KR102484477B1 - Magnetic-Optical Composite Nanoparticles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자에 관한 것이다.
본 발명에서는 형광신호를 가지는 양자점, 금속증강형광(MEF) 특성을 가지는 귀금속 나노입자 및 자성 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자를 통해 형광 신호 억제를 극복하고, 향상된 생체분자 또는 생체물질 검지 능력을 제공할 수 있다.
The present invention relates to magnetic-optical composite structure nanoparticles.
In the present invention, magnetic-optical composite structure nanoparticles composed of quantum dots having fluorescence signals, noble metal nanoparticles having metal-enhanced fluorescence (MEF) characteristics, and magnetic nanoparticles overcome fluorescence signal suppression and improve biomolecule or biomaterial detection ability can be provided.

Description

자성-광학 복합구조 나노입자{Magnetic-Optical Composite Nanoparticles}Magnetic-optical composite structure nanoparticles {Magnetic-Optical Composite Nanoparticles}

본 발명은 자성 나노입자와 이종 나노입자들로 구성되어 자성과 광학 기능을 동시에 구현할 수 있는 자성-광학 복합구조 나노입자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 특정 물질의 검지에 관한 것이다. The present invention relates to a magnetic-optical composite structure nanoparticle composed of magnetic nanoparticles and heterogeneous nanoparticles capable of simultaneously realizing magnetic and optical functions, a manufacturing method thereof, and detection of a specific material using the same.

더 상세하게는 다양한 구성의 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하기 위한 플랫폼을 제공하며, 상기 자성-광학 복합구조 나노입자의 자기적 특성을 이용한 자성 분리, 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(MEF) 현상을 이용한 광학성능 개선, 및 생체분자 검지를 위한 프로브 제조방법에 관한 것이다.More specifically, it provides a platform for manufacturing magnetic-optical composite nanoparticles of various configurations, magnetic separation using the magnetic properties of the magnetic-optical composite nanoparticles, and metal reinforcement between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles. It relates to optical performance improvement using fluorescence (MEF) phenomenon and a method for manufacturing a probe for biomolecule detection.

기존 체외진단 생체분자 검지법으로 효소결합면역분석법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA), 유세포분석기(flow cytometry) 등이 사용되고 있는데, 이들은 수입제품으로 고가의 비용 및 많은 시간을 소요한다는 단점이 있다. 그뿐 아니라, 유기형광체는 라이프 타임이 짧으며, 안정성이 떨어진다는 측면에서 검사의 오류 발생 가능성이 크다.Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) and flow cytometry are used as existing in vitro diagnostic biomolecule detection methods, but these are imported products and have the disadvantage of high cost and time consuming. In addition, the organic phosphor has a high possibility of error in inspection in terms of a short life time and poor stability.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 검지 민감도가 높은 나노소재를 다양한 관점에서 사용하고 있다. 업컨버전 나노입자, 양자점을 이용하여 응용되고 있으나, 이들은 자기적(magnetic) 특성이 있지 않기 때문에 포획하고자 하는 분자 또는 단백질을 단독적으로 분리할 수 없다. 따라서 자기적 특성을 가지는 비드(bead)를 사용해야 하고, 및 포획하고자 하는 특정 분자 및 단백질을 추출하는 데 공정이 복잡하다는 단점이 있다.In order to solve this problem, nanomaterials with high detection sensitivity have recently been used from various perspectives. Upconversion nanoparticles and quantum dots are being used, but since they do not have magnetic properties, molecules or proteins to be captured cannot be separated independently. Therefore, there are disadvantages in that a bead having magnetic properties must be used, and a process for extracting specific molecules and proteins to be captured is complicated.

대안으로 제시되었던 금속 및 금속산화물이 복합된 자성-광학 나노입자는 그 응용성이 매우 클 것으로 기대됨에도 불구하고, 단일 나노입자 내에서 균일한 자기적 특성과 광학적 특성을 동시에 가지는 것이 어려우며, 자성 나노입자가 발광 나노구조체의 발광 억제(quenching)를 유발한다는 점에서 응용성이 제한되어 있다.Although magnetic-optical nanoparticles in which metals and metal oxides have been suggested as alternatives are expected to have great applicability, it is difficult to have uniform magnetic and optical properties within a single nanoparticle at the same time, and magnetic nanoparticles The application is limited in that the particles cause quenching of the light emitting nanostructure.

본 발명에서는 자성 나노입자-제1 세라믹 코어-쉘 나노입자 표면에 귀금속 나노입자를 화학적 결합한 뒤, 제2 세라믹 쉘을 형성시키고 그 위에 양자점 나노입자를 화학적 결합하여 자성-광학 복합기능 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. 그리고 상기 자성-광학 복합기능 나노입자의 금속증강형광(MEF)을 이용하여 양자점의 발광 효율을 개선하고, 개선된 발광 신호를 이용하여 타겟 세포를 영상화 한다. 또한, 상기 자성-광학 복합기능 나노입자를 이용하여 생체물질을 정량적 분석함과 동시에 비색분석법(colorimetric assay)을 통하여 검지한다.In the present invention, magnetic nanoparticles and noble metal nanoparticles are chemically bonded to the surface of the first ceramic core-shell nanoparticle, and then a second ceramic shell is formed and quantum dot nanoparticles are chemically bonded thereon to produce magnetic-optical complex functional nanoparticles. provides a way to In addition, the luminescence efficiency of quantum dots is improved by using metal-enhanced fluorescence (MEF) of the magnetic-optical composite functional nanoparticles, and target cells are imaged using the improved luminescence signal. In addition, the biomaterial is quantitatively analyzed using the magnetic-optical complex functional nanoparticles and detected through a colorimetric assay.

1. 한국공개특허공보 제10-1304427호1. Korean Patent Publication No. 10-1304427

본 발명은 형광신호를 가지는 양자점 나노입자, 귀금속 나노입자 및 자성 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide magnetic-optical complex structured nanoparticles composed of quantum dot nanoparticles, noble metal nanoparticles, and magnetic nanoparticles having a fluorescence signal, and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명은 상기 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용한 자성 나노입자에 의한 양자점 나노입자의 발광 신호 억제 극복과, 생체분자 또는 생체물질 검지 능력을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to overcome suppression of a light emitting signal of quantum dot nanoparticles by magnetic nanoparticles using the magnetic-optical composite structure nanoparticles and to provide biomolecule or biomaterial detection capabilities.

본 발명은 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;The present invention comprises the steps of preparing core-shell nanoparticles by forming a first ceramic shell on magnetic nanoparticles;

상기 코어-쉘 나노입자의 제1 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;attaching noble metal nanoparticles to the surface of the first shell of the core-shell nanoparticles to produce core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached;

상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계; 및preparing a core-double shell nanoparticle by forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticle to which the noble metal nanoparticle is attached; and

상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising the step of preparing a magnetic-optical composite structure nanoparticle by attaching quantum dot nanoparticles to the surface of the second shell of the core-double shell nanoparticle.

또한, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 제조되고, In addition, the present invention is produced by the above-described manufacturing method,

자성 나노입자 코어 및 제1 세라믹 쉘을 포함하는 코어-쉘 나노입자; Core-shell nanoparticles including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;

상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;

상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및 a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles on which the noble metal nanoparticles are formed; and

상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자를 제공한다. A magnetic-optical composite structure nanoparticle including quantum dot nanoparticles formed on the surface of the second ceramic shell is provided.

또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 영상진단용 조성물, 분석물 검출용 키트 또는 분자진단 칩을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for diagnostic imaging, a kit for detecting an analyte, or a molecular diagnostic chip including the magnetic-optical complex structure nanoparticles.

또한, 본 발명은 전술한 자성-광학 복합구조 나노입자의 표면에 검출하고자 하는 분석물과 결합할 수 있는 생체분자를 기능화하는 단계;In addition, the present invention includes the steps of functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of the above-described magnetic-optical composite structure nanoparticle;

상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및 exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; and

광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법을 제공한다. A method for imaging or detecting an analyte comprising the step of identifying an analyte bound to the magnetic-optical composite structure nanoparticles using photoluminescence spectroscopy is provided.

본 발명에서는 자성 나노입자, 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여, 특이적으로 생체분자 또는 생체물질의 포획 및 검지를 가능하게 할 뿐만 아니라, 비색분석과 발광신호를 이용한 정량적 분석을 수행할 수 있다. In the present invention, magnetic-optical composite structure nanoparticles composed of magnetic nanoparticles, noble metal nanoparticles, and quantum dot nanoparticles are used to specifically capture and detect biomolecules or biomaterials, as well as colorimetric analysis and luminescence. Quantitative analysis can be performed using the signal.

따라서, 본 발명의 자성-광학 복합구조 나노입자는 질병 진단, 세포 분리 및 영상 등 다양한 바이오 메디컬 분야에 활용될 수 있다.Therefore, the magnetic-optical composite structure nanoparticles of the present invention can be used in various biomedical fields such as disease diagnosis, cell separation, and imaging.

