KR20110000091A - 체외진단 시약용 금／ＴｉＯ₂ 복합나노입자 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TiO₂ 나노입자에 금이 균일하게 코팅되어 체외진단 시약에 사용될 수 있는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 제조된 금/TiO₂ 복합나노입자는 체외진단 시약의 나노입자로 사용되는 경우 비표면적이 높아 비교적 많은 양의 생체물질(DNA, 항체 등)을 생접합할 수 있어 진단 결과의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 고가의 금 전구체 사용을 줄이는 경제적 효과도 얻을 수 있다. 또한 나노입자를 이용한 체외진단 시약은 개발 초기 단계이면서도 용도분야가 다양하며, 높은 성장성이 전망되는 분야이므로 관련 산업체로의 경제적 파급효과가 클 것으로 기대된다.

금, TiO2, 복합나노입자, 체외진단

Description

체외진단 시약용 금／ＴｉＯ₂ 복합나노입자 및 이의 제조방법{Gold/TiO2 nanoparticle composite for in-vitro diagnostic testing and method for preparation thereof}

본 발명은 TiO₂ 나노입자에 금이 균일하게 코팅되어 체외진단 시약에 사용될 수 있는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법에 관한 것이다.

최근 암 등과 같은 질병의 발병여부를 진단하기 위해 체외진단(In-Vitro Diagnostics, IVD) 시약을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

체외진단 시약의 정확도 및 경제성 등을 향상시키기 위해서는 단분산의 나노입자를 원하는 크기로 제조할 수 있어야 하고, 적은 양의 시료만으로도 정확하게 진단할 수 있어야하며, 조작이 쉽고 저렴하여 일반 병원에서뿐만 아니라 일반 가정에서도 의학적인 상식 없이 손쉽게 이용할 수 있어야 한다.

종래 금을 이용한 체외진단 시약에 대한 연구가 진행되어 왔으나, 그 경제적 이유 등을 고려하여 무기 입자 표면에 금을 코팅하여 사용하는 것에 대한 연구는 미미한 실정이다.

이에 본 발명자들은 금 전구체 수용액에 pH 제어제를 첨가한 후, TiO₂ 나노입자를 담지하고 환원제를 첨가하여 가열 및 교반하면 TiO₂ 나노입자의 표면에 금 입자가 균일하게 코팅된 금/TiO₂ 복합나노입자를 제조할 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명은 pH 제어제 및 환원제를 이용하여 금/TiO₂ 복합나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조되어 금 입자가 균일하게 코팅된 금/TiO₂ 복합나노입자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은,

금 전구체 수용액에 pH 제어제를 첨가하여 pH를 6 ~ 9 범위로 조절하는 단계;

상기 금 전구체 수용액에 TiO₂ 나노입자를 첨가하는 단계;

TiO₂ 나노입자가 첨가된 금 전구체 수용액에 환원제를 첨가한 후 가열 및 교반하여 금/TiO₂ 나노입자를 생성하는 단계; 및

상기 금/TiO₂ 나노입자를 회수하여 세척하고 건조하는 단계

를 포함하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법을 그 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되어 TiO₂ 표면이 금으로 코팅된 금/TiO₂ 복합나노입자를 그 특징으로 한다.

본 발명에 의하여 제조된 금/TiO₂ 복합나노입자는 체외진단 시약의 나노입자로 사용되는 경우 비표면적이 높아 비교적 많은 양의 생체물질(DNA, 항체 등)을 생접합할 수 있어 진단 결과의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 고가의 금 전구체 사용을 줄이는 경제적 효과도 얻을 수 있다. 또한 나노입자를 이용한 체외진단 시약은 개발 초기 단계이면서도 용도분야가 다양하며, 높은 성장성이 전망되는 분야이므로 관련 산업체로의 경제적 파급효과가 클 것으로 기대된다.

