KR20090123578A - Fabrication of molecularly imprinted 1-hydroxypyrene using sol-gel precess in spin-coated tio2-gel nanofilms - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피렌(Pyrene)의 대사산물인 1-히드록시 피렌(1-hydroxypyrene ; 1-피레놀, 1-OHP)을 인식할 수 있는 나노박막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다환 방향족 탄화수소(PAH)의 노출·평가를 위해 요(尿) 중 1-OHP를 측정하기 위한 센서용 1-OHP 인식 나노박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano thin film that can recognize 1-hydroxypyrene (1-hydroxypyrene; 1-pyrenol, 1-OHP), a metabolite of pyrene, and more particularly, to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). The present invention relates to a 1-OHP recognizing nano thin film for a sensor for measuring 1-OHP in urine for exposure and evaluation of a) and a method of manufacturing the same.
다환 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon ; PAH)는 유기물질의 불완전 연소에 의해 발생하는 것으로 대기 오염물질의 대표적인 것이다. 상기의 PAH에 거의 모든 사람들이 직업적 또는 비직업적으로 노출되어 있다. 이러한 다양한 종류의 PAH 노출 여부를 직접 검사 또는 평가한다는 것은 현실적으로는 어렵기 때문에 일반적으로는 피렌(Pyrene)의 대사산물인 1-히드로피렌(1-피레놀, 1-OHP)을 소변(요)에서 측정하여 전반적인 PAH의 노출여부 및 정도를 평가하는 방법을 사용하고 있다.Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are caused by incomplete combustion of organic materials and are representative of air pollutants. Almost everyone is exposed to occupational or non-professional exposure to PAH. Directly examining or evaluating these various types of PAH exposure is practically difficult, so 1-hydropyrene (1-pyrenol, 1-OHP), a metabolite of pyrene, is commonly Measurements are used to assess the overall exposure and extent of PAH.
요 중 1-OHP의 측정을 액체 크로마토 그래피(HPLC)와 형광 검출기를 이용하 여 측정하는 방법이 1994년도에 Jongeneelene 등에 의하여 개발되어 사용되고 있으나, 상기방법을 사용하기 위해서는 고가의 장비인 상기 HPLC 장치가 구비되어야 하고 분석자체가 일반인들이 쉽고 간단하게 할 수 있는 방법이 아니며, 또한 모든 장비와 인력이 구비된다 하더라도 다량의 PAH에 노출되지 않은 개체 시료인 경우에는 검출되지 않는 경우가 많은 등 많은 단점을 갖고 있는 방법이다.Although the method of measuring 1-OHP by using liquid chromatography (HPLC) and a fluorescence detector was developed in 1994 by Jongeneelene et al., The HPLC apparatus, which is an expensive equipment, is provided to use the method. The analysis itself is not an easy and simple way for the general public, and even if all the equipment and manpower is provided, it is often not detected in the case of a subject sample not exposed to a large amount of PAH. It is a way.
따라서 보다 간편하면서도 측정비용이 저렴한 방법으로는 센서를 이용한 1-OHP 측정방법을 개발하려는 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.Therefore, efforts have been made to develop a 1-OHP measurement method using a sensor as a simpler and cheaper method.
한편, 분자 임프린팅(Molecular imprinting)방법은 인공의 고분자 매트릭스 내에 분자인식 기능을 도입하는 기술로써, 주형분자(Template Molecule)를 단량체 및 가교제의 존재 하에 중합시킨 후, 적절한 방법을 사용하여 주형분자를 제거하여 매트릭스 내에 주형분자를 인식할 수 있는 3차원적인 분자인식 공간(Molecular recognition cavities)을 만드는 방법이다(도 1 참조). 이러한 기술은 인공의 수용체를 만드는 기술로써 생체에서 일어나는 물질이동, 신경계의 신호전달, 효소의 촉매작용, 항원에 대한 항체의 면역기능, DNA 유전정보 전달 등과 같은 생화학적 작용을 응용한 기술이다. 이렇게 제작된 분자 임프린팅 재료는 크로마토그래피 흡착제, 분리막, 센서, 촉매 등에 광범위하게 응용되고 있다.On the other hand, molecular imprinting is a technique for introducing molecular recognition functions into an artificial polymer matrix, and polymerizes template molecules in the presence of monomers and crosslinking agents, and then uses appropriate methods to form template molecules. This method is used to create three-dimensional molecular recognition cavities that can recognize template molecules in the matrix (see FIG. 1). This technology is a technique for making artificial receptors, which apply biochemical effects such as mass transfer in the living body, signaling of the nervous system, catalysis of enzymes, immune function of antibodies to antigens, and delivery of DNA genetic information. The molecular imprinting material thus produced is widely applied to chromatographic adsorbents, separators, sensors, catalysts, and the like.