도 1에서 (a)는 양자점의 증폭된 발광 신호를 지니는 산화철 나노입자, 금 나노입자, 그리고 셀렌화카드뮴 양자점 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 과정 모식도와 각 과정에서 제조된 나노입자의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 사진을 나타낸다.
도 1에서 (b)는 귀금속 나노입자와 같은 플라즈모닉 나노입자에 의한 MEF를 이용하여 형광 신호의 세기 증폭을 위한 전략과, 그 과정에서 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자의 거리를 조절하여 형광 신호 세기의 증폭을 극대화 시키는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2에서 (a)는 실리카 전구체의 양에 따른 제2 실리카 쉘의 두께 변화를 나타내는 모식도와 투과전자현미경 사진이다.
도 2에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제2 실리카 쉘의 두께를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3에서 (a)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 및 셀렌화카드뮴 양자점의 투과전자현미경 사진, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 광발광분광계(Photoluminescence, PL)로 확인한 형광 신호를 나타낸다.
도 3에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 에너지 분산형 분광분석법(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)사진을 나타낸다.
도 4에서 (a)는 비교예에서 제조된 자성-광학 나노입자(Bare without Au)와 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자(제2 세라믹 쉘 두께에 차이를 가짐)의 모식도와 투과전자현미경 사진을 나타낸다.
도 4에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제2 실리카 쉘 두께에 따른 나노입자의 크기 증가를 확인하기 위해, 동적광산란기(Dynamic Light Scattering, DLS)로 측정한 미세유체학적 크기(입도 분포 변화 결과)를 나타내고, (c)는 제2 실리카 쉘 두께에 따른 PL 강도의 변화를 형광현미경의 광발광분광법으로 측정한 결과를 나타낸다.
도 5에서 (a)는 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)가 부착된 자성-광학 복합구조 나노입자로 암세포를 특이적으로 검지하고 영상화하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5에서 (b)는 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)가 부착된 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여 뇌종양세포(U87MG 세포)와 유방암세포(MCF7 세포)를 각각 형광현미경으로 영상화한 결과를 나타낸다. 이때, 뇌종양세포는 세포 표면에 cRGD와 결합하는 수용체(인테그린, integrin)의 발현 정도가 높으며, 유방암세포는 표면에 상기 인테그린 발현 정도가 낮은 특성을 가진다.
도 6에서 (a)는 자성-광학 복합구조 나노입자에 항체를 수식하고 그에 따른 항원을 자성 분리하고 형광 검지하는 과정을 나타내는 모식도이고, (b)는 인플루엔자 A 항체가 표면기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용하여 인플루엔자 A 바이러스 농도에 따른 면역크로마토그래피 래피드 테스트(비색분석법)와 동시에 발광신호 세기를 확인한 결과를 나타낸다.
In Figure 1 (a) is a schematic diagram of the manufacturing process of magnetic-optical composite nanoparticles composed of iron oxide nanoparticles, gold nanoparticles, and cadmium selenide quantum dot nanoparticles having amplified light emitting signals of quantum dots, and the nanoparticles produced in each process. A transmission electron microscopy (TEM) picture of the particle is shown.
In FIG. 1, (b) shows a strategy for amplifying the intensity of fluorescence signals using MEF by plasmonic nanoparticles such as noble metal nanoparticles, and fluorescence signal intensity by adjusting the distance between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles in the process. It is a schematic diagram showing the process of maximizing the amplification of .
In FIG. 2 (a) is a schematic diagram and transmission electron micrograph showing the thickness change of the second silica shell according to the amount of the silica precursor.
In Figure 2 (b) is a graph showing the results of measuring the thickness of the second silica shell of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example.
In FIG. 3, (a) is a transmission electron micrograph of manganese-doped zinc sulfide quantum dots and cadmium selenide quantum dots, a transmission electron micrograph of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example, and a photoluminescence (PL) photoluminescence spectrometer (PL). ) represents the fluorescence signal identified by.
In FIG. 3 (b) shows a transmission electron microscope image and an energy dispersive spectroscopy (EDS) image of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example.
In Figure 4 (a) is a schematic diagram and transmittance of the magnetic-optical nanoparticles (Bare without Au) prepared in Comparative Example and the magnetic-optical composite structure nanoparticles (having a difference in the thickness of the second ceramic shell) prepared in Examples Shows electron micrographs.
In FIG. 4 (b), in order to confirm the increase in the size of the nanoparticles according to the thickness of the second silica shell of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example, measured by Dynamic Light Scattering (DLS) It shows the microfluidic size (result of change in particle size distribution), and (c) shows the result of measuring the change in PL intensity according to the thickness of the second silica shell by photoluminescence spectroscopy of a fluorescence microscope.
In FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing a process of specifically detecting and imaging cancer cells with magnetic-optical composite structure nanoparticles to which cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) is attached.
In FIG. 5 (b), brain tumor cells (U87MG cells) and breast cancer cells (MCF7 cells) were examined under a fluorescence microscope using magnetic-optical composite structure nanoparticles to which cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) is attached. shows the results of imaging. At this time, brain tumor cells have a high level of expression of cRGD-coupled receptors (integrin) on the cell surface, and breast cancer cells have a low level of expression of the integrin on the surface.
In FIG. 6, (a) is a schematic diagram showing the process of modifying antibodies to magnetic-optical composite structure nanoparticles, magnetically separating the resulting antigen, and detecting fluorescence, and (b) is a magnetic-optical composite in which influenza A antibody is surface-functionalized. The result of confirming the intensity of the luminescence signal at the same time as the immunochromatography rapid test (colorimetric analysis) according to the influenza A virus concentration using the structural nanoparticles is shown.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 (A) 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 코어-쉘 나노입자 제조 단계);The present invention relates to a method for producing magnetic-optical composite structure nanoparticles, in which magnetic-optical composite structure nanoparticles according to the present invention (A) form a first ceramic shell on magnetic nanoparticles to prepare core-shell nanoparticles. Step of doing (hereinafter, core-shell nanoparticle preparation step);

(B) 상기 코어-쉘 나노입자의 제1 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조 단계);(B) preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached by attaching noble metal nanoparticles to the surface of the first shell of the core-shell nanoparticles (hereinafter, core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached) manufacturing step);

(C) 상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 코어-이중쉘 나노입자 제조 단계); 및(C) preparing a core-double shell nanoparticle by forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticle to which the noble metal nanoparticle is attached (hereinafter, a core-double shell nanoparticle preparation step); and

(D) 상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계 (이하, 자성-광학 복합구조 나노입자 제조 단계)를 포함할 수 있다. (D) preparing magnetic-optical composite nanoparticles by attaching quantum dot nanoparticles to the surface of the second shell of the core-double shell nanoparticles (hereinafter, manufacturing magnetic-optical composite nanoparticles). there is.

본 발명에서 (A) 코어-쉘 나노입자 제조 단계는 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 자성 나노입자-세라믹 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계이다.In the present invention, (A) manufacturing core-shell nanoparticles is a step of preparing magnetic nanoparticles-ceramic core-shell nanoparticles by forming a first ceramic shell on magnetic nanoparticles.

상기 단계는 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액에 세라믹 전구체 용액을 혼합하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제1 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제2 용액을 제조할 수 있다. The step may be performed by mixing the ceramic precursor solution with the first solution containing the magnetic nanoparticles, and through the above step, a second solution containing the first core-shell nanoparticles may be prepared.

일 구체예에서, 자성 나노입자는 코어-쉘 나노입자의 코어를 형성한다. 상기 자성 나노입자는 금속산화물 나노입자일 수 있으며, 상기 금속산화물은 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3 및 MgO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서는 상기 금속산화물을 사용하여 최종 제조되는 자성-광학 복합구조 나노입자에 자성을 부여할 수 있다. In one embodiment, magnetic nanoparticles form the core of core-shell nanoparticles. The magnetic nanoparticles may be metal oxide nanoparticles, and the metal oxide may be FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , It may be one or more selected from the group consisting of CeO 2 , Al 2 O 3 and MgO. In the present invention, magnetism can be imparted to the finally prepared magnetic-optical complex structure nanoparticles using the metal oxide.

상기 자성 나노입자는 자성 나노입자들의 클러스터 또는 자가조립체로 구성될 수 있다.The magnetic nanoparticles may be composed of clusters or self-assemblies of magnetic nanoparticles.

이러한 자성 나노입자, 클러스터 또는 자가조립체의 평균 입경은 후술할 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자보다 크다면 제한되지 않으나, 예를 들어, 10 내지 500 nm일 수 있다. 또한, 상기 자성 나노입자, 클러스터 또는 자가조립체는 구형일 수 있다. 본 발명에서 용어 '구형'은 한 점에서 같은 거리에 있는 모든 점으로 이루어진 입체 모양이라는 수학적 정의의 구뿐 아니라, 외견상 둥글게 생긴 형상의 것을 모두 포괄할 수 있다. The average particle diameter of such magnetic nanoparticles, clusters, or self-assemblies is not limited as long as it is larger than noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles described later, but may be, for example, 10 to 500 nm. In addition, the magnetic nanoparticles, clusters or self-assemblies may have a spherical shape. In the present invention, the term 'spherical' can encompass not only a sphere of mathematical definition, which is a three-dimensional shape consisting of all points at the same distance from one point, but also a shape that is round in appearance.

일 구체예에서, 제1 세라믹 쉘은 자성 나노입자를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. In one embodiment, the first ceramic shell may serve to protect the magnetic nanoparticles.

상기 세라믹은 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 실리카를 사용하여 실리카 쉘을 형성할 수 있다. The ceramic may include at least one selected from the group consisting of silica, titania, zirconia, alumina, and zeolite, and in the present invention, a silica shell may be formed using silica.

이러한 제1 세라믹 쉘의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 쉘의 두께를 1 내지 100 nm, 5 내지 50 nm, 또는 1 내지 20 nm로 조절할 수 있다. The thickness of the first ceramic shell is not particularly limited, and for example, the thickness of the shell may be adjusted to 1 to 100 nm, 5 to 50 nm, or 1 to 20 nm.

일 구체예에서, 제1 세라믹 쉘은 자성 나노입자와 세라믹 전구체의 반응을 통해 형성될 수 있다. 이때, 세라믹 전구체로 알콕시화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. In one embodiment, the first ceramic shell may be formed through a reaction between magnetic nanoparticles and a ceramic precursor. In this case, an alkoxy compound may be used as the ceramic precursor, and specifically, at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethyl orthosilicate (TMOS) may be used.

본 발명에서 (B) 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조 단계는 단계 (A)에서 제조된 코어-쉘 나노입자에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계이다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 금속증강형광 템플릿 나노입자로 표현할 수 있다. In the present invention, step (B) of producing core-shell nanoparticles attached with noble metal nanoparticles involves attaching noble metal nanoparticles to the core-shell nanoparticles prepared in step (A) to core-shell nanoparticles with attached noble metal nanoparticles. It is a step of manufacturing. In the present invention, core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached can be expressed as metal-enhanced fluorescence template nanoparticles.

본 발명에서 상기 단계 (B)는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및 In the present invention, the step (B) includes introducing a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle; and

상기 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. A step of binding a noble metal nanoparticle to the functional group may be included.

또한, 본 발명에서 단계 (B)는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계;In addition, in the present invention, step (B) introduces a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle;

상기 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계; 및 bonding a noble metal nanoparticle seed to the functional group; and

상기 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A step of growing noble metal nanoparticle seeds bonded to the functional group to produce noble metal nanoparticles may be included.

구체적으로, 상기 단계 (B)에서는 단계 (A)에서 제조된 제2 용액에 기능기 함유 화합물을 첨가하여 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기가 도입된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제3 용액을 제조할 수 있다. Specifically, in step (B), a functional group-containing compound is added to the second solution prepared in step (A) to prepare a third solution including core-shell nanoparticles having a functional group introduced into the surface of the first ceramic shell. can do.

그리고, 상기 제3 용액에 귀금속 나노입자 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제4-1 용액을 제조할 수 있다. 또는, 상기 제3 용액에 귀금속 나노입자 시드 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자 시드가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 용액을 제조할 수 있으며, 상기 용액에 귀금속 이온 전구체 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자 시드를 나노입자로 성장시켜, 성장된 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제4-2 용액을 제조할 수 있다. In addition, the 4-1 solution including core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached may be prepared by adding a noble metal nanoparticle solution to the third solution. Alternatively, a noble metal nanoparticle seed solution may be added to the third solution to prepare a solution including core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticle seeds are attached, and a noble metal ion precursor solution may be added to the solution to prepare a noble metal nanoparticle seed solution. The seed is grown into nanoparticles to prepare a 4-2 solution containing core-shell nanoparticles in which the grown noble metal nanoparticles are formed.

일 구체예에서, 귀금속의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 금, 은, 백금, 구리 또는 이들의 합금일 수 있다. In one embodiment, the type of precious metal is not particularly limited, and may be, for example, gold, silver, platinum, copper, or an alloy thereof.

본 발명에서는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계를 통해, 기능기가 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 도입되며, 상기 기능기는 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드와 다중결합을 형성할 수 있다. In the present invention, through the step of introducing a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle, the functional group is introduced to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle, and the functional group is a noble metal nanoparticle or a noble metal nanoparticle Can form multiple bonds with seeds.

일 구체예에서, 상기 기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 기능기는 아민기일 수 있으며, 코어-쉘 나노입자와 아민기 함유 화합물을 반응시켜, 상기 쉘 표면에 아민기를 도입할 수 있다.In one embodiment, the functional group may be selected from the group consisting of an amine group (-NH), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), and dopamine. Specifically, the functional group may be an amine group, and the amine group may be introduced into the surface of the shell by reacting the core-shell nanoparticle with an amine group-containing compound.

본 발명의 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계 및 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계에서, 상기 기능기는 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드와 결합을 형성하여, 상기 코어-쉘 나노입자 상에 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드가 부착될 수 있다. In the step of binding the noble metal nanoparticle to the functional group of the present invention and the step of binding the noble metal nanoparticle seed to the functional group, the functional group forms a bond with the noble metal nanoparticle or the seed of the noble metal nanoparticle to form a bond on the core-shell nanoparticle. A noble metal nanoparticle or seed of a noble metal nanoparticle may be attached.

