KR102135221B1 - 나노 복합체 및 나노 복합체를 포함하는 분산액의 제조 방법 - Google Patents

나노 복합체 및 나노 복합체를 포함하는 분산액의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 단결정 구조를 가지는 일차원 나노 사슬 구조체; 및 상기 일차원 나노 사슬 구조체 상에 형성된 펩타이드 구조체를 포함하는 나노 복합체에 있어서, 복수 개의 상기 펩타이드 구조체가 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 포위하여 결합된 것인, 나노 복합체에 관한 것이다.

Description

나노 복합체 및 나노 복합체를 포함하는 분산액의 제조 방법 {NANO COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD FOR DISPERSION INCLUDING THE NANO COMPOSITE}
본원은 나노 복합체 및 나노 복합체를 포함하는 분산액의 제조 방법에 관한 것이다.
이차원 물질은 평면방향으로는 강한 공유결합(covalent bond)으로 이루어져 있으며 수직 방향으로는 약한 반데르발스(van der Waals)결합으로 이루어져 있는 층상 구조를 공통적으로 가지고 있다. 이러한 특성에 의해 이차원 물질들은 전기적, 기계적 특성이 뛰어나고, 두께가 원자 몇 층 단위로 매우 얇기 때문에, 유연소자, 투명소자 뿐만 아니라 정밀 제품 등에 적용이 가능한 차세대 물질로 주목받고 있다. 이러한 이차원 물질은 일반 벌크 물질과 마찬가지로 전기적 특성에 따라, 그래핀 등을 포함하는 도체, 전이 금속 칼코겐 화합물, 또는 흑린 등을 포함하는 반도체, 및 육방정 질화 붕소 등을 포함하는 절연체로 분류될 수 있다.
그래핀은 높은 전하 이동도, 기계적 강도를 갖고 있으나, 밴드 갭을 형성하는 것이 매우 어렵고, 밴드 갭을 형성하기 위해 나노 리본 형태로 제조하면 두께가 균일하지 못한 단점이 존재한다. 이러한 특성을 이유로, 그래핀은 보호필름, 또는 컨덕터 등으로의 사용이 예상되고 있다. 또한, 전이 금속 칼코겐 화합물 및 흑린은 전자 장치에서 사용할 수 있을 정도로 밴드 갭이 형성되어 있으나, 기존의 반도체 물질인 Si 에 비해 매우 낮은 전하 이동도를 갖고 있는 문제점이 존재한다.
이러한 이차원 물질의 문제점을 극복하기 위하여 이차원 물질과 같은 구성 물질로 이루어져 있으면서 일차원 선형 구조를 갖는 물질에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 판상형 구조를 갖는 이차원 물질과 달리 일차원 선형 구조를 갖는 물질은 기계적 박리, 화학적 박리, 초음파 박리, 층간 삽입 박리 등 기존의 박리법에 의해 수득되기 어려워 일차원 선형 구조를 갖는 물질을 얻기 위한 공정이 시급한 것으로 알려져있다.
