KR20100106847A - 단일 금 나노입자를 이용한 중금속 이온의 고감도 검출 센서 - Google Patents

단일 금 나노입자를 이용한 중금속 이온의 고감도 검출 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 중금속 검출을 위한 단일 금 나노입자 센서는 기판; 상기 기판 상에 위치하는 한 개 이상의 금 나노 입자; 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부착된 제1 자기조립 단분자층;을 포함한다.
상기 중금속 검출용 센서는 극미량의 나노입자를 이용하여 매우 경제적으로 중금속 검출용 센서를 제작할 수 있다. 또한 금 나노입자를 개질화 하는 과정에서 대상 중금속과 선택적 결합을 유도하는 감지 물질을 도입하기 때문에 뛰어난 선택성과 감도를 갖는다. 따라서 상기 단일 금 나노입자를 포함하는 중금속 검출용 센서는 나노 기술을 기반으로 한 산업상 소규모 환경 센서로서 널리 사용될 수 있다.
중금속 이온, 금 나노입자, 단일 입자, 레일리 산란, 분광광도계, 센서, 암시야 현미경, 자기조립 단분자층, 표면 플라즈몬 공명

Description

단일 금 나노입자를 이용한 중금속 이온의 고감도 검출 센서 {HIGHLY SENSITIVE SENSOR FOR HEAVY METAL IONS USING SINGLE GOLD NANOPARTICLE}
본 발명은 중금속 이온에 선택성을 가지는 기능기로 개질된 금 나노입자를 이용하여 수용액 상의 중금속 이온을 검출하기 위한 센서에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 암시야 현미경(dark-field microscope)과 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 단일 금속 입자의 분광 스펙트럼을 측정함으로써 극미량의 중금속을 높은 감도와 선택도로 검출할 수 있는 중금속 검출용 센서에 관한 것이다.
최근 환경 오염물질 중의 하나인 중금속 이온은 생체 독성 및 병 유발에 인자로서 알려져 있다. 특히 수용액 상의 중금속 이온은 세포 독성을 가지게 되는데, 뇌 속의 아미로이드 섬유와 결합하게 되면 알츠하이머, 파킨스병 등의 신경퇴행성 질병과 깊은 연관성이 있다. 따라서 대상 중금속 이온을 선택성 있고 낮은 농도까지 검출하는 것이 매우 중요하다.
대한민국 공개특허 제 10-2008-0101648호에서는 비스무스 입자를 코팅한 전극을 이용하여 아연, 카드뮴 및 납 이온을 검출하기 위해 스트리핑 전압전류법을 이용한 소형화 센서를 개시하고 있다. 그러나 검출 한계치를 낮추는데 한계가 있으며, 검출 대상 이온에 대한 선택도가 없다는 문제점이 있었다.
중금속 검출용 광학 센서의 일례로, 형광 센서에 대한 연구에 대하여 출판 논문(Anal. Chem. 2005, 77, 7294-7303)과 대한민국 특허출원 제 10-2005-0054345호가 있다. 그러나 역시 대상 중금속에 대하여 검출 하한이 높으며, 대상 물질 검출을 위해서는 꼭 표지자(labeling)를 사용해하고, 표지자로 사용되는 형광 물질은 시간이 지남에 따라 photobleaching 현상이 일어난다는 문제점이 있다.
이듬해 보고된 형광 센서(Protein Science 2006, 15, 2442-2447) 역시 바이오 물질을 이용해 형광이 quenching되는 현상을 센서에 이용하였으나 photobleaching 현상의 근본적인 한계를 뛰어넘지 못했다.
따라서 우수한 나노 센서를 제조하기 위하여 비표지 방식으로 대상 중금속 이온에 대하여 감도와 선택도가 매우 높은 기술의 개발이 요구되며, 단일 나노입자 스케일에서의 중금속 센서 제작에 대한 연구는 아직까지 시도되지 않았다.
