KR102494993B1 - 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자의 제조방법, 이에 따라 제조된 금 나노입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자의 제조방법에 관한 것으로서, 갈넛 추출물을 이용하여, 금 전구체로부터 기질 선택도와 함께 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성을 모두 갖는, 금 나노입자를 제조하는, 금 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자의 제조방법에 관한 것으로서, 갈넛 추출물을 이용하여, 금 전구체로부터 기질 선택도와 함께 증가된 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성을 모두 갖는, 금 나노입자를 제조하는, 금 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
포도당 검출은 의료 및 식품 분야에서 삶의 질 향상의 중요한 역할을 하고 있다. 바이오센서 기술이 발달하면서 보다 간편한 포도당 측정법이 많이 보고되었으며, 이들 중 포도당 산화효소와 과산화효소의 연계반응을 이용한 colorimetric signal readout strategy가 사용 및 측정의 편이성 때문이 많이 연구되고 있다.
상기 연구에 있어서, 포도당 산화효소 및/또는 과산화효소로는 안정한 활성 및 화학 합성법을 이용하여 간편한 대량 생산으로 경제성을 확보할 수 있을 것으로 예상되는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자, 탄소기반 나노입자 등의 나노자임(nanozyme) 효소 모방물질에 대한 연구가 진행되고 있다.
상기 나노자임 중 Fe3O4 NPs, Au NPs 등은 포도당 산화효소 또는 과산화 효소 활성을 모사할 수 있는 금속 나노자임으로 보고되었다. 일예로, "Fe3O4 magnetic nanoparticles as peroxidase mimetics and their applications in H2O2 and glucose detection(Wei, H. and E. Wang (2008) Anal. Chem. 80: 2250-2254.)"에서는, Fe3O4 NPs(MNPs)가 가지는 과산화효소 활성과 포도당 산화효소의 활성을 동시에 이용해 포도당을 검출할 수 있는 새로운 센싱 플랫폼을 개시하며, 나노자임을 이용한 포도당 진단에 포도당에 대한 높은 기질특이성을 보이는 포도당 산화효소(glucose oxidase, GOx)가 사용된다. GOx 는 포도당을 산화시키면서 H2O2 발생을 유도한다. 생성된 H2O2의 농도에 따라 Fe3O4 MNPs와 반응한 기질(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid),ABTS)의 발생 강도가 다르게 나타나는데, 이를 통해 포도당의 농도를 정량 분석한다.
그러나, 상기 Fe3O4 MNPs를 비롯한 Au NPs 나노자임은 본질적으로 active site가 특징적으로 존재하지 않는 나노 구조체이기 때문에 유기효소와 같은 기질 선택성이 부족하며, 그 활성이 유기 효소에 비해 아직까지는 현저히 낮다는 단점이 있다. 또한, 효소 모방 활성 물질의 경우 장기간 보관하여도 변하지 않는 저장안정성이 요구됨에 따라, 나노자임으로 제조하되, active site를 포함하여 효소 성능 및 기질 선택성 및 저장 안정성을 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 보완 및 효소 모방 활성을 향상시키기 위하여 미생물, 식물추출물, 해조류 등 다양한 방법으로 나노자임을 제조하는 연구가 진행되고 있다.
일예로, 식물추출액을 이용한 금 나노입자 제조방법이 있다. "Green Synthesis of Gold Nanoparticles Using Aqueous Extract of Garcinia mangostana Fruit Peels, Volume 2016, 7 page, Journal of Nanomaterials에서는 Garcinia mangostana의 껍질 추출물을 이용하여 금 나노입자를 제조할 수 있고, 상기 방법은 친환경적이어서, 이 방법으로 제조된 금 나노입자의 경우 비독성이 요구되는 생물의학 및 기타 응용분야에 적용될 수 있음을 개시하고 있다.
그러나, 상기 문헌에서는 금 나노입자의 포도당 산화효소 또는 과산화 효소 모방 활성에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않음에 따라 상기 방법에 의해 제조된 금 나노입자의 효소 모방 활성 정도를 예측할 수 없다. 금 나노입자는 사용된 식물추출물에 따라 제조되는 입자의 형태, 크기, 활성 사이트(active site) 등에 차이가 있고, 이는 효소 모방 활성을 비롯한 금 나노입자의 특성에 영향을 주기 때문이다.
따라서, 본 발명자는 향상된 포도당 산화효소 및 과산화 효소 모방 활성을 모두 가지는 금 나노입자의 제조방법에 대해 연구를 거듭한 결과, 갈넛 식물추출물을 이용하여 금 나노입자를 제조할 시, 금 나노입자가 높은 기질 선택성 및 향상된 효소 모방 활성을 가짐을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
Wei, H. and E. Wang, "Fe3O4 magnetic nanoparticles as peroxidase mimetics and their applications in H2O2 and glucose detection", Anal. Chem. 80, 2008, pp2250-2254.
Kar Xin Lee, Karyar Shameli, Mikio Miyake, et al., "Green Synthesis of Gold Nanoparticles Using Aqueous Extract of Garcinia mangostana Fruit Peels", Journal of Nanomaterials, Volume 2016(2), 2016, pp1-7
본 발명은, 갈넛 식물추출물을 이용하여 높은 기질 선택성과 함께 향상된 포도당 산화효소 및 과산화 효소 모방 활성을 모두 가지도록 하는, 금 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 금 나노입자를 제공한다.
