KR20120022754A - 표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판 - Google Patents

표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판 Download PDF

Info

Publication number
KR20120022754A
KR20120022754A KR1020117023287A KR20117023287A KR20120022754A KR 20120022754 A KR20120022754 A KR 20120022754A KR 1020117023287 A KR1020117023287 A KR 1020117023287A KR 20117023287 A KR20117023287 A KR 20117023287A KR 20120022754 A KR20120022754 A KR 20120022754A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
substrate
aggregation
dispersion
scattered light
Prior art date
Application number
KR1020117023287A
Other languages
English (en)
Inventor
유키 하세가와
카츠유키 하세가와
Original Assignee
유키 하세가와
카츠유키 하세가와
주식회사 코리아테크노에이전시
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유키 하세가와, 카츠유키 하세가와, 주식회사 코리아테크노에이전시 filed Critical 유키 하세가와
Publication of KR20120022754A publication Critical patent/KR20120022754A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346—Nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G01N33/553—Metal or metal coated

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

높은 SERS 활성을 가지는 측정 기판 및 이를 이용하는 측정 방법을 제안한다.
SERS 활성을 가지는 5~100nm의 금속 나노 입자(클러스터를 포함한다)를 그 전극 전위보다 높은 전극 전위를 가지는 금속 기판 상에 응집시켜 핫 사이트가 되는 최적 응집 상태로 정착시켜 이루어지는 금속 기판으로서, 그 기판 상에서는 SERS 활성을 가지는 금속 나노 입자의 최적 응집역이 형성되어 있으므로 피검출 시료를 흡착시켜, 소정의 레이저광을 조사하면, 최적 응집 상태에서는 표면 플라스몬 공명에 의해 피검출 항원 시료의 표면 증강 라먼 산란(SERS) 광을 검출할 수 있다.

Description

표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판{ASSAYING SUBSTRATE WITH SURFACE-ENHANCED RAMAN SCATTERING ACTIVITY}
본 발명은, 재현성이 높은 표면 증강 라먼 산란(이하, SERS라고 한다) 활성을 가지는 측정 기판 및 이를 이용하는 표면 증강 라먼광 측정 방법에 관한 것이다.
최근, 생명과학을 중심으로 하는 바이오의 분야에 있어서, 세포 상의 단일 분자(예를 들면 단백질)를 계측하여, 병의 메카니즘이나 생명 현상을 해명하고자 하는 수요가 높아지고 있다. 그러한 수요를 만족시키기 위해서는, 세포를 산 채로, 비표식으로 관찰 가능한 초고감도 분석 기술이 필요 불가결하게 되고 있다.
현재, 바이오 분야의 검출법으로서, 표면 증강 라먼 분광법(Surface Enhan ced Raman Spectroscopy)이 "라먼 효과에 의한 분광법"과 "금속 표면에 있어서의 빛의 증강 효과"를 조합한 물질의 동정 등에 이용하는 초고감도 분석방법으로서 주목받고 있다. 라먼 효과란, 물질에 빛이 입사되었을 때, 산란된 빛 중에 입사된 빛의 파장과는 상이한 파장의 빛이 포함되는 현상(비탄성 산란)이다. 이 때의 산란광을 라먼 산란광이라고 부른다. 라먼 효과에 의해 산란된 빛과 입사광의 에너지의 차는 물질 내의 분자나 결정의 진동 순위나 회전 준위, 혹은 전자 준위의 에너지에 대응하고 있으므로, 분자나 결정은 그 구조에 따른 특유의 진동에너지를 가지기 위해, 단색광인 레이저를 입사광으로서 이용하고, 그 분자 고유의 에너지 상태를 반영한 빛으로 변조되는 현상을 이용하여, 스펙트럼으로부터 화학종을 동정하고, 그 산란광 강도로부터 목적 물질을 정량하는 라먼 분광법이 알려져 있다. 그러나, 라먼 분광법의 감도는 본질적으로 낮기 때문에, 미소량의 시료 분석에는 적합하지 않다.
한편, 금속 나노 입자에 있어서는 금속 표면에 존재하는 자유전자가 집합적으로 진동하는 현상인 플라스몬이 금속 표면에 존재하고, 이 표면 플라스몬은 가시~근적외영역의 광전장과 커플링시킴으로써, 금속 나노 입자 표면에 있어서 현저하게 전기장을 증강시킨다. 이 표면 플라스몬 공명(Surface)을 이용함으로써, 금속 나노 입자 표면에 흡착시킨 분자에 레이저광을 조사하여 흡착 분자로부터 발생하는 라먼 산란광을 비약적으로 증강시키므로, 표면 증강 라먼 분광법이 주목되기에 이르렀다. 그 하나로서 금, 은 등의 귀금속 전극이나 콜로이드의 표면에 물질을 흡착시켜, 분자 단독에 비하여 진동 스펙트럼이 증강되는 것을 이용한 SERS 측정이 행해지고 있다. (특허문헌 1)
이 SERS 측정은, 미량 물질의 구조 해석에 유용한 수법이지만, 현재, 그 수법은, 수 십~수 백 nm정도의 크기를 가진 은이나 금 등의 귀금속의 미립자를 유리 기판 상에 축적할 필요가 되어 있지만, 종래에는 용액 중에서 은 혹은 금의 콜로이드 입자를 합성하여, 리신이나 시안으로 수식한 기판 상에 고정할 필요가 있다(비특허문헌 1, 2, 3, 특허문헌 2). 특히, 특허문헌 2에서는, 응집 방지를 한 콜로이드를 겔화하고, 도포 건조하여 기판으로 하는 이른바 drop＆dry법이 채용되어, 주류가 되어 있다.
