KR102574788B1 - Imine based covalent organic framework nanosheets, method of manufacturing the same and fluorescent biomolecule sensor comprising the same - Google Patents

Imine based covalent organic framework nanosheets, method of manufacturing the same and fluorescent biomolecule sensor comprising the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 생체분자형광센서에 관한 것이다.The present invention relates to an imine-based covalent organic structure nanosheet, a method for preparing the same, and a biomolecular fluorescence sensor including the same.

Description

이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 생체분자형광센서 {IMINE BASED COVALENT ORGANIC FRAMEWORK NANOSHEETS, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND FLUORESCENT BIOMOLECULE SENSOR COMPRISING THE SAME}Imine-based covalent organic structure nanosheet, manufacturing method thereof, and biomolecular fluorescence sensor including the same

본 발명은 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 생체분자형광센서에 관한 것이다. 구체적으로, 생체분자 감도가 우수한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 생체분자형광센서에 관한 것이다.The present invention relates to an imine-based covalent organic structure nanosheet, a method for preparing the same, and a biomolecular fluorescence sensor including the same. Specifically, it relates to an imine-based covalent organic structure nanosheet having excellent biomolecule sensitivity, a method for preparing the same, and a biomolecular fluorescence sensor including the same.

의학 분야에 있어 바이오마커는 특정 질병 상태 또는 유기체의 다른 생리적 상태의 심각성 또는 존재를 측정할 수 있는 지표이다. 구체적으로, 바이오마커는 유기체 내에 주입되어 확인하고자 하는 질병 조직과 결합하여 변형되는 등의 방법으로 작용할 수 있고, 이러한 바이오마커는 단백질, DNA, RNA 또는 마이크로 RNA 등이 사용되고 있다. In medicine, a biomarker is an indicator that can measure the severity or presence of a specific disease state or other physiological state of an organism. Specifically, the biomarker may act in such a way that it is injected into an organism and combined with a diseased tissue to be identified and transformed, and the like, such as protein, DNA, RNA, or microRNA, is used as the biomarker.

마이크로 RNA는 식물, 동물 및 일부 바이러스에서 발견되는 작은 비코딩 RNA 분자로서 약 22개의 뉴클레오티드를 포함하는 RNA인 경우, 이는 치명적인 질병을 위한 중요한 바이오마커인 유전자 발현의 RNA 간섭 및 전사후 조절에서 기능한다. MicroRNAs are small, non-coding RNA molecules found in plants, animals and some viruses. When RNAs contain about 22 nucleotides, they function in RNA interference and post-transcriptional regulation of gene expression, which are important biomarkers for fatal diseases. .

다양한 생물학적 유체 및 세포 배양 배지를 포함하는 세포 외 환경에서 대부분의 마이크로 RNA가 발견된다. 마이크로 RNA가 진핵 세포의 정상 기능에 관여하는 바, 마이크로 RNA의 조절 장애도 질병과 관련이 있다. Most microRNAs are found in the extracellular environment, including various biological fluids and cell culture media. As microRNAs are involved in normal functions of eukaryotic cells, dysregulation of microRNAs is also related to diseases.

종래에는 방사능 추적자가 있는 특수 염료를 사용하는 양전자 방출 단층 촬영(Positron Emission Tomography) 또는 X-레이를 사용한 다음 조영제를 주입하는 CT 촬영 스캔 등의 방법이 이용되었다. Conventionally, methods such as positron emission tomography using a special dye with a radioactive tracer or CT scan using X-rays and then injecting a contrast agent have been used.

그러나 이러한 방법들은 방사능에 노출될 위험이 있으며, 조영제의 주입은 일부 환자에게 심각한 알레르기 반응이나 신장 손상 등을 유발할 수 있고, 피하 정맥 외부로 조영제가 누출될 위험이 있으며, 조영제가 과량 누출되는 경우 피부가 손상될 우려가 있다. 또한, 이러한 방법은 비용이 과다한 문제가 있었다. However, these methods have the risk of exposure to radiation, injection of the contrast medium may cause severe allergic reactions or kidney damage in some patients, there is a risk of leakage of the contrast medium to the outside of the subcutaneous vein, and excessive leakage of the contrast medium may damage the skin. may be damaged. In addition, this method has a problem of excessive cost.

공유결합 유기 구조체(Covalent Organic Framework; COF)는 정교하게 정렬된 2차원 또는 3차원 네트워크를 가진 다공성 결정질 재료의 일종이다. 공유결합 유기 구조체는 강력한 공유 결합을 통해 결합된 유기 구조단위로부터 형성된다.A covalent organic framework (COF) is a type of porous crystalline material with a finely ordered two-dimensional or three-dimensional network. Covalent organic structures are formed from organic structural units bonded through strong covalent bonds.

공유결합 유기 구조체는 흥미로운 구조 형태와, 구조적 적응성, 예측 가능성, 우수한 열수 안정성, 넓은 표면적 및 극히 낮은 밀도와 같은 독특한 속성으로 인해 막선택, 분리, 전자 장치, 촉매 지지체, 가스 및 저장 에너지 등의 분야에서 우수한 적용을 나타냈다. Covalent organic structures have interesting structural morphologies and unique properties such as structural adaptability, predictability, excellent hydrothermal stability, large surface area and extremely low density, making them suitable for use in membrane selection, separation, electronics, catalyst supports, gas and energy storage, etc. showed excellent application.

최근 2차원 공유결합 유기 구조체 나노시트는 다양한 중요 표적의 감지뿐만 아니라 항균 코팅, 음극 재료 및 화학적 감지와 같은 잠재적 응용 분야에서 점점 더 주목받고 있으며, 특히 바이오 센서 분야에서 각광받고 있다. Recently, two-dimensional covalently bonded organic structure nanosheets are increasingly attracting attention for potential applications such as antimicrobial coatings, anode materials, and chemical sensing as well as sensing of various important targets, especially in the field of biosensors.

그러나 종래의 공유결합 유기 구조체를 이용한 바이오 센서의 경우, 감도가 낮고 감지 한계 농도가 높으며 응답 시간이 길어 실제 바이오 센서로 상용화되기에는 부족한 문제가 있었다. 이에, 소량의 타겟 물질도 신속한 감지가 가능하면서 감도가 우수한 바이오 센서를 제조하기 위한 공유결합 유기 구조체의 개발이 필요한 실정이다. However, in the case of a biosensor using a conventional covalent organic structure, there are problems in commercialization as an actual biosensor due to low sensitivity, high detection limit concentration, and long response time. Accordingly, it is necessary to develop a covalently bonded organic structure for manufacturing a biosensor having excellent sensitivity while rapidly detecting even a small amount of a target material.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체분자 감도가 우수한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 생체분자형광센서를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet with excellent biomolecule sensitivity, a method for preparing the same, and a biomolecular fluorescence sensor including the same.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 알데하이드기를 2 개 내지 4 개 포함하는 제1화합물로부터 유래한 제1구조단위; 및 아민기를 2 개 내지 4개 포함하는 제2화합물로부터 유래한 제2구조단위; 를 포함하는 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 제공된다. According to one aspect of the present invention, a first structural unit derived from a first compound containing 2 to 4 aldehyde groups; and a second structural unit derived from a second compound containing 2 to 4 amine groups; There is provided an imine-based covalent organic structure nanosheet comprising a.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 알데하이드기를 2 개 내지 4 개 포함하는 제1화합물; 아민기를 2 개 내지 4개 포함하는 제2화합물; 및 제1용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가열하고 건조하여 이민계 공유결합 유기 구조체 분말을 얻는 단계; 및 상기 분말을 제2용매에 분산시켜 분산액을 제조한 후, 초음파 처리하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 얻는 단계;를 포함하는 것인 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a first compound containing 2 to 4 aldehyde groups; A second compound containing 2 to 4 amine groups; and preparing a mixture by mixing the first solvent; heating and drying the mixture to obtain an imine-based covalent organic structure powder; And dispersing the powder in a second solvent to prepare a dispersion, and then ultrasonicating to obtain an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet; the manufacturing method of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet is provided. do.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 및 프로브를 포함하고, 10 pmol/ml 내지 1000 pmol/ml 농도의 생체분자를 탐지하는 생체분자형광센서가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a biomolecular fluorescence sensor including the imine-based covalent organic structure nanosheet and the probe and detecting a biomolecule at a concentration of 10 pmol/ml to 1000 pmol/ml is provided.