본 발명의 목적은 중금속 이온에 선택성을 가지는 기능기로 개질된 단일 금 나노입자를 이용하여 수용액 상의 중금속 이온을 검출하기 위한 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수용액 상의 중금속 이온을 검출하기 위하여 선택성과 감도가 높은 감지 물질로 개질된 단일 나노입자 센서를 제작하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구체예에 따른 중금속 검출을 위한 단일 나노입자 센서는 기판; 상기 기판 상에 위치하는 한 개 이상의 금 나노 입자; 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부착된 제 1 자기조립 단분자층;을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 금 나노입자는 막대형 또는 구형인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 금 나노입자는 400 nm ~ 600 nm 및 600 nm ~ 900 nm의 파장에서 플라즈몬 밴드(plasmon band)를 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 실란기(silane, SiH3-)를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 기판과 상기 금 나노입자 사이에 위치하는 제 2 자기조립 단분자층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 검출 대상 중금속은 구리이며, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 아민기(NH2-)인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 검출 대상 중금속은 수은이며, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 티올기(SH-)인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구체예에 따른 중금속 검출용 센서는, 기판; 상기 기판 상에 한 개 이상의 금 나노입자를 올리는 단계; 한쪽 끝에는 티올기 (thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부탁된 제 1 자기조립 단분자층을 형성시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 구체예에 따른 개질화 된 단일 금 나노입자를 포함하는 중금속 검 출용 센서는 기판 위에 하나 이상의 나노입자로도 검출이 가능하므로, 극미량의 나노입자를 이용하여 매우 경제적으로 중금속 검출용 센서를 제작할 수 있다는 장점이 있다.
또한 금 나노입자를 개질화 하는 과정에서 대상 중금속과 선택적 결합을 유도하는 감지 물질을 도입하기 때문에 뛰어난 선택성과 감도를 갖는다. 따라서 상기 단일 금 나노입자를 포함하는 중금속 검출용 센서는 나노 기술을 기반으로 한 산업상 소규모 환경 센서로서 널리 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구체예 및 실시예에 따른 단일 금 나노입자의 개질화의 방법과 이를 이용한 중금속 검출용 센서에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 구체예 및 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있는 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층, 입자, 막 또는 각 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
아울러 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
단일 금 나노입자를 이용한 중금속 검출용 센서
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 단일 금 나노입자를 이용한 중금속 검출용 센서를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 구체예에서는 기판과 상기 기판 상에 위치하는 한 개 이상의 금 나노 입자와 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부착된 제 1 자기조립 단분자층을 포함하는 중금속 검출용 센서를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 하나의 구체예에 따른 중금속 검출용 센서의 제작 방법은, 기판과 상기 기판 상에 한 개 이상의 금 나노입자를 올리는 단계, 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 금 입자의 표면상에 부착된 제 1 자기조립 단분자층을 형성시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기에서 상기 기판 위에 존재하는 금 나노입자는 하나 이상만 있으면 대상 중금속의 고감도 검출이 가능하며, 개수의 상한은 필요하지 않다. 또한 금 나노입자를 기판 상에 올리는 방법도 하나 이상만 올라가면 되기 때문에 물리 흡착 또는 화학 흡착 등 특별한 방법의 제한을 두지 않는다.
그 이유는 본 발명의 신호변환 원리로 사용되는 암시야 현미경 및 분광 시 스템은 하나의 단일 나노입자를 추적하여 그 입자에서 변화되는 파장별 스펙트럼을 측정할 수 있기 때문이다.
신호 변환 원리를 구체적으로 기술하면 하기와 같다. 백색광을 가운데가 막힌 콘덴서를 통과시키면, 이 빛은 비스듬한 각도로 유리지지체 위에 고정된 금속 나노입자에 조사되게 된다. 이 때 입자를 투과하거나 라만 산란(Raman scattering)이 일어나는 빛은 대물렌즈를 비껴나가고, 레일리 산란(Rayleigh scattering)이 일어나는 빛만 대물렌즈를 통과하게 된다. 레일리 산란된 빛은 금속 나노입자에 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 일으키게 되고, 이를 이용하여 나노입자 주변의 변화에 대한 관찰이 가능하게 된다.
