KR102350646B1 - Method of gold nanorod transformation in nanoscale confinement of zif-8 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 높은 비표면적을 가진 금속유기골격체인 ZIF-8을 금 나노 입자 표면에 코팅하고, 화학적 에칭 및 재성장 반응을 통해 금 나노 입자의 형태를 변형하여 제한된 공간에서 성장시킨 분지형 금 나노 입자가 높은 표면적, 전기장 증폭 및 높은 광열 효과를 나타낼 수 있도록 마련하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법에 관한 것이다. In the present invention, branched gold nanoparticles grown in a limited space by coating ZIF-8, a metal-organic framework having a high specific surface area, on the surface of gold nanoparticles, and transforming the shape of gold nanoparticles through chemical etching and regrowth reactions. A method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8 prepared to exhibit high surface area, electric field amplification and high photothermal effect.
금속 나노 입자 코어와 다공성 무기 껍질로 구성된 하이브리드 나노 물질은 감지, 촉매 작용 및 고체 상태 반응에서 독특한 특성과 새로운 기능을 나타낸다. 단일 금속 나노 입자에 다공성 무기 껍질의 통합은 나노 입자 코어의 안정성을 허용할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 용액 단계에서 민감하고 취약하다. 또한, 무기 껍질의 다공성과 극성을 제어하면 하이브리드 나노 물질은 분자 선택 센서로 활용될 수 있다. 백금 또는 금으로 만들어진 촉매 나노 입자 코어는 코어-쉘 간 시너지 효과로 인해 향상된 촉매 활성과 생성물 선택성을 가능하게 한다. 고온에서 나노 입자 고유의 고체 상태 반응도 다공성 무기 껍질 구조가 별도의 공간을 제공하기에 연구할 수 있다. Hybrid nanomaterials composed of metal nanoparticle cores and porous inorganic shells exhibit unique properties and novel functions in sensing, catalysis and solid-state reactions. The incorporation of a porous inorganic shell into a single metal nanoparticle could allow for the stability of the nanoparticle core, which would otherwise be sensitive and fragile in the solution phase. In addition, if the porosity and polarity of the inorganic shell are controlled, the hybrid nanomaterial can be utilized as a molecular selection sensor. Catalytic nanoparticle cores made of platinum or gold enable enhanced catalytic activity and product selectivity due to the synergistic effect between the core-shell. The intrinsic solid-state reactivity of nanoparticles at high temperatures can also be studied because the porous inorganic shell structure provides a separate space.
하이브리드 나노 구조체의 나노미터 공간에서 구속 효과를 이해하는 것은 나노 입자의 특성과 기능을 이해하고 제어하는데 매우 중요하다. 분자 단위에서 구속된 분자의 화학적 및 물리적 거동은 벌크에서와는 다르게 변경될 수 있으며, 종종 하이브리드 소재가 전례 없는 화학적 반응성을 달성할 수 있도록 한다. 예를 들어, 나노 입자 코어와 금속유기골격체 사이의 나노 공동에서 계면으로 갇힌 CO2 분자는 고압에서만 얻어지는 준 응축 상태로 존재할 수도 있다. Understanding the confinement effect in nanometer space of hybrid nanostructures is very important for understanding and controlling the properties and functions of nanoparticles. At the molecular level, the chemical and physical behavior of constrained molecules can be altered differently than in bulk, often allowing hybrid materials to achieve unprecedented chemical reactivity. For example, CO 2 molecules trapped at the interface in the nanocavity between the nanoparticle core and the metalorganic framework may exist in a quasi-condensed state obtained only at high pressure.
분자 단위의 현상을 넘어서 다공성 무기 껍질은 코어-쉘 나노 구조체의 나노 규모 갇힘에 의해 비전통적인 금속 나노 입자 성장과 형태학적 변형에 활용될 수 있다. 난황-쉘 나노 반응기는 제한된 공간에서 나노 결정의 정확한 크기 제어를 가능하게 하는 것으로 나타났다. 다른 예로, 다양한 모양의 금 나노 입자 코어로부터 수 나노미터 크기의 가지가 실리카 껍질의 중간 기공에 의해 성장한 보고가 있다. 그러나 실리카 및 제올라이트와 같이 일반적으로 사용되는 무기 쉘과는 달리, 금속유기골격체는 다양한 물리적 및 화학적 특성의 나노 공동을 제공할 수 있음에도 불구하고 금속 나노 입자 코어의 형태학적 변화에 대한 나노스케일 구속 효과를 조사하는데 적용되지 않았다. 따라서 하이브리드 나노 구조체에서 금속유기골격체에 의한 나노스케일 구속 효과의 탐사는 금속 나노입자 형태 변환의 화학적 범위를 확장하여 원하는 용도에 최적의 특성과 기능을 얻는데 기여할 수 있을 것이다. Beyond the molecular level phenomenon, porous inorganic shells can be utilized for non-traditional metal nanoparticle growth and morphological transformation by nanoscale entrapment of core-shell nanostructures. Egg yolk-shell nanoreactors have been shown to enable precise size control of nanocrystals in a confined space. As another example, there is a report that several nanometer-sized branches are grown by mesopores of silica shells from gold nanoparticle cores of various shapes. However, unlike commonly used inorganic shells such as silica and zeolites, metalorganic frameworks can provide nanocavities of various physical and chemical properties, although nanoscale confinement effects on the morphological changes of metal nanoparticle cores. did not apply to the investigation. Therefore, the exploration of the nanoscale confinement effect by metal-organic frameworks in hybrid nanostructures will expand the chemical scope of metal nanoparticle shape transformation and contribute to obtaining optimal properties and functions for desired applications.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제한된 나노미터 공간에서 화학 반응 제어가 가능한 금 나노 입자 형태 제어방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for controlling the shape of gold nanoparticles capable of controlling a chemical reaction in a limited nanometer space.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able
본 발명에 따른 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법은,The method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8 according to the present invention,
헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 질산은(AgNO3) 및 아스코르브 산을 이용하여 금 나노막대를 제조하는 제1단계;A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;A second method in which the prepared gold nanorods are reacted with 2-methylimidazole and an aqueous solution of zinc nitrate to coat zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods. step;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is carried out by; a fourth step of reducing the gold nanospheres and re-growth.
상기 제1단계의 금 나노막대의 생성은,The generation of gold nanorods in the first step is,
헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4) 및 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 혼합하여 종자용액을 제조하는 제1-1단계; 및 Step 1-1 to prepare a seed solution by mixing hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) with chloroauric acid (HAuCl 4 ) and sodium borohydride (NaBH 4 ); and
상기 염화금산(HAuCl4), 질산은(AgNO3), 아스코르브 산 및 상기 종자용액을 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 첨가하여 금 나노막대를 생성하는 제1-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. The chloroauric acid (HAuCl 4 ), Silver nitrate (AgNO 3 ), ascorbic acid, and the seed solution are added to hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) to produce gold nanorods in steps 1-2; characterized in that it is performed by.
상기 제2단계의 금 나노막대 표면에 ZIF-8의 코팅은,The coating of ZIF-8 on the surface of the gold nanorods in the second step is,
제1단계(S10)에서 제조된 상기 금 나노막대 수용액을 원심 분리하여 상층액을 제거한 뒤, 탈 이온수를 첨가한 후 혼합하는 제2-1단계; 및Step 2-1 of centrifuging the gold nanorod aqueous solution prepared in the first step (S10) to remove the supernatant, adding deionized water, and then mixing; and
상기 탈 이온수가 첨가된 금 나노막대와 Zn(NO3)2·6H2O를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)에 순차적으로 주입한 뒤 교반하여 금 나노막대 표면에 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 코팅하는 제2-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. The gold nanorods to which the deionized water was added and Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O were sequentially injected into 2-methylimidazole and stirred to form ZIF-8 (zeolitic) on the surface of the gold nanorods. It is characterized in that it is carried out by the 2-2 step of coating the imidazolate framework-8).
상기 코팅된 금 나노막대는,The coated gold nanorods,
상기 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)의 내부 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is located in the inner center of the ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework-8).
상기 제3단계의 에칭(etching)은,The etching of the third step is,
상기 코팅된 금 나노막대 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화(Hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제3-1단계; 및Step 3-1 of centrifuging the coated gold nanorod solution, discarding the supernatant, and mixing the solvent with hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) with stirring; and
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4)을 혼합하는 제3-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. After the solvent exchange, the 3-2 step of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) is characterized in that it is carried out.
상기 제4단계의 재성장은,The regrowth of the fourth step is,
상기 금 나노구형 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, CPC)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제4-1단계; 및a step 4-1 of centrifuging the gold nanospherical solution, discarding the supernatant, and stirring and mixing hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC) for solvent exchange; and
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid)을 혼합하는 제4-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. After the solvent exchange, the 4-2 step of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid; characterized in that it is performed.
또한, 본 발명인 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 분자 센서는,In addition, the molecular sensor using gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 of the present invention is,
헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 질산은(AgNO3) 및 아스코르브 산을 이용하여 금 나노막대를 제조하는 제1단계;A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 상기 막대 형태로 마련된 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;The prepared gold nanorods were reacted with an aqueous solution of 2-methylimidazole and zinc nitrate to form zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods prepared in the rod shape. A second step of coating on;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is manufactured including; a fourth step of re-growth by reducing the gold nanospheres.
또한, 본 발명인 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 약물 전달체는,In addition, the drug delivery system using gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 of the present invention is,
헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 질산은(AgNO3) 및 아스코르브 산을 이용하여 금 나노막대를 제조하는 제1단계;A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 상기 막대 형태로 마련된 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;The prepared gold nanorods were reacted with an aqueous solution of 2-methylimidazole and zinc nitrate to form zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods prepared in the rod shape. A second step of coating on;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is manufactured including; a fourth step of re-growth by reducing the gold nanospheres.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 제한된 나노미터 공간에서 화학 반응 제어가 가능한 금 나노 입자 형태 제어방법을 제공할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention can provide a method for controlling the shape of gold nanoparticles capable of controlling a chemical reaction in a limited nanometer space.
또한, 본 발명은 다공성 나노입자인 ZIF-8을 주형으로 삼아 내부의 금 나노막대 입자의 형태를 제어할 수 있어 분자 센서 및 약물 전달체로 사용할 수 있다.In addition, the present invention can control the shape of the gold nanorod particles inside by using ZIF-8, a porous nanoparticle, as a template, so that it can be used as a molecular sensor and a drug carrier.
또한, 본 발명은 제한된 공간에서 성장시킨 분지형 금 나노입자는 높은 표면적, 전기장 증폭 및 높은 광열 효과를 나타낼 수 있다.In addition, according to the present invention, branched gold nanoparticles grown in a limited space can exhibit high surface area, electric field amplification, and high photothermal effect.
도 1은 본 발명의 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 금 나노막대 입자를 ZIF-8으로 코팅 시킨 후 에칭과 재성장을 거쳐 금 나노막대의 형태가 변화되는 것을 표현한 개요도이다.
도 3은 도 2의 금 나노 막대의 형태가 변화되는 것을 투과전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 4는 다양한 농도의 HAuCl4로 에칭한 금 나노 막대의 형태 변화를 나타낸 개요도이다.
도 5는 HAuCl4를 0, 66, 125 및 291 μM의 농도(위에서 아래)에서 ZIF-8 내의 금 나노막대(이하, Rod@ZIF), 반구(이하, Semi@ZIF), 구(이하, Sphere@ZIF) 및 빈공간(이하, Empty ZIF)의 UV 가시 스펙트럼 그래프이다.
도 6은 Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF의 조건에서 코어 나노막대의 치수를 분석한 그래프로, 평균 너비는 빨간색으로 표시되고, 평균 길이는 파란색으로 표시된다.