특허문헌 1：일본특허공개공보 평7－146295호 특허문헌 2：일본특허공개공보 평11－61209호
비특허문헌 1：S. Nie and S. R. Emory, Science. 275, 1102 (1997) 비특허문헌 2：K. C. Grabar, P. C. Smith, M. D. Musick, J. A . Davis, D. G. Walter, M. A. Jackson, A. P. Guthrie and M. J. Natan, J. Am. Chem, Soc. , 118, 1148(1996) 비특허문헌 3：R. M. Bright, M. D. Musick and M. H. Natan, Langmuir, 14, 5695(1998)
그러나, drop＆dry법은 측정에 시간을 필요로 하여, 피검체를 신속하고 또 정확하게 검출하는데는, 피검체를 적하후 즉시 비건조 상태(drop in situ)로 검출하는 것이 필요하며, 병의 진단 등, 기상 중의 극미량의 화학종의 분석을 행하는데는 현재 아직 불충분하다고 할 수 있다.
왜냐하면, 예를 들면, 은의 나노 입자는 용액 중에서는 강한 활성을 가지지만, 건조시키면 나노 입자의 크기가 변화하여, 활성이 떨어져 버리기 때문이며, 또, 금의 나노 입자는, 대기 중에서도 안정되지만, 은과 비교하여 원래의 SERS 활성이 낮은데다가, 나노 입자 분산액에서는 유리 기판 상에 고정할 수 있는 밀도가 매우 작기 때문이다.
본 발명은, 표면 플라스몬 공명에 의한 전기장 증강 효과가 현저하게 발생하는 장소(핫 사이트)는 주로 근접한 금속 나노 입자 또는 클러스터간이나 엣지 형상의 선단 등에서 현저하게 발생하고 있는 것을 감안하여, 이러한 핫 사이트가 되는 금속 나노 입자의 응집 상태를 제어하면서 형성하고, 시료의 적하후 즉시 검출할 수 있는 측정 기판 및 이를 이용하는 측정 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 은의 나노 입자 또는 클러스터 분산액이 구리 또는 구리 합금 기판 상에서 즉시 응집을 개시하기 시작하여 정착하고, 즉시 표면 증강 라먼 산란광측정 가능한 상태가 되는 것에 착안하여 이루어진 것이므로, SERS 활성을 가지는 금속의 입경 100nm 이하의 나노 입자(클러스터를 포함한다) 100~5000ppm를 포함하는 분산액을 그 금속의 전극 전위보다 높은 전극 전위를 가지는 금속 기판 상에서 응집시켜, 원하는 응집 상태에서 응집 정지시켜 응집 영역이 표면 증강 라먼 산란(SERS) 측정을 위한 핫 사이트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판에 있다.
본 발명에 의하면, 금속 나노 입자 또는 클러스터 분산액으로부터의 응집 과정에서 금속 나노 입자 또는 클러스터는 금속 기판 상에 정착되어 부착 강도가 강고하여 응집 과정에서 분산액을 제거해도, 이 응집막은 용이하게 박리되지 않아, 그 시점에서 응집은 거의 정지시킬 수 있다. 따라서, 금속 나노 입자 분산액에 피검출 시료를 분산시켜, 이것을 금속 기판 상에 적하 응집시키면서 레이저광을 조사해도 되지만, 금속 나노 입자 분산액만을 금속 기판 상에 적하하여 적시 응집 과정에서 제거하여 건조시켜, 라먼 산란광 검출에 유효한 금속 나노 입자의 핫 사이트를 위한 응집 영역을 형성한 측정 기판을 준비함으로써, 이것에 피검출 용액을 적하하는 것에 의해 최적화된 라먼 산란광의 측정이 가능해진다.
금속 나노 입자 또는 클러스터가 2개 이상 연쇄하여, 적어도 10nm 이하의 입자간 거리로 조정된 핫 사이트를 단위 면적당 복수개 가지는 측정 기판인 것이 바람직하다. 여기서, 금속 나노 입자는 입경이 100nm 이하의 금속 입자를 말하며, 물리적으로 분쇄하여 제조할 수 있지만, 금속 이온을 환원 또는 금속 이온을 착물화하여 그대로 응집시켜도 제조할 수 있다. 이하, 금속 나노 입자라고 할 때는 입경이 100nm 이하인 금속 입자 또는 클러스터를 말하며, 금속 이온을 환원하여 응집시킨 것뿐만 아니라, 금속 이온을 분산제를 통하여 응집시킨 클러스터를 포함한다. 금속 나노 입자의 조정법으로서 금속 이온을 환원하여, 금속 원자, 금속 클러스터를 거쳐 나노 입자로 조정하는 화학적 방법(토리고에 미키지로 등 저, 촉매, 41521(1999)), 그 외 물리적 방법(일본공개특허공보 3－34211호, 일본공개특허공보 5－98195호)이 알려져 있다. 특히 수십 나노 미터 이하의 나노 입자를 물리적으로 제조하는 것은 어렵다. 그 때문에, 금속 전극을 전해하여 이온을 형성하고, 이것을 응집시켜 클러스터로서 제조되는 것이 바람직하다. 특히 "나노 클러스터"란, 몇 개부터 수 백 개의 원자?분자가 모여 생성되는 집합체로, 그 크기는 수 나노 미터부터 수 십 나노 미터에 이른다.