이때, 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 당업계의 일반적인 제조방법을 통해 제조될 수 있으며, 구체적으로, 수용액 상에서 귀금속 이온 전구체 용액 및 환원제를 이용하여 합성될 수 있다. 상기 귀금속 이온 전구체, 환원제의 종류 및 농도, 반응 온도 등의 조건 변경을 통해 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드로 제조할 수 있다. In this case, the noble metal nanoparticles or noble metal nanoparticle seeds may be prepared through a general manufacturing method in the art, and specifically, may be synthesized using a noble metal ion precursor solution and a reducing agent in an aqueous solution. Precious metal nanoparticles or noble metal nanoparticle seeds may be prepared by changing conditions such as the noble metal ion precursor, the type and concentration of the reducing agent, and the reaction temperature.

귀금속으로 금을 사용할 경우, 금 이온 전구체로 염화금 수화물(gold chloride trihydrate, HAuCl4·3H2O), 포타슘 염화금 화합물(Potassium gold(III) chloride), K(AuCl4) 및 금시안화포타슘(Potassium dicyanoaurate, KAu(CN)2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 귀금속으로 은을 사용할 경우, 은 이온 전구체로 질산은(silver nitrate, AgNO3), 은시안화포타슘(Potassium dicyanoaurate, KAg(CN)2) 및 아세트산은(silver acetate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 귀금속으로 백금을 사용할 경우, 백금 이온 전구체로 포타슘 테트라클로로플라티네이트(potassium tetrachloroplatinate,K2PtCl4), 염화백금(platinum chloride PtCl4) 및 염화백금산(hexachloroplatinic acid, H2PtCl6)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 귀금속으로 구리를 사용할 경우, 구리 이온 전구체로 질산구리 수화물(Cu(NO3)2·3H2O) 및 황산구리오수염(copper sulfate pentahydrate, CuSO4·5H2O)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 귀금속으로 팔라듐을 사용할 경우, 팔라듐 이온 전구체로 팔라듐 아세틸아세토네이트(palladium acetylacetonate), 염화팔라듐(palladium chloride, PdCl2) 및 질산팔라듐(palladium nitrate hydrate, Pd(NO3)2·H2O)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 환원제로 시트르산 소듐(trisodium citrate, Na3Cit), 수소화붕소소듐(sodium borohydrate, NaBH4), 하이드로퀴논(hydroquinone), 소듐 아스코르베이트(sodium ascorbate) 및 하이드록실아민(hydroxyl amine)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.When gold is used as a noble metal, gold chloride trihydrate (HAuCl 4 3H 2 O), potassium gold (III) chloride, K (AuCl 4 ) and potassium dicyanoaurate (Potassium dicyanoaurate) are used as gold ion precursors. , KAu(CN) 2 ) can be used, and when silver is used as a noble metal, silver nitrate (AgNO 3 ) and potassium dicyanoaurate (KAg(CN) 2 ) and at least one selected from the group consisting of silver acetate can be used. When platinum is used as a precious metal, potassium tetrachloroplatinate (K 2 PtCl 4 ), platinum chloride as a platinum ion precursor At least one selected from the group consisting of (platinum chloride PtCl 4 ) and chloroplatinic acid (hexachloroplatinic acid, H 2 PtCl 6 ) may be used, and when copper is used as a noble metal, copper nitrate hydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O) and copper sulfate pentahydrate (CuSO 4 5H 2 O) may be used, and when palladium is used as a noble metal, palladium acetylacetonate as a palladium ion precursor ( At least one selected from the group consisting of palladium acetylacetonate, palladium chloride (PdCl 2 ) and palladium nitrate hydrate (Pd(NO 3 ) 2 H 2 O) may be used. In addition, a reducing agent consisting of sodium citrate (trisodium citrate, Na 3 Cit), sodium borohydrate (NaBH 4 ), hydroquinone, sodium ascorbate and hydroxyl amine One or more selected from the group may be used.

또한, 합성은 안정화제의 존재하에서 수행될 수 있으며, 이때 안정화제로 PVP(폴리비닐피롤리돈), 시트르산 소듐(trisodium citrate) 및 SDS(소듐 도데실 설페이트)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 합성은 자기 핵 형성 억제제 등을 추가로 사용하여 수행될 수 있으며, 금의 자기 핵 형성 억제제로 요오드화 칼륨을, 은의 자기 핵 형성 억제제로 아세토니트릴을 사용할 수 있다.In addition, the synthesis may be carried out in the presence of a stabilizer, wherein at least one selected from the group consisting of PVP (polyvinylpyrrolidone), trisodium citrate and SDS (sodium dodecyl sulfate) may be used as the stabilizer. there is. In addition, the synthesis may be carried out by additionally using a magnetic nucleation inhibitor or the like, and potassium iodide may be used as a magnetic nucleation inhibitor of gold and acetonitrile may be used as a magnetic nucleation inhibitor of silver.

상기 환원제는 수용액 상에서 귀금속을 환원시키는 환원제로 작용할 뿐만 아니라, 합성된 귀금속 나노입자의 주위에 음전하를 부여할 수 있다. 따라서, 환원된 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 표면 음전하로 인해 수용액 상에서 잘 분산되어 있으며, 아민기 등의 기능기와 만나 강하게 결합할 수 있다. 따라서, 상기 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 코어-쉘 나노입자의 세라믹 쉘 표면의 기능기와 강한 결합을 형성하여, 상기 코어-쉘 나노입자에 귀금속 나노입자를 부착 또는 성장시켜 금속증강형광 템플릿 나노입자를 제조할 수 있다.The reducing agent not only acts as a reducing agent for reducing noble metals in an aqueous solution, but also can impart negative charges around the synthesized noble metal nanoparticles. Therefore, the reduced noble metal nanoparticles or noble metal nanoparticle seeds are well dispersed in the aqueous solution due to the negative surface charge, and can strongly bind to functional groups such as amine groups. Therefore, the noble metal nanoparticle or the seed of the noble metal nanoparticle forms a strong bond with a functional group on the surface of the ceramic shell of the core-shell nanoparticle to attach or grow the noble metal nanoparticle to the core-shell nanoparticle, thereby forming the metal-enhanced fluorescence template nanoparticle. can be manufactured.

일 구체예에서, 기능기가 도입된 코어-쉘 나노입자와 귀금속 나노입자를 반응시킨 후, 안정화제를 추가로 처리할 수 있으며, 이 때 안정화제로 전술한 종류를 제한 없이 사용할 수 있다. In one embodiment, after reacting the noble metal nanoparticle with the core-shell nanoparticle into which the functional group is introduced, a stabilizer may be further treated, and at this time, the above-described types may be used as the stabilizer without limitation.

본 발명에서는 귀금속 나노입자 시드를 사용한 경우, 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. In the present invention, when a noble metal nanoparticle seed is used, a step of growing the noble metal nanoparticle seed bonded to a functional group to produce a noble metal nanoparticle may be additionally performed.

상기 단계는 귀금속 나노입자 시드가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 용액에 귀금속 이온 전구체 용액을 첨가하여 수행할 수 있다. 상기 단계를 통해 귀금속 나노입자 시드를 시드로 이용하여 상기 시드를 중심으로 나노입자로 성장시킬 수 있으며, 나노입자의 크기와 광학적 특성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 귀금속 이온 전구체로 시드의 제조에 사용되었던 귀금속 이온 전구체를 사용할 수 있으며, 환원제로 전술한 종류를 사용할 수 있다. 또한, 전술한 종류의 안정화제를 추가로 사용할 수 있다. The above step may be performed by adding a noble metal ion precursor solution to a solution containing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticle seeds are attached. Through the above steps, it is possible to grow nanoparticles around the seeds using noble metal nanoparticle seeds as seeds, and the size and optical properties of the nanoparticles can be improved. At this time, as the noble metal ion precursor, the noble metal ion precursor used in the preparation of the seed may be used, and the above-mentioned kind may be used as the reducing agent. In addition, stabilizers of the kind described above may additionally be used.

상기 귀금속 나노입자 시드의 성장은 상기 귀금속 나노입자 시드를 코어-쉘 나노입자의 세라믹 표면에 부착시킨 후, 성장시켜 상기 귀금속 나노입자가 세라믹 표면에 맞닿아 성장하므로 단단하게 고정되어, 경제적이고 공정이 쉬운 장점을 가진다. 또한, 귀금속 나노입자를 성장시키면 상기 나노입자 간의 네트워킹이 일어나 세라믹 표면에서 결코 떨어질 수 없는 튼튼한 구조를 형성할 수도 있다.The growth of the noble metal nanoparticle seed is achieved by attaching the noble metal nanoparticle seed to the ceramic surface of the core-shell nanoparticle and then growing so that the noble metal nanoparticle grows in contact with the ceramic surface, so it is firmly fixed, economical and process-efficient. has the advantage of being easy. In addition, when noble metal nanoparticles are grown, networking between the nanoparticles may occur to form a strong structure that can never be separated from the ceramic surface.

일 구체예에서, 귀금속 나노입자 또는 성장된 귀금속 나노입자의 평균 입경은 5 내지 50 nm일 수 있다. 상기 범위에서 금속증강형광이 가능한 파장 범위를 조절할 수 있다. In one embodiment, the average particle diameter of the noble metal nanoparticles or grown noble metal nanoparticles may be 5 to 50 nm. Within the above range, a wavelength range in which metal-enhanced fluorescence is possible can be adjusted.

본 발명에서 (C) 코어-이중쉘 나노입자 제조 단계는 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계이다. In the present invention, the step (C) of preparing the core-double shell nanoparticle is a step of preparing the core-double shell nanoparticle by forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticle to which the noble metal nanoparticle is attached.

상기 단계는 단계 (B)에서 제조된 제4-1 용액 또는 제4-2 용액에 세라믹 쉘 전구체 용액을 혼합하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제2 세라믹 쉘이 형성된 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 제5 용액을 제조할 수 있다.The step may be performed by mixing the ceramic shell precursor solution with the 4-1 solution or the 4-2 solution prepared in step (B), and the core-double shell nanoparticles on which the second ceramic shell is formed through the above step. A fifth solution containing a can be prepared.

일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘은 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자, 즉, 금속증강형광 템플릿 나노입자를 보호하는 역할과 동시에 귀금속 나노입자와 후에 부착될 양자점 나노입자 사이의 거리를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.In one embodiment, the second ceramic shell protects the core-shell nanoparticles to which the noble metal nanoparticles are attached, that is, the metal-enhanced fluorescence template nanoparticles, and at the same time increases the distance between the noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles to be attached later. can play a regulatory role.

상기 세라믹은 제1 세라믹 쉘에서 전술한 종류를 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 실리카를 사용하여 제2 세라믹 쉘을 형성할 수 있다.As the ceramic, the above-described types may be used without limitation in the first ceramic shell, and for example, at least one selected from the group consisting of silica, titania, alumina, zirconia, and zeolite may be used. In the present invention, the second ceramic shell may be formed using silica.

일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘은 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자와 세라믹 전구체의 반응을 통해 형성될 수 있다. 이때, 세라믹 전구체로 알콕시화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 전구체의 함량을 달리하여 2차 세리믹 쉘의 두께를 조절할 수 있다.In one embodiment, the second ceramic shell may be formed through a reaction between core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached and a ceramic precursor. In this case, an alkoxy compound may be used as the ceramic precursor, and specifically, at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethyl orthosilicate (TMOS) may be used. In the present invention, the thickness of the secondary ceramic shell can be adjusted by varying the content of the precursor.

일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘의 두께는 5 nm 내지 100 nm, 5 내지 50 nm 또는 5 내지 20 nm이며, 상기 제2 세라믹 쉘 내부에 귀금속 나노입자가 포함될 수 있다.In one embodiment, the thickness of the second ceramic shell is 5 nm to 100 nm, 5 to 50 nm, or 5 to 20 nm, and noble metal nanoparticles may be included in the second ceramic shell.

본 발명에서 (D) 자성-광학 복합구조 나노입자 제조 단계는 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계이다.In the present invention, (D) manufacturing magnetic-optical composite nanoparticles is a step of preparing magnetic-optical composite nanoparticles by attaching quantum dot nanoparticles to the surface of the second shell of the core-double shell nanoparticles.

