KR20130094975A - Composites of sio2 shell/methylene blue hybrided au nano element and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게 설명을 하면, Au 나노입자 또는 Au 나노막대를 포함하는 Au(gold) 나노체의 표면에 메틸렌블루(이하, MB로 칭한다.)를 도입하기 위해, 실리카(SiO2) 코팅방법으로 메틸렌블루를 결합, 하이브리드 시킨 Au 나노체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 표면증감라만산란(SERS, Surface enhanced raman scattering) 효과가 우수한 바, 바이오센서, 분자영상 조영제, 캡슐형 내시경용 나노입자 등의 제품 응용할 수 있다. 또한, 본 발명은 Au의 발열효과(hyperthermia effect) 및 메틸렌블루의 광역학치료(photodynamic therapy) 효과를 통해 암 치료도 가능하다.The present invention relates to a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite and a method for manufacturing the same, more specifically, methylene blue (hereinafter referred to as Au (gold) nanoparticles containing Au nanoparticles or Au nanorods) In order to introduce (MB), the present invention relates to an Au nanobody in which methylene blue is combined and hybridized with a silica (SiO 2 ) coating method and a method of manufacturing the same. The present invention has excellent surface enhanced raman scattering (SERS) effect, it can be applied to products such as biosensors, molecular imaging contrast agents, capsule endoscope nanoparticles. In addition, the present invention can also treat cancer through the hyperthermia effect of Au and photodynamic therapy of methylene blue.
금(Au, Gold)와 같은 금속나노입자는 표면에 존재하는 자유전자(Free electron)들이 외부 빛의 전자기파와 상호간섭을 통하여 전자구름들이 주기적으로 진동(Oscillation)을 일으킴으로써 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)를 이루게 된다. 특히, 약 10nm의 입자크기를 갖는 금 나노입자는 미에 이론(Mie theory)에 따라 약 520nm 파장의 빛에서 SPR 조건을 만족시키게 되고 도 1과 같이 강한 소광(Extinction, Scattering and Absorption)을 일으키게 된다.Metal nanoparticles such as gold (Au, Gold) have surface plasmon resonance due to the periodic oscillation of the electron clouds through the free electrons on the surface and the interference of the electromagnetic waves of external light. Plasmon Resonance (SPR). In particular, gold nanoparticles having a particle size of about 10 nm satisfy the SPR condition in light of about 520 nm wavelength according to Mie theory and causes strong extinction (Stintering and Absorption) as shown in FIG. 1.
구형 금 나노입자는 모든 방향에서 SPR 현상이 동일한 반면 금 나노막대(Au nanorod)는 종축방향과 횡축방향의 전자구름들이 외부 전자기파와 서로 다른 방식으로 상호간섭을 일으키게 되며, 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이 종축 방향에서 발생하는 SPR 조건은 횡축 방향의 SPR 조건 보다 더 장파장을 갖게 된다. Spherical gold nanoparticles have the same SPR phenomenon in all directions, while Au nanorods have mutually different electron clouds in the longitudinal and transverse directions from external electromagnetic waves, and thus, as shown in FIG. The SPR condition occurring in the longitudinal direction has a longer wavelength than the SPR condition in the transverse direction.
이때, 종횡비(Aspect ratio)가 커질수록 즉, 금 나노막대의 길이가 길어질수록 장파장에서의 흡수 피크(Absorption peak)는 적색편이(Red-shift)하게 되며 일반적으로 종횡비에 따라 약 700 ~ 1,000nm NIR(Near infrared) 영역의 파장에서 강한 흡수(Absorption)을 일으킨다. At this time, the larger the aspect ratio, that is, the longer the length of the gold nanorod, the absorption peak in the longer wavelength becomes red-shifted, and is generally about 700 to 1,000 nm NIR depending on the aspect ratio. (Near infrared) causes strong absorption in the wavelength of the region.
이와 같은 금속 나노입자의 SERS 효과는 양자점들(Quantum dots)을 이용한 분자영상법이 양자점의 중금속에 의한 독성으로 인해 임상학적으로 사용할 수 없다는 단점을 획기적으로 극복할 수 있다는 점에서 최근에 큰 관심을 받고 있다.The SERS effect of the metal nanoparticles has recently been of great interest in that the molecular imaging method using quantum dots can overcome the disadvantage that the quantum dots cannot be used clinically due to the toxicity of the heavy metals of the quantum dots. I am getting it.
일반적으로 유기염료(Organic dye)의 라만 시그널(Raman signal)은 FT-IR(Fourier Transform Infrared) 시그널에 비교하여 더 많은 정보를 갖고 있음에도 불구하고 크기가 너무 작아서 바이오 센서에 적용하기 어렵다. In general, Raman signals of organic dyes are too small to be applied to biosensors even though they have more information than Fourier Transform Infrared (FT-IR) signals.
그러나, 금속 나노입자와 유기염료를 결합시키면 금속 나노입자의 표면 플라스몬 공명(SPR) 전자들이 유기염료로 이동하면서 라만 시그널이 약 106 ~ 1012으로 증폭되며, 특히 금속 나노입자가 응집 형태(Aggregated form)로 형성하면 SPR 전자들이 가운데 부분에 증폭되게 된다. 도 2에 나타낸 바와 같이 이 부분을 핫-스팟 지역(Hot-spot area)라고 하며, 유기염료의 라만 시그널이 크게 증폭된다. 이러한 효과를 SERS(Surface Enhanced Raman Scattering) 효과라 한다.However, when the metal nanoparticles are combined with the organic dye, the surface plasmon resonance (SPR) electrons of the metal nanoparticles move to the organic dye, and the Raman signal is amplified to about 10 6 to 10 12 , and the metal nanoparticles are in the aggregate form ( When formed in an aggregated form, SPR electrons are amplified in the center. As shown in FIG. 2, this part is called a hot-spot area, and the Raman signal of the organic dye is greatly amplified. This effect is called a Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) effect.
한편 금 나노입자는 CT 조영제 및 암의 발열 치료제로 최근 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 금 나노체 등과 같은 금 나노입자의 응집된 입자는 매우 불안정한 문제가 있고, 이를 극복하기 위해 금 나노입자에 레이져 활성 염료(Laser active dye)인 D8-4,4'-다이피리딜(D8-4,4'-dipyridyl)를 코팅한 물질이 상업적으로 판매되고 있으나, 레이져 활성 염료가 매우 비싸다는 단점(D8-4,4'-dipyridyl 가격 886,000원/g, Sigma Aldrich)이 있다.
On the other hand, gold nanoparticles have recently received a lot of attention as a CT contrast agent and a fever treatment for cancer. However, aggregated particles of gold nanoparticles, such as gold nanoparticles, have a very unstable problem, and in order to overcome them, D8-4,4'-dipyridyl (D8-4,4'-dipyridyl, which is a laser active dye, has been applied to gold nanoparticles. -4,4'-dipyridyl) coating material is commercially available, but the laser active dye is very expensive (D8-4,4'-dipyridyl price 886,000 won / g, Sigma Aldrich).
이에 본 발명자는 바이오 센서, 조영제 등으로 사용할 수 있는 새로운 금속 나노체를 개발하고자 연구한 결과, 메틸렌 블루(MB)는 이미 임상에서 치료제로 사용되고 있고 가격이 매우 저렴(820원/g, Sigma Aldrich)하다는 장점이 있으며, 도 3에 나타낸 바와 같이 MB는 671 ~ 705nm의 여기(Excitation)에서 750nm 파장의 밝은 형광특성을 보이며 특히 약 80 ~ 300 M 농도의 메틸렌블루는 두께 3.5mm의 돼지 피부를 통과해 나올 정도로 형광 특성이 우수한 것으로 알려져 있음을 알게 되었고, 이를 금 나노체에 도입시킬 수 있는 방법을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have studied to develop a new metal nano-body that can be used as a biosensor, contrast agent, etc., methylene blue (MB) is already used as a therapeutic in the clinical and very low price (820 won / g, Sigma Aldrich) As shown in FIG. 3, MB shows bright fluorescence at a wavelength of 750 nm at excitation of 671 to 705 nm, and methylene blue having a concentration of about 80 to 300 M passes through a 3.5 mm thick pig skin. It was found that the fluorescence properties are known to be excellent enough to come out, and to know how to introduce them into the gold nano-body was completed the present invention.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 실리카를 함유한 코팅층; 및 메틸렌블루가 하이브리드된(hybrided) 금 나노체를 함유한 코어(core);를 포함하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제공하고자 한다.The present invention for solving the above problems is a coating layer containing silica; And to provide a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite comprising a; core containing methylene blue hybridized (hybrided) gold nanobody (core).