본 발명은 상기 제조된 금 나노입자를 포함한 포도당 검출용 센서 및 과산화수소 검출용 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 갈넛 식물추출물을 이용하여 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 플라워 형상의 금 나노입자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 플라워 형상의 금 나노입자를 포함한, 4-nitrophenol (4-NP) 환원 반응용 촉매를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (1) 금 전구체 용액을 제조하는 단계: (2) 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물을 첨가하고, 반응이 완결될 때까지 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자를 제공하며, 일 실시예로, 상기 금 나노입자는 마름모꼴 십이면체, 십면체 및 이뿔형 중 선택되는 하나 이상의 형상을 가지며, 1 내지 100 nm의 입자크기를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 금 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 포도당 검출용 센서 및 과산화수소 검출용 센서를 제공한다.
또한 본 발명은 (1）일정한 교반을 유지하면서 갈넛 추출물에 금 전구체 용액을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 혼합물을 교반시켜, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법을 제공한다.
일 실시예로 상기 (2) 단계의 혼합물 교반은, (a) 상기 혼합물내 갈넛 추출물의 피토케미칼(phytochemicals)과 금 전구체가 반응하여, Au의 초정(primary crystal)을 형성하는 단계; (b) 상기 Au 초청 및 피토케미칼이 응집되어, 응집된 나노입자를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 응집된 나노입자가 오스발트 숙성(Ostwald Ripening)되어, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 플라워 형상의 금 나노입자를 제공한다.
또한, 상기 플라워 형상의 금 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4-nitrophenol (4-NP) 환원 반응용 촉매를 제공한다.
본 발명에 따라 갈넛 추출물로 제조된 금 나노입자의 경우, 갈넛 추출물로부터 제공된 활성 물질 또는 활성 사이트에 의해 향상된 포도당 효소 및 과산화 효소 모방 활성을 모두 나타내어 다른 효소나 H2O2 첨가 없이 금 나노입자만을 이용하여 샘플 내의 포도당을 검출하는데 사용할 수 있다. 또한 샘플 내의 H2O2 검출에도 사용할 수 있다.
또한 본 발명에서 합성된 갈넛 추출물로 제조된 금 나노입자는 각각 0.089 mM 및 0.120 mM의 낮은 Km 값으로 포도당 및 H2O2에 대한 높은 선택성을 가지며, 우수한 저장 안정성을 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 금 나노입자는 비색 바이오센서 및 진단 키트와 같은 다양한 생명공학 응용 분야에서 다중 효소 캐스케이드 반응을 촉매 할 수 있는 천연 효소를 모방할 수 있다.
또한, 본 발명은 갈넛 추출물을 이용하여 금 나노입자를 제조함에 따라 자연친화적 및 비독성임은 물론이고, 대량생산이 가능하여 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노입자의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs의 (a) UV-Vis 흡광도 스펙트럼, (b) TEM 이미지, (c) FTIR 및 (d) EDS 및 원소매핑을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 GOx 효소 모방 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 GOx 효소 모방 활성을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 POx 효소 모방 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs 캐스케이드 촉매 시스템을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-AuNPs의 촉매 매개 변수(a) pH, (b) 온도, (c) 포도당 농도, (d) 당 선택도에 따른 GOx 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-AuNPs의 촉매 매개 변수(a) H2O2 농도, (b) AuNPs 농도에 따른 POx 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs의 저장 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs 및 GNE-based flower AuNPs의 촉매활성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs의 (a) UV-Vis 흡광도 스펙트럼, (b) TEM 이미지, (c) FTIR 및 (d) EDS 및 원소매핑을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 GOx 효소 모방 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 GOx 효소 모방 활성을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 POx 효소 모방 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs 캐스케이드 촉매 시스템을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-AuNPs의 촉매 매개 변수(a) pH, (b) 온도, (c) 포도당 농도, (d) 당 선택도에 따른 GOx 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-AuNPs의 촉매 매개 변수(a) H2O2 농도, (b) AuNPs 농도에 따른 POx 활성을 나타낸 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs의 저장 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNE-based AuNPs 및 GNE-based flower AuNPs의 촉매활성을 나타낸 그래프이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 갈넛 추출물을 이용하여, 금 전구체로부터 Au를 환원시켜, 향상된 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성을 갖는 금 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (1) 금 전구체 용액을 제조하는 단계: (2) 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물을 첨가하고, 반응이 완결될 때까지 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 포도당 산화효소 및 과산화 효소 활성이 증가된 금 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 갈넛 추출물은 갈넛(gallnut, 학명으로는 Terminalia chebula)을 분쇄하거나 또는 분쇄하지 않고, 추출용매에 투입하여 가열 또는 비가열하여 갈넛으로부터 유효 성분을 용출시킨 혼합액을 의미하는 것으로, Gallic acid, Pentagalloyl glucose, Egallic acid, Digallic acid, Tannic acid 등 폴리페놀(Polyphenols) 성분을 피토케미칼(phytochemicals)로서 포함하며, 상기 추출용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 옥탄올, 글리세롤 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 있어서, (1) 단계는 금 전구체 용액 제조하는 단계로, 상기 금 전구체는 수용성 금염, 수용성 금산화물염, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 더욱 구체적인 예를 들면, AuCl, AuCl3, AuBr3, AuCl4H4N, HAuCl4, KAuCl4, KAuBr4, NaAuCl4, NaAuBr4일 수 있고, 바람직하게는 HAuCl4일 수 있다.
본 발명에 있어서, (2) 단계는 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물을 첨가하고, 반응이 완결될 때까지 교반하는 단계이다.