구체적으로, 상기 단계는 단계 (C)에서 제조된 제5 용액에 기능기 함유 화합물을 첨가하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제2 세라믹 쉘 표면에 기능기가 도입된 나노입자를 포함하는 제6 용액을 제조할 수 있다. 그리고, 상기 제6 용액에 양자점 나노입자를 첨가하여 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 제7 용액을 제조할 수 있다.Specifically, the above step may be performed by adding a functional group-containing compound to the fifth solution prepared in step (C), and the sixth solution containing nanoparticles having a functional group introduced into the surface of the second ceramic shell through the above step. solution can be prepared. In addition, a seventh solution including magnetic-optical composite structure nanoparticles may be prepared by adding quantum dot nanoparticles to the sixth solution.

본 발명에서 단계 (D)는 제2 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및 상기 기능기에 양자점 나노입자를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, step (D) introduces a functional group to the surface of the second ceramic shell; and binding quantum dot nanoparticles to the functional group.

일 구체예에서, 상기 기능기는 티올기(-SH), 아민기(-NH2), 카르복실기(-COOH) 및 하이드록실기(-OH)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 기능기는 티올기일 수 있으며, 코어-이중쉘 나노입자와 티올기 함유 화합물을 반응시켜, 상기 쉘 표면에 티올기를 도입할 수 있다.In one embodiment, the functional group may be selected from the group consisting of a thiol group (-SH), an amine group (-NH2), a carboxyl group (-COOH), and a hydroxyl group (-OH). Specifically, the functional group may be a thiol group, and a thiol group may be introduced to the surface of the shell by reacting the core-double shell nanoparticle with a compound containing a thiol group.

일 구체예에서, 상기 기능기는 양자점 나노입자와 강하게 결합하여, 상기 코어-이중쉘 나노입자 상에 양자점 나노입자가 부착될 수 있다. In one embodiment, the functional group is strongly bonded to the quantum dot nanoparticle, so that the quantum dot nanoparticle can be attached to the core-double shell nanoparticle.

일 구체예에서, 양자점 나노입자는 셀렌화카드뮴(CdSe), 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 셀렌화아연(ZnSe), 황화아연(ZnS) 망간이 도핑된 황화아연(Mn-doped ZnS), 인화인듐(InP) 및 세슘리드할라이드(CsPbBr3, CsPbI3) 양자점으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the quantum dot nanoparticles are cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS) manganese-doped zinc sulfide (Mn-doped ZnS), indium phosphide (InP), and cesium lead halide (CsPbBr 3 , CsPbI 3 ) may include at least one selected from the group consisting of quantum dots.

이러한 양자점 나노입자는 당업계의 일반적인 제조방법을 통해 제조될 수 있으며, 구체적으로, 유기용매 상에서 양자점 이온 전구체, 환원제, 안정화제를 이용하여 합성될 수 있다. 이때, 양자점 이온은 아연, 황, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 인듐, 인, 세슘, 납, 브롬 또는 아이오딘일 수 있다. These quantum dot nanoparticles can be prepared through a general manufacturing method in the art, and specifically, can be synthesized using a quantum dot ion precursor, a reducing agent, and a stabilizer in an organic solvent. In this case, the quantum dot ion may be zinc, sulfur, manganese, cadmium, selenium, indium, phosphorus, cesium, lead, bromine, or iodine.

상기 아연 이온 전구체로 염화아연(zinc chloride dehydrate, ZnCl2), 아세트산아연(zinc acetate) 및 질산아연(zinc nitrate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 황 이온 전구체로 황 분말(sulfur powder) 및 도데실 멀캅탄(1-dodecanethiol)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 망간 이온 전구체로 염화망간(manganese chloride) 및 질산망간(manganese nitrate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 카드뮴 이온 전구체로 산화카드뮴(cadmium oxide) 및 염화카드뮴(cadmium chloride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 셀레늄 이온 전구체로 셀레늄 분말(selenium powder) 및 산화셀레늄(selenium oxide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 인듐 이온 전구체로 아세트산인듐(indium acetate), 염화인듐(indium chloride) 및 플로오르화인듐(indium fluoride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 인 이온 전구체로 트리스(트리메틸실릴)포스핀을 사용할 수 있으며, 세슘 이온 전구체로 브롬화세슘(cesium bromide) 및 아이오딘화세슘(cesium iodide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 납 이온 전구체로 브롬화납(lead bromide) 및 아이오딘화납(lead iodide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 환원제와 안정화제로 다이벤질아민(dibenzylamine), 올레일아민(oleylamine), 올레산(oleic acid) 및 옥타데실아민(octadecylamine)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 용매로 옥타데센(octadecene), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.At least one selected from the group consisting of zinc chloride dehydrate (ZnCl2), zinc acetate and zinc nitrate may be used as the zinc ion precursor, and sulfur powder as the sulfur ion precursor And at least one selected from the group consisting of dodecyl mercaptan (1-dodecanethiol) may be used, and at least one selected from the group consisting of manganese chloride and manganese nitrate may be used as a manganese ion precursor, , At least one selected from the group consisting of cadmium oxide and cadmium chloride may be used as a cadmium ion precursor, and a group consisting of selenium powder and selenium oxide as a selenium ion precursor. At least one selected from may be used, and at least one selected from the group consisting of indium acetate, indium chloride, and indium fluoride may be used as the indium ion precursor, and as the phosphorus ion precursor Tris (trimethylsilyl) phosphine may be used, and at least one selected from the group consisting of cesium bromide and cesium iodide may be used as a cesium ion precursor, and lead bromide (lead ion precursor) may be used. At least one selected from the group consisting of lead bromide and lead iodide may be used. In addition, at least one selected from the group consisting of dibenzylamine, oleylamine, oleic acid, and octadecylamine may be used as a reducing agent and a stabilizer, and octadecene (octadecene) may be used as a solvent. ), dimethylformamide (DMF), and at least one selected from the group consisting of toluene may be used.

일 구체예에서, 양자점 나노입자의 크기는 3 내지 15 nm일 수 있다. In one embodiment, the size of the quantum dot nanoparticles may be 3 to 15 nm.

또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 전술한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. In addition, the present invention relates to magnetic-optical complex structure nanoparticles. Magnetic-optical composite structure nanoparticles according to the present invention can be prepared by the above-described manufacturing method.

본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 자성 나노입자 코어 및 제1 세라믹 쉘을 포함하는 코어-쉘 나노입자; The magnetic-optical complex structure nanoparticle according to the present invention includes a core-shell nanoparticle including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;

상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;

상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및 a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles on which the noble metal nanoparticles are formed; and

상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함할 수 있다. Quantum dot nanoparticles formed on a surface of the second ceramic shell may be included.

본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 자성 나노입자, 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자를 포함하여 자성과 광학 기능을 동시에 구현할 수 있다. The magnetic-optical composite structure nanoparticles according to the present invention include magnetic nanoparticles, noble metal nanoparticles, and quantum dot nanoparticles, so that magnetic and optical functions can be realized at the same time.

일 구체예에서, 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자는 제2 세라믹 쉘 내부에 포함될 수 있다. 따라서, 양자점 나노입자는 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자보다 외부에 위치할 수 있다. In one embodiment, the noble metal nanoparticle bound to the surface of the core-shell nanoparticle may be included in the second ceramic shell. Therefore, the quantum dot nanoparticles may be located outside the noble metal nanoparticles bonded to the surface of the core-shell nanoparticles.

특히, 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(Metal-Enhanced Fluorescence; MEF) 현상을 이용하여 광학성능을 개선할 수 있다. 금속증강형광(MEF)은 특정 금속과 형광체가 일정한 거리를 사이에 두고 공유 또는 비공유 결합으로 연결되어 있을 때 발광효율이 증가하여 형광체가 본래 가지고 있던 자체밝기의 최대치보다 더욱 밝은 빛을 방출하는 현상을 의미한다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 형광 특성을 가지는 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(MEF)을 통해 양자점 나노입자의 발광 효율을 개선할 수 있으며, 개선된 발광 신호를 이용하여 타겟 세포를 영상화할 수 있다. 특히 본 발명에서는 제2 세라믹 쉘을 통한 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자간의 거리 조절을 통해 양자점 나노입자의 발광 특성을 사용 목적에 맞게 조절할 수 있다. In particular, in the present invention, optical performance can be improved by using a metal-enhanced fluorescence (MEF) phenomenon between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles. Metal-enhanced fluorescence (MEF) is a phenomenon in which when a specific metal and a phosphor are connected by covalent or non-covalent bonds at a certain distance, the luminous efficiency increases and the phosphor emits light brighter than the maximum value of its original brightness. it means. In the present invention, the emission efficiency of quantum dot nanoparticles can be improved through metal-enhanced fluorescence (MEF) between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles having fluorescent properties, and target cells can be imaged using the improved emission signal. In particular, in the present invention, the emission characteristics of the quantum dot nanoparticles can be adjusted according to the purpose of use by adjusting the distance between the noble metal nanoparticle and the quantum dot nanoparticle through the second ceramic shell.

또한, 본 발명은 전술한 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 영상진단용 조성물, 분석물 검출용 키트 또는 분자진단 칩에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a composition for diagnostic imaging, a kit for detecting an analyte, or a molecular diagnostic chip including the above-described magnetic-optical composite structure nanoparticles.

또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노물입자의 표면에 검출하고자 하는 분석물과 결합할 수 있는 생체분자를 기능화하는 단계;In addition, the present invention includes the steps of functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of the magnetic-optical composite structure nanoparticle;

상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및 exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; and

광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는, 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법에 관한 것이다. It relates to a method for imaging or detecting an analyte, comprising identifying an analyte bound to a magnetic-optical composite structure nanoparticle using photoluminescence spectroscopy.

본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 검출하고자 하는 분석물을 인식할 수 있는 생체분자가 기능화되어, 각종 타겟 생체분자들을 검출하는데 응용될 수 있는 프로브로 사용될 수 있다.The magnetic-optical complex nanoparticles according to the present invention are functionalized with biomolecules capable of recognizing analytes to be detected, and can be used as probes that can be applied to detect various target biomolecules.

일 구체예에서, 검출하고자 하는 분석물은 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 글리코프로테인, 리포프로테인, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 지방산, 지질, 호르몬, 대사산물, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경전달물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사산물, 보조인자, 억제제, 약물, 약학물, 영양물, 프리온, 독소, 독물, 폭발물, 살충제, 화학무기제, 생체유해성 제제, 방사선동위원소, 비타민, 헤테로사이클릭 방향족 화합물, 발암물질, 돌연변이유발요인, 마취제, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 또는 오염물일 수 있다. 또한, 분석물이 핵산일 경우 상기 핵산은 유전자, 바이러스 RNA 및 DNA, 박테리아 DNA, 곰팡이 DNA, 포유동물 DNA, cDNA, mRNA, RNA 및 DNA 단편, 올리고뉴클레오티드, 합성 올리고뉴클레오티드, 개질된 올리고뉴클레오티드, 단일 가닥 및 이중 가닥 핵산, 자연적 및 합성핵산일 수 있다. In one embodiment, the analyte to be detected is an amino acid, peptide, polypeptide, protein, glycoprotein, lipoprotein, nucleoside, nucleotide, oligonucleotide, nucleic acid, sugar, carbohydrate, oligosaccharide, polysaccharide, fatty acid , lipids, hormones, metabolites, cytokines, chemokines, receptors, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, pharmaceuticals, nutrients, prions, toxins, poisons, explosives, It may be pesticides, chemical weapons, biohazardous agents, radioisotopes, vitamins, heterocyclic aromatic compounds, carcinogens, mutagens, anesthetics, amphetamines, barbiturates, hallucinogens, wastes or pollutants. In addition, when the analyte is a nucleic acid, the nucleic acid may include genes, viral RNA and DNA, bacterial DNA, fungal DNA, mammalian DNA, cDNA, mRNA, RNA and DNA fragments, oligonucleotides, synthetic oligonucleotides, modified oligonucleotides, single It can be stranded and double-stranded nucleic acids, natural and synthetic nucleic acids.

