KR20100097576A - 자성 실리카 입자체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자성 실리카 입자체 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 산화철 나노입자를 실리카로 코팅한 자성 실리카 입자체는 1) 증류수 및 강산을 혼합하여 산성 용액을 제조하고, 산화철 전구체를 상기 산성용액에 혼합하여 1차 혼합액을 제조하고, 증류수, 암모니아 및 히드라진을 혼합하여 2차 혼합액을 제조한 후, 상기 1차 혼합액과 2차 혼합액을 혼합하여 1차 반응액을 제조하는 단계; 2) 상기 단계 1)의 1차 반응액을 초음파 처리하고, 초음파 처리를 통하여 생성된 입자를 분리ㆍ건조하여 산화철 나노입자를 수득하는 단계; 및 3) 상기 단계 2)에서 분리ㆍ건조된 산화철 나노입자를 유기용매에 녹여 3차 혼합액을 제조하고, 상기 3차 혼합액에 실리카, 암모니아 및 증류수를 첨가하고, 초음파 처리하여 최종산물을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 자성 실리카 입자체는 인체에 무해할 뿐만 아니라, 기존의 자성 입자보다 물리적, 화학적으로 안정된 자성 실리카 입자체이다. 또한, 본 발명에 따른 실리카 입자체는 입자체의 크기가 균일하여 자성 입자체가 사용될 수 있는 유전자 전달체, MRI 조영제, 바이오 센서 등의 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
산화철, 나노입자, 자성, 실리카
Description
본 발명은 자성 실리카 입자체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자성 산화철 나노입자의 독성을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
나노 크기의 자성입자는 생물학 정보를 분석하는 영상기술인 MRI 조영제, 마이크로어레이, 선택적 생물입자 분리, 암세포 치료제 및 다양한 바이오 센서와 같은 생물 공학적으로 사용할 뿐만 아니라, 자성의 특징을 이용하여 신용카드, 수표, 신분증, 하드디스크 드라이브 등에 다양한 정보를 저장하는 제품으로 활용되어 사용되고 있다. 이러한 다양한 응용성을 충족하기 위하여, 자성 입자를 생성하기 위한 산화철을 이용한 자성입자의 합성방법이 연구되고 있으나, 기존의 산화철을 이용한 자성 입자의 제조방법은 나노입자의 합성시간이 길며 대량생산의 어려운 단점이 있다. 또한, 산화철로 구성된 자성입자는 주변 환경에 의하여 쉽게 산화되어 본연의 검은 색이 시간이 흐름에 따라서 갈색으로 변하는 특성을 보여준다. 이러한 결과는 합성된 산화철 자성입자가 공기에 직접 노출되어 산화되는 과정을 보여주는 예로서, 생성된 산화철 자성입자는 물리ㆍ화학적 안정성이 취약하다는 단점이 있 다.
또한, 산화철의 자성입자는 생성된 후 다양한 기술에 적용되기 위해서는 여러 가지 용매에 쉽게 분산되어야 하며 다양한 기능성을 부여할 수 있어야 한다. 이와 같이, 산화철 나노입자에 기능성을 부여하기 위해서는 유ㆍ무기물을 도입하여 표면 개질이 필요하다. 특히, MRI 조영제 및 바이오 센서 등과 같은 분야에 적용하기 위해서는 산화철 나노입자와의 화학적 결합성이 우수하여야 하며, 표면 개질 후의 독성이 없어야 한다.
최근에는 상기와 같은 문제점들을 보완하고 생물학적 및 분석적 적용의 범위를 넓히기 위하여 다양한 방법으로 나노 크기의 자성입자를 합성하는 방법이 연구되고 있다. 그러나 자성입자를 합성하는 과정에서 그 크기를 균일화하기 힘들고 대량생산의 어려움이 있으며 생성된 자성입자는 공기 중에서 쉽게 변화가 일어난다는 문제점이 있다.
또한, 생성된 자성 입자를 보호하기 위하여 다양한 물질이 도입되어 그 표면을 개질하는 노력들이 있다. 그 중에 금과 같이 세포 독성이 없는 물질을 도입할 수도 있지만, 값이 비싸고, 균일한 모양 및 크기 조절에 어려움이 있다.