또한, 본 발명은 실리카 코팅법으로 이용하여, 메틸렌블루를 금 나노체와 결합시킨 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite in which methylene blue is combined with a gold nanobody using a silica coating method.
그리고, 상기 제조방법에 있어서, 상기 금 나노체가 금 나노입자인 경우에는 응집된 형태의 다중핵 금 나노입자가 분산된 에탄올 용액에 메틸렌블루, 테트라에틸오쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 넣은 후, 교반시켜서 상기 다중핵 금 나노입자에 메틸렌블루 결합 및 실리카 코팅시킨 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.In the above production method, when the gold nanobody is a gold nanoparticle, methylene blue, tetraethylorthosilicate (TEOS) and ammonium hydroxide (NH) in an ethanol solution in which the multinucleated gold nanoparticles of the aggregated form are dispersed. 4 OH), and then stirred to provide a method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite characterized in that the multi-nuclear gold nanoparticles methylene blue bond and silica coating.
또한, 상기 제조방법에 있어서, 금 나노체가 금 나노막대인 경우에는 금 나노막대에 PEG(poly ethylene glycol) 작용기를 도입하여 PEG가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계; 상기 PEG가 코팅된 금 나노막대를 트리메톡시실레인(MPTS, trimethoxysilan)으로 코팅시켜서, 실레인 그룹(silane group)이 도입된 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계; 및 상기 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대의 PEG 및 MPTS를 제거 또는 치환시켜서 실리카 코팅 및 메틸렌블루가 결합한 금 나노막대를 제조하는 단계;를 수행하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.In the above method, when the gold nano-body is a gold nano-rod, preparing a PEG-coated gold nano-rod by introducing a PEG (polyethylene glycol) functional group to the gold nano-rod; Coating the PEG-coated gold nanorods with trimethoxysilan (MPTS) to produce a PEG / MPTS-coated gold nanorod in which silane groups are introduced; And removing or replacing PEG and MPTS of the PEG / MPTS-coated gold nanorods to prepare gold nanorods in which silica coating and methylene blue are combined; preparing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite To provide a method.
또한, 본 발명은 상기 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 이용한 바이오 센서, 분자영상 조영제, 캡슐형 내시경 및/또는 암 치료제를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a biosensor, molecular imaging contrast agent, capsule endoscope and / or cancer therapy using the SiO 2 shell / MB-Au nanocore complex.
본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체는 SERS 효과가 매우 우수한 바, 바이오 센서, 분자영상 조영제, 캡슐형 내시경 등에 사용할 수 있으며, 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 복합체 성분 중 하나인 메틸렌블루(MB)가 활성산소를 발생시켜 암세포를 파괴하는 효과(photodymic effect) 및 금 나노체의 발열효과(hyperthermia effect)를 이용하여 암 치료제로 사용할 수 있다. 나아가, 이러한 본 발명의 복합체는 캡슐형 내시경과 CT를 이용하여 동시에 암의 유무를 확인 및 치료가 동시에 가능하다.The SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention is very excellent in the SERS effect, and can be used in biosensors, molecular imaging contrast agents, capsule endoscopes, and the like. One of the methylene blue (MB) can be used as a cancer treatment by using the effect of generating free radicals to destroy cancer cells (photodymic effect) and the hyperthermia effect of gold nano-body. Furthermore, the complex of the present invention can simultaneously identify and treat cancer by using a capsule endoscope and CT.
도 1은 금 나노입자의 소광(Extinction) 및 표면 플라스몬 공명(SPR) 조건을 나타낸 것이다.
도 2는 응집된(Aggregated) 금속 나노입자의 핫-스팟 지역(Hot-spot area) 및 SERS 효과를 나타낸 것이다.
도 3은 농도에 따른 메틸렌 블루의 형광특성을 나타낸 것이다.
도 4는 메틸렌블루의 암세포 파괴 메커니즘에 대한 모식도이다.
도 5는 금 나노입자에서 CTAB가 제거되기 전 용액 및 CTAB가 제거되어 응집된 금 나노입자가 포함된 용액을 나타낸 사진이다.
도 6의 A는 실시예 1의 (1)에서 합성한 금 나노입자의 TEM 사진이며,B는 실시예 1에서 합성한 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 TEM 사진이다.
도 7은 실험예 1의 SERS 효과를 비교하기 위한 라만 스펙트럼 측정 결과이다.
도 8의 A ~ D 각각은 실시예 2 ~ 5에서 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 TEM 사진이다.
도 9는 실험예 2에서 실시한 SERS 효과 측정 실험 결과로서, A는 실시예 1 및 실시예 2의 복합체 및 메틸렌블루의 라만 스펙트럼 측졍결과이며, B는 옥소니카 제품의 라만스펙트럼 측정 결과이고, C와 D 각각은 실시예 2 및 실시예 1의 복합체의 TEM 사진이다.
도 10은 실험예 3에서 실시한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 암 치료 효과 실험을 위해 상기 복합체의 표면에 EGFR 인공결합단백질(Affibody) 및 NLS 펩타이드를 접합(conjugation)시킨 모식도이다.
도 11은 실험예 3에서 실시한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 암 치료 효과 실험을 위한 형광현미경 측정 사진으로서, A는 A431세포를 복합체와 배양시키기 전의 형광현미경 측정사진이고, B는 배양 후의 형광현미경 측정사진이다. 그리고, (a) 및 (b)는 MB(methylene blue)의 형광현미경 측정 사진이며, (C)는 세포 핵 염료인 DAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)의 형광현미경 측정 사진이다.
도 12는 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노체 코어 복합체를 캡슐형 내시경 자동판독 시스템에 적용한 실시예의 모식도이다. 1 shows Extinction and Surface Plasmon Resonance (SPR) conditions of gold nanoparticles.
FIG. 2 shows the hot-spot area and SERS effect of aggregated metal nanoparticles.
Figure 3 shows the fluorescence characteristics of methylene blue according to the concentration.
Figure 4 is a schematic diagram of the mechanism of cancer cell destruction of methylene blue.
5 is a photograph showing a solution containing gold nanoparticles aggregated by removing the solution and CTAB before the CTAB is removed from the gold nanoparticles.
6A is a TEM photograph of the gold nanoparticles synthesized in (1) of Example 1, and B is a TEM photograph of the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite synthesized in Example 1. FIG.
7 is a Raman spectrum measurement results for comparing the SERS effect of Experimental Example 1.
Each of A to D in FIG. 8 is a TEM photograph of the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core composite prepared in Examples 2 to 5.
9 is a SERS effect measurement experiment results carried out in Experimental Example 2, A is the Raman spectrum measurement results of the composite and methylene blue of Example 1 and Example 2, B is the Raman spectrum measurement results of Oxonica products, C and Each D is a TEM photograph of the composite of Example 2 and Example 1.
FIG. 10 is a schematic diagram of conjugation of EGFR artificial binding protein (Affibody) and NLS peptide on the surface of the complex for experiments on cancer treatment effect of the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core complex carried out in Experimental Example 3. FIG.
11 is a fluorescence microscope measurement picture for the cancer treatment effect experiment of the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core complex carried out in Experimental Example 3, A is a fluorescence microscope measurement picture before incubating A431 cells with the complex, B is It is a photograph of fluorescence microscopy after incubation. (A) and (b) are fluorescence micrographs of MB (methylene blue), and (C) are fluorescence micrographs of DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole) which is a cell nuclear dye.