상기 금속 나노 입자 또는 클러스터는 SERS 활성을 가지는 금속, 금, 은 및 그 합금으로 이루어지는 군에서 선택되고, 핫 스포트를 형성하는데는 입자 또는 클러스터 직경이 50~5nm, 20~5nm인 것이 바람직하다. 은의 나노 입자의 2련구에서는 입자 직경이 커짐에 따라 피크의 위치가 높아지는 현상도 보이지만, 단위면적당 핫 사이트 수를 입자간이나 엣지 형상의 선단을 형성하는 의미에서는 입자 직경이 작은 쪽이 유리하다고 생각된다. 또, 나노 입자 또는 클러스터의 형상은 통상 구형상이지만, 입자 치수에 따라 결과적으로 단위 면적당 핫 사이트 수를 증대시킬 수 있도록 변형시켜도 된다.
금속 이온의 분산액 중에, 금속 이온과 금속 착물을 형성하는 배위자를 공급하는 배위 화합물을 첨가하는 것이 클러스터 응집 사이즈를 조정하기 쉽기 때문에 바람직하다. 배위 화합물 종과 그 농도의 조정에 의해 적절한 사이즈의 금속 클러스터를 형성하여 분산액을 형성할 수 있다. 덧붙여, 배위 화합물로서 은이온의 경우는 암모니아, 지방족 아민, 아미노산 등의 아미노기를 가지는 배위 화합물이 알려져 있다. 특히 바람직한 배위 화합물로서 아미노기와 카르복실기를 가지는 아미노산계 계면활성제를 포함하는 양성 계면활성제를 들 수 있고, 그 중에서도 아미노산계 계면활성제인 L－알라닌은 0.001~0.002 중량%를 첨가하는 것에 의해 은이온 용액은 은이온의 응집이 5~20nm에 이르는 나노 클러스터를 형성할 수 있다.
[0016]
한편, 상기 금속 기판은 금속 나노 입자의 종류에 따라 결정되고, 그것보다 전극전위가 높아지도록 금, 은, 구리 및 그 합금으로부터 선택된다. 기판 전체가 모두 금속일 필요는 없고, 적어도 분산액 중에서 전위를 나타내는 금속 표면을 가지면 된다. 따라서, 예를 들면, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 유리 또는 플라스틱스틱판(1) 상에 원형 펀칭 성형하여 접시 형상의 0. 1 mm 정도의 얇은 금속판(2)를 붙여 제조할 수 있다. 이 기판은 금속 부분(2)이 접시 형상으로 형성되므로, 상기 분산액을 적하하면 액적(3)이 되어 부풀어 오른다(도 7(b) 참조). 그 후 액적을 질소 블로우 등으로 날려 버리면, 금속 나노 입자의 응집역(4)이 금속 표면상에 형성되어 측정 기판이 작성된다. 금속 기판의 전위는 금합금, 은합금, 구리합금 등 합금화 기술을 사용하여, 그 조성비를 조정하는 것에 의해 조제할 수도 있다. 또, 적당한 전압을 부하하여 조정할 수도 있다. 또한, 응집 속도는 검출의 타이밍, 응집 정도는 입자간 거리에 영향을 주므로 중요하다. 왜냐하면, 40nm 직경의 금입자의 2련구에서의 실험에 의하면, 표면 플라스몬끼리에 의한 공명 현상이 입자 간격 10nm 이하에서 일어나, 1nm까지의 간격의 감소에 의해 증대할 수 있기 때문이다. 또, 은의 나노 입자의 응집에서는 시간과 함께 검출 감도가 증대하여, 그 후 감소하는 것으로부터 응집이 시작되고부터 완전히 응집이 끝날때까지의 과도기에 표면 플라스몬끼리에 의한 공명 현상에 의한 최적 응집 간격이 나타나, 검출 피크가 나타나기 때문이다. 또한, 본 발명에서 사용하는 기판은 금속 표면이 산화되어 있는 것이 금속 나노 입자의 응집 속도를 조정할 수 있으므로 바람직한 경우가 있다. 따라서, 금속 표면을 가지는 기판 상에 시료를 포함하는 금속 나노 입자 분산액을 적하할 때, 금속 표면에 산화물을 형성하는 것이 바람직한 경우도 있다. 상기 서술한 바와 같이, 금속 기판은 응집 대상의 금속 나노 입자 또는 클러스터와의 관계에서 전극 전위를 고려하여 선택되지만, 은의 나노 입자 또는 클러스터를 응집시키는데는 구리판, 놋쇠판 또는 인청동판 등의 구리 합금판이 선택되는 것이 바람직하다. 이 은의 나노 클러스터 분산액을 금속 기판 상에서 응집시키면, 금속 기판 상에 SERS 활성을 가지는 클러스터가 배위자와 함께 결정을 형성하는 것으로 생각되어(도 5), 핫 사이트의 작성에 적합한 응집 영역이 된다.