본 발명은 TiO₂ 나노입자에 금이 균일하게 코팅된 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금 전구체 수용액에 pH 제어제를 첨가하여 pH를 6 ~ 9 범위로 조절하는 단계, 상기 금 전구체 수용액에 TiO₂ 나노입자를 첨가하는 단계, TiO₂ 나노입자가 첨가된 금 전구체 수용액에 환원제를 첨가한 후 가열 및 교반하여 금/TiO₂ 나노입자를 생성하는 단계, 및 상기 금/TiO₂ 나노입자를 회수하여 세척하고 건조하는 단계를 포함하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법을 그 특징으로 한다. 본 발명에서 사용하는 금 전구체는 염화금산수화물(HAuCl_{4 ·}4H₂O), 염화금(HAuCl₄) 중에서 선택하며, 바람직하게는 염화금산수화물(HAuCl_4·4H₂O)을 선택한다.

상기 금 전구체 수용액에 pH 제어제를 첨가하여 수용액의 pH를 조절한다. 금이 코팅된 TiO₂ 입자를 효율적으로 제조하기 위하여 금 전구체가 TiO₂ 입자 표면에 고르게 분포되어 흡착된 후 환원한다. 상기와 같이 금 전구체가 TiO₂ 입자 표면에 고르게 분포되어 흡착되도록 하기 위하여 수용액의 pH 조절이 요구된다. 상기 금 전구체 수용액의 pH는 pH 제어제를 첨가하여 6 ~ 9 범위, 바람직하게는 7 ~ 8 범위로 조절한다. pH가 9를 초과하면 금이 코팅되기도 전에 TiO₂ 입자가 서로 응집하여 석출되는 문제가 있으며, pH가 6 미만이면 금이 TiO₂ 입자 표면에 코팅되지 않고 금 입자들이 따로 생성되는 문제가 있다.

상기 pH 제어제는 염기성 화합물을 사용하여 산성을 띠는 금 전구체 수용액의 pH를 상승시키며, 수산화기를 가지는 약염기성 화합물을 사용하여 금 전구체 수 용액의 pH를 서서히 증가시키는 것이 유리하다. 구체적으로 우레아, 수산화나트륨 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 우레아를 사용한다.

pH가 조절된 상기 금 전구체 수용액에 TiO₂ 나노입자를 첨가하며, 상기 TiO₂ 나노입자의 크기는 100 nm 이하가 바람직하다. 또한 상기 TiO₂ 나노입자를 첨가한 뒤 80 ~ 100 ℃ 로 가열하여 교반하는 과정을 거치는 것이 바람직하다.

TiO₂ 나노입자가 첨가된 상기 금 전구체 수용액에 구연산염 환원제를 첨가한 후 가열 및 교반하여 금/TiO₂ 나노입자를 생성시킨다. 상기 환원제로서는 약한 환원 반응을 일으키는 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 구연산염, 아스코빅 산, 포름알데하이드 및 아세트알데하이드 중에서 선택하되, 바람직하게는 구연산염, 더욱 바람직하게는 구연산염나트륨(trisodium citrate)을 사용한다. 상기 환원제에 의한 환원 과정에 의하여 TiO₂ 나노입자 표면에 금 입자가 코팅될 수 있으며, 금 전구체가 TiO₂ 나노입자 표면에 고르게 코팅되도록 하기 위하여 금 나노입자가 독립적으로 생성되는 것을 억제해야 하므로, 환원 반응의 조건을 조절할 필요가 있다. 상기 환원과정은 80 ~ 100 ℃에서 1 ~ 4 시간 교반하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 85 ~ 95 ℃에서 2 ~ 3 시간 교반한다. 80 ℃ 미만에서는 반응이 매우 느리게 진행되는 문제가 있고, 100 ℃ 초과하면 금의 환원반응이 빠르게 일어나고, 용매 증발에 따라 금 전구체 농도의 증가하게 되어 금이 TiO₂ 입자 표면에 코팅되지 않고 독립적인 금 입자가 생성된다.