상기와 같은 분자 임프린팅 방법을 이용해 요 중 1-OHP를 인식할 수 있는 인식 막이 다양하게 개발되어 왔는데, 예를 들어 *Krisch N, Hart JP, Bird DJ, Luxton Rw, McCalley DV 등은 Analyst. 2001. 126(11) : 1936~41에서 디비닐벤 젠(Divinylbenzene)의 수지를 이용하여 1-OHP에 대한 인식 막의 개발을 발표한 바 있으나, 여기서는 수지를 사용하기 때문에 제작방법이 복잡하고 따라서 경제적이지 못하며 특히 수지를 사용하기 때문에 나노 수준의 막 두께로 조절하기가 용이하지 않고 열적 안정성과 유연성을 갖지 못한다는 단점이 있었다.A variety of recognition membranes capable of recognizing urine 1-OHP have been developed using the molecular imprinting method as described above. For example, * Krisch N, Hart JP, Bird DJ, Luxton Rw, McCalley DV, and the like are Analyst. 2001. 126 (11): In 1936 ~ 41, the development of recognition film for 1-OHP using Divinylbenzene resin was announced.However, since the resin is used, the manufacturing method is complicated and therefore economical. In particular, since the resin is used, it is not easy to control to the nano-level film thickness, and has a disadvantage in that it does not have thermal stability and flexibility.
또 다른 선행기술로는 Nicole korsch, Kevin C, Honeychurch, John P Hart, Michael J, Whitcombe 등이 Electroanalysis 2004, 17(7) ; 571~578에서 발표한 기술이 있는데, 여기서는 수지 임프린트 된 막을 이용하여 요 중 1-OHP 농도를 전위차를 이용한 방법으로 측정하는 것을 제안하고 있으나, 이 기술 역시 상기에서와 같이 수지(Polymer)를 사용하는데 따른 문제점을 극복하지 못하고 있다.Another prior art includes Nicole korsch, Kevin C, Honeychurch, John P Hart, Michael J, Whitcombe et al. Electroanalysis 2004, 17 (7); There is a technique disclosed in 571-578. Here, it is proposed to measure urinary 1-OHP concentration using a potential difference method using a resin imprinted film, but this technique also uses a polymer as described above. The problem is not overcome.
또한, Yang DH, JU Mj, Maeda A, Hayashi K, Toko K, Lee SW, Kunitake T 등은 Biosens Bioelectron 2006. 15 ; 22(3) ; 388~392에서 Sol-gel Process를 이용하여 시클로덱스트린(cyclodextrin)의 분자 공극을 이용하여 수용액 중에서 환경 호르몬을 검출하는 초미세 박막을 제조하는 것을 제안하고 있으나 본 발명에서 추구하는 1-OHP 인식 박막과는 그 추구하고자 하는 것이 상이하고 또한 제조방법에서도 서로 다른 기술이다.In addition, Yang DH, JU Mj, Maeda A, Hayashi K, Toko K, Lee SW, Kunitake T, et al. Biosens Bioelectron 2006. 15; 22 (3); In 388 ~ 392, it is proposed to manufacture ultrafine thin films for detecting environmental hormones in aqueous solution using molecular pores of cyclodextrin using the Sol-gel process, but the 1-OHP recognition thin film pursued by the present invention and Is a different technique to pursue, and also a different technique in the manufacturing method.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하여 PAH의 노출지표인 요 중 1-OHP의 측정센서에 사용하기 위한 1-OHP를 인식할 수 있는 나노박막과 그 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above to provide a nano-thin film that can recognize 1-OHP for use in the 1-OHP measuring sensor of the urine exposure indicator of PAH and its manufacturing method. have.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the object of the present invention as described above,
기반으로 사용하는 고체 지지체를 전처리하는 단계(S1) ;Pretreatment of the solid support to be used as a base (S1);
금속산화물과 1-히드록시 피렌을 에탄올과 톨루엔의 혼합용액에서 교반하여 복합착체를 제조하는 단계(S2) ; 그리고 상기단계(S1)에서 전처리 된 석영판 위에 상기단계(S2)에서 제조된 복합착체 용액을 스핀 코팅하여 박막을 제조하는 단계(S3)로 구성되는, 요 중 1-OHP 측정센서용 1-OHP 인식 나노박막의 제조방법을 제공한다.Preparing a complex complex by stirring a metal oxide and 1-hydroxy pyrene in a mixed solution of ethanol and toluene (S2); And 1-OHP for urine 1-OHP measuring sensor consisting of a step (S3) consisting of a step (S3) of spin coating the complex solution prepared in the step (S2) on the pre-treated quartz plate in the step (S1) to produce a thin film It provides a method for producing a recognition nano thin film.
