KR102620022B1 - Branched nanosheet, method for forming branched nanosheet, and nanocomposite comprising branched nanosheet - Google Patents
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Abstract
브랜치 나노시트, 브랜치 나노시트의 형성 방법, 및 브랜치 나노시트를 포함하는 나노복합체가 제공된다. 상기 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함한다. 상기 브랜치 나노시트의 형성 방법은, 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 나노복합체는, 고분자층 및 상기 고분자층에 분산된 브랜치 나노시트를 포함한다.Branched nanosheets, methods for forming branched nanosheets, and nanocomposites comprising branched nanosheets are provided. The branch nanosheet includes a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body. The method of forming the branched nanosheet includes performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent. The nanocomposite includes a polymer layer and branch nanosheets dispersed in the polymer layer.
Description
본 발명은 브랜치 나노시트, 브랜치 나노시트의 형성 방법, 및 브랜치 나노시트를 포함하는 나노복합체에 관한 것이다.The present invention relates to branched nanosheets, methods for forming branched nanosheets, and nanocomposites containing branched nanosheets.
신축성을 갖는 바이오 전극을 제조하기 위해 다양한 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, 나노시트 또는 나노입자 등의 나노물질을 전도성 필러로 포함하는 바이오 전극이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 나노물질은 침투 문턱값이 높아 전기적 성능을 향상시키는데 한계가 있다.Various research is being conducted to manufacture stretchable bioelectrodes. For example, a bioelectrode containing nanomaterials such as nanosheets or nanoparticles as a conductive filler has been proposed. However, the nanomaterial has a high penetration threshold, which limits its ability to improve electrical performance.
본 발명은 우수한 성능을 갖는 브랜치 나노시트를 제공한다.The present invention provides branched nanosheets with excellent performance.
본 발명은 상기 브랜치 나노시트의 형성 방법을 제공한다.The present invention provides a method for forming the branch nanosheet.
본 발명은 상기 브랜치 나노시트를 포함하는 나노복합체를 제공한다.The present invention provides a nanocomposite including the branched nanosheet.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.Other objects of the present invention will become clear from the following detailed description and accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함한다.Branch nanosheets according to embodiments of the present invention include a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body.
상기 브랜치 나노시트는 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 포함할 수 있다.The branched nanosheet can be formed by performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent. The surfactant may include a cationic surfactant and an anionic surfactant.
상기 브랜치 나노시트는 중앙에서 가장자리로 갈수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 상기 시트 바디는 6.2 ~ 8.2㎛의 직경(크기)을 가질 수 있고, 상기 브랜치는 3.3 ~ 10.2㎛의 길이와 79 ~ 127nm의 너비를 가질 수 있다.The branch nanosheet may become thicker from the center to the edge. The sheet body may have a diameter (size) of 6.2 to 8.2 ㎛, and the branch may have a length of 3.3 to 10.2 ㎛ and a width of 79 to 127 nm.
상기 브랜치 나노시트는 그 표면에 형성된 백금 코팅층을 더 포함할 수 있다.The branch nanosheet may further include a platinum coating layer formed on its surface.
본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트의 형성 방법은, 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 단계를 포함한다.The method of forming branched nanosheets according to embodiments of the present invention includes performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent.
상기 혼합 단계는, 상기 금 전구체와 상기 계면활성제를 혼합하여 반응 용액을 형성하는 단계, 및 상기 반응 용액에 상기 환원제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.The mixing step may include mixing the gold precursor and the surfactant to form a reaction solution, and adding the reducing agent to the reaction solution.
상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. The surfactant may include a cationic surfactant and an anionic surfactant.
상기 금 전구체는 하이드로젠 테트라클로로아우레이트(Ⅲ)를 포함할 수 있고, 상기 계면활성제는 PDDA(poly(diallyldimethylammonium chloride), CTAB(cetrimonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate), 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)를 포함할 수 있으며, 상기 환원제는 아스코르브산(ascorbic acid)을 포함할 수 있다.The gold precursor may include hydrogen tetrachloroaurate (III), and the surfactant may include poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), cetrimonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS), and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS). It may include, and the reducing agent may include ascorbic acid.
상기 브랜치 나노시트의 형성 방법은 상기 반응에 의해 형성된 브랜치 나노시트의 리간드를 교환하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of forming the branch nanosheet may further include the step of exchanging the ligand of the branch nanosheet formed by the reaction.
상기 리간드 교환 단계는, 상기 브랜치 나노시트에 옥탄티올(octanethiol)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.The ligand exchange step may include providing octanethiol to the branch nanosheet.
본 발명의 실시예들에 따른 나노복합체는, 고분자층 및 상기 고분자층에 분산된 브랜치 나노시트를 포함하고, 상기 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함한다.Nanocomposites according to embodiments of the present invention include a polymer layer and branch nanosheets dispersed in the polymer layer, and the branch nanosheets include a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body.
상기 브랜치 나노시트는 금으로 형성될 수 있다. 상기 브랜치 나노시트는 그 표면에 형성된 백금 코팅층을 더 포함할 수 있다.The branch nanosheet may be formed of gold. The branch nanosheet may further include a platinum coating layer formed on its surface.
상기 고분자층은 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.The polymer layer may be formed of polyurethane.