일 구체예에서, 분석물을 인식할 수 있는, 본 발명에 따른 복합구조 나노입자의 표면에 결합될 수 있는 생체분자는 항체, 항체 단편, 유전조작 항체, 단일 쇄항체, 수용체 단백질, 결합 단백질, 효소, 억제제 단백질, 렉틴, 세포 유착 단백질, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 핵산 또는 압타머일 수 있다 In one embodiment, the biomolecule capable of recognizing the analyte and capable of binding to the surface of the multi-structured nanoparticle according to the present invention is an antibody, antibody fragment, genetically engineered antibody, single chain antibody, receptor protein, binding protein, enzymes, inhibitor proteins, lectins, cell adhesion proteins, oligonucleotides, polynucleotides, nucleic acids or aptamers.

발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용한 광발광분광법은 상기 나노입자의 귀금속 부분과 양자점 간의 상호작용으로 금속증강형광이 나타나 더 강한 신호 세기를 나타낼 수 있어, 분석물의 양이 적은 경우에도 검출이 가능해질 수 있다. 또한, 자성 특성을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자와 결합한 분석물의 자성 분리가 가능하며 매우 초고감도 생체 분자 분석법에 사용될 수 있으며, 체외 진단과 영상화 기술로도 매우 유용하다.In the photoluminescence spectroscopy method using the magnetic-optical complex structured nanoparticles according to the present invention, metal-enhanced fluorescence appears due to the interaction between the noble metal part of the nanoparticles and the quantum dots, which can indicate stronger signal strength, and can be detected even when the amount of analyte is small. this could be possible In addition, magnetic separation of the analyte bound to the magnetic-optical composite structure nanoparticles is possible using magnetic properties, and it can be used for ultra-sensitive biomolecular analysis, and is also very useful as in vitro diagnosis and imaging technology.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 쉽게 설명하기 위함이며, 본 발명 범위가 제시된 실시예에 국한되지 않는다는 것은 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only intended to easily explain the present invention, and it is obvious that the scope of the present invention is not limited to the presented examples.

실시예Example

실시예 1. 자성-광학 복합구조 나노입자 제조Example 1. Preparation of magnetic-optical composite structure nanoparticles

1) 자철석(magnetite, Fe1) Magnetite (Fe 33 OO 44 ) 나노입자 합성) Synthesis of nanoparticles

산화철(iron oxide), 구체적으로 자철석(magnetite, Fe3O4) 나노입자의 합성은 폴리올 방법을 통해 수행되었다. Synthesis of iron oxide, specifically, magnetite (Fe 3 O 4 ) nanoparticles was performed through a polyol method.

염화철 6수화물(iron chloride hexahydrate, FeCl3·6H2O)는 철 이온 전구체로, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG)은 환원제이면서 용매로, 아세트산 나트륨(sodium acetate, NaOAc), H2O는 가수분해를 도와주는 보조제로 사용하였다. Iron chloride hexahydrate (FeCl 3 6H 2 O) is an iron ion precursor, ethylene glycol (EG) is a reducing agent and solvent, sodium acetate (NaOAc), H 2 O is a hydrolysis was used as an adjuvant.

EG 50 mL에 FeCl3·6H2O 2 mmol, NaOAc 6 mmol, H2O 150 mmol을 넣고, 3구 플라스크에 넣은 후 기계적 스터어링(mechanical stirring)을 해주면서 15분 동안 200℃까지 빠르게 가열하였다. 반응 시간을 3시간 30분으로 유지하고, 냉각시킨 후, 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올에 분산시켰다(제1 용액 제조).2 mmol of FeCl3·6H 2 O 2 mmol, 6 mmol of NaOAc, and 150 mmol of H 2 O were added to 50 mL of EG, and the mixture was placed in a three-necked flask and rapidly heated to 200° C. for 15 minutes with mechanical stirring. The reaction time was maintained at 3 hours and 30 minutes, cooled, washed with ethanol, and dispersed in ethanol (preparation of the first solution).

2) 금 나노입자 또는 금 나노입자 시드 합성2) Synthesis of gold nanoparticles or gold nanoparticle seeds

금 나노입자의 합성에서 염화금 수화물(gold chloride trihydrate, HAuCl4·3H2O)은 금 이온 전구체로, 시트르산 소듐(trisodium citrate, Na3Cit)은 환원제 및 안정화제로, H2O는 용매로 사용하였다.In the synthesis of gold nanoparticles, gold chloride trihydrate (HAuCl 4 3H 2 O) was used as a gold ion precursor, trisodium citrate (Na 3 Cit) as a reducing agent and stabilizer, and H 2 O as a solvent. .

HAuCl4·3H2O 1 mM 100 mL을 100℃까지 가열한 후, 자기 교반(magnetic stirring)을 유지하며 Na3Cit 38.8 mM 10 mL을 주입하였다. 1 시간 동안 반응을 진행하고 상온까지 냉각하고 상온 보관하였다.After heating 100 mL of HAuCl 4 ·3H 2 O 1 mM to 100°C, 10 mL of Na 3 Cit 38.8 mM was injected while maintaining magnetic stirring. The reaction proceeded for 1 hour, cooled to room temperature, and stored at room temperature.

또한 금 나노입자 시드의 합성에서 HAuCl4·3H2O는 금 이온 전구체로, 수소화붕소소듐(sodium borohydrate, NaBH4)은 환원제로, Na3Cit는 안정화제로, H2O는 용매로 사용하였다. Also, in the synthesis of gold nanoparticle seeds, HAuCl 4 3H 2 O was used as a gold ion precursor, sodium borohydrate (NaBH 4 ) as a reducing agent, Na 3 Cit as a stabilizer, and H 2 O as a solvent.

H2O 50 mL에 HAuCl4·3H2O의 농도를 0.25 mM, Na3Cit의 농도를 0.25 mM로 맞추고, 0.1M의 NaBH4 1.5 mL을 넣었다. 상온에서 자기 교반을 유지한 채로 6 시간 반응시켰다.To 50 mL of H 2 O, the concentration of HAuCl 4 3H 2 O was adjusted to 0.25 mM and the concentration of Na 3 Cit to 0.25 mM, and 1.5 mL of 0.1M NaBH 4 was added. It was reacted at room temperature for 6 hours while maintaining magnetic stirring.

3) 금 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조3) Preparation of core-shell nanoparticles with gold nanoparticles attached

먼저, 산화철 나노입자에 스토버(Stober) 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다. First, a silica shell was formed on the iron oxide nanoparticles using the Stober method.

에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(ammonium hydroxide solution, NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)는 실리카 전구체로, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)은 안정화제로 사용하였다.Ethanol and water (H 2 O) are solvents, ammonium hydroxide solution (NH 4 OH) is a catalyst, tetraethyl orthosilicate (TEOS) is a silica precursor, and polyvinylpyrrolidone (PVP) ) was used as a stabilizer.

에탄올 60 mL, H2O 9 mL, NH4OH 3 mL을 섞어주었다. 상기 용액 내에 산화철 나노입자 30 mg(제1 용액)을 넣어주었다. 산화철 나노입자가 섞인 균일한 혼합 용액에 TEOS 0.060 mL을 넣은 후, 상온에서 2 시간 동안 셰이킹 하였다. 그리고 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 12 mL에 분산시켰다. 이를 통해 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자가 합성되었다(제2 용액 제조).60 mL of ethanol, 9 mL of H 2 O, and 3 mL of NH 4 OH were mixed. 30 mg of iron oxide nanoparticles (first solution) was put into the solution. After adding 0.060 mL of TEOS to a uniform mixture of iron oxide nanoparticles, the mixture was shaken at room temperature for 2 hours. Then, it was washed with ethanol and dispersed in 12 mL of ethanol. Through this, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles were synthesized (second solution preparation).

상기 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자에 금 나노입자 또는 금 나노입자 시드를 부착시켰다. Gold nanoparticles or gold nanoparticle seeds were attached to the iron oxide nanoparticle-silica core-shell nanoparticles.

먼저, 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 기능화하였다.First, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles were functionalized.

(3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES)은 아민기(-NH2)의 전구체로, 2-프로판올(2-propanol)은 용매로 사용하였다. (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) was used as a precursor of the amine group (-NH 2 ), and 2-propanol was used as a solvent.

제2 용액인 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 4 mL을 2-프로판올 10 mL로 용매 치환하고, APTES 0.10 mL을 넣고 셰이킹 하였다. 80℃에서 4시간 동안 음파처리(sonication) 한 후, H2O로 세척하고 H2O 5 mL에 분산시켰다(제3 용액 제조).4 mL of ethanol containing the second solution, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles, was solvent-substituted with 10 mL of 2-propanol, and 0.10 mL of APTES was added and shaken. After sonication at 80° C. for 4 hours, the mixture was washed with H 2 O and dispersed in 5 mL of H 2 O (third solution prepared).

상기 아민기가 표면에 기능화된 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제3 용액 5 mL와 금 나노입자 용액 또는 금 나노입자 시드 용액 25 mL를 혼합하고 16시간 동안 흔들어주었다. 그리고 후처리로 PVP가 1wt%로 녹아있는 H2O 20 mL를 안정화제로 넣은 후 균일하게 셰이킹 하였다. 그 뒤, H2O로 세척하고 H2O 20 mL에 분산시켰다(제4-1 용액 제조/금 나노입자 용액 사용).5 mL of the third solution containing iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles functionalized with amine groups on the surface and 25 mL of gold nanoparticle solution or gold nanoparticle seed solution were mixed and shaken for 16 hours. And as a post-treatment, 20 mL of H 2 O in which 1 wt% of PVP was dissolved was added as a stabilizer and shaken uniformly. Then, it was washed with H 2 O and dispersed in 20 mL of H 2 O (preparation of solution 4-1/using gold nanoparticle solution).

금 나노입자 시드 용액을 사용한 경우, 표면에 부착된 금 나노입자 시드를 금 나노입자로 성장시켰다.When the gold nanoparticle seed solution was used, the gold nanoparticle seeds attached to the surface were grown into gold nanoparticles.

PVP는 안정화제로, 아스코르브산(L-ascorbic acid)은 환원제로, 사염화금산 수화물(HAuCl4·3H2O)은 금 이온 전구체로 사용하였다.PVP was used as a stabilizer, ascorbic acid (L-ascorbic acid) as a reducing agent, and tetrachloric acid hydrate (HAuCl 4 3H 2 O) as a gold ion precursor.

금 나노입자 시드가 부착된 산화철-실리카 코어-쉘 나노입자 10 mg을 PVP 1wt%를 포함하는 H2O 200 mL에 넣은 후, 20 mM 아스코르브산 수용액 4 mL를 넣고 균일하게 혼합되도록 셰이킹 하였다. 그리고 5 mM HAuCl4·3H2O 수용액 6 mL을 10 분 간격으로 6번에 나누어 넣었다. 상온에서 셰이킹하면서 1 시간 반응하였다. H2O와 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 20 mL에 분산시켰다(제4-2 용액 제조).After putting 10 mg of iron oxide-silica core-shell nanoparticles with gold nanoparticle seeds attached to 200 mL of H 2 O containing 1 wt% of PVP, 4 mL of 20 mM ascorbic acid aqueous solution was added and shaken to mix uniformly. Then, 6 mL of 5 mM HAuCl 4 3H 2 O aqueous solution was divided into 6 times at intervals of 10 minutes. It reacted for 1 hour while shaking at room temperature. It was washed with H 2 O and ethanol and dispersed in 20 mL of ethanol (preparation of solution 4-2).