12 is a schematic diagram of an embodiment in which the SiO 2 shell / MB-Au nanobody core composite of the present invention is applied to a capsule endoscope auto read system.
본 발명에서 사용하는 용어인 “금 나노입자(nanoparticle)"는 구형, 불규칙적인 구형, 다중면체의 형태를 갖는 금 나노입자를 의미한다. 그리고, ”다중핵 금 나노입자“는 다수의 단일 금 나노입자가 응집된(aggregated) 형태를 의미한다.As used herein, the term “gold nanoparticles” refers to gold nanoparticles having spherical, irregular spherical, and polyhedral forms. “Multicore gold nanoparticles” refers to a plurality of single gold nanoparticles. Refers to an aggregated form of particles.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 자세하게 설명을 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 상업적으로 이용가치가 매우 큰 메틸렌블루(이하, MB로 칭한다.)를 실리카 코팅법을 이용하여 금 나노입자 및/또는 금 나노막대와 하이브리드(hybrid) 시켜 SERS 효과가 우수한 새로운 나노입자를 합성하고자 한다.The present invention hybridizes the commercially available methylene blue (hereinafter referred to as MB) with gold nanoparticles and / or gold nanorods using silica coating to produce new nanoparticles with excellent SERS effect. We want to synthesize
이와 같은 본 발명은 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체에 관한 것으로서, 실리카를 함유한 코팅층; 및 메틸렌블루가 결합된 금 나노체를 함유한 코어(core);를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 금 나노체는 다중핵(multicore) 금 나노입자(nanoparticles) 또는 금 나노막대(nanorods)인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, comprising a coating layer containing silica; And a core containing a gold nanobody bonded to methylene blue; wherein the gold nanobody is multicore gold nanoparticles or gold nanorods. It features.
구체적으로, 금 나노입자는 금 나노막대에 비하여 표면 플라스몬 공명(SPR) 효과가 작기 때문에 도 2에 나타낸 바와 같이 응집된 형태에 MB가 들어간 다중핵 금 나노입자를 이용한다. 그러나, 금 나노막대는 그 자체로 SPR 효과가 우수하기 때문에 응집된 형태가 아니더라도 SERS 효과가 우수한 바, 금 나노입자와는 달리 응집된 형태를 사용하지 않아도 된다.Specifically, since gold nanoparticles have a smaller surface plasmon resonance (SPR) effect than gold nanorods, multinucleated gold nanoparticles containing MB in agglomerated form are used as shown in FIG. 2. However, since the gold nanorods have excellent SPR effect on their own, the SERS effect is excellent even if they are not agglomerated forms, unlike gold nanoparticles.
상기 다중핵 금 나노입자와 금 나노막대는 평균직경이 1 ~ 300 ㎚인 것을, 바람직하게는 2 ~ 100 nm인 것이 좋으며 특히, 금 나노입자의 평균직경이 300 nm를 초과하면 충분한 응집효과에 의한 SPR 효과를 볼 수 없는 문제가 있으며, 1 nm 미만은 제조단가면에서도 제조면에서 어렵다. The multinucleated gold nanoparticles and the gold nanorods have an average diameter of 1 to 300 nm, preferably 2 to 100 nm, and particularly, when the average diameter of the gold nanoparticles exceeds 300 nm, due to sufficient coagulation effect. There is a problem that can not see the SPR effect, less than 1 nm is difficult in terms of manufacturing cost.
그리고, 상기 코팅층은 평균두께가 1 ~ 500 ㎚인 것을, 바람직하게는 평균두께가 5 ~ 100 ㎚인 것이 좋다. 여기서, 코팅층의 두께가 1 ㎚ 미만이면 안정성이 떨어지고, SERS 효과가 미약할 수 있으며, 500 ㎚를 초과하면 복합체의 전체 직경이 너무 커지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 코팅층 두께를 갖는 것이 바람직하다.
In addition, the coating layer has an average thickness of 1 to 500 nm, preferably an average thickness of 5 to 100 nm. Here, when the thickness of the coating layer is less than 1 nm, the stability is poor, the SERS effect may be weak, and when the thickness exceeds 500 nm, the total diameter of the composite may be too large, so it is preferable to have a coating layer thickness within the above range.
[[ SiOSiO 22 쉘/ Shell / MBMB -- AuAu 나노코어Nano core 복합체의 제조방법] Manufacturing Method of Composite]
본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체는 금 나노체에 메틸렌블루를 도입하기 위해서, 실리카 코팅법으로 이용하여, 메틸렌블루를 금 나노체와 하이브리드시켜서 제조할 수 있으며, 상기 금 나노체는 금 나노입자 또는 금 나노막대이다. The SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention may be prepared by hybridizing methylene blue with a gold nanobody by using a silica coating method in order to introduce methylene blue into the gold nanobody. Are gold nanoparticles or gold nanorods.
상기 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 금 나노입자를 제조하는 방법에 대하여 설명을 하면, 상기 금 나노입자는 다중핵 금 나노입자이며, 상기 다중핵 금 나노입자는 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 용액에서 금 나노입자를 제조한 후, CTAB를 제거하여 응집(aggregation)된 형태의 금 나노입자인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 다중핵 금 나노입자는 2 ~ 10개, 바람직하게는 4 ~ 8개의 금 나노입자가 응집된 형태가 된다.In the method for producing the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, the method for producing the gold nanoparticles, the gold nanoparticles are multinuclear gold nanoparticles, the multinuclear gold nanoparticles After the preparation of gold nanoparticles in a CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) solution, characterized in that the gold nanoparticles in the form (aggregated) by removing CTAB. In addition, the multinuclear gold nanoparticles are in the form of aggregated 2 to 10, preferably 4 to 8 gold nanoparticles.
구체적으로는 상기 다중핵 금 나노입자는 1) HAuCl43H2O, CTAB 용액 및 환원제를 혼합하여 금 씨드(Seed) 용액을 제조하는 단계; 2) 상기 Au 씨드 용액에 HAuCl43H2O, CTAB 용액 및 아스코르빈산(ascorbic acid)를 넣은 후, 교반시켜서 금 나노입자를 제조하는 단계; 및 3) 상기 금 나노입자로부터 CTAB를 제거하여 응집된 형태의 금 나노입자를 제조하는 단계;를 수행하여 제조할 수 있다. 그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 금 나노입자로부터 CTAB를 제거하기 전에는 붉은색이나, CTAB가 제거되어 금 나노입자가 응집됨으로써 옅은 보락색으로 변하게 된다. Specifically, the multinuclear gold nanoparticles are prepared by: 1) preparing a gold seed solution by mixing HAuCl 4 3H 2 O, a CTAB solution, and a reducing agent; 2) adding HAuCl 4 3H 2 O, CTAB solution and ascorbic acid to the Au seed solution, followed by stirring to prepare gold nanoparticles; And 3) removing the CTAB from the gold nanoparticles to prepare gold nanoparticles in agglomerated form. And, as shown in Figure 5 before removing the CTAB from the gold nanoparticles, the red color, but CTAB is removed and the gold nanoparticles are agglomerated to become a light purple.
또한, 3)응집된 형태의 금 나노입자를 제조하는 단계는 2)금 나노입자를 제조하는 단계에서 제조한 금 나노입자를 원심분리하여 금 나노입자를 분리시킨 후, 이를 세척한 다음 증류수에 분산시키는 단계 (3-1); 및 금 나노입자가 분산된 증류수를 원심분리 및 에탄올로 용매를 치환시켜서 금 나노입자의 CTAB를 제거하는 단계(3-2);를 포함할 수 있다.In addition, 3) preparing the gold nanoparticles in agglomerated form is 2) centrifuging the gold nanoparticles prepared in the step of preparing the gold nanoparticles to separate the gold nanoparticles, washed and then dispersed in distilled water Making (3-1); And removing the CTAB of the gold nanoparticles by centrifuging the distilled water in which the gold nanoparticles are dispersed and replacing the solvent with ethanol (3-2).