본 발명에서는 또한 상기단계(S3) 후에 박막을 가수분해 한 다음 수용액을 이용하여 주형분자를 제거하는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include the step (S4) of hydrolyzing the thin film after the step (S3) and then removing the template molecule using an aqueous solution.
상기단계(S1)에서의 고체 지지체는 스핀코팅이 가능한 것이면 모두 사용할 수 있고 예를 들어, 실리콘 와이퍼, 초미세진동자(QCM)센서, 백금이나 금판 등의 금속판, 석영판유리, 기타 플라스틱 등을 사용할 수 있다. The solid support in the step (S1) can be used as long as the spin coating is possible, for example, a silicon wiper, ultra fine oscillator (QCM) sensor, a metal plate such as platinum or gold plate, quartz plate glass, other plastics, etc. can be used. have.
상기단계(S1)에서의 고체 지지체, 예를 들어 석영판 전처리는 증류수와 에탄올로 세척한 후 1~2% KOH 용액에서 20~40여분 초음파 처리 후 다시 증류수로 세척하고 건조, 바람직하게는 질소가스를 이용하여 건조한다. 여기서 고체의 지지체 ((예) 실리콘와이퍼, 석영, 유리등)은 KOH 용액으로 처리하면 표면에 활성을 뛴 수소(H)나 하이드록실 그룹(OH)이 형성되어, 금속알콕사이드와 화학적 졸-겔 반응이 가능하다. 일반적으로 고체의 지지체 중 플라스틱류는 플라즈마 처리 후, 금속기반 (금,백금, 알루미늄,은 등)은 자기조립단 단분자막(self-assemble monolayer)을 이 용하여 표면 처리한 후 사용한다(Ichinose. I, et al, Langmur 2003,19, 3883-3888 Lee. S-W, et al, Sens Actuators B,2005,104,35-42). 초음파 처리는 1분 이상으로 특별히 상·하한 값은 없으며, 질소가스사용은 비활성 기체로써 기반에 영향을 주지 않고 수분을 제거하기 위함이다.The solid support, for example, quartz plate pretreatment in the step (S1) is washed with distilled water and ethanol and then sonicated for 20 to 40 minutes in a 1 ~ 2% KOH solution, washed again with distilled water and dried, preferably nitrogen gas Dry using. The solid support (eg, silicon wiper, quartz, glass, etc.) is treated with KOH solution to form active hydrogen (H) or hydroxyl group (OH) on the surface, and reacts with metal alkoxide and chemical sol-gel. This is possible. Generally, plastics in solid supports are used after plasma treatment, and metal bases (gold, platinum, aluminum, silver, etc.) are used after surface treatment using a self-assembled monolayer (Ichinose. I, I. et al, Langmur 2003, 19, 3883-3888 Lee. SW, et al, Sens Actuators B, 2005, 104, 35-42). The sonication is no more than one minute, with no upper and lower values, and the use of nitrogen gas is an inert gas to remove moisture without affecting the base.
또한 상기단계(S3) 후의 가수분해 과정은 물을 첨가함으로써 알콕사이드 그룹(OR)을 하이드록실 그룹(hydroxyl groups(OH))으로 치환하는 과정으로 대부분의 조건하에서 물(수분)의 존재하에 가수분해가 일어난다. 본 방법은 스핀 코팅한 금속산화물 박막의 일반적인 가수분해 방법으로(Yang. D.-H., et al, Chemistry Letters, 2005, 34(12), 1686-1687; Hashhizume. M., et al, Langmuir, 2003, 19, 10172-10178) 일정습도에서 온도를 증가함으로써 가수분해 속도를 증가시킬 수 있다. 그러나 고온에서는 금속산화물의 응축에 의한 분자인식 사이트의 손실을 야기 하기 때문에 본, 실험에 적정한 가수분해 조건으로는 습도는 50~100%, 온도 20~80℃의 범위에서 3시간 이상으로 충분하다.In addition, the hydrolysis process after the step (S3) is a process of replacing the alkoxide group (OR) with hydroxyl groups (OH) by the addition of water in the presence of water (moisture) under most conditions. Happens. This method is a general hydrolysis method of spin coated metal oxide thin film (Yang. D.-H., et al, Chemistry Letters, 2005, 34 (12), 1686-1687; Hashhizume. M., et al, Langmuir , 2003, 19, 10172-10178) It is possible to increase the rate of hydrolysis by increasing the temperature at constant humidity. However, at high temperatures, the loss of molecular recognition sites due to the condensation of the metal oxides causes humidity of 50 to 100% and a temperature of 20 to 80 ° C for at least 3 hours.