본원의 배경이 되는 기술인 논문 (Cao, Meiwen, et al. "Direct Exfoliation of Graphite into Graphene in Aqueous Solutions of Amphiphilic Peptides."　Journal of Materials Chemistry B, vol. 4, no. 1, 2015, pp. 152-161.)은 그래핀 박리에 대한 것이다. 상기 논문은 펩타이드 수용액을 통해 그라파이트에서 그래핀을 박리하는 방법을 기재하고 있으나, 펩타이드를 통해 일차원 물질을 박리하는 방법 또는 펩타이드와 결합된 일차원 나노 구조체에 대해서는 개시하지 않고 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 상기 나노 복합체가 분산된 나노 복합체 분산액을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 상기 나노 복합체 분산액을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 일차원 나노 사슬 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 단결정 구조를 가지는 일차원 나노 사슬 구조체, 및 상기 일차원 나노 사슬 구조체 상에 형성된 펩타이드 구조체를 포함하는 나노 복합체에 있어서, 복수 개의 상기 펩타이드 구조체가 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 포위하여 결합된 것인 나노 복합체를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체는 소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분은 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합하고, 상기 친수성 부분은 상기 나노 복합체의 표면을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수 개의 펩타이드 구조체는 상기 펩타이드 구조체 6 개의 결합으로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체의 상기 소수성 부분 중 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합되지 않은 나머지 소수성 부분 사이의 결합에 의해 상기 복수 개의 펩타이드 구조체가 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소수성 부분은 알라닌(A), 페닐알라닌(F), 이소류신(I), 류신(L), 메티오닌(M), 트롭토판(W), 타이로신(Y), 발린(V), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 친수성 부분은 아스파르트산(D), 글루탐산(E), 라이신(K), 글루타민(Q), 세린(S), 트레오닌(T), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체들은 알라닌(A) 또는 류신(L)에 의해 서로 결합되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체 및 상기 펩타이드 구조체의 각각의 두께는 동일한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 복합체의 두께는 3 nm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 2 측면은 용매 및 벌크 이차원 구조체를 혼합하는 단계; 및 상기 용매 상에 디자인된 펩타이드 구조체를 첨가하고, 초음파 처리하는 단계를 포함하는, 나노 복합체 분산액의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 디자인된 펩타이드 구조체는 고상 펩타이드 합성, 액상 펩타이드 합성, NCA 합성, 또는 미생물 및 효소의 반응에 의해 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 탈이온수, 증류수, 초순수, 디메틸포름아미드(DMF), 에탄올, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 극성 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 벌크 이차원 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 3 측면은 본원의 제 1 측면에 따른 나노 복합체가 용매 상에 분산되어 있는 나노 복합체 분산액을 제공한다.
또한, 본원의 제 4 측면은 본원의 제 1 측면에 따른 나노 복합체로부터 펩타이드 구조체를 제거하여 형성된 일차원 나노 사슬 구조체를 제공한다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 일차원 나노 사슬 구조체는, 벌크형 이차원 구조체가 펩타이드 구조체에 의해 박리되어 수득된 것이다. 따라서, 본원에 따른 나노 복합체의 제조 방법을 통해, 이차원 물질을 박리하는 새로운 공정을 개발할 수 있다.
또한, 본원에 따른 나노 복합체는 편광판 상에서 복굴절 현상이 발생하기 때문에, 상기 나노 복합체를 포함하는 분산액을 사용함으로써 새로운 액정 디스플레이(LCD), 액정 렌즈, 액정 레이저 또는 접착식 필름을 제조할 수 있다.
또한, 본원에 따른 나노 복합체로부터 펩타이드 구조체를 제거함으로써, 일차원 나노 사슬 구조체를 독립된 한 가닥씩 수득할 수 있다.
더욱이, 본원에 따른 나노 복합체의 펩타이드 구조체는 고상 펩타이드 합성법에 의해 합성되기 때문에, 상기 펩타이드 구조체는 다량으로 생산되어 상기 나노 복합체의 양산에 기여할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 구현예에 따른 나노 복합체의 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체의 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체의 결합을 나타낸 이미지이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체 분산액의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6 은 본원의 일 실시예에 따른 나노 복합체 분산액이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 편광 이미지이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 AFM 이미지이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 나노 복합체의 직경을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "펩타이드"는 아미노산이 2 개 내지 50 개가 중합된 것을 의미하고, "펩타이드 구조체"는 상기 펩타이드, 또는 상기 펩타이드가 적어도 2 개 이상 서로 결합된 구조를 의미한다.
이하에서는 본원의 나노 복합체 및 나노 복합체를 포함하는 분산액의 제조 방법 에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 단결정 구조를 가지는 일차원 나노 사슬 구조체, 및 상기 일차원 나노 사슬 구조체 상에 형성된 펩타이드 구조체를 포함하는 나노 복합체에 있어서, 복수 개의 상기 펩타이드 구조체가 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 포위하여 결합된 것인 나노 복합체를 제공한다.