여기서 표면 플라즈몬 공명이란, 금과 은 등의 금속 나노입자의 경우 금속의 자유전자와의 상호작용에 의해 빛이 금속 내부에 갇혀 강한 집단 진동을 일으키는 것을 지칭한다. 만약 금속 나노입자 표면에 어떤 분자가 달라붙게 되면, 이로 인해 나노입자와 매우 가까운 주변의 유전율이 변화하게 되고 이에 따른 금속 나노입자의 공명 특성이 변화하게 된다.
한편 암시야 현미경 이미지를 실시간으로 찍어가며 슬릿을 닫아주게 되면 중앙에 존재하게 되는 입자 하나만을 관찰할 수 있게 된다. 여기서 CCD 카메라의 중점을 기준으로 하는 종축에 존재하는 다른 입자 역시 관찰할 수 있으며, 연결된 분광계를 이용하여 단일 금 나노입자의 스펙트럼을 얻을 수 있게 된다.
여기서 사용한 상기 금 나노입자, 즉 플라즈몬 탐침체(probe)는 민감도가 우수하고, 특히 표지물질에 의한 photobleaching이 일어나지 않고 높은 안정성을 가 진다는 점에서 기존의 유기광학 탐침체를 보완할 수 있다.
구체적으로 단일 금속 나노입자의 국소 표면플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) 현상은 금속 나노입자에서만 나타는 고유한 특성으로, 형광물질(fluorophore)에 비해 106의 산란 강도를 가진다. 따라서 용매, 흡착제의 존재 등 입자 주변의 환경 변화에 매우 민감하게 변화하게 되어 이를 이용하는 검출 기술은 종래의 광학센서 기술과 비교해 하기와 같은 획기적인 장점을 갖는다.
첫째, 하나의 입자에 대한 신호를 검출하는 방법이기 때문에 나노입자 당 분석 물질의 분자 수를 확인할 수 있기 때문에 검출 하한을 획기적으로 낮출 수 있다. 만약 입자의 표면에 기존보다 더 큰 분자가 달라붙게 되면 국부적 유전율이 더욱 변하게 된다.
둘째, 기존의 방법보다 훨씬 쉽게 다중검지 센서를 제작할 수 있다. 기판 위의 각 위치에 나노입자의 크기, 형태, 조성, 기능기의 조절을 통하여, 하나의 센서 표면 위에 여러 대상 물질을 검출할 수 있는 센서의 제작이 가능한 것이다.
더욱 구체적으로 상기 금 나노입자는 막대형 또는 구형인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 LSPR 현상이 가장 잘 증폭시킬 수 있는 나노입자의 형태이며 제조가 비교적 용이하기 때문에 고감도 센서의 접근성이 매우 뛰어나기 때문이다.
더욱 구체적으로, 상기 금 나노입자는 400 nm ~ 600 nm 및 600 nm ~ 900 nm의 파장에서 표면 플라즈몬 밴드(surface plasmon band)를 나타내는 것이 바람직하 다. 상기 파장의 범위는 나노입자의 형태를 나타내는 고유한 피크의 영역대로서. 특히 600 nm ~ 900 nm의 파장에서는 길이 방향 플라즈몬 밴드(Longitudinal plasmon band, LPB)가 나타난다.
따라서 본 발명에서 상기 금 나노입자는 막대형 입자가 더욱 바람직하다. 그 이유는 동일한 금 나노입자라 하더라도 등방성 입자보다는 이방성 입자의 민감도가 더욱 크기 때문이다.
한편 본 발명의 상기 금 나노입자를 기판 위에 더욱 잘 부착시키기 위하여 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 실란기(silane, SiH3-)를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 기판과 상기 금 나노입자 사이에 위치하는 제 2 자기조립 단분자층을 더 포함할 수 있다.