또한 상기단계(S2)에서의 복합착체 제조에서 에탄올과 톨루엔의 혼합비는 부피비로 약 1 : 1로 함이 바람직하고 혼합용액의 온도는 약 20~30℃로 하여 약 4~8시간 교반함이 바람직하다. 이는 금속알콕사이드는 반응성이 좋고용액 중에서 M-O-M결합의 금속산화물 중합체 또는 금속산화물 겔의 전구체를 만든다. 에탄올과 톨루엔의 혼합액은 금속알콕사이드 복합 착체의 균질용액 제조용으로 사용하였다. 에탄올과 톨루엔의 부피비는 10 : 0 ~ 0 : 10의 범위에서도 사용 가능 하며 기타 알코올류나 금속산화물이 용해되는 다른 용매을 사용하여도 가능하다. 본 연구에 사용 된 혼합 용매의 부피비는 금속산화물로 티탄부톡사이드를 이용한 경우로 균질용매로써 에탄올과 비극성용매인 톨루엔의 비를 1:1로 하여 금속알콕사이드의 치환반응 및 주형분자의 용해성을 증가시키기 위함이다.In addition, the mixing ratio of ethanol and toluene in the preparation of the complex in step (S2) is preferably about 1: 1 in volume ratio, and the temperature of the mixed solution is preferably about 20-30 ° C., which is then stirred for about 4-8 hours. Do. This metal alkoxide is highly reactive and forms a precursor of a metal oxide polymer or metal oxide gel of M-O-M bond in a solution. A mixed solution of ethanol and toluene was used for preparing a homogeneous solution of the metal alkoxide complex complex. The volume ratio of ethanol and toluene can be used in the range of 10: 0 ~ 0: 10 and other solvents in which other alcohols or metal oxides are dissolved may be used. The volume ratio of the mixed solvent used in this study is the case where titanium butoxide is used as the metal oxide, and the ratio of ethanol and toluene, a nonpolar solvent, is 1: 1 as a homogeneous solvent to increase the substitution reaction of metal alkoxide and the solubility of template molecules. For sake.
또한, 복합 착체 혼합용액의 온도가 20~30℃인 이유는 실온에서 착체 형성이 가능하기 때문으로 온도를 높이거나 낮춤으로써 에너지를 손실할 이유가 없기 때문이며, 교반 시간이 4~8시간인 이유는 시간이 너무 짧은 경우는 착체 형성이 완벽하게 일어나지 않을 가능성과 너무 길 경우에는 잔존하는 극소량의 수분에 의하여 가수분해가 점점 일어남으로써 복합 착체 용액 중에서 금속 산화물의 콜로이드 입자가 형성되어 균일한 나노박막을 만드는데 방해가 되기 때문이다(Yang. D.-H., et al, Chemistry Letters, 2005, 34(12), 1686-1687).In addition, the temperature of the complex complex mixture solution is 20 to 30 ℃ because the complex can be formed at room temperature because there is no reason to lose energy by increasing or decreasing the temperature, the reason for the stirring time is 4 to 8 hours If the time is too short, complex formation does not occur perfectly, and if it is too long, hydrolysis is caused by a small amount of residual water, forming colloidal particles of metal oxides in the complex complex solution to form a uniform nano thin film. Because it interferes (Yang. D.-H., et al, Chemistry Letters, 2005, 34 (12), 1686-1687).
또한 상기단계(S3)에서의 스핀코팅은 석영판 위에 복합착체 용액 약 7~13㎕를 기준으로 하여 20~30℃에서 4000rpm으로 약 30초~2분간 행함이 바람직하다.In addition, the spin coating in the step (S3) is preferably performed for about 30 seconds to 2 minutes at 4000rpm at 20 ~ 30 ℃ based on about 7 ~ 13㎛ complex complex solution on a quartz plate.
여기서 스핀코팅은 장치가 간단하고 막의 두께를 균일하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용액의 점도, 기반의 회전속도를 조절함으로써 막의 두께를 조절할 수 있다. 온도가 20~30℃인 이유는 실온에서 질소의 분위기 하에(대기중의 수분에 의해 가수분해를 막기 위해) 막을 형성하기 위함(불필요한 에너지 사용 억제)이며, 3000rpm 이상에서는 막의 두께에 커다란 영향을 미치지 않기 때문에 4000rpm에서 30초 정도이면 균일 나노박막을 제작할 수가 있다.Here, spin coating is simple and the device can not only obtain the thickness of the film uniformly, but also the thickness of the film by controlling the viscosity of the solution and the rotational speed of the substrate. The reason for the temperature of 20-30 ° C is to form the membrane under nitrogen atmosphere (to prevent hydrolysis by moisture in the air) at room temperature (to suppress unnecessary use of energy) and to have a great influence on the thickness of the membrane above 3000 rpm. Therefore, a uniform nano thin film can be produced in about 30 seconds at 4000 rpm.