도 1 및 2 는 본원의 구현예에 따른 나노 복합체의 모식도이다. 구체적으로, 도 1 은 상기 나노 복합체의 측면도이고, 도 2 는 상기 나노 복합체의 단면도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 상기 펩타이드 구조체는 기울어진 코일 형상을 갖고 있으며, 상기 일차원 나노 사슬 구조체 주변을 포위하며 결합된 것임을 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수 개의 펩타이드 구조체는 상기 펩타이드 구조체 6 개의 결합으로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
즉, 상기 펩타이드 구조체는 펩타이드를 포함하여 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 어느 한 부분과 결합되는 것이고, 상기 복수 개의 펩타이드 구조체는 상기 펩타이드 구조체 6 개가 서로 결합되어 상기 일차원 나노 사슬 구조체 주변을 포위하며 결합된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 펩타이드 구조체는 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 중심으로 대칭이 되도록 존재할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체 및 상기 펩타이드 구조체의 각각의 두께는 동일한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 복합체의 두께는 3 nm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 일차원 나노 사슬 구조체 1 가닥의두께가 1 nm, 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 포위하여 둘러싸고 있는 각각의 펩타이드의 두께가 1 nm 인 경우, 상기 나노 복합체의 두께는 총 3 nm 가 될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일차원 나노 사슬 구조체는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체가 반데르발스 힘에 의해 결합된 벌크 이차원 구조체가 상기 펩타이드 구조체 또는 상기 복수 개의 펩타이드 구조체에 의해 박리되어 수득된 것이다.
본원에 따른 펩타이드 구조체는 단백질의 기본 구성 단위인 아미노산의 결합으로 이루어진 것으로서, 상기 아미노산은 탄소 원자 하나를 중심으로 아민기, 카복실기, 수소, 곁사슬 R 을 포함한다. 상기 아미노산의 성질은 상기 곁사슬 R 의 성질에 의해 결정될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체는 알라닌(A), 시스테인(C), 아스파르트산(D), 글루탐산(E), 글라이신(G), 페닐알라닌(F), 이소류신(I), 라이신(K), 류신(L), 메티오닌(M), 아스파라긴(N), 피롤라이신(O), 피롤린(P), 글루타민(Q), 아르기닌(R), 세린(S), 트레오닌(T), 셀레노시스테인(U), 트롭토판(W), 타이로신(Y), 발린(V) 및 이들의 조합들로 이루어진 아미노산 중 적어도 2 개 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체는 소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고, 상기 소수성 부분은 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합하고, 상기 친수성 부분은 상기 나노 복합체의 표면을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체의 모식도이고, 도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체의 결합을 나타낸 이미지이다.
구체적으로, 도 4 는 도 3 의 A 부분의 결합을 나타낸 이미지이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체의 상기 소수성 부분 중 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합되지 않은 나머지 소수성 부분 사이의 결합에 의해 상기 복수 개의 펩타이드 구조체가 결합된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소수성 부분은 알라닌(A), 페닐알라닌(F), 이소류신(I), 류신(L), 메티오닌(M), 트롭토판(W), 타이로신(Y), 발린(V), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체들은 알라닌(A) 또는 류신(L)에 의해 서로 결합되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 상기 복수 개의 펩타이드 구조체는, 알라닌(A) 또는 류신(L)에 의해 상기 펩타이드 구조체는 인접한 펩타이드 구조체와 결합될 수 있고, 상기 펩타이드 구조체 각각 및 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 알라닌(A)에 의해 결합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원에 따른 상기 펩타이드 구조체는 N - 말단기를 시작점으로, C - 말단기를 종료점으로 가질 수 있다. 