종래에 나노 자성 입자를 코팅하는 방법에 있어서, 산화철 나노입자를 실리카를 사용하여 코팅하는 것이 어려웠으나, 이를 해결하여 본 발명을 개발하였다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 산화철 자성 입자의 표면을 값싼 재료로 개질하면서도, 자성 입자가 갖는 세포 독성을 감소시키며, 자성 입자의 균일한 모양 및 크기 조절이 가능한 자성 실리카 입자체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 실리카 자성 입자체는 산화철 나노입자에 실리카가 코팅되어 이루어진다.
상기 산화철 나노입자는 특별히 한정하지는 않으나, 바람직하게는 Fe2O3, Fe3O4, 이들의 혼합인 것을 사용할 수 있다. 이때 산화철 나노입자의 크기는 2~15 ㎚이다.
또한, 본 발명은 산화철을 코팅하기 위하여, 다양한 고분자를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리카를 사용할 수 있다. 상기 실리카는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 테트라에틸 오르소실리케이트(TetraEthyl OrthoSilicate), (3-아미노프로필)트리메속시실레인((3-aminopropyl)trimethoxysilane), 트리메속시실레인(Trimethoxysilane) 등을 사용할 수 있다.
산화철 나노입자에 실리카가 코팅된 자성 실리카 입자체의 크기는 10~40 ㎚인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 자성 실리카 입자체의 제조방법은 1) 증류수 및 강산을 혼합하여 산성 용액을 제조하고, 산화철 전구체를 상기 산성용액에 혼합하여 1차 혼합액을 제조하고, 증류수, 암모니아 및 히드라진을 혼합하여 2차 혼합액을 제조한 후, 상기 1차 혼합액과 2차 혼합액을 혼합하여 1차 반응액을 제조하는 단계; 2) 상기 단계 1)의 1차 반응액을 초음파 처리하고, 초음파 처리를 통하여 생성된 입자를 분리ㆍ건조하여 산화철 나노입자를 수득하는 단계; 및 3) 상기 단계 2)에서 분리ㆍ건조된 산화철 나노입자를 유기용매에 녹여 3차 혼합액을 제조하고, 상기 3차 혼합액에 실리카, 암모니아 및 증류수를 첨가하고, 초음파 처리하여 최종산물을 제조하는 단계;를 포함한다.
상기 강산은 질산, 염산, 황산 등을 사용할 수 있다.
상기 산화철 전구체는 Fe2O3, Fe3O4, 또는 이들이 혼합된 것과 같이 산화철 나노입자를 제조하기 위한 재료이다. 바람직하게는 아이언(Ⅱ) 클로라이드 헥사하이드레이트(Iron(Ⅱ) Chloride Hexahydrate), 아이언(Ⅲ) 클로라이드 테트라하이드레이트(Iron(Ⅲ) Chloride tetrahydrate) 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 제조방법의 단계 2)의 강산은 0.01~1 M로 사용되고, 산화철 전구체는 0.5~5 m㏖로 사용되며, 암모니아는 0.01~3 M로 사용하고, 및 히드라진은 0.005~0.1 M로 사용될 수 있다.
상기 단계 2) 및 3)의 초음파 처리는 주파수가 20~60 ㎑이고, 초음파의 파워 는 10~400 W/㎝2로 하여 1~20 분간 처리할 수 있다.
상기 산화철 나노입자의 크기는 2~15 ㎚로 생성될 수 있다.
상기 산화철 나노입자의 분리는 2000~15000 G로 원심분리 하여 산화철 나노입자를 분리할 수 있으며, 상기 분리된 산화철 나노입자의 건조는 25~100 ℃ 온도로 열을 가하여 건조할 수 있다.
상기 단계 3)의 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 자일렌, 톨루엔, 다이메틸포름아마이드 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카는 테트라에틸 오르소실리케이트, 트리메속시페닐실레인, (3-아미노프로필)트리메속시실레인, 트리메속시실레인 등을 사용하는 것이 좋다.