본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트는 우수한 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 브랜치 나노시트는 금의 평균 자유 경로보다 더 큰 치수를 가지며, 시트 바디에 연결된 브랜치의 독특한 구조와 형태에 의해 낮은 침투 문턱값을 갖는다. 상기 브랜치 나노시트를 포함하는 나노복합체는 전기전도성과 신축성이 우수하여 바이오 전극으로 활용될 수 있다. 또, 백금 코팅층을 갖는 브랜치 나노시트를 포함하는 나노복합체를 바이오 전극 표면에 코팅함으로써 임피던스가 감소하고 전하 저장 용량이 증가하는 등 바이오 전극의 성능이 향상될 수 있다. 또, 상기 브랜치 나노시트는 간단한 공정으로 대량으로 형성될 수 있다.Branch nanosheets according to embodiments of the present invention can have excellent performance. For example, the branched nanosheets have dimensions larger than the mean free path of gold and have a low penetration threshold due to the unique structure and morphology of the branches connected to the sheet body. Nanocomposites containing the branched nanosheets have excellent electrical conductivity and elasticity and can be used as bio-electrodes. In addition, the performance of the bioelectrode can be improved, such as reducing impedance and increasing charge storage capacity, by coating the surface of the bioelectrode with a nanocomposite containing branched nanosheets with a platinum coating layer. Additionally, the branch nanosheets can be formed in large quantities through a simple process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 TEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 형성 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 시트 바디의 직경 분포를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 브랜치의 길이 분포를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 브랜치의 너비 분포를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 침투 문턱값을 금 나노시트 및 금 나노입자와 비교하여 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 전기전도도를 금 나노시트 복합체와 비교하여 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 전기화학적 임피던스 분석 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 캐소드 전하 저장 용량을 나타낸다.Figure 1 shows a branch nanosheet according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a TEM image of a branched nanosheet according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a method of forming branch nanosheets according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the diameter distribution of the sheet body of the branch nanosheet according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the length distribution of branches of branched nanosheets according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the width distribution of branches of branched nanosheets according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the penetration threshold of branch nanosheets according to an embodiment of the present invention compared to gold nanosheets and gold nanoparticles.
Figure 8 shows the electrical conductivity of a branch nanosheet composite according to an embodiment of the present invention compared to that of a gold nanosheet composite.
Figure 9 shows the results of electrochemical impedance analysis of branch nanosheet composites according to embodiments of the present invention.
Figure 10 shows the cathode charge storage capacity of the branch nanosheet composite according to embodiments of the present invention.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. The purpose, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed content is thorough and complete and to enable the idea of the present invention to be sufficiently conveyed to those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the present invention should not be limited by the following examples.
본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함한다. 상기 브랜치 나노시트는 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 브랜치 나노시트는 그 표면에 형성된 백금 코팅층을 더 포함할 수 있다.Branch nanosheets according to embodiments of the present invention include a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body. The branched nanosheet can be formed by performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent. The branch nanosheet may further include a platinum coating layer formed on its surface.
본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트의 형성 방법은, 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 혼합 단계는, 상기 금 전구체와 상기 계면활성제를 혼합하여 반응 용액을 형성하는 단계, 및 상기 반응 용액에 상기 환원제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 브랜치 나노시트의 형성 방법은 상기 반응에 의해 형성된 브랜치 나노시트의 리간드를 교환하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of forming branched nanosheets according to embodiments of the present invention includes performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent. The mixing step may include mixing the gold precursor and the surfactant to form a reaction solution, and adding the reducing agent to the reaction solution. The method of forming the branch nanosheet may further include the step of exchanging the ligand of the branch nanosheet formed by the reaction.
본 발명의 실시예들에 따른 나노복합체는, 고분자층 및 상기 고분자층에 분산된 브랜치 나노시트를 포함하고, 상기 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함한다.Nanocomposites according to embodiments of the present invention include a polymer layer and branch nanosheets dispersed in the polymer layer, and the branch nanosheets include a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body.
[브랜치 나노시트의 형성예][Formation example of branched nanosheet]
헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드 25.7mmol, 소듐 도데실 설페이트 1.2mmol, 소듐 도데실벤젠설포네이트 1mmol, 20wt% 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) 용액 5.1ml, 및 하이드로젠 테트라클로로아우레이트(III) 수화물 1.6mmol을 700ml의 탈이온수(DI)에 용해시켜 반응 용액을 형성한다. 상기 반응 용액에 0.45M 아스코르브산 용액 30ml를 첨가한다. 화합물의 농도를 유지하면서 반응량을 조절할 수 있다. 상기 반응 용액을 실온에서 24시간 동안 그대로 두면 브랜치 나노시트(hB-AuNS)가 형성된다. 생성물을 탈이온수와 에탄올로 여러 번 세척한다. 25.7 mmol hexadecyltrimethylammonium bromide, 1.2 mmol sodium dodecyl sulfate, 1 mmol sodium dodecylbenzenesulfonate, 5.1 ml 20 wt% poly(diallyldimethylammonium chloride) solution, and 1.6 mmol hydrogen tetrachloroaurate(III) hydrate. is dissolved in 700 ml of deionized water (DI) to form a reaction solution. Add 30ml of 0.45M ascorbic acid solution to the reaction solution. The amount of reaction can be controlled while maintaining the concentration of the compound. When the reaction solution is left at room temperature for 24 hours, branched nanosheets (hB-AuNS) are formed. The product is washed several times with deionized water and ethanol.
형성된 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 에탄올에 분산시킨다. 리간드 교환을 위해 1ml의 1-옥탄티올을 200mg의 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 포함하는 용액 20ml에 첨가한다. 상기 용액을 간단히 초음파 처리하여 응집된 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 분산시키고 24시간 동안 격렬하게 흔든다. 리간드-교환된 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 에탄올로 철저히 세척한다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)는 폴리스티렌 나노복합체(PNC) 제조를 위해 톨루엔에 분산되거나 폴리우레탄 나노복합체(TNC) 제조를 위해 테트라하이드로퓨란에 분산된다.The formed branch nanosheets (hB-AuNS) are dispersed in ethanol. For ligand exchange, 1 ml of 1-octanethiol is added to 20 ml of solution containing 200 mg of branched nanosheets (hB-AuNS). The solution was briefly sonicated to disperse the aggregated branched nanosheets (hB-AuNS) and shaken vigorously for 24 h. Wash the ligand-exchanged branched nanosheets (hB-AuNS) thoroughly with ethanol. Branched nanosheets (hB-AuNS) were dispersed in toluene to prepare polystyrene nanocomposites (PNCs) or in tetrahydrofuran to prepare polyurethane nanocomposites (TNCs).