상기 생성된 금/TiO₂ 나노입자를 회수하여 세척하고 건조하면 금/TiO₂ 복합나노입자를 얻을 수 있다. 상기 금/TiO₂ 나노입자는 필터 등을 이용하여 수용액으로부터 분리할 수 있으며, 세척 후 50 ~ 100 ℃에서 10 ~ 30 시간 건조하는 것이 바람직하다.

또한 금이 TiO₂ 나노입자 표면에 보다 안정적으로 코팅되도록 하기 위하여 소결 과정을 거치는 것이 바람직하다. 상기 소결 과정의 온도 및 시간에 따라 코팅된 금의 두께가 달라질 수 있으며, 상기 건조된 금/TiO₂ 복합나노입자를 80 ~ 400 ℃에서 2 ~ 6 시간 동안, 바람직하게는 100 ~ 300 ℃ 에서 3 ~ 5 시간 동안 소결한다.

상기 제조방법에 의하여 제조된 금/TiO₂ 복합나노입자는 TiO₂ 나노입자 표면에 금이 1 ~ 2 nm 크기로 코팅된다. 코팅된 금은 DNA, 항체 등 다양한 셍체물질과 접합할 수 있으므로, 상기 금/TiO₂ 복합나노입자는 암, 광우병, 결핵, 유행성 출혈열, 간염 등의 발명여부를 진단하기 위한 체외진단 시약에 활용될 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

금 전구체로 사용될 염화금산수화물(HAuCl_4·4H₂O)을 물에 녹여 금이온의 농 도가 3mM인 금 전구체 수용액 100ml를 제조하였다. 그리고 pH 제어제로서 1M 우레아 수용액을 상기 금 전구체 수용액에 첨가하여 수용액의 최종 pH를 7.0으로 조절하였다. 이후 평균 입자크기가 30nm인 TiO₂ 나노입자 1g을 첨가하여 85℃에서 2시간 동안 교반하였고, 환원제로서 10% 구연산나트륨(trisodium citrate) 수용액 2.5ml를 첨가한 뒤 85℃에서 3시간 동안 다시 교반하였다. 교반이 완료되면 생성된 금/TiO₂ 나노입자를 필터로 회수하고 DI water로 세척한 뒤 80℃에서 24시간 동안 건조하였다. 또한 상기 금/TiO₂ 나노입자에서 금이 TiO₂ 나노입자 표면에 안정적으로 코팅되도록 200℃에서 4시간 동안 소결 과정을 거쳐 금/TiO₂ 복합나노입자를 얻었다. 상기 금/TiO₂ 복합나노입자의 TEM 사진을 도 1에 나타내었다.

도 1은 실시예 1에 의하여 제조된 금/TiO₂ 복합나노입자의 TEM 사진이다.

Claims (8)

1. 금 전구체 수용액에 pH 제어제를 첨가하여 pH를 6 ~ 9 범위로 조절하는 단계;

   상기 금 전구체 수용액에 TiO₂ 나노입자를 첨가하는 단계;

   TiO₂ 나노입자가 첨가된 금 전구체 수용액에 환원제를 첨가한 후, 가열 및 교반하여 금/TiO₂ 나노입자를 생성하는 단계; 및

   상기 금/TiO₂ 나노입자를 회수하여 세척하고 건조하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금/TiO₂ 나노입자를 회수하여 세척하고 건조한 뒤 80 ~ 400 ℃에서 2 ~ 6 시간 동안 소결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제를 첨가한 후 80 ~ 100 ℃로 가열하여 교반시키는 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 pH 제어제는 우레아 또는 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제는 구연산염, 아스코빅 산, 포름알데하이드, 및 아세트알데하이드 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항의 제조방법으로 제조되어 TiO₂ 표면이 금으로 코팅된 금/TiO₂ 복합나노입자.
7. 제 6 항에 있어서 코팅된 금의 크기가 1 ~ 2 nm 인 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자.
8. 제 6 항에 있어서, 체외진단(In-Vitro Diagnostics) 시약의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 금/TiO₂ 복합나노입자.

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