본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 흡착 및 탈착과 ??칭이 우수한 효과가 있다. The imine-based covalent organic structure nanosheet according to one embodiment of the present invention has excellent adsorption, desorption, and quenching effects.

본 발명의 다른 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법은 간단하고 효율적으로 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 제조할 수 있다. The method for preparing the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet according to another embodiment of the present invention can simply and efficiently prepare the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 생체분자형광센서는 초저농도의 생체분자도 탐지할 수 있으며, 응답 시간이 짧아 신속한 탐지가 가능할 수 있다. The biomolecule fluorescence sensor according to another embodiment of the present invention can detect even ultra-low concentration biomolecules, and can rapidly detect a short response time.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생체분자형광센서는 노이즈가 적어 잡음 대비 신호의 비가 높을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the biomolecular fluorescence sensor has low noise and can have a high signal-to-noise ratio.

본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 생체분자형광센서의 생체분자 탐지 메커니즘이다.
도 2는 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체의 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM 이미지이다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM 이미지이다.
도 5는 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM 이미지이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 분산액의 형광 발광 강도 그래프이다.
도 7은 실시예 2에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 분산액의 형광 발광 강도 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c은 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 질소 흡탈착 곡선 그래프이다.
도 9는 용액 1 내지 3의 형광 발광 강도 그래프이다.
도 10은 타겟 DNA의 농도가 0 내지 400 pmol/ml인 경우의 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 포함하는 시험용액의 형광 발광 강도 그래프 및 여기 파장 590 nm에서의 타겟 DNA 농도별 발광 강도의 그래프이다.
도 11은 프로브 및 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 포함하는 시험용액 1 내지 3의 형광 발광 강도 그래프이다. 1A and 1B are biomolecule detection mechanisms of the biomolecule fluorescence sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of the imine-based covalently bonded organic structure prepared in Examples 1 to 3.
Figure 3 is (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM images of the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 1.
Figure 4 is (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM images of the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 2.
Figure 5 is (a) SEM, (b) TEM, (c) HRTEM images of the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 3.
6 is a graph of fluorescence emission intensity of the imine-based covalent organic structure nanosheet dispersion prepared in Example 1.
7 is a graph of fluorescence emission intensity of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet dispersion prepared in Example 2.
8a to 8c are nitrogen adsorption and desorption curve graphs of the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3.
9 is a graph of fluorescence emission intensities of solutions 1 to 3.
10 is a graph of fluorescence emission intensity of a test solution containing imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Example 3 when the concentration of target DNA is 0 to 400 pmol/ml and target DNA at an excitation wavelength of 590 nm It is a graph of emission intensity by concentration.
11 is a graph of fluorescence emission intensity of test solutions 1 to 3 including probes and imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Example 3.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 알데하이드기를 2 개 내지 3개 포함하는 제1화합물로부터 유래한 제1구조단위; 및 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물로부터 유래한 제2구조단위; 를 포함하는 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 제공된다. According to one embodiment of the present invention, a first structural unit derived from a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups; and a second structural unit derived from a second compound containing 2 to 3 amine groups; There is provided an imine-based covalent organic structure nanosheet comprising a.

본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 흡착 및 탈착과 ??칭이 우수한 효과가 있다. The imine-based covalent organic structure nanosheet according to one embodiment of the present invention has excellent adsorption, desorption, and quenching effects.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 양친매성 용매에 대하여 안정성이 높을 수 있다. In addition, the imine-based covalent organic structure nanosheet according to one embodiment of the present invention may have high stability with respect to an amphiphilic solvent.

본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는, 알데하이드기를 2 개 내지 3개 포함하는 제1화합물로부터 유래한 제1구조단위; 및 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물로부터 유래한 제2구조단위;를 포함한다. 구체적으로, 상기 제1구조단위와 상기 제2구조단위가 교대로 결합되어 형성된 골격을 가질 수 있으며, 상기 제1구조단위는 알데하이드기를 2 개 내지 3개 포함하는 제1화합물로부터 유래할 수 있고, 상기 제2구조단위는 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물로부터 유래할 수 있다. An imine-based covalent organic structure nanosheet according to an embodiment of the present invention includes a first structural unit derived from a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups; and a second structural unit derived from a second compound containing 2 to 3 amine groups. Specifically, it may have a skeleton formed by alternately combining the first structural unit and the second structural unit, and the first structural unit may be derived from a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups, The second structural unit may be derived from a second compound containing 2 to 3 amine groups.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1구조단위와 상기 제2구조단위는 이민 결합으로 결합된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 제1화합물에 포함된 알데하이드기와 제2화합물에 포함된 아민기가 탈수 축합 반응하여 이민 결합, 즉 시프 염기(shiff base)를 형성한 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the first structural unit and the second structural unit may be bonded by an imine bond. Specifically, the imine-based covalent organic structure nanosheet may be one in which an aldehyde group included in the first compound and an amine group included in the second compound undergo a dehydration condensation reaction to form an imine bond, that is, a shiff base.

본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 육각형 네트워크 구조일 수 있다. 상기 육각형 구조는 제1구조단위와 제2구조단위가 번갈아 배치됨으로서 형성되는 형태일 수 있고, 나노 시트는 육각형이 연속적으로 배열되어 형성된 네트워크 구조로서 벌집의 단면과 같은 형태를 가질 수 있다. 이러한 육각형 네트워크 구조를 가짐으로써, 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 표면적이 매우 넓고, 다공성 구조를 가져 바이오센서로 이용되었을 때 반응 사이트가 많을 수 있고, 이에 따라 감도가 매우 우수할 수 있다. The imine-based covalent organic structure nanosheet according to one embodiment of the present invention may have a hexagonal network structure. The hexagonal structure may be formed by alternately arranging the first structural unit and the second structural unit, and the nanosheet may be a network structure formed by continuously arranging hexagons and may have a cross-section shape of a honeycomb. By having such a hexagonal network structure, the imine-based covalent organic structure nanosheet has a very large surface area and a porous structure, so that when used as a biosensor, there may be many reaction sites, and thus sensitivity may be very excellent.