구체적으로 상기 (2) 단계는 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물을 첨가하면서 Au 나노입자(AuNPs)가 형성이 완료될 때까지 교반하는 단계로, 이때, 갈넛 추출물의 첨가는 적가 방식으로 이루어져 상기 반응이 균일한 반응 환경에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 첨가 및 교반 시의 온도는 제조하고자 하는 Au 입자의 크기, 공정속도 등에 따라 조절할 수 있어 특정 온도범위로 한정되지 않으나, 바람직하게는 0 내지 100 ℃일 수 있다. 이는, 상기 (2) 단계에서의 첨가 및 교반시의 온도가 0 ℃ 미만일 경우에는 반응속도가 느리고, 상기 금 전구체로부터 Au 이온이 유리되는데 어려움이 있어 첨가되는 갈넛 추출물과의 혼합이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 100 ℃를 초과할 경우에는 반응속도는 빠르나 생성되는 나노입자 Au의 평균직경이 감소되고, 적가되는 갈넛 추출물의 유효성분이 분해될 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 20 내지 95 ℃일 수 있다.
또한 상기 (2) 단계에서 금속 전구체 용액에 적가된 갈넛 추출물의 양은, 이로 제한되지는 않으나, 바람직하게는 추출용매 1 L에 갈넛 분말 10g을 넣고 추출한 추출액을 금속전구체 용액 100ml 당 약 1 ~ 3 ml 의 비율로 추가할 수 있다.
이러한 조건에서 진행되는 상기 (2) 단계에서, 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물이 적가될 시 상기 갈넛 추출물의 Gallic acid, Pentagalloyl glucose, Egallic acid, Digallic acid, Tannic acid 등의 폴리페놀(Polyphenols) 성분이 Au 금속화합물의 Au3+ 이온을 캡핑(capping)하여, 안정화된 콜로이드로 형성되도록 한다.
또한, 상기 (2) 단계에서 형성되는 Au 나노입자(AuNPs)는 상기 금 전구체 용액에 갈넛 추출물을 첨가하면서 교반할 시, Au 핵 결정 성장(Nucleation), Au 클러스터 형성(cluster formation) 및 Au 나노입자 성장(AuNPs Growth) 단계를 거쳐 제조될 수 있으며, Au 나노입자 제조가 완료되었음을 UV-Vis 흡광도 측정을 통해 확인할 수 있다.
상기 방법에 따라 제조된 Au 나노입자는 마름모꼴 십이면체, 십면체, 이뿔형 등의 형상과 1 내지 100 ㎚의 입자크기를 가지며, Au와 함께 C 및 O 원소 성분을 포함함에 따라, 기질 선택도가 높고 향상된 포도당 효소 활성 및 과산화 효소 활성을 나타낸다. 구체적으로는, 상기 방법에 의해 제조되는 Au 나노입자의 경우, 갈넛 추출물의 폴리페놀 성분에 의해 캡핑됨은 물론이고 C 및 O의 성분들을 공급받음에 따라, Au 금속 나노입자 표면에 C 및 O를 포함한 활성 사이트를 증가시켜, 기질 선택도 및 포도당 효소 활성 및 과산화 효소 활성을 모두 나타낼 수 있는 것으로 예측된다. 또한, 본 발명의 방법에 따라 제조된 금 나노입자는 다른 방법으로 제조된 금 나노입자보다 향상된 포도당 효소 활성 및 과산화 효소 활성을 가질 수 있으며, -30 mV보다 더 음의 값의 제타 전위를 가짐으로써, 높은 저장안정성을 가진다.
따라서, 본 발명에 따른 금 나노입자는 포도당 검출용 센서, 과산화수소 검출용 센서 등 바이오센서로 사용가능하며, 이를 포함한 다양한 바이오 분야로의 활용 또한 가능할 것으로 보여진다.
본 발명은 갈넛 추출물을 이용하여 금 나노입자를 제조하되, 상기 금 나노입자를 플라워 형상으로 제조할 수도 있다.
본 발명에 따른 플라워 형상의 금 나노입자를 제조 방법은, (1）갈넛 추출물에 금 전구체 용액을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 혼합물을 교반시켜, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법을 제공하다.
상기 (1) 단계는 갈넛 추출물 용액에 금 전구체 수용액을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계이다.
상기 금 전구체의 첨가양은 갈넛추출물과 금 전구체 용액이 혼합된 혼합액 내에서의 금 전구체 농도가 0.1 내지 1 mM이 되도록 할 수 있다. 이는, 금 입자가 0.1 mM 미만으로 포함될 시, 금 나노입자가 생성되지 않을 수 있고, 1 mM 초과할 시, 갈넛 추출물과 반응할 수 있는 금 전구체의 함량이 초과됨에 따라, 다량의 금 전구체가 미반응 상태로 존재하게 되어 경제성이 감소되기 때문이며, 상기 금 전구체는, 수용성 금염, 수용성 금산화물염, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 더욱 구체적인 예를 들면, AuCl, AuCl3, AuBr3, AuCl4H4N, HAuCl4, KAuCl4, KAuBr4, NaAuCl4, NaAuBr4일 수 있고, 바람직하게는 HAuCl4일 수 있다.
또한 금 전구체 수용액의 첨가는 균일한 반응 조건 및 큰 결정 성장을 방지하기 위해 적가의 방식에 따라 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, (2) 단계는 상기 혼합물을 0 ~ 100 ℃에서 교반시켜, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계로, 구체적으로, (a) 상기 혼합물내 갈넛 추출물의 피토케미칼(phytochemicals)과 금 전구체가 반응하여, Au의 초정(primary crystal)을 형성하는 단계; (b) 상기 Au 초정 및 피토케미칼이 응집되어 응집된 나노입자를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 응집된 나노입자가 오스발트 숙성(Ostwald Ripening)되어, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 (2) 단계에 있어서, (a) 단계는 상기 혼합물을 이루는 갈넛 추출물의 성분, 즉 피토케미칼과 Au를 포함한 금속 화합물의 Au3+이온이 반응하여 Au의 초정(primary crystal)을 형성하는 단계로, 상기 형성된 Au 초정은 Au 뿐만 아니라 갈넛 추출물의 피토케미칼로부터 공급받은 C 및 O 원소 성분을 포함하여 이루어지며, 상기 피토케미칼은 Gallic acid, Pentagalloyl glucose, Egallic acid, Digallic acid, Tannic acid 등의 폴리페놀(Polyphenols) 성분을 포함한다.