또한 상기단계(S4)에서의 주형분자제거는 상기단계(S3)에서 제조된 박막을 약 20~30℃, 80~95% 습도의 항온, 항습기에서 10~15시간 가수분해 한 다음, 1~2% NH3수용액을 이용하여 제거함이 바람직하다.In addition, the removal of the template molecules in the step (S4) is about 20 ~ 30 ℃, 80 ~ 95% humidity constant temperature, hydrolysis of the thin film prepared in the step (S3) for 10 to 15 hours, then 1-2 It is preferable to remove using a% NH 3 aqueous solution.
상기에서 온도가 20~30℃인 이유는 실온에서 막을 형성하기 위함(불필요한 에너지 사용 억제)이며, 충분한 습도와 시간에서 금속산화물이 가수분해와 중합반응을 거쳐 안정한 매트릭스를 형성하기 위함이다(실험에 적정한 가수분해 조건으로는 습도는 50~100%, 온도 20~80℃의 범위에서 3시간 이상으로 충분하다). 또한 금속산화물과 주형분자 사이의 공유결합, 수소결합 그리고 소수적 상호작용을 암모니아 수용액으로 쉽게 분해 시킬 수 있다(Lee. S-W, et al, Sens Actuators B,2005,104,35-42).The reason why the temperature is 20 to 30 ° C. is for forming a film at room temperature (suppressing unnecessary use of energy) and for forming a stable matrix through hydrolysis and polymerization reaction at a sufficient humidity and time (in experiments). As appropriate hydrolysis conditions, the humidity is 50 to 100%, a temperature of 20 to 80 ° C is sufficient for 3 hours or more). In addition, covalent, hydrogen and hydrophobic interactions between metal oxides and template molecules can be readily decomposed into aqueous ammonia solutions (Lee. S-W, et al, Sens Actuators B, 2005, 104, 35-42).
또한 상기단계(S1)와 (S2)는 동시에 진행될 수도 있고 단계(S2)가 단계(S1)보다 먼저 진행될 수도 있다.In addition, the step (S1) and (S2) may proceed simultaneously or step S2 may proceed before step (S1).
본 발명에 의하면, 요 중 1-OHP를 인식할 수 있는 나노박막을 제공함으로써, 이를 이용한 1-OHP 측정센서 개발에 용이하게 이용할 수 있게 된다. 대기오염 물질인 PAH에의 노출은 발암작용 외에도 각종 호흡기 질환을 유발하는 등 국민보건에 미치는 영향이 매우 심각한데, 개개인의 PAH 노출 여부를 평가, 측정할 수 있다면 이러한 질병을 사전에 예방할 수 있을 것인데, 본 발명의 나노박막 제공으로 피렌의 대사산물인 1-OHP를 인간의 요로부터 측정할 수 있어서 전반적인 PAH의 노출정도를 측정·평가 할 수 있는 기기 개발에 용이하게 적용할 수 있게 된다. 또한 요 중 1-OHP를 HPLC로 분석하기 위한 프레-콜룸(Pre-column) 충진제로의 이용도 가능 한데 이는 소변 중에 함유된 1-OHP를 농축시키는 효과를 가져오므로 현재 측정방법으로 검출이 안 되는 PAH에의 저 노출 시료에도 측정이 가능해질 수 있는 효과도 기대된다.According to the present invention, by providing a nano-thin film that can recognize 1-OHP in the urine, it can be easily used in the development of 1-OHP measuring sensor using the same. In addition to carcinogenic effects, exposure to PAH, an air pollutant, causes serious respiratory diseases.It can be prevented in advance if an individual can evaluate and measure the exposure of PAH. The nano-thin film of the present invention enables the measurement of 1-OHP, a metabolite of pyrene, from human urine, making it easy to develop devices that can measure and evaluate overall PAH exposure. It can also be used as a pre-column filler for HPLC analysis of 1-OHP in urine, which has the effect of concentrating 1-OHP in urine. The effect of being able to measure even a low exposure sample to the PAH is expected.
이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. The following examples are intended to illustrate the present invention in more detail, but do not limit the present invention thereto.
본 발명의 초미세 나노박막에 이용한 1-OHP과 선택성 실험에 이용한 피렌(pyrene) 및 1-피렌카르복실(1-Pyrenecarboxylic acid)의 구조는 도 2와 같다. 또한 초미세 나노박막의 제조과정은 도 3과 같았다.The structure of 1-OHP used for the ultra-fine nano thin film of the present invention and pyrene and 1-pyrenecarboxylic acid (1-Pyrenecarboxylic acid) used in the selectivity experiment are shown in FIG. 2. In addition, the manufacturing process of the ultra-fine nano thin film was as shown in FIG.