도 3 을 참조하면, 상기 복수 개의 펩타이드 구조체를 형성하는 각각의 펩타이드 구조체는 인접한 것 끼리는 역평행 구조를 가지고 있기 때문에 본원에 따른 나노 복합체의 절단면은 상기 N - 말단기 및 상기 C - 말단기가 동시에 관찰될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 펩타이드 구조체는 알파 나선 구조, 코일드 코일 구조, 베타 병풍 구조, 사슬 구조 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상으로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 펩타이드 구조체는 알파 나선 구조를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 상기 알파 나선 구조가 2 바퀴 회전하였을 경우, 7 개의 아미노산의 서열이 반복되어 존재할 수 있다. 상기 아미노산의 서열은 a 내지 g 의 순서를 가질 수 있으며, 같은 알파벳에 위치한 아미노산은 3 차원 구조 상에서 동일한 표면 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 펩타이드 구조체의 a 부분이 알라닌(A)을 적어도 2 개 이상 포함할 경우, 상기 적어도 2 개 이상의 알라닌(A)은 상기 펩타이드 구조체의 3 차원 구조 상에서 동일한 표면 상에 위치할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 복합체의 표면은 상기 펩타이드 구조체의 상기 친수성 부분에 의해 포위되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 친수성 부분이 포함하는 아미노산 및 용매 분자, 예를 들어 물 분자 사이의 인력은 상기 용매 분자끼리의 인력에 비해 더 강하기 때문에, 상기 나노 복합체는 용매 상에 용해될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 친수성 부분은 아스파르트산(D), 글루탐산(E), 라이신(K), 글루타민(Q), 세린(S), 트레오닌(T), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은 용매 및 벌크 이차원 구조체를 혼합하는 단계; 및 상기 용매 상에 디자인된 펩타이드 구조체를 첨가하고, 초음파 처리하는 단계를 포함하는, 나노 복합체 분산액의 제조 방법을 제공한다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 나노 복합체 분산액의 순서도이다.
본원의 제 2 측면에 따른 나노 복합체 분산액의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다
본원의 나노 복합체 분산액의 제조 방법에 있어서, 먼저 용매 및 벌크 이차원 구조체를 혼합한다 (S100).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 탈이온수, 증류수, 초순수, 디메틸포름아미드(DMF), 에탄올, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 극성 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 벌크 이차원 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 벌크 이차원 구조체는, 일차원 나노 사슬 구조체가 반데르발스 힘에 의해 결합 및 적층되어 있는 구조체를 의미한다.
구체적으로, 일차원 나노 사슬 구조체가 이차원적으로 배열되어 이차원 나노 구조체를 형성할 수 있고, 상기 벌크 이차원 구조체는 상기 이차원 나노 구조체들이 반데르발스 결합을 하여 서로 적층되어 있는 것일 수 있다.
이어서, 상기 용매 상에 디자인된 펩타이드 구조체를 첨가하고, 초음파 처리한다 (S200).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 디자인된 펩타이드 구조체는 고상 펩타이드 합성, 액상 펩타이드 합성, NCA 합성, 또는 미생물 및 효소의 반응에 의해 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고상 펩타이드 합성(Solid State peptide synthesis)은 고체 지지체 상에서 아미노산을 배치한 후, 상기 아미노산의 C-말단을 다른 아미노산과 결합시키는 것을 반복하여 50 개 미만의 아미노산 사슬로 이루어진 펩타이드 구조체를 합성한 후, 상기 펩타이드 구조체를 상기 고체 지지체로부터 박리하는 과정의 총칭이다. 상기 고상 펩타이드 합성은 단분자량의 정확한 아미노산 서열을 수득할 수 있고, 분리 정제가 용이한 장점이 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 디자인된 펩타이드 구조체를 합성하기 위해, Fmoc(Fluorenylmethyloxycarbonyl chloride), DIEA(diisopropylethlylamine), HBTU(2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate), FITC(Fluorescein isothiocyanate), 염화메틸렌, TFA(Trifluoroacetic acid), TIS(Triisopropulsilane), DMF(dimethylformamide), 피퍼리딘, 디에틸에테르, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 보조 물질이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, Fmoc 는 상기 아미노산의 아미노기가 반응에 참여하지 않도록 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 예를 들어 HBTU 는 상기 Fmoc 에 의해 보호된 상기 아미노산을 펩타이드 구조체로 제조하기 위하여, DIEA 와 함께 사용되어 커플링하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 예를 들어 FITC 는 상기 디자인된 펩타이드 구조체와 결합함으로써, 상기 디자인된 펩타이드 구조체가 495 nm 또는 519 nm 에서 여기 및 방출 스펙트럼 피크를 갖도록 상기 디자인된 펩타이드 구조체 상에 형광 부착하는 물질일 수 있다.
