KR20180076885A - Nanocomposite, composition for contrast agent comprising the same, apparatus for manufacturing nanocomposite, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 나노 복합체, 이를 포함하는 조영제 조성물, 나노 복합체의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanocomposite, a contrast agent composition containing the nanocomposite, and an apparatus and a method for producing the nanocomposite.
입경이 10 내지 500 nm 범위 내에서 미세하게 합성 및 변형된 나노 입자는 치료 및/또는 진단을 목적으로 다양하게 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 입자의 넓은 활성 부위는, 세포 또는 조직의 효율적인 진단 및 치료를 위한 약물, 단백질, 프로브 물질 등의 기능성 물질과의 결합 및 이들 물질의 운송 능력을 향상시킬 수 있다. 비록 상기 나노입자를 제조하기 위한 다양한 접근이 시도되고 있으나, 상기 물질의 물성 및 효율을 향상시키기 위한 연구가 추가로 요구되고 있다. Nanoparticles finely synthesized and modified within the range of 10 to 500 nm in particle diameter can be used variously for the purpose of treatment and / or diagnosis. Specifically, the wide active sites of the nanoparticles can improve the binding of functional substances such as drugs, proteins, and probe materials for efficient diagnosis and treatment of cells or tissues, and their ability to transport them. Although various attempts have been made to produce the nanoparticles, there is a further need for research to improve the physical properties and efficiency of the nanoparticles.
최근 생체적합성 플랫폼으로서 안정적이고, 안전한 물리 화학적 특성을 보이며, 높은 수율로 생산 가능한 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA)이 주목받고 있다. 또한, 최근 상기 특성을 향상시키거나 보완하기 위하여 다른 기능성 성분을 가지는 고분자를 결합시키거나 연결기 위한 시도가 이루어지고 있다.Recently, poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) has been attracting attention as a biocompatible platform which exhibits stable, safe physico-chemical properties and can be produced at a high yield. Recently, attempts have been made to bond or link polymers having other functional components to improve or complement the above characteristics.
특히, 고분자가 결합된 금속 입자는 치료 또는 진단 분야에 용이하게 적용된다. 구체적으로, 최근에는 생기능 유기 성분이 결합된 다양한 금속 나노 입자들을 화학 또는 광열 치료를 위해 사용되고 있다. 이는 상기 나노 입자들이 근적외선 조사 하에서 세포 내 존재 할 때, 나노 입자의 표면 플라즈몬 공명 가열(Surface Plasmon Resonance Heating) 현상이 발생되기 때문이다. 상기 근적외선은 물 또는 헤모글로빈 내에서 높은 전달효율을 가지기 때문에, 비 침습적 방법들(Non-Invasive Methods)을 이용해 암세포를 죽이거나 깊숙한 조직에 침투시키는데 적합하다. 상기 근적외선 조사에 의해 유도된 높은 열에너지는 온도 반응성 약물 방출(Thermoresponsive Drug Release) 및 고열 효과(Hyperthermic Effect)를 발생하기 때문에 암세포를 치료하거나 죽일 수 있다.Particularly, the metal particles to which the polymer is bonded are easily applied in the field of treatment or diagnosis. Specifically, recently, various metal nanoparticles having bioactive organic components bonded thereto are used for chemical or photothermal treatment. This is because surface plasmon resonance heating of the nanoparticles occurs when the nanoparticles are present in the cell under near-infrared irradiation. Since the near-infrared rays have high transmission efficiency in water or hemoglobin, they are suitable for killing cancer cells or penetrating deep tissues using non-invasive methods. The high thermal energy induced by the near-infrared irradiation causes a thermoresponsive drug release and a hyperthermic effect, so that cancer cells can be treated or killed.
상기 다양한 금속 나노 입자 중에서, 특히, 금과 철은 비 염증성 제제(Nonproinflammatory Agent)로 잘 알려져 있기 때문에, 상기 금 또는 철을 포함하는 나노 입자는 종종 치료 진단 응용분야에 나노 캐리어 또는 방사선 조사 센서로도 사용되고 있고, 예를 들어, 조영제 또는 온열 치료제에 이용되어 왔다. 구체적으로, 상기 철 나노 입자는 자기 공명 영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging) 장치, 약물 표적화 및 세포 형질 전환 등의 다양한 바이오 의학 분야에 이용되고 있고, 금 나노 입자는 컴퓨터 단층 촬영(Computer Tomography, CT) 장치 등에 이용되고 있다.Among the various metal nanoparticles, gold and iron are well known as nonproinflammatory agents, so that the gold or iron-containing nanoparticles are often used in therapeutic diagnostic applications as nanocarriers or as radiation sensors And have been used, for example, in contrast agents or thermal therapies. Specifically, the iron nanoparticles are used in various biomedical fields such as magnetic resonance imaging (MRI), drug targeting, and cell transformation. The gold nanoparticles are used in computer tomography (CT) Devices and the like.
또한, 기존에는 상기 금속 나노 입자를 제조하기 위한 방법으로 금속 입자의 현탁을 기반으로 하는 많은 습식 화학 공정(Wet Chemistry Formulations)이 제안되어 왔지만, 이러한 공정은 오로지 짧은 시간 동안만 사용될 수 있다. 더욱이, 유기 또는 고분자 성분이 포함된 금속 나노입자들은 일반적으로 가수분해에 의해 점진적으로 분해되기 때문에 불안정하다. 따라서, 현탁액 또는 콜로이드 형태의 생기능성 나노입자는 적합하지 않다. 또한, 콜로이드 형태의 나노 입자는 저장 동안 응집되는 경향으로 인해, 물질의 성질을 변화되기 때문에, 바이오 분야에 사용되기에 부적합하다. 특히, 기존 습식 화학 공정의 경우, 맞춤형(On-Demand) 나노 입자의 기능을 변화하기 위해서는 복합한 공정을 수행해야 되는 단점이 존재한다.Also, in the past, many wet chemical formulations based on suspension of metal particles have been proposed as a method for producing the metal nanoparticles, but such a process can be used only for a short time. Moreover, metal nanoparticles containing organic or polymeric components are generally unstable because they are gradually degraded by hydrolysis. Thus, bioactive nanoparticles in suspension or in colloidal form are not suitable. In addition, colloidal nanoparticles are unsuitable for use in the biotechnology sector because of their tendency to agglomerate during storage, altering the properties of the material. Particularly in the case of conventional wet chemical processes, there is a disadvantage that a complex process must be performed in order to change the function of on-demand nanoparticles.
본 출원은 우수한 저장 안정성, 유전자 전달 성능 및 낮은 세포 독성을 가지며 인체 내 다양한 용도로 사용가능하며, 높은 세포적 흡수성, 광 흡수성 및 우수한 포화 자화 특성을 가지므로, MRI 및/또는 CT용 조영제로 사용 시 강한 영상 신호를 유도하여 우수한 콘트라스트를 가지는 영상을 구현할 수 있는 나노 복합체 및 이를 포함하는 조영제 조성물을 제공한다.The present application has excellent storage stability, gene transfer performance and low cytotoxicity and can be used for various purposes in the human body. It has high cellular absorptivity, light absorptivity and excellent saturation magnetization, so it is used as a contrast agent for MRI and / or CT The present invention provides a nanocomposite and a contrast agent composition containing the nanocomposite capable of realizing an image having a high contrast by inducing a strong image signal.
본 출원은 나노 복합체에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 나노 복합체는 반자성체, 상자성 금속 및 강자성 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸고 있는 생체적합성 고분자를 포함하는 쉘을 포함하고, 상기 나노 복합체의 프랙탈 차원값을 특정 범위 내로 조절함으로써, 우수한 저장 안정성, 유전자 전달 성능 및 낮은 세포 독성을 가져 인체 내 다양한 용도로 사용가능하며, 높은 세포적 흡수성, 광 흡수성 및 우수한 포화 자화 특성을 가지므로, MRI 및/또는 CT용 조영제로 사용 시 강한 영상 신호를 유도하여 우수한 콘트라스트를 가지는 영상을 구현할 수 있다.The present application relates to nanocomposites. Exemplary nanocomposites of the present application include a core comprising at least one selected from the group consisting of a diamagnetic, a paramagnetic and a ferromagnetic metal, and a shell comprising a biocompatible polymer surrounding the core, wherein the fractal dimension of the nanocomposite By controlling the value within a specific range, it can be used for various purposes in the human body due to its excellent storage stability, gene transfer performance, and low cytotoxicity, and has high cellular absorptivity, light absorption and excellent saturation magnetization characteristics. When used as a contrast agent for CT, it can induce a strong image signal and realize an image with excellent contrast.
본 출원에서 용어 「나노」는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 「나노 복합체」는 나노 미터(nm) 단위의 평균 직경을 가지며, 2 종류 이상의 물질을 조합함으로써 물리적 또는 화학적으로 원래 소재와는 다른 우수한 기능을 갖는 물질을 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 평균 직경을 갖는 복합체를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term " nano " in this application may refer to a size in nanometers (nm), for example, but is not limited to, a size of 1 to 1,000 nm. As used herein, the term " nanocomposite " refers to a material having an average diameter in nanometers (nm) and having excellent functions that are physically or chemically different from the original material by combining two or more kinds of materials, But is not limited to, for example, a composite having an average diameter of 1 to 1,000 nm.
도 1은 본 출원의 나노 복합체(100)의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. Fig. 1 is a diagram schematically showing the structure of the
도 1과 같이, 본 출원의 일 구현예에 따른 나노 복합체(100)는 코어(110) 및 쉘(120)을 포함한다. 하나의 예시에서 상기 나노 복합체는 코어-쉘의 2중 구조를 가지는 입자일 수 있다. 예를 들면, 상기 나노 복합체는 나노 입자 또는 상기 나노 입자의 응집체를 제조하여 코어(110)를 형성하며, 상기 코어(110)에 생체적합성 고분자를 결합시켜 상기 코어(110)를 둘러싸는 쉘(120)을 형성함으로써 제조된 것일 수 있다. 상기에서 「코어」는 상기 2중 구조의 내측에 존재하는 부분을 의미하며, 상기 「쉘」은 상기 코어(110)를 둘러싸는 외측 부분을 의미한다. 또한, 상기에서 「둘러싼다」는 입자의 외주 표면이 실질적으로 덮이도록 형성되는 것을 의미하며, 상기에서 외주 표면이 실질적으로 덮이도록 형성되는 것은 예를 들면, 외주 표면의 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 또는 99% 이상이 덮이도록 형성되는 것을 의미한다.1, a
상기 코어(110)는 나노 입자 또는 상기 나노 입자의 응집체(Agglomerate)를 포함하며, 상기 나노 입자는 반자성체(Diamagnetism Substance), 상자성(Paramagnetism Metal) 금속 및 강자성 금속(Ferromagnetism Metal)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 예를 들어, 상기 코어(110)는 반자성체으로 이루어진 나노 입자 또는 응집체일 수 있고, 상자성 금속으로 이루어진 금속 나노 입자 또는 응집체일 수 있으며, 강자성 금속으로 이루어진 금속 나노 입자 또는 응집체일 수 있다. 바람직하게는, 상기 코어는 반자성체와 상자성 금속의 복합 나노 응집체, 반자성체와 강자성 금속의 복합 나노 응집체, 상자성 금속과 강자성 금속의 복합 금속 나노 응집체 또는 반자성체, 상자성 및 강자성 금속의 복합 나노 응집체일 수 있다. 상기 코어가, 전술한 나노 입자 또는 응집체를 포함함에 따라, 상기 나노 복합체는 우수한 X-선 흡수성을 가질 수 있고, 또한, 상기 나노 복합체의 자기적 성질이 적절하게 조절되어 우수한 포화 자화 특성을 가질 수 있으므로, MRI용 및/또는 CT용 조영제로 사용될 수 있다. The
본 명세서에서, 용어 「반자성체」는 외부 자기장을 인가시켰을 때, 자화(Magnetiszation)의 방향이 상기 외부 자기장의 방향과 반대로 형성되는 물질을 의미한다. 또한, 상기에서 용어 「상자성 금속」은 외부 자기장이 인가되면 자기장의 방향으로 자화되어 자기적 성질을 가지지만, 외부 자기장이 사라지면 자기적 성질을 잃어버리는 금속을 의미한다. 또한, 상기에서 용어 「강자성 금속」은 외부 자기장이 없는 상태에서도 자화되어 자기적 특성을 가지는 금속을 의미하며, 예를 들어, 자기장에 의해 그 방향으로 강하게 자화되고, 자기장을 제거해도 잔류 자화를 남겨 자기 히스테리시스를 나타내는 금속을 의미한다. As used herein, the term " diamagnetism " means a material in which, when an external magnetic field is applied, the direction of magnetization is formed opposite to the direction of the external magnetic field. The term " paramagnetic metal " as used herein refers to a metal that is magnetized in the direction of a magnetic field when an external magnetic field is applied, and has magnetic properties, but loses its magnetic properties when the external magnetic field disappears. The term " ferromagnetic metal " as used herein means a metal which is magnetized even in the absence of an external magnetic field to have magnetism, for example, strongly magnetized in that direction by a magnetic field, Means a metal exhibiting magnetic hysteresis.
하나의 예시에서, 상기 반자성체는 X-선 흡수성을 가지는 물질일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「X-선(X-ray)」은 파장이 0.01 내지 10 nm 이고, 주파수는 30×1015 Hz 내지 30×1018 Hz 내인 전자기파를 의미하고, 이는 자외선보다 짧은 파장의 영역의 전자기파를 의미한다.In one example, the diamagnetism may be a substance having X-ray absorptivity. As used herein, the term "X-ray" means an electromagnetic wave having a wavelength of 0.01 to 10 nm and a frequency of 30 × 10 15 Hz to 30 × 10 18 Hz. This means that an electromagnetic wave having a wavelength shorter than ultraviolet Means an electromagnetic wave.
본 출원의 나노 복합체는 상기 X-선 흡수성을 가지는 반자성체를 포함할 수 있으며, 이에 따라 우수한 X-선 흡수성을 가질 수 있다. 일반적으로, MRI(Magnetic Resonance Imaging) 또는 CT(Computer Tomography) 영상은 발광부와 흡광부의 밝기 차이를 기록하는 것이고, X-선 흡수성이 우수하다는 것은 흡광부의 영상신호가 강하다는 것을 의미한다. 따라서, 본 출원에 따른 나노 복합체는 X-선 CT(X-ray Computer Tomography) 또는 MRI의 조영제로 적용 시 강한 영상 신호를 유도하여 콘트라스트(Contrast) 효과가 우수한 영상을 구현할 수 있다. The nanocomposite of the present application may include the above-mentioned X-ray absorbing diamagnetism, and thus may have excellent X-ray absorbability. Generally, MRI (Magnetic Resonance Imaging) or CT (Computer Tomography) images record the brightness difference between the light emitting part and the light absorbing part, and the excellent X-ray absorbability means that the image signal of the light absorbing part is strong. Accordingly, when the nanocomposite according to the present application is applied as an X-ray CT (X-ray Computer Tomography) or MRI contrast agent, a strong image signal can be derived and an image having excellent contrast effect can be realized.
상기에서 용어 「조영제(Contrast Medium)」는 위, 장관, 혈관, 뇌척수강, 관절강 등에 투입하여 MRI 장치 및 CT 장치와 같은 방사선 검사시에 조직이나 혈관을 구분하기 용이하도록 해주는 기능성 약품을 의미한다.The term " Contrast Medium " as used herein refers to a functional drug that is injected into the stomach, intestines, blood vessels, cerebrospinal fluid, joints, and the like to make it easy to distinguish tissues or blood vessels during a radiological examination such as an MRI apparatus or a CT apparatus.
하나의 예시에서, 상기 X-선 흡수성을 갖는 반자성체는 금(Au), 은(Ag), 비스무트(Bi) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 X-선 흡수성 금속은 금(Au)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the X-ray absorbing diamagnetism may comprise at least one metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), bismuth (Bi) and tantalum (Ta) For example, the X-ray absorbing metal may be gold (Au), but is not limited thereto.