상기 (2) 단계에 있어서, (b) 단계는 상기 Au 초정 및 피토케미칼이 응집되어 응집된 나노입자를 제조하는 단계로, 상기 Au 초정이 다수의 Au 초정 및 피토케미칼과 응집되어, multipad-like loose 형태의 나노입자를 형성한다.
상기 (2) 단계에 있어서, (c) 단계는 상기 응집된 나노입자가 오스트발트 숙성(Ostwald Ripening)이 진행되어, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계이다.
오스트발트 숙성(Ostwald Ripening)이란, 입자의 표면 에너지가 구동력이 되어 분산계의 보다 작은 입자가 더욱 작게 되거나 소멸하거나 하여 보다 큰 입자가 성장하는 현상으로, 상기 (2) 단계에서 응집된 나노입자를 성장시켜, 입자의 수는 감소되는 반면, 평균 입자 크기는 10 내지 100 ㎚로 성장된, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조한다.
상기 제조된 플라워 형상의 금 나노입자는 응집 및 오스트발트 숙성에 의해 금 나노입자가 성장되어, 표면에 충분한 C 및 O를 포함한 활성 자리(active site)를 가짐에 따라, 촉매로서 사용될 수 있다.
일 예로, 상기 플라워 형상의 금 나노입자는 4-nitrophenol (4-NP) 환원 반응용 촉매로서도 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 보다 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
1. AuNPs 합성
(1) 갈넛 추출물을 이용한 금 나노입자(AuNPs)의 합성
i) 갈넛추출물 제조
갈넛 (gallnut) 분말 1 g을 증류수 100 mL가 들어있는 둥근 바닥 플라스크에 넣고 1시간 동안 연속 환류하면서 끓였다. 추출물을 냉각시키고 13000 rpm에서 20분 동안 원심 분리하여 고형성분을 제거하였다. 이 후, 상등액을 0.45 ㎛ 주사기 필터를 사용하여 여과하여 불순물을 제거하였다.
이에 따라, 갈넛 추출물(Gallnut extract, GNE)을 제조하였으며, 하기 HAuCl4·3H2O의 환원을 통한 금 나노입자(AuNPs) 합성에 사용하기 위해 1%(v/v)로 희석하였다.
ii) GNE-based AuNPs 의 합성
AuNPs는 갈넛추출물(GNE)을 사용하여 HAuCl4·3H2O 의 환원을 통해 합성되었다.
증류수에 용해된 HAuCl4·3H2O 수용액 (0.01% w/v 250 mL)을 응축기가 장착된 둥근 바닥 플라스크에서 95 ℃에서 끓여, 상기 HAuCl4·3H2O 용액을 예열하였다. 상기 가열에는 가열맨틀을 사용하였다. 이 후, 상기 예열된 HAuCl4·3H2O 용액에 갈넛추출물 (1 %, 3.75 mL)를 적가하여 혼합물을 생성한 다음, 상기 생성된 혼합물을 10분 동안 연속 비등 하에 유지하였다.
이 후 가열원을 제거하고 생성된 콜로이드 용액을 35분 동안 교반하여 금 이온을 완전히 환원시켰다.
이에 따라 제조된 자주색 갈넛추출물(GNE) 기반 AuNPs는 GNE-based AuNPs로 표기한다. UV-가시광 분광 광도계의 541 nm에서의 흡수 피크와 투과 전자 현미경(TEM) 분석에 의해 상기 제조된 GNE-based AuNPs는 평균 크기가 27.5 nm의 AuNPs임을 확인하였으며, AuNPs의 실제 농도는 유도 결합 플라즈마 질량 분광 광도계 (ICP)를 사용에 의하여 57.9 μg/mL로 추정되었다.
(2) GNE-based Au-Nanoflowers 의 합성
1 mM HAuCl4·3H2O 수용액 1 mL 를 200 rpm의 일정한 교반하에 상기 제조된 50 mL 갈넛 추출물이 들어있는 비커에 적가하였다. 실온에서 60분 동안 반응시켜 합성된 나노 플라워를 10000 rpm에서 20분 동안 원심 분리하였다. 그 후 침전된 나노 플라워를 증류수로 세척하고 다시 원심 분리하였다. 최종 생성물을 추가 사용을 위해 10 mL 증류수에 분산시켰다. 이에 따라 제조된 금 나노입자를 GNE-based Au-Nanoflowers로 표기 하기로 한다.
(3) "SB" - NaBH
4
(SB)를 이용한 금 나노 입자(AuNPs)의
화학적 합성
과량의 포도당 (0.35 mol/L)이 존재하는 질소 분위기 하에서 0.125 mM의 HAuCl4·3H2O 수용액을 NaBH4 (SB : Au = 5 : 1 mol / mol)로 처리하여 AuNPs의 콜로이드 분산액을 제조하였다.
이에 따라 제조된 AuNPs는 "SB"로 표기하기로 하며, TEM 이미지로 부터, 제조된 AuNPs의 평균 직경은 24.5 nm인 구형 입자임을 확인하였다.