[실시예 1] 1-OHP-TiO2 복합박막 및 1-OHP 인식 박막의 제조.Example 1 Preparation of a 1-OHP-TiO 2 Composite Thin Film and a 1-OHP Recognition Thin Film.
(1) 기반의 전처리(1) based pretreatment
황산(H2SO4 96.0%)으로 세척한 석영판을 기반으로 사용하기 위해 증류수와 에탄올에 충분히 세척한 후, 1% KOH(EtOH : H2O = 3 : 2, v/v) 용액에 30분간 초음파 처리하였다. 다시 증류수로 충분히 세척한 다음, 질소 가스를 이용하여 건조하고 초미세 분자 인식 나노박막 제작에 사용 하였다.After sufficient washing in distilled water and ethanol for use on the quartz plate washed with sulfuric acid (H 2 SO 4 96.0%), 30 in 1% KOH (EtOH: H 2 O = 3: 2, v / v) solution It was sonicated for a minute. After washing sufficiently with distilled water again, it was dried using nitrogen gas and used for ultrafine molecular recognition nano thin film production.
(2) 복합박막 및 인식박막의 제조 (2) Preparation of composite thin film and recognition thin film
200mM Ti(O-nBu)4와 5mM 1-Hydroxypyrene 또는 10mM 1-Hydroxypyrene을 에탄올 : 톨루엔(1 : 1, v/v) 혼합용액에 25℃에서 6시간 이상 교반하며 복합 착체를 제조 하였다. 상기 전 처리한 석영판 위에 제조된 복합 착체 용액 10uL를 25℃, 4000rpm에서 1분간 스핀코팅 하여 복합 박막을 제조하였다. 제조된 복합 박막을 25℃, 90% 습도의 항온, 항습기에서 12시간 이상 가수분해를 시킨 후, 1% NH3(w/v) 수용액을 이용하여 주형분자를 제거하였다. 주형분자의 도입 및 제거는 UV-vis spectrometer (Perkin Elmer, Lambda 35)을 이용하여 확인 하였다. 스핀 코팅 방법으로 제조된 200mM Ti(O-nBu)4 박막(controlled film) 및 200mM Ti(O-nBu)4/ 10mM 1-OHP 복합박막을 1% NH3 수용액 처리 전·후의 표면 morphology를 atomic force microscopy(AFM, noncontact mode, Scaning Probe Micoscope JSPM-5200, JEOL)을 이용하여 관찰하였다.200mM Ti (O- n Bu) 4 and 5mM 1-Hydroxypyrene or 10mM 1-Hydroxypyrene in a ethanol: toluene (1: 1, v / v) solution was stirred at 25 ℃ for 6 hours or more to prepare a complex complex. 10uL of the complex complex solution prepared on the pretreated quartz plate was spin coated at 25 ° C. and 4000 rpm for 1 minute to prepare a composite thin film. After the composite thin film was hydrolyzed at 25 ° C., 90% humidity, a humidifier for at least 12 hours, template molecules were removed using a 1% NH 3 (w / v) aqueous solution. Introduction and removal of template molecules were confirmed using a UV-vis spectrometer (Perkin Elmer, Lambda 35). The 200mM Ti (O- n Bu) prepared by spin coating a thin film 4 (film controlled) and 200mM Ti (O- n Bu) 4 / a 10mM 1-
또한 같은 조건 하에서 200mM Ti(O-nBu)4 만을 사용한 박막 및 1-Pyrenecarboxylic acid를 주형분자로 복합박막을 제작하여 주형분자의 선택성 실험에 이용하였다. 각각의 나노 필름은 3개 이상 제작하여 실험에 이용하였다.In addition, under the same conditions, a composite thin film using only 200mM Ti (O- n Bu) 4 and 1-Pyrenecarboxylic acid as a template molecule were used for the experiment of selectivity of the template molecule. Each nano-film was made three or more used in the experiment.
[실시예 2] 복합박막 및 인식박막의 확인Example 2 Confirmation of Composite Thin Film and Recognition Thin Film
실험 예 1 (1-OHP-TiOExperimental Example 1 (1-OHP-TiO 22 복합박막) Composite thin film)
스핀코팅 방법으로 제조된 TiO2 및 1-Hydroxypyrene-TiO2 복합박막의 UV-vis 스펙트럼을 도 4에 나타내었다. UV-vis spectra of the TiO 2 and 1-Hydroxypyrene-TiO 2 composite thin films prepared by the spin coating method are shown in FIG. 4.
도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 박막의 제조에 사용한 혼합용액 중 1-Hydroxypyrene 주형분자의 농도에 비례하여, 242nm 부근의 pyrene 유래의 흡광도가 규칙적으로 증가 하였다. UV-vis 스펙트럼의 결과로부터 스핀코팅방법으로 제작한 박막 중에 주형분자가 안정적으로 도입됨을 확인할 수 있었다. As can be seen in the figure, the absorbance derived from pyrene in the vicinity of 242 nm was regularly increased in proportion to the concentration of 1-Hydroxypyrene template molecules in the mixed solution used to prepare the thin film. From the results of the UV-vis spectrum, it was confirmed that the template molecules were stably introduced into the thin film prepared by the spin coating method.
실험 예 2 (1-Experimental Example 2 (1- OHPOHP 인식 박막) Recognition thin film)
도 5는 10mM 1-Hydroxypyrene 200mM TiO2 복합박막을 1% NH3 수용액을 처리하여 성공적으로 주형분자(1-OHP)가 제거되는 것을 보여준다. 제거되는 정도는 UV-vis 스펙트럼을 측정하여 판정하였다. 30분의 탈착 조작으로 242nm 부근의 피크가 거의 모두 사라지는 것을 확인하여 복합박막에서 주형인 1-OHP 분자가 모두 제거됨을 알 수 있다. 이 결과로써 1-OHP를 인식할 수 있는 박막 상의 구조가 성공적으로 생성되었음을 알 수 있다.FIG. 5 shows that the template molecules (1-OHP) were successfully removed by treating a 10 mM 1-
실험 예 3 (1-OHP 인식 능력)Experimental Example 3 (1-OHP Recognition Ability)
도 6은 10mM 1-OHP 200mM TiO2 복합박막을 1% NH3 수용액을 이용하여 주형분자를 제거한 후, 3mM 1-OHP/Acetonitrile 용액을 박막에 가하여 제조한 박막이 1- OHP를 인식하는지에 대한 여부를 UV-vis 스펙트럼을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 주형분자의 재결합에 의하여 242nm 부근의 1-OHP의 흡수가 흡착시간의 증가와 함께 증가하였고 약 20분 정도에 포화에 도달함을 확인할 수 있었다. 이로써 본 발명에서의 초미세 나노박막은 1-OHP를 성공적으로 인식함을 알 수 있었다.FIG. 6 shows that 10mM 1-OHP 200mM TiO 2 composite thin film was removed by using a 1% NH 3 aqueous solution and then the 3mM 1-OHP / Acetonitrile solution was added to the thin film to recognize 1-OHP. It shows whether the result measured by using the UV-vis spectrum. By recombination of the template molecules, the absorption of 1-OHP near 242 nm increased with the increase of adsorption time and reached saturation in about 20 minutes. As a result, it was found that the ultrafine nano-thin film of the present invention successfully recognizes 1-OHP.
[실시예 3] 안정성 및 선택성 확인Example 3 Check Stability and Selectivity
실험 예 1 (1-OHP 인식 박막의 안정성)Experimental Example 1 (Stability of 1-OHP Recognized Thin Film)
제조된 복합 박막을 25℃, 90% 습도의 항온·항습기에서 12시간 이상 가수분해 시킨 후 AFM을 관찰한 결과, TiO2 겔 필름(gel film)(도 7a참조), 1-OHP-TiO2 겔 필름(gel film)(도 7b참조) 모두 표면은 매우 평활하고 균일 하였다. TiO2 겔(gel)박막의 제곱 평균 제곱근(root-mean-sequare(RMS)) 조도(roughness)는 0.183nm, 1-OHP-TiO2 겔(gel)복합박막의 RMS 조도는 0.211nm 이었다. 또한 1% NH3 수용액 처리 후, 관찰한 결과 TiO2 겔(gel) 박막의 RMS 조도는 0.220nm(도 7c참조), 1-OHP-TiO2 겔 임프린트 된 박막의 RMS 조도는 0.240nm(도 7d참조)이었다. NH3 수용액 처리 전후의 RMS 조도의 변화는 0.3~0.4Å 정도로 전체적으로 변화가 없이 형태를 유지하고 있음을 확인 할 수 있었다.After the composite thin film was hydrolyzed at 25 ° C. and 90% humidity for at least 12 hours, AFM was observed. As a result, TiO 2 gel film (see FIG. 7A) and 1-OHP-TiO 2 gel were used. Both surfaces of the gel film (see FIG. 7b) were very smooth and uniform. TiO 2 gel (gel) root mean square (root-mean-sequare (RMS )) roughness (roughness) of the film is 0.183nm, 1-OHP-TiO 2 gel (gel) RMS roughness of the composite thin film was 0.211nm. In addition, after the 1% NH 3 aqueous solution treatment, the observed RMS roughness of TiO 2 gel thin film is 0.220nm (see Fig. 7c), RMS roughness of 1-OHP-TiO 2 gel imprinted thin film is 0.240nm (Fig. 7d) Reference). The change in RMS roughness before and after the NH 3 aqueous solution was maintained in 0.3 ~ 0.4Å without any change.
실험 예 2 (1-Experimental Example 2 (1- OHPOHP 유사물질에 대한 선택성) Selectivity for analogues)
도 8은 각각의 게스트 분자에 대한 분자 선택성을 나타낸 것이다. 200mM TiO2 비 임프린트 필름(non-imprinted film)과 임프린트 된 필름(imprinted films )(TiO2-1-OHP, TiO2-1-COOHP)의 게스트 분자의 재 흡착에 의한 흡광도 변화는 3mM 게스트 분자/아세톤니트릴(Acetonitrile)(단, 0.5mM 1-COOHP/Acetonitrile) 용액 중에서 1시간 동안 재결합을 시킨 후, 아세톤니트릴(Acetonitrile) 용액 중에서 5분간 2번 세척한 후 질소가스로 건조 시킨 후, 흡광도 변화를 측정하였다. 각각의 λmax는 도 7에 나타낸 것과 같고 서로 다른 각각의 박막으로부터 3번 이상 실험한 결과의 평균값을 나타내었다. 각각의 임프린트 된 필름(imprinted films)들은 주형분자에 대하여 선택적으로 재결합함을 확인 할 수 있었다. 1-OHP 임프린트 된 필름(imprinted films)은 1-COOHP에 대하여 약 2.4배의 작용기 선택성을 보였으며 반대로 1-COOHP 임프린트 된 필름(imprinted films)은 1-OHP 에 대하여 약 12.2배의 매우 높은 분자 선택성을 보였다.8 shows molecular selectivity for each guest molecule. Changes in absorbance due to the resorption of guest molecules of 200 mM TiO 2 non-imprinted film and imprinted films (TiO 2 -1-OHP, TiO 2 -1-COOHP) were observed at 3 mM guest molecule / After 1 hour of recombination in acetonitrile (Acetonitrile) solution, and then washed twice in acetonitrile solution for 5 minutes and dried with nitrogen gas, the absorbance change was changed. Measured. Each lambda max is the same as shown in Figure 7 and represents the average value of the results of more than three experiments from different thin films. Each of the imprinted films was found to selectively recombine with the template molecules. 1-OHP imprinted films showed about 2.4-fold functional group selectivity for 1-COOHP, while 1-COOHP imprinted films showed very high molecular selectivity about 12.2 times for 1-OHP. Showed.
도 1은 분자 임프린팅 방법의 개략도.1 is a schematic of a method of molecular imprinting.
도 2는 피렌 및 1-피렌 카르복실산의 구조도.2 is a structural diagram of pyrene and 1-pyrene carboxylic acid.
도 3은 본 발명의 초미세 나노 박막 제조과정 개략도.Figure 3 is a schematic view of the ultra-fine nano thin film manufacturing process of the present invention.
도 4는 본 발명의 TiO2 및 1-히드록시피렌-TiO2 복합 박막의 UV-Vis 스펙트럼.4 is a UV-Vis spectrum of the TiO 2 and 1-hydroxypyrene-TiO 2 composite thin film of the present invention.
도 5는 본 발명의 박막에서 주형분자가 제거됨을 보여주는 스펙트럼.5 is a spectrum showing that the template molecules are removed from the thin film of the present invention.
도 6은 본 발명의 박막이 1-OHP를 인식하는지에 대한 UV-Vis 스펙트럼 측정결과 그래프.6 is a UV-Vis spectrum measurement result graph whether the thin film of the present invention recognizes 1-OHP.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 본 발명의 박막을 가수분해 시킨 후 AFM 관찰한 결과의 TiO2 및 1-OHP-TiO2 겔 필름 및 겔 박막의 조도 그래프.7a, 7b, 7c and 7d are graphs of the roughness of the TiO 2 and 1-OHP-TiO 2 gel films and gel thin films of AFM observation after hydrolysis of the thin film of the present invention.
도 8은 각각의 게스트 분자에 대한 분자 선택성을 나타낸 도면.8 shows molecular selectivity for each guest molecule.
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|---|---|---|---|---|
| CN102253093A (en) * | 2011-03-21 | 2011-11-23 | 桂林电子科技大学 | Method for preparing sensitive membrane of TiO2 sol-gel molecular engram taste sense sensor |
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2008
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