또 하나의 예시에서, 상기 X-선 흡수성 반자성체는 상기 금속의 합금, 금속 황화물 또는 금속 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 합금은 금-은(Au-Ag)합금일 수 있고, 상기 금속 황화물은 황화비스무트(Bi2S3)일 수 있으며, 상기 금속 산화물은 산화탄탈륨(Ta2O5)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 금(Au)의 경우, X-선 흡수가 강할 뿐 아니라, 비교적 인체에 유해하지 않는 금속으로써, 인체 내 혈액으로 주입되는 조영제 또는 광열 치료제(Photothermal Therapy Agent) 등에 적합하게 이용될 수 있다.In another example, the X-ray absorbing diamagnetism may include an alloy of the metal, a metal sulfide or a metal oxide, for example, the alloy may be an Au-Ag alloy, The metal sulfide may be bismuth sulfide (Bi 2 S 3 ), and the metal oxide may be tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), but is not limited thereto. Particularly, in the case of the gold (Au), it can be suitably used for a contrast agent or a photothermal therapeutic agent injected into blood in a human body as a metal which is not only harmful to the human body, but also has a strong X-ray absorption .
본 출원의 나노 복합체는 상기 상자성 금속 및/또는 강자성 금속을 포함할 수 있으며, 이에 따라 우수한 자기장 흡수성 및 포화 자화 특성을 가질 수 있다. 일반적으로, MRI는 체내에 있는 수소 원자 핵이 강력한 자기장에 놓였을 때 자기 에너지를 흡수해서 나오는 신호를 영상화하는 촬영기술이다. 즉, MRI용 조영제에는 상기 자기 에너지를 흡수하여 강한 신호를 유도하는 기능이 요구된다. 따라서, 상기 상자성 금속 및/또는 강자성 금속을 포함하는 본 출원의 나노 복합체는 MRI용 조영제 조성물에도 적합하게 사용될 수 있다.The nanocomposite of the present application may comprise the paramagnetic metal and / or the ferromagnetic metal, and thus may have excellent magnetic field absorption and saturation magnetization characteristics. In general, MRI is an imaging technique that images the signal that comes from absorbing magnetic energy when the hydrogen atom nuclei in the body are placed in a strong magnetic field. That is, the MRI contrast agent is required to absorb the magnetic energy to induce a strong signal. Therefore, the nanocomposite of the present application including the paramagnetic metal and / or the ferromagnetic metal can be suitably used also in the contrast agent composition for MRI.
하나의 예시에서, 상기 상자성 금속은 백금(Pt), 주석(Sn), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 유로퓸(Eu) 및 디스프로슘(Dy)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 상자성 금속은 백금일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 백금의 경우, 자기장 흡수가 강할 뿐 아니라, 비교적 인체에 유해하지 않는 금속으로써, 인체 내 혈액으로 주입되는 조영제 또는 광열 치료제(Photothermal Therapy Agent) 등에 적합하게 이용될 수 있다.In one example, the paramagnetic metal is selected from the group consisting of Pt, Sn, W, Mo, Al, Mn, Pd, Rh, For example, at least one metal selected from the group consisting of ruthenium (Ru), zirconium (Zr), europium (Eu) and dysprosium (Dy), and the paramagnetic metal may be platinum, no. Particularly, the platinum can be suitably used for a contrast agent or a photothermal therapeutic agent injected into the blood of a human body as a metal which is not only harmful to the human body, but also has strong magnetic field absorption.
상기 강자성 금속은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 가돌리늄(Gd) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 강자성 금속은 철일 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다. The ferromagnetic metal may include at least one transition metal selected from the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and gadolinium (Gd), and the ferromagnetic metal may be iron , But are not limited to these.
전술한 바와 같이, 다른 예시에서, 본 출원의 나노 복합체는 상기 반자성체와 강자성 금속; 또는 반자성체와 상자성 금속을 포함할 수 있으며, 이 경우, 우수한 X-선 흡수능 및 자기장 흡수능을 구현할 수 있기 때문에, MRI-CT 듀얼 영상 장치의 조영제에 적용될 수 있으며, 강한 영상 신호를 유도하여 콘트라스트 효과가 우수한 영상을 구현할 수 있다.As described above, in another example, the nanocomposite of the present application comprises the above-mentioned diamagnetism and a ferromagnetic metal; Or a paramagnetic metal. In this case, since it can realize excellent X-ray absorption ability and magnetic field absorption ability, it can be applied to a contrast agent of an MRI-CT dual imaging device, and a strong image signal is induced, Excellent image can be realized.
상기 쉘(120)은 생체적합성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 쉘(120)은 생체적합성 고분자를 포함함으로써, 코어(110)에 존재하는 금속에 의해 유발되는 세포독성을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 상기 나노 복합체는 우수한 생체적합성을 가질 수 있다. The
하나의 예시에서, 상기 생체적합성 고분자는 인체 내에서 낮은 세포 독성을 가지는 고분자라면, 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 구현예에서 상기 생체적합성 고분자는 합성 고분자, 천연 고분자 및 천연 고분자 유래 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. In one example, the biocompatible polymer can be used without limitation, if it is a polymer having low cytotoxicity in the human body. In one embodiment, the biocompatible polymer can be selected from the group consisting of a synthetic polymer, a natural polymer, And may include at least one selected polymer.
상기 합성 고분자는 폴리(베타-히드록시 에틸 메타아크릴레이트)[Poly(Beta-Hydroxyethyl Methacrylate), PHEMA]; 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide, PA); 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA); 폴리아크릴 산(Polyacrylic Acid, PAA), 그 염 및 그 유도체; 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP); 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethyleneoxide, PEO); 폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol, PEG); 폴리(에틸렌옥시드-b-프로필렌 옥사이드(Poly(Ethylene Oxide-b-Propylene Oxide), PEO-PPO); 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine); 폴리에틸렌이민(Polyethylenimine); 폴리락트산(PLA); 폴리글리콜산(PGA); 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA) 공중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine) 및 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The synthetic polymer is poly (beta-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA); Polyacrylamide (PA); Polyvinyl alcohol (PVA); Polyacrylic acid (PAA), salts thereof and derivatives thereof; Polyvinylpyrrolidone (PVP); Polyethylene oxide (PEO); Polyethyleneglycol (PEG); Poly (ethylene oxide-b-propylene oxide), PEO-PPO), poly-l-lysine, polyethyleneimine, polylactic acid (PLA ), Polyglycolic acid (PGA), poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) copolymer, and mixtures thereof, and preferably poly- Poly-l-lysine and poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) copolymers, or a mixture thereof.
상기 천연 고분자로는 생체적합성을 가지는 것이라면, 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 천연 고분자는 키토산(Chitosan), 그 염 및 그 유도체; 덱스트란 및 그 유도체; 아카시아 검(Acacia Gum); 트라가칸친(Tragacanthin); 히알루론 산(Hyaluronic Acid), 그 염 및 그 유도체; 펙틴(Pectin), 그 염 및 그 유도체; 알긴산(Alginic Acid), 그 염 및 그 유도체; 아가(Agar); 갈락토만난(Galactomannans), 그 염 및 그 유도체; 잔 탄(Xanthan), 그 염 및 그 유도체; 베타-사이클로덱스트린(Beta-Cyclodextrin), 그 염 및 그 유도체; 및 아밀 로즈(Amylose, 수용성 전분), 그 염 및 그 유도체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The natural polymer can be used without particular limitation, provided that it has biocompatibility. For example, the natural polymers include chitosan, salts thereof and derivatives thereof; Dextran and its derivatives; Acacia Gum; Tragacanthin; Hyaluronic acid, salts thereof and derivatives thereof; Pectin, salts thereof and derivatives thereof; Alginic Acid, salts thereof and derivatives thereof; Agar; Galactomannans, salts thereof and derivatives thereof; Xanthan, salts thereof and derivatives thereof; Beta-Cyclodextrin, salts thereof and derivatives thereof; And amylose (water-soluble starch), salts thereof and derivatives thereof; And a mixture thereof.
상기 천연 고분자 유래 고분자는 글리콜 키토산(Glycol Chitosan), 그 염 및 그 유도체; 카복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl Cellulose, CMC), 그 염 및 그 유도체; 히드록시에틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl Cellulose, HEC), 그 염 및 그 유도체; 히 드록시프로필 셀룰로오스(Hydroxypropyl Cellulose, HPC), 그 염 및 그 유도체; 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 (Hydroxypropyl Methylcellulose, HPMC); 메틸셀룰로오스(Methylcellulose), 그 염 및 그 유도체; 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트(Cellulose Acetate Phthalate), 그 염 및 그 유도체; 젤라틴(Gelatin), 그 염 및 그 유도체; 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The natural polymer-derived polymer may be selected from the group consisting of glycol chitosan, salts thereof and derivatives thereof; Carboxymethyl Cellulose (CMC), salts thereof and derivatives thereof; Hydroxyethyl Cellulose (HEC), salts thereof and derivatives thereof; Hydroxypropyl Cellulose (HPC), salts thereof and derivatives thereof; Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC); Methylcellulose, salts thereof and derivatives thereof; Cellulose Acetate Phthalate, salts thereof and derivatives thereof; Gelatin, salts thereof and derivatives thereof; Protamine sulfate, protamine sulfate, and a mixture thereof. The protamine sulfate may be, but is not limited to, protamine sulfate.
상기 생체적합성 고분자는 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA), 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate), 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 고분자는 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA), 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate) 및 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine)을 포함할 수 있다.The biocompatible polymer may be at least one selected from the group consisting of poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA), protamine sulfate, poly-1-lysine, And preferably the polymer may comprise poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA), protamine sulfate and poly-l-lysine.
하나의 예시에서, 상기 쉘에 포함되는 생체적합성 고분자는, 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA), 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate) 및 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 폴리(락트산-co-글리콜산)(PLGA), 프로타민 설페이트(Protamine Sulfate) 및 폴리-l-라이신(Poly-l-lysine)을 포함하는 생체적합성 고분자 혼합물(PM, Polymer Mixture)을 바람직하게 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 나노 복합체의 형성 과정에서, 상기 생체적합성 고분자와 전술한 나노 입자 사이의 계면 장력(Interfacial Tension)은 나노 입자들 사이의 계면 장력에 비해 높게 형성하기 때문에, 코어가 내부에 형성되도록 유도하면서, 동시에 상기 생체적합성 고분자는 상기 코어를 효과적으로 둘러쌀 수 있고, 이러한 코어-쉘 구조의 특유의 구조적 형상으로 인해, 본 출원의 나노 복합체는 전술한 MRI 장치, CT 장치 또는 MRI-CT 듀얼 영상 장치의 조영제로 적용 시 우수한 생체적합성 및 우수한 콘트라스트(Contrast) 성능을 나타낼 수 있다.In one example, the biocompatible polymer contained in the shell is selected from the group consisting of poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA), protamine sulfate and poly-1-lysine, (Lactose-co-glycolic acid) (PLGA), protamine sulfate and poly-l-lysine (poly-l-lysine) (PM, Polymer Mixture) may be preferably used, but the present invention is not limited thereto. Since the interfacial tension between the biocompatible polymer and the nanoparticles is higher than the interfacial tension between the nanoparticles during the formation of the nanocomposite, The biocompatible polymer can effectively encapsulate the core and, due to the unique structural configuration of the core-shell structure, the nanocomposite of the present application can be used as a contrast agent for the aforementioned MRI apparatus, CT apparatus or MRI-CT dual imaging apparatus It can exhibit excellent biocompatibility and excellent contrast performance when applied.
상기 나노 복합체는 코어-쉘 구조 이외에도, 특유의 구조적 형상(Morphology)을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 나노 복합체의 프랙탈 차원(Fractal Dimension, df) 값은 1.6 내지 2.8일 수 있고, 예를 들어, 1.7 내지 2.6 또는 1.9 내지 2.5일 수 있으며, 바람직하게는 1.6 내지 2.3일 수 있다. 본 출원에서 용어 「프랙탈 차원」이란, 주지된 바와 같이, 임의 형상 입자에 대한 형상 정보를 나타내는 지표를 의미하고, 예를 들어, 프랙탈 차원 값이 클수록 입자의 형상이 구형임을 의미할 수 있고, 프랙탈 차원 값이 작을수록 비구형임을 의미할 수 있다. In addition to the core-shell structure, the nanocomposite may have a unique morphology. In one example, the fractal dimension (d f ) value of the nanocomposite may be 1.6 to 2.8, for example 1.7 to 2.6 or 1.9 to 2.5, and preferably 1.6 to 2.3 days. have. The term " fractal dimension " in the present application means an index indicating shape information for arbitrarily shaped particles, for example, a larger fractal dimension value means that the shape of the particle is spherical, The smaller the dimension value, the more non-spherical it can be.
상기 프랙탈 차원 값은 하기 일반식 1에 의해 결정될 수 있다.The fractal dimension value may be determined by the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
상기 일반식 1에서, k는 비례 상수를 나타내고, db는 나노 복합체의 평균 입경 이동도(Mobility Equivalent Diameter)를 나타내며, 는 나노 복합체의 유효 밀도(Effective Density)를 나타낸다. 단, db는 1이 아니며, k는 반응 조건에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 예를 들어, 104 이하의 정수일 수 있다. 또한, 상기 k 값의 하한은 0이 아닌 정수이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.01 이상, 0.001 이상 또는 0.0001 이상일 수 있다.In the general formula (1), k represents a proportional constant, d b represents a mobility equivalent diameter of the nanocomposite, Represents the effective density of the nanocomposite. However, d b is not 1, and k may be suitably changed according to the reaction conditions, and may be an integer of 10 4 or less, for example. The lower limit of the k value is not particularly limited as long as it is a nonzero integer. For example, it may be 0.01 or more, 0.001 or more, or 0.0001 or more.
상기 일반식 1에서 계산되는 프랙탈 차원(df)값이 예를 들어, 1에 가까운 값을 가지게 되면 입자의 형상이 직선 모양의 1차원적인 형태를 가지는 것을 의미하고, 3에 가까운 값을 가지게 되면 입자의 형상이 구형의 3차원적인 형태를 가지는 것을 의미한다.For example, if the value of the fractal dimension (d f ) calculated in the
예시적인 본 출원의 나노 복합체는, 상기 나노 복합체의 프랙탈 차원 값이 전술한 범위 내로 조절됨으로써, 상기 나노 복합체는 비구형의 형상, 예를 들면 포도 송이와 같은 번치(Bunch) 또는 헤어리(Hairy) 형상을 가질 수 있다. 나아가, 본 출원의 나노 복합체가 조영제 조성물에 적용되는 경우, 상기 비구형의 구조적 형상으로 인해 높은 세포 흡수성, 광 흡수성 및 우수한 포화 자화 특성을 가질할 수 있다. 반면, 프랙탈 차원 값이 전술한 범위를 벗어나는 경우, 입자의 형상이 구형 또는 직선형을 갖게 되어, 나노 복합체가 조영제 조성물에 적용되는 경우, 조영제의 세포 흡수성 및 자화 특성(Saturation Magnetization)이 저하될 수 있다. 나아가 나노 복합체의 비구형의 형상은 약물 또는 유전자와의 효과적인 결합을 위한 더 큰 기능적 표면을 제공할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 나노 복합체는 적어도 하나 이상의 코어-쉘 구조를 가지는 나노 복합체가 결합된 구조체일 수 있다. Exemplary nanocomposites of the present application are characterized in that the fractal dimension values of the nanocomposites are adjusted to within the ranges described above so that the nanocomposites have a non-spherical shape, such as bunching or hairy, Shape. Further, when the nanocomposite of the present application is applied to the contrast agent composition, it can have high cell absorbability, light absorption and excellent saturation magnetization due to the non-spherical structural shape. On the other hand, when the fractal dimension value is out of the above range, the particle shape becomes spherical or linear, and when the nanocomposite is applied to the contrast agent composition, the cell absorption and saturation magnetization of the contrast agent may be lowered . Furthermore, the non-spherical shape of the nanocomposite can provide a larger functional surface for effective coupling with the drug or gene. In one example, the nanocomposite may be a nanocomposite-bound structure having at least one core-shell structure.
상기 나노 복합체의 프랙탈 차원 값은, 코어를 형성하는 나노 입자 응집체가 비구형 형상을 가지도록 제어하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 기체 상 스파크 방전에 의해 형성된 나노 입자는 형성 즉시, 서로 충돌하여, 비구형 형상의 응집체를 형성할 수 있으며, 상기 생체 적합성 고분자는 상기 비구형 형상의 응집체의 형상을 따라 캡슐화됨 함에 따라, 본 출원의 나노 복합체도 비구형의 형상을 가질 수 있다. The fractal dimension value of the nanocomposite can be formed by controlling the nanoparticle aggregate forming the core to have an aspherical shape. For example, nanoparticles formed by gas-phase spark discharges can collide with each other immediately upon formation to form aggregates of non-spherical shapes, and the biocompatible polymers are encapsulated along the shape of the aggregate of non-spherical shapes Accordingly, the nanocomposite of the present application may also have a non-spherical shape.