여기서 실란기는 기판과, 티올기는 금 나노입자와의 안정적인 화학적 결합을 유도하기 위한 것으로서, (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane, (3-mercaptopropyl)triethoxysilane, (3-aminopropyl)trimethoxysilane, (3-Aminopropyl)triethoxysilane, 1-[3-(trimethoxysilyl)propyl]urea, N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine으로 이루어진 그룹 중에서 선택되어진 하나 이상의 물질을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 중금속 검출용 센서를 대상 중금속 검출에 구체적으로 활용하기 위하여 하기와 같은 감지 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
우선 대상 중금속이 구리 이온인 경우, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 아민기(NH2-)인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 구리 이온은 아민기와 강한 선택적 결합을 하기 때문이다.
구체적으로 사용할 수 있는 아민기를 포함하는 화합물은 2-aminoethane thiolhydrochloride, 6-amino-1-hexanethiolhydrochloride 및 4-aminothiolphenol로 이루어진 그룹 중에서 선택되어진 하나 이상의 물질을 이용하는 것이 바람직하다.
또한 대상 중금속이 수은 이온인 경우, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 티올기(SH-)인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 수은 이온 역시 티올기와 강한 선택적 결합을 유도하므로 흡착 감지층으로 좋은 검출 성능을 나타내기 때문이다.
구체적으로 사용할 수 있는 티올기를 포함하는 화합물은 1,6-hexanedithiol, 1,3-propanedithiol, 1,4-butanedithiol, 1,5-pentaneduthiol, 1,8-octanedithiol 및 1,9-nonanedithiol로 이루어진 그룹 중에서 선택되어진 하나 이상의 물질을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 화합물을 도입할 때에는 유기 용매에 용해시켜 금 나노입자 표면에 자기조립 단분자층을 유도한다. 상기 유기용매에는 특별한 제한이 있지는 않지만 가장 이상적인 자기조립층을 형성시키기 위해서는 무수 알코올이 가장 바람직하다.
이하 바람직한 제조예 및 실시예를 들어 도면과 함께 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지, 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
[제조예 1] 막대형 금 나노입자의 제조
막대형 금 나노입자는 cetyltrimethylammonium bromide (C19H42BrN, ACROS, 이하 CTAB이라고 표현한다.)를 소프트 탬플릿으로 사용하여, 씨드(seed) 성장 방법을 이용하여 상온에서 제조하였다. 구체적으로 씨드 용액(구형 금 나노입자, 대략 5 nm의 크기)을 제조한 후 이를 핵으로 하여 성장용액에서 막대형 나노입자로 성장시키는 것이다.
첫 단계인 씨드 용액의 제조는 하기와 같다. 우선 0.107 M CTAB 10 mL 용액을 제조하는데, 이 경우 CTAB이 과포화된 상태이므로 약 30℃ 조건에서 30분간 음파 처리(sonication)하여 완전히 투명한 상태가 될 수 있도록 한다. 여기에 0.100 M hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate (HAuCl4,3H2O, Aldrich) 용액 25 μL를 첨가한 후 잘 교반시켰다. 노란색의 HAuCl4 용액은 CTAB 용액과 만나게 되면 주황색을 띠게 된다.
금 이온의 환원을 위하여, 제조된 용액을 상온에서 강하게 교반시키는 과정에서 0℃의 0.01 M sodium borohydride (NaBH4, Aldrich) 용액 600 μL를 재빨리 첨가해 준 후, 2분 동안 교반을 더 진행해 준다. NaBH4 용액이 첨가되면 1∼2초 내로 씨 드 용액의 색은 주황색에서 갈색으로 변하게 된다. 강 환원제인 NaBH4에 의한 부반응을 없애기 위해 상온에서 3시간 동안 둔 뒤 사용하였다.