여기서, 상기 환원제는 특별히 한정하지는 않으나, NaBH4를 사용하는 것이 바람직하다. Here, the reducing agent is not particularly limited, but NaBH 4 is preferably used.
그리고, 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체는 상기 응집된 형태의 다중핵 금 나노입자가 분산된 에탄올 용액에 메틸렌블루, 테트라에틸오쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 넣은 후, 교반시켜서 상기 다중핵 금 나노입자에 메틸렌블루를 하이브리드 및 실리카 코팅시켜서 제조할 수 있다.In addition, the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention is methylene blue, tetraethylorthosilicate (TEOS) and ammonium hydroxide (NH 4 ) in an ethanol solution in which the multinucleated gold nanoparticles of the aggregated form are dispersed. OH), and then stirred, can be prepared by hybridization and silica coating of methylene blue on the multinuclear gold nanoparticles.
본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 금 나노체가 금 나노막대인 경우에 금 나노막대를 제조하는 방법에 대하여 설명을 하면, 상기 금 나노막대는 HAuCl4·3H2O 및 CTAB 용액을 혼합 및 보텍싱(vortexing)한 후, 환원제를 첨가하여 보텍싱시킨 다음, 금 나노입자를 포함하는 금 씨드(seed) 용액을 제조하는 단계; 및 상기 금 씨드 용액을 숙성시킨 후, 성장용액(growing solution)과 혼합하여 결정성장 반응을 시켜서 금 나노막대를 제조하는 단계;를 수행하여 제조할 수 있다. 그리고, 상기 결정성장 반응을 통해 제조한 금 나노막대를 포함하는 용액을 원심분리하여 금 나노막대를 분리한 후, 이를 증류수로 세척한 다음, 다시 증류수에 분산시켜서 금 나노막대를 얻을 수 있게 된다.In the method for producing the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention, when the gold nano-body is a gold nano-rod described a method for producing a gold nano-rod, the gold nano-rod is HAuCl 4 · Mixing and vortexing the 3H 2 O and CTAB solutions, followed by vortexing with the addition of a reducing agent, to prepare a gold seed solution comprising gold nanoparticles; And after aging the gold seed solution, and mixing with a growth solution (growing solution) to perform a crystal growth reaction to prepare a gold nano-rod; can be prepared by performing. The gold nanorods are separated by centrifuging the solution containing the gold nanorods prepared by the crystal growth reaction, washed with distilled water, and then dispersed in distilled water to obtain gold nanorods.
상기 성장용액은 CTAB, HAuCl4·3H2O, AgNO3 및 아스코르빈산을 포함할 수 있다. 상기 성장용액과 금 씨드 용액을 혼합하여 결정성장 반응을 시키면, 질산은(AgNO3)이 금 나노막대 성장의 촉매 역할을 하게 되며, 용액 색깔은 아스코르빈산의 환원 작용으로 인해 Au(Ⅲ)가 Au(0)이 되면서 투명한 용액이 된다.The growth solution may include CTAB, HAuCl 4 · 3H 2 O, AgNO 3 and ascorbic acid. When the growth solution and the gold seed solution are mixed and the crystal growth reaction is performed, silver nitrate (AgNO 3 ) acts as a catalyst for the growth of gold nanorods, and the solution color is Au (III) due to the reducing action of ascorbic acid. It becomes (0) and becomes a transparent solution.
금 나노막대를 이용한 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제조하는 방법을 설명하면, Referring to the method of manufacturing the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention using a gold nanorod,
1)금 나노막대에 PEG(poly ethylene glycol) 작용기를 도입하여 PEG가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계; 2)상기 PEG가 코팅된 금 나노막대를 트리메톡시실레인(MPTS, trimethoxysilan)으로 코팅시켜서, 실레인 그룹(silane group)이 도입된 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계; 및 3)상기 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대의 PEG 및 MPTS를 제거 또는 치환시켜서 실리카 코팅 및 메틸렌블루가 하이브리드된 금 나노막대를 제조하는 단계;를 수행하여 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제조할 수 있다.1) preparing a PEG-coated gold nanorod by introducing a PEG (polyethylene glycol) functional group into the gold nanorod; 2) coating the PEG-coated gold nanorods with trimethoxysilan (MPTS) to prepare a gold nanorod coated with PEG / MPTS having a silane group introduced therein; And 3) removing or replacing PEG and MPTS of the PEG / MPTS coated gold nanorods to prepare a gold nanorod hybridized with silica coating and methylene blue; and performing SiO 2 shell / MB- of the present invention. Au nanocore composites can be prepared.
상기 1)PEG가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계는 CTAB를 이용하여 합성한 금 나노막대를 m-PEG 티올(thiol)과 반응시켜서 제조할 수 있으며, 금 나노입자와 달리 CTAB를 PEG로 치환시키는 이유는 에탄올 용매에서 CTAB가 쉽게 제거되기 때문에, 금 나노막대가 응집되므로 CTAB를 PEG 작용기로 치환해 주기 위한 것이다.1) The step of preparing a PEG-coated gold nanorods can be prepared by reacting the gold nanorods synthesized using CTAB with m-PEG thiols, and unlike CT gold nanoparticles substituted CTAB with PEG The reason for this is that since CTAB is easily removed from the ethanol solvent, the gold nanorods are aggregated to replace CTAB with a PEG functional group.
상기 2)PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계는 금 나노막대에 실리카 코팅이 균일하게 이루어지도록 하기 위해서, 금 나노막대에 실레인 그룹을 도입하기 위한 것으로서, 특별히 한정하지는 않으나, 스토버(stober) 방법으로 실리카를 코팅하기 위한 것이다.The step of preparing the 2G PEG / MPTS-coated gold nanorods is to introduce a silane group to the gold nanorods, so that silica coating is uniformly performed on the gold nanorods. To coat silica by means of a stober method.
3)상기 실리카 코팅 및 메틸렌블루가 하이브리드된 금 나노막대를 제조하는 단계는 상기 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대, 에탄올, 증류수, 메틸렌블루, 수산화암모늄 및 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS)를 혼합 및 반응시켜서 제조할 수 있다.3) preparing the silica nanorods hybridized with silica coating and methylene blue may include mixing the PEG / MPTS-coated gold nanorods, ethanol, distilled water, methylene blue, ammonium hydroxide and tetraethyl orthosilicate (TEOS); It can make it react.
앞서 설명한 금 나노막대를 이용한 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 제조하는 방법의 모든 단계는 아르곤 가스 하에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 글로브 박스(glove box) 하에서 수행할 수 있다.All steps of the method for preparing the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention using the gold nanorods described above may be performed under argon gas, preferably under a glove box. .
본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체는 도 2에 나타낸 바와 같이 금 나노체 또는 MB-Au 나노코어의 핫-스팟 지역에서의 메틸렌블루의 라만 시그널이 크게 증폭되는 SERS(Surface Enhanced Raman Scattering) 효과가 우수한 바, 바이오 센서, 분자영상 이미징을 위한 조영제로 사용할 수 있다. As shown in FIG. 2, the SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite of the present invention is a surface enhanced Raman (SERS) in which a Raman signal of methylene blue is greatly amplified in a hot-spot region of a gold nanobody or MB-Au nanocore. It has excellent scattering effect and can be used as a contrast agent for biosensor and molecular imaging.