4) 금 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자(금속증강형광 템플릿 나노입자) 표면에 제2 실리카 쉘 형성(코어-이중쉘 나노입자 제조)4) Formation of a second silica shell on the surface of core-shell nanoparticles (metal-enhanced fluorescence template nanoparticles) to which gold nanoparticles are attached (preparation of core-double shell nanoparticles)

금 나노입자가 결합된 산화철-실리카 코어-쉘 나노입자인 금속증강형광 템플릿 나노입자를 포함하는 용액(제4-1 용액 또는 제4-2 용액)에 스토버 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다. A silica shell was formed in a solution (solution 4-1 or solution 4-2) containing metal-enhanced fluorescence template nanoparticles, which are iron oxide-silica core-shell nanoparticles bonded to gold nanoparticles, using a stover method.

에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)는 실리카 전구체로 사용하였다. Ethanol and water (H 2 O) were used as solvents, aqueous ammonia (NH 4 OH) as a catalyst, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica precursor.

에탄올 1 mL, H2O 0.15 mL, NH4OH 0.1 mL을 섞어주었다. 상기 용액 내에 금속증강형광 템플릿 나노입자를 0.5 mg을 넣어주었다. 금속증강형광 템플릿 나노입자가 섞인 균일한 혼합 용액에 원하는 실리카 두께(3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 30 nm 및 35 nm)를 가지도록 TEOS 0.001 내지 0.006 mL을 10분 당 0.001 mL씩 넣어준 뒤, 상온에서 셰이킹 하였다. 그리고 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 10 mL에 분산시켰다(제5 용액 제조).1 mL of ethanol, 0.15 mL of H 2 O, and 0.1 mL of NH 4 OH were mixed. 0.5 mg of metal-enhanced fluorescence template nanoparticles was added into the solution. 0.001 to 0.006 mL of TEOS was added at a rate of 0.001 mL per 10 minutes to obtain the desired silica thickness (3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 30 nm, and 35 nm) in a uniform mixture of metal-enhanced fluorescence template nanoparticles. After adding, it was shaken at room temperature. And washed with ethanol and dispersed in 10 mL of ethanol (preparation of the fifth solution).

본 발명에서 도 2는 오소실리케이트(TEOS)의 양에 따른 제2 실리카 쉘의 두께 변화를 나타내는 모식도와 투과전자현미경 사진(a) 및 제2 실리카 쉘의 두께를 측정한 결과를 나타내는 그래프(b)이다. 상기 도 2에서는 제4-2 용액을 사용하여 금속증강형광 템플릿 나노입자를 제조하였다. In the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the thickness change of the second silica shell according to the amount of orthosilicate (TEOS) and a transmission electron micrograph (a) and a graph showing the results of measuring the thickness of the second silica shell (b) to be. In FIG. 2, metal-enhanced fluorescence template nanoparticles were prepared using the 4-2 solution.

5) 코어-이중쉘 나노입자의 제2 실리카 쉘 표면 기능화 5) Second silica shell surface functionalization of core-double shell nanoparticles

양자점을 부착하기 위해 상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 실리카 쉘 표면을 기능화하였다.In order to attach quantum dots, the surface of the second silica shell of the core-double shell nanoparticles was functionalized.

(3-머캅토프로필)-트리메톡시실란((3-Mercatopropyl)trimethoxysilane, MPTS)을 티올기(-SH)의 전구체로, 에탄올을 용매로 사용하였다. (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTS) was used as a precursor of a thiol group (-SH) and ethanol was used as a solvent.

제5 용액인 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 10 mL에 MPTS 0.50 mL을 넣고 셰이킹 하였다. 반응은 25℃에서 16시간 동안 진행하였다. 에탄올을 이용해서 세척하고, 에탄올 1 mL에 분산시켰다(제6 용액 제조).0.50 mL of MPTS was added to 10 mL of ethanol containing core-double shell nanoparticles as the fifth solution and shaken. The reaction proceeded at 25 °C for 16 hours. Washed with ethanol, and dispersed in 1 mL of ethanol (preparation of the sixth solution).

6) 망간(manganese, Mn)이 도핑된 황화아연(zinc sulfide, ZnS) 양자점 나노입자 및 셀렌화카드뮴 양자점(cadmium selenide, CdSe) 나노입자 합성6) Synthesis of zinc sulfide (ZnS) quantum dot nanoparticles and cadmium selenide (CdSe) nanoparticles doped with manganese (Mn)

망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자의 합성에서 염화아연(zinc chloride, ZnCl2)은 아연 이온 전구체로, 황 분말(sulfur powder)은 황 이온 전구체로, 염화망간(manganese chloride, MnCl2)은 망간 이온 전구체로, 다이벤질아민(dibenzylamine)은 용매 및 환원제로 사용하였다. In the synthesis of manganese-doped zinc sulfide quantum dot nanoparticles, zinc chloride (ZnCl 2 ) is used as a zinc ion precursor, sulfur powder is used as a sulfur ion precursor, and manganese chloride (MnCl 2 ) is used as a manganese ion precursor. As an ionic precursor, dibenzylamine was used as a solvent and reducing agent.

ZnCl2 0,4 g, MnCl2 20 mg, 황 분말 0.6 g을 다이벤질아민 54 mL에 넣고, 마그네틱 스터어링을 해주었다. 25℃에서 10분 동안 120℃까지 빠르게 가열하고, 반응시간을 1시간 동안 유지하였다. 그리고, 15분 동안 260℃까지 빠르게 가열하고, 반응시간을 유지하였다. 150℃까지 상온 분위기에서 온도를 낮추고, ZnCl2 0.4 g과 다이벤질아민 5 mL 혼합 용액을 넣어주었다. 그리고 15분 동안 260℃까지 빠르게 가열하고, 15분 동안 반응을 유지하였다. 상온 분위기에서 반응이 끝난 용액을 냉각시킨 후, oleylamine 5 mL을 넣어 안정화시켰다. 이후에 에탄올로 세척하고, 클로로포름에 분산시켰다.0.4 g of ZnCl 2 , 20 mg of MnCl 2 , and 0.6 g of sulfur powder were added to 54 mL of dibenzylamine, followed by magnetic stirring. It was rapidly heated from 25 °C to 120 °C for 10 minutes, and the reaction time was maintained for 1 hour. Then, it was rapidly heated to 260° C. for 15 minutes, and the reaction time was maintained. The temperature was lowered to 150° C. in a room temperature atmosphere, and a mixed solution of 0.4 g of ZnCl 2 and 5 mL of dibenzylamine was added. Then, it was rapidly heated to 260° C. for 15 minutes, and the reaction was maintained for 15 minutes. After cooling the reaction solution at room temperature, it was stabilized by adding 5 mL of oleylamine. After that, it was washed with ethanol and dispersed in chloroform.

셀렌화카드뮴 양자점 나노입자의 합성에서 산화카드뮴(CdO)은 카드뮴 이온 전구체로, 옥타데센(octadecene, ODE)은 비-배위 용매로, 올레산(oleic acid, OA)은 계면활성제로, 옥타데실아민(octadecylamine, ODA)은 안정화제로, 셀레늄(selenium, Se)은 셀레늄 이온 전구체로, 트리오틸포스핀(trioctylphosphine, TOP)은 셀레늄의 배위용매로 사용하였다. In the synthesis of cadmium selenide quantum dot nanoparticles, cadmium oxide (CdO) is used as a cadmium ion precursor, octadecene (ODE) as a non-coordinating solvent, oleic acid (OA) as a surfactant, and octadecylamine ( octadecylamine (ODA) was used as a stabilizer, selenium (Se) as a selenium ion precursor, and trioctylphosphine (TOP) as a selenium coordination solvent.

삼구플라스크에 ODE 40 mL에 CdO 0.26 g을 녹인 후 OA 2 mL을 주입하였다. 질소 분위기 하에서, 해당 혼합 용액을 160℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하고 1 시간을 유지하였다. 그 후, 260℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하였으며, 이 과정에서 용액은 투명해졌다. 30 분간 260℃를 유지한 후에 200℃까지 자연 냉각하였다. 상기 혼합 용액에 ODA 3 g을 주입하고 300℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하였다. 상기 용액이 300℃에 도달하였을 때, 0.78 g의 Se을 TOP 5 mL에 녹인 후에 이를 상기 혼합 용액에 주입한 후, 5 분간 반응하여 셀렌화카드뮴 양자점을 제조하였다. 상온까지 빠르게 냉각 후에, 클로로포름(CHCl3)과 에탄올로 세척하고 클로로포름에 분산하였다.After dissolving 0.26 g of CdO in 40 mL of ODE in a three-necked flask, 2 mL of OA was injected. Under a nitrogen atmosphere, the mixed solution was rapidly heated to 160° C. within 10 minutes and held for 1 hour. Then, it was rapidly heated to 260° C. within 10 minutes, and the solution became clear during this process. After maintaining 260°C for 30 minutes, it was naturally cooled to 200°C. 3 g of ODA was injected into the mixed solution and quickly heated to 300 ° C within 10 minutes. When the solution reached 300° C., 0.78 g of Se was dissolved in 5 mL of TOP, injected into the mixed solution, and then reacted for 5 minutes to prepare cadmium selenide quantum dots. After rapidly cooling to room temperature, washed with chloroform (CHCl 3 ) and ethanol and dispersed in chloroform.

7) 자성-광학 복합구조 나노입자 제조7) Manufacture of magnetic-optical composite structure nanoparticles

본 단계에서, 망간이 도핑된 황화아연 양자점을 사용할 경우 제4-2 용액이 사용되었으며, 셀렌화카드뮴 양자점을 사용할 경우 제4-1 용액이 사용되었다.In this step, when using zinc sulfide quantum dots doped with manganese, solution 4-2 was used, and when using cadmium selenide quantum dots, solution 4-1 was used.

제6 용액인 티올기가 기능화된 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 1 mL를 망간이 도핑된 황화아연 양자점 또는 셀렌화카드뮴 양자점을 포함하는 클로로포름 0.2 mL(10 mg/mL)와 함께 셰이킹 하였다. 반응을 25℃에서 16시간 동안 진행하였다. 이 후, 자성 분리(magnetic separation)하여 붙지 않은 양자점을 제거하여 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하고 에탄올 2 mL에 분산하였다(제7 용액 제조).1 mL of ethanol containing thiol group-functionalized core-double shell nanoparticles, which is the sixth solution, was shaken with 0.2 mL (10 mg/mL) of chloroform containing manganese-doped zinc sulfide quantum dots or cadmium selenide quantum dots. . The reaction proceeded at 25 °C for 16 hours. Thereafter, magnetic separation was performed to remove unattached quantum dots to prepare magnetic-optical complex structure nanoparticles and dispersed in 2 mL of ethanol (a seventh solution was prepared).

비교예 1.Comparative Example 1.

실시예 1의 단계 3) 내지 5)은 진행하지 않고 단계 6) 내지 7)은 동일한 방법으로 수행하여, 귀금속(금) 나노입자를 포함하지 않는 자성-광학 나노입자를 제조하였다.Steps 3) to 5) of Example 1 were not performed, and steps 6) to 7) were performed in the same manner to prepare magnetic-optical nanoparticles not containing noble metal (gold) nanoparticles.

실험예 1. 자성-광학 복합구조 나노입자의 물리적 특성Experimental Example 1. Physical properties of magnetic-optical composite structure nanoparticles

도 1에서 (a)는 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조과정(단계) 모식도와 각각의 단계에서의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타낸다.In Figure 1 (a) shows a schematic diagram of the manufacturing process (steps) of the magnetic-optical composite structure nanoparticles according to the present invention and transmission electron microscope (TEM) pictures at each step.