본 발명의 일 구현예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 다공성 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 육각형 네트워크 구조의 개별 육각형 구조 각각이 기공의 역할로서 다공성 구조를 형성하는 것일 수 있다. An imine-based covalent organic structure nanosheet according to an embodiment of the present invention may have a porous structure. Specifically, each individual hexagonal structure of the hexagonal network structure may form a porous structure as a pore.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 직경 20 Å 내지 30 Å, 20 Å 내지 28 Å 또는 20 Å 내지 25 Å 의 기공을 갖는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 기공 직경을 갖는 경우, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 흡착력이 뛰어날 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the imine-based covalent organic structure nanosheet may have pores with a diameter of 20 Å to 30 Å, 20 Å to 28 Å, or 20 Å to 25 Å. When having a pore diameter within the above range, the imine-based covalent organic structure nanosheet may have excellent adsorption capacity.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1화합물 및 상기 제2화합물 중 하나 이상은 방향족 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1화합물이 방향족이거나, 상기 제2화합물이 방향족이거나, 상기 제1화합물 및 제2화합물이 방향족일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, at least one of the first compound and the second compound may be an aromatic compound. Specifically, the first compound may be aromatic, the second compound may be aromatic, or the first and second compounds may be aromatic.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1화합물은 2,5-퓨란디카르복스알데하이드, 1,3,5-벤젠트리카르복스알데하이드 및 4-(비스(4-(5-포밀티오펜-2-일)페닐)아미노)벤조산 중에서 선택되는 것일 수 있고, 상기 제2화합물은 o-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민 및 2,3-디아미노나프탈렌 중에서 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1화합물이 2,5-퓨란디카르복스알데하이드인 경우 상기 제2화합물은 p-페닐렌디아민일 수 있고(하기 반응식 1), 상기 제1화합물이 1,3,5-벤젠트리카르복스알데하이드인 경우 상기 제2화합물은 o-페닐렌디아민일 수 있고(하기 반응식 2), 상기 제1화합물이 4-(비스(4-(5-포밀티오펜-2-일)페닐)아미노)벤조산인 경우 상기 제2화합물은 2,3-디아미노나프탈렌일 수 있으나(하기 반응식 3), 이에 제한되지 않는다. According to one embodiment of the present invention, the first compound is 2,5-furandicarboxaldehyde, 1,3,5-benzenetricarboxaldehyde and 4-(bis(4-(5-formylthiophene- It may be selected from 2-yl)phenyl)amino)benzoic acid, and the second compound may be selected from o-phenylenediamine, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, and 2,3-diaminonaphthalene. can For example, when the first compound is 2,5-furandicarboxaldehyde, the second compound may be p-phenylenediamine (Scheme 1 below), and the first compound is 1,3,5- In the case of benzenetricarboxaldehyde, the second compound may be o-phenylenediamine (Scheme 2 below), and the first compound is 4-(bis(4-(5-formylthiophen-2-yl)phenyl) In the case of )amino)benzoic acid, the second compound may be 2,3-diaminonaphthalene (Scheme 3 below), but is not limited thereto.

[반응식 1][Scheme 1]

[반응식 2][Scheme 2]

[반응식 3][Scheme 3]

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 0.1 m2/g 내지 70 m2/g 또는 0.11 m2/g 내지 63 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 상기 범위 내의 표면적을 갖는 경우, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 흡착 사이트가 많아 흡착 성능이 우수할 수 있고, 이에 따라 많은 양의 프로브가 결합할 수 있게 되어 우수한 ??칭 효과가 있을 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the imine-based covalent organic structure nanosheet may have a surface area of 0.1 m 2 /g to 70 m 2 /g or 0.11 m 2 /g to 63 m 2 /g. When the surface area is within the above range, the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet has many adsorption sites and thus may have excellent adsorption performance, and thus, a large amount of probes may be bound thereto, resulting in an excellent quenching effect. there is.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 알데하이드기를 2 개 내지 3 개 포함하는 제1화합물; 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물; 및 제1용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가열하고 건조하여 이민계 공유결합 유기 구조체 분말을 얻는 단계; 및 상기 분말을 제2용매에 분산시켜 분산액을 제조한 후, 초음파 처리하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 얻는 단계;를 포함하는 것인 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups; A second compound containing 2 to 3 amine groups; and preparing a mixture by mixing the first solvent; heating and drying the mixture to obtain an imine-based covalent organic structure powder; And dispersing the powder in a second solvent to prepare a dispersion, and then ultrasonicating to obtain an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet; the manufacturing method of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet is provided. do.

이하, 각 단계별로 상세히 설명한다. Hereinafter, each step will be described in detail.

우선, 상기 제1화합물, 상기 제2화합물 및 제1용매를 혼합하여 혼합물을 제조한다. 구체적으로, 상기 제1화합물 및 상기 제2화합물을 제1용매에 투입하고 교반하여 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 교반은 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 수행될 수 있고, 약 5 분 내지 30 분 동안 수행될 수 있다. First, a mixture is prepared by mixing the first compound, the second compound, and the first solvent. Specifically, a mixture may be prepared by adding the first compound and the second compound to a first solvent and stirring them. The stirring may be performed by a method commonly used in the art and may be performed for about 5 minutes to 30 minutes.

상기 제1화합물 및 상기 제2화합물에 대하여는 전술한 바와 같을 수 있다. The first compound and the second compound may be as described above.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1용매는 o-디클로로벤젠, 에탄올, 물 및 2-클로로에틸벤젠 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 상기 열거한 용매로 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 용매 또는 그들의 혼합물을 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the first solvent may include one or more of o-dichlorobenzene, ethanol, water, and 2-chloroethylbenzene, but is not limited to the above-listed solvents, and the related art Solvents commonly used in or mixtures thereof may be used.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1용매는 물만을 사용할 수도 있고, 에탄올 및 o-디클로로벤젠의 1:1 중량비의 혼합물을 사용할 수도 있다. 제1용매는 제1화합물 및 제2화합물에 따라 선택될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, only water may be used as the first solvent, or a mixture of ethanol and o-dichlorobenzene in a weight ratio of 1:1 may be used. The first solvent may be selected according to the first compound and the second compound.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 혼합물은 제1화합물 및 제2화합물을 각각 독립적으로 0.1 mol/l 내지 0.5 mol/l 의 농도로 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 제1화합물 및 제2화합물을 동일한 농도로서 0.15 mol/l 내지 0.2 mol/l의 농도로 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the mixture may include the first compound and the second compound each independently at a concentration of 0.1 mol/l to 0.5 mol/l, preferably the first compound and the second compound It may be one containing the compound at a concentration of 0.15 mol/l to 0.2 mol/l as the same concentration.

상기 혼합물을 제조한 후, 혼합물을 가열하고 건조하여 이민계 공유결합 유기 구조체 분말을 얻는다. 구체적으로, 상기 혼합물을 가열하여 반응시킨 다음 잔류 용매를 건조시켜 이민계 공유결합 유기 구조체 분말을 제조할 수 있다.After preparing the mixture, the mixture is heated and dried to obtain an imine-based covalent organic structure powder. Specifically, the mixture may be reacted by heating and then the residual solvent may be dried to prepare an imine-based covalently bonded organic structure powder.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가열은 50 ℃ 내지 200 ℃, 90 ℃ 내지 120 ℃ 또는 100 ℃ 내지 110 ℃ 의 온도에서, 15 시간 내지 40 시간, 20 시간 내지 30 시간, 21 시간 내지 27 시간 또는 23 시간 내지 25 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 온도 및 시간으로 가열을 수행하는 경우, 혼합물에 포함된 제1화합물 및 제2화합물의 반응이 원활하게 수행될 수 있고, 이에 따라 이민계 공유결합 유기 구조체가 고수율로 형성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the heating is performed at a temperature of 50 ℃ to 200 ℃, 90 ℃ to 120 ℃ or 100 ℃ to 110 ℃, 15 hours to 40 hours, 20 hours to 30 hours, 21 hours to 27 hours Or it may be performed for 23 hours to 25 hours. When heating is performed at a temperature and time within the above range, the reaction of the first compound and the second compound included in the mixture can be performed smoothly, and thus, an imine-based covalent organic structure can be formed in high yield. .