전술한 바와 같이, 본 출원의 나노 복합체는 또한, 전술한 프랙탈 차원 값을 가짐에 따라, 구형의 입자에 비해 우수한 광 흡수성을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 비구형 형상의 상기 나노 복합체는 전술한 우수한 X-선 흡수성 이외에도 우수한 근적외선(Near-Infrared, NIR) 흡수성도 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 복합체는, 온열 치료(Thermal Therapy) 또는 광열 치료(Photothermal Therapy) 분야에 적합하게 이용될 수 있다. 상기에서 용어 「근적외선」은 800 nm 내지 1200 nm 파장 영역의 빛을 의미한다. As described above, the nanocomposite of the present application can also exhibit superior light absorption properties as compared to spherical particles, as having the above-described fractal dimension value. In one example, the nanocomposite of the non-spherical shape may have excellent near-infrared (NIR) absorptivity in addition to the excellent X-ray absorptivity described above. Accordingly, the nanocomposite may be suitably used in the field of thermal therapy or photothermal therapy. The term " near-infrared ray " as used above means light in a wavelength range of 800 nm to 1200 nm.
하나의 예시에서, 상기 나노 복합체는 평균 직경이 30 nm 내지 300 nm일 수 있고, 예를 들어, 50 nm 내지 250 nm, 80 nm 내지 200 nm 또는 80 nm 내지 150 nm일 수 있다. In one example, the nanocomposite may have an average diameter of 30 nm to 300 nm, and may be, for example, 50 nm to 250 nm, 80 nm to 200 nm, or 80 nm to 150 nm.
하나의 예시에서, 본 출원에 따른 나노 복합체의 비표면적은 50 m2/g 내지 1000 m2/g일 수 있고, 예를 들면, 100 m2/g 내지 800 m2/g, 200 m2/g 내지 600 m2/g 또는 250 m2/g 내지 500 m2/g일 수 있다. 상기 「비표면적」은 이동성 입자 주사 정립기(Scanning Mobility Particle Sizer(SMPS), 3936, TSI, USA)로 측정한 나노 입자의 농도 및 평균 입경 및 표준 편차 값으로부터 계산될 수 있다. 상기 나노 복합체의 비표면적이 전술한 범위 내로 조절됨에 따라, 상기 나노 복합체는 보다 우수한 유전자 전달 성능을 가질 수 있다. In one example, the specific surface area of the nanocomposite according to the present application may be from 50 m 2 / g to 1000 m 2 / g, for example from 100 m 2 / g to 800 m 2 / g, from 200 m 2 / g to 600 m 2 / g or from 250 m 2 / g to 500 m 2 / g. The " specific surface area " can be calculated from the concentration and average particle size and standard deviation of the nanoparticles measured by a mobile particle sizer (SMPS), 3936, TSI, USA. As the specific surface area of the nanocomposite is controlled within the above-mentioned range, the nanocomposite may have better gene transfer performance.
본 출원은 또한, 조영제 조성물을 제공한다. 본 출원의 조영제 조성물은 전술한 나노 복합체를 포함할 수 있으며, 상기 나노 복합체가 상기 조성물 내에 분산되어 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 복합체에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. The present application also provides a contrast agent composition. The contrast agent composition of the present application may comprise the nanocomposite described above, and the nanocomposite may be dispersed in the composition. Accordingly, the contents overlapping with those described in the above-mentioned nanocomposite will be omitted.
예시적인 본 출원의 조영제 조성물은, 전술한 나노 복합체를 포함함으로써, 우수한 저장 안정성, 유전자 전달 성능 및 낮은 세포 독성을 가지며 인체 내 다양한 용도로 사용 가능하다. 또한, MRI 장치, CT 장치 또는 MRI-CT 듀얼 영상 장치 분야의 조영제로 적용되는 경우, 높은 세포적 흡수성, 광 흡수성 및 우수한 포화 자화 특성을 가지므로, MRI 및/또는 CT용 조영제로 사용 시 강한 영상 신호를 유도하여 우수한 콘트라스트를 가지는 영상을 구현할 수 있다. Exemplary contrast agent compositions of the present application have excellent storage stability, gene transfer performance, and low cytotoxicity by including the aforementioned nanocomposite and can be used for various purposes in the human body. In addition, when applied as a contrast agent in an MRI apparatus, a CT apparatus, or an MRI-CT dual imaging apparatus, it has high cellular absorptivity, light absorption and excellent saturation magnetization characteristics, A signal can be derived and an image having excellent contrast can be realized.
또한, 본 출원은 또한 나노 복합체의 제조 장치에 관한 것이다. 본 출원의 나노 복합체의 제조장치는 전술한 나노 복합체의 제조에 이용될 수 있으며, 따라서 상기 나노 복합체에서 설명한 내용과 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다. 예시적인 본 출원의 나노 복합체의 제조 장치에 의하면, 간단하고 친환경적인 공정을 통하여, 연속적으로 전술한 나노 복합체를 제조할 수 있다.The present application also relates to an apparatus for producing nanocomposites. The apparatus for producing a nanocomposite of the present application can be used in the production of the above-described nanocomposite, and therefore, the description of the parts overlapping with those described in the above-described nanocomposite will be omitted. According to the exemplary apparatus for producing a nanocomposite of the present application, the aforementioned nanocomposite can be continuously produced through a simple and environmentally friendly process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 나노 복합체의 제조 장치를 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 나노 복합체의 제조 장치의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, an apparatus for producing a nanocomposite of the present application will be described with reference to the accompanying drawings, and the attached drawings are illustrative, and the scope of the apparatus for manufacturing a nanocomposite of the present application is not limited by the accompanying drawings.
도 2는 본 출원의 예시적인 나노 복합체의 제조장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for producing nanocomposite of the present application.
도 2와 같이, 본 출원의 제조 장치는 방전부(10), 분무부(20) 및 추출부(30)를 포함한다.2, the manufacturing apparatus of the present application includes a
상기 방전부(10)는, 스파크 방전에 의해 나노 입자를 발생시키기 위한 부분으로서, 소정 간격으로 이격 배치되어 간격을 형성하고 있으며, 반자성체, 상자성 금속 및 강자성 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 한 쌍의 도전성 로드(11) 및 상기 도전성 로드(11)에 전압을 인가하는 전원부(12)를 포함한다.The
상기 한 쌍의 도전성 로드(11)는 서로 이격 배치되어 간극(Gap)을 형성하고 있다. 예를 들면, 상기 방전부(10)에서는 스파크 방전이 일어나며, 상기 스파크 방전에 의해 상기 도전성 로드(11) 사이에서 국부적으로 발생되는 높은 온도에 의하여, 나노입자가 발생된다. 본 출원에서 사용되는 용어 「간극」또는 「간격」은 움직이거나 고정된 두 부품 사이의 틈을 의미하며, 예를 들어, 상기 간격은 각각 이격 배치 되어 있는 한 쌍의 도전성 로드(11) 사이의 틈을 의미한다.The pair of
상기 도전성 로드(11)를 구성하는 재료로는, 반자성체, 상자성 금속 및 강자성 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 전술한 나노 복합체에서 설명한 코어에 존재하는 금속과 중복된 내용에 대해서는 생략하기로 한다.The material constituting the
상기 도전성 로드(11) 사이의 간격, 예를 들어, 상기 도전성 로드(11) 간 최단거리인 전극 갭(Electrode Gap)은, 그 거리가 작을수록 점화요구전압이 낮아지며, 그 거리가 커질수록 고전압이 요구된다. 또한, 전극 갭이 좁으면 스파크를 발생시키는데 필요한 전압은 감소하지만, 짧은 스파크는 혼합기에 점화 최소 에너지를 전달하여 실화를 일으킬 수 있으므로, 실험에 의해 적정 거리를 설정하는 것이 필요하다. 하나의 예시에서, 상기 전극 사이의 갭은, 0.1 내지 10 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The gap between the
상기 전원부(12)는 상기 각각의 도전성 로드(11)에 전압을 인가하기 위한 부분으로서, 하나의 예시에서 상기 전원부(12)로부터 상기 도전성 로드(11)에 인가되는 전압은 2 내지 5 kV이고, 전류량은 0.5 내지 5 mA일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전원부(12)에서는 상기 한 쌍의 도전성 로드(11)에 인가되는 전압을 일정하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 나노입자를 정량적으로 공급함으로써, 우수한 공급 안정성으로 나노입자를 제조할 수 있다.The
하나의 예시에서, 상기 전원부(12)는, 상기 도전성 로드(11)에 고전압을 인가하기 위한 전기 회로를 포함할 수 있다. 상기 전기 회로는 고전압 공급원(HV), 외부 커패시터(C) 및 저항(R)으로 구성된 정전압원(Constant High Voltage Source) 구조를 가지며, 다수의 저항, 다수의 커패시터 및 회로전류의 고속 스위칭이 가능한 회로를 이용하여 나노입자의 크기를 조절할 수 있다.In one example, the
하나의 예시에서, 상기 방전부(10)는 소정 간격을 두고 이격 배치된 한 쌍의 전극(11)을 구비하며, 비록 도시되지는 않았지만, 캐리어 기체 공급 시스템(Carrier Air Supply System) 등의 기체 공급 장치와, MFC(Mass Flow Controller) 등의 유량계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기체 공급 장치 및 유량계에 의해 비활성 기체 또는 질소가 반응 챔버(1)로 정량적으로 공급될 수 있다.In one example, the
상기 도전성 로드(11)에 고전압을 인가하면 스파크 방전에 의해 상기 반자성체, 상자성 금속 및 강자성 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재료가 기화 또는 입자화되어 상기 도전성 로드 사이의 간격을 통해 흐르는 비활성 기체, 산소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기체 흐름을 따라 후술할 분무부(20)로 유입될 수 있다. 예를 들어, 상기 방전부(10)의 도전성 로드(11)로 전압이 인가되면, 방전부(10)의 한 쌍의 도전성 로드(11) 사이의 간격에서 상기 금속이 기화되며, 비활성 기체 또는 질소 등의 캐리어 기체를 따라 이동한 기화된 금속은, 상기 간격을 벗어남에 따라, 응축되고, 이에 따라, 나노입자가 형성된다. 상기 비활성 기체로는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When a high voltage is applied to the
상기 방전부(10)로부터 생성되는 나노 입자의 입경은, 인가전압, 주파수, 전류, 저항, 커패시턴스 값 등의 스파크 생성 조건; 상기 비활성 기체의 종류 및 유량; 분무부(20)에서의 용액 분사 속도; 또는 스파크 전극의 형상 등에 따라, 10 nm 내지 500 nm 범위 내로 조절될 수 있고, 예를 들면, 20 nm 내지 450 nm, 30 nm 내지 400 nm 또는 50 nm 내지 150 nm 범위 내로 조절될 수 있다. The particle diameter of the nanoparticles generated from the
상기 분무부(20)는, 상기 나노 입자에 생체적합성 고분자 용액을 분무하여 생체적합성 고분자를 상기 금속 입자에 부착시키기 위한 부분이다. 상기 생체적합성 고분자는, 전술한 나노 복합체에서 설명한 쉘에 존재하는 생체적합성 고분자와 중복된 내용에 대해서는 생략하기로 한다.The spraying
하나의 예시에서, 상기 분무부(20)는 분무 노즐(21)을 포함할 수 있다. 상기 분무 노즐(21)은 상부 분무 노즐 및 하부 분무 노즐로 구성될 수 있다. 상기 노즐의 입경은 특별히 제한되지 않으나, 0.1 내지 1.0 mm일 수 있다. 상기 분무부(20)에서는 상기 분무 노즐(21)을 통해 반응 챔버(1) 내로 상기 생체적합성 고분자를 포함하는 용액이 액적(Droplet) 형태로 분무되며, 이에 따라, 상기 방전부(10)에서 발생된 나노 입자는 상기 액적에 의하여 캡슐화될 수 있다.In one example, the spraying
상기 분무부(20)는 생체적합성 고분자와 용매를 혼합하여 용액을 제조하는 교반기(22)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 교반기(22)는 고속 교반이 가능한 장치면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 200 내지 4000 rpm이며, 초음파를 인가하여 교반이 가능한 장치라면 제한 없이 사용될 수 있다.The spraying
상기 용매는 생체적합성 고분자를 액적 형태로 분무시키기 위하여 혼합되는 조성으로, 상기 생체적합성 고분자들과 상용성이 우수하다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 디클로로메텐, 물, 희석초산, 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline, PBS) 및 오일일 수 있다.The solvent is a composition that is mixed to spray the biocompatible polymer in a droplet form. The solvent is not particularly limited as long as it is compatible with the biocompatible polymer. For example, dichloromethane, water, diluted acetic acid, phosphate buffered saline Phosphate Buffered Saline, PBS) and oil.
본 출원의 제조 장치는, 용매 제거 수단(30)을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 용매 제거 수단(30)은 예를 들어, 추출 로(Furnace) 또는 건조 장치를 포함할 수 있다. The manufacturing apparatus of the present application may further include a solvent removing
하나의 예시에서, 상기 추출 로(30)는 나노 복합체의 액적으로부터 용매를 추출시키기 위한 부분이다. 비록 도시되어 있지 않지만, 상기 추출 로는 투입구 및 배출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 로는 추출 용매 상기 투입구를 통해 추출 로로 유입될 수 있고, 상기 배출구는 추출 용매에 의해 추출된 혼합물을 배출할 수 있다.In one example, the
또한, 상기 추출 로(30)의 예로, 관형 흐름 반응기(Tubular Flow Reactor)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 분무부(20)에서 형성된 금속 입자를 포함하는 액적이 관형 흐름 반응기를 통과하면서 용매가 추출됨에 따라 나노 복합체로 형성될 수 있다.As an example of the
하나의 예시에서, 상기 관형 흐름 반응기 내부는 50℃ 내지 150℃의 온도 범위 내로 유지될 수 있고, 상기 분무부(20)로부터 관형 흐름 반응기 내부로 유입되는 액적은 상기 관형 반응기를 통과하면서 용매가 추출될 수 있다.In one example, the inside of the tubular flow reactor may be maintained within a temperature range of 50 ° C to 150 ° C, and a droplet entering the tubular flow reactor from the spraying
본 출원의 제조 장치는 또한, 상기 추출부(30)를 통과한 나노 복합체를 수집하는 수집부(40)를 추가로 포함할 수 있다.The manufacturing apparatus of the present application may further include a collecting
상기 수집부(40)에서는 기판 또는 필터 등을 사용하여 나노 복합체를 포집할 수 있다. 상기 기판은 나노 복합체를 포집할 수 있는 기판이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 기판은 알루미늄 호일, 실리콘, 유리 또는 운모 등을 포함할 수 있다.In the collecting
하나의 예시에서, 상기 기판에는 입자 포집 효율을 증가시키기 위해, 전기장 또는 온도장이 인가될 수 있다. 예를 들면, 상기 전기장이 인가되는 경우, 입자와 기판 간의 전하가 반대가 되도록 유도되어 입자의 기판 부착력을 증가시킬 수 있고, 상기 온도장이 인가되는 경우, 입자와 기판간의 온도차가 유도되어 입자의 기판 부착력을 증가시킬 수 있다.In one example, an electric or thermal field may be applied to the substrate to increase particle collection efficiency. For example, when the electric field is applied, the electric charges between the particles and the substrate are reversed to increase the adhesion force of the particles to the substrate. When the temperature field is applied, a temperature difference between the particles and the substrate is induced, The adhesion force can be increased.
하나의 예시에서, 상기 방전부(10), 분무부(20) 및 용매 제거 수단(30)은 비활성 기체 또는 질소 분위기 하에서 유지될 수 있다. 상기 비활성 기체 또는 질소 분위기 하에서 유지된다는 것은 다른 의미로, 본 출원에 따른 나노 입자가 비활성 기체 또는 질소의 흐름에 따라 방전부(10), 분무부(20), 추출부(30)로 순차로 이동하는 것을 의미할 수 있다.In one example, the
본 출원은 또한, 나노 복합체의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원의 나노 복합체의 제조방법은 전술한 나노 복합체의 제조장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 따라서, 상기 나노 복합체 및 나노 복합체의 제조 장치에서 설명한 내용과 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다. 예시적인 본 출원의 나노 복합체의 제조방법에 의하면, 간단하고 친환경적인 공정을 통하여, 연속적으로 나노 복합체를 제조할 수 있다.The present application also relates to a method for producing nanocomposites. The method of manufacturing the nanocomposite of the present application can be performed by using the apparatus for producing a nanocomposite as described above, and therefore, the description of the parts overlapping with those described in the apparatus for producing a nanocomposite and a nanocomposite will be omitted. By way of exemplary nanocomposite manufacturing methods of the present application, nanocomposites can be continuously produced through a simple and environmentally friendly process.