상기 금속 나노 입자 또는 클러스터의 함유량은 5000부터 100ppm으로, 특히 3000부터 500ppm이 바람직하다. 고농도의 경우는 입자간 밀도가 높으므로 핫 사이트를 형성하는 것이 빨라지(분산액 중에 0.001~0.002 중량%의 L－알라닌을 포함하는 경우 1000ppm으로 6분, 2000ppm으로 3분, 3000ppm으로 1분 정도의 응집 시간이 적당하였다)므로 응집의 정지를 빠르게 하고, 저농도의 경우는 핫 사이트를 형성하는 것이 느려지므로 응집의 정지를 늦춘다. 따라서, 통상 응집 개시 후 적절한 시간을 설정하지만, 핫 사이트가 되는 응집 상태는 분산액 중의 금속 나노 입자 또는 클러스터의 함유량, 분산제, 기판 금속과의 전극 전위차 등이 영향을 주므로 최적 조건을 미리 결정하여 두는 것이 중요하다.
본 발명은, 상기 측정 기판을 사용하여 각종 라먼 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정 방법을 제공하는 것으로, 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속의 100nm 이하의 입자 직경의 나노 입자(클러스터를 포함한다)를 포함하는 분산액을 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속의 금속전극 전위보다 높은 전극 전위를 가지는 금속 표면을 가지는 기판 상에서 응집 개시후 적시 응집 정지시켜 최적 응집 영역을 제공하는 공정과, 그 금속 응집역에 피검출 시료를 부착시키는 공정과, 비건조 상태에서 금속 나노 입자 표면에 흡착시킨 피검출 시료에 소정의 레이저광을 조사하여 피검출 시료로부터 발생하는 라먼 산란광을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정 방법을 제공하는 것이다.
각종 질병 마커나 각종 바이러스는 단백 분자이며, 최적인 핫 사이트에 단백 분자를 흡착시키는 것이 표면 플라스몬 공명(Surface)을 활용할 수 있는 조건이 된다. 본 발명자들은, 아미노산계 계면활성제를 사용하여 은의 나노 입자 또는 클러스터의 분산액으로 하면, 아미노산을 통하여 은의 나노 입자가 금속 기판 상에 응집하는 결과, 아미노산을 등전점 이상 또는 이하의 pH용액으로 처리하면, 기판상의 아미노산이 단백 분자를 흡착하기 쉬운 전하로 대전시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 입경 5~100nm의 금 또는 은의 나노 입자 100~5000ppm를 포함하는 콜로이드 용액 중에 적어도 아미노기와 카르보닐기를 가지는 양성 전해질을 분산시켜, 그 양성 전해질을 포함하는 콜로이드 용액을 금속 기판 상에 적하하고, 금속 기판과 나노 금속과의 전극 전위차로 응집을 개시시켜, 최적 응집 상태로 응집을 정지시킨 후 양성 전해질을 그 등전점 이상 또는 이하의 pH용액으로 처리하여 플러스 또는 마이너스 대전시키는 것에 의해, 피검출 단백 시료를 흡착시켜, 금 또는 은의 나노 입자에 레이저광을 조사하고, 흡착된 피검출 단백 시료로부터 발생하는 라먼 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 전해질은 아미노산계 계면활성제 또는 단백계 계면활성제로서, 특히 아미노산계 전해질, 글리신, L－알라닌, 리신 등의 카르복실기에 대하여 아미노기가 1 이상의 아미노산계 전해질이 바람직하다. 아미노기가 은의 나노 입자의 흡착에 유리하기 때문이다. 또, 아미노산은 등전점 이상의 pH용액의 처리에 의해 플러스 대전하고, 등전점 이하의 pH용액에서 마이너스 대전하므로, 마이너스 혹은 플러스에 대전하는 단백 분자와 선택적으로 전하 흡착하기 쉽기 때문이다.
특히 항원 항체 반응을 이용하는 경우, 본 발명에서 사용하는 금속 나노 입자 분산액은 계면활성제로서 아미노산계 양성 계면활성제를 포함하는 단백계 계면활성제인 것이 바람직하고, 그 계면활성제는 응집한 금속 나노 입자간에 개재하여 항체 성분 또는 항원 성분을 금속 나노 입자간에 유도하는 역할을 한다고 생각된다. 항체 성분으로부터 선택하여 단독으로 첨가하거나 아미노산계 전해질과 항체 성분을 병용하여 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 분산액 중에서의 양성 전해질을 이용하여 금속 기판 상에 최적의 응집 형태를 형성할 수 있음과 함께, 양성 전해질의 성질을 이용하여 단백질 흡착에 필요한 전하를 선택 형성할 수 있으므로, 단백 흡착을 확실히 행할 수 있다. 게다가 본 발명에서는 금속 나노 입자 또는 클러스터의 간격 조정을 응집 시간으로 컨트롤할 수 있으므로, 최적인 핫 스포트에 단백질 분자를 흡착시키도록 할 수 있다. 따라서, 각종 단백 분자의 SERS 검출을 재현성 좋게, 검출할 수 있어, 각 질병 마커, 각종 바이러스의 검출이 가능해진다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 나노 입자 분산액은 통상 각종 분산제를 이용할 수 있지만, 피검출 시료의 노이즈를 형성하지 않도록 선택할 필요가 있다. 분산제 농도 등의 응집 방지 효과는 콜로이드 금속, 금속 기판의 전극 전위와의 관계를 고려하여 최적 검출 타이밍을 설정할 수 있도록 고려해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 측정 방법에 이용되는 분산액으로서, 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속 이온의 분산액 중에 금속 이온에 배위자를 공급하는 배위 화합물을 첨가하여 금속 착물 클러스터를 형성하여 이루어지는 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속 나노 입자 분산액을 제공하는 것이기도 하다.