또한, (b)는 금 나노입자와 같은 플라즈모닉 나노입자 주변에서 형광 신호가 발생할 때 금속증강형광(MEF)이 나타나는 현상을 이용하여, 이를 자성-광학 복합구조 나노입자에 응용하여 양자점 나노입자의 형광 신호를 증대시키는 것을 나타낸 모식도이다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 사이의 거리를 상기 제2 실리카 쉘의 두께를 이용하여 조절함으로써 형광 신호를 극대화할 수 있다.In addition, (b) uses the phenomenon that metal-enhanced fluorescence (MEF) appears when a fluorescence signal is generated around plasmonic nanoparticles such as gold nanoparticles, and applies it to magnetic-optical composite structure nanoparticles to produce quantum dot nanoparticles. It is a schematic diagram showing that the fluorescence signal is increased. In the present invention, the fluorescence signal can be maximized by adjusting the distance between the noble metal nanoparticle and the quantum dot nanoparticle using the thickness of the second silica shell.

도 3에서 (a)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자와 셀렌화카드뮴 나노입자의 투과전자현미경 사진을 나타내고, 또한, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진과 광발광분광계(Photoluminescence, PL)로 측정한 결과를 나타낸다. 좌측 그래프는 310 nm의 파장으로, 우측 그래프는 532 nm의 파장으로 측정하였다. In FIG. 3 (a) shows a transmission electron microscope image of manganese-doped zinc sulfide quantum dot nanoparticles and cadmium selenide nanoparticles, and also shows a transmission electron microscope image of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example The results measured by a photoluminescence spectrometer (Photoluminescence, PL) are shown. The left graph was measured with a wavelength of 310 nm, and the right graph was measured with a wavelength of 532 nm.

도 3에서 (b)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자를 사용하여 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 에너지 분산 분광법(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS) 사진이다. 상기 에너지 분산 분광법 사진을 통해, 자성-광학 복합구조 나노입자 내에 자성 나노입자, 금 나노입자 및 양자점 나노입자가 존재하는 것을 확인할 수 있다. In FIG. 3 (b) is a transmission electron microscope image and an energy dispersive spectroscopy (EDS) image of magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared using zinc sulfide quantum dot nanoparticles doped with manganese. Through the energy dispersive spectroscopy image, it can be confirmed that magnetic nanoparticles, gold nanoparticles, and quantum dot nanoparticles are present in the magnetic-optical composite structure nanoparticles.

도 3의 (a) 및 (b)에서 제2 실리카 쉘의 두께는 10 nm이다. 3 (a) and (b), the thickness of the second silica shell is 10 nm.

또한, 도 4에서 (a)는 비교예 1에서 제조된 자성-광학 나노입자(Bare without Au), 및 실시예에서 제조되며 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 거리에 따른 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)의 입자의 모식도와 투과전자현미경 사진을 나타낸다. In addition, (a) in FIG. 4 shows magnetic-optical nanoparticles (Bare without Au) prepared in Comparative Example 1 and four types of magnetic-optical composites prepared in Example according to the distance between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles. A schematic diagram of structural nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) and transmission electron micrographs are shown.

(b)는 실시예에서 제조된 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)를 동적광산란기(Dynamic Light Scattering, DLS)로 측정한 유체역학적인 크기를 나타낸다. 상기 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 실리카 쉘의 두께가 증가함에 따라 유체역학적인 크기가 동일한 경향성으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. (b) shows the hydrodynamic size of the four types of magnetic-optical composite structure nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) prepared in Example by using Dynamic Light Scattering (DLS). As shown in (b) of FIG. 4, it can be seen that the hydrodynamic size increases with the same tendency as the thickness of the silica shell increases.

또한, (c)는 비교예와 실시예에서 제조된 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)를 커버글라스(cover glass) 위에 건조시킨 후, 형광 신호 세기를 공초점 라만-형광 현미경(Confocal Raman Microscopy)로 측정한 결과를 나타낸다. 이때, 40배 대물렌즈를 사용하고 레이저 파장은 532 nm를 사용하였다. 레이저 조사 시의 파워는 0.139 mW, 획득 시간 (acquisition time)은 1 초로 측정하였다. In addition, (c) shows the fluorescence signal intensity after drying the four types of magnetic-optical composite structure nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) prepared in Comparative Examples and Examples on a cover glass. The results measured by a confocal Raman-fluorescence microscope (Confocal Raman Microscopy) are shown. At this time, a 40x objective lens was used and a laser wavelength of 532 nm was used. The power during laser irradiation was measured as 0.139 mW, and the acquisition time was measured as 1 second.

귀금속 나노입자가 없는 비교예를 기준으로 할 때, 실리카 쉘이 5 nm로 얇으면 귀금속 나노입자에 의한 형광 억제(quenching)이 나타나고 10 nm가 되면 금속증강형광에 의한 형광 세기 증대가 나타나는 것을 확인할수 있다. 그리고 15 nm, 20 nm에서는 귀금속 나노입자와 형광 양자점 간의 상호작용이 작아져 비교예와 거의 유사한 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다.Based on the comparative example without noble metal nanoparticles, when the silica shell is as thin as 5 nm, fluorescence quenching by noble metal nanoparticles occurs, and when it becomes 10 nm, fluorescence intensity is increased by metal-enhanced fluorescence. there is. In addition, at 15 nm and 20 nm, it can be seen that the interaction between the noble metal nanoparticle and the fluorescent quantum dot is reduced, showing almost similar results to those of the comparative example.

실험예 2. 자성-광학 복합구조 나노입자를 활용한 타겟 세포 영상Experimental Example 2. Target cell imaging using magnetic-optical complex structure nanoparticles

실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 생체분자 검지를 위해 표면기능화를 진행하였다. 상기 사용된 자성-광학 복합구조 나노입자는 셀렌화카드뮴 양자점 나노입자를 사용하여 제조되었다. Surface functionalization was performed for biomolecular detection of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Examples. The magnetic-optical complex structure nanoparticles used above were prepared using cadmium selenide quantum dot nanoparticles.

먼저, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자를 스토버 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다.First, a silica shell was formed on the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Examples using the Stover method.

에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)는 실리카 전구체로 사용하였다. Ethanol and water (H 2 O) were used as solvents, aqueous ammonia (NH 4 OH) as a catalyst, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica precursor.

에탄올 2 mL에 H2O 0.15 mL, NH4OH 0.05 mL을 넣어 균일하게 섞고 TEOS 0.001 mL을 넣고 2 시간 셰이킹하여 실리카 쉘을 코팅하였다. 에탄올로 세척하고 에탄올 20 mL에 분산하였다.0.15 mL of H 2 O and 0.05 mL of NH 4 OH were added to 2 mL of ethanol, mixed uniformly, and 0.001 mL of TEOS was added and shaken for 2 hours to coat the silica shell. Washed with ethanol and dispersed in 20 mL of ethanol.

그 후, 생체분자를 부착하기 위해, 상기 실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자를 기능화하였다. Then, in order to attach biomolecules, the silica-coated magnetic-optical complex structure nanoparticles were functionalized.

(3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES)을 아민기(-NH2)의 전구체로 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)를 안정화제로, 분자량 5,000 달톤의 숙시니미딜 에스테르-폴리에틸렌글리콜-카르복시메틸(Succinimidyl ester-polyethyleneglycol-carboxymethyl, SC-PEG-COOH)을 자성-광학 복합구조 나노입자의 안정화제와 카르복실기(-COOH)의 전구체로, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)와 설포-N-히드록시숙신이미드(sulfo-N-Hydroxysuccinimide, sulfo-NHS)를 아마이드 결합의 촉매제로, 에탄올과 인산완충생리식염수(phosphate buffered saline, PBS)를 용매로, 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)를 세포의 표면에 발현되는 수용체인 인테그린을 붙잡는 용도로 사용하였다. Succinimidyl ester-polyethylene glycol with a molecular weight of 5,000 daltons, using (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) as a precursor of an amine group (-NH 2 ) and sodium dodecyl sulfate (SDS) as a stabilizer. -Carboxymethyl (Succinimidyl ester-polyethyleneglycol-carboxymethyl, SC-PEG-COOH) as a stabilizer for magnetic-optical composite structure nanoparticles and a precursor of carboxyl group (-COOH), 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) ) Carbodiimide (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and sulfo-N-hydroxysuccinimide (sulfo-NHS) as catalysts for amide bonding, ethanol and Phosphate buffered saline (PBS) was used as a solvent and cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) was used to capture integrin, a receptor expressed on the cell surface.

제조한 나노입자(실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자) 1 mL에 APTES 0.05 mL을 주입하고 16 시간 셰이킹 하였다. 이를 H2O로 세척하고 0.01% SDS 용액 1 mL(산화철 나노입자 0.05 mg/mL 포함)에 분산하였다. 상기 나노입자 용액에 1 mM SC-PEG-CM 0.05 mL을 섞어주고 알루미늄 호일로 빛을 차단한 후에 16 시간 동안 셰이킹 하였다. 이 후, H2O로 세척하고 H2O 1 mL에 분산하였다. 이 과정에서 실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자의 표면에 카르복실기가 수식되었다. 상기 용액에 20 mM 의 EDC와 sulfo-NHS 0.05 mL을 넣고 30 분간 셰이킹 하였다. 이를 PBS로 세척하고 1 mL에 분산하였다. 그 다음, 1 mM cRGD 0.1 mL을 상기 용액과 섞어주고 알루미늄 호일로 빛을 차단한 후에 3 시간 동안 셰이킹 하였다. 이를 H2O 또는 PBS로 세척한 후에 0.5 mL에 분산하였다.0.05 mL of APTES was injected into 1 mL of the prepared nanoparticles (silica-coated magnetic-optical composite structure nanoparticles) and shaken for 16 hours. It was washed with H 2 O and dispersed in 1 mL of 0.01% SDS solution (including 0.05 mg/mL of iron oxide nanoparticles). 0.05 mL of 1 mM SC-PEG-CM was mixed with the nanoparticle solution, and after blocking the light with aluminum foil, the mixture was shaken for 16 hours. After this, it was washed with H 2 O and dispersed in 1 mL of H 2 O. In this process, carboxyl groups were modified on the surface of the silica-coated magnetic-optical composite structure nanoparticles. 20 mM EDC and 0.05 mL of sulfo-NHS were added to the solution and shaken for 30 minutes. It was washed with PBS and dispersed in 1 mL. Then, 0.1 mL of 1 mM cRGD was mixed with the above solution and shaken for 3 hours after blocking light with aluminum foil. After washing with H 2 O or PBS, it was dispersed in 0.5 mL.

상기 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자 용액 0.025 mL를 U87MG 세포, MCF7 세포가 각각 70,000 개 붙어있는 글라스 바텀 디쉬(Glass bottom dish)에 최소 3시간 동안 배양(incubation)하고, 고정(fixation)하였다. 그리고 공초점 라만-형광 현미경(confocal Raman Microscopy)을 통하여 세포 영상을 진행하였다. 이때 40배 대물렌즈를 사용하고 레이저 파장은 532 nm, 레이저 파워는 0.139 mW, 획득 시간(acquisition)은 1 μm * 1 μm 픽셀 당 0.035 초로 측정하였다. 0.025 mL of the magnetic-optical composite structure nanoparticle solution functionalized with the cRGD was incubated for at least 3 hours in a glass bottom dish to which 70,000 U87MG cells and MCF7 cells were attached, respectively, and then fixed. did In addition, cell imaging was performed using a confocal Raman-fluorescence microscope. At this time, a 40x objective lens was used, the laser wavelength was 532 nm, the laser power was 0.139 mW, and the acquisition time was measured at 0.035 seconds per 1 μm * 1 μm pixel.