또한, 예를 들어, 염화 메틸렌, DIEA, 또는 디에틸에테르는 상기 보조 물질들이 상기 아미노산과 반응하기 위한 용매 또는 세척액의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 예를 들어, TFA, TIS, 또는 피퍼리딘은 Fmoc 와 같은 보호기를 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 디자인된 펩타이드 구조체는 알라닌(A), 페닐알라닌(F), 이소류신(I), 류신(L), 메티오닌(M), 트롭토판(W), 타이로신(Y), 발린(V), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 소수성 아미노산을 포함하는 소수성 부분, 및 아스파르트산(D), 글루탐산(E), 라이신(K), 글루타민(Q), 세린(S), 트레오닌(T), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 친수성 아미노산을 포함하는 친수성 부분이 결합되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 디자인된 펩타이드 구조체는 AEXESALEYXQQALEKXQLALQAXRQALKA 의 아미노산 결합체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 때, 상기 X 는 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 상호작용할 수 있는 아미노산 서열을 의미하는 것으로서, 알라닌(A), 페닐알리닌(F), 이소류신(I), 류신(L), 메티오닌(M), 트립토판(W), 타이로신(Y), 발린(V) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 소수성 아미노산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 디자인된 펩타이드 구조체의 소수성 부분은 상기 벌크 이차원 구조체와 결합하여, 상기 벌크 이차원 구조체 상의 상기 일차원 나노 사슬 구조체 및 복수 개의 펩타이드 구조체가 결합된 나노 복합체를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 벌크 이차원 구조체로부터 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 박리하기 위한 에너지원으로서 상기 용매 상에 초음파를 가할 수 있다.
본원의 제 3 측면은 본원의 제 1 측면에 따른 나노 복합체가 용매 상에 분산되어 있는 나노 복합체 분산액을 제공한다.
본원의 제 3 측면에 따른 나노 복합체 분산액에 대하여, 본원의 제 1 측면 또는 본원의 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 또는 본원의 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 복합체 분산액은 틴달 현상이 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
틴달 현상은 가시광선의 파장과 비슷한 크기를 갖는 미립자가 분산되어 있을 때, 가시광선을 조사하면 산란되어 빛의 통로가 관측되는 현상을 의미한다. 따라서, 상기 나노 복합체의 크기는 가시광선의 파장 영역, 구체적으로 300 nm 내지 700 nm, 350 nm 내지 700 nm, 400 nm 내지 700 nm, 450 nm 내지 700 nm, 500 nm 내지 700 nm, 550 nm 내지 700 nm, 600 nm 내지 700 nm, 650 nm 내지 700 nm, 300 nm 내지 650 nm, 300 nm 내지 600 nm, 300 nm 내지 550 nm, 300 nm 내지 500 nm, 300 nm 내지 450 nm, 300 nm 내지 400 nm, 또는 300 nm 내지 350 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 4 측면은 본원의 제 1 측면에 따른 나노 복합체로부터 펩타이드 구조체를 제거하여 형성된 일차원 나노 사슬 구조체를 제공한다.