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 건조는 50 ℃ 내지 100 ℃, 60 ℃ 내지 80 ℃, 65 ℃ 내지 75 ℃ 또는 70 ℃ 내지 75 ℃의 온도에서, 10 시간 내지 30 시간, 18 시간 내지 24 시간 또는 20 시간 내지 22 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the drying is performed at a temperature of 50 ℃ to 100 ℃, 60 ℃ to 80 ℃, 65 ℃ to 75 ℃ or 70 ℃ to 75 ℃, 10 hours to 30 hours, 18 hours to 24 hours Or it may be performed for 20 hours to 22 hours.

상기 건조 후에 수득된 이민계 공유결합 유기 구조체 분말은 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 다층 구조로 적층된 벌크 형태일 수 있고, 이를 후술하는 공정을 추가적으로 거쳐 박리함으로써 나노 시트 형태로 제조할 수 있다. The imine-based covalent organic structure powder obtained after drying may be in the form of a bulk in which imine-based covalent organic structure nanosheets are stacked in a multilayer structure, and may be prepared in the form of nanosheets by additionally exfoliating them through a process described later. .

구체적으로, 상기 분말을 제2용매에 분산시켜 분산액을 제조한 후, 초음파 처리하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 얻는다. Specifically, after dispersing the powder in a second solvent to prepare a dispersion, ultrasonication is performed to obtain an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2용매는 o-디클로로벤젠, 에탄올, 물 및 2-클로로에틸벤젠 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 상기 열거한 용매로 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 용매 또는 그들의 혼합물을 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the second solvent may include one or more of o-dichlorobenzene, ethanol, water, and 2-chloroethylbenzene, but is not limited to the above-listed solvents, and the related art Solvents commonly used in or mixtures thereof may be used.

또한, 제2용매는 제1용매와 동일한 것을 사용할 수도 있으나, 상이한 것을 사용할 수도 있다. 즉, 제1용매와 제2용매는 필요에 따라 서로 독립적으로 선택될 수 있다. Also, the second solvent may be the same as the first solvent, but may be different. That is, the first solvent and the second solvent may be selected independently of each other as needed.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분산액은 상기 분말을 0.01 mg/ml 내지 1 mg/ml의 농도로 포함하는 것일 수 있으나, 상기 범위로 제한되지 않는다. According to one embodiment of the present invention, the dispersion may include the powder at a concentration of 0.01 mg/ml to 1 mg/ml, but is not limited to the above range.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분산액을 초음파 처리함에 따라, 벌크 형태인 이민계 공유결합 유기 구조체가 박리(exfoliation)되어 나노 시트 형태로 분리될 수 있다. 상기 초음파 처리는 20 시간 내지 24 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 범위 내로 초음파 처리하는 경우, 적층되어 있던 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 각 층간 π-π 결합이 끊어지고 나노 시트 형태로 박리될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, as the dispersion is subjected to sonication, the imine-based covalent organic structure in bulk form is exfoliated and separated into nanosheets. The ultrasonic treatment may be performed for 20 to 24 hours. When ultrasonic treatment is performed within the above range, π-π bonds between each layer of the stacked imine-based covalent organic structure nanosheets may be broken and peeled off in the form of nanosheets.

상기 초음파 처리 후에, 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 분산액을 일정 시간 방치함으로써 침강하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 수득할 수 있다. 상기 침강은 약 20 시간 내지 24 시간 동안 수행될 수 있고, 상온의 조건에서 수행될 수 있다. After the ultrasonic treatment, the dispersion of imine-based covalently bonded organic structure nanosheets may be precipitated by leaving the dispersion liquid for a certain period of time to obtain imine-based covalently bonded organic structure nanosheets. The sedimentation may be performed for about 20 to 24 hours, and may be performed at room temperature.

상기 침강 이후, 상층액을 원심분리하여 최종적으로 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트만을 수득할 수 있다. After the sedimentation, the supernatant is centrifuged to finally obtain only the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 및 프로브를 포함하고, 10 pmol/ml 내지 1000 pmol/ml 농도의 생체분자를 탐지하는 생체분자형광센서가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a biomolecular fluorescence sensor including the imine-based covalent organic structure nanosheet and the probe and detecting a biomolecule at a concentration of 10 pmol/ml to 1000 pmol/ml is provided.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생체분자형광센서는 초저농도의 생체분자도 탐지할 수 있으며, 응답 시간이 짧아 신속한 탐지가 가능할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the biomolecule fluorescence sensor can detect even ultra-low concentration biomolecules, and rapid detection is possible with a short response time.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생체분자형광센서는 노이즈가 적어 잡음 대비 신호의 비가 높을 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the biomolecular fluorescence sensor has low noise and can have a high signal-to-noise ratio.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 생체분자형광센서는 10 pmol/ml 내지 1000 pmol/ml 농도의 생체분자를 탐지할 수 있다. 즉, 최소 10 pmol/ml 농도의 생체분자를 탐지할 수 있으며, 이는 종래 기술보다 훨씬 작은 농도의 탐지한계로서 감도가 매우 우수한 효과가 있다. According to one embodiment of the present invention, the biomolecule fluorescence sensor can detect biomolecules at a concentration of 10 pmol/ml to 1000 pmol/ml. That is, it is possible to detect biomolecules at a concentration of at least 10 pmol/ml, which has a very high sensitivity with a detection limit of a much smaller concentration than the prior art.

다른 다공성 물질 기반의 센서와 비교할 때, 형광 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 형광 물질로서 형광 프로브로 간주될 수 있다. 이에 종래에는 이러한 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 탐지 대상인 생체분자와 상호작용하여 이러한 형광이 소멸하고, 이러한 특성을 이용하여 센서로 활용되었다. Compared to other porous material-based sensors, the fluorescent covalent organic structure nanosheet can be regarded as a fluorescent probe as a fluorescent material. Accordingly, in the prior art, such a covalent organic structure nanosheet interacts with a biomolecule to be detected, thereby extinguishing such fluorescence, and using this characteristic, it is used as a sensor.

그러나 이러한 형광소멸 센서는 백그라운드 신호가 높아 노이즈가 과다하고, 감도가 낮다는 한계가 있었다. However, these fluorescence quenching sensors have limitations in that the background signal is high, excessive noise, and low sensitivity.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 생체분자형광센서는, 형광발현 센서로서, 다음과 같은 메커니즘으로 생체분자를 탐지할 수 있다.The biomolecule fluorescence sensor according to one embodiment of the present invention is a fluorescence expression sensor and can detect biomolecules through the following mechanism.

상기 생체분자형광센서에 포함된 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는, 탐지 대상인 표적 생체분자에 특이적인 프로브의 수용체로 작용할 수 있다. 구체적으로, 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 π 스택 및 수소결합의 상호 작용을 통해 프로브를 흡착하는 흡착제 역할을 할 뿐 아니라, 형광 공명 에너지 전달 (fluorescence resonance energy transfer; FRET)을 통해 형광을 소멸시키는 수용체 역할도 수행한다. 상기 형광은 프로브에 표지된 형광염료로부터 발광된 것일 수 있고, 또는 공유결합 유기 구조체 나노 시트 자체로부터 발광된 것일 수도 있다. The imine-based covalent organic structure nanosheet included in the biomolecular fluorescence sensor may act as a receptor for a probe specific to a target biomolecule to be detected. Specifically, the imine-based covalent organic structure nanosheet not only serves as an adsorbent for adsorbing probes through the interaction of π stacks and hydrogen bonds, but also emits fluorescence through fluorescence resonance energy transfer (FRET). It also serves as a receptor for quenching. The fluorescence may be emitted from a fluorescent dye labeled on the probe, or may be emitted from the covalently bonded organic structure nanosheet itself.