상기 배위 화합물은, 단백 검출의 경우는, 아미노기와 카르복실기를 포함하는 양성 계면활성제인 것이 바람직하고, 항원 항체 반응을 이용할 때는, 항원 항체 반응의 항체 성분을 단독으로 또는 상기 양성 계면활성제와 함께 첨가한 분산액으로 해야 한다. 상기 양성 계면활성제가 아미노산계 계면활성제를 포함하는 단백계 계면활성제이면, 항체 성분 또는 항원 성분을 금속 나노 입자 또는 클러스터간에 유도하는 기능을 가진다.
도 1은 응집 시간 6분의 기판에 있어서의 4, 4‘-비피리딘 없는 기판의 백 그라운드 스펙트럼 도를 나타낸다.
도 2는 응집 시간 7분의 기판에 있어서의 4, 4‘-비피리딘 1μM의 SERS 스펙트럼 도를 나타낸다.
도 3은 응집 시간 6분의 기판에 있어서의 4, 4‘-비피리딘 1nM의 SERS 스펙트럼 도를 나타낸다.
도 4는 응집 시간 7분의 기판에 있어서의 4, 4‘-비피리딘 1nM의 SERS 스펙트럼 도를 나타낸다.
도 5는 인 청동기판 상에 전해질을 포함하는 은의 나노 입자 분산액을 응집시킨 상태의 2만배 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 2에서 측정된 CRP의 SERS 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명과 관련되는 측정 기판의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.
실시예 1
본 실시 형태에 있어서는, 은이온을 화학적 방법으로 응집시키는 방법으로 작성된 평균 입경 7~10nm의 은의 나노 클러스터를, L－알라닌으로 이루어지는 아미노산계 분산제를 포함하는 수용액 중에 분산시켜, 2000ppm, 1000ppm 및 100ppm의 은의 나노 클러스터 분산액(무색 투명)을 작성한다. 표면 청정 은기판, 구리판 및 황동기판 상에, 1000ppm 1방울(10μL)씩 간격을 두고 적하하여, 그 응집 과정을 관찰했다. 은기판 상에서는 대략 응집에 하루 밤 필요했던 것에 대하여, 구리 기판 상에서는 수 분부터, 황동기판 상에서는 수 십초부터 수 분에 검은 퇴적물이 형성되었다. 여기에서는 응집의 정지는 적하 후 6분과 7분에 질소 블로우하여 물방울을 비산 건조시키는 것에 의해 행해졌다. 이와 같이 하여 작성한 6분 응집과 7분 응집의 황동기판 상에서의 퇴적역에 4, 4－비피리딘을 1μM, 100nM에 순수로 희석하여 적하하고, 주식회사 람다비전 측정기를 이용하여, 최대 출력으로 파장 825nm의 레이저를 여기광으로서 이용하여 SERS 스펙트럼을 측정했다. 그 결과를 도 1부터 도 4에 나타낸다. 도 1은 6분간 응집의 기판 상에 순수를 적하한 경우의 스펙트럼이다. 도 2는 7분간 응집의 기판 상에 4, 4‘-비피리딘 1mM를 적하했을 때의 SERS 스펙트럼 도를 나타낸다. 도 3 및 도 4는 6분 응집과 7분간 응집의 기판 상에 4, 4‘-비피리딘 1nM를 적하했을 때의 SERS 스펙트럼 도를 나타낸다.
도 1과 도 2~ 도 4의 스펙트럼을 비교하면, 1μM 및 100nM의 농도의 시료의 측정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 3과 도 4의 비교로부터 6분 응집이 7분 응집보다 뛰어나며, 최적 응집 시간이 존재하는 것을 이해할 수 있다.
이러한 측정 기판에 의하면, 레이저광의 초점 맞춤을 완료시켜 두면, 기판 상의 응집역에 소정의 시료를 적화하는 것에 의해 4, 4‘-비피리딘의 100nM SERS 스펙트럼을 순간에 검출할 수 있었다.