[백금 코팅층을 갖는 브랜치 나노시트의 형성예][Example of formation of branch nanosheet with platinum coating layer]
브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 물에 분산시키기 위해 양쪽성 이온(ZW) 리간드로 교환한다. 100mg의 양쪽성 이온 리간드를 40ml의 물에서 100mg의 브랜치 나노시트(hB-AuNS)와 혼합한다. 초음파 처리 후 브랜치 나노시트(hB-AuNS)는 용액 내에 적절하게 분산된다. 5mM 소듐 보로하이드라이드 용액 5ml를 첨가하고 용액을 2시간 동안 흔든다. 양쪽성 이온 리간드-접합된 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 탈이온수로 여러 번 세척하고 탈이온수에 분산시킨다. 양쪽성 이온 리간드가 접합된 브랜치 나노시트(hB-AuNS) 5mg, 폴리비닐피롤리돈(Mw 40,000) 120mg, 사염화백금산칼륨(II) 10mg, 및 탈이온수 9ml를 포함하는 반응 용액을 준비한다. 상기 반응 용액에 82mM 아스코르브산 용액 1ml를 첨가한다. 상기 반응 용액을 40℃로 가열하고 200rpm으로 교반한다. 4시간 동안 반응을 진행하여 백금 코팅층을 갖는 브랜치 나노시트(hB-AuNS@Pt)가 형성된다. hB-AuNS@Pt를 에탄올로 세척하고 테트라하이드로퓨란에 분산시킨다.Branched nanosheets (hB-AuNS) are exchanged with zwitterionic (ZW) ligands to disperse them in water. Mix 100 mg of zwitterionic ligand with 100 mg of branched nanosheets (hB-AuNS) in 40 ml of water. After sonication, the branched nanosheets (hB-AuNS) are properly dispersed in the solution. Add 5 ml of 5mM sodium borohydride solution and shake the solution for 2 hours. The zwitterionic ligand-conjugated branched nanosheets (hB-AuNS) are washed several times with deionized water and dispersed in deionized water. Prepare a reaction solution containing 5 mg of zwitterionic ligand-conjugated branch nanosheets (hB-AuNS), 120 mg of polyvinylpyrrolidone (Mw 40,000), 10 mg of potassium (II) tetrachloroplatinate, and 9 ml of deionized water. Add 1ml of 82mM ascorbic acid solution to the reaction solution. The reaction solution was heated to 40°C and stirred at 200 rpm. The reaction proceeds for 4 hours to form a branched nanosheet (hB-AuNS@Pt) with a platinum coating layer. hB-AuNS@Pt is washed with ethanol and dispersed in tetrahydrofuran.
[금 나노시트의 형성예][Formation example of gold nanosheet]
L-아르기닌 30mg과 물 210ml를 포함하는 반응 용액을 끓는 온도까지 가열한다. 상기 반응 용액에 0.25M 하이드로젠 테트라클로로아우레이트(III) 수화물 용액 3ml를 첨가한다. 2시간 동안 반응을 진행하여 금 나노시트(AuNS)가 형성된다. 금 나노시트(AuNS)를 에탄올로 세척하고 에탄올에 분산시킨다. 리간드 교환을 위해 에탄올 50ml 및 금 나노시트(AuNS) 100mg이 포함된 용액에 1-옥탄티올 1ml를 주입하고 2일 동안 교반한다. 리간드-교환된 금 나노시트(AuNS)를 에탄올로 여러 번 세척한다.A reaction solution containing 30 mg of L-arginine and 210 ml of water is heated to boiling temperature. Add 3ml of 0.25M hydrogen tetrachloroaurate(III) hydrate solution to the reaction solution. The reaction proceeds for 2 hours to form gold nanosheets (AuNS). Gold nanosheets (AuNS) are washed with ethanol and dispersed in ethanol. For ligand exchange, 1 ml of 1-octanethiol was injected into a solution containing 50 ml of ethanol and 100 mg of gold nanosheets (AuNS) and stirred for 2 days. The ligand-exchanged gold nanosheets (AuNS) are washed several times with ethanol.
[금 나노입자의 형성예][Formation example of gold nanoparticles]
폴리비닐피롤리돈(Mw 40,000) 400mg과 물 100ml를 포함하는 반응 용액을 오일 배스(oil bath)에서 80℃로 가열하고 300rpm으로 교반한다. 상기 반응 용액의 온도가 80℃에 도달하면 0.57M 아스코르브산 용액 5ml와 60mM 테트라클로로아우레이트(III) 수화물 용액 25ml를 차례로 첨가한다. 오일 배스에서 2시간 동안 반응을 진행하여 금 나노입자(AuNP)가 형성된다. 금 나노입자(AuNP)를 에탄올로 여러 번 세척하고, 금 나노시트(AuNS)와 동일한 방법으로 리간드 교환을 수행한다.A reaction solution containing 400 mg of polyvinylpyrrolidone (Mw 40,000) and 100 ml of water was heated to 80°C in an oil bath and stirred at 300 rpm. When the temperature of the reaction solution reaches 80°C, 5ml of 0.57M ascorbic acid solution and 25ml of 60mM tetrachloroaurate(III) hydrate solution are sequentially added. The reaction proceeds in an oil bath for 2 hours to form gold nanoparticles (AuNPs). Gold nanoparticles (AuNPs) are washed several times with ethanol, and ligand exchange is performed in the same manner as gold nanosheets (AuNS).
[폴리스티렌 나노복합체(PNC)의 형성예][Formation example of polystyrene nanocomposite (PNC)]
다량의 메탄올에 금 나노물질(hB-AuNS, AuNS, AuNP), 폴리스티렌(Mw 35,000), 톨루엔의 복합체 용액을 빠르게 첨가하여 격렬하게 교반한다. 침전된 생성물을 회수하고 진공 오븐에서 건조시킨다. 건조된 생성물을 100℃에서 10MPa로 압착하여 전기전도도 측정을 위한 박막을 제조한다.A complex solution of gold nanomaterials (hB-AuNS, AuNS, AuNP), polystyrene (Mw 35,000), and toluene is quickly added to a large amount of methanol and stirred vigorously. The precipitated product is recovered and dried in a vacuum oven. The dried product is compressed at 100°C and 10MPa to produce a thin film for measuring electrical conductivity.