도 3은 본 출원의 나노 복합체의 제조방법을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 3과 같이, 예시적인 본 출원의 나노 복합체의 제조 방법은, 방전 단계, 분무 단계를 포함한다. Fig. 3 is a view showing an exemplary method for producing the nanocomposite of the present application. As shown in Fig. 3, the exemplary method of producing the nanocomposite of the present application includes a discharging step and a spraying step.
상기 방전 단계는, 반자성체, 상자성 금속 및 강자성 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 한 쌍의 도전성 로드에 각각 전압을 인가하여, 스파크 방전시켜 나노 입자를 발생시키기 위한 단계로서, 하나의 예시에서, 상기 방전 단계에서는, 상기 전극에 스파크 방전 전압을 인가하여 전극 표면으로부터 금속 입자를 생성할 수 있다. 상기 스파크 방전 전압은 전극 간격, 인가전류, 정전용량 등에 의해 적절히 조절될 수 있다. The discharging step is a step for generating a nanoparticle by spark discharge by applying a voltage to each of a pair of conductive rods including at least one selected from the group consisting of a diamagnetic material, a paramagnetic metal and a ferromagnetic metal. , The spark discharge voltage may be applied to the electrode to generate metal particles from the electrode surface in the discharge step. The spark discharge voltage can be appropriately adjusted by an electrode interval, an applied current, a capacitance, and the like.
하나의 예시에서, 상기 방전 단계에서, 예를 들어, 전극간의 간격이 1 mm 인 경우, 2.5 내지 3.5 kV의 전압을 인가 시 5000℃ 내외의 고열이 발생될 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극을 구성하는 금속이 승화된 후, 상기 고열이 발생되는 간격을 벗어남에 따라, 상온으로 급속히 응축되면서 나노 입자가 형성될 수 있다.In one example, in the discharge step, for example, when the interval between the electrodes is 1 mm, a high temperature of about 5000 ° C may be generated when a voltage of 2.5 to 3.5 kV is applied, After the metal is sublimated, the nanoparticles may be formed while rapidly condensing at room temperature as the temperature is outside the interval at which the high temperature is generated.
하나의 예시에서, 상기 본 출원의 제조 방법은, 상기 전극 사이로 비활성 기체 또는 질소를 공급하는 기체 공급 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기체 공급 단계를 통해, 상기 비활성 기체 또는 질소가 공급되는 동시에, 상기 공급되는 비활성 기체 또는 질소의 흐름을 따라 상기 금속 입자가 후술할 캡슐화 단계 및 추출 단계로 이동할 수 있다.In one example, the manufacturing method of the present application may further include a gas supplying step of supplying an inert gas or nitrogen between the electrodes. Through the gas supply step, the inert gas or nitrogen is supplied, and at the same time, the metal particles move along the flow of the supplied inert gas or nitrogen to the encapsulation step and the extraction step described later.
상기 분무 단계는, 상기 방전 단계에서 형성된 나노 입자에 전술한 생체적합성 고분자를 포함하는 용액을 분무하는 단계이며, 상기 분무 단계에서, 상기 용액 내에 상기 나노 입자는 캡슐화될 수 있다. The spraying step is a step of spraying a solution containing the above-mentioned biocompatible polymer to the nanoparticles formed in the discharging step, and in the spraying step, the nanoparticles may be encapsulated in the solution.
하나의 예시에서, 상기 분무 단계는, 생체적합성 고분자를 용매와 혼합하는 혼합 단계를 포함할 수 있고, 상기 혼합 단계에서 제조된 용액은 상기 방전 단계에서 형성된 나노 입자를 캡슐화할 수 있다.In one example, the atomizing step may include a mixing step of mixing the biocompatible polymer with a solvent, and the solution prepared in the mixing step may encapsulate the nanoparticles formed in the discharging step.
상기 혼합 단계에서, 상기 생체적합성 고분자 및 용매는 200 내지 4000 rpm 의 속도로 교반될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 혼합 단계에서 혼합된 용액 내의 생체적합성 고분자의 부피 분율(Volume Fraction)은 전체 혼합 용액 100 부피에 대하여, 0.01 내지 50 부피일 수 있다.In the mixing step, the biocompatible polymer and the solvent may be stirred at a speed of 200 to 4000 rpm. In one example, the volume fraction of the biocompatible polymer in the mixed solution in the mixing step may be from 0.01 to 50 volumes per 100 volumes of the total mixed solution.
상기 용매는 생체적합성 고분자를 액적 형태로 분무시키기 위하여 혼합되는 조성으로, 상기 생체적합성 고분자들과 상용성이 우수하다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 디클로로메텐, 물, 희석초산, 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline, PBS) 및 오일일 수 있다.The solvent is a composition that is mixed to spray the biocompatible polymer in a droplet form. The solvent is not particularly limited as long as it is compatible with the biocompatible polymer. For example, dichloromethane, water, diluted acetic acid, phosphate buffered saline Phosphate Buffered Saline, PBS) and oil.
도 3과 같이, 예시적인 본 출원의 나노 복합체의 제조 방법은, 추출 단계를 추가로 포함할 수 있다.As shown in Figure 3, the exemplary method of making the nanocomposite of the present application may further comprise an extraction step.
하나의 예시에서, 상기 추출 단계에서, 용매 추출법 또는 건조를 통해 용매를 추출할 수 있다. 상기 용매를 추출함으로써, 상기 용매가 추출된 나노 복합체는 분말 형태로 존재할 수 있어 우수한 저장 안정성을 가질 수 있다. In one example, in the extraction step, the solvent may be extracted by solvent extraction or drying. By extracting the solvent, the nanocomposite from which the solvent is extracted can be present in powder form and can have excellent storage stability.
하나의 예시에서, 상기 건조는 예를 들어, 60℃ 내지 250℃, 70℃ 내지 200℃ 또는 80℃ 내지 170℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 건조온도가 200℃를 초과하는 경우, 생체적합성 고분자가 변형 또는 분해될 수 있고, 상기 건조 온도가 60℃ 미만인 경우, 목적하는 용매가 충분히 제거되지 않을 수 있다.In one example, the drying may be performed within a temperature range of, for example, 60 ° C to 250 ° C, 70 ° C to 200 ° C, or 80 ° C to 170 ° C. When the drying temperature exceeds 200 ° C, the biocompatible polymer may be deformed or decomposed. If the drying temperature is lower than 60 ° C, the desired solvent may not be sufficiently removed.
또한, 본 출원의 제조 방법은 상기 분말 형태의 나노 복합체를 기판 또는 필터에 수집하는 수집 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the present application may further include a collecting step of collecting the nanocomposite in powder form into a substrate or a filter.
본 출원의 제조 방법에 있어서, 상기 방전 단계 및 분무 단계는 비활성 기체의 흐름 하에서 수행될 수 있다.In the manufacturing method of the present application, the discharging step and the spraying step may be performed under a flow of an inert gas.
본 출원의 나노 복합체는, 우수한 저장 안정성, 유전자 전달 성능 및 낮은 세포 독성을 가져 인체 내 다양한 치료제로 사용가능하며, 높은 세포적 흡수성, 광 흡수성 및 우수한 포화 자화 특성을 가지므로, MRI 및/또는 CT용 조영제로 사용 시 강한 영상 신호를 유도하여 우수한 콘트라스트를 가지는 영상을 구현할 수 있다.Since the nanocomposite of the present application has excellent storage stability, gene transfer performance, and low cytotoxicity, it can be used as various therapeutic agents in the human body, has high cellular absorptivity, light absorptivity and excellent saturation magnetization characteristics. Therefore, MRI and / When used as a contrast agent, a strong image signal can be induced to realize an image having excellent contrast.
도 1은 본 출원의 나노 복합체의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 예시적인 나노 복합체의 제조장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 출원의 나노 복합체의 제조방법을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 제조된 나노 복합체 및 및 비교예에서 제조된 나노 입자의 입자 크기 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 2에서 제조된 금-철(Au-Fe) 나노 복합체의 X-선 분말회절 패턴을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에서 제조된 나노 복합체 및 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지이다.
도 7 내지 도 10은 각각 실시예에서 제조된 나노 복합체 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자의 푸리에 변환 적외선 분광 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 실시예 1에서 제조된 나노 복합체와 pDNA의 복합물(PM Capped Au-Fe/pDNA complexes)의 겔 전기 영동 분석 결과를 나타낸다.
도 12는 실시예에서 제조된 나노 복합체 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자의 힐라 세포 내의 질량 농도에 따른 세포 독성을 측정한 결과이다.
도 13은 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자 나노 입자의 유전자 전달 성능을 측정 결과이다.
도 14는, 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체 및 비교예 1의 생체적합성 고분자 나노입자의 형광 현미경 이미지이다.
도 15는 실시예 1 및 3에서 제조된 나노 복합체 샘플의 자화를 상온에서 진동형 샘플 자력계로 측정한 결과이다.
도 16은 실시예 3의 철 나노 복합체와 실시예 1의 금-철 나노 복합체의 팬텀의 MRI 영상과 질량 농도에 따른 이완성 기울기 그래프이다.
도 17은 실시예 2의 금 나노 복합체와 실시예 1의 금-철 나노 복합체의 팬텀의 CT 영상과 질량 농도에 따른 이완성 기울기 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing the structure of a nanocomposite of the present application. Fig.
2 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for producing nanocomposite of the present application.
Fig. 3 is a view showing an exemplary method for producing the nanocomposite of the present application.
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the particle size distribution of the nanocomposite prepared in the example and the nanoparticles prepared in the comparative example.
FIG. 5 is a graph showing the X-ray powder diffraction pattern of the gold-iron (Au-Fe) nanocomposite prepared in Comparative Example 2. FIG.
6 is a transmission electron microscope image of nanocomposites and nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples.
FIGS. 7 to 10 show Fourier transform infrared spectroscopy spectra of the nanocomposite prepared in Examples and the biocompatible polymer prepared in Comparative Example 1, respectively.
Fig. 11 shows gel electrophoresis analysis results of the complex (PM Capped Au-Fe / pDNA complexes) of the nanocomposite and pDNA prepared in Example 1. Fig.
FIG. 12 shows the results of measurement of cytotoxicity according to the mass concentration in the hILLA cells of the nanocomposite prepared in Example and the biocompatible polymer prepared in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 13 shows the results of measurement of gene delivery performance of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example and the biocompatible polymer nanoparticle prepared in Comparative Example 1. FIG.
Fig. 14 is a fluorescence microscope image of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer prepared in the example and the biocompatible polymer nanoparticle of the comparative example 1. Fig.
15 shows the results of measurement of the magnetization of the nanocomposite samples prepared in Examples 1 and 3 with a vibrating sample magnetometer at room temperature.
16 is a graph of the relaxation slope of the phantom of the iron-nanocomposite of Example 3 and the gold-iron nanocomposite of Example 1 according to the MRI image and mass concentration.
17 is a graph of a relaxation slope of the phantom of the gold-nanocomposite of Example 2 and the gold-iron nanocomposite of Example 1 according to CT image and mass concentration.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the scope of the present application is not limited by the following description.
실시예Example 1 One
도 2의 장치를 이용하여 도 3의 방법에 따라, 도 1과 같은 형상을 가지는 나노 복합체를 제조하였다.Using the apparatus of FIG. 2, a nanocomposite having the shape as shown in FIG. 1 was prepared according to the method of FIG.
구체적으로, 도 3과 같이, 질소 가스를 방전부로 통과시켰다. 상기 질소가스의 유량은 질량 유량계(Mass Flow Controller, MFC)(Tylan, US)에 의해 3.0 L/min으로 유지하였으며, 상기 질소 가스를 금(Au) 로드 및 철(Fe) 로드(직경 3 mm, 길이 100 mm, Nilaco, Japan)로 이루어진 한 쌍의 전극 사이로 통과시켰다. 이 때, 한 쌍의 전극 사이의 간격은 1 mm로 하였고, 상기 전극에 전원을 인가하여 스파크 용발(Spark Ablation)에 의하여 금-철(Au-Fe) 복합 나노입자를 제조하였다. 구체적으로, 상기 스파크 용발을 위해 저항 0.5 MΩ, 전기 용량 1.0 nF, 전류 1.2 mA, 전압 2.6 kV, 진동수 380 Hz의 조건의 전원이 상기 전극에 인가되었다.Specifically, as shown in Fig. 3, nitrogen gas was passed through the discharge part. The nitrogen gas flow rate was maintained at 3.0 L / min by using a mass flow controller (MFC) (Tylan, US). The nitrogen gas was supplied to a gold (Au) rod and an iron (Fe)
상기 스파크에 의해 발생된 금-철 복합 나노입자를 함유하는 질소 가스(순도 99.99% 초과)의 흐름은 분무부로 이동되어 생체적합성 고분자를 함유하는 용액을 분사하기 위한 작동 가스로 사용되었다. 구체적으로, 상기 생체적합성 고분자를 함유하는 용액은 0.2 g의 폴리(락트산-co-글리콜산)(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLGA)(Sigma-Aldrich, USA), 0.02 g의 프로타민 설페이트(Protamin Sulfate, Prot)(Sigma-Aldrich, USA)을 99.8 mL의 디클로로메텐(DCM, Sigma-Aldrich, USA) 용매에 용해시켜 제조된 제 1 용액과 폴리-l-리신(Sigma-Aldrich, USA)을 0.1 w/v%의 농도로 물에 용해시켜 제조된 제 2 용액 0.2 mL를 혼합하여 제조하였다. 상기 혼합 용액을 지름이 0.3 mm인 분출구를 가지는 분사 노즐을 통해 액적 형태로 분무하였으며, 구체적으로, 상기 금-철 복합 나노입자는 충돌 분무기의 오리피스를 통과하면서, 상기 분사된 액적과 혼합되어 금-철 복합 나노입자를 캡슐화 하여 하이브리드 액적을 형성하였다. The flow of nitrogen gas (purity greater than 99.99%) containing the gold-iron composite nanoparticles generated by the spark was transferred to the spray part and used as the working gas for spraying the solution containing the biocompatible polymer. Specifically, the solution containing the biocompatible polymer was prepared by adding 0.2 g of poly (lactic-co-glycolic acid), PLGA (Sigma-Aldrich, USA), 0.02 g of protamine Lysine (Sigma-Aldrich, USA) was dissolved in 99.8 mL of dichloromethane (DCM, Sigma-Aldrich, USA) ) Was dissolved in water at a concentration of 0.1 w / v% to prepare a second solution (0.2 mL). The mixed solution was sprayed in the form of droplets through an injection nozzle having an ejection port having a diameter of 0.3 mm. Specifically, the gold-iron composite nano particles were mixed with the ejected droplets while passing through the orifice of the collision atomizer, Iron complex nanoparticles were encapsulated to form a hybrid droplet.
상기 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 복합 나노입자의 하이브리드 액적을 질소 가스의 흐름에 따라 온도가 90℃로 유지되는 관형 흐름 반응기(Tubular Flow Reactor)의 내부로 통과시키면서 상기 액적으로부터 다이클로로메텐을 추출하여 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)를 제조하였다. 상기 용매가 추출된 나노 복합체를 유리 기판(7059, Corning, US) 상에 수집하였다.The hybrid droplets of the gold-iron composite nanoparticles encapsulated with the biocompatible polymer were passed through a tubular flow reactor maintained at a temperature of 90 ° C according to a flow of nitrogen gas, and dichloromethane To prepare a gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) encapsulated with a biocompatible polymer. The solvent-extracted nanocomposite was collected on a glass substrate (7059, Corning, US).
제조된 나노 복합체의 프랙탈 차원 값은 1.8로 계산되었다. The fractal dimension value of the prepared nanocomposite was calculated as 1.8.