실시예 2
실시예 1에서 사용한, 평균 입경 7~10nm의 은의 나노 입자 또는 클러스터를, 아미노산계 계면활성제(L－알라닌 0. 001~0. 002%)를 포함하는 수용액 중에 분산시켜, 2000ppm, 1000ppm 및 100ppm의 은의 나노 분산액(무색 투명)을 작성한다. 표면 청정한 은기판, 구리판 및 황동기판 상에, 1000ppm의 분산액 1방울(10μL)씩 간격을 두고 적하하여, 그 응집 과정을 관찰했다. 구리 기판 상에서는 대략 응집에 하룻밤이 필요했던 것에 대하여, 황동기판 상에서는 수 분부터, 인 청동기판 상에서는 수 분부터 수 십분에 검은 퇴적물이 형성되었다. 여기에서는 응집의 정지는 적하 후 질소 블로우하여 물방울을 비산 건조시키는 것에 의해 행해졌다. 이와 같이 하여 작성한 6분 응집의 인 청동판(도 5에 나타내는 SEM 사진) 상에서의 퇴적역에 CRP(통상 농도의 1000배)를 10배, 100배로 순수한 물로 희석하여 적하하고, 주식회사 람다비전 측정기를 이용하여, 최대 출력으로 825nm의 파장의 레이저를 여기광으로서 이용하여 SERS스펙트럼을 측정했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 피검출 시료를 적하 후 즉시 SERS 광을 측정할 수 있는 측정 기판을 제공할 수 있다. 그리고, 이러한 측정 기판을 이용하면, 핫 사이트가 되는 최적 응집역의 하전 상태를 조정할 수 있으므로, 단백 검출에 필요한 나노 입자로의 단백의 흡착이 용이해진다. 또, 항원 항체 반응을 이용하여, 암 마커 및 바이러스의 검출에 의한 병의 진단 등을 행하는 측정도 가능해진다.

Claims (11)

  1. SERS 활성을 가지는 금속의 입경 100nm 이하의 나노 입자(클러스터를 포함한다) 100~5000ppm를 포함하는 분산액을 그 금속의 전극 전위보다 높은 전극 전위를 가지는 금속 기판 상에서 응집시켜, 원하는 응집 상태로 응집 정지시켜 이루어지고, 응집 영역이 표면 증강 라먼 산란(SERS) 측정을 위한 핫 사이트를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산액 중의 SERS 활성을 가지는 금속이 은으로서, 분산액 중에 은이온과 금속 착물을 형성하는 배위자를 공급하는 배위 화합물을 포함하는 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배위 화합물이 은과의 안민 착물을 형성하는 아미노기를 가지는 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배위 화합물이 아미노기와 카르복실기를 가지는 양성 계면활성제인 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판.
  5. 청구항 2에 있어서,
    금속 기판이 구리판 또는 구리 합금인 표면 증강 라먼 산란광 측정용 기판.
  6. 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속의 100nm 이하의 입자 직경의 나노 입자(클러스터를 포함한다)를 포함하는 분산액을 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속의 금속 전극 전위보다 높은 전극 전위를 가지는 금속 표면을 가지는 기판 상에서 응집 개시 후 적시 응집 정지시켜 최적 응집 영역을 제공하는 공정과, 그 금속 응집역에 피검출 시료를 부착시키는 공정과, 피검출 시료의 비건조 상태로 금속 나노 입자 표면에 흡착시킨 피검출 시료에 소정의 레이저광을 조사하여 피검출 시료로부터 발생하는 라먼 산란광을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정 방법.
  7. 입경 5~100nm의 금 또는 은의 나노 입자 또는 클러스터 100~5000ppm을 포함하는 분산액 중에 적어도 아미노기와 카르보닐기를 가지는 양성 전해질을 분산시켜, 그 양성 전해질을 포함하는 분산액을 금속 기판 상에 적하하여, 금속 기판과 나노 금속과의 전극 전위차로 응집을 개시시켜, 최적 응집 상태에서 응집을 정지시킨 후 양성 전해질을 그 등전점 이상 또는 이하의 pH용액으로 처리하여 플러스 또는 마이너스 대전시키는 것에 의해, 피검출 단백 시료를 흡착시켜, 금 또는 은의 나노 입자에 레이저광을 조사하고, 흡착한 피검출 단백 시료로부터 발생하는 라먼 산란광을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라먼 산란광 측정 방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 기재된 측정 방법에 이용되는 분산액으로서, 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속이온의 분산액 중에 금속 이온에 배위자를 공급하는 배위 화합물을 첨가하여 금속 착물 클러스터를 형성하여 이루어지는 표면 증강 라먼 활성 기능을 가지는 금속 나노 입자 분산액.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 배위 화합물이 아미노기와 카르복실기를 포함하는 양성 계면활성제인 단백 검출용 분산액.
  10. 청구항 8에 있어서,
    항원 항체 반응의 항체 성분을 단독으로 또는 상기 양성 계면활성제와 함께 첨가한 항원 항체 반응용 분산액.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 양성 계면활성제가 아미노산계 계면활성제를 포함하는 단백계 계면활성제이며, 항체 성분 또는 항원 성분을 금속 나노 입자 또는 클러스터간에 유도하는 기능을 가지는 분산액.