[폴리우레탄 나노복합체(TNC)의 형성예][Formation example of polyurethane nanocomposite (TNC)]
금 나노물질(hB-AuNS, AuNS), 의료용 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)의 복합체 용액을 준비하고 폴리디메틸실록산 금형에서 건조한다. 폴리우레탄 나노복합체(TNC)에서 금 나노물질의 부피 분율은 TGA 결과로부터 계산되었다. TNC@Pt를 추가로 제조하기 위해 hB-AuNS@Pt, TPU 및 THF를 포함하는 용액을 준비한다. 이 용액에서 hB-AuNS@Pt 대 TPU의 중량비는 78:22이다. 이 용액으로 TNC의 표면을 처리하여 TNC@Pt를 형성한다. TNC 및 TNC@Pt는 전기화학적 특성 측정 및 생체 내 실험을 위해 레이저 절단기를 사용하여 패터닝된다.A composite solution of gold nanomaterials (hB-AuNS, AuNS), medical thermoplastic polyurethane (TPU), and tetrahydrofuran (THF) is prepared and dried in a polydimethylsiloxane mold. The volume fraction of gold nanomaterials in polyurethane nanocomposites (TNCs) was calculated from TGA results. To further prepare TNC@Pt, prepare a solution containing hB-AuNS@Pt, TPU, and THF. The weight ratio of hB-AuNS@Pt to TPU in this solution is 78:22. The surface of TNC is treated with this solution to form TNC@Pt. TNC and TNC@Pt are patterned using a laser cutter for electrochemical property measurements and in vivo experiments.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 TEM 이미지를 나타낸다. 도 2의 (d), (e), 및 (f)는 브랜치 나노시트의 시트 바디의 에지 부분과 브랜치를 확대하여 나타낸다. 도 2(e)의 삽입도는 시트 바디 및 브랜치의 단면을 나타내는 TEM 이미지이다.Figure 1 shows a branch nanosheet according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows a TEM image of the branch nanosheet according to an embodiment of the present invention. Figures 2 (d), (e), and (f) show an enlarged view of the edge portion and branches of the sheet body of the branch nanosheet. The inset in Figure 2(e) is a TEM image showing the cross section of the sheet body and branch.
도 1 및 도 2를 참조하면, 브랜치 나노시트는 시트 바디(시트 형태의 몸체)와 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치(branch)를 포함한다. 상기 브랜치 나노시트는 가장자리로 갈수록 두꺼워지는 평면 형상을 가질 수 있다. 상기 시트 바디는 약 6.2 ~ 8.2㎛의 직경(크기)을 가질 수 있고, 상기 브랜치는 약 3.3 ~ 10.2㎛의 길이와 약 79 ~ 127nm의 너비를 가질 수 있다. 상기 브랜치 나노시트는 상기 시트 바디의 중앙에서 약 20nm의 두께를 가질 수 있고, 상기 시트 바디의 가장자리와 상기 브랜치에서 약 40nm의 두께를 가질 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the branch nanosheet includes a sheet body (sheet-shaped body) and a plurality of branches connected to the sheet body. The branch nanosheet may have a planar shape that becomes thicker toward the edge. The sheet body may have a diameter (size) of about 6.2 to 8.2 μm, and the branch may have a length of about 3.3 to 10.2 μm and a width of about 79 to 127 nm. The branched nanosheet may have a thickness of approximately 20 nm at the center of the sheet body, and may have a thickness of approximately 40 nm at the edges of the sheet body and the branches.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 형성 방법을 나타낸다.Figure 3 shows a method of forming branch nanosheets according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 금 전구체와 계면활성제를 포함하는 반응 용액을 준비한다. 예를 들어, 상기 금 전구체는 하이드로젠 테트라클로로아우레이트(Ⅲ)를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 PDDA(poly(diallyldimethylammonium chloride), CTAB(cetrimonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate), 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 3, a reaction solution containing a gold precursor and a surfactant is prepared. For example, the gold precursor may include hydrogen tetrachloroaurate (III). The surfactant may include a cationic surfactant and an anionic surfactant. The surfactant may include poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), cetrimonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS), and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS).
상기 반응 용액의 초기 색상은 Au3 + 이온으로 인해 붉은 오렌지색이다. 상기 반응 용액에 환원제를 주입하면 상기 금 전구체는 환원되고, Au3 + 이온이 Au+로 환원되면서 상기 반응 용액은 붉은 오렌지색이 즉시 사라지고 투명해진다. 예를 들어, 상기 환원제는 아스코르브산(ascorbic acid)을 포함할 수 있다. Au+에서 Au로의 환원은 천천히 진행된다. 상기 반응 용액을 실온에서 24시간 동안 정치하여 반응을 진행하면 브랜치 나노시트(hB-AuNS)가 형성되어 용액의 바닥에 가라앉는다. 반응 과정이 간단하기 때문에 반응 규모를 쉽게 확대할 수 있고 다량의 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 형성할 수 있다.The initial color of the reaction solution is red-orange due to Au 3+ ions . When a reducing agent is injected into the reaction solution, the gold precursor is reduced, and as Au 3 + ions are reduced to Au + , the red-orange color of the reaction solution immediately disappears and becomes transparent. For example, the reducing agent may include ascorbic acid. The reduction of Au + to Au proceeds slowly. When the reaction solution is allowed to stand at room temperature for 24 hours to proceed with the reaction, branched nanosheets (hB-AuNS) are formed and settle to the bottom of the solution. Because the reaction process is simple, the reaction scale can be easily scaled up and a large amount of branched nanosheets (hB-AuNS) can be formed.