성장용액의 제조와 막대형 입자로의 성장 방법은 하기와 같다. 0.100 M HAuCl4 용액 500 μL를 0.100 M CTAB 99.5 mL에 첨가하였다. 이 단계도 역시 과량의 CTAB을 물에 녹여야 하므로 씨드 용액과 같은 조건에서 CTAB 용액을 제조하였다. 이 용액에 0.004 M silver nitrate (AgNO3, Aldrich) 용액 1 mL를 넣은 뒤 천천히 교반하였다. AgNO3 용액은 막대형 금 나노입자의 수율을 높여주는 역할을 한다. 교반된 용액에 0.079 M ascorbic acid (C6H8O6, Aldrich) 700 μL를 넣고 천천히 흔들어 주었다. Ascorbic acid는 약환원제로서, 3가의 금 이온을 1가 이온으로 환원시켜주는 역할을 한다. 금이 1가 이온으로 완전히 환원되면 주황색이던 용액의 색은 투명하게 바뀌게 된다. 막대형 금 나노입자 형성을 위하여 성장용액에, 앞서 제조한 씨드 용액 25 μL를 떨어뜨린 후 상온에서 24시간 동안 방치해 두었다. 균일한 막대형 금 나노입자의 형성을 위해, 이 과정 중 용액을 흔들거나 충격을 가하지 말아야 한다.
이렇게 제조한 막대형 금 나노입자의 특성 분석을 위하여 UV-visible 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과는 도 2와 같다. 앞서 설명한대로, 600 ~ 900nm 파장대에 LPB 피크가 잘 나타남을 확인하였으며, 투과전자현미경(TEM) 이미지로도 높은 수율의 막대형 나노입자가 제조되었음을 확인하였다.
[제조예 2] 구리이온 검출용 단일 금 나노입자 센서 제작
구리 이온 검출용 단일 금 나노입자 센서의 제작 방법은 도 3과 같다. 구체적으로, 커버 글라스 표면의 유기물을 제거하고 실란기를 활성화하기 위해 황산과 과산화수소를 7:3의 부피비로 섞은 용액에 가로 35 mm, 세로 50 mm 크기의 커버 글라스를 넣어두었다. 30분 후 초순수로 커버 글라스를 세척한 후 질소를 이용하여 건조하였으며, 후에 무수 에탄올 베이스인 5 mM 농도의 (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS)으로 4시간 동안 자기조립 단분자층을 형성하였다. 이것을 에탄올로 세척한 후 질소로 건조시킨 후, 제조예 1의 막대형 금 나노입자 용액을 표면 처리가 완료된 커버 글라스에 떨어뜨려 주었다. 30분 뒤 초순수로 세척한 후 질소로 건조시켜 커버 글라스 위에 막대형 금 나노입자의 고정을 완료하였다.
고정된 나노입자에 기능기를 부여하기 위하여 금 나노입자가 고정된 커버 글라스를 무수 에탄올 베이스 5 mM 농도의 2-aminoethanethiol(AET) 용액에 4시간 동안 담가 두었다. AET는 한쪽 말단에 티올기를 가지고 다른 말단에는 아민기를 가지는 알칸화합물로, 티올기가 막대형 금 나노입자에 결합되고 아민기는 구리 이온과 선택적인 결합을 하게 된다. 4시간 후 에탄올로 커버 글라스를 세척한 후 질소로 건조시켜 최종적으로 구리 이온 검출용 센서를 제작하였다.
[실시예 1]
제조예 2와 같은 방법으로 센서 칩을 제작하여 플루이딕 챔버 틀에 넣고 실리콘으로 물이 새지 않도록 실링한 후, 초순수를 떨어뜨려 암시야 현미경에 고정하 여, 초순수 조건에서의 단일 금 나노입자의 산란 스펙트럼을 얻었다.