그리고, 기존의 내시경은 고통을 참거나 수면마취를 해야 하나, 캡슐형 내시경은 이러한, 부담으로부터 벗어나 영상데이터 수신기를 몸에 부착하고 삼킨 후 배출만 하면 캡슐형 내시경으로부터 수신기로 전송된 영상데이터를 바탕으로 병변의 유무를 분석할 수 있으며, 일상 생황이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 의료인 입장에서는 내시경을 직접적으로 제어할 수 없고 배율이 낮아 정확도가 떨어지며 캡슐형내시경이 측정한 방대한 수십만 장의 영상데이터를 전문의가 수작업으로 분석해야 한다는 단점으로 인해 시술단가가 매우 높은 편이다. 따라서 아무리 환자 입장에서 편리하고 안전한 캡슐형 내시경이라고 하더라도 현재의 유선내시경을 대체하기에는 기술진입 장벽이 매우 높기 때문에 의료인과 환자들이 사용을 꺼려하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체를 이용한다면 표적지향을 통해 대장암 세포 또는 조직에 나노입자를 선택적으로 들어가게 함으로써 메틸렌블루의 형광 빛으로 암의 유무를 쉽게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 메틸렌블루의 항암치료효과를 이용해 암세포를 치료할 수 있는 캡슐형 내시경용 나노입자가 될 것으로 기대되며, 또한, 캡슐형 내시경의 자동판동 시스템 개발에 이용할 수 있을 것으로 기대된다. And, conventional endoscopes have to endure pain or sleep anesthesia, but capsule endoscopes are based on the image data transmitted from the capsule endoscope to the receiver by simply swallowing and discharging after attaching the image data receiver to the body. As a result, the presence or absence of lesions can be analyzed, and the daily life is possible. However, the medical staff cannot control the endoscope directly, the accuracy is low due to the low magnification, and the cost of the procedure is very high due to the disadvantage that a large number of hundreds of thousands of image data measured by the capsule endoscope must be manually analyzed by a specialist. Therefore, no matter how convenient and safe capsule endoscopy for the patient's point of view, medical professionals and patients are reluctant to use the technology because the barriers to entry of the endoscopic endoscope are very high. In order to solve this problem, if the SiO 2 shell / MB-Au nanocore complex of the present invention is used, nanoparticles may be selectively introduced into colon cancer cells or tissues through target orientation, thereby easily detecting the presence of cancer with methylene blue fluorescent light. Not only can it be confirmed, it is expected to be an encapsulated endoscope nanoparticle that can treat cancer cells by using the anticancer treatment effect of methylene blue, and is also expected to be used for the development of an automatic phantom system of the capsule endoscope.
또한, 금 나노체의 발열효과(hyperthermia effect) 및 메틸렌블루의 포토다이나믹 효과(photodymic effect)에 의해 암 치료가 가능하며, 나아가, SERS 효과, 발열효과 및 포토다이나믹 효과를 동시에 이용할 수 있도록, 암 진단 및 암 치료가 동시에 수행 가능한 것으로 기대된다.In addition, cancer can be treated by the hyperthermia effect of the gold nano-body and the photodymic effect of methylene blue, and furthermore, cancer diagnosis can be performed simultaneously to use the SERS effect, the pyrogenic effect and the photodynamic effect. And cancer treatment is expected to be performed simultaneously.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.
[실시예][Example]
실시예 1 : SiOExample 1 SiO 22 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체의 합성 Synthesis of Shell / MB-Au Nanoparticle Core Composites
(1) (One) AuAu 나노입자의 합성 Synthesis of nanoparticles
Au 나노입자를 아래와 같이 CTAB 용액에서 합성하였다. Au nanoparticles were synthesized in CTAB solution as follows.
먼저 0.1M CTAB 용액 5mL와 0.0005M HAuCl4ㆍ3H2O 5mL를 섞은 후 0.01M NaBH4 0.6mL를 넣어 금 나노입자 씨드(seed)를 합성하였다. 다음으로 합성된 금 나노입자 씨드 용액 0.5 ㎖를 0.2M CTAB 50 ㎖, 0.001M HAuCl4ㆍ3H2O 50 ㎖ 및 0.0079M 아스코르빈산(Ascorbic acid) 0.7 ㎖의 혼합용액에 넣은 후 강하게 2시간 동안 교반(Stirring) 시켜서, 약 20 ㎚의 균일한 입자 크기의 금 나노입자를 합성하였으며, 이의 TEM(Transmission electron microscopy) 사진을 도 6의 A에 나타내었다. First, 5mL of 0.1M CTAB solution and 0.0005M HAuCl 4 3H 2 O 5mL were mixed, and then 0.6M of 0.01M NaBH 4 was added to synthesize gold nanoparticle seeds. Next, 0.5 ml of the synthesized gold nanoparticle seed solution was added to 50 ml of 0.2 M CTAB, 50 ml of 0.001 M HAuCl 4 ㆍ 3H 2 O, and 0.7 ml of 0.0079 M Ascorbic acid. By stirring, gold nanoparticles having a uniform particle size of about 20 nm were synthesized, and a transmission electron microscopy (TEM) photograph thereof is shown in FIG. 6A.
다음으로, 합성된 금 나노입자는 원심분리를 통하여 세척(Washing)한 후 증류수에 분산시켰다.Next, the synthesized gold nanoparticles were washed by centrifugation and then dispersed in distilled water.
(2) SiO(2) SiO 22 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체의 합성 Synthesis of Shell / MB-Au Nanoparticle Core Composites
상기 증류수에 분산된 금 나노입자 20 ㎖를 원심분리를 통하여 20 ㎖의 에탄올(EtOH)로 용매를 치환하였다. 20 mL of the gold nanoparticles dispersed in the distilled water was replaced with 20 mL of ethanol (EtOH) through centrifugation.
상기 에탄올에 분산된 금 나노입자는 CTAB이 제거되어 응집됨에 따라 도 5와 같이 본래의 붉은색에서 옅은 보라색으로 색깔이 변화되었다. Gold nanoparticles dispersed in the ethanol was changed from the original red color to pale purple as shown in Figure 5 as the CTAB is removed and aggregated.
상기 금 나노입자가 분산된 에탄올에 0.005g 메틸렌블루(MB), 테트라오쏘실리케이트(Tetraethylorthosilicate, TEOS) 100 ㎕ 및 NH4OH(29.4 중량%) 2 ㎖를 넣은 후, 27℃에서 약 5시간 동안 600 rpm에서 강하게 교반(Stirring) 하여 실리카(SiO2) 코팅을 하였다. 100 μl of 0.005 g methylene blue (MB), tetraethylorthosilicate (TEOS) and 2 ml of NH 4 OH (29.4 wt.%) Were added to the ethanol in which the gold nanoparticles were dispersed, followed by 600 at 27 ° C. for about 5 hours. A strong stirring at rpm (Stirring) to give a silica (SiO 2 ) coating.
그리고, 과량으로 존재하는 MB는 원심분리를 통해 제거하였고, 합성된 최종 생성물은 에탄올에 분산하였으며 도 6-B의 TEM 사진에서 보는 바와 같이 평균입자 크기는 약 185 ㎚ 이었다. 도 6-B를 살펴보면 실리카 코팅층 내부에 4 ~ 8개의 금 나노입자가 포함된 SiO2 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체가 합성되었음을 확인 할 수 있다.
In addition, the excess MB was removed by centrifugation, and the synthesized final product was dispersed in ethanol and the average particle size was about 185 nm as shown in the TEM photograph of FIG. 6-B. Looking at Figure 6-B it can be seen that the SiO 2 shell / MB-Au nanoparticle core composite containing 4 to 8 gold nanoparticles inside the silica coating layer was synthesized.
실험예 1 : SiOExperimental Example 1 SiO 22 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체의 SERS 효과 측정 실험 SERS Effect Measurement of Shell / MB-Au Nanoparticle Core Composites
상기 실시예 1에서 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체의 SERS 효과를 살펴보기 위해 라만(Raman)을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 측정 조건은 레이져 여기(Excitation laser)의 파장은 785 ㎚이며, 노출시간(Exposure time)은 10 초였다. Raman was measured to examine the SERS effect of the SiO 2 shell / MB-Au nanoparticle core composite prepared in Example 1, and the results are shown in FIG. 7. In the measurement conditions, the wavelength of the laser excitation (Excitation laser) was 785 nm, and the exposure time was 10 seconds.
도 7의 A에서 보여주는 라만 스펙트럼에서 알 수 있듯이 순수한 MB의 라만 시그널(Raman signal)는 매우 미약함을 알 수 있다. 그러나, 도 7의 B를 보면, 실리카가 코팅된 MB-다중핵 금 나노입자의 라만 시그널을 보면 MB와 비교하여 매우 강하게 증폭되었음을 알 수 있다. As can be seen from the Raman spectrum shown in A of FIG. 7, the Raman signal of pure MB is very weak. However, looking at B of Figure 7, it can be seen that the Raman signal of the silica-coated MB-multicore gold nanoparticles is very strongly amplified compared to MB.