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 시트 바디의 직경 분포를 나타내고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 브랜치의 길이 분포를 나타내며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 브랜치의 너비 분포를 나타낸다.Figure 4 shows the diameter distribution of the sheet body of the branch nanosheet according to an embodiment of the present invention, Figure 5 shows the length distribution of the branches of the branch nanosheet according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 shows the distribution of the branch length of the branch nanosheet according to an embodiment of the present invention. Shows the width distribution of the branches of the branched nanosheet according to an example.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 6 ~ 8㎛의 시트 바디 직경을 갖는 브랜치 나노시트의 비율이 가장 높고, 3 ~ 6㎛의 브랜치 길이를 갖는 브랜치 나노시트의 비율이 가장 높다. 브랜치 너비는 40 ~ 80nm와 80 ~ 120nm의 비율이 비슷하다. 상기 시트 바디의 평균 직경은 약 7.6㎛이고, 상기 브랜치의 평균 길이는 약 6.9㎛이며, 상기 브랜치의 평균 너비는 약 110nm이다. 상기 시트 바디의 평균 직경과 상기 브랜치의 평균 길이가 유사하다.Referring to Figures 4 and 6, the proportion of branch nanosheets having a sheet body diameter of 6 to 8 ㎛ is the highest, and the proportion of branch nanosheets having a branch length of 3 to 6 ㎛ is the highest. Branch widths have similar ratios of 40 to 80 nm and 80 to 120 nm. The average diameter of the sheet body is about 7.6 μm, the average length of the branches is about 6.9 μm, and the average width of the branches is about 110 nm. The average diameter of the seat body and the average length of the branches are similar.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 브랜치 나노시트의 결정 구조를 분석하면 상기 브랜치 나노시트는 격자 간격이 2.4Å인 {111} 평면 지향 면심 입방 구조를 갖는다. 또, 상기 브랜치 나노시트의 표면은 많은 수의 리간드로 덮여 있는데, 이는 브랜치 나노시트 간 접촉 저항을 증가시키고 용액 분산성을 저하시킬 수 있다. 따라서 과잉 리간드를 제거하고 브랜치 나노시트의 분산성을 향상시키기 위해 1-옥탄티올(octanethiol)과의 리간드 교환을 수행할 수 있다. 이에 의해, 브랜치 나노시트 표면의 리간드의 양이 크게 감소하고 용액에서의 분산 안정성이 향상된다.Although not shown in the drawing, analyzing the crystal structure of the branch nanosheet shows that the branch nanosheet has a {111} plane-oriented face-centered cubic structure with a lattice spacing of 2.4 Å. Additionally, the surface of the branch nanosheets is covered with a large number of ligands, which may increase contact resistance between branch nanosheets and reduce solution dispersibility. Therefore, ligand exchange with 1-octanethiol can be performed to remove excess ligand and improve the dispersibility of branched nanosheets. By this, the amount of ligands on the surface of the branch nanosheets is greatly reduced and the dispersion stability in solution is improved.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트의 침투 문턱값(percolation threshold)을 금 나노시트 및 금 나노입자와 비교하여 나타낸다.Figure 7 shows the percolation threshold of branch nanosheets according to an embodiment of the present invention compared to gold nanosheets and gold nanoparticles.
도 7을 참조하면, 브랜치 나노시트(hB-AuNS), 금 나노시트(AuNS), 및 금 나노입자(AuNP)의 침투 문턱값을 측정하기 위해 폴리스티렌과 각 유형의 금 나노 물질을 사용하여 3가지 종류의 나노복합체를 제조하였다. 상기 나노복합체의 제조 공정은 다음과 같다. 먼저, 폴리스티렌과 금 나노물질을 포함하는 혼합 용액을 역용매(메탄올)에 빠르게 주입하여 미세 분말 형태의 폴리스티렌 나노복합체(PNC)를 형성한다. 분말 형태는 전도도 측정에 적합하지 않기 때문에 복합체 분말은 압력과 열을 가하여 필름으로 가공된다. 얻어진 나노복합체는 포함된 나노물질의 유형에 따라 색상이 다양하다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)와 폴리스티렌의 나노복합체(hB-AuNS-PNC)는 암갈색, 금 나노시트와 폴리스티렌의 나노복합체(AuNS-PNC)는 밝은 금색, 금 나노입자와 폴리스티렌의 나노복합체(AuNP-PNC)는 어두운 금색이다. 육안으로 관찰되는 나노복합체 필름의 색상은 균일하다. SEM 이미지는 나노물질이 폴리스티렌 매트릭스에 상당히 균일하게 분포되어 있음을 나타낸다.Referring to Figure 7, to measure the penetration threshold of branch nanosheets (hB-AuNS), gold nanosheets (AuNS), and gold nanoparticles (AuNP), three types of gold nanomaterials were used with polystyrene. A variety of nanocomposites were prepared. The manufacturing process of the nanocomposite is as follows. First, a mixed solution containing polystyrene and gold nanomaterials is quickly injected into an antisolvent (methanol) to form polystyrene nanocomposite (PNC) in the form of a fine powder. Since the powder form is not suitable for conductivity measurements, the composite powder is processed into a film by applying pressure and heat. The resulting nanocomposites vary in color depending on the type of nanomaterial they contain. The nanocomposite of branched nanosheets (hB-AuNS) and polystyrene (hB-AuNS-PNC) is dark brown, the nanocomposite of gold nanosheets and polystyrene (AuNS-PNC) is bright gold, and the nanocomposite of gold nanoparticles and polystyrene (AuNPs) is colored dark brown. -PNC) is dark gold. The color of the nanocomposite film observed with the naked eye is uniform. SEM images show that the nanomaterials are fairly uniformly distributed in the polystyrene matrix.