도 7은 Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF 조건의 TEM 이미지로, 해당 TEM 이미지와 함께 원소 매핑(Au의 경우 빨간색, Zn의 경우 녹색)을 하단에 각각 표시하였다.
도 8은 코팅 전 Rod, Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF의 조건의 TEM 이미지에서 코어의 국부 표면 곡률 값에 따라 색상으로 구분된 오버레이 표면 윤곽을 나타낸 사진이다.
도 9는 Rod, Rod@ZIF, Semi@ZIF 및 Sphere@ZIF의 국부 표면 곡률분포를 나타낸 그래프이다.
도 10은 Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF의 XRD 패턴 (아래에서 위로)으로, 삽입 된 그림은 2θ에서 35 °에서 48 °까지 확대 된 XRD 신호를 보여준다.
도 11은 Rod@ZIF(왼쪽 플롯) 및 Sphere@ZIF(오른쪽 플롯)를 사용한 N2 흡착 및 탈착에 대한 등온선 선형 플롯이다.
도 12는 환원성 재성장 반응에 대한 Sphere@ZIF의 개략도이다.
도 13은 1분~21분 동안 환원성 재성장 반응에 대한 Sphere@ZIF의 UV 가시 스펙트럼(파란색 곡선에서 붉은색 곡선으로 변화)과 환원성 재성장 반응에 대한 용액 사진이다.
도 14는 1분, 4분 및 12분 동안 환원성 재성장 반응 후 Sphere@ZIF의 TEM 이미지이다.
도 15는 4분에서 환원성 재성장 반응 후 금 나노구형의 회로도 및 TEM 이미지이다.
도 16은 4분에서 환원성 재성장 반응 후 Sphere@S-ZIF의 회로도 및 TEM 이미지이다. 1 is a flowchart illustrating a method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8 according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating changes in the shape of gold nanorods through etching and regrowth after coating gold nanorod particles with ZIF-8.
FIG. 3 is a photograph of a change in the shape of the gold nanorod of FIG. 2 analyzed with a transmission electron microscope.
4 is a schematic diagram showing the shape change of the gold nanorods etched with various concentrations of HAuCl 4 .
5 is HAuCl 4 Gold nanorods (hereafter, Rod@ZIF), hemispheres (hereafter, Semi@ZIF), spheres (hereafter, Sphere@ZIF) and voids in ZIF-8 at concentrations of 0, 66, 125 and 291 μM (top to bottom) (hereinafter, Empty ZIF) is a UV visible spectrum graph.
6 is a graph analyzing the dimensions of the core nanorods under the conditions of Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF, and Empty ZIF. The average width is shown in red, and the average length is shown in blue.
7 is a TEM image of Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF, and Empty ZIF conditions, and element mapping (red for Au, green for Zn) is shown at the bottom together with the corresponding TEM images, respectively.
8 is a photograph showing the color-coded overlay surface contours according to the local surface curvature values of the cores in the TEM images of the conditions of Rod, Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF, and Empty ZIF before coating.
9 is a graph showing the local surface curvature distribution of Rod, Rod@ZIF, Semi@ZIF, and Sphere@ZIF.
Figure 10 is the XRD pattern (bottom to top) of Rod@ZIF, Semi@ZIF, Sphere@ZIF and Empty ZIF, the inset shows the XRD signal magnified from 35° to 48° in 2θ.
11 is isothermal linear plots for N 2 adsorption and desorption using Rod@ZIF (left plot) and Sphere@ZIF (right plot).
12 is a schematic diagram of Sphere@ZIF for a reductive regrowth reaction.
13 is a UV visible spectrum (changed from blue curve to red curve) of Sphere@ZIF for the reductive regrowth reaction for 1 to 21 minutes and a solution picture for the reductive regrowth reaction.
14 is a TEM image of Sphere@ZIF after reductive regrowth reaction for 1 min, 4 min and 12 min.
15 is a circuit diagram and TEM image of gold nanospheres after reductive regrowth reaction at 4 min.
16 is a schematic diagram and TEM image of Sphere@S-ZIF after reductive regrowth reaction at 4 min.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In the entire specification, when a part “includes” a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details including the problem to be solved for the present invention, the means for solving the problem, and the effect of the invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명인 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대의 입자 형태 제어 방법의 전체 반응 과정은 도 1 및 도 2에 나타내었다. The overall reaction process of the method for controlling the particle shape of gold nanorods in the nanometer local space of ZIF-8 according to the present invention is shown in FIGS. 1 and 2 .
먼저, 제1단계(S10)는 금 나노막대를 제조한다. 상기 금 나노막대는 길이 52.9±4.2㎚ 및 폭 14.2±1.1㎚로 제조하였고, 시드 성장 방법을 통해 준비되었다. First, in the first step (S10), a gold nanorod is manufactured. The gold nanorods were prepared with a length of 52.9±4.2 nm and a width of 14.2±1.1 nm, and were prepared through a seed growth method.
보다 구체적으로, 상기 제1단계(S10)는 제1-1단계(S11)로 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화(Hexadecyltrimethylammonium bromide, 이하 CTAB) 1 중량부에 대하여 염화금산(chloroauric acid, 이하 HAuCl4) 0.0027 중량부를 혼합한 후 수소화붕소나트륨(이하 NaBH4) 0.0006 중량부 혼합하여 1분 동안 실온에서 교반한 후 교반 없이 30℃에서 20분 동안 숙성하여 종자용액을 제조한다. More specifically, the first step (S10) is the first step 1-1 (S11), based on 1 part by weight of hexadecyltrimethylammonium bromide (hereinafter, CTAB) chloroauric acid (hereinafter, HAuCl 4 ) 0.0027 weight After mixing the parts, 0.0006 parts by weight of sodium borohydride (hereinafter NaBH 4 ) were mixed, stirred at room temperature for 1 minute, and then aged at 30° C. for 20 minutes without stirring to prepare a seed solution.
제1-2단계(S12)로 HAuCl4 1 중량부에 대하여, 질산은(이하 AgNO3) 0.0769 중량부, 아스코르브 산 0.5052 중량부 및 상기 종자용액에 CTAB 185 중량부을 첨가하여 30℃에서 교반한 후, 교반 없이 2시간 동안 숙성하여 금 나노막대를 생성한다. 생성된 금 나노막대를 15분 동안 두 번 원심 분리하여 상기 금 나노막대를 분산시킨 후, CTAB에 보관한다. With respect to 1 part by weight of HAuCl 4 in step 1-2 (S12), Silver nitrate (hereinafter AgNO 3 ) 0.0769 parts by weight, 0.5052 parts by weight of ascorbic acid, and 185 parts by weight of CTAB were added to the seed solution, stirred at 30° C., and aged for 2 hours without stirring to produce gold nano-rods. The resulting gold nanorods were centrifuged twice for 15 minutes to disperse the gold nanorods, and then stored in CTAB.
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 제1단계(S10)에서 제조된 상기 금 나노막대를 ZIF-8로 코팅한다. 도 2(a)에 나타난 바와 같이, 상기 금 나노막대의 수용액을 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응시켜 ZIF(쉘 두께 = 길이 150.2 ± 10.8㎚, 폭 126.3 ± 14.0㎚)로 코팅하였다. Next, in the second step (S20), the gold nanorods prepared in the first step (S10) are coated with ZIF-8. As shown in Fig. 2(a), the aqueous solution of the gold nanorods was reacted with an aqueous solution of 2-methylimidazole and zinc nitrate to form ZIF (shell thickness = length 150.2 ± 10.8 nm, width 126.3 ± 14.0 nm).
보다 구체적으로, 제2-1단계(S21)로 상기 제1단계(S10)에서 제조된 상기 금 나노막대 수용액을 15분 동안 원심 분리하고, 상층액 일부를 버린다. 상기 금 나노막대에 탈 이온수를 첨가한 후 혼합한다. 이후, Zn(NO3)2·6H2O에 상기 금 나노막대 용액와 2-메틸이미다졸을 순차적으로 주입한 뒤 5분 동안 교반하고 3시간 동안 숙성한 뒤 15분 동안 원심분리하고 상층액을 버린 뒤, 생성물을 5분 동안 볼 텍싱 및 초음파 처리하여 메틸알코올에 분산시킨다. 15분 동안 원심 분리하고 상층액을 버려 생성물을 분산시키고 메틸알코올에 저장한다. More specifically, in step 2-1 (S21), the gold nanorod aqueous solution prepared in the first step (S10) is centrifuged for 15 minutes, and a portion of the supernatant is discarded. Deionized water is added to the gold nanorods and then mixed. Then, the gold nanorod solution and 2-methylimidazole were sequentially injected into Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O, stirred for 5 minutes, aged for 3 hours, centrifuged for 15 minutes, and the supernatant was collected After discarding, the product is dispersed in methyl alcohol by vortexing and sonicating for 5 minutes. Centrifuge for 15 minutes and discard the supernatant to disperse the product and store in methyl alcohol.
상기 금 나노막대 수용액이 상기 ZIF 전구체의 혼합물에 주입되면서 상기 CTAB 이중층을 사용하여 상기 금 나노막대 표면에서 상기 ZIF의 핵 형성 및 성장이 시작된다. 이는 CTAB이 ZIF-8의 100 크리스탈 팻싯에 흡착 선호도를 가지고 있는 특성에 기인한다. 따라서 금 나노막대 표면의 CTAB 이중층은 ZIF-8의 핵 형성을 유도할 수 있고 연속적인 성장 과정을 이끌어 코어-쉘 하이브리드 입자가 형성될 수 있다. 또한, 용액 내 CTAB는 쉘의 성장을 제어하여 입방체 형태 및 크기 조절을 가능하게 한다. 결과적으로 상기 코팅된 금 나노막대가 다중 도메인 ZIF 쉘 내부 중앙에 위치함에 따라 코어-쉘 하이브리드(이하 Rod@ZIF)가 형성된다. As the aqueous gold nanorod solution is injected into the mixture of the ZIF precursor, nucleation and growth of the ZIF begins on the surface of the gold nanorod using the CTAB bilayer. This is due to the property that CTAB has adsorption affinity for the 100 crystal fatsets of ZIF-8. Therefore, the CTAB bilayer on the surface of the gold nanorods can induce the nucleation of ZIF-8 and lead to a continuous growth process to form core-shell hybrid particles. In addition, CTAB in solution controls the growth of the shell, allowing for cubic shape and size control. As a result, as the coated gold nanorods are centered inside the multi-domain ZIF shell, a core-shell hybrid (hereinafter Rod@ZIF) is formed.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 제2단계(S20)에서 제조된 ZIF가 코팅된 금 나노막대(이하 Rod@ZIF)의 산화 에칭을 실시하여 금 나노구형(이하 Sphere@ZIF)을 생성한다. 상기 산화 에칭은 HAuCl4과 CTAB을 이용하여 실시한다. Next, in the third step (S30), the ZIF-coated gold nanorods (hereinafter, Rod@ZIF) prepared in the second step (S20) are oxidized and etched to generate gold nanospheres (hereinafter, Sphere@ZIF). do. The oxidation etching is performed using HAuCl 4 and CTAB.
보다 구체적으로, 상기 제2단계(S20)에서 제조된 Rod@ZIF 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤 40℃에서 CTAB을 10분 동안 교반 혼합하여 메틸알코올을 상기 CTAB로 용매 교환 한다. 이후, 용매 교환된 Rod@ZIF에 HAuCl4의 메틸알코올 용액을 혼합하여 40℃에서 30분 동안 혼합한다. 생성된 연분홍색 용액을 10분 동안 원심 분리하고 상층액을 버린 후 메틸알코올에 저장한다. More specifically, the Rod@ZIF solution prepared in the second step (S20) is centrifuged, the supernatant is discarded, and CTAB is stirred and mixed at 40° C. for 10 minutes to solvent exchange the methyl alcohol with the CTAB. Thereafter, the solvent-exchanged Rod@ZIF is mixed with a methyl alcohol solution of HAuCl 4 and mixed at 40° C. for 30 minutes. The resulting pale pink solution is centrifuged for 10 minutes and the supernatant is discarded and stored in methyl alcohol.