이때, 이때, 상기 제조방법의 단계 3)의 유기용매 100 ㎖에 대하여 산화철 나노입자는 0.1~10 중량부로 사용되고, 실리카는 0.1~5 중량부로 사용되고, 및 암모니아는 0.01~5 중량부로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 자성 실리카 입자체는 유전자 전달체, MRI 조영제, 바이오센서의 분야에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 자성 실리카 입자체는 실리카를 이용하여 산화철 나노입자를 코팅하여 이루어진다. 산화철을 이용하는 종래의 자성 입자체는 인체에 독성을 나타내는 문제가 있어 인체에 대한 사용은 제한적이나, 본 발명에 따른 자성 실리카 입자체는 인체에 무해한 실리카를 이용하여 산화철 나노입자를 코팅하여 산화철 나 노입자의 인체 사용상 문제점이었던 독성 문제를 해결하였다. 그에 따르 본 발명의 자성 실리카 입자체는 산화철 나노입자의 적용분야의 확장을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 자성 실리카 입자체는 산화철 나노입자를 실리카로 코팅하여 제조되는데, 이때 자성 실리카 입자체의 크기를 수십 나노미터로 조절하여 제조될 수 있다. 그에 따라 자성 입자의 크기가 나노 크기로 요하는 분야 예컨데, MRI 조영제, 유전자 전달체, 바이오센서 등에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 입자체는 산화철 나노입자에 실리카를 코팅하여 이루어진다.
상기 산화철 나노입자는 특별히 한정하지는 않으나, 바람직하게는 Fe2O3, Fe3O4, 이들의 혼합인 것을 사용할 수 있다. 이때 산화철 나노입자의 크기는 2~15 ㎚이다. 상기 나노입자의 크기가 2 ㎚ 미만일 경우, 코팅하고자 하는 나노입자의 표면이 좁아 충분한 코팅이 어렵고, 15 ㎚를 초과할 경우, 코팅된 나노입자의 크기를 40 ㎚ 이하로 조절하기에 용이하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 본 발명은 산화철을 코팅하기 위하여, 실리카를 사용하여 코팅할 수 있다. 상기 실리카는 바람직하게는 테트라에틸 오르소실리케이트(TetraEthyl OrthoSilicate), (3-아미노프로필)트리메톡시실레인((3-aminopropyl)trimethoxysilane), 트리메톡시실레인(Trimethoxysilane) 등으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되어 사용될 수 있다.
상기 산화철 나노 입자는 실리카로 코팅될 수 있는데, 이때, 코팅의 두께는 5~25 ㎚이다. 상기 코팅 두께 범위는 자성 실리카 입자체의 크기가 10~40 ㎚에서 제조될 수 있도록 하는 바람직한 범위이다.
산화철 나노입자에 실리카가 코팅된 자성 실리카 입자체의 크기는 10~40 ㎚인 것이 바람직하다. 자성 실리카 입자체의 크기가 10 ㎚ 미만일 경우, 입자체의 크기가 작아 입자간 뭉침 현상이 발생할 수 있어 사용이 용이하지 않고, 40 ㎚를 초과할 경우, 원하는 나노 크기를 초과하여 조영제 또는 유전자 전달체와 같은 다양한 용도로 사용하기에는 입자의 크기가 크다.
또한, 본 발명의 자성 실리카 입자체의 제조방법은
1) 증류수 및 강산을 혼합하여 산성 용액을 제조하고, 산화철 전구체를 상기 산성용액에 혼합하여 1차 혼합액을 제조하고, 증류수, 암모니아 및 히드라진을 혼합하여 2차 혼합액을 제조한 후, 상기 1차 혼합액과 2차 혼합액을 혼합하여 1차 반응액을 제조하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 1차 반응액을 초음파 처리하고, 초음파 처리를 통하여 생성된 입자를 분리ㆍ건조하여 산화철 나노입자를 수득하는 단계; 및
3) 상기 단계 2)에서 분리ㆍ건조된 산화철 나노입자를 유기용매에 녹여 3차 혼합액을 제조하고, 상기 3차 혼합액에 실리카, 암모니아 및 증류수를 첨가하고, 초음파 처리하여 최종산물을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이하 본 발명의 구체적인 단계를 살펴본다.
먼저, 단계 1)은 산화철 전구체, 강산, 암모니아, 히드라진 등을 이용하여 혼합액 제조하는 단계이다.
상기 강산은 용액의 산성을 높여서 산화철 생성 반응을 진행하기 위하여 사용되는 것으로서, 질산, 염산, 황산 등이 바람직하다. 상기 산화철 전구체는 Fe2O3, Fe3O4, 또는 이들이 혼합된 것이 포함된 산화철 나노입자를 제조하기 위한 재료로서, FeClㆍ6H2O(Iron(Ⅱ) Chloride Hexahydrate), FeClㆍ4H2O(Iron(Ⅲ) Chloride tetrahydrate) 등이 바람직하다.