PNC의 전기전도도는 각 금 나노 물질의 침투 문턱값을 추정하기 위해 나노 물질의 부피 분율(Vf)에 대해 표시되었다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)(1.56vol.%)의 침투 문턱값은 금 나노시트(AuNS)(2.74vol.%) 및 금 나노입자(AuNP)(5.02 vol.%)보다 낮다. hB-AuNS-PNC의 전기전도도는 2.13vol.%의 Vf에서 91S/cm에 도달하는 반면 AuNS-PNC 및 AuNP-PNC는 이 Vf에서 여전히 비전도성이다. 1차원 나노물질은 0차원 또는 2차원 나노물질보다 침투 문턱값이 더 낮다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)의 더 낮은 침투 문턱값은 2차원 몸체에서 돌출된 다수의 긴 1차원 브랜치의 고유한 구조로 설명된다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)에 많은 브랜치가 존재하면 침투 네트워크에서 접촉 접합(contact junctions)이 효과적으로 형성되는 반면 금 나노입자(AuNP)와 금 나노시트(AuNS)는 이러한 접합을 형성할 기회가 적다.The electrical conductivity of PNC was plotted against the volume fraction (Vf) of the nanomaterial to estimate the penetration threshold of each gold nanomaterial. The penetration threshold of branch nanosheets (hB-AuNS) (1.56 vol.%) is lower than that of gold nanosheets (AuNS) (2.74 vol.%) and gold nanoparticles (AuNP) (5.02 vol.%). The electrical conductivity of hB-AuNS-PNC reaches 91 S/cm at V f of 2.13 vol.%, while AuNS-PNC and AuNP-PNC are still non-conductive at this V f . One-dimensional nanomaterials have a lower penetration threshold than zero-dimensional or two-dimensional nanomaterials. The lower penetration threshold of branched nanosheets (hB-AuNS) is explained by their unique structure of multiple long one-dimensional branches protruding from a two-dimensional body. The presence of many branches in branched nanosheets (hB-AuNS) effectively forms contact junctions in the permeate network, whereas gold nanoparticles (AuNPs) and gold nanosheets (AuNS) have less opportunity to form such junctions. .
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 전기전도도를 금 나노시트 복합체와 비교하여 나타낸다. PNC는 복합체 내 나노물질이 고르게 분포되기 때문에 침투 네트워크를 구성하는 데 유용하지만 신축성이 없다. 따라서 신축성 있는 바이오 전극을 제조하기 위해 폴리스티렌 대신 생체적합성 엘라스토머(예를 들어, 의료용 TPU)를 사용한다. TPU 기반 나노복합체(TNC)는 금 나노물질과 TPU의 용액을 금형에서 건조하여 제조된다. 브랜치 나노시트(hB-AuNS)와 TPU의 나노복합체(hB-AuNS-TNC)와 금 나노시트와 TPU의 나노복합체(AuNS-TNC)는 모두 전도성이 있고 신축성이 있지만 세포 독성을 나타내지 않는다.Figure 8 shows the electrical conductivity of a branch nanosheet composite according to an embodiment of the present invention compared to that of a gold nanosheet composite. PNC is useful for constructing a permeable network because the nanomaterials within the composite are evenly distributed, but it is not elastic. Therefore, to manufacture stretchable bioelectrodes, biocompatible elastomers (e.g., medical TPU) are used instead of polystyrene. TPU-based nanocomposites (TNC) are manufactured by drying a solution of gold nanomaterials and TPU in a mold. Both the nanocomposite of branched nanosheets (hB-AuNS) and TPU (hB-AuNS-TNC) and the nanocomposite of gold nanosheets and TPU (AuNS-TNC) are conductive and stretchable but do not exhibit cytotoxicity.
도 8을 참조하면, hB-AuNS-TNC는 전기적 성능 측면에서 AuNS-TNC를 능가한다. hB-AuNS-TNC의 전도도는 조사된 모든 Vf 값에 대해 AuNS-TNC의 전도도보다 높다. Referring to Figure 8, hB-AuNS-TNC surpasses AuNS-TNC in terms of electrical performance. The conductivity of hB-AuNS-TNC is higher than that of AuNS-TNC for all investigated V f values.
도면에 도시되지 않았지만, 약 7vol.%의 Vf에서 hB-AuNS-TNC는 AuNS-TNC보다 더 큰 신축성을 나타낸다. 예를 들어, 약 7.9vol.%의 Vf에서 신축성은 hB-AuNS-TNC 및 AuNS-TNC의 경우 각각 약 200% 및 약 100%이다. 동일한 외부 스트레인 하에서 hB-AuNS-TNC의 저항 변화도 AuNS-TNC의 저항 변화보다 작다.Although not shown in the figure, hB-AuNS-TNC exhibits greater elasticity than AuNS-TNC at a V f of approximately 7 vol.%. For example, at a V f of about 7.9 vol.%, the elasticities are about 200% and about 100% for hB-AuNS-TNC and AuNS-TNC, respectively. Under the same external strain, the resistance change of hB-AuNS-TNC is also smaller than that of AuNS-TNC.
hB-AuNS-TNC를 전도성 필러로 사용하면 브랜치 나노시트(hB-AuNS)의 낮은 침투 문턱값으로 인해 신축성 있는 바이오 전극을 낮은 Vf에서 제조할 수 있다. 예를 들어, hB-AuNS-TNC로 제조되는 바이오 전극은 1.26vol.%의 Vf에서 62S/cm의 전도도와 약 80%의 신축성을 가질 수 있다. 건조하는 동안 나노복합체 용액의 브랜치 나노시트(hB-AuNS)는 용액이 완전히 응고되기 전에 금형 바닥으로 가라앉는다. 따라서, hB-AuNS-TNC는 나노복합체의 바닥 근처에서 더 높은 밀도의 브랜치 나노시트(hB-AuNS)를 포함하며, 나노복합체의 하부가 훨씬 더 효과적으로 침투 네트워크를 형성한다. AuNS-TNC는 Vf가 2.85vol.%에 도달할 때까지 전도성이 없으며, 20% 미만의 스트레인으로 전도성을 잃는다. AuNS-TNC는 Vf가 3.19vol.%로 증가할 때만 hB-AuNS-TNC와 유사한 신축성을 나타내며, 이는 hB-AuNS-TNC에서 사용되는 Vf(1.26vol.%)의 약 2.5배이다. 또, 40%의 반복적인 외부 스트레인을 적용하여 바이오 전극의 전기적 성능의 안정성을 측정하면, hB-AuNS-TNC가 AuNS-TNC보다 더 나은 안정성을 보인다.Using hB-AuNS-TNC as a conductive filler, stretchable bioelectrodes can be fabricated at low V f due to the low penetration threshold of branched nanosheets (hB-AuNS). For example, a bioelectrode made of hB-AuNS-TNC can have a conductivity of 62 S/cm and a stretchability of about 80% at a V f of 1.26 vol.%. During drying, the branched nanosheets (hB-AuNS) in the nanocomposite solution sink to the bottom of the mold before the solution is completely solidified. Therefore, hB-AuNS-TNC contains a higher density of branched nanosheets (hB-AuNS) near the bottom of the nanocomposite, and the bottom of the nanocomposite forms a much more effective permeation network. AuNS-TNC is not conductive until V f reaches 2.85 vol.% and loses conductivity with strain below 20%. AuNS-TNC shows similar elasticity to hB-AuNS-TNC only when V f increases to 3.19 vol.%, which is approximately 2.5 times the V f (1.26 vol.%) used in hB-AuNS-TNC. Additionally, when measuring the stability of the electrical performance of the bioelectrode by applying a repetitive external strain of 40%, hB-AuNS-TNC shows better stability than AuNS-TNC.