도 3(b)에 나타난 바와 같이, 상기 금 나노막대 코어는 구형으로 산화 에칭(이하, Sphere@ZIF)될 수 있으며, 상기 ZIF 쉘은 상기 쉘 두께를 약간 증가시키면서 원래 형태를 유지한다. 본 발명에서는 상기 Rod@ZIF에서 Sphere@ZIF로의 상대적인 쉘 두께는 국부 구조 변형 후, ZIF 쉘 도메인의 위치 재구성으로 인해 발생할 수 있다고 가정한다. 상기 산화 에칭은 상기 금 나노막대 코어와 인접 쉘 사이의 경계면에 빈 공간을 생성하여 추가 화학 반응을 위한 제한된 공간을 확보할 수 있다. As shown in FIG. 3(b) , the gold nanorod core may be oxidized etched into a sphere (hereinafter, Sphere@ZIF), and the ZIF shell maintains its original shape while slightly increasing the shell thickness. In the present invention, it is assumed that the relative shell thickness from Rod@ZIF to Sphere@ZIF may occur due to repositioning of the ZIF shell domain after local structural transformation. The oxidative etching may create an empty space at the interface between the gold nanorod core and the adjacent shell to secure a limited space for further chemical reaction.
도 5에 나타난 바와 같이, Au+와 Au3+ 사이의 비례화 반응(conproportionation)은 원자가 다소 낮게 조정 된 나노막대 팁에서 금 원자의 용해를 야기했다. 상기 에칭 단계는 UV 가시 스펙트럼을 통해 모니터링 되었다. As shown in Fig. 5, the proportionalionation between Au + and Au 3+ caused the dissolution of gold atoms in the nanorod tip with the valence adjusted to a rather low level. The etching step was monitored through the UV visible spectrum.
상기 ZIF 쉘 형성 시, 상기 금 나노막대의 종 방향 국부 표면 플라즈몬 공명(이하, LSPR) 밴드는 ZIF 쉘이 없는 경우에 비해 781㎚에서 806㎚로 적색 편이 된다. 513㎚에서 횡 방향 LSPR 밴드는 상기 ZIF 쉘 형성 후 미세한 변화를 나타냈다. 종 방향 LSPR 밴드의 적색 편이는 상기 ZIF 쉘로 인해 나노막대를 둘러싼 굴절률의 변화에 기인한다. 상기 LSPR 밴드 모양은 쉘 형성 후에도 변하지 않았으며, 이는 코어 나노 입자가 입자 간 응집 없이 잘 분산되고 코팅되었음을 반영하는 것이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 산화 에칭 과정에서 상기 HAuCl4 농도가 증가함에 따라 종 방향 LSPR 밴드는 806㎚에서 524㎚로 청색 편이를 하였으며, 상기 HAuCl4 291μM가 첨가되었을 경우 종 방향 LSPR 밴드는 거의 사라진다. 삽입 된 그래프는 450 ~ 600㎚의 파장 범위에서 각 조건에 누적 된 UV 가시 스펙트럼 간의 차이가 강조된다. 상기 Rod@ZIF의 종 방향 LSPR 밴드에서 청색 편이는 나노막대 코어의 이방성에서 등방성으로의 기하학적 변환을 나타낸다. When the ZIF shell is formed, the longitudinal localized surface plasmon resonance (LSPR) band of the gold nanorods is redshifted from 781 nm to 806 nm compared to the case without the ZIF shell. The transverse LSPR band at 513 nm showed a subtle change after the ZIF shell formation. The redshift of the longitudinal LSPR band is due to the change in refractive index surrounding the nanorods due to the ZIF shell. The shape of the LSPR band did not change even after shell formation, reflecting that the core nanoparticles were well dispersed and coated without agglomeration between particles. As shown in FIG. 5 , as the HAuCl 4 concentration increased during the oxidation etching process, the longitudinal LSPR band shifted blue from 806 nm to 524 nm, and when 291 μM of HAuCl 4 was added, the longitudinal LSPR band was almost disappear The inset graph highlights the difference between the accumulated UV-visible spectra for each condition in the wavelength range of 450 to 600 nm. The blue shift in the longitudinal LSPR band of the Rod@ZIF indicates the geometric transformation from anisotropy to isotropy of the nanorod core.
도 6 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 산화 에칭을 통한 Rod@ZIF의 코어 형상에 대한 정량분석은 TEM 이미지를 기반으로 수행되었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 산화 에칭이 진행됨에 따라 세로 방향의 나노막대 코어의 길이는 Rod@ZIF의 50.7㎚에서 Semi@ZIF의 32.7㎚ 및 Sphere@ZIF의 18.0㎚로 선형 적으로 감소하였다. 다만, Rod@ZIF에서 13.9㎚, Semi@ZIF에서 14.6㎚, Sphere@ZIF에서 13.0㎚으로 상기 나노막대 폭은 크게 변하지 않았다. 상기 나노막대 코어의 길이와 너비는 결국 Sphere@ZIF에서 13㎚까지 수렴되었다. 고농도의 HAuCl4(291μM) 하에서 상기 나노막대 코어는 모두 산화 에칭되어 상기 ZIF 쉘 내부에 명확하게 빈 공간을 남긴다. 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 산화 에칭 된 하이브리드의 원소 매핑은 코어에서 Au와 쉘에서 Zn의 뚜렷한 공간분포를 나타내었다. 상기 나노막대 코어가 더 많이 산화 에칭 됨에 따라, Au에 대한 신호가 감소하여 기하학적 분석과 일치한다.As shown in FIGS. 6 to 7 , quantitative analysis of the core shape of Rod@ZIF through the oxidation etching was performed based on TEM images. As shown in FIG. 6 , as the oxidation etching proceeded, the length of the nanorod core in the longitudinal direction was linearly decreased from 50.7 nm of Rod@ZIF to 32.7 nm of Semi@ZIF and 18.0 nm of Sphere@ZIF. However, the width of the nanorods did not change significantly from 13.9 nm to Rod@ZIF, 14.6 nm to Semi@ZIF, and 13.0 nm to Sphere@ZIF. The length and width of the nanorod core eventually converge to 13 nm at Sphere@ZIF. Under a high concentration of HAuCl 4 (291 μM), all of the nanorod cores were oxidatively etched, leaving a clearly void space inside the ZIF shell. As shown in Fig. 7, the elemental mapping of the oxidized etched hybrid showed a distinct spatial distribution of Au in the core and Zn in the shell. As the nanorod core becomes more oxidatively etched, the signal for Au decreases, consistent with the geometrical analysis.
도 8 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 산화 에칭 단계에서 치수분석 이외에도 코어 형태의 정량분석을 수행하였다. 각 코어 형태의 곡률분포는 Rod@ZIF의 0㎚-1부터 Sphere@ZIF의 0.15㎚-1까지 점진적인 이동을 나타내었으며, 에칭되지 않은 코어보다 곡선 형태학이 더 많다는 것을 나타낸다. 낮은 곡률값의 비율 감소는 앞에서 언급한 치수분석에서 관찰된 우선적인 세로 에칭 사건을 확증한다. 또한, 곡률값은 Sphere@ZIF에서 0.15㎚-1까지 수렴되어 형상 이소트로피를 나타낸다. As shown in FIGS. 8 to 9 , in the oxidation etching step, in addition to dimensional analysis, quantitative analysis of the core shape was performed. The curvature distribution of the core configuration indicates that the Rod @ -1 of from 0㎚ ZIF to 0.15㎚ Sphere @ -1 of ZIF showed a gradual movement, than the non-etched core curved morphology more wise. The decrease in the ratio of the low curvature values confirms the preferential longitudinal etching events observed in the aforementioned dimension analysis. In addition, the curvature value converges to 0.15nm -1 in Sphere@ZIF, indicating shape isotropy.
도 10 내지 도 11에 나타난 바와 같이, Rod@ZIF의 내부 구조와 코어-에칭 된 종은 분말 X선 회절(XRD)와 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 표면분석을 사용하여 조사되었다. 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 Rod@ZIF의 XRD 패턴은 해당 피크가 있는 ZIF-8 입자의 XRD 패턴과 동일하였다. 본 발명에서 제조된 Rod@ZIF의 ZIF 쉘이 원래의 결정성을 유지함을 확인할 수 있다. Rod@ZIF의 금 나노막대 코어는 Au111의 경우 38°, Au200의 경우 44.5°에서 두 개의 고강도 피크로 식별되었다. 10 to 11, the internal structure and core-etched species of Rod@ZIF were investigated using powder X-ray diffraction (XRD) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface analysis. As shown in FIG. 10 , the XRD pattern of the Rod@ZIF was the same as the XRD pattern of the ZIF-8 particles having the corresponding peak. It can be seen that the ZIF shell of Rod@ZIF manufactured in the present invention maintains the original crystallinity. The gold nanorod core of Rod@ZIF was identified by two high intensity peaks at 38° for Au111 and 44.5° for Au200.
또한, 코어 에칭 된 종(Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF)은 Rod@ZIF와 변경되지 않은 상대 강도로 ZIF-8에 대해 동일한 신호를 유지하여 Rod@ZIF의 코어 입자에 대한 후속 에칭은 ZIF 쉘의 전체 결정 구조에 영향을 미치지 않았음을 나타낸다. 나노막대 코어에 할당 된 XRD 피크는 Rod@ZIF에서 금의 양이 감소하기 때문에 에칭이 추가로 발생함에 따라 점차적으로 감소하는 것으로 나타난다. In addition, the core-etched species (Semi@ZIF, Sphere@ZIF, and Empty ZIF) maintained the same signal for Rod@ZIF and ZIF-8 with unaltered relative intensities, so that subsequent etching of Rod@ZIF on the core particles was This indicates that the overall crystal structure of the ZIF shell was not affected. The XRD peak assigned to the nanorod core appears to decrease gradually as the etching further occurs because the amount of gold in Rod@ZIF decreases.
반면에 Scherrer 방정식에 의해 추정 된 ZIF 쉘의 평균 크기는 첫 번째 XRD 피크의 최대 절반에서 전체 너비로 Rod@ZIF의 경우 540Å, Sphere@ZIF의 경우 509Å로 확인되었다. 평균 크기의 약간의 감소는 HAuCl4과의 에칭 반응 동안 산성 환경에 의해 유도 될 수 있는 결정질 간 ZIF 도메인 부근의 ZIF 쉘의 국부적 분해로 인해 발생할 수 있다고 가정하였다. On the other hand, the average size of the ZIF shell estimated by the Scherrer equation was found to be 540 Å for Rod@ZIF and 509 Å for Sphere@ZIF with full width at the maximum half of the first XRD peak. It was hypothesized that the slight decrease in average size could occur due to local decomposition of the ZIF shell near the intercrystalline ZIF domain, which could be induced by the acidic environment during the etching reaction with HAuCl 4 .