상기 암모니아는 pH가 9~11인 염기성 물질로서, 상기 강산에 의해서 산성화된 용액에 염기성인 암모니아를 첨가함으로서 용액에서 산화철 나노입자의 침전을 유도할 수 있다.
상기 히드라진은 산화철 나노입자가 형성될 수 있도록 유도하는 촉매 효과를 나타낼 수 있다.
이때, 강산은 0.01~1 M로 사용되고, 산화철 전구체는 0.5~5 m㏖로 사용되며, 암모니아는 0.01~3 M로 사용하고, 및 히드라진은 0.005~0.1 M로 사용될 수 있다. 상기 강산, 산화철 전구체, 암모니아, 히드라진 등의 사용양은 산화철 나노입자를 제조하기 위하여 바람직한 사용양의 범위이다.
다음으로, 상기 단계 2)는 초음파 처리를 통하여 산화철 나노입자를 제조하는 단계이다.
상기 산화철 나노입자를 제조하기 위하여, 산화철을 분산성을 높이고, 강산, 암모니아, 히드라진의 반응성을 높이기 위한 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 초음파 처리를 통하여, 산화철의 분산성과 반응성을 높일 수 있다.
상기 단계 2) 및 3)의 초음파 처리는 주파수가 20~60 ㎑이고, 초음파의 파워는 10~400 W/㎝2로 하여 1~20 분간 처리할 수 있다. 상기 초음파의 주파수 범위는 산화철의 분산성을 높일 수 있는 범위이며, 초음파 파워의 범위는 상기 1차 반응액에 충분한 에너지를 주기 위한 바람직한 범위이다.
초음파를 상기의 제조 방법으로 사용할 경우 초음파가 용매 속에서 작은 기체 버블들(bubbles)을 발생시킨다. 이렇게 발생된 버블들은 서로 충돌하게 되며 이러한 충돌 반응이 일어날 경우 순간적으로 온도는 5000 ℃ 이상 압력은 1000 atm 이상 된다. 이러한 고온 및 고압의 상태는 순간적으로 많은 에너지를 제공하여 화학 반응을 촉진하는 역할을 하게 되며 일반적인 화학반응 시간을 단축하여 짧은 시간 내에 대량으로 많은 나노 입자가 생성될 수 있는 조건을 제공하게 된다.
산화철 나노 입자가 자성 성질을 가지기 위한 조건은 우선 원료물질인 FeClㆍ6H2O, FeClㆍ4H2O를 용매에 녹이면 상기의 원료 물질이 아이언(Ⅱ)와 아이언(Ⅲ)로 변하며, 아이언(Ⅱ)와 아이언(Ⅲ) 그리고 하이드록사이드(hydroxide, OH)가 반응하여 산화철(Fe3O4)이 생성된다. 이렇게 원료 물질이 산화철로 변하면 자성을 띄게 된다. 이때, 상기 산화철 나노입자의 크기는 2~15 ㎚로 생성될 수 있다. 상기 산화철 나노입자의 크기가 2 ㎚ 미만일 경우, 자성 실리카 입자체의 제조가 어렵 고, 15 ㎚를 초과할 경우, 균일한 실리카 입자체의 제조가 어렵다.
상기 산화철 나노입자의 분리는 당업계의 통상적인 방법으로 분리할 수 있으며, 바람직하게는 원심분리 방법을 이용하여 산화철 나노입자를 분리할 수 있다. 더욱 바람직하게는 2000~15000 G로 원심분리 하여 산화철 나노입자를 분리할 수 있다. 상기 분리된 산화철 나노입자의 건조는 특별한 건조방법을 도입하지 않고도 건조시킬 수 있으나, 바람직하게는 동결건조 또는 열을 가하여 건조할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 25~100 ℃ 온도로 열을 가하여 건조할 수 있다.
마지막으로, 상기 단계 3)은 산화철 나노입자에 실리카를 코팅하여 최종산물인 자성 실리카 입자체를 제조하는 단계이다.
산화철 나노입자와 실리카를 반응성을 높이기 위하여, 분산시켜 반응시킬 수 있는데, 바람직하게는 유기용매를 사용할 수 있다. 산화철 나노입자가 잘 분산될 수 있는 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 자일렌, 톨루엔, 다이메틸포름아마이드 등이 더욱 바람직하다.
상기 실리카는 상기 산화철 나노입자를 코팅하기 위하여 사용되는 재료로서, 테트라에틸 오르소실리케이트, 트리메속시페닐실레인, (3-아미노프로필)트리메속시실레인, 트리메속시실레인 등이 바람직하다.
상기 단계에서 암모니아는 pH 9~11인 물질로서, 용액을 염기성으로 바꾸어, 본 단계 3)에서 산화철 나노입자에 실리카가 용이하게 코팅되도록 하는 효과를 줄 수 있다. 상기 암모니아는 상기 단계 3)에서 반응을 촉매하는 역할을 하여 테르라 에틸 오르소실리케이트가 실리카로 생성되는 시간을 단축시켜 줄 수 있다.
이때, 상기 유기용매 100 ㎖에 대하여 산화철 나노입자는 0.1~10 중량부로 사용되고, 실리카는 0.1~5 중량부로 사용되고, 및 암모니아는 0.01~5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 산화철 나노입자의 사용량 범위는 나노 크기의 자성 실리카 입자체를 제조하기에 바람직한 범위이다.
본 발명의 자성 실라카 입자체는 유전자 전달체, MRI 조영제, 바이오센서의 분야에 사용될 수 있다.
상기 유전자 전달체는 본 발명에 따른 자성 실리카 입자체 표면에 전달하고자 하는 유전자를 결합시켜 유전자 전달 효율을 높인 물질을 지칭한다. 유전자 및 실리카는 음극성을 띄고 있고, 이들 간의 약한 결합을 유도할 수 있도록 폴리에틸렌 이민과 같은 양극성 물질을 도입하여 결합을 유도하고, 유전자를 전달하고자 하는 부분에서 용이하게 분리될 수 있어, 유전자가 용이하게 전달될 수 있다.
또한, 상기 MRI 조영제는 본 발명에 따른 자성 실리카 입자체를 특별한 처리없이 사용할 수 있으며, 조영 효과를 높이기 위하여 당업계에 잘 알려진 물질을 추가하여 조영제를 제조할 수 있다.
또한, 상기 바이오센서는 본 발명에 따른 자성 실리카 입자체에 표적 특이적인 항체를 결합시켜 생체 물질에 대한 반응성을 높인 물질이다. 상기 바이오 센서는 사용되는 표적 특이적 항체에 따라 다양한 바이오 센서로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1: 자성 실리카
입자체의
제조
5 ㎖ 염산 용액(0.05 M)에 0.4 g 아이언(Ⅲ) 클로라이드 헥사하이드레이트(1.5 m㏖)와 0.149 g 아이언(Ⅱ) 클로라이드 테트라하이드레이트(0.75 m㏖)을 첨가하여 혼합용액 A를 제조하였다. 442 ㎖의 증류수와 57.3 ㎖ 암모니아수(30 wt% 암모니아), 0.45 ㎖ 히드라진(35wt%)을 섞어 혼합용액 B을 제조하였다. 상기 혼합용액 A 5 ㎖과 혼합용액 B 40 ㎖을 혼합하고, 상기 혼합용액에 초음파(주파수는 60 ㎑이며, 파워는 80 W/㎝2임)를 15분 동안 조사하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 생성된 산화철 나노입자를 원심분리기를 이용하여 10000 G로 하여 분리하고, 이를 70 ℃로 열풍 건조하여 산화철 나노입자 분말을 제조하였다.
상기 0.08 g 산화철 나노입자 분말을 에탄올 40 ㎖에 분산시켰다. 분산된 산화철 나노입자 용액 4 ㎖을 다시 에탄올 16 ㎖과 섞고, 여기에 0.3 ㎖ 테트라에틸 오르소실리케이트(순도 98%), 1 ㎖ 암모니아 수(30 wt% 암모니아) 그리고 1 ㎖ 증류수를 첨가하여 섞고, 15분간 초음파(주파수는 50 ㎑이며, 파워는 300 W/㎝2임) 처리하여, 자성 실리카 입자체를 제조하였다.
비교예
1: 자성 실리카
입자체의
제조
초음파를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 자성 실리카 입자체를 제조하였다.
제조예
1: 자성 실리카
입자체를
이용한
MRI
조영제
상기 실시예 1의 자성 실리카 입자체 0.417 ㎎을 인산 완충식염수 100 ㎖에 녹여 T2 MRI 조영제를 제조하였다.