(4) "SC" -구연산나트륨 (SC)을 이용한 금 나노 입자(AuNPs)의
화학 합성
응축기가 장착 된 500 mL 둥근 바닥 플라스크에서 250 mL의 0.01 % HAuCl4·3H2O를 교반하면서 끓였다. 이 용액에 1% 구연산 나트륨 3.75 mL를 첨가하였다. 10분 더 비등을 유지한 후, 가열원을 제거하고 콜로이드 용액을 15분 동안 추가로 교반하였다.
이에 따라 제조된 AuNPs는 "SC"로 표기하기로 하며, TEM 이미지로 부터, 제조된 AuNPs은 평균 크기가 4.43 nm인 응집된 입자임을 확인하였다.
<분석예>
1. GNE-based AuNPs의 특성 분석
(i) UV-Vis 흡광도 스펙트럼
도 3(a)는 GNE를 이용한 AuNPs 합성을 시간에 따른 UV-Vis 흡광도 스펙트럼으로 나타낸 것으로, 이를 살펴보면, 541 nm에서 30 초부터 흡광도가 나타나기 시작하여 초기 단계에서 흡광도가 빠르게 증가되고, 25분 후에는 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다.
상기 결과로 부터, GNE를 이용한 AuNPs 합성에 있어서, AuNPs는 30 초부터 형성되기 시작하고, Au3+ 환원, 결정 핵 성장, 나노 클러스터 형성을 포함한 단계적 나노 입자 형성 과정이 35분 만에 달성됨을 확인할 수 있다.
(ii) TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지
도 3(b)는 GNE-based AuNPs의 나노입자 크기 및 형태를 TEM 이미지로 나타낸 것이다.
이를 참고하면, GNE를 이용하여 합성된 AuNPs는 마름모꼴 십이면체, 십면체, 이뿔형 모양을 가지며, 평균 입자크기는 27.5 nm 로 나타났다.
(iii) FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectrometry)
도 3(c)는 GNE, HAuCl4 및 GNE-based AuNPs에 대한 FTIR 스펙트럼으로, FTIR 분광법은 Au3+ 환원 및 AuNPs 캡핑을 담당하는 GNE 작용기를 식별하기 위해 실시되었다.
이를 참고하면, GNE-based AuNPs의 FTIR 스펙트럼은 GNE에서 검출된 식물 화학 물질과 동일한 특징 피크를 확인할 수 있으며, 이는 AuNPs 표면에 GNE 식물 화학 물질이 존재함을 의미한다.
(iv) EDS 및 원소 매핑
도 3(d)는 GNE-based AuNPs에 대한 EDS 및 원소 매핑을 나타낸 것으로, EDS 분석에서 2.3 keV에서 피크를 나타내며, 이는, 순수한 AuNPs의 형성을 시사한다.
또한, EDS 매핑에 있어서, GNE-based AuNPs는 Au (87.34%)와 함께 C (11.05%) 및 O (1.62%)를 포함하는 것으로 나타나는데, 이는 GNE 식물 화학 물질의 총 12.67%가 AuNPs에 고정되었음을 시사한다.
2. AuNPs의 포도당 산화 효소(Glucose oxidase, GOx) 및 과산화 효소(peroxidase, POx) 모방 활성 분석
(1) 샘플제조 및 분석방법
(i) 포도당 검출(GOx 모방 활성) 샘플 제조 및 분석방법
상기 제조된 GNE-based AuNPs, SB 및 SC에 대한 GOx(Clucose oxidase) 모방 활성을 분석하기 위하여, 하기 방법에 따라 상기 각각의 AuNPs에 대한 GOx 모방 활성 샘플을 제조하여, 도 4 및 도 5에 분석하여 나타내었다.
<GOx 모방 활성 샘플 제조 및 UV-Vis 분석방법>
200 μL의 포도당과 제조된 150 μL의 AuNPs(57.9 μg/mL)를 200 μL 인산염 완충액(10 mM, pH 7.5)에 혼합한 후, 37 ℃에서 35분 동안 유지하였다. 이 용액에 200 μL의 12 mM 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine(TMB)와 300 μL의 아세테이트 완충액(200 mM, pH 4.2)을 첨가였다.
상기 혼합물을 37 ℃에서 20분 동안 유지하고, 원심 분리 후, UV-가시광 분광 광도계를 사용하여 652 nm에서의 흡광도를 측정하였다. 포도당 농도는 0.05 - 60 mM로 변화시켰다.
(ii) H
2
O
2
비색 측정(POx 모방 활성) 샘플 제조 및 분석방법
상기 제조된 GNE-based AuNPs, SB 및 SC에 대한 POx(peroxidase) 모방 활성을 분석하기 위하여, 하기 방법에 따라 상기 각각의 AuNPs에 대한 POx 모방 활성 샘플을 제조하여, 도 4 및 도 7에 분석하여 나타내었다.
<H2O2 비색 측정(POx 모방 활성) 샘플 제조 및 UV-Vis 분석방법>
과산화 효소 모방 활성 분석은 12 mM TMB 200 μL, 아세테이트 완충액 300 μL (200 mM, pH 4.2), AuNPs (57.9 μg/mL) 100 μL, 100 μL H2O2를 순차적으로 첨가하여 1.5 mL Eppendorf 튜브에서 실시되었다. 상기 제조된 혼합물을 37 ℃에서 20분 동안 유지하고, UV-가시광 분광 광도계를 사용하여 652 nm에서의 흡광도를 측정하였다. H2O2 농도는 0.008-30 mM까지 변화시켰다.