도 5에서 (a)는 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자로 암세포의 세포막에 존재하는 인테그린 수용체를 검지하고 양자점 나노입자의 형광 특성으로 세포 영상을 하는 모식도이다. In FIG. 5, (a) is a schematic diagram of detecting integrin receptors present in the cell membrane of cancer cells with magnetic-optical composite structure nanoparticles functionalized with cRGD and performing cell imaging with fluorescence characteristics of quantum dot nanoparticles.

인테그린이 세포 표면에 발현되는 정도가 높은 U87MG 세포에서는 세포에 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자가 많이 부착되어 세포의 표면에서 형광이 나타나지만, 인테그린이 세포 표면에 발현되는 정도가 낮은 MCF7 세포에서는 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자가 부착되지 않아 세포의 표면에서 형광이 나타나지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여 타겟 특이적인 암세포 영상화가 가능하다.In U87MG cells with a high level of integrin expression on the cell surface, many magnetic-optical complex structured nanoparticles functionalized with cRGD are attached to the cells, resulting in fluorescence on the cell surface, but MCF7 cells with a low level of integrin expression on the cell surface. In , the magnetic-optical complex structure nanoparticles functionalized with cRGD are not attached, so fluorescence does not appear on the cell surface. Therefore, target-specific cancer cell imaging is possible using the magnetic-optical composite structure nanoparticles according to the present invention.

실험예 3. 자성-광학 복합구조 나노입자를 활용한 생체물질 검지Experimental Example 3. Detection of biomaterials using magnetic-optical composite structure nanoparticles

실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 카르복실기 표면기능화는 분자량 5,000 달톤의 티올-폴리에틸렌-카르복시메틸(thiol-polyethylene-carboxymethyl, SH-PEG-COOH), H2O와 아세톤(acetone)을 용매를 사용하여 진행되었다. 상기 사용된 자성-광학 복합구조 나노입자는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자를 사용하여 제조되었다.The surface functionalization of the carboxyl group of the magnetic-optical composite structure nanoparticles prepared in Example was performed using thiol-polyethylene-carboxymethyl (SH-PEG-COOH) with a molecular weight of 5,000 Daltons, H 2 O and acetone. It was carried out using a solvent. The magnetic-optical complex structure nanoparticles used above were prepared using zinc sulfide quantum dot nanoparticles doped with manganese.

실시예에서 제조된 자성-광학 복합 나노입자 1 mg을 아세톤 5 mL, 1mM SH-PEG-COOH을 포함하는 클로로포름 1 mL와 균일하게 혼합하고, 16시간 동안 셰이킹 하였다. H2O로 세척하고, H2O 5 mL에 분산하였다. 이후 바이러스를 검지하는데 이용되는 항체인 인플루엔자 A 항체를 기능화하였다. 상기 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 H2O 3 mL을 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid, MES) buffer 1 mL (50 mM) 에 용매 치환하고, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드(EDC) (20 mM) 용액 0.150 mL, 설포-N-히드록시숙신이미드(NHS) (20 mM) 용액 0.150 mL을 혼합하고 30 분 동안 셰이킹 하였다. 그리고 PBS로 세척하고, PBS 1 mL에 분산하였다. 이후에 인플루엔자 A 항체 (0.100 g) 용액 0.1 mL을 넣어 스터어링을 최소 16시간 동안 진행하였다. 그리고 PBS를 이용하여 세척하고, 0.6 mL의 용액에 분산시켰다.1 mg of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example was uniformly mixed with 5 mL of acetone and 1 mL of chloroform containing 1 mM SH-PEG-COOH, and shaken for 16 hours. Washed with H 2 O and dispersed in 5 mL of H 2 O. Then, an antibody used to detect the virus, influenza A antibody, was functionalized. 3 mL of H 2 O containing the magnetic-optical composite structure nanoparticles was added to 1 mL (50 mM) of 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) buffer. After solvent replacement, 0.150 mL of 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) (20 mM) solution, 0.150 mL of sulfo-N-hydroxysuccinimide (NHS) (20 mM) solution were mixed and shaken for 30 minutes. And washed with PBS, and dispersed in 1 mL of PBS. Thereafter, 0.1 mL of an influenza A antibody (0.100 g) solution was added and stirring was performed for at least 16 hours. And washed with PBS, and dispersed in 0.6 mL of the solution.

상기 인플루엔자 A 항체로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 인플루엔자 A 바이러스와 반응시켰다. 그리고 면역크로마토그래피 래피드 테스트(Lateral Flow Assay, LFA) 기기에 넣어 비색분석법으로 검지하였다.The magnetic-optical composite nanoparticles functionalized with the influenza A antibody were reacted with the influenza A virus. Then, it was put into an immunochromatography rapid test (Lateral Flow Assay, LFA) device and detected by colorimetric analysis.

도 6에서 (a)는 특정 항체가 수식된 자성-광학 복합구조 나노입자가 검체 내에서 항원과 결합을 하게 되고 이를 자성 분리로 분류하여 얻은 농축된 검체를 LFA 기기에서 형광 검지하는 과정의 모식도이다. In FIG. 6 (a), magnetic-optical composite structure nanoparticles modified with a specific antibody bind to antigens in a sample, and a concentrated sample obtained by sorting them by magnetic separation is a schematic diagram of a process of detecting fluorescence in an LFA device. .

도 6에서 (b)는 인플루엔자 A 항체가 수식된 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용하여 인플루엔자 A 항원의 농도를 조절하면서 LFA 기기로 측정한 결과를 나타낸다.In FIG. 6, (b) shows the result of measurement with an LFA device while adjusting the concentration of influenza A antigen using the magnetic-optical composite structure nanoparticles modified with influenza A antibody.

상기 도면을 통해, 감염 농도에 따라 형광세기가 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Through the figure, it can be confirmed that the fluorescence intensity appears differently depending on the infection concentration.

Claims (20)

자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;
상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계; 및
상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 세라믹 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계를 포함하며,
상기 제2 세라믹 쉘의 두께는 5 nm 내지 50 nm인 금속증강형광(Metal-Enhanced Fluorescence; MEF)을 나타내는 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
preparing a core-shell nanoparticle by forming a first ceramic shell on the magnetic nanoparticle;
attaching noble metal nanoparticles to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles to produce core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached;
preparing a core-double shell nanoparticle by forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticle to which the noble metal nanoparticle is attached; and
Attaching quantum dot nanoparticles to the surface of the second ceramic shell of the core-double shell nanoparticles to prepare magnetic-optical composite structure nanoparticles,
The second ceramic shell has a thickness of 5 nm to 50 nm, and a method for producing magnetic-optical composite nanoparticles exhibiting metal-enhanced fluorescence (MEF).
제 1 항에 있어서,
자성 나노입자는 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3 및 MgO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속산화물 나노입자인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
Magnetic nanoparticles are from the group consisting of FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Al 2 O 3 and MgO. A method for producing magnetic-optical composite structure nanoparticles comprising one or more selected metal oxide nanoparticles.
제 1 항에 있어서,
자성 나노입자의 평균 입경은 10 내지 500 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing magnetic-optical composite nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 500 nm.
제 1 항에 있어서,
제1 세라믹 쉘 및 제2 세라믹 쉘에서 제1 세라믹 및 제2 세라믹은 각각 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
In the first ceramic shell and the second ceramic shell, the first ceramic and the second ceramic each contain at least one selected from the group consisting of silica, titania, zirconia, alumina, and zeolite. Method for producing magnetic-optical composite structure nanoparticles .
제 1 항에 있어서,
제1 세라믹 쉘의 두께는 1 내지 100 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
The first ceramic shell has a thickness of 1 to 100 nm. Method for producing magnetic-optical composite structure nanoparticles.
제 1 항에 있어서,
귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계는
코어-쉘 나노입자의 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및
상기 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached is
introducing a functional group to the shell surface of the core-shell nanoparticle; and
A method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising the step of binding a noble metal nanoparticle to the functional group.
제 1 항에 있어서,
귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계는
코어-쉘 나노입자의 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계;
상기 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계; 및
상기 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached is
introducing a functional group to the shell surface of the core-shell nanoparticle;
bonding a noble metal nanoparticle seed to the functional group; and
A method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising the step of growing a noble metal nanoparticle seed bonded to the functional group to produce a noble metal nanoparticle.
제 1 항에 있어서,
귀금속은 금, 은, 백금, 구리 또는 이들의 합금인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing magnetic-optical complex structured nanoparticles in which the noble metal is gold, silver, platinum, copper, or an alloy thereof.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 6 or 7,
The functional group is a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising at least one selected from the group consisting of an amine group (-NH), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), and dopamine. manufacturing method.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
기능기에 결합되는 귀금속 나노입자 또는 성장된 귀금속 나노입자의 평균 입경은 5 내지 50 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 6 or 7,
A method for producing magnetic-optical composite nanoparticles having an average particle diameter of 5 to 50 nm of noble metal nanoparticles bonded to functional groups or grown noble metal nanoparticles.
제 1 항에 있어서,
제2 세라믹 쉘 내부에 귀금속 나노입자가 포함되어 있는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticle, wherein the noble metal nanoparticle is contained in the second ceramic shell.
제 1 항에 있어서
코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 세라믹 표면에 양자점 나노입자를 부착시키는 단계는
제2 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및
상기 기능기에 양자점 나노입자를 결합시키는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 1
The step of attaching the quantum dot nanoparticles to the second shell ceramic surface of the core-double shell nanoparticles is
introducing a functional group to the surface of the second ceramic shell; and
A method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising the step of binding the quantum dot nanoparticle to the functional group.
제 12 항에 있어서,
기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
According to claim 12,
The functional group is a magnetic-optical composite structure nanoparticle comprising at least one selected from the group consisting of an amine group (-NH), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), and dopamine. manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
양자점 나노입자는 셀렌화카드뮴(CdSe), 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 셀렌화아연(ZnSe), 황화아연(ZnS), 망간이 도핑된 황화아연(Mn-doped ZnS), 인화인듐(InP) 및 세슘리드할라이드(CsPbBr3, CsPbI3) 양자점으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조방법.
According to claim 1,
Quantum dot nanoparticles are cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), manganese-doped zinc sulfide (Mn-doped ZnS), Indium (InP) and cesium lead halide (CsPbBr 3 , CsPbI 3 ) Method for producing a magnetic-optical composite structure nanoparticles comprising at least one selected from the group consisting of quantum dots.
자성 나노입자 코어 및 제1 세라믹 쉘을 포함하는 코어-쉘 나노입자;
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;
상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및
상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자.
Core-shell nanoparticles including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;
noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles on which the noble metal nanoparticles are formed; and
Magnetic-optical composite structure nanoparticles comprising quantum dot nanoparticles formed on the surface of the second ceramic shell.
제 15 항에 있어서,
양자점 나노입자는 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자보다 외부에 위치하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자.
According to claim 15,
The quantum dot nanoparticles are located outside the noble metal nanoparticles bonded to the surface of the core-shell nanoparticles. Magnetic-optical composite structure nanoparticles.
제 15 항에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 영상진단용 조성물.
A composition for diagnostic imaging comprising the magnetic-optical composite structure nanoparticles according to claim 15.
제 15 항에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자의 표면에 검출하고자 하는 분석물과 결합할 수 있는 생체분자를 기능화하는 단계;
상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및
광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법.
Functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of the magnetic-optical composite structure nanoparticle according to claim 15;
exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; and
A method of imaging or detecting an analyte comprising identifying an analyte bound to a magnetic-optical composite structure nanoparticle using photoluminescence spectroscopy.
제 15 항에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 분석물 검출용 키트.
A kit for detecting an analyte comprising the magnetic-optical composite nanoparticles according to claim 15.
제 15 항에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 분자진단 칩.
A molecular diagnostic chip comprising the magnetic-optical complex structure nanoparticles according to claim 15 .
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