KR20170117360A

KR20170117360A - 담체 입자 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170117360A
Application number: KR1020177000296A
Authority: KR
Inventors: 홍첸 구; 홍 쉬; 딩쉥지 장; 잉 즈; 예페이 왕
Original assignee: 조인스타 바이오메디컬 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-10-23
Also published as: EP3159391A4; US10421903B2; CN105219373A; EP3159391C0; WO2015185023A2; CN105219373B; EP3159391A2; WO2015185023A3; KR101974571B1; US20170121603A1; EP3159391B1; JP6487540B2; JP2017525832A

Abstract

본 발명은, 스피어 및 스피어 표면에 위치하는 서브 스피어를 포함하고, 스피어 및/또는 적어도 하나의 서브 스피어는 적어도 한 유형의 양자점을 포함하는 담체 입자를 제공한다. 또한, 주로 마이크로 스피어에 적어도 하나의 나노 스피어를 연결하고, 마이크로 스피어 및/또는 나노 스피어에 적어도 한 유형의 양자점을 로딩하는 담체 입자 제조 방법을 제공한다.

Description

담체 입자 및 이의 제조 방법{CARRIER PARTICLE AND PREPARATION METHOD THEREFOR}

본 발명은 생물 측정 분야에 관한 것이고, 특히, 조립 마이크로 스피어 결합 양자점 인코딩을 사용하는 담체 입자에 관한 것이다.

현재의 생물 측정 분야에서, 흔히 마이크로 스피어를 체외진단의 고상 담체로 사용하여, 목표의 측정하고자 하는 분자를 식별, 포획, 제어 및 수송한다. 이 기초상에서, 연구와 실험의 또 다른 목적은 다중 측정을 실현하는 것인 바, 즉, 한 번의 측정 과정에서 동시에 다양한 목표의 측정하고자 하는 분자를 측정하는 것과 다중 측정의 측정항을 증가하는 것이다. 이러면 상이한 특이성 리간드를 휴대하는 마이크로 스피어를 마킹해야 하는바, 즉, 마이크로 스피어를 인코딩하여, 측정할 경우 이의 마크에 따라 상기 마이크로 스피어를 식별할 수 있도록 한다.

초기 인코딩 방법은 마이크로 스피어에 유기 형광 염료를 첨가하는 것이고, 특정 파장의 레이저 여기(laser excitation)하에서, 형광 염료는 형광의 강도와 방출 파장을 포함하는 특정의 형광 방출 스펙트럼을 구비한다. 상이한 유기 형광 염료을 사용하여 여기하면, 상이한 형광 방출 스펙트럼을 얻을 수 있고, 이로써 마이크로 스피어를 식별한다. 하지만 유기 형광 염료를 사용하면 하기와 같은 결점이 있다.

(1) 유기 염료의 선택이 비교적 어렵고, 이것은 유기 염료 자체의 Stocks 시프트가 비교적 작기 때문이며, 매 한 가지 염료는 모두 그 최적의 여기 파장이 존재하고, 두 가지 염료가 모두 그 최적의 형광 방출 강도에 도달하려면, 흔히 상이한 여기 파장의 레이저를 사용하여 여기시켜야 하며, 이러면 측정 설비에 반드시 다수의 레이저가 설치되어야 함으로, 측정 설비의 소형화를 실현하기 어렵다.

(2) 유기 염료의 안정성이 비교적 낮고, 광퇴색 또는 광소멸 현상이 쉽게 발생하며, 가령 이러한 현상이 발생하면, 형광 강도 또는 형광 방출 파장의 변화를 초래하여, 인코딩의 정확성과 정확도에 영향을 준다.

(3) 유기 염료의 방출 스펙트럼이 비교적 넓고 비대칭이며, 상이한 방출 스펙트럼을 구비한 두 가지 유기 염료가 혼합 인코딩될 경우, 형광 방출 스펙트럼은 쉽게 서로 중첩되어, 인코딩 능력이 낮아지고 서로 쉽게 간섭된다.

양자점(Quantum Dot)은 반도체 나노 결정체라고도 불리우고, II B / VI A (CdSe 등과 같음) 또는 IIIA /VA(InP, GaAs 등과 같음)족 원소로 이루어진 안정하고, 사이즈가 1~100nm 사이의 나노 결정을 구비하며, 레이저 여기를 받아 형광을 발생할 수 있고, 특수한 구조로 인하여 이는 독특하며 일반 형광 물질이 비교할 수 없는 광학 특징을 구비하고, 이는 생물과학에서의 응용 연구방면에서 일부 획기적인 발전을 얻었으며, 현재 양자점을 사용하여 유기 형광 염료를 대체하여 마이크로 스피어를 인코딩하는 관련 기술이 개발되었다. 유기 형광 염료에 비해, 양자점은 하기와 같은 우점을 구비한다.

(1) 양자점은 아주 넓은 Stocks 시프트를 구비하고, 상이한 입경 크기의 양자점의 방출 스펙트럼은 상이하며, 입경이 큰 양자점일수록, 그 방출 파장이 더 큼으로, 양자점의 입자 크기를 제어하여, 동일한 레이저를 사용하여 상이한 크기의 양자점을 여기할 수 있어, 상이한 형광 색상의 스펙트럼을 방출할 수 있다.

(2) 양자점의 형광 양자 수율이 높고, 안정하며, 광퇴색과 광소멸 효능이 비교적 낮아, 획득한 인코딩 마이크로 스피어는 색상 교차 또는 왜곡 현상이 쉽게 발생하지 않는다.

(3) 양자점 방출 스펙트럼이 좁고 대칭되며, 유기 형광 염료와 비교하면, 이의 인코딩 능력이 더 강하고 간섭현상이 쉽게 발생하지 않는다.

비록 양자점 인코딩을 사용하는 마이크로 스피어는 다중 측정에 더 쉽게 식별되는 특이성 리간드 담체를 제공하지만, 다중 측정에서 각 측정항 간의 고유 차이에 의하여, 다중 측정할 경우, 모든 측정항들이 모두 이들의 가장 바람직한 반응 조건에 처하기 어려워, 반드시 상이한 측정항 간의 감응도 차이를 초래한다. 또한, 각 프로브 분자의 비특이성 흡착은 일정한 정도의 검측 오차를 초래할 수도 있다.

최신 연구 결과에 의하면, 미크론 또는 서브미크론 사이즈의 마이크로 스피어 표면에 나노 사이즈의 마이크로 스피어를 연결하여 형성하는 토폴로지(topology) 구조를 구비하는 조립 마이크로 스피어를 생물 측정의 고상 담체로 사용하면, 단일한 표면이 매끌매끌한 마이크로 스피어에 비하여, 측정한 감응도를 현저히 향상시킬 수 있어, 비특이성 흡착을 감소한다. 따라서, 상기 조립 마이크로 스피어는 다중 측정에 더 적합하다. 조립 마이크로 스피어의 관련 기술은 출원번호가 201310062308.4인 중국특허를 참조할 수 있다.

양자점 인코딩과 조립 마이크로 스피어는 생물 분야에서 모두 선진적인 기술에 속하고, 현재 이러한 두 가지를 결합하여 형성하는 양자점 인코딩 조립 마이크로 스피어 및 이의 제조 방법에 관한 기술이 아직 없다. 또한, 예측할 수 있는 것은, 사용할 수 있는 양자점 유형이 일정한 전제하에서, 조립 마이크로 스피어를 인코딩하는 것은, 단일 마이크로 스피어를 인코딩하는 것에 비하여, 더 많은 인코딩 수량을 생성할 수 있거나, 또는 담체 유형을 식별할 수 있고, 또한 이는 다중 측정의 측정항 증가에 필효한 조건을 제공한다.

따라서, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 생물 측정에서 다중 측정에 더 적합한 양자점 인코딩 조립 마이크로 스피어 및 이의 제조 방법을 개발하기 위하여 최선을 하였다.

상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 양자점 인코딩과 조립 마이크로 스피어에 기초하는 담체 입자를 제공하고, 상기 담체 입자는 스피어 및 스피어 표면에 위치하는 서브 스피어(sub-sphere)를 포함하고, 스피어 및/또는 적어도 하나의 서브 스피어는 적어도 한 유형의 양자점을 포함한다.

더 설명하자면, 스피어에 포함되는 양자점과 서브 스피어에 포함되는 양자점의 유형이 상이하다.

더 설명하자면, 서브 스피어는 스피어의 표면에 피복된다.

더 설명하자면, 서브 스피어는 나노 스피어를 포함하고, 나노 스피어는 서브 스피어의 주체구조이며, 양자점은 나노 스피어의 표면 또는 내부에 피복된다.

더 설명하자면, 나노 스피어의 표면에는 적어도 한 층의 양자점이 피복되는 바, 즉, 나노 스피어의 표면에는 양자점이 적층 조립될 수 있다.

더 설명하자면, 동일한 층에 위치한 양자점의 유형은 완전히 동일하거나 또는 완전히 상이하고, 이때 상이한 층에 위치한 양자점의 유형은 완전히 동일하거나 또는 완전히 상이하다.

더 설명하자면, 나노 스피어는 입경이 30~500nm의 구형 구조이다.

더 설명하자면, 나노 스피어는 폴리머 또는 산화규소로 제조된다.

더 설명하자면, 폴리머는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리스티렌과 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 공중합체, 폴리스티렌과 폴리메타크릴산(polymethylacrylic acid) 공중합체, 폴리스티렌과 디비닐벤젠(divinyl benzene) 공중합체 중의 하나이다.

더 설명하자면, 스피어는 마이크로 스피어를 포함하고, 마이크로 스피어는 스피어의 주체구조이며, 양자점은 마이크로 스피어 내부 또는 표면에 로딩된다.

더 설명하자면, 마이크로 스피어는 입경이 0.5~20㎛인 구형 구조이다.

더 설명하자면, 마이크로 스피어는 폴리머 또는 산화규소로 제조된다.

더 설명하자면, 폴리머는 폴리스티렌, 폴리스티렌과 폴리아크릴산 공중합체, 폴리스티렌과 폴리메타크릴산 공중합체, 폴리스티렌과 디비닐벤젠 공중합체 중의 하나이다.

더 설명하자면, 스피어와 서브 스피어의 표면에는 모두 작용기가 개질되고, 스피어와 서브 스피어 간의 연결은 작용기 간의 화학적 공유 결합 반응을 통하여 실현된다.

더 설명하자면, 작용기는 아미노기(amino group), 카르복실기(carboxyl group), 메르캅토기(mercapto group), 수산기(hydroxyl group) 중의 하나이다.

더 설명하자면, 양자점의 유형은 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장(이하, 중심 방출 파장으로 약칭함)에 의하여 정의되는바, 즉, 단지 양자점의 중심 방출 파장으로 양자점 유형을 구분한다.

더 설명하자면, 두 가지 또는 두 가지 이상의 유형의 양자점을 사용한다.

더 설명하자면, 두 가지 또는 두 가지 이상의 유형의 양자점과 그 인접한 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 간의 절대치는 30nm보다 크거나 같은바, 즉, 각 유형의 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 간의 간격은 모두 30nm보다 크거나 같다.

더 설명하자면, 양자점은 II－VI족 또는 III－V족 원소로 이루어진 나노 입자의 어느 하나이고, 본 발명의 바람직한 양자점은 CdSe@ZnS.이다.

더 설명하자면, 스피어 및/또는 서브 스피어는 자성 나노 입자를 포함하는 바, 즉, 스피어와 서브 스피어는 모두 자성을 구비하거나, 또는 스피어와 서브 스피어 중의 하나가 자성을 구비한다.

더 설명하자면, 자성 나노 입자는 철, 코발트, 니켈, 페라이트를 포함하는 자성 금속 입자 중의 어느 한 유형일 수 있다. 본 발명의 바람직한 것은 사산화삼철 나노 입자이다.

더 설명하자면, 적어도 하나의 서브 스피어는 유기 형광 염료를 포함하는 바, 즉, 형광 염료 마킹을 거친 서브 스피어를 동시에 사용할 수 있다.

더 설명하자면, 유기 형광 염료의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장과 스피어에 로딩된 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 차이의 절대치는 50nm보다 크거나 같다. 본 발명의 바람직한 것은 이소티오시안산(isothiocyanic acid) 플루오레세인(fluorescein)이다.

본 발명은 담체 입자 제조 방법을 더 제공하는바, 즉, 마이크로 스피어에 적어도 하나의 나노 스피어를 연결하고, 마이크로 스피어 및/또는 나노 스피어에 적어도 한 유형의 양자점을 로딩한다.

더 설명하자면, 상기 담체 입자 제조 방법은,

마이크로 스피어에 양자점을 로딩하여, 형광 마이크로 스피어를 형성하는 단계(1);

나노스피어에 양자점을 로딩하여, 형광 나노 스피어를 형성하는 단계(2); 및

형광 마이크로 스피어와 형광 나노스피어를 연결하거나, 또는 마이크로 스피어와 형광 나노 스피어를 연결하거나, 또는 형광 마이크로 스피어와 나노스피어를 연결하여, 담체 입자를 형성하는 단계(3)을 포함하고,

단계(1)과 단계(2)는 우선순위를 가리지 않는다.

더 설명하자면, 형광 마이크로 스피어는 적어도 한 유형의 양자점을 포함하고, 양자점의 유형에 의하여 다양한 유형의 형광 마이크로 스피어와 형광 나노 스피어가 각각 정의된다.

본 발명의 실시예에서, 마이크로 스피어와 상이한 유형의 염색 마이크로 스피어를 상이한 유형의 스피어를 형성하도록 한정하고, 나노 스피어와 상이한 유형의 형광 나노 스피어를 상이한 유형의 서브 스피어를 형성하도록 한정하며, 각 유형의 스피어와 서브 스피어의 상호 결합을 통하여 상이한 인코딩을 구비하는 담체 입자를 형성한다.

더 설명하자면, 동일한 유형의 형광 마이크로 스피어는 이들에 로딩된 양자점의 수량에 의하여 다양한 형광 등급의 형광 마이크로 스피어를 한정하고, 동일한 유형의 형광 나노 스피어는 이들이 로딩한 양자점의 수량에 의하여 다양한 형광 등급의 형광 나노 스피어를 한정한다.

더 설명하자면, 단계(3)에서의 염색 마이크로 스피어는 임의의 유형을 구비한다.

더 설명하자면, 단계(3)에서의 형광 나노 스피어는 어느 한 유형 또는 적어도 한 유형을 구비하는바, 즉, 인코딩 수량에 대한 수요에 따라, 마이크로 스피어 또는 형광 마이크로 스피어에 단일 유형 또는 많은 유형의 형광 나노 스피어를 연결할 수 있다.

더 설명하자면, 단계(3)에서 나노 스피어로 일부 형광 나노 스피어를 대체하는바, 즉, 마이크로 스피어 또는 형광 마이크로 스피어의 표면에 나노 스피어와 형광 나노 스피어를 동시에 연결하여, 양자의 비율을 통하여 담체 입자 중의 형광 나노 스피어가 로딩한 양자점의 전체 수량을 조절할 수 있다.

더 설명하자면, 단계(3)에서의 연결 방법은, 마이크로 스피어, 형광 마이크로 스피어, 나노 스피어, 형광 나노 스피어의 표면에 각각 연결되는 작용기 간의 화학적 공유 결합 반응을 통하여 연결을 실현한다.

더 설명하자면, 작용기는 아미노기, 카르복실기, 메르캅토기, 수산기 중의 한 가지 이다.

더 설명하자면, 양자점의 로딩 위치는 마이크로 스피어의 표면 또는 내부이다.

더 설명하자면, 양자점의 로딩 위치는 나노 스피어의 표면 또는 내부이다.

더 설명하자면, 양자점이 로딩된 나노 스피어의 표면에는 적어도 한 층의 양자점이 피복된다.

더 설명하자면, 동일한 층에 위치한 양자점의 유형은 모두 동일하고, 이때, 상이한 층에 위치한 양자점의 유형은 완전히 동일하거나 상이하다.

더 설명하자면, 동일한 층에 위치한 양자점의 유형은 완전히 상이하다.

더 설명하자면, 마이크로 스피어와 나노 스피어는 폴리머 또는 산화규소로 제조된다.

더 설명하자면, 폴리머는 폴리스티렌, 폴리스티렌과 폴리아크릴산 공중합체, 폴리스티렌과 폴리메타크릴산 공중합체, 폴리스티렌가 디비닐벤젠 공중합체 중의 하나이다.

더 설명하자면, 마이크로 스피어와 나노 스피어는 입경이 각각 0.5~20㎛과 30~500nm인 구형 구조이다.

더 설명하자면, 양자점의 유형은 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장에 의하여 정의되는바, 즉, 단지 양자점의 중심 방출 파장으로 양자점의 유형을 구분한다. 상기 형광 마이크로 스피어와 형광 나노 스피어는 한 유형 또는 적어도 한 유형의 중심 방출 파장의 양자점을 로딩하여, 인코딩 수량을 확대할 수 있고, 또한 인코딩 수량을 더 확대하도록, 양자점의 수량을 조절하여 동일한 중심 방출 파장의 양자점의 형광 강도를 조정할 수도 있다. 상기 형광 등급은, 하나의 형광 마이크로 스피어 또는 형광 나노 스피어에서, 한 유형의 중심 방출 파장의 양자점이 생성하는 형광 강도, 또는 한 유형 이상의 중심 방출 파장의 양자점이 생성하는 형광 강도의 조합을 의미한다.

더 설명하자면, 두 가지 또는 두 가지 이상의 유형의 양자점과 이들이 인접한 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 차이의 절대치는 30nm보다 크거나 같은바, 즉, 각 유형의 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 간의 간격은 모두 30nm보다 크거나 같아야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 두 가지 유형의 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장은 각각 520nm과 600nm이다.

더 설명하자면, 양자점은 II－VI족 또는 III－V족 원소로 이루어진 나노 입자의 어느 하나이고, 본 발명의 바람직한 양자점은 CdSe@ZnS이다. 더 설명하자면, 마이크로 스피어 및/또는 나노 스피어가 자성 나노 입자를 포함하는바, 즉 스피어와 서브 스피어는 모두 자성을 구비하거나, 또는 스피어와 서브 스피어 중의 하나가 자성을 구비한다.

더 설명하자면, 자성 나노 입자는 철, 코발트, 니켈, 페라이트 자성 금속 입자 중의 어느 한 유형을 포함한다. 본 발명에서 바람직한 것은 사산화삼철 나노 입자이다.

더 설명하자면, 적어도 하나의 나노 스피어에 유기 형광 염료가 로딩되는 바, 즉 형광 염료에 의하여 표지된 서브 스피어를 동시에 사용할 수 있다.

더 설명하자면, 형광 염료의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장과 마이크로 스피어에 로딩된 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장 차이의 절대치는 50nm보다 크거나 같다. 본 발명에서 바람직한 것은 이소티오시안산플루오레세인이다.

본 발명에서 조립 마이크로 스피어와 양자점 인코딩을 서로 결합하였다. 생물 측정에서 조립 마이크로 스피어의 감응도는 비조립 마이크로 스피어 보다 높아, 다중 측정에 더 적합하고, 양자점으로 인코딩을 진행하는 것은 다중 측정에 필요한 조건을 제공하며, 또한 양자의 결합은 하기와 같은 유익한 효과를 구비한다.

1, 조립 마이크로 스피어 자체 구조의 우세에 의하여 스피어, 서브 스피어가 양자점을 각각 또는 동시에 로딩하는 것을 실현할 수 있고, 비조립 마이크로 스피어보다 양자점을 로딩하는 능력이 현저히 향상되며, 여러가지 유형의 양자점을 로딩할 경우, 조립 마이크로 스피어는 그가 구비하는 이중 물리적 공간 우세를 충분히 발휘하여, 스피어, 서브 스피어에서 여러가지 유형의 양자점이 합리하게 분배되는 것을 실현할 수 있고, 매 유형의 양자점의 로딩 농도의 상한이 비조립 마이크로 스피어보다 배로 증가하여, 수량이 거대한 상이한 형광 강도의 마이크로 스피어의 조합을 실현할 수 있어, 형광 담체 마이크로 스피어의 인코딩 능력을 크게 향상시킨다.

2, 스피어宅서브 스피어 모듈화 조립방식으로 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현하고, 제조 과정에서, 단지 상이한 중심 방출 파장과 상이한 형광 강도를 로딩한 일정한 수량의 양자점을 구비하는 스피어와 서브 스피어를 제조한 다음, 스피어, 서브 스피어를 원활하게 조정하면, 수량이 거대한 조립 인코딩 마이크로 스피어를 조립해 낼 수 있다. 제조해야 하는 모듈인 스피어와 서브 스피어의 유형이 많지 않고, 조립 공정이 비교적 간단하며, 안정성이 높고, 재현성이 우수하며, 제어가 간편하여, 인코딩 마이크로 스피어의 대량 생산 안정성이 비교적 우수하다.

3, 양자점 방출 스펙트럼의 우세를 결합하여, 스피어, 서브 스피어가 각각 상이한 유형의 양자점을 로딩하는 것을 통하여, 상이한 유형의 양자점을 동일한 마이크로 스피어에 로딩하여 형광 스펙트럼의 상호 간섭과 형광 에너지의 전이가 발생하는 확률을 감소시켜, 인코딩 조립 마이크로 스피어의 정밀도가 더 향상되도록 한다.

이하, 본 발명의 목적, 특징과 효과를 완전히 이해하도록, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구상, 구체적인 구조 및 발생하는 기술적 효과를 진일보로 설명한다.

도1은 본 발명의 담체 입자의 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 사진이다.
도2는 본 발명의 인코딩 조합이 2색 형광 채널에서의 모식도이다.

본 발명의 담체 입자는 주로 스피어와 서브 스피어 2가지 구조 단위로 이루어지고, 스피어와 서브 스피어는 각각 각자의 표면의 작용기 간의 화학적 공유 결합 반응을 통하여 라즈베리(raspberry) 구조에 유사한 조립 마이크로 스피어를 최종적으로 조립 형성하며, 도1에 도시된 바와 같이, 스피어와 서브 스피어의 구조 단위의 제조 방법은 하기와 같다 (이하 실시예에서 두기지 중심 방출 파장의 양자점을 사용하지만, 모두 하기의 방법과 인코딩 사상을 사용할 수 있고, 두 가지 또는 두 가지 이상의 중심 방출 파장의 절대치 차이가 30nm보다 낮지 않은 양자점을 사용하거나, 또는 스피어의 내부 또는 표면에 한 가지 유형의 양자점이 로딩되고, 서브 스피어 내부에는 스피어가 로딩한 양자점과 형광중심 방출 파장 차이가 50nm보다 낮지 않는 유기 형광 염료가 로딩된다).

1, 스피어 구조 단위 및 제조 방법

유형1:

폴리머 비형광 마이크로 스피어. 즉 입경이 0.5~20㎛인 스피어를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 5~6㎛의 폴리머마이크로 스피어를 사용하며, 마이크로 스피어 표면에는 활성 작용기가 구비되고, 가장 바람직한 작용기는 카르복실기이다. 가장 바람직하게는, 폴리머마이크로 스피어 내부에는 자성 나노 입자의 마이크로 스피어가 로딩된다.

유형2:

내부에 중심 방출 파장이 520nm인 형광 양자점이 로딩된 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어(mesoporous microsphere). 폴리머 메조포러스 스피어는 구경이 10nm~70nm인 폴리스티렌-디비닐벤젠(PS-DVB) 공중합 메조포러스 마이크로 스피어를 사용하고, 마이크로 스피어의 입경은 5~6㎛이다. 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어의 내부에 로딩된 양자점 방출 스펙트럼의 중심 위치는 520nm의 녹색 형광이며, 형광 방출 강도는 로딩된 양자점 농도를 조정하여 조절할 수 있고, 최종적으로 유세포분석기에서 형광 강도 수준이 완전히 독립된 인코딩 마이크로 스피어스피어를 몇개 형성할 수 있는지를 측정할 수 있다. 이러한 유형의 인코딩 마이크로 스피어스피어를 제조하는 기본 방법은 하기와 같다.

단계1: 구경이 30nm인 3mg의 PS-DVB 메조포러스 마이크로 스피어를 취하여, 25mL의 비커에 넣은 다음, 유리병에 9.5mL의 부탄올을 넣고, 초음파 분산한다. 다시 부탄올 분산액에, 농도가 7.2uM이고 방출 파장이 520nm 가량이며 입경이 2.4~2.6nm인 500μL의 소수성 CdSe@ZnS 양자점 클로로포름 분산액을 넣어, 15분간 선회 반응시킨다. 반응이 종료된 후, 반응액을 즉시 원심분리시키고, 원심분리 속도는 10000rpm이며, 원심분리 시간은 15분이며, 상청액을 제거한다. 그 다음, 과립을 1mL의 에탄올에 다시 분산시키고, 선회 분산시키며, 에탄올을 3번 세척하고, 마지막으로 200ul의 에탄올에 분산시켜, QDs@PS-DVB 폴리머 스피어를 획득한다.

단계2: 3구 플라스크에서, 상기 단계에서 획득한 QDs가 로딩된 3mg의 메조포러스 마이크로 스피어를 3.3mL의 에탄올/물의 혼합 용액(95:5)에 분산시키고, 교반하면서 20μL의 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)을 넣은 후, 다시 0.5시간 교반하며, 다시 60μL의 암모니아수를 넣어 24시간 교반 반응시키고, 원심분리방식을 사용하여 에탄올로 마이크로 스피어를 3번 세척한 후, 에탄올에 분산되고 메인 발광 피크가 520nm인 녹색 형광의 QDs@PS@silica 마이크로 스피어를 얻는다.

단계3: 4mg의 상기 단계2에서 얻은 QDs@PS@silica 마이크로 스피어를 630μL의 에탄올/물의 혼합 용액(95:5)에 분산시키고, 교반하면서 50μL의 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(MPS)을 넣으며, 계속하여 0.5시간 교반한 후, 150μL의 암모니아수를 넣고, 반응 체계를 PH8.0으로 조절하며, 실온에서 기계적 교반시키면서 10시간 반응시킨 후, 원심분리방법을 사용하여 알코올 세척을 3번 반복하여, 과량의 변성제 및 촉매제를 제거한 다음, 동결건조를 거쳐 변성된 QDs@PS@silica@MPS 마이크로 스피어를 얻는다.

단계4: MPS 변성된 QDs@PS@silica@MPS 마이크로 스피어를 0.5mL의 St 단량체에 초음파 분산시키고, 15분 진탕한 다음, 50W의 초음파 작용하에서 0.1%의 로릴황산나트륨(SDS)이 용해된 20mL의 수용액에 천천히 떨궈 넣으며, 실온에서 형성된 유액을 자기 교반시키면서 질소가스를 30분 통과시키고, 소량의 물에 용해된 기폭제인 5mg의 과황산칼륨을 넣으며, 반응장치를 70℃의 수욕에 옮기고, 반응이 시작하면 시간을 표시하며, 계속하여 질소가스를 30분 통과시키고, 응축 환류 장치를 추가하며, 200rpm의 회전 속도로 기계적 교반시키고, 중합 반응을 2.5시간 진행한 후, 다시 반응 체계에 0.5mL의 아크릴산 단량체를 넣으며, 계속하여 70℃에서 5시간 반응을 완료한 후, 실온에서 교반하여 냉각시켜, 표면이 카르복실기인 QDs@PS@silica@MPS@PS-PAA 마이크로 스피어를 얻는다.

단계1에서 첨가한 양자점 클로로포름 분산액의 농도를 조정하면, 다양한 형광 강도를 획득한 QDs@PS@silica@MPS@PS-PAA 인코딩스피어를 각각 제조할 수 있다.

단계3, 단계4에서, 우선 MPS로 표면 그라프팅 변성을 진행한 다음, 다시 아크릴산 중합 반응시켜 QDs@PS@silica@MPS@PS-PAA 마이크로 스피어를 제조하는 것으로 한정하지 않는다. 단계2에서 획득한 QDs@PS@silica 마이크로 스피어 표면에 아미노프로필트리메톡시실란(APTMS) 또는 아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 그라프팅 변성시켜 QDs@PS@silica@APS를 얻은 다음, 다시 그 표면에 폴리아크릴산폴리머를 화학적으로 그라프팅하여, 최종적으로 다양한 형광 강도를 구비한 QDs@PS@silica@APTMS@PS-PAA 인코딩스피어를 획득할 수도 있다.

유형3:

내부에 중심 방출 파장이 600nm인 형광 양자점이 로딩된 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어. 폴리머 스피어는 구경이 10~70nm인 폴리스티렌-디비닐벤젠(PS-DVB) 공중합 메조포러스 마이크로 스피어를 사용할 수 있고, 마이크로 스피어의 입경은 5~6㎛이다. 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어의 내부에 로딩된 양자점 방출 스펙트럼의 중심 위치는 600nm의 붉은색 형광이고, 형광 방출 강도는 로딩된 양자점 농도를 조정하여 조절할 수 있으며, 최종적으로 유세포분석기에서 형광 강도 수준이 완전히 독립된 인코딩 마이크로 스피어스피어를 몇 개 형성할 수 있는지를 측정할 수 있다.

이러한 유형의 인코딩 마이크로 스피어스피어를 제조하는 기본 방법은 유형2의 마이크로 스피어를 제조하는 방법과 일치하고, 상이한 것은, 메조포러스 폴리머마이크로 스피어 내부에 첨가한 양자점 방출 스펙트럼의 중심위치는 600nm의 붉은색 양자점인 바, 예를 들면, 중심 방출 파장이 600nm이고, 입경이 4.7~5.2nm인 CdSe@ZnS 나노크리스탈.

마찬가지로, 여러개의 형광 강도가 완전히 독립한 인코딩 마이크로 스피어를 획득하고자 하면, 단계1에서 첨가하는 양자점 클로로포름 분산액의 농도를 조정하여 실현할 수 있다.

유형4:

내부에 중심 방출 파장이 각각 520nm과 600nm인 두 가지 양자점이 함께 로딩된 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어. 폴리머 스피어는 구경이 10~70nm인 폴리스티렌-디비닐벤젠(PS-DVB) 공중합 메조포러스 마이크로 스피어를 사용할 수 있고, 마이크로 스피어의 입경인 5~6㎛이다. 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어 내부에 로딩된 두 가지 양자점(예를 들면, 입경이 각각 2.5nm과 5.0nm 좌우인 CdSe@ZnS 나노크리스탈)의 함량은 로딩된 양자점 농도를 조정하여 조절할 수 있고, 유세포분석기에서 두 가지 형광 방출 스펙트럼이 형광 강도 수준이 완전히 독립것을 몇개 형성할 수 있는지를 측정한다.

유형:

표면에 양자점이 로딩된 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어. 제조 방법은 서브 스피어 유형2에 따른 방법을 참조할 수 있다.

이상에서 스피어를 제조하는 폴리머마이크로 스피어의 물질은 폴리스티렌, 폴리스티렌과 폴리아크릴산 공중합체, 폴리스티렌과 폴리메타크릴산 공중합체 중의 하나일 수도 있다. 작용기는 메르캅토기, 수산기 중의 하나일 수도 있다.

2, 서브 스피어 구조 단위 및 제조 방법

유형1:

표면에 아미노기 또는 카르복실기가 개질된 비형광 산화규소 또는 폴리머마이크로 스피어. 마이크로 스피어의 입경은 30~500nm이고, 가장 바람직하게는 200nm이다.

유형2:

표면에 중심 방출 파장이 520nm인 형광 양자점이 조립된 산화규소 마이크로 스피어. 가장 바람직하게는, 산화규소 마이크로 스피어의 입경은 200nm이고, 표면에 작용기가 개질되며, 바람직하게는 아미노기 또는 카르복실기이고, 산화규소 마이크로 스피어 표면에 조립된 양자점은 입경이 2.4~2.6nm인 CdSe@ZnS 나노크리스탈일 수도 있다. 유형2의 서브 스피어의 기본 제조 방법은 하기와 같다.

단계1: 문헌[Nie, JACS, 2008,130,11278-11279]를 참조하여 표면에 카르복실기가 개질되고, 중심 방출 파장이 520nm 좌우인 친수성 양자점을 획득하는 바, 예를 들면, CdSe@ZnS 나노크리스탈일 수도 있고, 동일한 파장의 형광을 방출하는 기타 양자점 결정체일 수도 있다.

단계2: stobe방법[Werner Stober, Journal of Colloid and Interface Science, 1968:P 62-69]으로 200nm의 산화규소 과립을 획득하고, 그 다음, 층별 자기 조립 방법[Gu, Chem Commun.,2009,2329-2331]으로 표면에 폴리아니온(polyanion) 전해질과 폴리캐티온(polycation) 전해질을 개질시키며 3층이 산화규소 표면에 교대로 조립하여(PE3), 양전하를 휴대한 산화규소 과립(Silica@PE3)을 제조한 후, 다시 Silica@PE3 표면에서 단계1에서 획득한 표면에 카르복실기가 개질된 CdSe@ZnS 양자점을 정전 흡착 조립하여 520nm의 형광을 방출하는 Silica@PE3@QDs 서브 스피어를 얻는다. 구체적인 제조 방법은 하기와 같다(전체 제조 과정은 어두운 곳에서 진행함).

우선, 11mg의 산화규소 과립(입경은 200nm임)의 에탄올 분산액을 원심분리하여 상청액을 제거한다. 그 다음, 200μL의 초순수를 넣어 초음파 분산하고, 원심분리하여 상청액을 제거한 후, 산화규소 과립을 3.6mL의 폴리캐티온 전해질(PDADMAC) 용액(2mg/mL)에 다시 분산하며, 20분 혼합 흡착하고, 원심분리하여 상청액을 제거한다. 원심분리하여 획득한 고체 과립을 1mL의 초순수에 다시 분산하고, 물로 3번 세척하여, Silica@PDADMAC 고체 과립을 획득하며, 이를 4mL의 초순수에 분산한다. 나머지 2층(폴리아니온 전해질PSS과 폴리캐티온 전해질PDADMAC)의 증착 과정은 PDADMAC을 증착하는 상기 방법과 완전히 일치하고, 최종적으로 Silica@PDADMAC @PSS@PDADMAC(Silica@PE3) 고체 과립을 획득하며, 이를 2mL의 초순수에 분산시켜 대기시킨다. 다시, 1mL의 상기 Silica@PE3과립의 수분산액을 취하고, 원심분리하여 상청액을 제거한 후, 1mL의 50mM 염화나트륨 수용액을 다시 넣으며, 초음파 분산하고, 원심분리하여 상청액을 제거한 후, 획득한 고체 과립을 다시 450μL의 50mM 염화나트륨 수용액에 분산하면서, 단계1에서 획득한 표면에 카르복실기가 개질된 50μL의 양자점(농도는 8μM임)을 넣으며, 2시간 혼합 흡착한다. 흡착이 완료된 후, 혼합액을 원심분리하여 상청액을 제거하고, 원심분리하여 획득한 고체 과립을 1mL의 초순수에 다시 분리하며, 물로 3번 세척하고, 원심분리하여 고체 과립, 즉 중심 방출 파장이 520nm인 Silica@PE3@QDs 형광 과립을 얻으며, 상기 형광 산화규소 과립을 1mL의 초순수에 분리하여 예비용으로 준비한다. 마지막으로, 획득한 상기 Silica@PE3@QDs 형광 과립 분산액에 1mL의 규산나트륨 수용액(2.58mg/mL, pH 11.9)과 1mL의 초순수를 넣고, 표면에 산화규소 셀을 피복하며, 25℃에서 48h 반응한 후, 원심분리하여 상청액을 제거하고, 원심분리하여 얻은 고체 과립(Silica@PE3@QDs@Silica)을 1mL의 초순수에 다시 분산하며, 물로 3번 세척하고, 에탄올로 1번 세척하며, 마지막으로 상기 고체 과립을 1mL의 에탄올에 분산하고, 5μL의 γ-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS)을 넣어 30분 흡착시킨 후, 다시 15μL의 암모니아수에 넣고, 계속하여 24시간 반응시킨다. 반응이 완료된 후, 원심분리하여 상청액을 제거하고, 원심분리하여 얻은 고체 과립을 1mL의 초순수에 다시 분리하며, 물로 3번 세척하고, 원심분리하여 고체 과립, 즉 표면에 아미노기가 개질되고 중심 방출 파장이 520nm인 silica@PE3@QDs@Silica 형광 서브 스피어를 획득한다.

상기 형광 서브 스피어는 산화규소 마이크로 스피어를 사용할 수 있지만, 산화규소 마이크로 스피어에 한정되지 않고, 표면에 카르복실기가 개질되거나 또는 아미노기가 개질된 폴리머마이크로 스피어면 양자점으로 조립된 모듈 마이크로 스피어로 사용할 수 있다.

상기 형광 서브 스피어의 형광 강도는 산화규소 과립 표면에 양자점을 다층으로 조립하여 실현할 수 있는바, 즉 상기 단계에서 획득한 Silica@PE3@QDs 형광 서브 스피어(규소 미포함)의 표면에 조립하고, 다시 폴리캐티온 전해질 PDADMAC를 사용하여 그 표면에 정전 조립한 다음, 다시 상기와 같은 방법으로 다른 한 층의 QDs를 조립하며, 최종적으로 2층의 QDs 과립이 조립된 형광 서브 스피어를 얻는 바, 즉, Silica@PE3@QDs@QDs을 얻는다. 이렇게 유추하여 여러 층의 QDs의 조절 가능한 조립을 실현할 수 있다.

유형3:

표면에 중심 방출 파장이 600nm인 형광 양자점이 조립된 산화규소 마이크로 스피어. 가장바람직게는, 산화규소 마이크로 스피어의 입경은 200nm이고, 표면에 작용기가 개질되며, 바람직한 작용기는 아미노기 또는 카르복실기이고, 산화규소 마이크로 스피어 표면에 조립된 양자점은 입경이 4.7~5.2nm인 CdSe@ZnS 나노크리스탈일 수도 있고, 동일한 파장의 형광을 방출하는 기타 양자점 결정체일 수도 있다. 유형3의 서브 스피어의 구체적인 제조 방법은 유형2의 서브 스피어의 제조 방법과 일치하고, 상이한 것은, 표면에 조립된 카르복실기의 양자점은 중심 방출 파장이 600nm인 나노크리스탈임으로, 최종적으로 획득한 형광 서브 스피어의 중심 방출 파장은 600nm이다.

마찬가지로, 유형3의 형광 서브 스피어는 산화규소 마이크로 스피어를 사용할 수 있지만, 산화규소 마이크로 스피어에 한정되지 않고, 표면에 카르복실기가 개질되거나 또는 아미노기가 개질된 폴리머마이크로 스피어이면, 양자점으로 조립한 모듈 마이크로 스피어로 사용할 수 있다.

마친가지로, 상기 형광 서브 스피어의 형광 강도는 산화규소 과립 표면에 양자점을 다층으로 조립하여 실현할 수 있는바, 즉 상기 단계에서 획득한 Silica@PE3@QDs 형광 서브 스피어(규소 미포함)의 표면에 조립하고, 다시 폴리캐티온 전해질 PDADMAC를 사용하여 그 표면에 정전 조립한 다음, 다시 상기와 같은 방법으로 다른 한 층의 QDs를 조립하며, 최종적으로 2층의 QDs 과립이 조립된 형광 서브 스피어를 얻는바, 즉, Silica@PE3@QDs@QDs을 얻는다. 이렇게 유추하여 여러 층의 QDs의 조절 가능한 조립을 실현할 수 있다.

유형4:

서브 스피어 표면에 중심 방출 파장이 각각 520nm와 600nm인 2가지 형광 양자점이 조립된 산화규소 마이크로 스피어. 가장 바람직하게는, 산화규소 마이크로 스피어의 입경은 200nm이고, 표면에 작용기가 개질되며, 바람직한 작용기는 아미노기 또는 카르복실기이고, 산화규소 마이크로 스피어 표면에 조립된 양자점은, 중심 방출 파장이 520nm과 600nm인 형광 양자점이 층별 조립 방식으로 2가지 양자점의 공조립을 실현할 수 있고, 층별 조립 방법은 유형2, 유형3에 따른 산화규소 서브 스피어 표면에 두번째 층의 양자점을 조립하는 방법과 동일하다. 이렇게 유추하여 산화규소 서브 스피어 표면에 다층 양자점의 조절 가능한 조립을 실현할 수 있다.

유형5:

내부에 이소티오시안산플루오레세인(FITC)이 공유 도핑되고 표면에 아미노기가 개질된 산화규소 마이크로 스피어. 바람직하게는, 산화규소 마이크로 스피어의 입경은 200nm이다. 구체적인 형광 서브 스피어의 제조 방법은 하기와 같다.

단계1: 5.25mg의 FITC를 1mL의 무수에탄올에 초음파 용해하고, 300rpm으로 자기 교반하여 73μL의 γ-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 넣으며, 불투명 한 배경에서 12시간 반응시켜 FITC-APS 용액을 얻는다.

단계2: 50mL의 넓적바닥 플라스크를 준비하고, 24.7mL의 무수에탄올, 1.6mL의 초순수, 1.4mL의 25% 암모니아수를 순차적으로 넣으며, 500rpm으로 자기 교반하여 50μL 의 상기 FITC-APS 용액, 2.0mL의 TEOS를 넣고, 불투명한 배경에서 24시간 반응시키며, 반응이 완료한 후, 원심분리하여 상청액을 제거하며, 침전물을 20mL의 물에 다시 분산시켜, FITC-CORE 분산액을 얻는다.

단계3: 12mL의 25% 암모니아수를 68mL의 초순수에 희석하여 반응액(A)를 제조하고, 250mL의 플라스크를 준비하며, 98.72mL의 무수에탄올, 20mL의 단계2에서 얻은 FITC-CORE 분산액, 상기 반응액(A)과 1.28mL의 TEOS를 순차적으로 넣고, 40℃의 수욕에 불투명한 배경에서 2시간 반응시키며, 반응이 완료된 후 원심분리하여 상청액을 제거하고, 초순수로 획득한 형광 과립을 2번 세척하며, 마지막으로 과립을 10mL의 초순수에 분산하여, 내부에 FITC이 공유 도핑된 FITC-Silica형광 과립 분산액을 얻는다.

단계4 : 100mL의 넓적바닥 플라스크를 준비하고, 95mL의 무수에탄올, 150mg의 단계3에서 얻은 FITC-Silica 형광 과립, 4mL의 25% 암모니아수를 순차적으로 넣으며, 500rpm으로 자기 교반하고, 다시 1mL의 APTES를 넣으며, 불투명한 배경에서 15시간 반응시키고, 반응이 완료된 후, 원심분리하여 상청액을 제거하며, 무수에탄올로 원심분리하여 2번 세척하고, 마지막으로, 획득한 형광 과립을 10mL의 무수에탄올에 분산하여, 표면에 아미노기가 개질된 FITC--Silica 나노 형광 서브 스피어를 얻으며, 상기 서브 스피어의 형광 중심 방출 파장은 515nm~525nm이다.

FTIC-APS의 첨가량을 조절하여, 독립적인 형광 강도의 여러 가지 형광 서브 스피어를 획득할 수 있다.

유형6:

내부에 양자점이 로딩된 형광 서브 스피어. 문헌[J. Mater. Chem., 2011, 21, 12520]를 참조하여 내부에 QDs가 로딩된 형광 서브 스피어를 획득한다. 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.

중심 방출 파장이 520nm이고 표면에 TOPO가 감싼 CdSe@ZnS 양자점을 사용하며, 이를 클로로포름에 분산하여 0.8μM의 현탁액을 형성하여 예비용으로 준비하고, 10mg의 입경이 200nm인 폴리머마이크로 스피어를 사용하며, 마이크로 스피어를 4ml의 헥사데칸(hexadecane)에 분산하고, 500μL의 상기 QDs/클로로포름 분산액을 넣으며, 질소가스가 통한 상황에서 70℃까지 천천히 승온하고, 1시간 보온 반응시킨 다음, 다시 180℃까지 천천히 승온하며, 체계에서 환류 현상이 없은 후, 반응 체계의 온도를 급락시키고, 원심분리한 후, 에탄올로 내부에 QDs가 로딩된 획득한 형광 서브 스피어를 3번 세척하며, 획득한 형광 서브 스피어를 1ml의 에탄올에 보관하여 예비용으로 준비한다.

상기 형광 서브 스피어의 형광 강도는 첨가하는 QDs/ 클로로포름 분산액의 체적을 개변하여 조절할 수 있다. 상기의 유형6의 서브 스피어의 제조 방법은 [J. Mater. Chem., 2011, 21, 12520]에 따른 방법에 제한되지 않고, 可以采用주형법[Langmuir 2006, 22, 5604-5610] 등 방법 또는 현장중합법을 사용하여 제조할 수 있다. 사용하는 서브 스피어는 폴리머일 수도 있고, 산화규소 서브 스피어일 수도 있다.

상기의 서브 스피어를 제조하는 폴리머나노 스피어 물질은 폴리스티렌, 폴리스티렌과 폴리아크릴산 공중합체, 폴리스티렌과 폴리메타크릴산 공중합체 중의 하나일 수도 있고, 작용기는 메르캅토기, 수산기 중의 하나일 수도 있다.

3, 스피어와 서브 스피어의 조립 방법

방법1:

스피어 표면에 단층이 공유 조립된 서브 스피어. 상기 스피어는 상기 스피어 구조 단위 중의 어느 한 유형의 스피어일 수 있고, 상기 서브 스피어는 상기 서브 스피어 구조 단위 중의 어느 한 유형의 서브 스피어일 수도 있다. 구체적인 공유 조립 방법은 하기와 같다.

우선, 상기 스피어 구조 단위 중의 한 유형의 스피어를 3mg 준비하고, 스피어 표면은 카르복실기 작용기이며, 25mM의 염화나트륨 용액으로 2-4번 세척한 후, 300μL의 25mM 염화나트륨 용액에 다시 분산하여, 스피어 분산액을 얻는다. 상기 서브 스피어 구조 단위 중의 어느 한 유형의 서브 스피어를 8mg 준비하고, 300μL의 25mM 염화나트륨 용액에 분사하여 서브 스피어 분산액을 얻는다. 초음파 분산하면서, 스피어 분산액을 서브 스피어 분산액에 천천히 떨궈 넣은 다음, 믹스기에서 30분 선회 반응하고, 선회 반응이 완료된 후, 반응 체계에 10mg의 EDC/NHS가 25mM의 염화나트륨 용액에 용해되어 얻은 반응액을 넣으며, 계속하여 믹스기에서 3시간 선회 반응하고, 반응이 완료된 후, 원심분리하며, 스피어 표면에 조립되지 않은 나머지 서브 스피어를 세척 제거하고, 물, 1:1의 아세트산과 무수에탄올로 순차적으로 산물을 각각 2번 세척하며, 최종적으로, 인코딩 마이크로 스피어를 얻고, 인코딩 마이크로 스피어를 500μL의 무수에탄올에 분산하여 예비용으로 준비한다.

방법2:

스피어 표면에 두 가지 유형이 공유 조립된 서브 스피어. 상기 스피어는 상기 스피어 구조 단위 중의 어느 한 유형의 스피어일 수 있고, 상기 서브 스피어는 상기 서브 스피어 구조 단위 중의 어느 두 가지 유형서브 스피어일 수도 있다. 구체적인 공유 조립 방법은 유형1과 같고, 상이한 것은, 사용하는 두 가지 유형의 서브 스피어의 비율은 코딩 방출 스펙트럼(중심 방출 파장)과 형광 강도의 수요에 따라 조절할 수 있다.

4, 스피어와 서브 스피어 조합의 실시예

실시예1:

스피어 인코딩 형광 마이크로 스피어의 제조. 제4 유형이고 표면은 아미노기인 스피어를 사용하는바, 즉 내부에 중심 방출 파장이 각각 520nm과 600nm인 두 가지 양자점이 공유 로딩된 폴리머 메조포러스 마이크로 스피어를 사용한다. 제1 유형의 서브 스피어를 사용하고, 즉 표면에 카르복실기가 개질된 비형광 산화규소 또는 폴리머마이크로 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법1을 통하여 공유 조립을 실현하고, 표면이 카르복실기인 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어를 얻는다.

이러한 방법의 조합을 통하여, 유형4의 스피어 중의 두 가지 양자점의 로딩량을 제어하여, 매 유형의 양자점 로딩량이 5가지 독립적인 형광 강도를 각각 실현하고, 최종적으로, 25중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현할 수 있다.

실시예2:

녹색 형광 스피어와 주황색 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어의 제조. 제2 유형이고 표면은 아미노기인 스피어를 사용하고, 제3 유형이고 표면에 카르복실기가 개질된 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법1을 통하여 공유 조립을 실현하고, 표면이 카르복실기인 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어를 얻는다.

이러한 조합을 통하여, 유형2의 스피어 중의 형광 양자점의 로딩량을 조절하여, 2~10가지 독립적인 형광 강도를 실현하고, 제3유형의 형광 서브 스피어의 조립 층수를 제어하여, 1~3가지 독립적인 형광 강도를 실현할 수 있고, 최종적으로, 최고로 30중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현할 수 있다.

도2는 15중 형광 인코딩 마이크로 스피어가 2색 형광 채널에서의 분포 모식도이고, 도면에서 가로축과 세로축은 각각 520nm과 600nm의 형광 신호를 표시하며, 화살표 방향으로 형광 강도가 점차 증가한다. 가로축 중의 수자 1~5와 세로축 중의 수자 1~3은 각각 520nm과 600nm의 양자점이 로딩량의 구배 설치에 의하여 실현한 5가지 독립적인 형광 강도를 표시함으로, 5가지 형광 강도의 스피어와 3가지 형광 강도의 서브 스피어를 형성하고, 교배 조립하여 15중 형광 인코딩 마이크로 스피어를 형성하며, 도 중의 모두 15개의 밀페 곡선은 매개 형광 인코딩 마이크로 스피어의 형광 신호 분포 영역을 표시한다.

실시예3:

주황색 형광스피어와 녹색 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어 제조.제3 유형이고 표면이 카르복실기인 스피어를 사용하고, 제2 유형 또는 제6 유형이고 표면에 아미노기가 개질된 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법1을 통하여 공유 조립을 실현하고, 얻은 표면은 아미노기의 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어이다.

이러한 조합을 통하여, 유형3의 스피어 중의 형광 양자점의 로딩량을 조절하여, 2~10가지 독립적인 형광 강도를 실현하고, 제2 유형의 형광 서브 스피어의 조립 층수를 제어하여, 1~3가지 독립적인 형광 강도를 실현할 수 있고, 최종적으로, 최고로 30중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현할 수 있다.

실시예4:

비형광 스피어와 녹색 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어 제조. 제1 유형이고 표면이 아미노기인 스피어를 사용하고, 제2 유형과 제1 유형이고 표면에 카르복실기가 개질된 2가지 형광 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법2를 통하여 공유 조립을 실현하고, 얻은 표면은 카르복실기의 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어이다.

이러한 조합을 통하여, 유형2의 형광 서브 스피어 표면의 양자점의 조립 층수 및 유형1의 산화규소 서브 스피어의 비율을 조절하여, 10중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현하다.

실시예5:

비형광 스피어와 주황색 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어 제조. 제1 유형이고 표면이 아미노기인 스피어를 사용하고, 제3 유형과 제1 유형이고 표면에 카르복실기가 개질된 형광 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법2를 통하여 공유 조립을 실현하고, 얻은 표면은 카르복실기의 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어이다.

이러한 조합을 통하여, 유형3의 형광 서브 스피어 표면의 양자점의 조립 층수 및 유형1의 산화규소 서브 스피어의 비율을 조절하여, 10중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현하다.

실시예6:

비형광 스피어와 녹색 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어 제조. 제3 유형이고 표면이 아미노기인 스피어를 사용하고, 제5 유형과 제1 유형이고 표면에 카르복실기가 개질된 2가지 형광 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법2를 통하여 공유 조립을 실현하고, 얻은 표면은 카르복실기의 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어이다.

이러한 조합을 통하여, 유형5의 형광 서브 스피어 표면의 양자점의 조립 층수 및 유형1의 산화규소 서브 스피어의 비율을 조절하여, 6중 형광 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현하다.

실시예7:

비형광 스피어와 녹색/주황색 이중 형광 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어 제조. 제1 유형이고 표면이 아미노기인 스피어를 사용하고, 제4 유형이고 표면이 카르복실기인 서브 스피어를 사용한다. 스피어와 서브 스피어는 조립 방법1을 통하여 공유 조립을 실현하고, 얻은 표면은 카르복실기의 결합 인코딩 형광 조립 마이크로 스피어이다.

이러한 조합을 통하여, 상이한 형광 강도 비율을 구비하는 형광 서브 스피어를 사용하여, 4중 인코딩 마이크로 스피어의 제조를 실현한다.

본 발명에 따른 스피어와 서브 스피어의 결합 조립 인코딩 방법은 상기 실시예에 한정되지 않고, 인코딩 수요에 따라 임의의 조합을 진행할 수 있다.

실시예8:

3색 형광 스피어와 서브 스피어의 결합 인코딩 마이크로 스피어. 인코딩 능력을 향상시키기 위하여, 비형광 스피어의 내부에 3번째 형광 방출 스펙트럼 양자점을 로딩(예를 들어, 중심 방출 파장은 670nm인 CdSe@ZnS)할 수도 있고, 또한 로딩된 양자점의 함량을 조절할 수 있으며, 우선 2~10가지 독립적인 형광 강도의 2가지 유형의 스피어의 제조를 실현한다. 그 다음, 다시 실시예2, 실시예3, 실시예6에 따른 방법을 사용하여 分 녹색과 주황색을 방출하는 형광 서브 스피어와 각각 결합 인코딩을 진행하여 60 중 인코딩 마이크로 스피어를 얻고, 유형1의 비형광 서브 스피어와 결합 인코딩을 진행하여 10중 인코딩 마이크로 스피어를 얻을 수도 있으며, 실시예7에 따른 방법을 사용하여 녹색과 주황색을 방출하는 형광 서브 스피어와 함께 인코딩을 진행하여 40중 인코딩 마이크로 스피어를 얻을 수 있고, 합계하면, 독립적인 110중 인코딩 마이크로 스피어를 얻을 수 있다.

마찬가지로, 상기 방법을 통하여, 2가지 이상의 상이한 중심 방출 파장의 양자점을 더 사용하여 조립 마이크로 스피어 인코딩을 진행한다.

상기와 같이 본 발명의 바람직한 구체적 실시예를 설명한다. 이해해야 할 것은, 본 발명이 속하는 기술분의 통상의 지식을 가진 자는 진보성 창출에 힘쓸 필요가 없이 본 발명의 구상에 의하여 여러 가지 보정과 변화를 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 구상에 따라 선행기술의 기초 상에서 논리적 분석, 추리 또는 유한한 횟수의 실험을 거쳐 얻을 수 있는 기술적 해결수단은 모두 특허청구범위 내에 속한다.

Claims

스피어(sphere) 및 상기 스피어 표면에 위치하는 서브 스피어(sub-sphere)를 포함하고,
상기 스피어 및/또는 적어도 하나의 상기 서브 스피어는 적어도 한 유형의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 스피어에 포함되는 상기 양자점과 상기 서브 스피어에 포함되는 상기 양자점의 유형이 상이한 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 서브 스피어는 상기 스피어의 표면에 피복되는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 서브 스피어는 나노 스피어를 포함하고, 상기 양자점은 상기 나노 스피어의 표면 또는 내부에 로딩되는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 스피어는 마이크로 스피어를 포함하고, 상기 양자점은 상기 마이크로 스피어의 내부 또는 표면에 로딩되는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 스피어와 상기 서브 스피어의 표면에는 모두 작용기가 개질되어 있고, 상기 스피어와 상기 서브 스피어 사이의 연결은 상기 작용기 간의 화학적 공유 결합 반응에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 양자점의 유형은 상기 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 양자점은 II－VI족 또는 III－V족 원소로 이루어진 나노 입자의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
상기 스피어 및/또는 상기 서브 스피어는 자성 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 서브 스피어는 유기 형광 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 입자.
마이크로 스피어에 적어도 하나의 나노 스피어가 연결되고, 상기 마이크로 스피어 및/또는 상기 나노 스피어에 적어도 한 유형의 양자점이 로딩되는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 마이크로 스피어에 상기 양자점을 로딩하여, 형광 마이크로 스피어를 형성하는 단계(1);
상기 나노 스피어에 상기 양자점을 로딩하여, 형광 나노 스피어를 형성하는 단계(2); 및
상기 형광 마이크로 스피어와 상기 형광 나노 스피어를 연결하거나, 또는 상기 마이크로 스피어와 상기 형광 나노 스피어를 연결하거나, 또는 상기 형광 마이크로 스피어와 상기 나노 스피어를 연결하여, 상기 담체 입자를 형성하는 단계(3)을 포함하고,
상기 단계(1)과 상기 단계(2)는 우선 순위를 가리지 않는 것을 특징으로 하는 담체 입자 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 형광 마이크로 스피어와 상기 형광 나노 스피어는 적어도 한 유형의 상기 양자점을 각각 포함하고, 상기 양자점의 유형에 의하여 다양한 유형의 상기 형광 마이크로 스피어와 상기 형광 나노 스피어가 각각 정의되는 것을 특징으로 하는 담체 입자 제조 방법.
제13항에 있어서,
동일한 유형의 상기 형광 마이크로 스피어와 형광 나노 스피어는 각각 이들에 로딩된 상기 양자점의 수량에 의하여 다양한 형광 등급의 상기 형광 마이크로 스피어와 상기 형광 나노 스피어가 각각 정의되는 것을 특징으로 하는 담체 입자 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 단계(3)에서의 상기 연결 방법은, 각각 상기 마이크로 스피어, 상기 형광 마이크로 스피어, 상기 나노 스피어, 상기 형광 나노 스피어의 표면에 각각 연결되는 작용기 간의 화학적 공유 결합 반응을 통하여 상기 연결을 실현하는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 양자점의 로딩 위치는 상기 마이크로 스피어의 표면 또는 내부인 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 양자점의 로딩 위치는 상기 나노 스피어의 표면 또는 내부인 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 마이크로 스피어와 상기 나노 스피어는 폴리머(polymer) 또는 산화규소로 제조되는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 마이크로 스피어와 상기 나노 스피어는 각각 입경이 0.5~20㎛와 30~500nm의 구형 구조인 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 양자점의 유형은 상기 양자점의 형광 방출 스펙트럼의 중심 파장에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 양자점은 II－VI족 또는 III－V족 원소로 이루어진 나노 입자의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 마이크로 스피어 및/또는 상기 나노 스피어가 자성 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
적어도 하나의 상기 나노 스피어에 유기 형광 염료가 로딩되는 것을 특징으로 하는 담체 입자의 제조 방법.