또한, 도 11에 나타난 바와 같이, Rod@ZIF와 Sphere@ZIF의 미세 다공성 특성은 흡착 및 탈착 된 N2의 양으로 조사되었다. Rod@ZIF의 BET 표면적은 1,217㎡·g-1로 기록되어 ZIF-8 (1,892㎡·g-1) 보다 작다. 이러한 표면적의 감소는 나노막대 코어에서 추가 된 질량 증가와 다중 영역 ZIF 교차점에서 발생하는 잠재적인 국소 비 미세 다공성 때문일 수 있다. 도 11에 나타난 바와 같이, BET 표면적은 Rod@ZIF와 Sphere@ZIF 간에 크게 변하지 않았으며, N2 흡착 및 탈착에 대한 등온선 선형 플롯이 거의 동일한 것으로 나타났다. Sphere@ZIF에는 Rod@ZIF 만큼 많은 금 원자가 포함되어 있지 않으므로 Rod@ZIF보다 BET 표면적이 더 높을 것으로 예상되지만, 에칭으로 인해 ZIF 쉘 및 유사한 BET의 국소 구조 변형이 발생할 수 있다. Sphere@ZIF의 BET 표면적 감소에 대한 이 추측은 Sphere@ZIF의 BET 표면적에 대한 t- 플롯 외부 표면적의 증가로 뒷받침 될 수 있다.In addition, as shown in Fig. 11, the microporous properties of Rod@ZIF and Sphere@ZIF were investigated with the amount of adsorbed and desorbed N 2 . Rod @ BET surface area of the ZIF can be written as 1,217㎡ · g -1 less than the ZIF-8 (1,892㎡ · g -1 ). This decrease in surface area could be due to the added mass increase in the nanorod core and the potential local non-microporosity arising from the multi-region ZIF junction. 11 , the BET surface area did not change significantly between Rod@ZIF and Sphere@ZIF, and isotherm linear plots for N 2 adsorption and desorption were almost identical. Sphere@ZIF does not contain as many gold atoms as Rod@ZIF, so it is expected to have a higher BET surface area than Rod@ZIF, however, etching may result in local structural deformation of the ZIF shell and similar BETs. This speculation about the decrease in the BET surface area of Sphere@ZIF can be supported by the increase of the surface area outside the t-plot against the BET surface area of Sphere@ZIF.
다음으로, 제4단계(S40)는 제3단계(S30)에서 생성된 금 나노구형(Sphere@ZIF)을 환원하여 재성장한다. 상기 제4단계(S40)에서 환원적 재성장은 HAuCl4과 아스코르브산(ascorbic acid)을 이용하여 실시한다. Next, in the fourth step (S40), the gold nanospheres (Sphere@ZIF) generated in the third step (S30) are reduced and re-growth. In the fourth step (S40), the reductive regrowth is performed using HAuCl 4 and ascorbic acid.
보다 구체적으로, 상기 메틸알코올에 저장된 Sphere@ZIF를 10분 동안 원심분리하고 상층액을 완전히 버린 후 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, 이하 CPC)로 용매 교환한다. HAuCl4에 아스코르브 산 및 상기 Sphere@ZIF를 CPC 용액에 순서대로 첨가하면서 가볍게 흔들어준다. More specifically, the Sphere@ZIF stored in the methyl alcohol is centrifuged for 10 minutes, the supernatant is completely discarded, and the solvent is exchanged with hexadecylpyridinium chloride monohydrate (hereinafter CPC). Ascorbic acid in HAuCl 4 and the above Sphere@ZIF are sequentially added to the CPC solution while gently shaking.
도 3(c)에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 상기 ZIF 내부에 라즈베리와 같은 분지형 금 나노구형조를 성장시킬 수 있다.As shown in FIG. 3( c ), in the present invention, branched gold nanospheres such as raspberry can be grown inside the ZIF.
도 12 내지 도 16에 나타난 바와 같이, 나노 크기 제한된 공간에서 나노막대 코어의 에칭을 억제 한 템플릿에 대한 본 발명의 데모와 비교하여, 본 발명에서는 ZIF 쉘에 갇힌 코어의 화학적 변형을 연구하기 위해 Sphere@ZIF를 씨앗으로 환원 재생을 수행했다.As shown in Figs. 12 to 16, compared with the demonstration of the present invention for a template that inhibited the etching of the nanorod core in a nanoscale confined space, in the present invention, a Sphere was used to study the chemical modification of the core trapped in the ZIF shell. @ZIF I did a reduction regeneration to seeds.
도 13에 나타난 바와 같이, HAuCl4과 아스코르브산이 상기 Sphere@ZIF와 반응함에 따라, UV 가시 스펙트럼은 반응 4분 이내에 536㎚에서 LSPR 밴드를 나타내기 시작했다. LSPR 밴드는 13분의 반응으로 계속 성장하고 그 후 감소했으며 그 모양은 넓어지고 근적외선 파장으로 확장되었다. 15분의 반응 후, 재성장 된 코어 나노 입자는 응집을 겪는 것처럼 보였으며, 용액 색상이 분홍색에서 연보라색으로 변하는 것으로 확인할 수 있다. As shown in FIG. 13 , as HAuCl 4 and ascorbic acid reacted with the Sphere@ZIF, the UV visible spectrum started to show an LSPR band at 536 nm within 4 minutes of the reaction. The LSPR band continued to grow with a response of 13 min and then decreased, and its shape broadened and extended to near-infrared wavelengths. After 15 min of reaction, the regrown core nanoparticles appeared to undergo aggregation, and it can be confirmed that the solution color changes from pink to lavender.
도 14에 나타난 바와 같이, 반응시간에 대한 TEM 이미지는 상기 Sphere@ZIF에서 구형 코어의 형태학적 변형을 확인할 수 있다. ZIF 쉘에 갇힌 코어 나노 입자의 환원적 성장은 주형에 의존적임을 확인하였다. 반응 1분, 4분 및 12분에서 반응 용액의 분취량을 수집하고 추가 반응을 피하기 위해 TEM 그리드에서 즉시 건조했다. TEM 그리드에 퇴적 된 화학종이 남아 있었고, 해당 TEM 이미지에는 흐릿한 영역이 포함되어 있으며 환원성 재성장이 빠르게 진행되었기 때문에 반응을 억제하기가 어려웠다. 그렇지 않으면 표면 강화 라만 신호 및 광열 요법과 같은 나노분지형 구조에 유리한 실용적인 응용을 위해 재성장 된 나노구형조를 활용할 수 있을 것이다.As shown in FIG. 14 , the TEM image with respect to the reaction time can confirm the morphological deformation of the spherical core in the Sphere@ZIF. It was confirmed that the reductive growth of core nanoparticles trapped in the ZIF shell is template-dependent. Aliquots of the reaction solution were collected at 1 min, 4 min, and 12 min of reaction and dried immediately on a TEM grid to avoid further reaction. The chemical species deposited on the TEM grid remained, and the corresponding TEM image contained hazy areas and it was difficult to suppress the reaction because the reductive regrowth proceeded rapidly. Otherwise, it would be possible to utilize the regrown nanospheres for practical applications advantageous for nanobranched structures, such as surface-enhanced Raman signaling and photothermal therapy.
반응 1분에서 얻은 코어 나노입자(코어 지름 = 16.5±3.0㎚)는 초기 코어보다 크게 성장했고, 코어 나노입자를 윤곽으로 한 라즈베리 모양의 가지(지점 폭 = 7.7±2.1㎚)가 형성되었다. 4분 후, 핵심 나노입자는 1분간의 반응으로 얻은 것보다 뚜렷한 가지들로 장식되었다. 핵심 나노입자가 커지고 분지가 늘어나면서 다영역 ZIF 껍질이 갈라지고 분해되는 것 같았다. 나노막대 코어를 에칭한 빈 공간은 6,474㎚3(나노막대 코어 부피의 85%)로 계산했는데, 이는 나노브랜치 형성에 충분한 것으로 보인다. 그러나 나노브랜치는 인접한 ZIF 껍질뿐만 아니라 빈 공간을 향해 모든 3차원 방향으로 성장하는 것으로 나타났다. 아스코르브산, HAuCl4 및 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(CPC)이 존재하는 복잡한 화학적 상호작용은 재생이 진행되는 동안 에칭보다 ZIF 쉘의 구조적 변형을 더 유발할 수 있다. 12분간의 반응으로 얻은 샘플은 ZIF 껍질이 없는 다각형의 금 나노 입자만을 함유하고 있는 것으로 밝혀졌다. 도 15에 나타난 바와 같이, ZIF 쉘이 없는 금 나노구형을 이용한 제어 실험이 실시되었고, 우리는 라즈베리 모양의 넝쿨 입자가 아닌 8면체를 관측했다. 따라서 ZIF 껍질은 분지된 나노구형조물의 형성을 관리하는 데 중요한 역할을 한 것으로 추정된다. 본 발명에서 Sphere@ZIF에서 라즈베리와 같은 코어 재성장이 에칭에서 생성 된 빈 공간, ZIF 쉘의 다중 도메인 속성, 에칭 및 재성장 반응 중 ZIF 쉘의 국소 구조 변형과 같은 세 가지 복잡한 요인에서 파생 될 수 있다고 가정한다. The core nanoparticles (core diameter = 16.5±3.0 nm) obtained at 1 minute of reaction grew larger than the initial core, and raspberry-shaped branches (spot width = 7.7±2.1 nm) with the core nanoparticles as the outline were formed. After 4 minutes, the core nanoparticles were decorated with distinct branches than those obtained with the 1-minute reaction. As the core nanoparticles grew and branched, the multidomain ZIF shell seemed to crack and disintegrate. The etched void space of the nanorod core was calculated to be 6,474 nm 3 (85% of the nanorod core volume), which appears to be sufficient for nanobranch formation. However, the nanobranches were shown to grow in all three-dimensional directions towards the voids as well as the adjacent ZIF shells. The complex chemical interaction in the presence of ascorbic acid, HAuCl 4 and hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC) can cause more structural deformation of the ZIF shell than etching during regeneration. It was found that the sample obtained from the 12-minute reaction contained only polygonal gold nanoparticles without a ZIF shell. As shown in FIG. 15 , a control experiment was conducted using gold nanospheres without ZIF shells, and we observed octahedrons rather than raspberry-shaped vine particles. Therefore, it is presumed that the ZIF shell played an important role in governing the formation of branched nanospheroids. In the present invention, we hypothesize that raspberry-like core regrowth in Sphere@ZIF can be derived from three complex factors: the voids created by etching, the multi-domain properties of the ZIF shell, and the local structural deformation of the ZIF shell during etching and regrowth reactions. do.
본 발명에서는, 도 16에 나타난 바와 같이, 가설을 뒷받침하기 위해 단일 도메인 ZIF쉘(Sphere@S-ZIF)로 코팅된 금 나노구형을 얻고 환원 재생을 수행했다. Sphere@S-ZIF의 ZIF 쉘은 입방체 모양이었고 하나 또는 두 개의 구형 코어가 ZIF 쉘 내부에 있다. Sphere@S-ZIF의 환원적 재성장을 통해 Sphere@ZIF로 관찰 한 것과는 달리 코어 나노 입자에서 형태학적 변형이 발견되지 않았다. 10분의 반응에서 변형 된 일부 핵심 나노 입자가 있었는데, 여기서 ZIF 쉘은 확장 된 반응 시간에 걸쳐 더 많이 분해되는 것으로 나타났다. HAuCl4으로 인해 용액이 산성이기 때문에 단일 도메인 Sphere@S-ZIF에서도 ZIF 껍질은 자연적으로 분해되고 핵심 나노 입자는 환원 환경에 취약 해졌다. 분지형 코어 형성에 대한 한 가지 이유는 Sphere@ZIF에 존재하는 빈 공간에서 비롯될 수 있다. 나노막대 코어의 에칭에서 생성 된 코어와 인접한 ZIF 쉘 사이의 나노 스케일의 빈 공간은 화학종의 저장소 역할을 할 수 있으며 코어에 가지 형성을 촉진 할 수 있다. In the present invention, as shown in Fig. 16, gold nanospheres coated with a single domain ZIF shell (Sphere@S-ZIF) were obtained and reductive regeneration was performed to support the hypothesis. The ZIF shell of Sphere@S-ZIF was cubic in shape, with one or two spherical cores inside the ZIF shell. Through reductive regrowth of Sphere@S-ZIF, no morphological alterations were found in the core nanoparticles, in contrast to that observed with Sphere@ZIF. There were some core nanoparticles that were deformed in the 10 min reaction, where the ZIF shell appeared to degrade more over the extended reaction time. Because the solution is acidic due to HAuCl 4 , even in single domain Sphere@S-ZIF, the ZIF shell naturally degrades and the core nanoparticles become vulnerable to the reducing environment. One reason for the branched core formation could come from the voids present in Sphere@ZIF. The nanoscale voids between the core and the adjacent ZIF shell created in the etching of the nanorod core can serve as reservoirs of chemical species and promote branching in the core.
