 제조 방법.
  9. 기판, 상기 기판 상에 배치되는 결합기, 상기 결합기 상에 배치되는 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자 상에 배치되고 티올(thiol) 그룹을 갖는 티민(Thymine)을 포함하는 검출기를 포함하되, 상기 결합기의 길이가 상기 검출기의 길이보다 짧게 형성된 수은 이온 검출 프로브에 있어서, 수은 이온이 상기 검출기와 결합되는 수은 결합 단계; 및
    상기 검출기 및 수은 이온의 결합에 의하여, 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장 변화를 측정하는 수은 검출 단계를 포함하되,
    상기 수은 검출 단계에서, 상기 검출기와 결합되는 수은 이온의 농도가 증가하는 경우, 상기 수은 이온 검출 프로브의 파장이 긴 파장대로 이동하는 것을 포함하는, 국소 표면 플라즈마 기반의 수은 이온 검출 프로브를 이용한 수은 검출 방법.
  10. 삭제
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