바이오 전극에서 백금이 금보다 더 나은 전기화학적 특성을 나타내므로 hB-AuNS@Pt(백금으로 코팅된 브랜치 나노시트)와 TPU의 용액으로 hB-AuNS-TNC의 표면을 처리하여 hB-AuNS-TNC@Pt를 제조하였다. 바이오 전극의 표면 개질을 위해 콜로이드 합성 방법을 사용하여 브랜치 나노시트(hB-AuNS) 위에 백금 껍질을 덮어서 hB-AuNS@Pt를 합성하였다. 그런 다음 hB-AuNS@Pt와 TPU를 포함하는 테트라하이드로퓨란(TF) 용액을 hB-AuNS-TNC의 표면에 코팅하여 hB-AuNS-TNC@Pt를 형성하였다. 이 공정은 전극 표면의 상단에 추가 전도성 필러를 형성하여 전극의 유효 표면적을 증가시킨다.Since platinum exhibits better electrochemical properties than gold in bioelectrodes, the surface of hB-AuNS-TNCs was treated with a solution of hB-AuNS@Pt (platinum-coated branched nanosheets) and TPU to form hB-AuNS-TNC@Pt (branched nanosheets coated with platinum) and TPU. Pt was prepared. To modify the surface of the bioelectrode, hB-AuNS@Pt was synthesized by covering a platinum shell on the branched nanosheet (hB-AuNS) using a colloidal synthesis method. Then, a tetrahydrofuran (TF) solution containing hB-AuNS@Pt and TPU was coated on the surface of hB-AuNS-TNC to form hB-AuNS-TNC@Pt. This process increases the effective surface area of the electrode by forming additional conductive filler on top of the electrode surface.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 전기화학적 임피던스 분석 결과를 나타내고, 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 브랜치 나노시트 복합체의 캐소드 전하 저장 용량(CSCc)을 나타낸다. 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 및 순환 전압전류법(CV) 측정을 수행하여 hB-AuNS@Pt 코팅이 hB-AuNS-TNC에 미치는 영향을 분석할 수 있다.Figure 9 shows the electrochemical impedance analysis results of the branch nanosheet composite according to embodiments of the present invention, and Figure 10 shows the cathode charge storage capacity (CSCc) of the branch nanosheet composite according to embodiments of the present invention. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) measurements can be performed to analyze the effect of hB-AuNS@Pt coating on hB-AuNS-TNCs.
도 9 및 도 10을 참조하면, hB-AuNS-TNC@Pt의 임피던스는 저주파 영역에서 hB-AuNS-TNC의 임피던스보다 약 30배 낮다. hB-AuNS-TNC@Pt의 캐소드 전하 저장 용량(CSCs)은 hB-AuN-TNC(2.6mC/cm2)보다 훨씬 높은 82mC/cm2로 나타난다. Referring to Figures 9 and 10, the impedance of hB-AuNS-TNC@Pt is about 30 times lower than that of hB-AuNS-TNC in the low frequency region. The cathode charge storage capacity (CSCs) of hB-AuNS-TNC@Pt is found to be 82mC/cm 2 , which is much higher than that of hB-AuN-TNC (2.6mC/cm 2 ).
또, hB-AuNS-TNC@Pt를 인산염 완충 식염수(PBS)에서 5분 동안 초음파 처리하여 기계적 안정성을 테스트하였다. 초음파 처리 전후의 hB-AuNS-TNC@Pt의 임피던스 및 캐소드 전하 저장 용량(CSCs)은 크게 변화하지 않는다. SEM 이미지에 따르면 초음파 처리 전후에 전극 표면이 크게 변화하지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 전기화학적 특성은 40% 스트레인 하에서도 유지된다.Additionally, hB-AuNS-TNC@Pt was sonicated in phosphate-buffered saline (PBS) for 5 min to test its mechanical stability. The impedance and cathode charge storage capacity (CSCs) of hB-AuNS-TNC@Pt before and after sonication do not change significantly. According to the SEM images, it can be seen that the electrode surface does not change significantly before and after ultrasonic treatment. These electrochemical properties are maintained even under 40% strain.