이러한 라만 시그널 차이는 금 나노입자들이 응집되어 있는 다중핵(Multicore)의 핫-스팟 지역(Hot-spot area)에 MB가 들어감으로써, SERS 효과가 증폭되었기 때문임을 확인할 수 있다.
This Raman signal difference can be confirmed that the SERS effect is amplified by MB entering the hot-spot area of the multicore where gold nanoparticles are aggregated.
실시예 2 : SiOExample 2 SiO 22 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 합성 Synthesis of Shell / MB-Au Nanorod Core Composites
(1) 금 나노막대 씨드(seed)의 합성(1) Synthesis of Gold Nanorod Seeds
(1-1) 금 (1-1) gold 나노막대Nano rod 씨드의Seed's 합성 synthesis
금 나노막대 씨드는 아래와 같이 CTAB 용액에서 강한 환원제인 NaBH4를 이용하여 합성하였다. Gold nanorod seed was synthesized using NaBH 4 which is a strong reducing agent in CTAB solution as follows.
바이알에 0.02M CTAB 5 ㎖와 0.005M HAuCl4 5 ㎖를 넣어주고 약 1분 동안 강하게 보텍싱(vortexing)을 시켜준 후, ice cold 0.01M NaBH4 900 ㎕를 넣고 3분간 다시 보텍싱을 시켜주었다. 5 ml of 0.02M CTAB and 5 ml of 0.005M HAuCl 4 were added to the vial and vigorously vortexed for about 1 minute, followed by 900 μl of ice cold 0.01M NaBH 4 and vortexed again for 3 minutes. .
용액의 색깔은 약 3 ~ 5 ㎚의 금 나노입자가 형성되면서 갈색을 띄었으며, 이렇게 만들어진 금 나노막대 씨드는 3시간 숙성 후, 금 나노막대 합성에 사용하였다.The color of the solution was brown with the formation of gold nanoparticles of about 3 to 5 nm, and the gold nanorod seeds thus prepared were used for gold nanorod synthesis after 3 hours of aging.
(1-2) 성장용액(Growing Solution)의 합성(1-2) Synthesis of Growing Solution
250 ㎖ 삼각 플라스크에 0.2M CTAB 100 ㎖, 0.001M HAuCl4 100 ㎖, 0.001M AgNO3 5 ㎖ 및 0.0788M 아스코르빈산(Ascrobic acid) 1.4 ㎖를 혼합하여 성장용액을 제조하였다. 100 ml of 0.2 M CTAB, 100 ml of 0.001 M HAuCl 4 , 0.001 M AgNO 3 in 250 ml Erlenmeyer flask A growth solution was prepared by mixing 5 ml and 1.4 ml of 0.0788 M ascorbic acid.
상기 AgNO3는 금 나노막대 성장의 촉매 역할을 하게 되며 용액의 색깔은 아스코르빈산의 환원 작용으로 인해 Au(III)가 Au(0)가 되면서 갈색 용액이 투명해졌다.
The AgNO 3 serves as a catalyst for the growth of gold nanorods, and the color of the solution becomes transparent as Au (III) becomes Au (0) due to the reduction action of ascorbic acid.
(2) 금 나노막대의 합성(2) Synthesis of Gold Nanorods
상기 성장용액에 상기 금 나노막대 씨드를 240 ㎕ 넣은 혼합용액을 12 시간 이상 교반(stirring) 시켜서 금 나노막대의 결정성장 반응을 완료하였다. The mixed solution containing 240 μl of the gold nanorod seeds in the growth solution was stirred for at least 12 hours to complete the crystal growth reaction of the gold nanorods.
반응이 끝난 용액은 세척을 위하여 15,000 rpm에서 30분 동안 원심분리한 후 2번 정도 증류수로 세척한 후, 다시 증류수에 분산시켰으며, 금 나노막대가 분산된 증류수(또는 용액)은 와인색을 띄었다.
The reaction solution was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes for washing, washed twice with distilled water, and then dispersed in distilled water again. The distilled water (or solution) in which the gold nanorods were dispersed was burgundy.
(3) (3) SiOSiO 22 쉘/ Shell / MBMB -- AuAu 나노막대Nano rod 코어 복합체의 합성 Synthesis of Core Complexes
(3-1) PEG(Poly ethylene glycol) 코팅(3-1) Polyethylene glycol (PEG) coating
CTAB 용액을 사용하여 합성한 금 나노막대는 실리카를 코팅할 때 에탄올 용매에서 CTAB이 쉽게 제거되어서 금 나노막대가 응집되는 문제가 있는 바, m-PEG 티올(thiol)을 이용하여 CTAB을 PEG 작용기(functional group)로 치환해 준 후, 스토버 방법(Stober method)을 아래와 같이 진행하였다. The gold nanorod synthesized using CTAB solution has a problem that the gold nanorods are agglomerated easily because CTAB is easily removed from the ethanol solvent when silica is coated.The m-PEG thiol is used to convert the CTAB to a PEG functional group ( functional group), and the Stober method was carried out as follows.
상기 금 나노막대가 분산된 증류수 40 ㎖에 0.01g의 m-PEG 티올을 첨가 및 3 시간 동안 반응시켜서 금 나노막대 표면에 있는 CTAB를 PEG로 코팅 또는 치환하였으며, 다음으로, 원심분리를 통해 용매를 에탄올로 치환하였다. 0.01 g of m-PEG thiol was added to 40 ml of the distilled water in which the gold nanorods were dispersed and reacted for 3 hours to coat or replace CTAB on the surface of the gold nanorods with PEG, and then, the solvent was centrifuged. Substituted with ethanol.
PEG가 코팅된 금 나노막대는 응집이 전혀 없는 바, 원래의 금 나노막대 용액의 색깔인 와인색을 유지하였다.The PEG-coated gold nanorods had no agglomeration at all and maintained a burgundy color that was the color of the original gold nanorod solution.
(3-2) MPTS(methacryloxypropyltrimethoxysilane) 코팅 (3-2) MPTS (methacryloxypropyltrimethoxysilane) coating
PEG가 코팅된 금 나노막대를 스토버 방법으로 실리카를 코팅하게 되면 금 나노막대 표면에 붙어있는 PEG로 인해 실리카 코팅이 균일하게 이루어지지 않는다. 따라서, 금 나노막대에 실레인 그룹(Silane group)을 도입함으로써, 실리카 코팅이 균일하게 이루어지도록 하기 위해서 MPTS를 금 나노막대에 아래와 같이 먼저 코팅하였다. When the silica coated silica coated nanorods by the stove method, the silica is not uniformly coated due to the PEG attached to the surface of the gold nanorods. Therefore, by introducing a silane group (Silane group) to the gold nanorods, MPTS was first coated on the gold nanorods as follows in order to achieve a uniform silica coating.
금 나노막대가 분산되어 있는 에탄올 40 ㎖에 MPTS 500 ㎕를 넣은 후, 12 시간 동안 교반(Stirring) 시킨 후, 금 나노막대에 PEG 및 MPTS가 코팅된 금 나노막대(이하, PEG/MPTS-금 나노막대로 칭한다)를 제조하였다. 그리고, 금 나노막대와 결합하지 않은 과량의 MPTS는 원심분리를 이용하여 제거하였다.500 μl of MPTS was added to 40 mL of ethanol in which gold nanorods were dispersed, followed by stirring for 12 hours, followed by PEG and MPTS coated gold nanorods (hereinafter referred to as PEG / MPTS-gold nanoparticles). Called a rod). And, excess MPTS not bound with the gold nanorods was removed by centrifugation.