KR1020117023287A 2009-03-04 2010-03-04 표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판 KR20120022754A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009051105 2009-03-04
JPJP-P-2009-051105 2009-03-04
JPJP-P-2009-171354 2009-07-22
JP2009171354 2009-07-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120022754A true KR20120022754A (ko) 2012-03-12

Family

ID=42709763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117023287A KR20120022754A (ko) 2009-03-04 2010-03-04 표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9658163B2 (ko)
EP (1) EP2405257A4 (ko)
JP (1) JP5466226B2 (ko)
KR (1) KR20120022754A (ko)
CN (1) CN102428359B (ko)
WO (1) WO2010101209A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101538218B1 (ko) * 2012-08-24 2015-07-22 한양대학교 에리카산학협력단 표면―증강 라만 산란에 기초한 고속 및 고감도 미량 분석용 유무기 나노섬유 복합체 기판 및 이의 제조방법

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101832206B1 (ko) * 2010-09-06 2018-02-26 유겐가이샤 마이테크 금속 착체 양자 결정의 제조 방법
JP5801587B2 (ja) * 2011-03-31 2015-10-28 富士フイルム株式会社 光電場増強デバイスの製造方法
JP6196159B2 (ja) * 2011-10-31 2017-09-13 有限会社マイテック 金属錯体量子結晶及びそれを用いる生化学物質の表面増強ラマン散乱（ｓｅｒｓ）分析法
CN102818800A (zh) * 2012-09-07 2012-12-12 天津大学 一种基于芯片级试纸的人血尿蛋白检测方法
CN103901247B (zh) * 2012-12-28 2016-08-31 清华大学 电势差测量方法
JP6327337B2 (ja) * 2013-04-29 2018-05-23 アイシン精機株式会社 貴金属ナノ粒子の粒度が制御された懸濁液
JP6294614B2 (ja) * 2013-05-08 2018-03-14 有限会社マイテック 癌関連物質の定量方法
CN103604796A (zh) * 2013-11-29 2014-02-26 苏州大学 一种硅基表面增强拉曼散射（sers）基底的制备方法
EP3141888B1 (en) 2014-05-08 2021-11-03 Mytech Co., Ltd. Plasmonic chip, and cancer disease diagnosis methods respectively employing fluorescent image and raman spectroscopy
CN103968946B (zh) * 2014-05-19 2016-01-13 中国人民解放军第二军医大学 一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法
KR101765387B1 (ko) * 2015-06-24 2017-08-23 서강대학교산학협력단 금속 코아 간 초미세 보이드를 가지는 나노 갭 구조체 및 이를 이용한 분자 검출 장치 및 방법, 선택적 에칭을 통한 상기 나노 갭 구조체의 제조 방법
CN106814059B (zh) * 2017-01-16 2019-06-14 北京芯创睿胜科技有限公司 Sers活性液滴、制备方法及分子检测方法
CN107262168B (zh) * 2017-06-12 2019-04-30 重庆大学 一种pdms自吸进样的微流控sers芯片及其制备方法
CN111830004A (zh) * 2019-04-18 2020-10-27 中国科学院微电子研究所 一种检测拉曼信号的方法
JP7307917B2 (ja) * 2019-04-26 2023-07-13 国立大学法人群馬大学 生体高分子の濃縮化方法、結晶化方法およびナノ構造基板
CN113092443B (zh) * 2021-04-12 2022-09-20 华北电力大学 一种粘性Cu-Au贵金属复合基底、制备方法及其应用
CN113275583B (zh) * 2021-05-11 2022-07-01 安徽大学 面向农药残留的sers基底制备方法及检测方法
US20230035300A1 (en) * 2021-07-28 2023-02-02 National Cheng Kung University Method for detecting viruses
CN114184592B (zh) * 2021-11-24 2023-12-05 厦门大学 一种基于负电性sers基底的负电性分子sers检测方法
WO2023123069A1 (zh) * 2021-12-29 2023-07-06 陆一平 一种可调整材料表面对电磁波反应的方法和其组合构造

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2561537B2 (ja) 1989-03-30 1996-12-11 真空冶金株式会社 金属ペースト及びその製造方法
US5376556A (en) * 1989-10-27 1994-12-27 Abbott Laboratories Surface-enhanced Raman spectroscopy immunoassay
JP2678841B2 (ja) 1991-10-09 1997-11-19 三ツ星ベルト株式会社 微粒子分散ぺースト及びこれを用いた金属膜の製造方法
JPH07146295A (ja) 1993-11-19 1995-06-06 Kyoto Daiichi Kagaku:Kk ラマン分光測定による免疫分析方法及び装置
JPH10160737A (ja) * 1996-12-03 1998-06-19 Dainippon Printing Co Ltd 光学的分析装置用測定チップ及びその製造方法
JPH1161209A (ja) * 1997-08-15 1999-03-05 Kdk Corp 貴金属微粒子の分散体及びその製造方法、並びに分散体を利用した構造体デバイス及びその製造方法
US6989897B2 (en) * 2002-06-12 2006-01-24 Intel Corporation Metal coated nanocrystalline silicon as an active surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrate
US7400395B2 (en) * 2002-06-12 2008-07-15 Intel Corporation Metal coated nanocrystalline silicon as an active surface enhanced raman spectroscopy (SERS) substrate
US7019828B2 (en) * 2003-03-12 2006-03-28 Intel Corporation Chemical enhancement in surface enhanced raman scattering using lithium salts
US20050077184A1 (en) * 2003-10-09 2005-04-14 Organotek Defense System Corporation Method for preparing surface for obtaining surface-enhanced Raman scattering spectra of organic compounds
WO2006065762A2 (en) * 2004-12-13 2006-06-22 University Of South Carolina Surface enhanced raman spectroscopy using shaped gold nanoparticles
WO2007060989A1 (ja) * 2005-11-22 2007-05-31 Intellectual Property Bank Corp. 表面増強ラマン散乱(ｓｅｒｓ)による微量物質の検知方法ならびに装置、微量アナライト検知用マイクロ流路チップ