도 1a 및 도 1b에는 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 생체분자형광센서의 생체분자 탐지 메커니즘을 간략하게 나타내었다. 1A and 1B briefly show a biomolecule detection mechanism of the biomolecule fluorescent sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면 상기 프로브가 이렇게 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 다공성 표면에 수용되어 흡착하는 경우, 프로브의 형광염료 또는 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 형광은 상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 및 프로브 간의 π 스택 및 수소결합의 상호 작용으로 인해 형광이 소멸된다. 즉, 표적 생체분자가 존재하지 않는 경우 형광이 소멸된 형태이다. Referring to FIGS. 1A and 1B , when the probe is accommodated and adsorbed on the porous surface of the imine-based covalent organic structure nanosheet, the fluorescent dye of the probe or the fluorescence of the covalently bonded organic structure nanosheet is reflected in the imine-based covalent organic structure nanosheet. Fluorescence is extinguished due to the interaction of the π stack and hydrogen bonds between the structure nanosheet and the probe. That is, when the target biomolecule does not exist, the fluorescence is extinguished.

이후, 표적 생체분자가 존재하는 경우 표적 생체분자에 특이적인 프로브가 표적 생체분자와 사슬 간 혼성화함으로써 이중쇄 DNA를 형성하고, 이렇게 형성된 이중쇄 DNA는 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트와 상호 작용이 비교적 약하여 프로브의 형광염료 또는 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 형광을 회복할 수 있다. 즉, 표적 생체분자가 존재하는 경우 소멸되었던 형광이 발현된다. Then, when the target biomolecule exists, the probe specific to the target biomolecule hybridizes with the target biomolecule to form double-stranded DNA, and the double-stranded DNA thus formed interacts with the imine-based covalent organic structure nanosheet. It is relatively weak and can recover the fluorescence of the fluorescent dye of the probe or the covalently bonded organic structure nanosheet. That is, fluorescence that was quenched when the target biomolecule is present is expressed.

상기 회복되는 형광의 발광 강도는 표적 생체분자의 농도에 비례하여 증가할 수 있고, 따라서 표적 생체분자의 농도가 증가함에 따라 회복되는 형광의 양도 증가하는 바, 본 발명의 일 구현예에 따른 생체분자형광센서로 표적 생체분자의 정량분석이 가능할 수 있다. The emission intensity of the recovered fluorescence may increase in proportion to the concentration of the target biomolecule, and thus the amount of recovered fluorescence increases as the concentration of the target biomolecule increases. Accordingly, the biomolecule according to an embodiment of the present invention Quantitative analysis of target biomolecules may be possible with a fluorescent sensor.

상기 생체분자형광센서는 응답 시간이 10 초 내지 30 초일 수 있다. 상기 “응답 시간”이란, 표적 생체분자가 존재하기 시작한 시점으로부터 생체분자형광센서의 응답이 나타나는 시점까지의 시간을 의미한다. 즉, 표적 생체분자를 투입한 후 10 초 내지 30 초 내에 생체분자형광센서가 형광을 발현하여 응답이 나타날 수 있다. The biomolecular fluorescence sensor may have a response time of 10 seconds to 30 seconds. The “response time” means the time from the time when the target biomolecule starts to exist until the time when the response of the biomolecular fluorescent sensor appears. That is, within 10 seconds to 30 seconds after injecting the target biomolecule, the biomolecular fluorescent sensor may express fluorescence and respond.

본 발명의 일 구현예에 따른 생체분자형광센서는 상기와 같이 생체분자를 감지할 수 있고, 이러한 특성을 이용하여 다양한 방법으로 응용될 수 있다. The biomolecule fluorescence sensor according to one embodiment of the present invention can detect biomolecules as described above, and can be applied in various ways using these characteristics.

예를 들어, 진단 대상인 개체의 체액을 입수한 후, 특정 세균 또는 바이러스의 DNA에 특이적인 프로브를 준비하고 이를 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 생체분자형광센서를 제조한 다음, 상기 체액을 상기 센서에 투입하여 형광이 발현되는지 여부에 따라 어떤 세균 또는 바이러스에 감염된 것인지 여부를 진단할 수 있다. For example, after obtaining a body fluid of an individual to be diagnosed, preparing a probe specific for DNA of a specific bacterium or virus, manufacturing a biomolecular fluorescence sensor according to an embodiment of the present invention including the same, and then measuring the body fluid It is put into the sensor and it can be diagnosed whether or not it is infected with a certain bacterium or virus according to whether fluorescence is expressed.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to explain the present invention in detail. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments herein are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예 1 (Dnph-FPaBA’)Example 1 (Dnph-FPaBA')

벌크 이민계 공유결합 유기 구조체의 제조Preparation of bulk imine-based covalent organic structures

벌크 이민계 공유결합 유기 구조체는 용매열 합성법에 의해 합성하였다. 구체적으로, 2,3-디아미노나프탈렌(Dnph) 0.5 mmol 및 4-(비스(4-(5-포밀티오펜-2-일)페닐)아미노)벤조산 (FPaBA’) 0.5 mmol 를 에탄올 3.0 ml 및 o-디클로로벤젠 3.0 ml의 혼합 용매가 담긴 2구 둥근 플라스크에 첨가하고 용해하여 혼합물을 제조하였다. 플라스크를 오븐에 넣고 120 ℃의 온도에서 24 시간동안 별도의 촉매 없이 가열하였다. 생성된 고형분은 원심분리로 분리하였고, 디클로로메탄, 아세톤 및 에탄올을 이용하여 차례대로 세척하였다. 이후, 80 ℃의 온도에서 18 시간 동안 진공 건조하여 이민계 공유결합 유기 구조체 분말(주황색)를 수득하였다. Bulk imine-based covalent organic structures were synthesized by solvothermal synthesis. Specifically, 0.5 mmol of 2,3-diaminonaphthalene (Dnph) and 0.5 mmol of 4-(bis(4-(5-formylthiophen-2-yl)phenyl)amino)benzoic acid (FPaBA') were mixed with 3.0 ml of ethanol and 3.0 ml of o-dichlorobenzene was added to a two-neck round flask containing a mixed solvent and dissolved to prepare a mixture. The flask was placed in an oven and heated at 120 °C for 24 hours without a separate catalyst. The resulting solids were separated by centrifugation and washed sequentially with dichloromethane, acetone and ethanol. Thereafter, vacuum drying was performed at a temperature of 80° C. for 18 hours to obtain an imine-based covalently bonded organic structure powder (orange).

벌크 이민계 공유결합 유기 구조체의 박리 및 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조Exfoliation of bulk imine-based covalent organic structure and preparation of nanosheets of imine-based covalent organic structure

상기에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 분말 2 mg을 에탄올 20 ml에 분산시켜 분산액을 제조하였다. 제조한 분산액은 초음파분산기로 24시간동안 초음파 처리한 다음 24시간동안 방치하여 침강시킨 후 상층액을 수득하였다. 이후, 상기 상층액을 9000 rpm의 조건으로 10 분동안 원심분리하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 수득하였다. A dispersion was prepared by dispersing 2 mg of the imine-based covalent organic structure powder prepared above in 20 ml of ethanol. The prepared dispersion was sonicated for 24 hours with an ultrasonic disperser, and then allowed to settle for 24 hours to obtain a supernatant. Thereafter, the supernatant was centrifuged at 9000 rpm for 10 minutes to obtain an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet.