(2) 분석결과
(i) GOx 모방 활성 분석
UV-Vis 스펙트럼 분석-GOx 모방 활성
도 4는 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 GOx 효소 모방 활성을 UV-Vis 스펙트럼으로 나타낸 것이다.
이를 살펴보면, GNE-based AuNPs는 SB에 비해 현저히 높은 GOx활성을 나타내었으며, SC는 GOx 활성을 거의 나타내지 않았다.
포도당 산화 효소 분석 키트를 통한, GOx 모방 활성 분석
상기 제조된 GNE-based AuNPs, SB 및 SC에 대한 GOx(Clucose oxidase) 모방 활성을 분석하기 위하여, 시판되는 포도당 산화 효소 분석 키트(MAK097-1KT, Sigma-Aldrich)를 사용하여, 제품 설명서에 따라 GOx 모방 활성을 측정하여, 도 5에 나타내었다.
도 5에서, GNE-based AuNPs는 분홍색으로 변색되는 반면, SB 및 SC는 변색되지 않음에 따라, GNE-based AuNPs만이 GOx 모방 활성이 현저함을 알 수 있다.
(ii) POx 모방 활성 분석
UV-Vis 스펙트럼 - POx 모방 활성
도 6은 GNE-based AuNPs, SB 및 SC의 POx 효소 모방 활성을 UV-Vis 스펙트럼으로 나타낸 것이다. 이를 통해, GNE-based AuNPs는 SB 및 SC에 비해 현저히 높은 POx 활성을 나타냄을 알 수 있다.
(iii) GNE-based AuNPs 캐스케이드 촉매 시스템
도 7은 GNE-based AuNPs 캐스케이드 촉매 시스템을 나타낸 것이고, 하기 반응식은 상기 시스템에 따른 촉매 반응을 나타낸 것이다.
이를 참고하면, GNE-based AuNPs는 GOx 및 POx 효소 모방 활성을 모두 나타냄을 알 수 있다.
즉, GNE-based AuNPs의 촉매 활성에 의해 포도당 및 산소는 글루콘산(Gluconic acid) 및 H2O2로 생성되고, 652 ㎚에서 TMB 흡광도 피크가 사라지면서 용액의 색이 옆은 황색으로 바뀐 후(도 7(a) 및 반응식 (1)), GNE-based AuNPs의 촉매 활성으로 상기 생성된 H2O2에 의해 TMB가 oxTMB로 산화되어, 무색에서 파란색으로 변하는 것(도 7(b) 및 반응식 (2))을 확인할 수 있다.
상기 결과로부터, GNE-based AuNPs를 GOx 및 POx 효소 모방 활성을 모두 가짐에 따라, GOx가 이루어진 후, 상기 GOx 활성에 의해 제조된 H2O2로 POx 활성까지 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다. 촉매 시스템에 있어서, 산화과정은 H2SO4를 첨가하여 중단 또는 조절하였다.
3. GNE-AuNPs의 효소 모방 활성에 대한 촉매매개 변수
상기와 같은 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통한 GNE-AuNPs의 효소 모방 활성에 대한 촉매 매개 변수의 효과를 평가하기 위하여, 먼저 반응시간이 GOx 및 POx 활성에 미치는 영향을 분석하였다.
상기 GNE-AuNPs의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통한 GOx 및 POx 활성 분석 시, 35분의 반응 시간 후, 652nm에서 피크 흡광도의 변화가 거의 관찰되지 않음에 따라, 이 시간을 하기 촉매 매개 변수 효과 평가에 적용하였다.
(1) GOx 모방 성에 대한 촉매매개 변수
(i) pH
도 8(a)는 pH 4 ~ 9 범위의 일련의 인산염 완충액을 사용하여, pH에 따른 GNE-AuNPs의 GOx활성을 분석하여 나타낸 것이다.
이를 통해, GNE-AuNPs은 pH 6 내지 8 범위에서 최적의 GOx 활성 성능을 나타내며, GOx 활성은 pH에 민감함을 알 수 있다.
(ii) 온도
도 8(b)는 온도에 따른 GNE-AuNPs의 GOx활성을 pH 7.5 및 10 ~ 80℃의 온도범위에서 분석하여 나타낸 것이다.
도 8(b)를 참고하면, 온도가 10 ℃에서 40 ℃로 증가하는 동안 흡광도가 크게 증가하나, 40 ℃ 이상의 온도에서는 흡광도 감소를 나타냄에 따라, 40 ℃ 이상의 온도는 GOx 활성에 부정적인 영향을 미침을 확인할 수 있다.
단백질 특성을 고려할 때 효소는 열 변화에 매우 민감한 것으로 보고되며, 대부분의 인간 효소의 경우 최적 온도는 37 ℃이므로, GOx 및 POx 모방 활성 분석은 37 ℃에서 수행됨이 적절하다.
(iii) 포도당 농도
도 8(c)는 포도당 농도(0.05~60mM)에 따른 GNE-AuNPs의 GOx 활성을 나타낸 것이다.
도 8(c)에서, 포도당 농도가 일정 수준 이상으로 증가된 후에는 흡광도의 변화가 나타나지 않는다. 이는, 포도당 농도가 일정농도 이상으로 증가하면 GNE-AuNPs의 금 나노입자와 포도당 결합이 포화상태에 이르러 활성도가 증가하지 않음을 의미한다.