(4) SiO(4) SiO 22 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 합성 Synthesis of Shell / MB-Au Nanorod Core Composites
상기 PEG/MPTS-금 나노막대 20 ㎖, 에탄올 64 ㎖, 증류수 16 ㎖ 및 0.05g 메틸렌블루를 혼합한 용액에 NH4OH 2 ㎖와 TEOS 5 ㎕(30분에 1㎕씩 5번을 주입) 넣고 4시간 40분 동안 교반(stirring)하여 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체를 합성하였다. Into a solution of 20 ml of PEG / MPTS-gold nanorod, 64 ml of ethanol, 16 ml of distilled water and 0.05 g methylene blue, 2 ml of NH 4 OH and 5 µl of TEOS (injected 5 times at 1 µl in 30 minutes) The SiO 2 shell / MB-Au nanorod core composite was synthesized by stirring for 4 hours 40 minutes.
모든 반응은 글로브 박스(Glove box)에서 아르곤 가스 하에서 진행하였으며, 반응이 끝난 후, 합성한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체를 원심분리를 통해 에탄올로 세척한 후, 20 ㎖ 에탄올에 분산하였다.All reactions were carried out under argon gas in a glove box, and after the reaction was completed, the synthesized SiO 2 shell / MB-Au nanorod core complex was washed with ethanol through centrifugation and dispersed in 20 ml ethanol. It was.
합성한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 TEM 사진을 도 8에 나타냈으며, 합상된 SiO2 쉘(또는 실리카 코팅층)의 평균두께는 20 ㎚였다.
The TEM photograph of the synthesized SiO 2 shell / MB-Au nanorod core composite is shown in FIG. 8, and the average thickness of the synthesized SiO 2 shell (or silica coating layer) was 20 nm.
실시예 3 ~ 5 : SiOExamples 3 to 5: SiO 22 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 합성 Synthesis of Shell / MB-Au Nanorod Core Composites
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체를 합성하되, 상기 (4)의 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 합성 시, 하기 표 1과 같이 TEOS의 사용량을 조절하여, 실리카 코팅층의 평균두께가 20 ㎚, 5 ㎚ 및 1 ㎚인 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체를 각각 제조하여 실시예 3 ~ 5를 실시하였으며, 이의 TEM 사진을 도 8의 B ~ D에 나타내었다.Synthesis of the SiO 2 shell / MB-Au nano-rod core composite in the same manner as in Example 1, when synthesizing the SiO 2 shell / MB-Au nano-rod core composite of (4), as shown in Table 1 By adjusting the amount of use, the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core composite having an average thickness of 20 nm, 5 nm, and 1 nm of silica coating layer was prepared, and Examples 3 to 5 were prepared, respectively. It is shown to B-D.
금 나노막대PEG / MPTS-
Gold nanorod
실험예Experimental Example 2 : 2 : SiOSiO 22 쉘/ Shell / MBMB -- AuAu 나노막대Nano rod 코어 복합체의 Core composite SERSSERS 효과 측정 실험 Effect measurement experiment
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 상기 실시예 2에서 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 SERS 효과 측정 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 또한, 실시예 1에서 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노입자 코어 복합체 및 MB 자체의 라만 스펙트럼을 도 9의 A에 나타내었으며, 도 9의 B에 라만 활성 염료인 D8-4,4'-다이피리딜(D8-4,4'-dipyridyl)을 사용한 옥소니카(Oxonica) 제품(비교예 1)의 라만 스펙트럼 측정 결과를 나타내었다.SERS effect measurement experiment of the SiO 2 shell / MB-Au nano-rod core composite prepared in Example 2 was carried out in the same manner as in Experimental Example 1, the results are shown in FIG. In addition, the Raman spectra of the SiO 2 shell / MB-Au nanoparticle core composite prepared in Example 1 and MB itself are shown in FIG. 9A, and in FIG. 9B, D8-4,4′- is a Raman active dye. The Raman spectrum measurement result of Oxonica (Comparative Example 1) using dipyridyl (D8-4,4'-dipyridyl) is shown.
도 9의 C와 D를 살펴보면, 실시예 2의 복합체의 입자크기(도 9의 C)가 실시예 1의 금 나노입자인 복합체의 입자크기(도 9의 D) 보다 작음에도 불구하고, 금 나노막대의 강한 SERS 효과로 인해 라만 시그널이 더 크게 증폭되었음을 도 9의 A에서 확인할 수 있다. Looking at C and D of Figure 9, despite the particle size (C of Figure 9) of the composite of Example 2 is smaller than the particle size (D of Figure 9) of the composite of gold nanoparticles of Example 1, It can be seen from A of FIG. 9 that the Raman signal was amplified more largely due to the strong SERS effect of the rod.
더욱 중요한 사실은 실시예 1 및 실시예 2의 MB를 사용한 본 발명의 복합체의 라만 시그널이 비교예 1(도 9의 B)과 비교하여도 라만 시그널의 강도(Intensity)가 거의 비슷하거나 오히려 더 크게 나왔으며, 이로부터 본 발명의 SERS 효과의 우수성을 확인할 수 있다. More importantly, the Raman signal of the complex of the present invention using the MBs of Examples 1 and 2 was almost similar or rather greater in intensity of the Raman signal even when compared to Comparative Example 1 (B in Fig. 9). From this, it can be confirmed the superiority of the SERS effect of the present invention.
실험예 3 : SiOExperimental Example 3: SiO 22 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 암 치료 효과 실험 Experimental Effect of Cancer on Shell / MB-Au Nanorod Core Complex
암세포의 세포질에 있는 EGFR(Epidermal growth factor receptor)을 표적(Targeting)하기 위해 인공결합단백질(Affibody)를, 핵을 표적(Targeting)하기 위해 NLS 펩타이드(nuclear localization signal peptide)를 실시예 2에서 합성한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체의 표면에 접합(Conjugation)시켰으며 이의 모식도를 도 10에 나타내었다.A synthetic body was synthesized in Example 2 to target an epidermal growth factor receptor (EGFR) in the cytoplasm of cancer cells, and a NLS peptide (nuclear localization signal peptide) to target the nucleus was synthesized in Example 2. Conjugation was performed on the surface of the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core composite, and a schematic diagram thereof is shown in FIG. 10.
100 ㎍/㎖증류수의 실시예 2에서 제조한 복합체를 A431 세포와 24시간 배양 시킨 후 형광현미경을 통해 확인한 결과 놀랍게도 A431 세포에 레이저 등 아무런 처리도 하지 않았음에도 불구하고 세포벽이 모두 파괴되어 암세포들이 사멸되었음을 형광현미경을 통해 확인하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다.After incubating the complex prepared in Example 2 with 100 μg / ml of distilled water for 24 hours with A431 cells, the result was confirmed by fluorescence microscopy. Surprisingly, even though no treatment was performed on A431 cells, all cell walls were destroyed and cancer cells were killed. It was confirmed through a fluorescence microscope, and the results are shown in FIG.
도 11의 B의 형광 발현 사진을 보면 실시예 2의 복합체는 NLS 펩타이드로 인해 효과적으로 A431 세포핵에 다량 존재함을 알 수 있다. 도 11의 DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole)는 세포의 핵을 염색하는 염료로써 본 연구에서 나노입자에 NLS 펩타이드를 붙여 핵에 잘 들어갔는지를 알아보기 위해 암세포의 핵 위치를 DAPI를 통해 확인 하였으며, 도 11 B의 (a),(b)와 (c)의 비교를 통하여 확인할 수 있듯이 MB와 DAPI의 위치가 거의 동일하게 나옴을 알 수 있다. 즉, NLS 펩타이드를 붙인 나노입자가 암세포의 핵 가까이 잘 들어갔음을 알 수 있다Looking at the fluorescence expression picture of B of Figure 11 it can be seen that the complex of Example 2 is present in a large amount in the A431 cell nucleus effectively due to the NLS peptide. DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole) of FIG. 11 is a dye that stains the nucleus of a cell, and in this study, DAPI is used to determine the nucleus position of cancer cells in order to find out whether the NLS peptide is attached to the nanoparticles. As confirmed through the comparison of (a), (b) and (c) of FIG. 11B, the locations of MB and DAPI are almost identical. In other words, it can be seen that the nanoparticles to which the NLS peptide is attached enter the nucleus of cancer cells.