Au3+ 및 아스코르브 산 농도가 증가하면 금 나노 브랜치가 형성되는 것으로 보고되었다. 최근 보고서는 나노 크기의 공동이 다공성 템플릿 내부에 화학종을 집중시키는 데 도움이 될 수 있음을 보여주었다. 또한 Sphere@ZIF의 다중 도메인 특성은 라즈베리와 같은 코어 재성장의 원인이 될 수 있다. 다중 도메인 쉘은 결정질 간 ZIF 도메인에 숨겨진 메조 포어를 포함 할 수 있다. 메조 포어는 화학종을 코어 나노 입자로 더 잘 수송하는 데 도움이 될 것으로 보이며 금 원자가 성장하는 나노 크기 통로 역할을 할 수도 있다. It has been reported that gold nanobranches are formed when Au 3+ and ascorbic acid concentrations are increased. A recent report showed that nano-sized cavities could help to concentrate chemical species inside porous templates. Also, the multi-domain nature of Sphere@ZIF can cause raspberry-like core regrowth. Multidomain shells may contain mesopores hidden in the intercrystalline ZIF domain. The mesopores are likely to help better transport chemical species to the core nanoparticles, and may also serve as nanoscale pathways through which gold atoms grow.
또한, 본 발명에서 Sphere@ZIF의 여러 도메인은 입방체 ZIF 입자(Sphere@S-ZIF)에서 우세한 단일 100 크리스탈 패싯이 아닌 이질적인 패싯으로 구성된 것으로 가정했다. 100 크리스탈 패싯은 다른 크리스탈 패싯보다 산성 조건에서 더 저항성이 높고 안정적인 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명에서는 ZIF 쉘의 국부적 구조 변형이 HAuCl4과 산성 환경에서 에칭 및 재성장 반응에 대해 발생했을 수 있으며, 이는 코어 나노 입자의 분지형 성장에 기여할 수도 있다.In addition, in the present invention, it is assumed that the multiple domains of Sphere@ZIF are composed of heterogeneous facets rather than a single 100 crystal facet that dominates in cubic ZIF particles (Sphere@S-ZIF). 100 crystal facets are known to be more resistant and stable in acidic conditions than other crystal facets. Therefore, in the present invention, local structural modification of the ZIF shell may have occurred for etching and regrowth reactions in HAuCl 4 and acidic environments, which may also contribute to the branched growth of core nanoparticles.
다중 세척 처리 후 Rod@ZIF 및 Sphere@ZIF의 TEM 이미지를 검사하여 다중 도메인 쉘에서 결정질 사이의 다공성 및 잠재적 국소 변형을 파악할 수 있다. 하이브리드 나노 입자를 메틸알코올로 세척함에 따라 다중 도메인 ZIF 쉘은 도메인 간의 분리에 취약한 것으로 확인 되었으며 ZIF 도메인 사이의 계면 공간이 확장 될 수 있다. 세척이 더 많이 시행됨에 따라 Sphere@ZIF의 도메인 간의 분리가 심해져 내부 구조적 변형이 더 심해졌다. 교차 도관 지원 재성장에 대한 본 발명의 가정은 Rod@ZIF에 대한 환원적 재성장에 의해 더욱 뒷받침 될 수 있다. 분지형 나노구형조는 막대 끝에서 성장했으며, 이는 껍질을 벗긴 나노 막대에서는 관찰되지 않았다.TEM images of Rod@ZIF and Sphere@ZIF after multiple wash treatments can be examined to reveal porosity and potential local strains between crystallites in multi-domain shells. As the hybrid nanoparticles were washed with methyl alcohol, it was confirmed that the multi-domain ZIF shell was vulnerable to separation between domains, and the interfacial space between the ZIF domains could be extended. As more washings were performed, the separation between the domains of Sphere@ZIF increased, resulting in more internal structural modifications. Our assumptions about cross-conduit supported regrowth can be further supported by reductive regrowth for Rod@ZIF. Branched nanospheres grew at the ends of the rods, which was not observed in the peeled nanorods.
또한, 본 발명은 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용하여 분자 센서를 제조할 수 있다. 앞서 기술한 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자 형태 제어 방법에 의해 금 나노 막대 입자를 제조한 뒤, 특정 분자를 타겟하기 위한 선택성을 ZIF-8의 기공에 통과 가능한 크기로 제한할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a molecular sensor using gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8. After preparing gold nanorod particles by the method for controlling the shape of gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 described above, the selectivity for targeting specific molecules is limited to a size that can pass through the pores of ZIF-8. can
내부의 금 나노 막대 입자는 국소 표면 플라즈몬 공명 현상이 있어 금 나노 입자 표면에 흡착한 분자는 Raman 신호 증강을 기대할 수 있어 탐침 성능이 극대화될 수 있다. Since the inside of the gold nanorod particle has a local surface plasmon resonance phenomenon, the Raman signal enhancement can be expected for molecules adsorbed on the gold nanoparticle surface, thereby maximizing the probe performance.
예를 들어, ZIF-8의 기공보다 작은 nitrobenzenethiol 분자는 기공 내부를 침투하여 금 나노 입자 표면에 흡착한 후 라만(Raman) 분석으로 검출이 가능하다. 하지만, ZIF-8의 기공보다 큰 Rhodamine 6G 분자는 기공 내부로 침투하지 못하여 라만(Raman) 분석으로 검출이 불가능하다. For example, nitrobenzenethiol molecules that are smaller than the pores of ZIF-8 can be detected by Raman analysis after penetrating the pores and adsorbing them to the surface of gold nanoparticles. However, Rhodamine 6G molecules that are larger than the pores of ZIF-8 cannot penetrate into the pores and thus cannot be detected by Raman analysis.
따라서 용액 내 여러 가지 종류의 물질이 녹아있고 검출을 원하는 물질이 ZIF-8의 기공보다 작은 경우, 본 발명인 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 분자 센서로 라만(Raman) 분석을 통하여 분리 및 검출이 가능하다고 예측할 수 있으므로 분자 센서로 활용 가능함을 알 수 있다. Therefore, when various kinds of substances are dissolved in the solution and the substance to be detected is smaller than the pores of ZIF-8, Raman analysis using a molecular sensor using gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 according to the present invention It can be predicted that separation and detection are possible through
또한, 본 발명은 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용하여 약물 전달체를 제조할 수 있다. 앞서 기술한 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자 형태 제어 방법에 의해 금 나노 막대 입자를 제조한 뒤 다종의 약물을 하나의 입자에 적재하여, 원하는 부위에 전달할 수 있는 장점 및 ZIF-8 쉘에 의한 약물 전달의 안정성을 기대할 수 있다. In addition, the present invention can prepare a drug delivery system using gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8. The advantage of producing gold nanorod particles by the method for controlling the shape of gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 described above, and loading various drugs into one particle and delivering it to a desired site and ZIF- 8 The stability of drug delivery by the shell can be expected.
예를 들어, 금 나노 입자 표면에 약물을 기능화시킬 수 있으며, 비독성이므로 인체 내 타겟 세포에 독성 없이 약물을 전달해 줄 수 있다. ZIF-8의 경우 기공에 약물을 주입하고 전달할 수 있으며, 특정 pH 조건의 부위에 도달하였을 때 ZIF-8의 해리에 의해 내부의 약물 방출이 가능하다. 이러한 특성을 기반으로 본 발명인 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 약물 전달체는 다종의 약물 적재가 가능하다. For example, a drug can be functionalized on the surface of gold nanoparticles, and since it is non-toxic, the drug can be delivered to target cells in the human body without toxicity. In the case of ZIF-8, the drug can be injected and delivered into the pores, and when the site of a specific pH condition is reached, the drug can be released inside by dissociation of ZIF-8. Based on these properties, the drug delivery system using gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 of the present invention can load various drugs.
또한, ZIF-8 쉘은 적재된 약물을 보호하는 역할을 하여 기존 나노 입자만으로 구성 된 약물 전달체와는 달리 약물 전달의 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. In addition, it is expected that the ZIF-8 shell will serve to protect the loaded drug, improving the stability of drug delivery, unlike the existing drug delivery system composed of only nanoparticles.
아래는 본 발명에서 실행한 실험예를 기재하였다. Experimental examples carried out in the present invention are described below.
실험예) 재료 및 방법Experimental example) Materials and methods
1. 재료1. Material
수소화붕소나트륨(99%, NaBH4, Sigma-Aldrich), 염화금(III)삼수화물(99.9%, HAuCl4·3H2O, Sigma-Aldrich), 질산은(99.0%, AgNO3, Sigma-Aldrich), CTAB(99%, C19H42BrN, Sigma-Aldrich), 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(>98%, C21H38ClN·H2O, TCI), L-아스코르브 산(BioXtra, 99%, C6H8O6, Sigma-Aldrich), 질산아연6수화물(98%, Zn(NO3)2·6H2O, Sigma-Aldrich), 2-methylimidazole(99%, C4H6N2, Sigma-Aldrich), 메틸알코올(99.5%, Daejung)을 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. Merck Millipore Direct Q3 UV 정수 시스템으로 정제 된 탈 이온수 (25℃에서 18.2 MΩ·㎝)는 모든 세척 및 수용액 준비에 사용되었다. 모든 유리 제품은 왕수 (용적비 3 : 1의 HCl과 HNO3의 혼합물)로 처리하고, 탈 이온수로 반복적으로 세척하고 사용 직전에 건조했다.Sodium borohydride (99%, NaBH 4 , Sigma-Aldrich), gold (III) chloride trihydrate (99.9%, HAuCl 4 3H 2 O, Sigma-Aldrich), silver nitrate (99.0%, AgNO 3 , Sigma-Aldrich), CTAB (99%, C 19 H 42 BrN, Sigma-Aldrich), hexadecylpyridinium chloride monohydrate (>98%, C 21 H 38 ClN H 2 O, TCI), L-ascorbic acid (BioXtra, 99%) , C 6 H 8 O 6 , Sigma-Aldrich), zinc nitrate hexahydrate (98%, Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O, Sigma-Aldrich), 2-methylimidazole (99%, C 4 H 6 N 2 ) , Sigma-Aldrich) and methyl alcohol (99.5%, Daejung) were purchased and used without further purification. Deionized water (18.2 MΩ cm at 25℃) purified by the Merck Millipore Direct Q3 UV water purification system was used for all washing and aqueous solution preparation. All glassware was treated with aqua regia (a mixture of HCl and HNO 3 in a volume ratio of 3:1), washed repeatedly with deionized water and dried just before use.