상기 완전한 증발 조건은, 액적의 증발에 요구되는 시간을 고려하고, 그것을 관형 흐름 반응기 내의 적절한 체류 시간과 비교하여 예측하였다. 증발하는 액적으로부터 증기로 기체를 포화시키기 위한 특성 시간은 하기 일반식 2 및 일반식 3를 통하여 계산하였다.The complete evaporation conditions were taken into account, taking into account the time required for the evaporation of the droplets, which was predicted by comparison with the appropriate residence time in the tubular flow reactor. The characteristic time for saturating the gas with the vapor from the evaporating droplet was calculated by the following
[일반식 2][Formula 2]
상기 일반식 2에서, τ는 증발하는 액적으로부터 증기로 기체를 포화시키는 시간이고, Dd는 액적의 직경이며, σv는 증기 확산계수이고, C(Dd)는 액적의 수 농도이다.In the general formula (2), τ is the time to saturate the vapor from the evaporating droplet to the vapor, D d is the diameter of the droplet, σ v is the vapor diffusion coefficient, and C (D d ) is the number concentration of droplets.
[일반식 3][Formula 3]
상기 일반식 3에서, ρs 및 ρp는 각각 용매 및 고체 입자의 농도이고, w는 액체 내 고체의 분율이다.In the general formula 3, ρ s and ρ p are concentrations of solvent and solid particles, respectively, and w is a fraction of solids in the liquid.
실시예Example 2 2
금(Au) 로드 및 철(Fe) 로드로 이루어진 한 쌍의 전극 대신에, 한 쌍의 금(Au) 로드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노 복합체(Au@PM)를 제조하였다.A gold nanocomposite encapsulated with a biocompatible polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that a pair of gold (Au) rods were used in place of a pair of electrodes made of gold (Au) rod and iron (Au @ PM).
제조된 나노 복합체의 프랙탈 차원 값은 2.3으로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanocomposite was calculated as 2.3.
실시예Example 3 3
(Au) 로드 및 철(Fe) 로드로 이루어진 한 쌍의 전극 대신에, 한 쌍의 철(Fe) 로드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 생체적합성 고분자로 캡슐화된 철 나노 복합체(Fe@PM)를 제조하였다.(Fe) rod encapsulated with a biocompatible polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that a pair of iron (Fe) rods was used in place of a pair of electrodes made of a gold (Au) rod and an iron Fe @ PM).
제조된 나노 복합체의 프랙탈 차원 값은 1.6으로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanocomposite was calculated as 1.6.
비교예Comparative Example 1 One
방전부에서 금속 나노 입자를 발생시키는 단계를 수행하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 생체적합성 고분자 나노 입자(PM)를 제조하였다.Biocompatible polymer nanoparticles (PM) were prepared in the same manner as in Example 1, except that the step of generating metal nanoparticles in the discharging portion was not performed.
제조된 나노 입자의 프랙탈 차원 값은 3.0으로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanoparticles was calculated as 3.0.
비교예Comparative Example 2 2
분무부에서 생체적합성 고분자를 함유하는 용액을 분사하는 것을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 캡슐화 되지 않은 금-철(Au-Fe) 복합 나노 입자를 제조하였다.Un-encapsulated gold-iron (Au-Fe) composite nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the spraying of the solution containing the biocompatible polymer was not carried out in the spraying portion.
제조된 나노 입자의 프랙탈 차원 값은 1.6으로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanoparticles was calculated as 1.6.
비교예Comparative Example 3 3
분무부에서 생체적합성 고분자를 함유하는 용액을 분사하는 것을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 캡슐화 되지 않은 금(Au) 나노 입자를 제조하였다.The non-encapsulated gold (Au) nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 2, except that the spraying of the solution containing the biocompatible polymer was not carried out in the spraying portion.
제조된 나노 입자의 프랙탈 차원 값은 2.4로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanoparticles was calculated as 2.4.
비교예Comparative Example 4 4
분무부에서 생체적합성 고분자를 함유하는 용액을 분사하는 것을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 캡슐화 되지 않은 철(Fe) 나노 입자를 제조하였다.The unencapsulated iron (Fe) nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 3, except that the spraying of the solution containing the biocompatible polymer was not carried out in the spraying portion.
제조된 나노 입자의 프랙탈 차원 값은 1.6으로 계산되었다.The fractal dimension value of the prepared nanoparticles was calculated as 1.6.
실험예Experimental Example - 다공성 나노 복합체 및 나노 입자의 특성 평가 - Characterization of porous nanocomposites and nanoparticles
<입자 크기 분포><Particle size distribution>
제조된 에어로졸 입자의 크기 분포는 정전 분류기(Electrostatic Classifier)(3080, TSI, US), 응축 미세입자 계수기(Ultrafine Condensation Particle Counter)(3776, TSI, US) 및 에어로졸 전하 중화기(Aerosol Charge neutralizer)(4530, HCT, Korea)로 구성된 이동성 입자 주사 정립기(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)를 사용하여 측정하였다. 이동성 등가 입경(Mobility Equivalent Diameter)을 측정하기 위하여 사용된 SMPS 시스템은 0.3 L/min의 샘플 유량, 1.0 L/min의 시스 유량(Sheath Flow) 및 135초의 주사 시간(Scan Time) 동안 작동시켰다(측정 범위: 7.91 내지 333.8 nm). 투과 전자 현미경(TEM) 이미지는 46 내지 180 kV의 가속 전압 범위에서 얻었다. TEM 검사를 위해 샘플은 나노 입자 수집기(Nano Particle Collector)(NPC-10, HCT, Korea)를 사용하여, 0.5 L/min의 샘플 유량 및 5 kV의 작동 전압에서 직접 정전 기상 샘플링(Direct Electrostatic Gas-phase Sampling)에 의해 제조되었다. 적외선 분광기(IR) 분석을 위하여 샘플들은 기공 크기가 0.2 ㎛이고 직경이 47 mm인 폴리테트라플루오로에틸렌 배지 기질(Media Substrate)(11807-47-N, Sartorius, Germany)을 이용하여 물리적 여과, 예를 들어, 주로 기질의 표면 상의 입자의 확산에 의한 기계적 여과에 의해 준비되었다. 흡광도 모드에서 4000 내지 400 cm-1의 범위의 샘플에 대한 스펙트럼을 얻었다. 샘플들은 또한 Lakeshore 7404 진동형 시료 자력계(Vibrating Sample Magnetometer, VSM, USA)을 통한 자력의 측정에 의해 특징지어졌다. 샘플과 유전자 복합체(Sample-Gene Complexes)의 제타 포텐셜(Zeta Potential)은 제타 포텐셜 분석기(Nano ZS-90, Malvern Instruments, UK)를 사용하여 결정되었다. 상기 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체(PM-Capped Metal Nanoagglomerates)는 유전자와 혼합되었고, 30분 동안 실온에서 배양되었다. 이후, 상기 복합체를 이중 탈이온수에 적당한 농도로 희석하였다. 제타 포텐셜 측정은 25℃에서 수행되었고, 제조업체에서 제공된 소프트웨어를 사용하여 계산되었다.The size distribution of the produced aerosol particles was measured by using an electrostatic classifier (3080, TSI, US), an Ultrafine Condensation Particle Counter (3776, TSI, US) and an Aerosol Charge Neutralizer , HCT, Korea) using a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS). The SMPS system used to measure the mobility equivalent diameter was operated at a sample flow rate of 0.3 L / min, a sheath flow of 1.0 L / min and a scan time of 135 seconds (measured Range: 7.91 to 333.8 nm). Transmission electron microscopy (TEM) images were obtained in the acceleration voltage range of 46-180 kV. For TEM inspection, the samples were directly sampled using a Nano Particle Collector (NPC-10, HCT, Korea) at a sample flow rate of 0.5 L / min and an operating voltage of 5 kV using Direct Electrostatic Gas- phase Sampling). For IR spectroscopy, samples were analyzed by physical filtration using a polytetrafluoroethylene media substrate (11807-47-N, Sartorius, Germany) with a pore size of 0.2 μm and a diameter of 47 mm For example, by mechanical filtration primarily by diffusion of the particles on the surface of the substrate. Spectra were obtained for samples in the range of 4000-400 cm < -1 > in absorbance mode. Samples were also characterized by measurements of magnetic force through a Lakeshore 7404 Vibrating Sample Magnetometer (VSM, USA). The Zeta Potential of the Sample-Gene Complexes was determined using a Zeta Potential Analyzer (Nano ZS-90, Malvern Instruments, UK). The PM-Capped Metal Nanoparticles encapsulated with the biocompatible polymer were mixed with the gene and cultured at room temperature for 30 minutes. The complex was then diluted to a suitable concentration in double deionized water. The zeta potential measurements were performed at 25 ° C and were calculated using software provided by the manufacturer.
<< 아가로스Agarose 겔 지연 분석( Gel retardation analysis AgaroseAgarose Gel Retardation Assay)> Gel Retardation Assay)
상이한 중량비 하에서 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 유전자 응축 능력이, 0.5 ?g/mL의 브롬화 에티듐(Ethidium Bromide)를 함유하는 트리스-아세테이트-에틸렌디아민테트라아세트산 완충액(트리스(Tris) 242 g, 빙초산 57.1 mL 및 에틸렌디아민테트라아세트산 0.5 mM, pH 8.0)을 사용하여 1% 아가로스 겔 전기영동에 의하여 분석되었다. 실시예의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체 및 유전자를 상이한 중량비로 함유하는 복합체는, 혼합, 볼텍싱(Voltexing), 및 30분 동안 실온에서 배양하여 제조되었다. 상기 각각의 복합체 약 100 ng을 아가로스 겔에 채웠다. 청색 염료를 채운 겔(New England BioLabs, USA)은 각 웰(Well)에 첨가되었고, 아가로스 겔 전기영동은 50분 동안 80 V의 정전압에서 수행되었다. 그 다음, 생성된 겔의 유전자 밴드는 365 nm의 파장에서 자외선 투과 발광기(Ultraviolet Transilluminator) 하에서 가시화되었다.Acetate-ethylenediamine tetraacetic acid buffer (Tris 242 g / ml) containing Ethidium Bromide at 0.5 < RTI ID = 0.0 > g / , 57.1 mL of glacial acetic acid, and 0.5 mM ethylenediaminetetraacetic acid, pH 8.0) by 1% agarose gel electrophoresis. The metal nanocomposites encapsulated with the biocompatible polymers of the examples and the complexes containing the genes at different weight ratios were prepared by mixing, voltexing, and incubating at room temperature for 30 minutes. Approximately 100 ng of each of the complexes was filled into an agarose gel. A blue dye-filled gel (New England BioLabs, USA) was added to each well and agarose gel electrophoresis was performed at a constant voltage of 80 V for 50 minutes. The gene band of the resulting gel was then visualized under a UV light transmittance light (Ultraviolet Transilluminator) at a wavelength of 365 nm.
<< 인비트로Invitro 컴퓨터 단층촬영(Computed Computed Tomography TomographyTomography , CT) 및 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)>, CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI)>
대비되는 강화 효과를 평가하기 위하여, 상이한 질량 농도의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 수분산 물이 4.7 T 소동물 MRI 스캐너(Small Animal MRI Scanner)(Bruker)로 평가되었다. T2-가중 이미징(T2-Weighted Imaging)은 8 ms의 TE, 0.5 mm의 슬라이스 두께, 3×3 cm의 관측시야(Field of View) 및 128×128의 매트릭스 크기로, 반전 회복 그래디언트 에코 시퀀스(Inversion Recovery Sequence)를 사용하여 수행되었다. To evaluate the contrast enhancement effect, aqueous dispersions of metal nanocomposites encapsulated with biocompatible polymers at different mass concentrations were evaluated with a 4.7 T Small Animal MRI Scanner (Bruker). T2 - weighted imaging (T2 -Weighted Imaging) is 8 ms of the TE, the observation field of view of 0.5 mm slice thickness, 3 × 3 cm (Field of View) , and a matrix size of 128 × 128, inversion recovery gradient echo sequence (Inversion Recovery Sequence).
CT 스캔은 0.625 mm의 슬라이스 두께로 100 kV 및 80 mA에서 작동되는 GE Light Speed VCT 이미징 시스템(GE Medical Systems)을 사용하여 수행되었다. 상이한 질량 농도의 분산물은 2.0 mL의 에펜도르프 튜브(Eppendorf Tubes) 내에서 제조되었으며, 자체 설계된 스캐닝 홀더(Self-Designed Scanning Holder)에 위치되었다. 감 샘플에 대하여 대비되는 강화가 하우스필드 단위(Hounsfield Units)로 결정되었다.CT scans were performed using a GE Light Speed VCT Imaging System (GE Medical Systems) operating at 100 kV and 80 mA with a slice thickness of 0.625 mm. Dispersions with different mass concentrations were prepared in 2.0 mL Eppendorf Tubes and placed in a self-designed Scanning Holder. Contrast enhancements for the perspiration samples were determined in Hounsfield Units.
<< 인비트로Invitro 세포 독성 및 형질 주입( Cytotoxicity and transfection ( TransfectionTransfection )>)>
생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 세포독성은 MTS 분석에 의해, HEK 293 세포를 사용하여 평가되었다. 상기 세포는 37℃, 5%의 CO2 및 95%의 상대 습도에서 10%의 소태아혈청(FBS)이 보충된 Dulbecco's 변형 이글 배지(DMEM Carlsbad, USA) 200 mL에서 배양되었다. 상기 세포는 96-웰 미량정량판(96-Well Microtiter Plate)(Nunc, Germany)에 1×105 cell/well의 밀도로 뿌려졌다. 24시간 후, 배양 배지는 1 mg/mL의 실시예의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체를 함유하는 혈청 보충 배양 배지(Serum Supplemented Culture Media)로 교체되었고, 세포는 24시간 동안 배양되었다. 그 후, 30 ㎕의 MTS 시약은 각 웰에 첨가되었다. 세포는 추가로 2 시간 동안 배양되었다. 이 후, 흡광도는 490 nm의 파장에서 마이크로플레이트 리더(Microplate Reader)(Spectra Plus, TECAN, Switzerland)를 사용하여 측정되었다. 세포 생존율(%)은 실시예의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체가 없는 배지 내의 비처리된 비교 세포와 비교하였고, 하기 일반식 4에 의하여 계산되었다.The cytotoxicity of metal nanocomposites encapsulated with biocompatible polymers was evaluated using
[일반식 4][Formula 4]
[A]test = [A]control×100%[A] test = [A] control × 100%
상기 일반식 4에서, 상기 [A]test는 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체가 있는 웰의 흡광도이고, [A]control은 비교 웰들의 흡광도이다. In the general formula (4), the [A] test is the absorbance of a well containing a metal nanocomposite encapsulated with a biocompatible polymer, and the [A] control is an absorbance of a comparison well.
실시예의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 HEK 93 세포의 형질 주입 성능은 반딧불이 발광효소(Firefly Luciferase) 및 GFP 유전자를 포함하는 pDNA를 사용하여 측정되었다. 세포는 10%의 FBS를 함유하는 RMPI 1640 배지(Gifco, USA)의 24-웰 플레이트(24-Well Plate)에 1×106 cell/well의 밀도로 뿌려졌고, 형질 주입(Transfection) 이전에 80%의 융합에 도달하도록 성장시켰다. 상기 형질 주입 전, 배지는 10%의 FBS를 함유하는 새로운 배지로 교환되었다. 세포는 37℃에서 4시간 동안 2 ㎍의 pDNA를 함유하는 실시예의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체 용액으로 처리되었고, 최종 부피는 배지에 의하여 500 ㎕로 조절되었다. 10%의 FBS의 새로운 배지로 교환한 후, 세포는 48시간동안 더 배향되었다. 이 후, 성장 배지는 제거되었고, 세포는 200 ㎕의 Reporter Lysis Buffer(Promega, USA)에 실온에서 30분 동안 교반되었다. 용해물(Lysates)은 튜브로 이동되었고, 5분 동안 13,000 rpm에서 원심 분리되었다. 발광효소 활성(Luciferase Activity)은 루미노미터(Luminometer)(TD-20/20, Promega, USA)로 측정되었다. 총 단백질은 BCA 단백질 분석 키트(BCA Protein Assay Kit)(ThermoFisher Scientific, USA)에 의하여 결정되었다. 최종 발광효소 활성은 상대 발광 단위 (RLU)/mg 단백질로 나타내었다. 역 형광 현미경(Inverted Fluorescent Microscope)(Nikon Eclipse TE2000-S, Japan)은 293 세포에서 실시예의 나노 복합체의 GFP 발현을 관찰하기 위하여 사용되었다. The transfection performance of the HEK 93 cells of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer of the Example was measured using pDNA containing Firefly Luciferase and GFP gene. Cells were plated at a density of 1 × 10 6 cells / well in a 24-well plate of RMPI 1640 medium (Gifco, USA) containing 10% FBS, % ≪ / RTI > fusion. Prior to the transfection, the medium was replaced with fresh medium containing 10% FBS. The cells were treated with a solution of the nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer of the Example containing 2 μg of pDNA for 4 hours at 37 ° C and the final volume was adjusted to 500 μl by the medium. After exchange with fresh medium of 10% FBS, the cells were further oriented for 48 hours. After this time, the growth medium was removed and the cells were shaken in 200 L Reporter Lysis Buffer (Promega, USA) at room temperature for 30 minutes. Lysates were transferred to tubes and centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes. Luciferase activity was measured with a luminometer (TD-20/20, Promega, USA). Total protein was determined by the BCA Protein Assay Kit (ThermoFisher Scientific, USA). The final luminescent enzyme activity was expressed as relative light emitting units (RLU) / mg protein. Inverted Fluorescent Microscope (Nikon Eclipse TE2000-S, Japan) was used to observe GFP expression of the nanocomposite of Example in 293 cells.
모든 실험은 3회 수행되었고, 그 결과는 평균 및 표준 편차로 보고되었다. 통계 분석은 스튜던트 테스트(Student's T-Test)를 사용하여 수행되었다. 차이는 p<0.05에서 유의한 것으로 고려되었다.All experiments were performed 3 times, and the results were reported as mean and standard deviation. Statistical analysis was performed using the Student's T-Test. The difference was considered to be significant at p <0.05.
측정 결과 및 분석Measurement results and analysis
평균 입경, 표준 편차(Standard Deviation, SD) 및 수 농도를 확인하기 위하여, 제조된 에어로졸 상태의 입자 크기 분포(Particle Size Distribution)를 이동성 입자 주사 정립기(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)(3936, TSI, Shoreview, MN, USA)를 사용하여 분석하였다.The particle size distribution of the prepared aerosol was measured using a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) (3936, TSI) in order to confirm the average particle size, standard deviation (SD) , Shoreview, MN, USA).
도 4는 실시예 제조된 나노 복합체 및 비교예에서 제조된 나노 입자의 입자 크기 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of the particle size distribution of the nanocomposite prepared in the example and the nanoparticles prepared in the comparative example.
또한, 실시예 및 비교예에서 제조된 나노 복합체와 나노 입자의 평균 입경, 표준 편차 및 수 농도의 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.The results of measurement of average particle diameter, standard deviation and number density of the nanocomposite and nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노입자(Au@PM)의 평균 입경, 표준 편차 및 수 농도는 각각 107.3 nm, 1.69 및 2.30×107 cm- 3로 측정되었으며, 비교예 3의 은 나노입자의 평균 입경, 표준 편차 및 수 농도는 각각 21.4 nm, 1.46 및 1.94×107 cm-3이었으며, 비교예 1의 개별 생체적합성 고분자 입자의 평균 입경, 표준 편차 및 수 농도는 각각 105.2 nm, 1.77 및 2.06×107 cm-3로 측정되었다. Average particle size, standard deviation, and number concentration of Example 2, a biocompatible polymer with gold nanoparticles (Au @ PM) encapsulated with a As shown in Table 1 are each 107.3 nm, 1.69 and 2.30 × 10 7 cm - to 3 The average particle diameter, standard deviation and number density of the silver nanoparticles of Comparative Example 3 were 21.4 nm, 1.46 and 1.94 × 10 7 cm -3 , respectively. The average particle diameter, standard deviation And water concentrations were measured at 105.2 nm, 1.77 and 2.06 × 10 7 cm -3 , respectively.
비교예 1의 생체적합성 고분자로만 이루어진 나노 입자와 실시예 2에서 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노입자(Au@PM)의 유사한 크기는, 충돌 분무기(Collison Atomizer) 내 오리피스(Orifice) 근처에서의 생체적합성 고분자 포함하는 액적과 금 입자의 정량적 결합 때문이다. 상기 오리피스를 가로지르는 압력, 밀도 및 속도의 급격한 변화는 생체적합성 고분자 매트릭스 내로 금 입자가 재분배 가능한 자극(Impulse)을 생성할 수 있고, 그 결과 크기가 변화한다. The similar size of nanoparticles made from the biocompatible polymer of Comparative Example 1 and the gold nanoparticles (Au @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer in Example 2 were similar to those of the biomedical polymer nanoparticles (Au @ PM) in the collagen atomizer in the vicinity of the orifice This is due to the quantitative combination of droplets and gold particles containing compatible polymers. Sudden changes in pressure, density, and velocity across the orifice can create an impulse that can redistribute the gold particles into the biocompatible polymer matrix, resulting in a change in size.
또한, 상기 표 1 및 도 4의 결과에서 보여지는 바와 같이, 단일 모드의 입자 크기의 분포는 금 입자들보다 생체적합성 고분자 입자들에 더 가까운 분포를 보이고, 이는 생체적합성 고분자 입자의 수 농도가 자가 조립된 모든 금 입자들을 캡슐화하기에 충분하다는 것을 의미한다. 생체적합성 고분자로 캡슐화된 입자의 동적 광 산란(Dynamic Light Scattering, DLS)(Nano ZS90, Malvern Instruments, Worcestershire, UK)측정을 추가로 수행되었다. 생기능성 측정을 수행하기 전에 기체 상 샘플 입자들은 유리판 상에 직접 도포되었다. 실험 결과, 모든 평가된 입자들의 모두 유체 역학적 직경의 편차가 5.3% 이하로 나타났으며, 1 내지 14일의 저장 기간동안 유의한 변화가 없었다. 이로부터 나노 입자들이 추가적인 실험을 보장하는 안정성을 가지는 것을 확인하였다.Further, as shown in the results of Table 1 and FIG. 4, the distribution of the particle size of the single mode is closer to that of the biocompatible polymer particles than that of the gold particles, It is sufficient to encapsulate all the assembled gold particles. Further measurements were made on Dynamic Light Scattering (DLS) (Nano ZS90, Malvern Instruments, Worcestershire, UK) measurements of particles encapsulated with biocompatible polymers. The gas phase sample particles were applied directly onto the glass plate prior to performing biofunctional measurements. Experimental results showed that the hydrodynamic diameter variation of all the evaluated particles was less than 5.3%, and there was no significant change during the storage period of 1 to 14 days. From this, it was confirmed that the nanoparticles had stability to ensure additional experiments.
비록 도시되어 있지 않지만, 분말 회절 표준 연합 위원회(Joint Committee On Powder Diffraction Standards)의 데이터와 비교해보면, 38.2, 44.4, 64.6 및 77.5에서의 금 입자의 특성 밴드는 각각 금(Au) 결정질 면(Crystalline Facets)의 (111), (200), (220) 및 (311)으로부터의 회절 신호(Diffraction Signals)와 일치한다. 또한 철 입자의 경우, 43.5 및 50.6에서의 특성 밴드는 각각 γ-철(γ-Fe) 결정질 면의 (111) 및 (200)로부터의 회절 신호에 대응되었고, 반면에 44.44 및 64.8에서의 특성 밴드는 각각 α-철 면의 (110) 및 (200)의 회절 신호로부터 기인하였다.Compared with the data of the Joint Committee On Powder Diffraction Standards, although not shown, the characteristic bands of the gold particles at 38.2, 44.4, 64.6 and 77.5 are respectively the gold (Au) crystallographic facets (Diffraction Signals) from (111), (200), (220) and (311). In the case of iron particles, the characteristic bands at 43.5 and 50.6 corresponded to the diffraction signals from (111) and (200) of the? -Iron (? -Fe) crystalline face, respectively, while the characteristic bands at 44.44 and 64.8 (110) and (200) diffraction signals of the? -Iron surface, respectively.
도 5는 비교예 2에서 제조된 금-철(Au-Fe) 나노 복합체의 X-선 분말회절(D/MAX-2500, Rigaku, Japan) 패턴을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 금-철(Au-Fe) 나노 복합체의 경우 금(Au) 피크는 철(Fe) 피크가 겹쳐져 있으며, 이는 합금(Alloy) 대신 단순한 이원 금속 혼합물(Binary Metal Mixture)가 형성되었음을 의미한다.5 is a graph showing the results of X-ray powder diffraction (D / MAX-2500, Rigaku, Japan) patterns of the gold-iron (Au-Fe) nanocomposite prepared in Comparative Example 2. FIG. As shown in FIG. 5, in the case of gold-iron (Au-Fe) nanocomposite, the gold (Au) peak overlaps with the iron (Fe) peak, which is a simple binary metal mixture instead of an alloy. Is formed.
리트벨트 분석법(Rietveld Refinement)을 이용하여 측정된 금-철 나노 복합체의 격자 파라미터(Lattice Parameter)는 0.39765 nm이었다. 분석 결과, 프로파일 인자(Profile Factor, Rp=7.43%) 및 가중 프로파일 인자(Weighted Profile Factor, Rwp=5.92%)의 유사 구성(Analogous Configuration)과 비슷하였고, 이는 현재 분석이 적절함을 암시한다. The lattice parameter of the gold-iron nanocomposite measured using the Rietveld Refinement was 0.39765 nm. The analysis was similar to the Analogous Configuration of the Profile Factor (R p = 7.43%) and the Weighted Profile Factor (R wp = 5.92%), suggesting that the current analysis is appropriate .
도 6은 실시예 및 비교예에서 제조된 나노 복합체 및 나노 입자의 투과 전자 현미경 이미지이다.6 is a transmission electron microscope image of nanocomposites and nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples.
도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 경로(Aerosol Route)를 통한 생체적합성 고분자로 캡슐화된 나노 복합체의 형성을 이해하기 위해서, 탄소가 코팅된 구리 그리드 상에 준비된 실시예 및 비교예의 나노 복합체 및 나노 입자를 투과 전자 현미경(TEM, CM-100, FEI/Philips, Hillsboro, OR, USA)을 이용하여 분석하였다. 상기 나노 복합체 및 나노 입자들은 상업용 에어로졸 수집기(Aerosol Collector)(NPC-10, HCT, Icheon, South Korea)를 사용하여 그리드 상에 정전기적으로 증착되었다.As shown in Figure 6, in order to understand the formation of nanocomposites encapsulated with a biocompatible polymer through an aerosol route, nanocomposites and nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples prepared on a carbon-coated copper grid Were analyzed using a transmission electron microscope (TEM, CM-100, FEI / Philips, Hillsboro, OR, USA). The nanocomposites and nanoparticles were electrostatically deposited on a grid using a commercial aerosol collector (NPC-10, HCT, Icheon, South Korea).
도 6에 도시된 바와 같이, 투과 전자 현미경 이미지는 충돌 분무기 내에서 생체적합성 고분자 액적 내 주입된 금속 입자들은 여러 개의 1차 입자들로 구성된 응집체임을 보여주는 반면, 서로 잘 분리되어 있는 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자들은 구형이면서 매끄러운 표면을 가지는 것을 보여준다. 상기 금속 나노 응집체들은, 동일한 크기의 개별적 나노 결정보다 높은 세포적 흡수(금 나노 응집체의 경우)와 우수한 포화 자화(Saturation Magnetization)(철 나노 응집체 및 금-철 나노 응집체의 경우)를 유도할 수 있기 때문에, 본 출원에서 유용하게 사용되었다. As shown in FIG. 6, the transmission electron microscope image shows that the metal particles injected into the biocompatible polymer droplet in the collision atomizer are aggregates composed of several primary particles, while the biocompatible polymer particles Nanoparticles show a spherical, smooth surface. The metal nano-agglomerates can induce higher cellular uptake (in the case of gold nanoparticles) and better saturation magnetization (in the case of iron nanoparticles and gold-iron nanoparticles) than individual nanocrystals of the same size Therefore, it has been usefully used in the present application.
도 3과 같이 분무기의 오리피스 근처에서 금속 나노 응집체들이 생체적합성 고분자에 합쳐졌을 때, 나노 응집체들은 고분자 입자 내에 축적되는 경향이 있고, 이것은 금속 나노 입자 응집체들 간의 계면 장력(Interfacial Tension)에 비해 금속 나노 응집체와 고분자 사이의 계면 장력이 더 높기 때문이며, 이에 따라 고분자는 금속 나노 응집체를 캡슐화할 수 있다. As shown in FIG. 3, when the metal nano-aggregates are added to the biocompatible polymer in the vicinity of the orifice of the atomizer, the nano-aggregates tend to accumulate in the polymer particles. This is because the interfacial tension between the metal nano- Because the interfacial tension between the aggregate and the polymer is higher, and thus the polymer can encapsulate the metal nano-aggregate.
도 3을 참조하면, 가열된 관형 흐름 반응기(Tubular Flow Reactor)에서, 질소 기체의 온도는 폴리(락트산-co-글리콜산)의 유리전이 온도(약 50~60℃)보다 다소 높으며, 결과적으로, 입자들은 연화되고, 금속 나노 복합체에 대하여, 예를 들어, 더 이상 구형이 아닌, 비구형의 형상을 갖게된다.Referring to FIG. 3, in a heated tubular flow reactor, the temperature of the nitrogen gas is somewhat higher than the glass transition temperature of poly (lactic acid-co-glycolic acid) (about 50-60 DEG C) The particles are softened and have a non-spherical shape, for example, no longer spherical, with respect to the metal nanocomposite.
또한, 금속 나노 입자 표면의 고분자 코팅은 금속 응집체의 1차 입자들(Primary particles) 사이의 빈 공간(Voids)의 모세관 힘(F cap = 2πDpγcosθ, 상기 Dp 및 γ는 각각 입자 직경 및 표면 장력이다.)에 기인한다. 또한 가열된 관형 반응기 내의 용매 추출 동안의 중성 정전기적 전하 및/또는 금속 입자 상의 전파 라디칼의 입자 간 종결(Interparticle Termination of Propagating Radicals)에 의하여 고분자와 금속 사이의 접합점이 형성될 수 있다. In addition, the polymer coating on the surface of the metal nanoparticles is a capillary force ( F cap = 2? Dp? Cos?, Where Dp and? Are the particle diameter and surface tension, respectively) of voids between primary particles of metal agglomerates. ). The junction between the polymer and the metal can also be formed by neutral electrostatic charge during solvent extraction in a heated tubular reactor and / or interparticle termination of propagating radicals on the metal particles.
또한, 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자(PM)의 평균 측면 치수(Average Lateral Dimension)는 109±5.2 nm 이었다. 실시예의 나노 복합체(Au@PM, Fe@PM 및 Au-Fe@PM) 샘플들의 유사 데이터는 각각 113±6.2, 134±8.2 및 124±7.6 nm이었으며, 이들은 도 4에 나타나는 에어로졸 상태의 샘플들의 측정된 값들과 비교되었다.In addition, the average lateral dimension of the nanoparticles (PM) made of the biocompatible polymer prepared in Comparative Example 1 was 109 ± 5.2 nm. Similar data of the nanocomposites (Au @ PM, Fe @ PM and Au - Fe @ PM) samples of the Examples were 113 ± 6.2, 134 ± 8.2 and 124 ± 7.6 nm, respectively, Lt; / RTI >
제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 나노 복합체의 수(n)는 샘플화된 질량이 동일할 때 그들의 크기에 의존하였다. 그러므로 실시예 2에서 제조된 나노 복합체(Au@PM)가 가장 많은 나노 복합체 수를 가졌으며, 하기의 일반식 5에 의해 계산될 수 있다.The number (n) of nanocomposites encapsulated in the prepared biocompatible polymer was dependent on their size when the sampled masses were the same. Therefore, the nanocomposite (Au @ PM) prepared in Example 2 has the largest number of nanocomposites and can be calculated by the following general formula (5).
[일반식 5][Formula 5]
상기 일반식 5에서, mNA와 DNA는 각각 단위 질량(1 mg)과 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 평균 입경 크기를 나타내고, ρNA는 밀도(약 1.3 g/cm3)를 나타내며, 이는 이동성 입자 주사 정립기(Scanning Mobility Particle Sizer(SMPS), 3936, TSI, USA)에서 측정된 데이터과 미량천칭(Microbalance)(DV215CD, Ohaus, Greifensee, Switzerland)를 이용하여 실험적으로 측정된 데이터를 비교하여 계산된다. SMPS를 이용한 질량은 하기 일반식 6로 계산될 수 있다.In the general formula 5, m NA and D NA represent the average particle size of the metal nanocomposite encapsulated with the unit mass (1 mg) and the biocompatible polymer, respectively, and ρ NA represents the density (about 1.3 g / cm 3 ) , Which were compared with experimental measured data using data from a mobile particle sizer (SMPS), 3936, TSI, USA and microbalance (DV215CD, Ohaus, Greifensee, Switzerland) . The mass using the SMPS can be calculated by the following equation (6).