본원의 제 4 측면에 따른 일차원 나노 사슬 구조체에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 4 측면에 동일하게 적용될 수 있다
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1-1] : 펩타이드 구조체의 디자인 및 합성
고체상 펩타이드 합성법을 사용하여 고체 상의 레진 상에서 펩타이드 HexCoil_Ala AEXESALEYXQQALEKXQLALQAXRQALKA(단, X는 알라닌, 페닐알라닌, 이소류신, 류신, 메티오닌, 트립토판, 타이로신, 및 발린 중 적어도 하나를 포함함)를 합성하였다.
이어서, 80% N,N 디메틸포름아미드(DMF) 및 20% 피퍼리딘 용액을 사용하여 상기 레진 상의 상기 펩타이드의 Fmoc 보호기를 80℃에서 8 분간 5 번 디프로텍팅하였다. 이어서, FITC, HBTU, DIEA, 레진이 1.5 : 2.5 : 4 : 1 이 되도록 혼합한 후, 73℃의 레진에서 11 분간 30 W 의 조건으로 반응시키고, 상온에서 1 시간 동안 교반하였다.
이어서, 상기 레진의 색이 분홍색으로 변화하면, DMF 및 염화 메틸렌을 번갈아가며 사용하여, 상기 레진을 3 번씩 세척하였다. 세척이 완료된 후, TFA : TIS : 증류수가 95 : 2.5 : 2.5 의 부피비로 혼합된 클리비지 용액 상에서 상기 세척한 레진을 교반한 후, 석면 필터를 사용하여 상기 레진을 여과하였다. 이어서, 클리비지 용액의 용매를 질소 기체 하에서 증발시키고, 잔존 용액을 저온의 디메틸에테르로 혼합하였다.
상기 디메틸에테르에 의해 발생한 침전물은 진공 상태에서 건조되었고, 상기 증류수에 용해시킨 후 동결건조를 수행하여 펩타이드 구조체를 수득하였다.
[실시예 1-2] : 나노 복합체의 합성
벌크 이차원 구조체 Mo6S3I6 를 1 mg/ml 의 농도가 되도록 물을 첨가하였고, 소니케이터(Sonics Vibra Cell VC750)를 사용하여 pulse 2 초, stop 2 초, amplification 20% 의 조건으로 20 분간 박리하여 일차원 나노 사슬 구조체를 수득하였다.
이어서, 상기 박리된 용액을 원심분리기(Eppendorf centrifuge 5430 R) 를 사용하여 14000 rpm 의 조건으로 15 분간 원심분리하였다. 원심분리된 용액의 상층액을 최대한 제거한 후, 상기 실시예 1-1 의 펩타이드 구조체(3 mM)를 0.3 mL 투입한 후, 파이펫팅 및 볼텍싱을 진행하였다.
이어서, 상기 펩타이드 구조체에 의해 포위된 일차원 나노 사슬 구조체(나노 복합체)가 존재하는 상층액을 취한 후, 원심분리기(Millipore sigma UFC510024 Amicon® Ultra-0.5 centrifugal Filter)를 사용하여 7000 rpm 에서 10 분간 원심분리하여 나노 복합체를 포함하는 분산액(나노 복합체 분산액)을 수득하였다.
[실험예 1]
도 6 은 상기 실시예에 따른 나노 복합체 분산액이다.
도 6 을 참조하면, 상기 나노 복합체 분산액은 레이저에 의한 틴달효과가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7 은 상기 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
상기 나노 복합체 분산액의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 관측하기 위해, 상기 나노 복합체 분산액 100 μl 를 석영셀 큐벳에 담지한 후, UV-Vis 분광법을 통해 350 nm 내지 800 nm 파장의 영역에서 흡수 스펙트럼이 관측되는지 확인하였다.
도 7 을 참조하면 상기 나노 복합체 분산액은 약 440 nm 및 약 700 nm 에서 나타나는 Mo6S3I6 의 흡수 피크가 나타나고 있다. 또한, 상기 나노 복합체 분산액의 농도가 5 배 묽어질 경우, 상기 나노 복합체의 농도가 저하되어 상기 흡수 피크가 약해지는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 2]
도 8 은 상기 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 편광 이미지이다.