2. 금 나노막대의 합성2. Synthesis of gold nanorods
100mM CTAB (205mL)의 수용액은 먼저 30℃에서 250mL 삼각 플라스크에서 준비되었다. 100mM CTAB 용액 (5mL)을 20mL 신틸레이션 바이알에 옮기고 10mM HAuCl4 (125μL)의 수용액과 혼합했다. 그 후, 10mM NaBH4 (300μL)의 얼음처럼 차가운 수용액을 혼합물에 빠르게 주입하고 1,150rpm에서 1분 동안 실온에서 교반 하였다. 밝은 갈색 종자 용액을 교반 없이 30℃에서 20분 동안 숙성시켰다. An aqueous solution of 100 mM CTAB (205 mL) was first prepared in a 250 mL Erlenmeyer flask at 30°C. A 100 mM CTAB solution (5 mL) was transferred to a 20 mL scintillation vial and mixed with an aqueous solution of 10 mM HAuCl 4 (125 μL). Then, an ice-cold aqueous solution of 10 mM NaBH 4 (300 μL) was rapidly injected into the mixture and stirred at 1,150 rpm for 1 minute at room temperature. The light brown seed solution was aged at 30° C. for 20 minutes without stirring.
10mM HAuCl4 (10mL), 10mM AgNO3 (1.8mL), 100mM 아스코르브 산 (1.14mL) 및 종자 용액 (240μL)의 수용액을 순서대로 100mM CTAB (200mL)에 첨가하는 동안 용액을 30℃에서 500rpm으로 교반 하였다. 2시간 동안 그대로 두었다. 그런 다음 암갈색 용액을 8,000rpm에서 15분 동안 두 번 원심분리 하였다. 금 나노막대를 분산시켜 50mM CTAB (5mL)에 보관했다. 40 배 희석 후 약 1.0 강도로 781㎚에서 소멸을 나타냈다.Aqueous solutions of 10 mM HAuCl 4 (10 mL), 10 mM AgNO 3 (1.8 mL), 100 mM ascorbic acid (1.14 mL) and seed solution (240 μL) were sequentially added to 100 mM CTAB (200 mL) while stirring the solution at 30° C. at 500 rpm. did It was left on for 2 hours. The dark brown solution was then centrifuged twice at 8,000 rpm for 15 min. The gold nanorods were dispersed and stored in 50 mM CTAB (5 mL). It exhibited extinction at 781 nm with an intensity of about 1.0 after 40-fold dilution.
3. ZIF-8 (Rod@ZIF)에서 금 나노막대 코팅3. Coating Gold Nanorods on ZIF-8 (Rod@ZIF)
ZIF-8에서 금 나노막대의 캡슐화는 먼저 제조 된 나노막대 농도를 소멸 강도 25로 조정하고 CTAB 농도를 1.5mM로 낮추었다. 나노막대 용액 (2.04 mL)을 8,000rpm에서 15분 동안 원심분리하고, 용액이 95 μL가 남을 때까지 상층액을 버렸다. 탈 이온수 (3.06 mL)를 용액에 첨가하고 잘 혼합 하였다. 24mM Zn(NO3)2·6H2O (3mL) 수용액과 제조 된 나노막대 용액 (3mL)을 20mL 신틸레이션 바이알에 담긴 1.32M 2-메틸이미다졸 (3mL) 수용액에 순차적으로 주입했다. 실온에서 500rpm으로 교반하면서 5분 동안 계속 교반 하였다. 3 시간 동안 그대로 두었다. 그 다음, 탁한 용액을 6,000rpm에서 15분 동안 원심분리하고 상층액을 버렸다. 밝은 갈색 생성물을 5분 동안 볼텍싱 및 초음파 처리하여 메틸알코올 (10 mL)에 분산시켰다. 5,000rpm에서 15분 동안 원심분리하고 상층액을 버렸다. 생성물을 분산시키고 메틸알코올 (15 mL)에 저장 하였다. 5 배 희석 후 약 1.0 강도로 806㎚에서 소멸을 나타냈다. Encapsulation of gold nanorods in ZIF-8 first adjusted the concentration of the prepared nanorods to the extinction intensity of 25 and lowered the CTAB concentration to 1.5 mM. The nanorod solution (2.04 mL) was centrifuged at 8,000 rpm for 15 min, and the supernatant was discarded until 95 μL of the solution remained. Deionized water (3.06 mL) was added to the solution and mixed well. 24 mM Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O (3mL) aqueous solution and the prepared nanorod solution (3mL) were sequentially injected into 1.32M 2-methylimidazole (3mL) aqueous solution contained in a 20mL scintillation vial. Stirring was continued for 5 minutes while stirring at 500 rpm at room temperature. It was left for 3 hours. The turbid solution was then centrifuged at 6,000 rpm for 15 min and the supernatant discarded. The light brown product was dispersed in methyl alcohol (10 mL) by vortexing and sonication for 5 min. Centrifuge at 5,000 rpm for 15 min and discard the supernatant. The product was dispersed and stored in methyl alcohol (15 mL). After a 5-fold dilution, it exhibited extinction at 806 nm with an intensity of about 1.0.
4. Rod@ZIF (Semi@ZIF, Sphere@ZIF 및 Empty ZIF)의 에칭 테스트4. Etching Test of Rod@ZIF (Semi@ZIF, Sphere@ZIF and Empty ZIF)
Rod@ZIF는 메틸알코올에서 HAuCl4 및 CTAB를 사용하여 에칭 하였다. HAuCl4의 최적 농도를 찾기 위해 다음과 같이 테스트 반응을 수행 하였다. Rod@ZIF 용액 (9.9 mL, 소멸 강도= ~ 2.0)을 8,000rpm에서 10분 동안 원심분리하고 상층액을 완전히 버렸다. 용매 매질을 50 mM CTAB 메틸알코올 (9.9mL)로 교환 하였다. 용매-교환 된 Rod@ZIF 용액 (1.5 mL)을 2mL 튜브 (총 6 개의 튜브)로 옮겼다. 10mM HAuCl4 (10, 13, 16, 19, 22 및 45 μL)의 메틸알코올 용액을 각 튜브에 첨가하고 잘 혼합했다. 용액을 써모 믹서로 옮기고 40℃에서 30분 동안 300rpm으로 혼합했다. 그 후 각 용액의 UV 가시 스펙트럼을 즉시 측정하였으며, ZIF(Sphere@ZIF)에서 구형 코어를 얻기 위해 HAuCl4의 적절한 부피가 19μL로 확인되었다. 구형 모양을 얻기 위한 HAuCl4의 적절한 농도는 사용 된 나노막대 치수에 따라 달라질 수 있으며 문헌 데이터를 참조 할 수 있다. Rod@ZIF의 에칭에서 언급 한 바와 같이 메틸알코올에서 껍질이 없는 금 나노막대를 사용한 제어 실험이 수행되었다.Rod@ZIF was etched using HAuCl 4 and CTAB in methyl alcohol. To find the optimal concentration of HAuCl 4 , the test reaction was performed as follows. The Rod@ZIF solution (9.9 mL, extinction intensity = ~ 2.0) was centrifuged at 8,000 rpm for 10 min and the supernatant was discarded completely. The solvent medium was exchanged with 50 mM CTAB methyl alcohol (9.9 mL). The solvent-exchanged Rod@ZIF solution (1.5 mL) was transferred to a 2 mL tube (6 tubes total). Methyl alcohol solutions of 10 mM HAuCl 4 (10, 13, 16, 19, 22 and 45 μL) were added to each tube and mixed well. The solution was transferred to a thermo mixer and mixed at 300 rpm for 30 minutes at 40°C. After that, the UV visible spectrum of each solution was immediately measured, and an appropriate volume of HAuCl 4 was found to be 19 μL to obtain a spherical core in ZIF (Sphere@ZIF). The appropriate concentration of HAuCl 4 to obtain a spherical shape can depend on the nanorod dimensions used, and literature data can be referred to. Control experiments were performed using shell-free gold nanorods in methyl alcohol as mentioned in Rod@ZIF's etching.
5 Rod@ZIF (Sphere@ZIF)의 대규모 에칭5 Large-scale etching of Rod@ZIF (Sphere@ZIF)
Rod@ZIF 용액 (19.3 mL, 소멸 강도 = ~ 2.0)을 원심분리하고 위에서 언급 한 방법을 사용하여 용매 교환했다. 10mM HAuCl4 (245μL)의 메틸알코올 용액을 50mL 삼각 플라스크의 Rod@ZIF 용액에 40℃에서 300rpm으로 교반하면서 첨가하고 30분 동안 교반 하였다. 연분홍색 용액을 8,000rpm에서 10분 동안 원심분리하고 상층액을 버렸다. 생성물을 잘 분산시키고 메틸알코올 (19.3 mL)에 저장 하였다. 그것은 ~ 0.80 강도로 528㎚에서 소멸을 나타냈다.The Rod@ZIF solution (19.3 mL, extinction intensity = ~2.0) was centrifuged and solvent exchanged using the method mentioned above. A methyl alcohol solution of 10 mM HAuCl 4 (245 μL) was added to the Rod@ZIF solution in a 50 mL Erlenmeyer flask at 40° C. with stirring at 300 rpm, followed by stirring for 30 minutes. The pale pink solution was centrifuged at 8,000 rpm for 10 min and the supernatant was discarded. The product was well dispersed and stored in methyl alcohol (19.3 mL). It exhibited extinction at 528 nm with an intensity of ~0.80.
6. Sphere@ZIF의 재성장6. Regrowth of Sphere@ZIF
Sphere@ZIF 용액 (1.5 mL, 소멸 강도= ~ 0.80)을 8,000rpm에서 10분 동안 원심분리하고 상층액을 완전히 버렸다. 용매 매질을 메틸알코올 (0.2mL) 중 100mM CPC로 교환했다. 10mM HAuCl4 (100μL), 10mM 아스코르브 산 (150μL) 및 Sphere@ZIF (200μL)의 메틸알코올 용액을 20mL 신틸레이션 바이알의 100mM CPC 용액 (5mL)에 순서대로 첨가하면서 손으로 화학 물질을 첨가 할 때마다 가볍게 흔들어준다. UV-가시 스펙트럼은 투명해질 때까지 2분마다 측정되었다. 동시에, 분취량 (10 μL)을 추출하고 TEM 이미징을 위해 TEM 그리드에서 건조했다. 재성장 반응을 종료하고 생성물을 얻기 위해 재성장 후 용액을 각각 다음 두 가지 방법으로 급냉시켰다 : (i) 즉시 원심분리 및 (ii) 즉시 희석 및 원심분리. 방법 (i)의 경우, 반응 1분 및 4분 직후 생성물 용액 (1mL)의 분취 량을 8,000rpm에서 5 초 동안 원심분리하고 상층액을 버렸다. 생성물을 TEM 샘플링 전에 메틸알코올 (1 mL)에 분산시켰다. 방법 (ii)의 경우, 반응 1분 및 4분 직후 생성물 용액 (1 mL)의 분취 량을 2 회 희석하고 나머지 절차를 방법 (i)와 같이 따랐다.The Sphere@ZIF solution (1.5 mL, extinction intensity = ~ 0.80) was centrifuged at 8,000 rpm for 10 min and the supernatant was discarded completely. The solvent medium was exchanged to 100 mM CPC in methyl alcohol (0.2 mL). Methyl alcohol solutions of 10 mM HAuCl 4 (100 μL), 10 mM ascorbic acid (150 μL) and Sphere@ZIF (200 μL) were added sequentially to the 100 mM CPC solution (5 mL) in a 20 mL scintillation vial, lightly with each addition of chemicals by hand. Shake it. UV-visible spectra were measured every 2 minutes until clear. Simultaneously, aliquots (10 μL) were extracted and dried on a TEM grid for TEM imaging. To terminate the regrowth reaction and obtain the product, the solution after regrowth was quenched by two methods, respectively: (i) immediate centrifugation and (ii) immediate dilution and centrifugation. For method (i), immediately after 1 and 4 min of reaction, an aliquot of the product solution (1 mL) was centrifuged at 8,000 rpm for 5 s and the supernatant was discarded. The product was dispersed in methyl alcohol (1 mL) before TEM sampling. For method (ii), an aliquot of the product solution (1 mL) was diluted twice immediately after 1 and 4 minutes of reaction and the rest of the procedure was followed as in method (i).