JP2007198933A (ja) 2006-01-27 2007-08-09 Keio Gijuku 表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法及び表面増強ラマン分光分析用基板
US20080003576A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Jingwu Zhang Assay platforms and detection methodology using surface enhanced Raman scattering (SERS) upon specific biochemical interactions
JP2008026109A (ja) * 2006-07-20 2008-02-07 Fujifilm Corp 微細構造体及びその製造方法、センサデバイス及びラマン分光用デバイス
JP5110254B2 (ja) * 2006-10-10 2012-12-26 富士レビオ株式会社 蛍光測定法と、蛍光測定のための測定用チップ及びその製造方法
JP2009031023A (ja) * 2007-07-25 2009-02-12 Keio Gijuku 表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法、マイクロｔａｓの製造方法、及び、マイクロｔａｓ
US20090201496A1 (en) * 2008-02-11 2009-08-13 Shuit-Tong Lee Surface-enhanced raman scattering based on nanomaterials as substrate
WO2009117646A2 (en) * 2008-03-20 2009-09-24 Drexel University Method for the formation of sers substrates
KR101832206B1 (ko) * 2010-09-06 2018-02-26 유겐가이샤 마이테크 금속 착체 양자 결정의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101538218B1 (ko) * 2012-08-24 2015-07-22 한양대학교 에리카산학협력단 표면―증강 라만 산란에 기초한 고속 및 고감도 미량 분석용 유무기 나노섬유 복합체 기판 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN102428359A (zh) 2012-04-25
EP2405257A4 (en) 2017-08-02
JPWO2010101209A1 (ja) 2012-09-10
US9658163B2 (en) 2017-05-23
US20120115245A1 (en) 2012-05-10
CN102428359B (zh) 2014-12-31
JP5466226B2 (ja) 2014-04-09
WO2010101209A1 (ja) 2010-09-10
EP2405257A1 (en) 2012-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120022754A (ko) 표면 증강 라먼 산란 활성 측정 기판
Kumar et al. Characterization techniques for nanomaterials
Hong et al. Nanobiosensors based on localized surface plasmon resonance for biomarker detection
Freeman et al. Ag-clad Au nanoparticles: novel aggregation, optical, and surface-enhanced Raman scattering properties
JP6294911B2 (ja) 量子結晶基板
Haiss et al. Determination of size and concentration of gold nanoparticles from UV− Vis spectra
Hossain et al. Surface-enhanced Raman scattering: realization of localized surface plasmon resonance using unique substrates and methods
Nishida et al. Synthesis and chiroptical study of D/L-penicillamine-capped silver nanoclusters
Daniyal et al. Development of Surface Plasmon Resonance Spectroscopy for Metal Ion Detection.
JP2010203973A (ja) 表面増強ラマン散乱の測定方法
Kahraman et al. Label-free and direct protein detection on 3D plasmonic nanovoid structures using surface-enhanced Raman scattering
JP6196159B2 (ja) 金属錯体量子結晶及びそれを用いる生化学物質の表面増強ラマン散乱（ｓｅｒｓ）分析法
Kaleem et al. Melamine detection in liquid milk based on selective porous polymer monolith mediated with gold nanospheres by using surface enhanced Raman scattering
Alizadeh et al. A review on gold nanoparticles aggregation and its applications
Pastoriza‐Santos et al. Synthetic routes and plasmonic properties of noble metal nanoplates
JPWO2014181814A1 (ja) 生体試料のラマン定量分析用バイオチップ
JP2007198933A (ja) 表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法及び表面増強ラマン分光分析用基板
Kahraman et al. Hydrophobicity-driven self-assembly of protein and silver nanoparticles for protein detection using surface-enhanced Raman scattering
Ge et al. Real-time observation of dynamic heterogeneity of gold nanorods on plasma membrane with darkfield microscopy
Tang et al. Inductively coupled plasma mass spectrometry for determination of total urinary protein with CdTe quantum dots label
US20170226560A1 (en) Gold nanoparticle-based homogeneous colorimetric diagnostic assay for the detection of proteases and protease inhibitors
Takei et al. TLC-SERS plates with a built-in SERS layer consisting of cap-shaped noble metal nanoparticles intended for environmental monitoring and food safety assurance
Wang et al. Research progress of SERS on uranyl ions and uranyl compounds: a review
Geng et al. Rapid and sensitive detection of amphetamine by SERS-based competitive immunoassay coupled with magnetic separation
Li Surface‐enhanced Raman scattering at colloidal silver oxide surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid