KR20150027504A

KR20150027504A - 생물 유래의 다공성 실리카가 고정된 구조체, 이의 제조방법 및 이의 용도

Info

Publication number: KR20150027504A
Application number: KR20130105944A
Authority: KR
Inventors: 김영; 이우걸; 곽상헌
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-12
Also published as: KR101502696B1

Abstract

본 발명은 생물 유래의 다공성 실리카가 고정된 구조체, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 발명의 음전하를 띠는 기판상에 결합된 양이온성 바인더에 의해 화학적 결합을 통해 음전하를 띠는 생물 유래의 다공성 유선형 규조각이 고정된 구조체는 넓은 표면적을 가지고 있어 촉매, 생체분자 등의 결합이 용이하여 촉매반응, 바이오센서, 약물전달시스템, 반도체 등의 분야에서 활용할 수 있다.

Description

생물 유래의 다공성 실리카가 고정된 구조체, 이의 제조방법 및 이의 용도{Biogenic porous silica immobilized structure, method for preparing the same, and use thereof}

본 발명은 생물 유래의 다공성 실리카가 고정된 구조체, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

규조각(Frustule)은 규조류(diatom)의 유기물질(organic matter)을 제외한 무정형(amorphous)의 SiO₂로 이루어진 것을 말한다. 규조류를 이용한 장치(device)의 적용 분야로는 약물전달용 표적화 미세-담체(targeting micro-carrier for drug delivery)[Losic D et al . K Nanosci Nanotechnol. 2006;6:982-989.], 항체 어레이용 바이오센서(biosensors for antibody arrays)[Stefano L et al . Acta biomaterialia. 2008;4:126-130.; Stefano L et al. Biosens Bioelectron. 2009;24:1580-1584.; Townley HE et al . Adv Funct Mater 2008;18:369-374.; Gale DK et al. Advanced functional materials. 2009;19:926-933.], 고감도 가스 검출기(sensitive gas detector)[Michael R et al . Angew . Chem . Int . Ed. 2007;46:5724-5727.; Lettieri S et al. Adv func mater, 2008;18:1257-1264.], 분리 공정(separation process)[Losic D et al. K Nanosci Nanotechnol. 2006;6:982-989.], 광촉매(photocatalyst)와 광전지(photovoltaic) 적용으로 태양전지(solar cell), 배터리 전극(battery electrodes), 자기발광 디스플레이 장치(electroluminescent display devices)[Jeffryes C et al. J. Mater . Res. 2008;23(12):3255-3262.; Jeffryes C et al. Energy environment science, 2011;4:3930-3941.] 등이 있다. 이에 따라 규조각의 표면을 개질하는 기술과 장치를 제조하기 위해 규조각을 기판 표면 위에 결합하는 기술이 개발되고 있다.

규조류 기반 장치(Diatom-based device)를 제조하기 위해서는 기판 역할을 하는 소재 표면 위에 규조각을 결합하는 기술은 매우 중요하게 여겨진다. 규조각 결합 기술(frustule bonding technology)의 예로, (1) 코스키노디쿠스 속(Coscinodiscus sp.) 유래의 규조각의 볼록한 형태의 부동(floating) 특성을 이용하여 유리 기판 위에 핫멜트 접착필름(hot melt adhesive film, HMA)을 덮은 후, HMA 위에 형성된 물방울 위에서 규조각을 부동 배열(floating array)한 뒤, 수분증발(water evaporation)하여 단층(monolayer)으로 고정하는 기술[Wang Y et al . Biochemical and biophysical research communications. 2012;420:1-5.], (2) 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane (APES))를 사용하여 층상규산염광물계(phyllosilicate minerals group)인 운모(mica) 기판을 개질한 후, 규조류를 배양하여 개질된 표면 위에 쉽게 부착되도록 한 다음, 400℃에서 2시간 동안 베이킹(baking)하여 고정하는 기술[Umemura K et al. J Biol Phys, 2008;34:189-196.], (3) 규조류에 과산화수소를 처리하여 규조각을 분리한 후 실리콘 웨이퍼에 700 rpm, 30초간 스핀 코팅하여 증착시키는 기술[Lee DH et al . Journal of materials chemistry. 2008;18:3633-3635.], (4) 유리 기판과 규조각 표면에 0.8-1.2% 불산(HF)를 처리하여 표면을 활성화시킨 뒤, 규조각을 플렉서블 내식 필름(flexible corrosion-resisting film)으로 살포 시 덮은 후, 0.4-0.6MPa 조건에서 80℃ 온도로 3시간 동안 베이킹하여 Si-O-Si 결합을 형성하여 고정하는 기술[Zhang D et al. J micomech microeng, 2012;22:35021-35029.], (5) 양전하 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드(positively charged poly(allylamine hydrochloride) (PHA))를 사용하여 디스크 형태의 코스키노디쿠스 와일레시이(Coscinodiscus wailesii)(~200㎛)를 유리 기판 표면 위에 고정하는 기술[Wang W, J Am Chem Soc , 2009;131:4178-4179.] 등의 예가 있다.

Wang Y et al. Biochemical and biophysical research communications. 2012;420:1-5 Umemura K et al. J Biol Phys, 2008;34:189-196 Lee DH et al. Journal of materials chemistry. 2008;18:3633-3635 Zhang D et al. J micomech microeng, 2012;22:35021-35029 Wang W, J Am Chem Soc, 2009;131:4178-4179

본 발명의 목적은 양이온성 바인더층을 사용하여 기판 표면에 유선형 규조각을 고정한 구조체, 이의 제조방법 및 이의 용도를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판; 상기 기판의 일 면에 형성되고, 양이온성 화합물을 함유하는 바인더층; 및 상기 바인더층 위에 균일하게 형성된 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 포함하는 구조체를 제공한다.

본 발명은 또한 기판 표면에 양이온성 바인더층을 형성하는 단계; 및 상기 양이온성 바인더층에 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 형성하는 단계를 포함하는 구조체의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 본 발명에 따른 구조체를 포함하는 촉매, 바이오센서, 약물전달시스템, 또는 반도체 중에서 선택되는 제품을 제공한다.

본 발명은 다공성 구조를 갖는 생물 유래의 실리카인 유선형 규조각을 양이온성 바인더를 이용하여 기판 표면에 고정함으로써 매우 간편하고 경제적으로 촉매나 생체분자 등에 필요한 높은 표면적을 갖도록 할 수 있다.

이러한 구조체는 촉매, 바이오센서, 약물전달시스템, 또는 반도체 등에 유용하게 사용할 수 있다.

도 1은 기판 표면에 고정되는 규조각의 형태에 따른 요구 벡터 힘을 비교 표현한 것으로, (a) 유선형 규조각, (b) 직사각형 규조각을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 구조체를 나타낸 것으로, (a) 구조체 형성 과정, (b) 구조체를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 구조체 제조공정을 도식화한 것으로, (a) 실리카 유리의 전처리 과정, (b) 유선형 규조각 단층 형성 과정이다.
도 4는 유선형 규조각 입자에 대한 X-선 회절 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 다양한 조건 하에서 유선형 규조각의 표면전위 분석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 양이온성 화합물의 농도별로 바인더층에 형성된 유선형 규조각 단층의 젖음도 형태를 나타내는 사진도로, 0.1% PLL의 (a) 100㎕, (b) 200 ㎕, (c) 300 ㎕ 시료에 대한 결과이다.
도 7은 양이온성 화합물의 농도별로 바인더층에 형성된 유선형 규조각 단층의 접촉각을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 구조체의 화학 성분 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 양이온성 화합물의 농도별로 바인더층에 고정된 유선형 규조각을 나태낸 FE-SEM 사진도로, 0.1% PLL의 (a)/(f) 100㎕, (b)/(g) 200㎕, (c)/(h) 300㎕, (d)/(i) 400㎕, (e)/(j) 600㎕(magnitude: (a)-(e): ×100, (f)-(j): ×500 배율).
도 10은 실리카 유리 표면적(230㎛ × 230㎛) 당 고정된 유선형 규조각의 개수를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 기판; 상기 기판의 일 면에 형성되고, 양이온성 화합물을 함유하는 바인더층; 및 상기 바인더층 위에 균일하게 형성된 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 포함하는 구조체에 관한 것이다.

본 발명의 구조체는 촉매, 생체분자 등에 필요한 높은 표면적을 갖는 표면을 제공하기 위해 3차원 다공성 생물 유래의 실리카인 규조각을 이용하고, 음전하를 띠는 기판과 SiO₂로 이루어져 있어 음전하를 띠는 유선형 규조각을 양전하를 띠는 바인더로 연결하여 화학적 결합을 통해 기판 상에 유선형 규조각이 균일하게 단층으로 고정된 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구조체에 있어서, 직사각형 규조각은 기판 표면 위의 고정점이 면과 면, 또는 면과 선이 만나는 점들로 표현할 수 있고(도 1b 참조), 유선형 규조각은 기판 표면과 오직 한점만이 고정점으로 존재하기 때문에 직사각형 규조각에 비해 고정에 필요한 힘이 더 클 수 있다(도 1a 참조). 따라서, 양이온성 바인더와 유선형 규조각의 화학적 결합은 유선형 규조각을 기판 상에 균일한 형태로 고정되게 할 수 있다.

상기 기판은 음전하를 띠거나, 음전하를 갖도록 표면 개질된 기판이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 예컨대, 소다 유리, 석회 유리, 실리카 유리, 세라믹 소재, 합성 실리카(Fused silica), 보로실리케이트 유리(Borosilicate glass), 알루모실리케이트 유리(alumosilicate glass), 또는 리드 보레이트 유리(lead borate glass) 등일 수 있다.

상기 바인더층은 음전하를 띠는 기판과 음전하를 띠는 유선형 규조각을 연결하며, 양전하를 띠는 양이온성 화합물을 사용할 수 있고, 예컨대, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 즉, 폴리(L-라이신)(poly(L-lysine), 폴리에틸렌글리콜 비스(3-아미노프로필)터미네이티드(poly(ethylene glycol) bis(3-aminopropyl)terminated [PEG-NH₃ ⁺]) 또는 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(poly(allylamine hydrochloride) 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, n은 1000 내지 2000를 나타낸다.

상기 화학식 1의 화합물은 아민기를 포함하고 있어 음전하를 띠는 소재들을 결합시킬 수 있으며, 분자량이 150,000 내지 300,000일 수 있다.

상기 유선형 규조각은 생물 유래의 유선형 규조각이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 예컨대, 칼로니스 스크로에데리(Caloneis schroederi), 또는 나비큘라속(Navicula) 등의 부착 규조류 유래의 유선형 규조각일 수 있다.

상기 유선형 규조각은 부착 규조류에서 당업계에 공지된 방법을 이용하여 분리하거나, 상업적으로 구입하여 사용할 수 있다.

상기 유선형 규조각은 장축의 길이가 10 내지 30㎛이고, 단축의 길이가 3 내지 8㎛일 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.

본 발명은 또한 기판 표면에 양이온성 바인더층을 형성하는 단계; 및 상기 양이온성 바인더층에 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 형성하는 단계를 포함하는 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

상기 기판은 음전하를 띤 소재를 사용하거나, 음전하를 띠도록 표면개질된 소재를 사용할 수 있다. 바람직하게는 실리카 유리를 사용할 수 있다.

상기 기판은 일면에 양이온성 바인더층을 형성하기 전에 표면 활성화를 위한 전처리 과정을 거칠 수 있다.

상기 기판의 전처리 과정은 특별히 제한하지는 않으나, 도 3의 과정을 거쳐 실시할 수 있다. 우선, 실리카 유리를 적당한 크기로 절단하고, 이물질 제거를 위한 세척을 실시하고, 세라믹 세척용 계면활성제 하에서 초음파 처리를 실시한다. 초음파 처리 조건은 20 내지 90℃에서 1 내지 5 시간 동안 실시할 수 있으나, 기판의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 초음파 처리를 거친 실리카 유리를 세척 후 산 용액에 침지하여 표면을 활성화 시킨다. 증류수 세척 후 탈수시켜 건조시킨다.

전처리 된 기판에 양이온성 화합물을 도포한 후 건조시켜 양이온성 바인더층을 형성한다.

상기 건조 과정은 블로우 드라이(blow dry) 등을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.

상기 양이온성 화합물의 종류는 상술한 바와 같다.

다음으로, 상기 양이온성 바인더층에 유선형 규조각을 함유하는 용액을 증착한 후 축합 공정, 졸-겔(sol-gel) 공정, 또는 이온결합(ionic bonding) 등을 통해 유선형 규조각 단층을 형성한다.

상기 유선형 규조각을 함유하는 용액은 물, 또는 유기용매에 유선형 규조각을 분산시킨 것으로, 바람직하게는 유선형 규조각을 물 또는 에탄올에 분산시킨 용액일 수 있다.

상기 단계를 거쳐 양이온성 바인더층 상부에 유선형 규조각이 균일하게 고정된 단층이 형성되어 본 발명의 구조체를 형성하게 된다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 양이온성 화합물의 농도가 증가할수록 유선형 규조각이 고정되는 개수는 증가하는 양상을 나타낸다. 또한, 양이온성 화합물의 농도가 증가할 수록 유선형 규조각층의 접촉각이 증가하여 젖음도는 감소하는 경향을 나타낸다.

본 발명의 구조체의 제조방법은 매우 간편하고 경제적으로 생물 유래의 3차원 다공성 실리카를 기판상에 균일하게 고정시키며, 표면의 표면적을 극대화시킬 수 있어 촉매나 생체분자 고정에 용이하다.

따라서, 본 발명은 상기 구조체를 포함하는 촉매, 바이오센서, 약물전달시스템, 또는 반도체 중에서 선택되는 제품을 제공한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 유선형 규조각이 고정된 실리카 유리의 제조

도 2는 본 발명의 구조체의 일 구현예를 도시한 것으로, 기판으로 실리카 유리를 사용하고, 유선형 규조각으로 칼로니스 스크로에데리(Caloneis schroederi) 유래의 장축 길이가 약 20㎛인 유선형 규조각을 사용하였다.

상기 실리카 유리는 표면에 전처리 과정을 실시하였다(도 3a). 먼저 준비된 실리카 유리(제조 회사: Marienfeld, LOT 22320)을 1cm × 3cm의 크기로 절단하고, 표면에 존재할 수 있는 이물질을 제거하기 위해 흐르는 물에 세척한 후, 세라믹 세척용 계면활성제를 이용하여 초음파로 50℃에서 1시간 동안 처리하였다. 그런 후 실리카 유리를 스퀴즈 바틀(squeeze bottle)을 이용하여 3차증류수(DDW)로 세척한 후, 0.5M HCl에 담근 후 20분간 처리하여 실리카 유리 표면을 활성화 시켰다. 표면 활성화 후, 실리카 유리 세척을 위해 DDW 20mL 용액 안에 약 1분씩 담갔다. 세척은 총 3번 하였으며, 각 세척 단계마다 신선한 DDW를 사용하였다. 세척 후, 실리카 유리를 94% 에탄올을 이용하여 탈수시킨 뒤 N₂ 가스로 건조(blow dry)시켰다.

실리카 유리 표면에 유선형 규조각 단층을 형성하기 위하여(도 3b), 실리카 유리와 유선형 규조각 사이에 바인더로서, 0.1%의 폴리(L-라이신)(poly(L-lysine))을 유리 표면에 처리한 후, 이를 건조하였다. 건조 공정 후 용매 94% 에탄올에 분산된 유선형 규조각을 증착시켜 축합 공정을 통해 고정시킨 뒤 결합하지 않은 유선형 규조각들을 스퀴즈 바틀을 사용하여 충분한 양의 DDW로 세척하였다. 세척 후 94% 에탄올을 이용하여 탈수시킨 뒤 N₂ 가스로 건조(blow dry) 시켰다.

<실험예 1> 유선형 규조각의 결정성 분석

x-ray diffraction(XRD)(D8 Discover, Bruker, Germany)를 활용하여 유선형 규조각 시료에 대하여 결정성을 분석하였다. 양이온 소스로는 Cu를 이용하였고, 파장은 1.5406, scan type 2, scan range 는 15 ~ 80°, scan step은 0.02, 그리고 scan rate는 0.5 sec/step의 조건 하에서 측정하였다.

도 4에 나타난 바와 같이, 유선형 규조각은 전반적으로 결정질 구조를 거의 나타내지 않았다(poorly crystalline). 결과적으로 유선형 규조각의 결정은 무정형(amorphous)이라고 판단하였다.

<실험예 2> 유선형 규조각의 표면 전위 분석

유선형 규조각의 고정에 사용되는 바인더 선정을 위해 용액과 유선형 규조각의 계면에 따른 표면 전위 변화를 측정하였다. 표면 전위 변화는 제타 전위(zeta potential)(Zen 3600, Malvern, England) 측정법을 활용하여 분석하였다. 이를 위하여, 유선형 규조각 나노 입자를 DDW, 에탄올, NaCl, 그리고 바인더로, 폴리(L-라이신)과 폴리에틸렌글리콜 비스(3-아미노프로필)터미네이티드[PEG-NH³ ⁺] 용액 내에 유선형 규조각 입자를 분산시킨 뒤 아르곤(Ar) 레이저를 이용하여 입자에 산란된 파장을 측정하고 전기장을 걸어 제타 전위 에너지를 측정하였다.

시료별 제타 전위 값

번호	시료명	제타 전위(mV)
1	물에 분산시킨 유선형 규조각	-57.73
2	에탄올에 분산시킨 유선형 규조각	-5.48
3	0.3M NaCl에 분산시킨 유선형 규조각	-18.47
4	물에 분산시킨, 0.03% PLL로 코팅된 유선형 규조각	58.6
5	물에 분산시킨, PEG-NH₃ ⁺(2wt% in NaCl)로 코팅된 유선형 규조각	0.36

표 1에 나타난 바와 같이, 표면 처리하지 않은 유선형 규조각에 대하여 DDW, 에탄올, 그리고 0.3M NaCl과 같은 용매 내에서 측정하였는데, 모든 용매에서 유선형 규조각의 제타 전위는 음전하를 갖는 것으로 나타났다. 또한, 친환경성 폴리머 폴리(L-라이신)과 폴리에틸렌글리콜 비스(3-아미노프로필)터미네이티드[PEG-NH³ ⁺]를 유선형 규조각에 코팅한 경우, PEG-NH3⁺에 비해 폴리(L-라이신)이 훨씬 더 높은 양전하를 띠는 것으로 나타났다. 실리카 유리가 강한 음전하를 띠기 때문에 상대적으로 강한 양전하를 갖는 폴리(L-라이신)을 활용하는 것이 좀 더 효과적일 수 있으므로, 실리카 유리 표면 위 유선형 규조각 고정화에 폴리(L-라이신)을 사용하였다.

도 5는 표 1의 제타 전위 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

<실험예 3> 유선형 규조각 표면의 젖음도(wettability) 분석

표면 특성 분석 방법으로 표면의 친수성 정도를 분석하는 방법이 주로 활용되고 있다. 따라서, 유선형 규조각을 실리카 유리에 고정한 경우, 이에 따른 실리카 표면의 친수성에 미치는 영향을 분석하기 위해 tensiometer(Phoenix-300, SEO, Korea)를 이용하였다. 0.1%의 폴리(L-라이신)의 농도에 따라 실리카 유리 표면에 바인딩 시킨 후, 3mg의 유선형 규조각을 사용하여 단층을 형성시켰을 때 이에 따른 표면의 친수성 변화를 각도계(goniometer)로 측정하였다. 유선형 규조각이 고정된 실리카 유리 표면에 tensiometer의 주사기로 DDW를 한 방울 떨어뜨려 물방울의 접촉각을 측정하였다. 접촉각(contact angle)은 표면과 표면 위 형성된 물방울이 이루는 왼쪽각(left angle)과 오른쪽각(right angle)의 평균값으로 측정되었다.

도 6은 폴리(L-라이신)의 농도에 따라 형성된 유선형 규조각 단층 상에서의 물방울의 모양을 촬영한 결과로, 폴리(L-라이신) 100㎕ 시료는 접촉각이 30.33°, 폴리(L-라이신)을 200㎕ 사용한 시료는 33.91°, 그리고 폴리(L-라이신) 300㎕를 사용한 시료의 경우에는 접촉각이 34.16°로 나타났다. 이를 보았을 때, 실리카 유리 표면에 바인딩된 폴리(L-라이신)의 농도가 증가될수록, 젖음도가 미세하게 감소하였음을 알 수 있다. 시료에 따라 측정된 접촉각은 도 7에 도시하였다.

<실험예 4> 유선형 규조각 단층 표면의 화학적 성분에 대한 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석

XPS는 표면의 최외각 표면으로부터 수십 나노미터까지의 최외각층의 화학적 결합 상태를 분석하는데 활용되는 정밀한 분석 기기이다. XPS를 활용한 분석을 통해 실리카 유리 표면에 고정된 유선형 규조각층의 화학 성분에 관한 정보를 얻을 수 있었다. 이를 위해 XPS(Thermo VG, U.K)를 이용하여 X-선 소스인 wide scan의 pass energy는 50eV, step size는 1.0eV의 값의 monochromatic Al-K 조건 하에 측정하였고 narrow scan의 pass energy는 20eV, step size는 0.1eV 에서 측정하였다. 또한 Ion etching gun을 제외한 flood gun 만을 이용하였으며, vacuum은 2×10^-9mB에서 측정하였다. 또한 XPS 스펙트럼은 지방족 탄화수소의 C 1s의 결합 에너지(binding energy)인 285eV을 기준으로 교정(calibration) 하였다. 시료는 실리카 유리 표면에 0.1%의 폴리(L-라이신) 600㎕을 바인딩시킨 후, 3mg의 유선형 규조각을 고정시킨 것을 사용하였다.

도 8은 XPS 스펙트럼의 조사 스캔을 나타낸 것이고, 고정된 유선형 규조각 단층을 구성하는 원소들의 원자 비율(atomic percentage) 값은 표 2에 나타내었다. C와 N 원소의 피크는 폴리(L-라이신)에서 기인된 것이며, Si는 실리카 유리와 유선형 규조각에서 유래된 것이라고 할 수 있다. O의 경우, 폴리(L-라이신)과 실리카 유리, 그리고 유선형 규조각 모두가 공통적으로 보유하고 있는 원소이다.

구조체의 XPS 원자 비율

원소 종류	원자비율%
C 1s	44.75
O 1s	30.46
N 1s	5.75
Si 2p	19.03

<실험예 5> Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) 을 활용한 유선형 규조각 고정층의 표면 형태에 관한 분석

실리카 유리 표면에 유선형 규조각을 고정시킨 후, 형성된 유선형 규조각 입자의 고정층이 형성된 시료에 대하여 실리카 유리의 표면 형태에 미치는 영향을 FE-SEM (JSM-6700F, JEOL, Japan & England)을 이용하여 분석하였다. FE-SEM 분석은 유선형 규조각을 실리카 유리 표면에 고정한 시료를 관찰 전에 Pt으로 10분간 코팅한 후 분석을 진행하였다. 도 9는 동일한 농도의 폴리(L-라이신) 용액을 적용한 농도에 따라 실리카 유리 표면에 고정된 유선형 규조각의 정도를 FE-SEM을 이용하여 관찰한 결과를 나타낸 것으로, 이때 사용된 폴리(L-라이신)의 농도는 0.1% 용액을 사용하였다. 도 9의 상단은 100배 배율로 관찰한 결과이고, 하단 사진들은 500배 배율로 관찰한 결과이다. 100배 배율로 관찰한 시료들은 대략 관찰된 표면의 넓이가 약 1mm² 범위에 대한 것이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 유선형 규조각 입자들이 상당히 균일(homogeneous)하게 고정되어 있음을 알 수 있었다. 하단의 500배 배율로 관찰한 사진들을 보면, 폴리(L-라이신)의 양이 증가할수록, 유선형 규조각의 개수가 증가하는 것을 볼 수 있다. 도 9에서 (230㎛ × 230㎛) 표면적 당 유선형 규조각의 갯수는 약 (a) 84, (b) 108, (c) 125, (d) 121, (e) 131개로 확인되었고, 이를 도 10에 그래프로 나타내었다.

Claims

기판;
상기 기판의 일 면에 형성되고, 양이온성 화합물을 함유하는 바인더층; 및
상기 바인더층 위에 균일하게 형성된 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 포함하는 구조체.
제1항에 있어서,
기판은 소다 유리, 석회 유리, 실리카 유리, 세라믹, 합성 실리카(Fused silica), 보로실리케이트 유리(Borosilicate glass), 알루모실리케이트 유리(alumosilicate glass), 또는 리드 보레이트 유리(lead borate glass)인 구조체.
제1항에 있어서,
양이온성 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 폴리에틸렌글리콜 비스(3-아미노프로필)터미네이티드(poly(ethylene glycol) bis(3-aminopropyl)terminated [PEG-NH₃ ⁺]) 및 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(poly(allylamine hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 구조체:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, n은 1000 내지 2000를 나타낸다.
제3항에 있어서,
화학식 1의 화합물은 분자량이 150,000 내지 300,000인 구조체.
제1항에 있어서,
유선형 규조각은 칼로니스 스크로에데리(Caloneis schroederi) 또는 나비큘라속(Navicula) 유래인 구조체.
기판 표면에 양이온성 바인더층을 형성하는 단계; 및
상기 양이온성 바인더층에 유선형 규조각(frustules with streamlined shape structure) 층을 형성하는 단계를 포함하는 구조체의 제조방법.
제6항에 있어서,
양이온성 바인더층 형성 전에 표면 활성화를 위해 기판을 전처리하는 단계를 더 포함하는 구조체의 제조방법.
제6항에 있어서,
양이온성 바인더층은 하기 화학식 1로 표시되는 양이온성 화합물, 폴리에틸렌글리콜 비스(3-아미노프로필)터미네이티드(poly(ethylene glycol) bis(3-aminopropyl)terminated [PEG-NH₃ ⁺]) 및 폴리아릴아민 하이드로클로라이드(poly(allylamine hydrochloride)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 기판에 도포 후 건조시켜 형성하는 구조체의 제조방법:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, n은 1000 내지 2000를 나타낸다.
제6항에 있어서,
유선형 규조각층은 유선형 규조각을 함유하는 용액을 바인더층에 증착 후 축합 공정, 졸-겔(sol-gel) 공정 또는 이온결합(ionic bonding)에 의해 형성되는 구조체의 제조방법.
제1항에 따른 구조체를 포함하는 촉매, 바이오센서, 약물전달시스템, 또는 반도체 중에서 선택되는 제품.