[일반식 6][Formula 6]
상기 일반식 6에서, Q는 질소 가스의 유량, ts는 샘플링 시간, η(Dp)는 부분 집진율(Fractional Collection Efficienc), C(Dp)는 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 수 농도(The Number Concentration)이다. 실시예의 나노 복합체(Au@PM, Fe@PM 및 Au-Fe@PM)의 계산된 수는 각각 약 1.25×1012, 1.77×1012, 및 0.85×1012이였다. 분석적인 접근을 사용하여 상기 실시예에서 제조된 나노 복합체들의 표면적을 추가로 결정할 수 있고, 그 결과 각각 450.9 m2/g, 383.4 m2/g, 396.3 m2/g이었다.(D p ) is the fractional collection efficiency, and C (D p ) is the number of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer. In the
도 7 내지 도 10은 각각 실시예에서 제조된 나노 복합체(Au@PM, Fe@PM 및 Au-Fe@PM) 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자(PM)의 푸리에 변환 적외선 분광 분석(FTIR, Nicolet 6700, Thermo Electron, Madison, WI, USA) 스펙트럼을 나타낸다.7 to 10 show Fourier transformation infrared (FIR) spectra of the nanocomposites (Au @ PM, Fe @ PM and Au-Fe @ PM) and the biocompatible polymer prepared in Comparative Example 1, Spectral analysis (FTIR, Nicolet 6700, Thermo Electron, Madison, WI, USA).
도 7을 참조하면, 생체적합성 고분자 나노 입자(PM)의 흡수 모드 적외선(IR) 스펙트럼은 1087 cm-1 및 1187 cm-1의 주변에서 밴드를 나타내었고, 이는 C-O 신축(Stretch)에 해당한다. 또한, 1380 cm-1, 1389 cm-1, 1759 cm-1, 2946 cm-1, 및 2960 cm-1에서의 다른 밴드들은 각각 C-N 신축, CH-변각(Bend), C=O 에스테르, CH2-변각(Bend), 및 CH3-변각(Bend)에 해당되고, 이들의 피크는 PLGA의 백본(Backbone)으로부터 기인되었다. 생체적합성 고분자 매트릭스 내 프로타민 설페이트(Protamine)은, 각각 S=O의 대칭 및 비대칭 신축 진동(Stretching Vibrations)의 지표로 색인될 수 있는 약 1033 cm-1 및 1190 cm-1에서 밴드를 유도할 수 있다. 생체적합성 고분자 매트릭스 내 프로타민 설페이트과 폴리 1-리신(Lysine)은 1730 및 3400 cm-1에서 2 이상의 밴드를 더 유도하는데, 이는 각각 카보닐 에스테르-결합 신축(Carbonyl Ester-Combined Stretching)과 아민-히드록실기(Amine-Hydroxyl Groups)에 기인한 것이다.Referring to FIG. 7, the absorption mode infrared (IR) spectrum of the biocompatible polymer nanoparticles (PM) showed a band around 1087 cm -1 and 1187 cm -1 , which corresponds to CO stretching. The other bands at 1380 cm -1 , 1389 cm -1 , 1759 cm -1 , 2946 cm -1 and 2960 cm -1 were CN stretching, CH-Bend, C = O ester, CH 2 - Bend, and CH 3 - Bend, and their peaks were attributed to the backbone of PLGA. Protamine in a biocompatible polymer matrix can induce bands at about 1033 cm -1 and 1190 cm -1 , which can be indexed as an index of symmetry and asymmetric stretching vibrations of S = O, respectively . Protamine sulfate and poly-lysine in the biocompatible polymer matrix further induce two or more bands at 1730 and 3400 cm- 1 , respectively, resulting in carbonyl ester-combined stretching and amine- Amine-Hydroxyl Groups.
도 8을 참조하면, 실시예 2에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노 복합체(Au@PM)는 생체적합성 고분자 나노 입자 단독의 IR 스펙트럼과 유사한 IR스펙트럼을 가졌다. 상당한 수의 S=O기 때문에, 실시예 2의 나노 복합체(Au@PM)가 1033 cm-1 및 1190 cm-1에서 상대적으로 강한 피크를 갖는 것이 명확하다. 상기 거동은, 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)에서도 나타나고 있으며, 이는 금과 생체적합성 고분자의 친화력, 특히, 생체적합성 고분자(PM) 내 프로타민 설페이트의 황(S) 사이의 친화력에서 비롯된 것일 수 있다. Referring to FIG. 8, the gold nanocomposite (Au @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 2 had an IR spectrum similar to the IR spectrum of the biocompatible polymer nanoparticle alone. It is clear that the nanocomposite (Au @ PM) of Example 2 has a relatively strong peak at 1033 cm -1 and 1190 cm -1 due to a considerable number of S = O groups. The above behavior is also shown in the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer of Example 1 as shown in Fig. 10, and this affects the affinity of gold and biocompatible polymer, (S) of the protamine sulfate in the conforming polymer (PM).
또한, 도 9를 참조하면, 생체적합성 고분자로 캡슐화된 철 나노 복합체(Fe@PM)는 약화된 특성 고분자(PM) 피크를 나타냈으며, 또한 이로부터 금(Au)과 생체적합성 고분자 사이의 친화력이 더 좋다는 것을 입증하였다.9, the iron nanocomposite (Fe @ PM) encapsulated with a biocompatible polymer exhibited a weakened characteristic polymer (PM) peak, and the affinity between the gold (Au) and the biocompatible polymer Proved to be better.
요컨대, 도 7 내지 10에서와 같이, 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 나노 복합체들의 변화된 스펙트럼은 금속 나노 응집체와 생체적합성 고분자 결합(PM Conjugation with the Metal Nanoagglomerates)의 증거를 제공하였다. 또한, 생체적합성 고분자(PM)의 존재는 나노 복합체가 DNA 결합능을 가져, 정전기적 인력을 통한 나노 복합체-유전자 복합물(Nanoagglomerate-Gene Complexes)을 형성할 수 있음을 시사한다.In summary, as shown in FIGS. 7 to 10, the modified spectra of the nanocomposites encapsulated in the biocompatible polymer prepared in the examples provided evidence of metal nanocomposites and PM conjugation with the metal nanoglomerates. In addition, the presence of a biocompatible polymer (PM) suggests that the nanocomposite may have DNA-binding ability and form nanocomposite-gene complexes through electrostatic attraction.
또한, 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속과 유전자의 복합물의 제타 포텐셜(Zeta Potential)값을 제타 포텐셜 분석기(Nano ZS90, Malvern Instruments, UK)을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In addition, the Zeta Potential value of a composite of a metal and a gene encapsulated in the biocompatible polymer prepared in the Example was measured using a Zeta Potential Analyzer (Nano ZS90, Malvern Instruments, UK) Respectively.
(Au-Fe@PM)Example 1
(Au-Fe @ PM)
(Au@PM)Example 2
(Au @ PM)
(Fe@PM)Example 3
(Fe @ PM)
(PM)Comparative Example 1
(PM)
(mV)Zeta potential
(mV)
상기 표 2를 참조하면, 상기 복합체들의 양전하는 나노 복합체가 세포 내로 유전자를 전달할 가능성이 가짐을 시사한다. 또한, 제타 포텐셜 값은 캡슐화된 금속의 종류에 따라 변화된다. 예를 들어, 실시예 2 및 3에서 제조된 나노 복합체(Au@PM 및 Fe@PM)는 각각 높고 및 낮은 값을 가졌으며, 이는 IR 스펙트럼의 피크 강도와 일치한다.Referring to Table 2 above, the positive charge of the complexes suggests that the nanocomposite is likely to transfer genes into cells. In addition, the zeta potential value varies depending on the kind of the encapsulated metal. For example, the nanocomposites (Au @ PM and Fe @ PM) prepared in Examples 2 and 3 had high and low values, respectively, which is consistent with the peak intensity of the IR spectrum.
생기능성(Biofunctionality)을 측정하기 전에, 유리 기판에 샘플링된 복합체는 장기 보관을 위한 안정성을 확보하기 위해 초음파 수조(Bath) 내에서 분리되었다. 그 다음, 유전자 이송 시험을 위한 나노 복합체-유전자 복합물의 사용을 위하여, 상기 복합물의 형성을 확인하기 위하여 겔 전기 영동 분석(Electrophoretic Mobility Shift Assay, EMSA) 실험이 수행되었다. Prior to measuring biofunctionality, the complexes sampled on glass substrates were separated in an ultrasonic bath (Bath) to ensure stability for long-term storage. Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) experiments were then conducted to confirm the formation of the complexes for the use of nanocomposite-gene complexes for gene transfer testing.
도 11은 실시예 1에서 제조된 나노 복합체와 pDNA의 복합물(PM Capped Au-Fe/pDNA Complexes)의 겔 전기 영동 분석 결과를 나타낸다.Fig. 11 shows gel electrophoresis analysis results of the complex (PM Capped Au-Fe / pDNA Complexes) of the nanocomposite and pDNA prepared in Example 1. Fig.
도 11을 참조하면, 유전자에 대한 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 질량 비율의 적절한 범위를 조사하기 위하여, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0 및 10.0의 비율로 나노 복합체 및 유전자 결합 효율을 실험하였다. 구체적으로 도 11의 왼쪽으로부터 1번 라인은 pDNA를 나타내고, 2번 내지 6번 라인은 와 각각 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0 비율(pDNA에 대한 나노복합체의 비율)로 혼합된 복합물을 나타낸다. 거의 모든 유전자들이 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체와 효율적으로 결합되기 때문에, 1.0 비율의 복합물(도 11의 4번 라인)을 유전자 전달 시험을 위하여 선택하였으며, 복합물로부터 유전자 분리(Gene Liberation)가 거의 나타나지 않음을 확인하였다. 11, in order to investigate the appropriate range of the mass ratio of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer to the gene, nanocomposite and gene binding efficiency were experimentally measured at a ratio of 0.1, 0.5, 1.0, 5.0 and 10.0 . Specifically,
생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체들의 생의학 분야(Biomedical Application)의 적용의 필수적인 특징은 그들이 반드시 생체적합성을 가져야 하는 것이기 때문에, 상기 나노 복합체의 세포 독성이 평가되었다. 도 12는 실시예에서 제조된 나노 복합체(Au@PM, Fe@PM 및 Au-Fe@PM) 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 이루어진 나노 입자(PM)의 힐라 세포 내의 질량 농도에 따른 세포 독성을 측정한 결과이다.The cytotoxicity of the nanocomposites was assessed because an essential feature of the application of biomedical applications of metal nanocomposites encapsulated with biocompatible polymers is that they must be biocompatible. 12 is a graph showing the effect of the nanocomposite (Au @ PM, Fe @ PM and Au-Fe @ PM) prepared in the Example and the biocompatible polymer prepared in Comparative Example 1 This is the result of measuring cytotoxicity.
생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체의 세포 생존률의 측정은 5 내지 100 ㎍/mL의 상이한 질량 농도에서 293 인간배아신장세포(293 Human Embryonic Kidney Cells) 내의 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-Carboxymethoxyphenyl)-2-(4-Sulfophenyl)-2H-tetrazolium(MTS) 분석을 이용하여 수행되었고, 비교예 1의 나노입자의 세포 생존률과 비교하였다.Measurement of the cell viability of metal nanocomposites encapsulated with a biocompatible polymer was carried out by measuring 3- (4,5-Dimethylthiazol-2-yl) -2H-imidazole in 293 Human Embryonic Kidney Cells at different mass concentrations of 5-100 ug / (MTS) analysis and compared with the cell viability of the nanoparticles of Comparative Example 1. The cell viability of the nanoparticles of Comparative Example 1 was compared with the cell viability of the nanoparticles of Comparative Example 1. [
도 12에 나타나듯이, 실시예 및 비교예에서 제조된 나노 복합체 및 나노 입자들의 세포 생존률은 98% 내지 103%로 측정되었고, 이는 실시예의 나노 복합체와 비교예의 나노 입자(99% 초과) 사이의 큰 차이가 없음을 확인하였다. 이것은 금속 나노 복합체의 결합이 생체적합성 고분자 입자의 세포 독성을 증가시키지 않음을 시사하며, 이에 따라 실시예에서 제조된 나노 복합체 샘플들과 함께 배양한 후에, 세포의 번식 능력에 큰 간섭이 없다는 증거를 제공하였다. 한편, 높은 질량 농도에서 나노 복합체의 다소 높은 세포 독성은 금속 표면(Metal Surfaces)과 세포 구획(Cellular Compartments) 사이의 상호 작용을 통한 손상에 의해 기인하였다. 구체적으로, 나노 복합체로부터의 촉매 산화 스트레스(Catalytic Oxidative Stress)를 통한 세포 내 유전자의 단일-가닥 절단(Single-Strand Breaks) 및/또는 효소 분해(Enzymatic Degradations)는 높은 질량 농도에서 약간 증가된 세포 독성을 가졌다. As shown in FIG. 12, the cell viability of the nanocomposite and nanoparticles prepared in Examples and Comparative Examples was measured to be 98% to 103%, which was larger than that between the nanocomposite of the Example and the nanoparticles of Comparative Example (more than 99%) There was no difference. This suggests that the binding of the metal nanocomposite does not increase the cytotoxicity of the biocompatible polymer particles and thus demonstrates that there is no significant interference with the reproductive ability of the cells after incubation with the nanocomposite samples prepared in the Examples Respectively. On the other hand, the somewhat higher cytotoxicity of nanocomposites at high mass concentrations was due to damage through interaction between metal surfaces and cellular compartments. Specifically, Single-Strand Breaks and / or Enzymatic Degradations of intracellular genes through catalytic oxidative stress from nanocomposites have been shown to result in slightly increased cytotoxicity at high mass concentrations Respectively.
또한, 생체적합성 고분자로 캡슐화된 나노 복합체의 유전자 전달 성능은 녹색 형광 단백질(GFP)의 루미네선스 측정에 의해 평가되었다. 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체 및 녹색 형광 단백질(GFP) 유전자의 복합물의 결과와 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자 나노입자와 GFP 유전자의 복합물로부터의 결과를 비교하였다.In addition, the gene delivery performance of nanocomposites encapsulated with biocompatible polymers was evaluated by luminescence measurement of green fluorescent protein (GFP). The results of the composite of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer and the green fluorescent protein (GFP) gene prepared in the Example and the result of the composite of the biocompatible polymer nanoparticle prepared in Comparative Example 1 and the GFP gene were compared.
도 13은 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 응집체 및 비교예 1에서 제조된 생체적합성 고분자 나노 입자의 유전자 전달 성능을 측정 결과이고, 단백질 1 mg 당 상대 발광 단위(RLU)로 나타내었다.FIG. 13 shows the results of measurement of the gene transfer performance of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example and the biocompatible polymer nanoparticle prepared in Comparative Example 1, and is shown as a relative light emitting unit (RLU) per 1 mg of protein .