구체적으로, 나노 복합체 분산액을 편광 방향이 교차된 편광판으로 관찰하였다.
도 8 을 참조하면, 상기 나노 복합체 분산액 상의 상기 나노 복합체는 복굴절 현상을 일으키는 것이 확인되었다.
[실험예 3]
도 9 는 상기 실시예에 따른 나노 복합체 분산액의 AFM 이미지이고, 도 10 은 상기 실시예에 따른 나노 복합체의 직경을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 10 은 도 9 의 상기 AFM 이미지에서 표현된 부분에서 지점에 따른 높이 변화를 통해 상기 나노 복합체의 직경을 표현한 그래프이다.
도 9 및 도 10 을 참조하면, 다른 나노 복합체들과 연결, 결합, 또는 복합된 나노 복합체 보다, 하나의 독립된 개체로서 존재하는 나노 복합체가 더 많은 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 나노 복합체의 직경은 3 nm 일 때가 가장 크며 3 nm 이상의 직경을 가지는 복합체를 확인할 수 없었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 단결정 구조를 가지는 일차원 나노 사슬 구조체; 및
    상기 일차원 나노 사슬 구조체 상에 형성된 펩타이드 구조체를 포함하는 나노 복합체에 있어서,
    복수 개의 상기 펩타이드 구조체가 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 포위하여 결합된 것이고,
    상기 일차원 나노 사슬 구조체는, 일차원 나노 사슬 구조체가 반데르발스 힘에 의해 결합된 구조체로부터 상기 펩타이드 구조체에 의해 박리되어 수득된 것이고,
    상기 펩타이드 구조체는 소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하고,
    상기 소수성 부분은 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합하고, 상기 친수성 부분은 상기 나노 복합체의 표면을 형성하며,
    상기 펩타이드 구조체의 상기 소수성 부분 중 상기 일차원 나노 사슬 구조체와 결합되지 않은 나머지 소수성 부분 사이의 결합에 의해 상기 복수 개의 펩타이드 구조체가 결합된 것인,
    나노 복합체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 펩타이드 구조체는 상기 펩타이드 구조체 6 개의 결합으로 이루어진 것인, 나노 복합체.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성 부분은 알라닌(A), 페닐알라닌(F), 이소류신(I), 류신(L), 메티오닌(M), 트롭토판(W), 타이로신(Y), 발린(V), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것인, 나노 복합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 친수성 부분은 아스파르트산(D), 글루탐산(E), 라이신(K), 글루타민(Q), 세린(S), 트레오닌(T), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 아미노산을 포함하는 것인, 나노 복합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 펩타이드 구조체들은 알라닌(A) 또는 류신(L)에 의해 서로 결합되어 있는 것인, 나노 복합체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 나노 복합체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일차원 나노 사슬 구조체 및 상기 펩타이드 구조체의 각각의 두께는 동일한 것인, 나노 복합체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 나노 복합체의 두께는 3 nm 인 것인, 나노 복합체.
  11. 용매 및 벌크 이차원 구조체를 혼합하는 단계; 및
    상기 용매 상에 디자인된 펩타이드 구조체를 첨가하고, 초음파 처리하는 단계;
    를 포함하는,
    제 1 항에 따른 나노 복합체 분산액의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디자인된 펩타이드 구조체는 고상 펩타이드 합성, 액상 펩타이드 합성, NCA 합성, 또는 미생물 및 효소의 반응에 의해 제조되는 것인, 나노 복합체 분산액의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 용매는 탈이온수, 증류수, 초순수, 디메틸포름아미드(DMF), 에탄올, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 극성 용매를 포함하는 것인, 나노 복합체 분산액의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    벌크 이차원 구조체는 Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 나노 복합체 분산액의 제조 방법.
  15. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 나노 복합체가 용매 상에 분산되어 있는, 나노 복합체 분산액.
  16. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 나노 복합체로부터 펩타이드 구조체를 제거하여 형성된, 일차원 나노 사슬 구조체.
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