제조예
2: 자성 실리카
입자체를
이용한 유전자 전달
상기의 방법으로 제조된 실리카 자성 입자 100 ㎎과 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimine, 이하 PEI) 10 ㎎을 증류수 10 ㎖에 넣어 혼합하고, 이를 24시간 동안 교반시켰다. 이후 상기의 혼합용액을 원심분리기를 이용하여 분리한 후 물로 세척한 후 버퍼 용액에 분산시켜, 유전자 전달체를 제조하였다. 이후 준비된 100 ng의 pEGFP-C2 gene(녹색형광단백질 발현 유전자)를 상기의 버퍼에 분산된 나노 입자와 4 ℃에서 24시간 동안 교반시켜 pEGFP-C2 gene이 결합된 복합체를 제조하였다.
제조예
3: 자성 실리카
입자체를
이용한 바이오 센서
실시예 1의 자성 실리카 입자체 100 ㎎을 증류수 10 ㎖에 분산시키고, 여기에 10 ㎎의 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)을 넣고 60 ℃에서 6시간 동안 교반 시켰다. 상기의 용액을 원심분리기를 이용하여 분리하고, 증류수로 여러번 세척한 후, 10 ㎖ 인산 완충식염수(pH 7.4)에 넣어 분산시켰다. 상기의 용액에 1차 항체로서 20 ng의 anti-p53-항체(한국, 랩프런티어)를 첨가하고, 한 시간 동안 반응시켜, 자성 실리카 입자체에 anti-p53-IgG가 결합된 복합체를 제조되었다. 상기 면역글로불린이 결합된 자성 실리카 입자체를 1 ㎖ 인산 완충식염수와 0.05% tween20의 혼합액에 재분산시키고, 세척하여 바이오 센서를 제조하였다.
실험예
1: 초음파
사용유무에
따라 제조된 자성 실리카
입자체
비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에 의해서 제조된 자성 실리카 입자체의 특성을 관찰하기 위하여 고해상도 주사전자현미경(제작사: JEOL, 모델: JEM 2100F)을 사용하여 이를 관찰하고, 그 결과를 하기 도 3 및 4에 나타내었다.
도 3 및 4에서 보는 바와 같이, 비교예 1의 자성 실리카 입자체(도 4)는 산화철 나노입자가 실리카로 코팅은 되었으나, 자성 실리카 입자체가 고르게 분산되어 있지 않고, 엉겨붙어 있음을 볼 수 있었다. 반면에, 실시예 1의 자성 실리카 입자체(도 3)는 산화철 나노입자가 실리카로 코팅되어 있으면서도, 각 코팅된 입자가 고르게 분산되어 있음을 알 수 있었다.
이로 보아, 실리카를 이용하여 산화철 나노입자를 코팅하여 자성 실리카 입자체를 제조할 경우, 실리카를 고르게 분산시키면서도, 미세한 나노 입자크기를 제조하기 위해서는 초음파 사용이 필수적임을 알 수 있었다.
실험예
2: 자성실리카와
유전자간의
결합력 검정
자성실리카 입자체와 유전자간의 결합력을 알아보기 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.
DNA 마커, pEGFP-C2 gene 및 제조예 2의 pEGFP-C2 gene이 결합된 복합체를 각각 아가로스젤에 주입하고, 전기영동을 이용하여 자성 실리카 입자체와 gene과의 결합력을 관찰하였다. 그 결과를 하기 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타난 바와 같이, 전기영동에서 DNA 마커와 gene 자체는 전기영동에 의하여 젤을 통하여 아래로 내려가지만 제조예 2에 의해 제조된 유전자 전달체는 전기영동에 의해서 이동하지 않았음을 알 수 있었다. 이는 자성실리카와 유전자가 강하게 결합되어 있으며, 자성실리카에 유전자가 결합된 복합체는 그 크기가 커서 아가로스젤의 통과하지 않았음을 알 수 있었다.