7. 대조 실험 : 금 나누구형의 캡슐화7. Control experiment: encapsulation of gold spheroids
ZIF-8 (Sphere@S-ZIF)의 나노구형과 100mM CPC (10 mL, 소멸 강도 = ~ 0.8)에 저장된 Sphere@S-ZIF 금 나노구형의 재성장은 수정 된 문헌 방법에 따라 준비되었다. 나노구형 용액의 계면 활성제를 먼저 20분 동안 10,000rpm에서 2 회 원심분리를 통해 1.5mM CTAB로 교환하고 용액을 10 배 농축시켰다. 24mM Zn(NO3)2·6H2O (1mL) 수용액과 제조 된 나노구형 용액 (1mL)을 20mL 신틸레이션 바이알에 담긴 1.32M 2-메틸이미다졸 (1mL) 수용액에 순차적으로 주입 하였다. 실온에서 500rpm으로 교반하면서 5분 동안 계속 교반 하였다. 3 시간 동안 그대로 두었다. 나머지 프로세스는 Rod@ZIF와 동일하다. 재성장을 위해 준비된 Sphere@S-ZIF (1.5 mL, 소멸 강도 = ~ 2.8)를 사용하고 100 mM CPC (200 μL)에 재분산했다. 100mM CPC (5mL), 10mM HAuCl4 (100μL), 10mM 아스코르브 산 (150μL) 및 Sphere@S-ZIF (200μL)의 메틸알코올 용액을 20mL 신틸레이션 바이알에서 순차적으로 혼합했다. 반응은 UV 가시 스펙트럼을 통해 모니터링 되었고, TEM 샘플링이 수행되었다.Nanospheres of ZIF-8 (Sphere@S-ZIF) and regrowth of Sphere@S-ZIF gold nanospheres stored in 100 mM CPC (10 mL, extinction intensity = ~0.8) were prepared according to a modified literature method. The surfactant in the nanospherical solution was first exchanged with 1.5 mM CTAB via centrifugation twice at 10,000 rpm for 20 min and the solution was concentrated 10-fold. 24 mM Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O (1 mL) aqueous solution and the prepared nanospherical solution (1 mL) were sequentially injected into 1.32 M 2-methylimidazole (1 mL) aqueous solution contained in a 20 mL scintillation vial. Stirring was continued for 5 minutes while stirring at 500 rpm at room temperature. It was left for 3 hours. The rest of the process is the same as Rod@ZIF. Sphere@S-ZIF (1.5 mL, extinction intensity = ~2.8) prepared for regrowth was used and redispersed in 100 mM CPC (200 µL). A methyl alcohol solution of 100 mM CPC (5 mL), 10 mM HAuCl 4 (100 μL), 10 mM ascorbic acid (150 μL) and Sphere@S-ZIF (200 μL) was mixed sequentially in a 20 mL scintillation vial. The reaction was monitored through the UV visible spectrum and TEM sampling was performed.
8. 대조 실험 : Rod@ZIF의 재성장8. Control Experiment: Regrowth of Rod@ZIF
프로세스는 Sphere@ZIF의 재성장에 대해 언급 한대로 수행되었다. Rod@ZIF (1.5mL, 소멸 강도 = ~ 2.0)를 사용하고 100mM CPC (200μL)에 재 분산했다. 100 mM의 CPC (5 ㎖), 10 mM HAuCl4 (100 μL), 10 mM의 아스코르브 산 (150 μL) 및 Rod@ZIF (200 μL)의 수용액을 20 mL의 신틸레이션 바이알에서 순차적으로 혼합 하였다. 반응은 UV 가시 스펙트럼을 통해 모니터링 되었고, TEM 샘플링이 수행되었다.The process was carried out as mentioned for the regrowth of Sphere@ZIF. Rod@ZIF (1.5 mL, extinction intensity = ~2.0) was used and redispersed in 100 mM CPC (200 μL). Aqueous solutions of 100 mM CPC (5 mL), 10 mM HAuCl 4 (100 μL), 10 mM ascorbic acid (150 μL) and Rod@ZIF (200 μL) were sequentially mixed in a 20 mL scintillation vial. The reaction was monitored through the UV visible spectrum and TEM sampling was performed.
9. 대조 실험 : 금 나노막대의 재성장9. Control Experiment: Regrowth of Gold Nanorods
금 나노막대와 나노구형의 재성장은 용해도가 낮아 메틸알코올 대신 탈 이온수에서 수행되었다. 나노막대 용액 (72 μL, 소멸 강도 = ~ 41)을 탈 이온수 (1.4 mL)로 희석하고 100 mM CPC (200 μL)에 재분산했다. 100mM CPC (5mL), 10mM HAuCl4 (100μL), 10mM 아스코르브 산 (150μL) 및 나노막대 용액 (200μL)의 수용액을 20mL 신틸레이션 바이알에서 순차적으로 혼합했다. 반응은 UV 가시 스펙트럼을 통해 모니터링 되었고, TEM 샘플링이 수행되었다. 나노구형 용액 (1.5 mL, 소멸 강도 = ~ 1.0)은 200 μL로 농축되었다. 100mM CPC (5mL), 10mM HAuCl4 (100μL), 10mM 아스코르브 산 (150μL) 및 나노구형 (200μL)의 수용액을 20mL 신틸레이션 바이알에서 순차적으로 혼합했다. 반응은 UV 가시 스펙트럼을 통해 모니터링 되었고, TEM 샘플링이 수행되었다.The regrowth of gold nanorods and nanospheres was performed in deionized water instead of methyl alcohol due to low solubility. The nanorod solution (72 µL, extinction intensity = ~41) was diluted with deionized water (1.4 mL) and redispersed in 100 mM CPC (200 µL). Aqueous solutions of 100 mM CPC (5 mL), 10 mM HAuCl 4 (100 μL), 10 mM ascorbic acid (150 μL) and nanorod solution (200 μL) were mixed sequentially in a 20 mL scintillation vial. The reaction was monitored through the UV visible spectrum and TEM sampling was performed. The nanosphere solution (1.5 mL, extinction intensity = ~1.0) was concentrated to 200 μL. Aqueous solutions of 100 mM CPC (5 mL), 10 mM HAuCl 4 (100 μL), 10 mM ascorbic acid (150 μL) and nanospheres (200 μL) were mixed sequentially in a 20 mL scintillation vial. The reaction was monitored through the UV visible spectrum and TEM sampling was performed.
10. Rod@ZIF 및 Sphere@ZIF 세척 처리10. Rod@ZIF and Sphere@ZIF Wash Treatment
Rod@ZIF (1.2 mL, 소멸 강도 = ~ 2.0) 및 Sphere@ZIF (1.2 mL, 소멸 강도 = ~ 1.1)를 각각 메틸알코올 (5 mL)과 혼합하고 8,000rpm에서 10분 동안 원심분리했다. 상층액 (5 mL)을 제거하고 메틸알코올에 재분산시켰다. 각 용액 (10 μL)은 TEM 그리드에서 샘플링되었다. 이 과정은 6 회까지 반복되었다.Rod@ZIF (1.2 mL, extinction intensity = ~ 2.0) and Sphere@ZIF (1.2 mL, extinction strength = ~ 1.1) were each mixed with methyl alcohol (5 mL) and centrifuged at 8,000 rpm for 10 min. The supernatant (5 mL) was removed and redispersed in methyl alcohol. Each solution (10 μL) was sampled on a TEM grid. This process was repeated up to 6 times.
11. 특성화11. Characterization
120kV에서 LaB6 emitter를 사용하는 FEI Tecnai 12 투과 전자 현미경과 300kV에서 ZrO / W (100) Schottky emitter를 사용하는 FEI Tecnai TF30ST 투과 전자 현미경을 재료 분석에 사용했다. JEM-ARM200F Cs 보정 주사 투과 전자 현미경 (JEOL)은 원소 매핑에 사용되었다. 샘플 용액 (10 μL)을 떨어 뜨리고 TEM 이미징 전에 TEM 그리드 (Electron Microscopy Sciences, CF400-CU) 위에 건조했다. JSM-7610F 전계 방출 주사 전자 현미경 (JEOL)은 형태분석에 사용되었다. 샘플 용액 (20 μL)을 떨어뜨리고 이미징 전에 실리콘 웨이퍼 (0.5 cm x 0.5 cm)에 건조했다. 분광 측정은 다음과 같이 수행되었다. UV-가시광 흡수 측정은 석영 큐벳 (경로 길이 = 1cm)과 함께 Genesys 10S UV-가시광 분광 광도계를 사용하여 수행되었다. XRD 측정에는 D8 Advanced A25 (BRUKER)가 사용되었다. 시료 용액 (20μL)을 떨어뜨려 실리콘 웨이퍼 (0.5cm × 0.5cm)에 건조하고, 측정에 충분한 입자를 배치하기 위해 5 회 반복했다. 에칭 중 금 나노막대 용액의 DLS를 측정하기 위해 Nano ZS (Malvern Instrument Ltd.)를 사용했다. 샘플 홀더는 40℃에서 유지되었다. Micromeritics ASAP 2020 가속 표면적 및 다공성 측정분석기 (Micropore & Chemisorption)를 사용하여 BET 표면적을 분석했다. 샘플 용액을 8,000rpm에서 10분 동안 2 회 원심분리하고 상층액을 완전히 버렸다. 잔류물을 밤새 진공 건조하고 수집 하였다. 분말의 전처리는 진공하에 60℃에서 18 시간 동안 수행되었다. 그런 다음 N2 흡착 및 탈착을 77.5K에서 측정했다. A FEI Tecnai 12 transmission electron microscope using a LaB 6 emitter at 120 kV and a FEI Tecnai TF30ST transmission electron microscope using a ZrO/W (100) Schottky emitter at 300 kV were used for material analysis. A JEM-ARM200F Cs-calibrated scanning transmission electron microscope (JEOL) was used for elemental mapping. The sample solution (10 μL) was dropped and dried on a TEM grid (Electron Microscopy Sciences, CF400-CU) before TEM imaging. A JSM-7610F field emission scanning electron microscope (JEOL) was used for morphological analysis. The sample solution (20 μL) was dropped and dried on a silicon wafer (0.5 cm x 0.5 cm) before imaging. Spectroscopic measurements were performed as follows. UV-visible absorption measurements were performed using a Genesys 10S UV-Visible Spectrophotometer with a quartz cuvette (path length = 1 cm). A D8 Advanced A25 (BRUKER) was used for XRD measurements. A sample solution (20 μL) was dropped and dried on a silicon wafer (0.5 cm × 0.5 cm), and repeated 5 times to place sufficient particles for measurement. Nano ZS (Malvern Instrument Ltd.) was used to measure the DLS of the gold nanorod solution during etching. The sample holder was maintained at 40°C. BET surface area was analyzed using a Micromeritics ASAP 2020 Accelerated Surface Area and Porosity Measuring Analyzer (Micropore & Chemisorption). The sample solution was centrifuged twice at 8,000 rpm for 10 min and the supernatant was discarded completely. The residue was vacuum dried overnight and collected. Pretreatment of the powder was carried out at 60° C. under vacuum for 18 hours. The N 2 adsorption and desorption were then measured at 77.5K.