비교 목적으로, 대조군으로서의 순수 DNA(Naked-DNA) 의 유전자 전달 성능이 먼저 시도되었고, 그 결과 293 인간배아신장세포 내에서 GFP 형광의 강도는 약 1.1×104 RLU/mg에 도달하였다. 생체적합성 고분자 나노 입자(PM)의 경우 0.21×107 RLU/mg로 측정되었고, 실시예에서 제조된 나노 복합체는 0.23×107 RLU/mg 이상으로 측정되었으며, 구체적으로, 실시예 2에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노 복합체(Au@PM)의 경우 1.5×107 RLU/mg로 측정되었고, 실시예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 경우 0.32×107 RLU/mg로 측정되었다. 즉, 생체적합성 고분자 나노 입자(PM) 및 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체를 사용함에 의하여 유전자 전달 성능이 향상되었으며, 즉, 세포 내 형질 주입이 달성되었으며, 모든 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체는 더 우수한 전달 성능을 나타내었다. 이와 같은 결과는, 구형상 구조(Spherical Structure)의 금속 입자들이 응집된 비구형의 금속 백본(Backbone)을 따라 고분자가 캡슐화되어 형성된 비구형의 헤어리 구조(Hairy Structure)로의 생체적합성 고분자의 구조적 변화에 기인하고, 상기 헤어리 구조가 GFP 유전자와의 효과적인 결합을 위한 더 큰 기능적 표면을 제공할 수 있기 때문이다.For comparative purposes, the gene delivery performance of pure DNA (Naked-DNA) as a control was first attempted, and as a result, the intensity of GFP fluorescence in 293 human embryonic kidney cells reached about 1.1 × 10 4 RLU / mg. In the case of the biocompatible polymer nanoparticles (PM), 0.21 × 10 7 RLU / mg was measured, and the nanocomposite prepared in Example was measured to be 0.23 × 10 7 RLU / mg or more. Specifically, The gold nanocomposite (Au @ PM) encapsulated with a biocompatible polymer was measured to be 1.5 x 10 7 RLU / mg. The gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 1 ) Was measured as 0.32 × 10 7 RLU / mg. That is, the use of the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer nanoparticles (PM) and the biocompatible polymer improves the gene transfer performance, that is, intracellular transfection has been achieved, and the metal nanocapsules encapsulated with all the biocompatible polymers The composite exhibited better delivery performance. These results indicate that the structural change of the biocompatible polymer into the non-spherical hairy structure formed by encapsulating the polymer along the non-spherical metal backbone in which the spherical structure metal particles are aggregated , And the hairy structure can provide a larger functional surface for effective binding with the GFP gene.
도 14는, 실시예에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체(Au@PM, Fe@PM 및 Au-Fe@PM) 및 비교예 1의 생체적합성 고분자 나노입자(PM)의 형광 현미경 이미지이다.FIG. 14 is a graph showing fluorescence microscope images of the metal nanocomposite (Au @ PM, Fe @ PM and Au-Fe @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example and the biocompatible polymer nanoparticle (PM) to be.
도 13 및 도 14에 나타나듯이, 대응하는 형광 현미경 이미지로부터 나노 복합체 및 생체적합성 입자 간의 유전자 전달 성능의 차이를 확인하였다. 실시예 2에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노 복합체(Au@PM)는 높은 효율을 입증하였으며, 이는 금이 다른 물질보다 기능화된 또는 표적화된 리간드, 즉, 루시페라아제와 복합체 사이의 높은 친화력을 포함하는 리간드와 쉽게 결합시킬 수 있기 때문이다. 또한, 실시예 2에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금 나노 복합체(Au@PM)는 약 110 nm의 가장 작은 측면 치수(Lateral Dimension)을 가지기 때문에, 가장 넓은 표면적(450.9 m2/g)을 가진다. 상기 내용은 하기 표 3의 동적 광 산란(DLS) 측정 결과가 뒷받침한다. 표 3은 실시예의 나노 복합체와 유전자의 복합물 및 비교예의 나노입자와 유전자의 복합물의 DLS측정 결과를 나타낸다. As shown in Figs. 13 and 14, the difference in gene transfer performance between the nanocomposite and the biocompatible particle was confirmed from the corresponding fluorescence microscope image. The gold nanocomposite (Au @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 2 proved to be highly efficient, indicating that gold has a higher affinity between the functionalized or targeted ligand, i.e., luciferase and complex, than other materials Because they can be easily combined with the ligands involved. In addition, the gold nanocomposite (Au @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 2 has the widest surface area (450.9 m 2 / g) because it has the smallest lateral dimension of about 110 nm I have. This is supported by the results of the dynamic light scattering (DLS) measurement of Table 3 below. Table 3 shows DLS measurement results of the composite of the nanocomposite and the gene of the example and the composite of the nanoparticle and the gene of the comparative example.
(Au-Fe@PM)Example 1
(Au-Fe @ PM)
(Au@PM)Example 2
(Au @ PM)
(Fe@PM)Example 3
(Fe @ PM)
(PM)Comparative Example 1
(PM)
(Size)Particle size
(Size)
또한, 이전의 한 연구에서 실제로 금 응집체와 고분자가 결합된 나노 복합체가 결합되지 않은 고분자 입자에 비해 COS-7 원숭이 신장세포에 약 6배 많은 유전자를 전달할 수 있음이 보고된 바 있다. 이러한 현상이 보여지는 이유는 개별적인 금 나노 결정으로 만들어진 응집체가 단일 나노 결정이 세포막과 상호작용하는 응집체의 끝(Tip of the Agglomerate) 또는 더 많은 금 나노 결정들이 막과 상호 작용하는 가장자리(Edge)들 중 하나의 세포 표면 수용체(Cell Surface Receptor)와 상호 작용할 수 있기 때문이고, 이는 나노 복합체의 인터널리제이션(Internalization)의 속도와 양에 영향을 줄 수 있다.In addition, in a previous study, it has been reported that about six times as many genes can be delivered to COS-7 monkey kidney cells as compared with polymer particles not bound with nanocomposite particles in which aggregates and polymers are actually bonded. The reason for this phenomenon is that aggregates made of individual gold nanocrystals are either the tip of the agglomerate where single nanocrystals interact with the cell membrane or the edges where more gold nanocrystals interact with the membrane Because it can interact with one of the cell surface receptors, which can affect the rate and amount of internalization of the nanocomposite.
추가로, 상기 동적 광 산란(DSL) 측정이 인산 완충 용액(pH.7.4)에서 순수한 금-철을 함유하는 실시예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 나노복합체(Au-Fe@PM)의 콜로이드 안정성을 평가하기 위하여 사용되었다. 구체적으로, 비교예 2에서 제조된 캡슐화되지 않은 금-철(Au-Fe) 복합 나노 입자는 4시간 이내에서 약 600 nm에 도달한 반면, 실시예 1에서 제조된 생체적합성 고분자로 캡슐화된 나노 복합체들은 입자 크기가 2.5일 까지 200 nm 미만으로 현저하게 안정하였다. 이는 표 2와 같이, 상기 나노 복합체의 양의 제타 포텐셜, 즉, 단극(Unipolar) 포텐셜 때문이다.In addition, the dynamic light scattering (DSL) measurement was performed using a gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ 2) encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 1 containing pure gold-iron in a phosphate buffer solution PM) was used to evaluate the colloidal stability. Specifically, the non-encapsulated gold-iron (Au-Fe) composite nanoparticles prepared in Comparative Example 2 reached about 600 nm within 4 hours, while the nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer prepared in Example 1 Were remarkably stable with a particle size of less than 200 nm by 2.5 days. This is due to the positive zeta potential of the nanocomposite, i.e., the unipolar potential, as shown in Table 2.
도 15는 실시예 1 및 3에서 제조된 나노 복합체 샘플의 자화(Magnetization)를 상온에서 진동형 샘플 자력계(Vibrating Sample Magnetometer, VSM)로 측정한 결과이다.FIG. 15 shows the results of measurement of magnetization of the nanocomposite samples prepared in Examples 1 and 3 with a vibrating sample magnetometer (VSM) at room temperature.
도 15를 참조하면, 측정한 실시예 1 및 3에서 제조된 나노 복합체(Au-Fe@PM, Fe@PM)는 자성을 보이며, 이는 그들이 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체로 형성된 후에 소프트한 강자성 거동을 보이는 것을 나타낸다. 실시예 1에서 제조된 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 금 및 철의 비율은 각각 0.415 및 0.585이였으며, 상기 비율은 유도 결합 플라즈마 발광 광도법(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)(Optima 8300, PerkinElmer, USA)과 에너지 분산 X-선 분광법(Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy)(EX- 350, Horiba, Japan)을 이용하여 측정하였다.Referring to FIG. 15, the nanocomposites (Au-Fe @ PM, Fe @ PM) measured in Examples 1 and 3 show magnetism because they are made of a metal nanocomposite encapsulated with a biocompatible polymer, Indicating a ferromagnetic behavior. The ratios of gold and iron of the nanocomposite (Au-Fe @ PM) prepared in Example 1 were 0.415 and 0.585, respectively, and the ratios were determined by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (Optima 8300, PerkinElmer , USA) and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EX-350, Horiba, Japan).
실시예 3의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 철 나노 복합체(Fe@PM) 및 실시예 1의 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)는 각각 약 26.1emu/g 및 14.9emu/g(Electromagnetic Units Per Gram of Iron)의 포화 자화(Saturation Magnetization, Ms)값을 가졌으며, 또한, 각각 49Oe 및 40Oe의 항자기력(Coercivities)을 가졌다. 이 값은 캡슐화되지 않은 금-철 나노 입자(86.4 emu/g)보다 작은 값이고, 이러한 차이는 조성에 기인하였다. The iron nanocomposite (Fe @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer of Example 3 and the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) encapsulated with the biocompatible polymer of Example 1 were about 26.1 emu / g and 14.9 saturation magnetization (M s ) value of emu / g (Electromagnetic Units Per Gram of Iron), and also had coercivities of 49 Oe and 40 Oe, respectively. This value is smaller than the non-encapsulated gold-iron nanoparticles (86.4 emu / g), and this difference is due to the composition.
실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 측정된 포화 자화값이 실시예 3의 철 나노 복합체(Fe@PM)보다 낮게 측정되었고, 이러한 이유는 금이 반자성 물질이기 때문이다. 따라서, 철과 금 사이의 입자간 결합은 나노 복합체의 자기적 성질을 감소시킬 수 있다. The measured saturation magnetization value of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) of Example 1 was lower than that of the iron nanocomposite (Fe @ PM) of Example 3 because gold is a semi-magnetic material . Therefore, intergranular bonding between iron and gold can reduce the magnetic properties of the nanocomposite.
또한, 상기 실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 낮은 자화는 부분적으로 합금된 금-철(Partially Alloyed Au-Fe)의 미보상된 표면 스핀(Uncompensated Surface Spins)의 존재에 따라 반강자성 정렬된 코어(Antiferromagnetic Ordered Core)에 의해 설명될 수 있다.In addition, the low magnetization of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) of Example 1 was found to be due to the presence of uncompensated surface spins of partially Alloyed Au-Fe (Antiferromagnetic Ordered Core). ≪ / RTI >
상기 자기적 특성을 측정한 후, 표준 MRI 및 CT 영상 장치를 이용하여 실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 듀얼 모드 이미징 성능(Dual-mode Imaging Performance)을 평가하였고, 그 결과를 도 16 및 17에 도시하였다.After measuring the magnetic properties, the dual-mode imaging performance of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) of Example 1 was evaluated using standard MRI and CT imaging devices, The results are shown in Figs. 16 and 17. Fig.
도 16은 실시예 3의 철 나노 복합체(Fe@PM)와 실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 팬텀의 MRI 영상(삽화)과 질량 농도에 따른 이완성 기울기(Relaxivity Plot) 그래프이다.FIG. 16 is a graph showing the MRI images (illustrations) and phantoms of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) of Example 1 and the Relaxivity Plot ) Graph.
도 17은 실시예 2의 금 나노 복합체(Au@PM)와 실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 팬텀의 CT 영상(삽화)과 질량 농도에 따른 이완성 기울기(Relaxivity Plot) 그래프이다.17 is a graph showing the CT images (illustrations) of the gold nanocomposite (Au @ PM) of Example 2 and the phantom of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) of Example 1 and the Relaxivity Plot ) Graph.
도 16 및 17을 참조하면, 팬텀(Phantom)의 MR 및 CT 영상은 실시예 2의 금 나노 복합체(Au@PM) 또는 실시예 3의 철 나노 복합체(Fe@PM)와 비교하여 실시예 1의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 다양한 농도(MRI 의 경우, 0.08 내지 1.00 Fe mM, CT의 경우 0.5 내지 6.0 mg/mL)에서 측정되었다.16 and 17, the MR and CT images of Phantom were compared with the gold nanocomposite (Au @ PM) of Example 2 or the iron nanocomposite (Fe @ PM) of Example 3, (0.08 to 1.00 Fem in MRI, 0.5 to 6.0 mg / mL in CT) of the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM)
도 16의, 팬텀의 MRI 영상(삽화)는 철 농도가 증가할수록 팬텀 내의 음의 콘트라스트가 증가하는 것을 보여주었고, 또한, 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM) 의 횡 이완도(Transverse Relaxivity)는 55.2 mM/Fe·s로, 이는 실시예 3의 철 나노 복합체(Fe@PM)의 횡 이완도(89.6 mM/Fe·s)보다 더 작으며, 이는 도 15의 자기적 특성과 일치한다. 또한, 도 17의 팬텀의 CT 영상(삽화)은, 나노 복합체가 존재할 때, 양의 콘트라스트가 증가되는 것을 보여준다.The MRI image of the phantom shown in FIG. 16 shows that the contrast of the phantom increases as the iron concentration increases. Also, the transverse relaxivity of the Au-Fe @ PM ) Is 55.2 mM / Fe · s, which is smaller than the transverse relaxivity (89.6 mM / Fe · s) of the iron nanocomposite (Fe @ PM) of Example 3, which is consistent with the magnetic properties of FIG. 15 . In addition, the CT image (illustration) of the phantom of Fig. 17 shows that the positive contrast is increased when the nanocomposite is present.
또한, X-선 흡수 분석을 통해 실시예 1 및 실시예 2의 나노 복합체(Au-Fe@PM, Au@PM)의 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1의 6mg/mL 농도의 금-철 나노 복합체(Au-Fe@PM)의 경우, 194 HU로 측정되었고, 상기 값은 실시예 2의 금 나노 복합체(Au@PM)의 측정값(218 HU)과 크게 다르지 않았다.In addition, the absorbance of the nanocomposite (Au-Fe @ PM, Au @ PM) of Example 1 and Example 2 was measured through X-ray absorption analysis. As a result, 194 HU was measured for the gold-iron nanocomposite (Au-Fe @ PM) at the concentration of 6 mg / mL in Example 1 and the value was measured for the gold nanocomposite (Au @ PM) Value (218 HU).
상기와 같이, 생체적합성 고분자로 캡슐화된 금속 나노 복합체는 MRI 및 CT 영상 모두에 민감하게 작용하기 때문에, 상기 나노 복합체는 MRI-CT 듀얼 모드 영상 장치에 적용 가능하다.As described above, since the metal nanocomposite encapsulated with the biocompatible polymer is sensitive to both MRI and CT images, the nanocomposite can be applied to an MRI-CT dual mode imaging device.
10: 방전부
11: 도전성 로드
12: 전원부
20: 분무부
21: 분무 노즐
30: 용매 제거 수단
40: 수집부
100: 나노 복합체
110: 코어
120: 쉘10: discharge unit
11: conductive rod
12:
20:
21: Spray nozzle
30: solvent removing means
40: collecting section
100: nanocomposite
110: Core
120: Shell
Claims (18)
상기 코어를 둘러싸고 있고, 생체적합성 고분자를 포함하는 쉘을 포함하고,
프랙탈 차원 값이 1.6 내지 2.8인 나노 복합체.A core comprising at least one member selected from the group consisting of a ferromagnetic metal, a semiconductive metal, a paramagnetic metal, and a ferromagnetic metal; And
A shell surrounding said core and comprising a biocompatible polymer,
A nanocomposite having a fractal dimension value of 1.6 to 2.8.
상기 금속 나노입자에 생체적합성 고분자를 포함하는 용액을 분무하여 상기 생체적합성 고분자로 둘러싸인 나노입자를 포함하는 나노 복합체의 액적을 형성하는 분무부를 포함하는 나노 복합체의 제조 장치.A pair of conductive rods spaced apart from each other at a predetermined interval to form a gap and including at least one member selected from the group consisting of a semi-magnetic body, a paramagnetic metal, and a ferromagnetic metal; and a power source for applying a voltage to the conductive rod, A discharger for generating nanoparticles at intervals between the conductive rods by discharging; And
And a spraying part for spraying a solution containing the biocompatible polymer on the metal nanoparticles to form droplets of the nanocomposite including the nanoparticles surrounded by the biocompatible polymer.
상기 나노입자에 생체적합성 고분자를 포함하는 용액을 분무하여 나노 복합체의 액적을 형성하는 캡슐화 단계를 포함하는 나노 복합체의 제조 방법.A discharge step of generating a nanoparticle from the conductive rod by applying a voltage to each of a pair of conductive rods including at least one selected from the group consisting of a metal, And
And an encapsulation step of forming a droplet of the nanocomposite by spraying a solution containing the biocompatible polymer on the nanoparticle.
18. The method of claim 17, wherein the discharging step and the encapsulating step are performed under an inert gas flow.
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