실시예 2 (Opda-Btca)Example 2 (Opda-Btca)

2,3-디아미노나프탈렌(Dnph) 0.5 mmol 대신 o-페닐렌디아민 0.5 mmol 을 사용하고, 4-(비스(4-(5-포밀티오펜 -2-일)페닐)아미노)벤조산 (FPABA’) 0.5 mmol 대신, 1,3,5-벤젠트리카르복스알데하이드 0.5 mmol 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이민계 공유결합 유기 구조체 분말(적갈색) 및 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 제조하였다. 0.5 mmol of o-phenylenediamine was used instead of 0.5 mmol of 2,3-diaminonaphthalene (Dnph), and 4-(bis(4-(5-formylthiophen-2-yl)phenyl)amino)benzoic acid (FPABA' ) Imine-based covalent organic structure powder (reddish brown) and imine-based covalent organic structure nanosheet in the same manner as in Example 1, except that 0.5 mmol of 1,3,5-benzenetricarboxaldehyde was used instead of 0.5 mmol was manufactured.

실시예 3 (PPDa-Fdca)Example 3 (PPDa-Fdca)

2,3-디아미노나프탈렌(Dnph) 0.5 mmol 대신 p-페닐렌디아민 0.5 mmol 을 사용하고, 4-(비스(4-(5-포밀티오펜-2-일)페닐)아미노)벤조산 (FPABA’) 0.5 mmol 대신, 2,5-퓨란디카르복스알데하이드 0.5 mmol 을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이민계 공유결합 유기 구조체(노란색) 및 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 제조하였다. 0.5 mmol of p-phenylenediamine was used instead of 0.5 mmol of 2,3-diaminonaphthalene (Dnph), and 4-(bis(4-(5-formylthiophen-2-yl)phenyl)amino)benzoic acid (FPABA' ) An imine-based covalent organic structure (yellow) and an imine-based covalent organic structure nanosheet were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.5 mmol of 2,5-furandicarboxaldehyde was used instead of 0.5 mmol. .

도 2에는 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체의 사진을 나타내었다. 도 2로부터 각 실시예에서 제조된 물질의 색을 확인할 수 있다. 2 shows photographs of imine-based covalently bonded organic structures prepared in Examples 1 to 3. From Figure 2 it can be confirmed the color of the material prepared in each example.

SEM, TEM, HRTEM 이미지의 관찰Observation of SEM, TEM, and HRTEM images

실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 표면 이미지를 관찰하였다. Surface images of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were observed.

구체적으로, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 분산시킨 분산액을 별도 코팅되지 않은 구리 그리드에 떨어뜨린 다음 용매를 실온에서 증발시켰다. 그 후, 5 nm 백금 스퍼터링하여 관찰용 샘플을 준비하였다. Specifically, the dispersion in which the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were dispersed was dropped on a copper grid that was not separately coated, and then the solvent was evaporated at room temperature. Then, a sample for observation was prepared by sputtering with 5 nm platinum.

상기 관찰용 샘플을 이용하여, 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM) Hitachi S-4800 를 사용하여 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 FESEM 이미지를 촬영하였고, 전계 방출 투과 전자 현미경(FE-TEM) FEI Tecnai F20을 사용하여 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 FETEM 이미지를 촬영하였고, Gatan K2 Summit direct-detection electron-counting camera 를 사용하여 300 kV 의 가동 전압에서 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 고분해능 투과 전자 현미경 (HRTEM) 이미지를 촬영하였다.Using the sample for observation, FESEM images of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were taken using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) Hitachi S-4800, and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) was used. FETEM images of the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were taken using a transmission electron microscope (FE-TEM) FEI Tecnai F20, and using a Gatan K2 Summit direct-detection electron-counting camera High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images were taken of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 at an operating voltage of 300 kV.

도 3 내지 도 5에는 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 (a) FESEM, (b) TEM, (c) HRTEM 이미지를 나타내었다. 3 to 5 show (a) FESEM, (b) TEM, (c) HRTEM images of the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 나노 시트의 형상을 갖는 것을 확인할 수 있다. 3 to 5, it can be confirmed that the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 have a nanosheet shape.

흡수 파장 및 여기 파장의 확인Confirmation of absorption wavelength and excitation wavelength

실시예 1 및 2에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 10 μg/ml의 농도가 되도록 에탄올에 분산시켜 분산액을 제조하였다. 제조한 분산액을 형광 광도기를 이용하여 여기(excitation)의 조건을 바꿔가며 형광 발광 강도를 측정하였다. A dispersion was prepared by dispersing the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 and 2 in ethanol to a concentration of 10 μg/ml. Fluorescence intensity of the prepared dispersion was measured using a fluorescence photometer while changing excitation conditions.

도 6에는 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 분산액의 형광 발광 강도 그래프를 나타내었고, 도 7에는 실시예 2에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 분산액의 형광 발광 강도 그래프를 나타내었다.6 shows a fluorescence intensity graph of the imine-based covalent organic structure nanosheet dispersion prepared in Example 1, and FIG. 7 shows a fluorescence emission intensity graph of the imine-based covalent organic structure nanosheet dispersion prepared in Example 2. showed

도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 방출 파장이 약 498.96 nm인 것을 확인할 수 있고, 실시예 2에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 방출 파장이 약 502 nm인 것을 확인할 수 있다. 6 and 7, it can be confirmed that the emission wavelength of the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 1 is about 498.96 nm, and the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet prepared in Example 2 It can be seen that the emission wavelength of is about 502 nm.

질소 흡탈착 평가를 통한 표면적의 측정Measurement of surface area through nitrogen adsorption and desorption evaluation

질소 흡탈착 분석을 통해 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 다공성 특성을 확인하고 표면적을 측정하였다.Porous characteristics of the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were confirmed through nitrogen adsorption and desorption analysis, and the surface area was measured.

구체적으로, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 분산시킨 분산액을 별도 코팅되지 않은 구리 그리드에 떨어뜨린 다음 용매를 실온에서 증발시켰다. 그 후, 5 nm 백금 스퍼터링하고 120 ℃에서 건조한 다음 140 ℃에서 유속 60 SCCM의 아르곤 흐름 하에서 8 시간동안 진공 처리하여 샘플을 제조하였다.Specifically, the dispersion in which the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 were dispersed was dropped on a copper grid that was not separately coated, and then the solvent was evaporated at room temperature. Thereafter, 5 nm platinum was sputtered, dried at 120 °C, and vacuum treated at 140 °C under an argon flow at a flow rate of 60 SCCM for 8 hours to prepare a sample.

상기 샘플을 Micromeritics ASAP 2000 기기를 이용하여, 77 K에서 질소를 8.0000 cm³/g STP 까지 주입하였다가 제거하면서 나노 시트로의 질소 흡탈착량을 측정하였다. 기공 직경 분포 데이터는 비국소 밀도범함수 이론(NLDFT)에 근거하여 Micro meristics ASAP2020 소프트웨어 패키지를 이용하여 계산되었다. The sample was injected with nitrogen up to 8.0000 cm³/g STP at 77 K using a Micromeritics ASAP 2000 instrument, and the amount of nitrogen adsorption and desorption to the nanosheet was measured while removing it. Pore diameter distribution data were calculated using the Micro meristics ASAP2020 software package based on non-local density functional theory (NLDFT).