그리고, A431 세포가 사멸된 이유는 NAD(P)H:quinone oxidoreductase(NQO1)에 의해서 MB가 환원되고 다시 산소를 환원시키면서 활성산소(Reactive oxygen species, ROS)를 생성하여 미토콘드리아를 자극하고 카스파제-3(Caspase-3)를 활성화시킴으로써 DNA를 파괴함으로써 효과적으로 암세포를 사멸시킨 것으로 판단된다.
The reason why A431 cells are killed is that MB is reduced by NAD (P) H: quinone oxidoreductase (NQO1) and oxygen is reduced to generate reactive oxygen species (ROS) to stimulate mitochondria and caspase- It is believed that cancer cells were effectively killed by destroying DNA by activating 3 (Caspase-3).
또한, 이와 같은 암세포 치료 효과는 금 나노막대를 이용하여 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노체 코어 복합체 뿐만 아니라, 금 나노입자를 이용하여 제조한 SiO2 쉘/MB-Au 나노체 코어 복합체도 암세포 치료 효과가 있음을 알 수 있다.
In addition, such a cancer therapeutic effect is also a SiO 2 shell / MB-Au nano Czech complex as well as, SiO 2 shell / MB-Au nano Czech composite manufactured using the gold nano-particles prepared by using the gold nano-rods It can be seen that the cancer cell treatment effect.
현재 유기형광체는 암 3기 이후 암세포의 전이 유무를 확인하기 위해서 센티널 림프누드의 맵핑에 사용되고 있으며 따라서, 본 발명의 메틸렌블루를 도입한 SiO2 쉘/MB-Au 나노막대 코어 복합체는 림프누드 맵핑을 통해 암전이 유무를 확인 할 수 있을 뿐만 아니라 암세포를 파괴시킬 수 있다. At present, the organic phosphor is used for mapping the sentinel lymphnude to confirm whether cancer cells have metastasized after the third stage of cancer. Therefore, the SiO 2 shell / MB-Au nanorod core complex incorporating the methylene blue of the present invention provides lymphoid mapping. Through cancer can be confirmed not only the presence of cancer cells can be destroyed.
즉, 본 발명의 바이오 센서, 분자영상 조영제, 캡슐형 내시경에 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 도 12의 본 발명의 캡슐형 내시경 자동판독 시스템에 적용한 실시예의 모식도를 나타낸 바와 같이, 캡슐형 내시경과 CT를 이용하여 동시에 암의 유무를 확인 및/또는 치료가 동시에 가능하다.That is, not only can be used for the biosensor, molecular imaging contrast agent, capsule endoscope of the present invention, as shown in the schematic diagram of the embodiment applied to the automatic capsule endoscope reading system of the present invention of Figure 12, capsule endoscope and CT Simultaneously, the presence and / or treatment of cancer may be simultaneously used.
Claims (21)
상기 금 나노체는 다중핵(multicore) 금 나노입자 또는 금 나노막대인 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체.The method of claim 1,
The gold nanobody is a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, characterized in that the multicore gold nanoparticles or gold nanorods.
평균직경이 1 ~ 300 ㎚인 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체.The method of claim 2, wherein the multinuclear gold nanoparticles and gold nanorods are
SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, characterized in that the average diameter is 1 ~ 300 nm.
상기 다중핵 금 나노입자는
CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 용액에서 금 나노입자를 제조한 후, CTAB를 제거하여 응집(aggregation)된 형태의 금 나노입자인 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.The method according to claim 11, wherein the gold nanoparticles are multinuclear gold nanoparticles,
The multinuclear gold nanoparticles are
After preparing gold nanoparticles in a CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) solution, the method for producing SiO 2 shell / MB-Au nanocore composites characterized in that the gold nanoparticles in the form of agglomeration (aggregation) by removing CTAB.
상기 다중핵 금 나노입자는
HAuCl4·3H2O, CTAB 용액 및 환원제를 혼합하여 금 씨드(Seed) 용액을 제조하는 단계;
상기 Au 씨드 용액에 HAuCl4·3H2O, CTAB 용액 및 아스코르빈산(ascorbic acid)를 넣은 후, 교반시켜서 금 나노입자를 제조하는 단계; 및
상기 금 나노입자로부터 CTAB를 제거하여 응집된 형태의 금 나노입자를 제조하는 단계;
를 수행하여 제조한 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.The method according to claim 11, wherein the gold nanoparticles are multinuclear gold nanoparticles,
The multinuclear gold nanoparticles are
Preparing a gold seed solution by mixing HAuCl 4 3H 2 O, a CTAB solution, and a reducing agent;
Preparing gold nanoparticles by adding HAuCl 4 · 3H 2 O, CTAB solution and ascorbic acid to the Au seed solution, followed by stirring; And
Removing the CTAB from the gold nanoparticles to produce agglomerated gold nanoparticles;
Method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite characterized in that it was prepared by performing.
상기 금 나노막대는
HAuCl43H2O 및 CTAB 용액을 혼합 및 보텍싱(vortexing)한 후, 환원제를 첨가하여 보텍싱시킨 다음, 금 나노입자를 포함하는 금 씨드(seed) 용액을 제조하는 단계; 및
상기 금 씨드 용액을 숙성시킨 후, 성장용액(growing solution)과 혼합하여 결정성장 반응을 시켜서 금 나노막대를 제조하는 단계;
를 수행하여 제조한 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.The method of claim 10, wherein the gold nanobody is a gold nanorod,
The gold nanorods
Mixing and vortexing HAuCl 4 3H 2 O and CTAB solutions, followed by vortexing with the addition of a reducing agent, to prepare a gold seed solution comprising gold nanoparticles; And
Aging the gold seed solution, and then mixing with a growing solution to produce a gold nanorod by crystal growth reaction;
Method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite characterized in that it was prepared by performing.
상기 성장용액은 CTAB, HAuCl4·3H2O, AgNO3 및 아스코르빈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.16. The method of claim 15,
The growth solution is a method of producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, characterized in that it comprises CTAB, HAuCl 4 · 3H 2 O, AgNO 3 and ascorbic acid.
상기 PEG가 코팅된 금 나노막대를 트리메톡시실레인(MPTS, trimethoxysilan)으로 코팅시켜서, 실레인 그룹(silane group)이 도입된 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대를 제조하는 단계; 및
상기 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대의 PEG 및 MPTS를 제거 또는 치환시켜서 실리카 코팅 및 메틸렌블루가 결합한 금 나노막대를 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.Preparing a PEG-coated gold nanorod by introducing a PEG (polyethylene glycol) functional group into the gold nanorod;
Coating the PEG-coated gold nanorods with trimethoxysilan (MPTS) to produce a PEG / MPTS-coated gold nanorod in which silane groups are introduced; And
Preparing a gold nanorod in which silica coating and methylene blue are combined by removing or replacing PEG and MPTS of the PEG / MPTS-coated gold nanorod;
Method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite comprising a.
CTAB를 이용하여 합성한 금 나노막대를 m-PEG 티올(thiol)과 반응시켜서 제조한 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.The method of claim 18, wherein the step of preparing the PEG coated gold nanorods
A method for producing a SiO 2 shell / MB-Au nanocore composite, characterized in that the gold nanorod synthesized using CTAB was prepared by reacting with m-PEG thiol.
상기 PEG/MPTS가 코팅된 금 나노막대, 에탄올, 증류수, 메틸렌블루, 수산화암모늄 및 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS)를 혼합 및 반응시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 SiO2 쉘/MB-Au 나노코어 복합체의 제조방법.The method of claim 18, wherein the step of preparing a gold nano-rod hybrid of the silica coating and methylene blue is
The SiO 2 shell / MB-Au nanocore composites prepared by mixing and reacting the PEG / MPTS-coated gold nanorods, ethanol, distilled water, methylene blue, ammonium hydroxide and tetraethyl orthosilicate (TEOS) Manufacturing method.
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