12. 이미지분석12. Image Analysis
TEM 이미지는 오픈 소스 소프트웨어 인 ImageJ에 의해 처음 처리되었고 곡률분석은 Matlab 코드로 수행되었다. 개별 입자 (금 나노막대, Rod@ZIF, Semi@ZIF 및 Sphere@ZIF)를 선택하고 TEM 이미지를 8 비트로 변환했다. 시그마가 4 픽셀 인 가우시안 블러 기능이 이미지에 적용되었다. 이러한 이미지의 명암은 임계 값 조정을 통해 극대화 되어 핵심 모양을 명확하게 하여 흰색 물체와 검은 색 배경이 있는 마스크 이미지를 생성했다. 마스크 이미지는 코어 입자의 곡률 값을 얻기 위해 맞춤형 Matlab 코드를 통해 처리되었다. 곡률 값은 Matlab 코드에서 원을 접촉시킴을 통해 정의되었다. 결과적으로 곡률분포 및 색상 맵이 달성되었다.TEM images were first processed by ImageJ, an open source software, and curvature analysis was performed with Matlab code. Individual particles (gold nanorods, Rod@ZIF, Semi@ZIF and Sphere@ZIF) were selected and TEM images were converted to 8-bit. A Gaussian blur function with a sigma of 4 pixels was applied to the image. The contrast of these images was maximized through threshold adjustments to clarify the key shapes, creating a mask image with a white object and a black background. The mask images were processed through custom Matlab code to obtain the curvature values of the core particles. Curvature values were defined by contacting circles in Matlab code. As a result, the curvature distribution and color map were achieved.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 제한된 나노미터 공간에서 화학 반응 제어가 가능한 금 나노 입자 형태 제어방법을 제공할 수 있다. By means of solving the above problems, the present invention can provide a method for controlling the shape of gold nanoparticles capable of controlling a chemical reaction in a limited nanometer space.
또한, 본 발명은 다공성 나노입자인 ZIF-8을 주형으로 삼아 내부의 금 나노막대 입자의 형태를 제어할 수 있어분자 센서 및 약물 전달체로 사용할 수 있다.In addition, the present invention can control the shape of the gold nanorod particle inside by using ZIF-8, a porous nanoparticle, as a template, so that it can be used as a molecular sensor and drug carrier.
또한, 본 발명은 제한된 공간에서 성장시킨 분지형 금 나노입자는 높은 표면적, 전기장 증폭 및 높은 광열 효과를 나타낸다. In addition, according to the present invention, branched gold nanoparticles grown in a confined space exhibit high surface area, electric field amplification, and high photothermal effect.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the above-described technical configuration of the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from the concept of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
S10. 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 질산은(AgNO3) 및 아스코르브 산을 이용하여 금 나노막대를 제조하는 제1단계
S11. 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4) 및 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 혼합하여 종자용액을 제조하는 제1-1단계
S12. 상기 염화금산(HAuCl4), 질산은(AgNO3), 아스코르브 산 및 상기 종자용액을 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 첨가하여 금 나노막대를 생성하는 제1-2단계
S20. 상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계
S21. 제1단계(S10)에서 제조된 상기 금 나노막대 수용액을 원심 분리하여 상층액을 제거한 뒤, 탈 이온수를 첨가한 후 혼합하는 제2-1단계
S22. 상기 탈 이온수가 첨가된 금 나노막대에 Zn(NO3)2·6H2O과 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 순차적으로 주입한 뒤 교반하여 금 나노막대 표면에 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 코팅하는 제2-2단계
S30. 상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계
S31. 상기 코팅된 금 나노막대에서 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화(Hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제3-1단계
S32. 상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4)을 혼합하는 제3-2단계
S40. 상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계
S41. 상기 금 나노구형 수용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, CPC)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제4-1단계
S42. 상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid)을 혼합하는 제4-2단계S10. The first step of preparing gold nanorods using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), chloroauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid
S11. Step 1-1 to prepare a seed solution by mixing hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) with chloroauric acid (HAuCl 4 ) and sodium borohydride (NaBH 4 )
S12. The chloroauric acid (HAuCl 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ), ascorbic acid, and the seed solution are added to hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) to produce gold nanorods in Step 1-2
S20. A second method in which the prepared gold nanorods are reacted with 2-methylimidazole and an aqueous solution of zinc nitrate to coat zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods. step
S21. Step 2-1 of centrifuging the gold nanorod aqueous solution prepared in the first step (S10) to remove the supernatant, adding deionized water, and then mixing
S22. Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O and 2-methylimidazole were sequentially injected into the gold nanorods to which deionized water was added, followed by stirring to form ZIF-8 (zeolitic) on the surface of the gold nanorods. Step 2-2 coating the imidazolate framework-8)
S30. A third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres
S31. After centrifuging the solution from the coated gold nanorods and discarding the supernatant, step 3-1 of solvent exchange by stirring and mixing hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)
S32. Step 3-2 of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) after the solvent exchange
S40. The fourth step of re-growth by reducing the gold nanospheres
S41. After centrifuging the gold nano-spherical aqueous solution and discarding the supernatant, step 4-1 of solvent exchange by stirring and mixing hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC)
S42. Step 4-2 of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid after the solvent exchange
Claims (12)
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;에 의해 수행하되,
상기 제4단계의 재성장은,
상기 금 나노구형 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, CPC)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제4-1단계; 및
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid)을 혼합하는 제4-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
A second method in which the prepared gold nanorods are reacted with 2-methylimidazole and an aqueous solution of zinc nitrate to coat zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods. step;
a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
A fourth step of reducing and re-growth of the gold nanospheres;
The regrowth of the fourth step is,
a step 4-1 of centrifuging the gold nanospherical solution, discarding the supernatant, and stirring and mixing hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC) for solvent exchange; and
After the solvent exchange, the 4-2 step of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid; controlling the shape of gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8 Way.
상기 제1단계의 금 나노막대의 생성은,
헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 염화금산(HAuCl4) 및 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 혼합하여 종자용액을 제조하는 제1-1단계; 및
상기 염화금산(HAuCl4), 질산은(AgNO3), 아스코르브 산 및 상기 종자용액을 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)에 첨가하여 금 나노막대를 생성하는 제1-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The generation of gold nanorods in the first step is,
Step 1-1 to prepare a seed solution by mixing hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) with chloroauric acid (HAuCl 4 ) and sodium borohydride (NaBH 4 ); and
The chloroauric acid (HAuCl 4 ), Silver nitrate (AgNO 3 ), ascorbic acid and the seed solution are added to hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) to produce gold nanorods ZIF- characterized in that it is carried out by; A method of controlling the morphology of gold nanorod particles in a local space of 8 nanometers.
상기 제조된 금 나노막대는,
길이 48 내지 57.2㎚이고, 폭 13 내지 15.3㎚인 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
3. The method of claim 2,
The prepared gold nanorods,
A method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it has a length of 48 to 57.2 nm and a width of 13 to 15.3 nm.
상기 제2단계의 금 나노막대 표면에 ZIF-8의 코팅은,
제1단계(S10)에서 제조된 상기 금 나노막대 수용액을 원심 분리하여 상층액을 제거한 뒤, 탈 이온수를 첨가한 후 혼합하는 제2-1단계; 및
상기 탈 이온수가 첨가된 금 나노막대에 Zn(NO3)2·6H2O과 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 순차적으로 주입한 뒤 교반하여 금 나노막대 표면에 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 코팅하는 제2-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The coating of ZIF-8 on the surface of the gold nanorods in the second step is,
Step 2-1 of centrifuging the gold nanorod aqueous solution prepared in the first step (S10) to remove the supernatant, adding deionized water, and then mixing; and
Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O and 2-methylimidazole were sequentially injected into the gold nanorods to which deionized water was added, followed by stirring to form ZIF-8 (zeolitic) on the surface of the gold nanorods. A method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it is carried out by the 2-2 step of coating the imidazolate framework-8).
상기 코팅된 금 나노막대는,
상기 코팅된 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)의 쉘(shell)의 길이가 139.4 내지 161㎚이고, 폭이 112.3 내지 140.3㎚인 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The coated gold nanorods,
Gold nanorods in the nanometer local space of ZIF-8, characterized in that the length of the shell of the coated zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) is 139.4 to 161 nm, and the width is 112.3 to 140.3 nm A method of controlling the shape of a particle.
상기 코팅된 금 나노막대는,
상기 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)가 분지형의 내부 중앙에 상기 금 나노막대가 위치하는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The coated gold nanorods,
A method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that the gold nanorod is located in the center of the inner center of the zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) branching type.
상기 제3단계의 에칭(etching)은,
염화금산(HAuCl4)과 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화(Hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)을 이용하여 산화시켜 구형으로 생성하는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The etching of the third step is,
A method of controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it is oxidized using chloroauric acid (HAuCl 4 ) and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) to form a spherical shape.
상기 제3단계의 에칭(etching)은,
상기 코팅된 금 나노막대에서 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬트리메틸암모늄 브롬화(Hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제3-1단계; 및
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4)을 혼합하는 제3-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The etching of the third step is,
a step 3-1 of centrifuging the solution from the coated gold nanorods, discarding the supernatant, and mixing and stirring hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) to exchange the solvent; and
A method of controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it is performed by; step 3-2 of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) after the solvent exchange.
상기 제4단계의 재성장은,
염화금산(HAuCl4)과 아스코르브산(ascorbic acid)을 이용하여 환원하는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자의 형태 제어 방법.
The method of claim 1,
The regrowth of the fourth step is,
A method for controlling the shape of gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that reduction using chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid.
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 막대 형태로 마련된 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;를 포함하여 제조하되,
상기 제4단계의 재성장은,
상기 금 나노구형 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, CPC)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제4-1단계; 및
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid)을 혼합하는 제4-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 분자 센서.
A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
The prepared gold nanorods were reacted with 2-methylimidazole and an aqueous solution of zinc nitrate to form zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods prepared in the form of rods. a second step of coating;
a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
A fourth step of reducing and re-growth of the gold nanosphere;
The regrowth of the fourth step is,
a step 4-1 of centrifuging the gold nanospherical solution, discarding the supernatant, and stirring and mixing hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC) for solvent exchange; and
Molecules using gold nanorod particles in the nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it is performed by; step 4-2 of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid after the solvent exchange sensor.
상기 제조된 금 나노막대를 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)과 질산 아연(zinc nitrate) 수용액과 반응하여 ZIF-8(zeolitic imidazolate framework-8)을 막대 형태로 마련된 상기 금 나노막대 표면에 코팅하는 제2단계;
상기 코팅된 금 나노막대를 에칭(etching)하여 금 나노구형으로 생성하는 제3단계; 및
상기 금 나노구형을 환원하여 재성장 하는 제4단계;를 포함하여 제조하되,
상기 제4단계의 재성장은,
상기 금 나노구형 용액을 원심 분리하고 상층액을 버린 뒤, 헥사데킬피리디늄 염화 단수화물(hexadecylpyridinium chloride monohydrate, CPC)을 교반 혼합하여 용매 교환하는 제4-1단계; 및
상기 용매 교환 후 염화금산(HAuCl4), 아스코르브산(ascorbic acid)을 혼합하는 제4-2단계;에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 ZIF-8의 나노미터 국소 공간에서 금 나노막대 입자를 이용한 약물 전달체.A first step of preparing a gold nanorod using hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) chlorauric acid (HAuCl 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), silver nitrate (AgNO 3 ) and ascorbic acid;
The prepared gold nanorods were reacted with 2-methylimidazole and an aqueous solution of zinc nitrate to form zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the surface of the gold nanorods prepared in the form of rods. a second step of coating;
a third step of etching the coated gold nanorods to form gold nanospheres; and
A fourth step of reducing and re-growth of the gold nanosphere;
The regrowth of the fourth step is,
a step 4-1 of centrifuging the gold nanospherical solution, discarding the supernatant, and stirring and mixing hexadecylpyridinium chloride monohydrate (CPC) for solvent exchange; and
A drug using gold nanorod particles in a nanometer local space of ZIF-8, characterized in that it is carried out by; step 4-2 of mixing chloroauric acid (HAuCl 4 ) and ascorbic acid after the solvent exchange carrier.
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