생체 내 실험을 통해 전기생리학적 신호 기록을 시연하고 바이오 전극의 전기 자극 성능을 측정하였다. 심전도(ECG), 근전도(EMG) 및 좌골 신경 신호를 기록하고 전기 자극으로 심장 박동을 수행하였다. hB-AuNS-TNC@Pt의 임피던스는 hB-AuNS-TNC의 임피던스보다 낮으며, 이는 고품질 전기 신호 기록을 제공한다. 기록 성능을 정량적으로 평가하기 위해 ECG 신호에서 신호 대 잡음비(SNR)를 계산하였다. hB-AuNS-TNC@Pt의 SNR은 hB-AuNS-TNC의 SNR보다 약 6배 높다. hB-AuNS-TNC@Pt의 기록 성능은 기존의 바늘 전극보다 훨씬 우수하다. 심장의 전기 신호는 지속적인 전기 자극 동안 기록되었다(페이싱 주파수 = 6Hz, 진폭 = 1V, 펄스 폭 = 10ms). 심장 수축은 페이싱 리듬과 성공적으로 동기화되었으며, 바이오 전극의 전기 자극이 심장으로 적절하게 전달됨을 보여준다. 쥐의 왼발에 플라스틱 핀셋으로 찌르는 과정에서 좌골 신경의 전기 신호가 유발되고 바이오 전극에 의해 성공적으로 기록된다. EMG 신호는 왼쪽 뒷다리의 허벅지 근육에서 측정되었다. 걷는 동안 활발한 신호가 감지되지만 휴식 중에는 전기 신호가 보이지 않는다.Through in vivo experiments, electrophysiological signal recording was demonstrated and the electrical stimulation performance of the bioelectrode was measured. Electrocardiogram (ECG), electromyography (EMG) and sciatic nerve signals were recorded and heart rate was performed with electrical stimulation. The impedance of hB-AuNS-TNC@Pt is lower than that of hB-AuNS-TNC, which provides high-quality electrical signal recording. To quantitatively evaluate the recording performance, the signal-to-noise ratio (SNR) was calculated from the ECG signal. The SNR of hB-AuNS-TNC@Pt is about 6 times higher than that of hB-AuNS-TNC. The recording performance of hB-AuNS-TNC@Pt is much better than that of conventional needle electrodes. Electrical signals of the heart were recorded during continuous electrical stimulation (pacing frequency = 6 Hz, amplitude = 1 V, pulse width = 10 ms). Heart contractions were successfully synchronized with the pacing rhythm, showing that electrical stimulation from the bioelectrodes was properly transmitted to the heart. During the process of pricking the rat's left paw with plastic tweezers, electrical signals from the sciatic nerve were evoked and successfully recorded by the bioelectrode. EMG signals were measured from the thigh muscles of the left hind limb. Active signals are detected while walking, but no electrical signals are visible during rest.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, we have looked at specific embodiments of the present invention. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
Claims (16)
상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함하고,
상기 시트바디는 중앙에서 가장자리로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트.seat body; and
Includes a plurality of branches connected to the seat body,
The sheet body is a branch nanosheet characterized in that the thickness increases from the center to the edge.
상기 브랜치 나노시트는 금 전구체, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여 반응을 수행하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트.According to claim 1,
The branch nanosheet is characterized in that it is formed by performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent.
상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트. According to claim 2,
The branched nanosheet is characterized in that the surfactant includes a cationic surfactant and an anionic surfactant.
상기 시트 바디는 6.2 ~ 8.2㎛의 직경(크기)을 갖고,
상기 브랜치는 3.3 ~ 10.2㎛의 길이와 79 ~ 127nm의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트.According to claim 1,
The sheet body has a diameter (size) of 6.2 to 8.2㎛,
The branch nanosheet is characterized in that the branch has a length of 3.3 ~ 10.2㎛ and a width of 79 ~ 127nm.
상기 브랜치 나노시트는 그 표면에 형성된 백금 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트.According to claim 1,
The branch nanosheet is characterized in that the branch nanosheet further includes a platinum coating layer formed on its surface.
상기 반응에 의해 브랜치 나노시트가 형성되고,
상기 브랜치 나노시트는 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함하며,
상기 시트 바디는 중앙에서 가장자리로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트의 형성 방법.Comprising the step of performing a reaction by mixing a gold precursor, a surfactant, and a reducing agent,
Branch nanosheets are formed through the above reaction,
The branched nanosheet includes a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body,
A method of forming a branch nanosheet, wherein the sheet body becomes thicker from the center to the edge.
상기 혼합 단계는,
상기 금 전구체와 상기 계면활성제를 혼합하여 반응 용액을 형성하는 단계, 및
상기 반응 용액에 상기 환원제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트의 형성 방법.According to claim 7,
The mixing step is,
mixing the gold precursor and the surfactant to form a reaction solution, and
A method of forming branched nanosheets, comprising adding the reducing agent to the reaction solution.
상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트의 형성 방법.According to claim 7,
A method of forming a branched nanosheet, wherein the surfactant includes a cationic surfactant and an anionic surfactant.
상기 금 전구체는 하이드로젠 테트라클로로아우레이트(Ⅲ)를 포함하고,
상기 계면활성제는 PDDA(poly(diallyldimethylammonium chloride), CTAB(cetrimonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate), 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)를 포함하며,
상기 환원제는 아스코르브산(ascorbic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트의 형성 방법. According to claim 7,
The gold precursor includes hydrogen tetrachloroaurate (III),
The surfactant includes poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), cetrimonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS), and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS).
A method of forming branched nanosheets, wherein the reducing agent includes ascorbic acid.
상기 반응에 의해 형성된 브랜치 나노시트의 리간드를 교환하는 단계를 더 포함하는 브랜치 나노시트의 형성 방법.According to claim 7,
A method of forming a branch nanosheet further comprising the step of exchanging the ligand of the branch nanosheet formed by the reaction.
상기 리간드 교환 단계는,
상기 브랜치 나노시트에 옥탄티올(octanethiol)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브랜치 나노시트의 형성 방법.According to claim 11,
The ligand exchange step is,
A method of forming a branch nanosheet, comprising providing octanethiol to the branch nanosheet.
상기 고분자층에 분산된 브랜치 나노시트를 포함하고,
상기 브랜치 나노시트는, 시트 바디 및 상기 시트 바디에 연결된 복수 개의 브랜치를 포함하며,
상기 시트 바디는 중앙에서 가장자리로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 나노복합체.polymer layer; and
Comprising branch nanosheets dispersed in the polymer layer,
The branch nanosheet includes a sheet body and a plurality of branches connected to the sheet body,
The sheet body is a nanocomposite characterized in that the thickness increases from the center to the edge.
상기 브랜치 나노시트는 금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노복합체.According to claim 13,
A nanocomposite, characterized in that the branch nanosheet is formed of gold.
상기 브랜치 나노시트는 그 표면에 형성된 백금 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합체.According to claim 14,
The branch nanosheet is a nanocomposite characterized in that it further includes a platinum coating layer formed on its surface.
상기 고분자층은 폴리우레탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노복합체.According to claim 13,
A nanocomposite, characterized in that the polymer layer is formed of polyurethane.
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