도 8a 내지 도 8c에는 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 질소 흡탈착 곡선 그래프를 나타내었다. 8a to 8c show graphs of nitrogen adsorption and desorption curves of the imine-based covalent organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3.

도 8a 내지 도 8c로부터, 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 BET 표면적을 도출할 수 있고, 각각 62.8066 m2/g, 0.2476m2/g, 0.1141 m2/g의 BET 표면적을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 그래프가 흡탈착이 유사한 형상을 나타내고 있으므로 실시예 1 내지 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 다공성 물질인 점을 확인할 수 있다. 8a to 8c, the BET surface areas of the imine-based covalently bonded organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 can be derived, and are 62.8066 m 2 /g, 0.2476 m 2 /g, and 0.1141 m 2 /g, respectively. It can be confirmed that it has a BET surface area of, and since the graph shows a similar adsorption/desorption shape, it can be confirmed that the imine-based covalently bonded organic structure nanosheets prepared in Examples 1 to 3 are porous materials.

이민계 공유결합 유기 구조체의 형광 소멸 작용의 확인Confirmation of fluorescence quenching action of imine-based covalent organic structure

하기 염기서열 1-1을 갖고, 형광염료인 Texas Red(sulforhodamine 101 acid chloride)로 표지된 프로브를 100 pmol/μL의 농도로 포함하는 5 μL 의 용액 1과, 상기 프로브를 100 pmol/μL의 농도로 포함하고, 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 0.01 μg/μL의 농도로 포함하는 5 μL 의 용액 2와, 상기 프로브를 100 pmol/μL의 농도로 포함하고, 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 0.01 μg/μL의 농도로 포함하고, 하기 염기서열 2를 갖는 타겟 DNA를 100 pmol/μL의 농도로 포함하는 5 μL 의 용액 3을 제조하고, 여기 파장을 590 nm로 고정하고 방출 파장은 613 nm에 고정하고 형광 광도기를 이용하여 형광 발광 강도를 측정하였다.5 μL of solution 1 containing a probe having the following base sequence 1-1 and labeled with a fluorescent dye, Texas Red (sulforhodamine 101 acid chloride) at a concentration of 100 pmol/μL, and the probe at a concentration of 100 pmol/μL 5 μL of solution 2 containing the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 1 at a concentration of 0.01 μg/μL and the probe at a concentration of 100 pmol/μL, Prepare 5 μL of solution 3 containing the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in 1 at a concentration of 0.01 μg/μL and target DNA having the following base sequence 2 at a concentration of 100 pmol/μL, The excitation wavelength was fixed at 590 nm and the emission wavelength was fixed at 613 nm, and fluorescence emission intensity was measured using a fluorescence photometer.

[염기서열 1][Sequence 1]

P: [Texas Red]-3'-ACTAATGTTTGTAACCGGCGTTTAACGTGTTAAACGGGGG-5'P: [Texas Red]-3'-ACTAATGTTTGTAACCGGCGTTTAACGTGTTAAACGGGGG-5'

[염기서열 2][Sequence 2]

T: 5'-TGATTACAAACATTGGCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCC-3'T: 5'-TGATTACAAACATTGGCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCC-3'

도 9에 상기 용액 1 내지 3의 형광 발광 강도 그래프를 나타내었다.9 shows fluorescence intensity graphs of Solutions 1 to 3.

도 9를 참조하면, 용액 1(빨강)의 경우 형광염료 표지로 인해 발광 강도가 매우 높은 것을 알 수 있고, 용액 2(파랑)의 경우 실시예 1에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트가 프로브와 상호작용하여 형광을 소멸시키고, 이에 따라 형광 강도가 매우 약해진 것을 확인할 수 있다. 한편 용액 3(하늘)의 경우 타겟 DNA가 프로브와 혼성화됨으로써 이중쇄 DNA를 형성하고, 이에 따라 형광 발광이 회복되어 타겟 DNA를 탐지할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that solution 1 (red) has a very high emission intensity due to the fluorescent dye label, and solution 2 (blue) has an imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 1. It can be confirmed that the fluorescence is quenched by interacting with the probe, and thus the fluorescence intensity is very weak. On the other hand, in the case of solution 3 (sky), it can be confirmed that the target DNA is hybridized with the probe to form double-stranded DNA, and thus the fluorescence is recovered and the target DNA can be detected.

타겟 DNA 농도에 따른 발광 강도의 변화 확인Confirmation of change in luminescence intensity according to target DNA concentration

상기 프로브를 포함하는 용액 5μl, 상기 타겟 DNA를 포함하는 용액 5μl 및 인산완충용액 990 μl (0.1M, pH 7.4)을 혼합하고, 동시에 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 농도가 10 μg/ml가 되도록 첨가하여 1 ml의 시험용액을 제조하였다. 시험용액에 포함된 타겟 DNA의 농도는 400 pmol/ml였다. 5 μl of the solution containing the probe, 5 μl of the solution containing the target DNA, and 990 μl (0.1M, pH 7.4) of a phosphate buffer solution were mixed, and the concentration of the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 3 was simultaneously mixed. was added to 10 μg/ml to prepare 1 ml of test solution. The concentration of the target DNA contained in the test solution was 400 pmol/ml.

이 시험용액을 여기 파장을 590 nm로 고정하고 방출 파장은 613 nm에 고정하고 형광 광도기를 이용하여 형광 발광 강도를 측정하였다.The excitation wavelength of this test solution was fixed at 590 nm and the emission wavelength was fixed at 613 nm, and fluorescence emission intensity was measured using a fluorescence photometer.

또한, 동일한 방법으로 타겟 DNA의 농도를 0 내지 400 pmol/ml 사이로 변화시키며 제조한 각 시험용액의 형광 발광 강도를 측정하였다. In addition, the fluorescence intensity of each test solution prepared by varying the target DNA concentration between 0 and 400 pmol/ml in the same manner was measured.

도 10의 (a)에 타겟 DNA의 농도가 0 내지 400 pmol/ml인 경우의 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 포함하는 시험용액의 형광 발광 강도 그래프를 나타내고, (b)에는 (a)로부터 여기 파장 590 nm에서의 타겟 DNA 농도별 발광 강도의 그래프를 나타내었다. Figure 10 (a) shows a graph of fluorescence emission intensity of the test solution containing the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 3 when the concentration of the target DNA is 0 to 400 pmol / ml, (b ) shows a graph of emission intensity for each target DNA concentration at an excitation wavelength of 590 nm from (a).

도 10을 참조하면, 타겟 DNA의 농도가 증가함에 따라 발광 강도도 선형적으로 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있고, 10 pmol/ml의 극소량으로 타겟 DNA가 존재하더라도 발광 강도가 변화하여 탐지가 가능한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10, it can be confirmed that the luminescence intensity increases linearly and proportionally as the concentration of the target DNA increases, and even when the target DNA is present in a very small amount of 10 pmol/ml, the luminescence intensity changes and detection is possible. You can check.

선택성의 확인Confirmation of selectivity

상기 프로브, 상기 타겟 DNA, 하기 염기서열 3을 갖는 단쇄 미대응 DNA, 및 하기 염기서열 4를 갖는 랜덤 DNA를 각각 500 pmol/μl로 포함하는 용액을 5 μl씩 준비하였다. 5 μl of a solution each containing 500 pmol/μl of the probe, the target DNA, the short-stranded uncorresponding DNA having the following nucleotide sequence 3, and the random DNA having the following nucleotide sequence 4 was prepared.