실험예
3: 유전자 전달체의 유전자 전달 효과 측정
제조예 1에 의해 제조된 유전자 전달체(0.5 ㎎)를 자궁경부암 세포(한국 세포주 은행에서 분양받음)와 혼합하고, 24시간이 지난 후 단백질의 발현을 관찰하였다. 상기 세포에 유전자가 전달되면, 녹색형광단백질이 발현되므로, 이를 관찰하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타난 바와 같이, 제조예 2에 따른 유전자 전달체는 자궁경부암 세포 내부로 유전자를 전달하여, 녹색형광단백질을 발현시켰음을 알 수 있었다. 이는 본 발명에 따른 자성 실리카 입자체가 유전자 전달체로서 유용하게 사용될 수 있음 을 알 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자성 실리카 입자체를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화철 나노입자의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 자성 실리카 입자체의 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예의 자성 실리카 입자체의 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 자성 실리카 입자체의 자기이력곡선 사진이다.
도 6는 본 발명의 제조예 2에 따라 제조된 유전자 전달체의 유전자 결합력을 측정한 도이다.
도 7은 본 발명의 제조예 2에 따라 제조된 유전자 전달체의 유전자 전달능력을 관찰한 도이다.
Claims (18)
- 산화철 나노입자에 실리카가 코팅된 자성 실리카 입자체.
- 제1항에 있어서, 상기 산화철 나노입자는 Fe2O3, Fe3O4 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체.
- 제1항에 있어서, 상기 산화철 나노입자의 크기는 2~15 ㎚인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체.
- 제1항에 있어서, 상기 실리카는 테트라에틸 오르소실리케이트, 트리메속시페닐실레인, (3-아미노프로필)트리메속시실레인 및 트리메속시실레인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 실리카 입자체의 크기는 10~40 ㎚인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체.
- 1) 증류수 및 강산을 혼합하여 산성 용액을 제조하고, 산화철 전구체를 상기 산성용액에 혼합하여 1차 혼합액을 제조하고, 증류수, 암모니아 및 히드라진을 혼 합하여 2차 혼합액을 제조한 후, 상기 1차 혼합액과 2차 혼합액을 혼합하여 1차 반응액을 제조하는 단계;2) 상기 단계 1)의 1차 반응액을 초음파 처리하고, 초음파 처리를 통하여 생성된 입자를 분리ㆍ건조하여 산화철 나노입자를 수득하는 단계; 및3) 상기 단계 2)에서 분리ㆍ건조된 산화철 나노입자를 유기용매에 녹여 3차 혼합액을 제조하고, 상기 3차 혼합액에 실리카, 암모니아 및 증류수를 첨가하고, 초음파 처리하여 최종산물을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 1)의 강산은 질산, 염산 및 황산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 1)의 산화철 전구체는 아이언(Ⅱ) 클로라이드 헥사하이드레이트 및 아이언(Ⅲ) 클로라이드 테트라하이드레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 2) 및 3)의 초음파 처리는 주파수가 20~60 ㎑이고, 초음파의 파워는 10~400 W/㎝2로 하여 1~20 분간 처리하는 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 2)의 산화철 나노입자는 Fe2O3, Fe3O4, 또는 이들이 혼합된 형태이며, 입자의 크기는 2~15 ㎚인 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 2)에서 산화철 자성입자의 분리는 원심분리 방법을 이용하여 2000~15000 G로 하여 산화철 자성입자를 분리하는 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 2)에서 산화철 자성입자의 건조는 25~100 ℃ 온도로 건조시키는 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 3)의 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 자일렌, 톨루엔 및 다이메틸포름아마이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계 3)의 실리카는 테트라에틸 오르소실리케이트, 트리메속시페닐실레인, (3-아미노프로필)트리메속시실레인 및 트리메속시실레인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것으로 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 단계 1)에서 강산은 0.01~1 M로 사용되고, 산화철 나노입자는 0.5~5 m㏖로 사용되며, 암모니아는 0.01~3 M로 사용하고, 및 히드라진은 0.005~0.1 M로 사용하고; 및상기 단계 3)에서 유기용매 100 ㎖에 대하여 산화철 나노입자는 0.1~10 중량부로 사용되고, 실리카는 0.1~5 중량부로 사용되고, 및 암모니아는 0.01~5 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 자성 실리카 입자체 제조방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 자성 실리카 입자체; 및 상기 자성 실리카 입자체와 전달 대상 유전자를 서로 접착시키는 양극성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 전달체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 자성 실리카 입자체를 포함하는 MRI 조영제.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 자성 실리카 입자체; 및상기 자성 실리카 입자체에 접착되어 있는 항체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
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