(iv) 당 선택도
도 8(d) 및 삽입그림(TMB 색상변화)은 GNE-AuNPs의 당 선택도를 나타낸 것으로, 이를 살펴보면, 포도당(glucose)일 경우의 흡광도는 d-자일로스(d-Xylose), d-과당(d-Fructose), d-갈락토스(galactose), 유당(lactose) 및 사카로스(saccharose)와 비교하여 현저히 높은 흡광도를 나타냄에 따라, GNE-AuNPs의 포도당에 대한 선택도가 매우 크다는 것을 알 수 있고, 이를 통해 포도당 검출에 대한 선택적 분석이 실시 가능함을 알 수 있다.
(2) POx 모방 활성에 대한 촉매매개 변수
(i) H2O2 농도
도 9(a)는 H2O2 농도에 따른 GNE-AuNPs의 POx 모방 활성을 나타낸 것이다.
이를 참고하면, H2O2 농도가 0에서 10 mM로 증가될 때에는 652 nm에서의 흡광도가 크게 증가되는 반면, H2O2 농도가 10 mM 이상으로 증가하면 흡광도가 약간 증가되어 TMB가 완전히 산화되었음을 알 수 있다.
(ii) AuNPs 농도
도 9(b)는 AuNPs 농도에 따른 POx 모방 활성을 분석하여 나타낸 것으로, 다양한 농도범위의 GNE-AuNPs 용액(0-57.9 μg/mL)을 사용하여 분석되었다.
도 9(b)에서, AuNPs 농도가 증가함에 따라 652 nm에서 흡광도 값이 증가되고, TMB 색상이 파란색으로 진해짐(도 9(b) 삽입도)을 확인할 수 있다. 이를 통해 AuNPs 농도가 높아지면 더 많은 활성 부위가 존재하게 되므로 반응 속도가 증가함을 알 수 있다.
4. GNE-based AuNPs의 효소 모방 촉매성 비교
GNE-based AuNPs의 GOx 및 POx 모방 활성은 652 nm에서 특징적인 흡수 피크를 갖는 청색 oxTMB로의 TMB 산화에 의해 분석되었다. 촉매 반응의 동력학 파라미터는 포도당 또는 H2O2 농도를 변화시키고 다른 농도를 일정하게 유지함으로써 흡광도의 변화를 기반으로 결정되었다. 반응속도는 하기 Beer Lambert의 법칙 방정식 (3)에서 oxTMB의 몰 흡광 계수를 사용하여 단위 시간당 흡광도의 변화로 계산되었다.
여기서 A652는 652 ㎚에서의 흡광도이고 εoxTMB는 몰 흡광 계수(39000 M-1cm-1)이고 l은 흡광도 측정을 위해 사용한 큐벳의 샘플 경로 길이(1 cm)이다. 반응 화학양론(1 mol의 포도당이 0.5 mol oxTMB를 생성)을 고려하여 V(반응 속도, M/s)를 c/2t로 계산하였다. 여기서 t는 반응 시간(s)이다.
기질 농도 [s]의 함수에 따른 반응 속도 변화를 플롯한 결과, AuNPs 촉매 작용은 특정 범위의 포도당 및 H2O2 농도에 대해 Michaelis-Menten 방정식을 따랐으며, 이중 역수 Lineweaver-Burk 곡선을 플로팅하여 동력학 파라미터 Km 및 Vmax를 결정하였다. Km 값은 포도당과 H2O2에 대해 각각 0.089 및 0.118 mM로 추정되었다.
상기 합성된 GNE-based AuNPs의 촉매 특성을 천연 효소 및 SC와 동력학 매개 변수로 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에서 포도당 산화효소 및 과산화효소에 대한 데이터는 참고문헌 [1] 내지 [3]에 기재된 값이며, 이와 동일한 방법으로 표 1에 기재된 다른 물질(material)에 대해서도 측정하여 나타내었다.
| Material | Substrate | AuNPs 평균입자 크기(nm) |
K m (mM) |
V max (μM/s) |
Linear range (mM) |
참고 문헌 |
| 포도당 산화효소 | 포도당 | - | 4.87 | 0.69 | - | [1] |
| 포도당 산화효소 | 포도당 | - | 2.7 | 0.006 | - | [2] |
| 과산화효소 | H2O2 | - | 0.47 | 2.667 | - | [3] |
| 과산화효소 | H2O2 | - | 3.7 | 0.087 | - | [3] |
| SC-based AuNPs | 포도당 | 13-50 | 6.97 | 0.63 | - | [1] |
| GNE-based AuNPs | 포도당 | 27.5 | 0.089 | 0.133 | 0.05-10 | - |
| GNE-based AuNPs | H2O2 | 27.5 | 0.120 | 0.147 | 0.05-1 | - |
[1] W. Luo, C. Zhu, S. Su, D. Li, Y. He, Q. Huang, C. Fan, Self-catalyzed, self-limiting growth of glucose oxidase-mimicking gold nanoparticles, ACS Nano 4 (2010) 7451 - 7458
[2] S. Ate㎧, N. Iㅷli, Properties of immobilized glucose oxidase and enhancement of enzyme activity, Artif. Cells Nanomed. Biotechnol. 41 (2013) 264 - 268
[3] H. Ikemoto, Q. Chi, J. Ulstrup, Stability and catalytic kinetics of horseradish peroxidase confined in nanoporous SBA-15, J. Phys. Chem. C. 114 (2010) 16174 - 16180
상기 표 1에 있어서, Km 값을 통해 기질과 AuNPs간의 친화력을 확인할 수 있다. 즉, Km 값이 낮을수록 기질과 AuNPs 간의 친화력이 높음을 의미한다.
상기 GNE-based AuNPs의 경우, 포도당과 H2O2 모두에 대한 Km 값이 천연 효소 및 SC보다 낮게 나타남에 따라, GNE-based AuNPs는 천연효소 및 SC보다 높은 기질과 AuNPs 간의 친화성 및 이에 따른 향상된 효소성능을 가짐을 알 수 있다.