[염기서열 3][Sequence 3]

SM: 5'-TGATTACAAACATTGCCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCC-3'SM: 5'-TGATTACAAACATTGCCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCC-3'

[염기서열 4][Sequence 4]

R: 5'-TGCTTACAGACAGTGGCGGCATATTGAACAATCGCCACCT-3'R: 5'-TGCTTACAGACAGTGGCGGCATATTGAACAATCGCCACCT-3'

①상기 타겟 DNA를 포함하는 용액 5μl, ②상기 단쇄 미대응 DNA를 포함하는 용액 5μl, 및 ③상기 랜덤 DNA를 포함하는 용액 5 μl 각각을 상기 프로브를 포함하는 용액 5 μl 및 인산완충용액 990 μl (0.1M, pH 7.4)과 혼합하고, 동시에 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 농도가 10 μg/ml가 되도록 첨가하여 1 ml의 시험용액 1 내지 3을 제조하였다. ① 5 μl of the solution containing the target DNA, ② 5 μl of the solution containing the short-stranded uncorresponding DNA, and ③ 5 μl of the solution containing the random DNA were mixed with 5 μl of the solution containing the probe and 990 μl of phosphate buffer ( 0.1M, pH 7.4), and at the same time, the imine-based covalent organic structure nanosheet prepared in Example 3 was added so that the concentration was 10 μg / ml to prepare 1 ml of test solutions 1 to 3.

상기 시험용액 1 내지 9를 여기 파장을 590 nm로 고정하고 방출 파장은 613 nm에 고정하고 형광 광도기를 이용하여 형광 발광 강도를 측정하였다.도 11에는 프로브 및 실시예 3에서 제조한 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 포함하는 시험용액 1 내지 3의 형광 발광 강도를 나타내었다. The excitation wavelength of Test Solutions 1 to 9 was fixed at 590 nm and the emission wavelength was fixed at 613 nm, and fluorescence emission intensity was measured using a fluorescence photometer. FIG. 11 shows the probe and the imine-based covalent bond prepared in Example 3. Fluorescence emission intensities of test solutions 1 to 3 containing the organic structure nanosheets were shown.

도 11을 참조하면, 상기 프로브는 상기 타겟 DNA와 특이적으로 반응하여 선택성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 즉, 검출하고자 하는 DNA에 특이적인 프로브를 입수할 수 있다면 본 발명의 일 실시예에 따른 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 이용하여 생체분자형광센서를 제조하여 활용할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be confirmed that the probe has excellent selectivity by specifically reacting with the target DNA. That is, it can be confirmed that a biomolecular fluorescence sensor can be manufactured and utilized using the imine-based covalent organic structure nanosheet according to an embodiment of the present invention if a probe specific to the DNA to be detected can be obtained.

Claims (13)

알데하이드기를 2 개 내지 3개 포함하는 제1화합물로부터 유래한 제1구조단위; 및 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물로부터 유래한 제2구조단위; 를 포함하며;
상기 제1화합물은 4-(비스(4-(5-포밀티오펜-2-일)페닐)아미노)벤조산이며,
상기 제2화합물은 2,3-디아미노나프탈렌이며,
하기 반응식 3에 의하여 제조되는 이민계 공유결합 유기 구조체를 포함하는;
이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트,

[반응식 3]
.
a first structural unit derived from a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups; and a second structural unit derived from a second compound containing 2 to 3 amine groups; includes;
The first compound is 4-(bis(4-(5-formylthiophen-2-yl)phenyl)amino)benzoic acid,
The second compound is 2,3-diaminonaphthalene,
Including an imine-based covalent organic structure prepared by the following Scheme 3;
Imine-based covalent organic structure nanosheet,

[Scheme 3]
.
 제1항에 있어서,
상기 제1구조단위와 상기 제2구조단위는 이민 결합으로 결합된 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트.
According to claim 1,
The first structural unit and the second structural unit is imine-based covalent bonded organic structure nanosheets bonded by an imine bond.
 제1항에 있어서,
상기 제1화합물 및 상기 제2화합물 중 하나 이상은 방향족 화합물인 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트.
According to claim 1,
At least one of the first compound and the second compound is an aromatic compound imine-based covalent organic structure nanosheet.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트는 직경 20 Å 내지 30 Å의 기공을 갖는 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트.
According to claim 1,
The imine-based covalent organic structure nanosheet is an imine-based covalent organic structure nanosheet having pores of 20 Å to 30 Å in diameter.
 알데하이드기를 2 개 내지 3개 포함하는 제1화합물; 아민기를 2 개 내지 3개 포함하는 제2화합물; 및 제1용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 가열하고 건조하여 이민계 공유결합 유기 구조체 분말을 얻는 단계; 및
상기 분말을 제2용매에 분산시켜 분산액을 제조한 후, 초음파 처리하여 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트를 얻는 단계;를 포함하는 것인 제1항의 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법.
a first compound containing 2 to 3 aldehyde groups; A second compound containing 2 to 3 amine groups; and preparing a mixture by mixing the first solvent;
heating and drying the mixture to obtain an imine-based covalent organic structure powder; and
Dispersing the powder in a second solvent to prepare a dispersion, followed by sonication to obtain an imine-based covalently bonded organic structure nanosheet; The method of manufacturing the imine-based covalently bonded organic structure nanosheet of claim 1, comprising the.
 제7항에 있어서,
상기 제1용매 및 제2용매는 각각 독립적으로 o-디클로로벤젠, 에탄올, 물 및 2-클로로에틸벤젠 중 1종 이상을 포함하는 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법.
According to claim 7,
Wherein the first solvent and the second solvent each independently contain at least one of o-dichlorobenzene, ethanol, water and 2-chloroethylbenzene.
 제7항에 있어서,
상기 혼합물은 제1화합물 및 제2화합물을 각각 독립적으로 0.1 mol/L 내지 0.5 mol/L 의 농도로 포함하는 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법.
According to claim 7,
The mixture is a method for producing an imine-based covalent organic structure nanosheet comprising the first compound and the second compound each independently at a concentration of 0.1 mol / L to 0.5 mol / L.
 제7항에 있어서,
상기 가열은 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 15 시간 내지 40 시간 동안 수행되는 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법.
According to claim 7,
Wherein the heating is performed at a temperature of 50 °C to 200 °C for 15 hours to 40 hours.
 제7항에 있어서,
상기 건조는 50 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 10 시간 내지 30 시간 동안 수행되는 것인 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트의 제조 방법.
According to claim 7,
Wherein the drying is carried out at a temperature of 50 °C to 100 °C for 10 hours to 30 hours.
 제1항의 이민계 공유결합 유기 구조체 나노 시트 및 프로브를 포함하고, 10 pmol/ml 내지 1000 pmol/ml 농도의 생체분자를 탐지하는 생체분자형광센서.
A biomolecular fluorescence sensor comprising the imine-based covalent organic structure nanosheet and probe of claim 1 and detecting biomolecules at a concentration of 10 pmol/ml to 1000 pmol/ml.
 제12항에 있어서,
상기 생체분자형광센서는 응답 시간이 10 초 내지 30 초 인 것인 생체분자형광센서.According to claim 12,
The biomolecular fluorescence sensor has a response time of 10 seconds to 30 seconds.
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