구체적으로 도 4의 (가)와 같이 암시야 현미경에 장착된 컬러 CCD를 통해 투명한 유리 지지체 표면에 고정된 금속 나노입자의 산란 이미지를 확인한 후, 이 빛을 분광광도계 방향으로 보내주면, 도 4의 (나)와 같이 분광광도계에 장착된 흑백 CCD로 동일한 이미지를 얻을 수 있었다.
도 4의 (나) 상태에서 얻어진 이미지를 실시간으로 찍어가며 분광광도계로 들어가는 빛의 슬릿을 닫아주게 되면 도 4의 (다) 단계를 거쳐, (라)와 같이 중앙에 존재하게 되는 입자 하나만을 관찰할 수 있었다.
그 후 수용액 중의 구리 이온 검출을 위하여 센서 위의 초순수를 제거한 후 100 nM의 황화구리 용액을 떨어 뜨려 주었다. 30분 후, 앞서 측정한 산란 스펙트럼과 최대 산란 피크가 나타나는 파장의 변화 정도를 관찰하였다. 그 결과는 도 5와 같으며 황화구리 용액을 떨어뜨린 후 스펙트럼의 변화를 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
10 nM 농도의 구리 이온 수용액을 대상 검출 용액으로 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 본 발명의 중금속 검출용 센서를 제작한 후, 동일한 과정을 수행하였으며, 스펙트럼의 피크 변화량을 도 6에 표현하였다.
[실시예 3]
1 μM 농도의 수은 이온 수용액을 대상 검출 용액으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 본 발명의 중금속 검출용 센서를 제작한 후, 동일한 과정을 수행하였으며, 스펙트럼의 피크 변화량을 도 6에 표현하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 중금속 검출용 센서는 구리 이온이 주입됨에 따라 단일 금 나노입자의 산란된 빛의 파장에 따른 피크 변화를 관찰함으로써 높은 선택성으로 매우 고감도로 구리 이온을 검출할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 센서의 개략도이며 10의 투명한 지지체 층과 20의 금 나노입자 및 30의 중금속에 선택적인 기능기를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 막대형 금 나노입자의 이미지와 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 막대형 금 나노입자의 투명한 지지체에의 고정 방법과 기능기 부여 방법에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 단일 금 나노입자를 검출하기 위해 슬릿을 조절하는 과정에 대한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 센서를 사용하여 100 nM 농도의 구리 이온을 검출한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 센서를 사용하여 도 3에서 얻은 단일 나노입자에 대하여 구리 이온 농도에 따른 스펙트럼의 파장 변화 정도를 도시한 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 한 개 이상의 금 나노입자;
    한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부착된 제1 자기조립 단분자층;
    을 포함하는 중금속 검출용 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금 나노입자는 막대형 또는 구형인 것을 특징으로 하는 중금속 검출용 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금 나노입자는 400 nm ~ 600 nm 및 600 nm ~ 900 nm의 파장에서 플라즈몬 밴드 피크(plasmon band peak)를 나타내는 것을 특징으로 하는 중금속 검출용 센서.
  4. 제1항에 있어서, 한쪽 끝에는 티올기(thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 실란기(silane, SiH3-)를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 기판과 상 기 금 나노입자 사이에 위치하는 제 2 자기조립 단분자층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 검출용 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출 대상 중금속은 구리이며, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 아민기(NH2-)인 것을 특징으로 하는 중금속 검출용 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 검출 대상 중금속은 수은이며, 상기 검출 대상 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기는 티올기(SH-)인 것을 특징으로 하는 중금속 검출용 센서.
  7. 기판;
    상기 기판 상에 한 개 이상의 금 나노입자를 올리는 단계;
    한쪽 끝에는 티올기 (thiol, SH-)를 포함하고 다른 한쪽 끝에는 검출 대산 중금속과 선택적으로 결합할 수 있는 말단 기능기를 포함하는 알칸 화합물로 이루어지며, 상기 티올기에 의해 상기 골드 입자의 표면상에 부착된 제 1 자기조립 단분자층을 형성시키는 단계;
    를 포함하는 중금속 검출용 센서를 제작하는 방법.
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