또한 상기 제안한 비색법은 0.05-10 mM의 선형 검출 범위로 포도당 검출에 대한 우수한 감도를 나타냈다.
당뇨병은 일반적으로 혈액 또는 소변 검사 후에 진단되며, 사람의 혈액과 소변의 정상적인 포도당 수준은 각각 4.4-7.8 mM 및 0-0.8 mM 범위에 있는 것으로 보고되었다. GNE-based AuNPs는 0.05-60 mM의 범위에서 포도당 산화에 대한 우수한 민감도를 보여주었으며, 이는 혈액 및 소변 샘플에서 포도당 검출을 위한 나노 센서로의 활용 가능성을 보여준다.
6. GNE-based AuNPs의 제타 전위
상기 합성된 GNE-based AuNPs에 대한 제타 전위값을 측정하였다. 제타 전위는 콜로이드 나노 입자 시스템의 안정성과 표면 전하에 대한 정보를 제공한다. 상기 제타전위는 Zetasizer Nano ZS (Malvern Instruments Ltd., Malvern, UK)를 사용하여 25 ℃에서 측정되었다. 금 도금 전극 모세관 큐벳을 0.75 ml의 금 나노입자 샘플로 채우고 기기의 큐벳 홀더에 보관하였다. 그 후 기기의 소프트웨어를 사용하여 입자에 대한 제타 전위를 측정하였다.
GNE-based AuNPs는 평균 제타 전위 값이 -32.2 mV로, 이는 입자-입자 반발로 인해 생성된 나노 현탁액의 우수한 물리적 안정성을 나타낸다. 제타 전위의 음의 값은 대부분 GNE 생체 분자의 음전하 때문이다. 일반적으로 +30 mV보다 더 양의 값 또는 -30 mV보다 더 음의 값의 제타 전위는 안정한 콜로이드 나노 입자 시스템을 나타낸다. 생성된 GNE-based AuNPs 콜로이드 나노 현탁액은 한 달 이상의 기간 동안 색 변화나 응집체 형성을 나타내지 않은 반면, SB 및 SC 기반 나노 입자는 일주일 후 침전을 보였다.
7. GNE-based AuNPs의 장기 성능 안정성
상기 합성된 GNE-based AuNPs에 대한 장기 성능 안정성 평가를 실시하여, 도 10에 나타내었다.
상기 평가는 5일 간격으로 0.5mM 포도당 농도에 대해 4 ℃ 및 실온(20 ℃)에서 밀봉된 어두운 병에 GNE-based AuNPs 샘플을 저장함으로써, 실시하였다.
도 10은, 652 nm에서의 흡광도를 기준으로 4 ℃ 및 20 ℃에 저장된 GNE-based AuNPs 안정성을 나타내는 것으로서, 4 ℃에서 보관된 GNE-based AuNPs는 10일 동안 우수한 재현성과 장기 안정성을 나타냈으며, 20 ℃에서 보관된 GNE-based AuNPs는 5일 보관 후 안정성이 약간 낮아지기 하였으나, 비교적 10일 동안 높은 안정성을 유지하였다.
이를 통해, GNE-based AuNPs는 향상된 장기 성능 안정성을 나타냄을 알 수 있다.
8. GNE-based AuNPs 및 Au-Nanoflowers의 4-NP에 대한 촉매활성 비교
상기 합성된 GNE-based AuNPs 및 Au-Nanoflowers의 촉매 활성을 NaBH4를 이용한 4-nitrophenol (4-NP)의 4-aminophenol로의 모델 환원 반응으로 비교하여, 도 11에 나타내었다.
상기 4-NP의 촉매 환원은 500 μL의 4-NP 수용액, 200 μL의 AuNF 수용액 및 500 μL의 NaBH4 용액을 첨가하여 석영 큐벳에서 실시하였으며, 4-NP의 감소는 시각화하여 UV-가시광선 분광법으로 결정하였다. 4-NP 농도 (0.1-0.25 mM), NaBH4 농도 (0.1-0.25 M) 및 온도 (298.15-313.15 K)가 4-NP 감소에 미치는 영향을 연구하였다.
도 11을 참고하면, 금 나노 플라워 및 금 나노 입자에 대한 4-NP의 1차 반응 속도 상수 및 % 제거율은 각각 2.37x10-3 s-1, 81.8% 및 1.51x10-3 s-1, 71.6%로 금 나노 플라워가 금 나노 입자보다 촉매 환원 반응에 더 효과적임을 확인할 수 있다.
Claims (9)
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- (1）일정한 교반을 유지하면서 갈넛 추출물에 금 전구체 용액을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 혼합물을 교반시켜, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 (2) 단계의 혼합물 교반은,
(a) 상기 혼합물내 갈넛 추출물의 피토케미칼(phytochemicals)과 금 전구체가 반응하여, Au의 초정(primary crystal)을 형성하는 단계;
(b) 상기 Au 초청 및 피토케미칼이 응집되어, 응집된 나노입자를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 응집된 나노입자가 오스발트 숙성(Ostwald Ripening)되어, 플라워 형상의 금 나노입자를 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라워 형상의 금 나노입자의 제조방법.
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- 제6항의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 플라워 형상의 금 나노입자.
- 제 8 항의 플라워 형상의 금 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4-nitrophenol (4-NP) 환원 반응용 촉매.
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| Journal of Cleaner Production 270 (2020) 122339* |
| Nano-Structures & Nano-Objects 16 (2018) 329-336* |
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