KR20200013410A - Nano diamond conjugated with alkyl compounds and biodegradable polymer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오 이미징(bioimaging)에 사용할 수 있는 알킬화합물 및 생분해성 고분자가 결합된 형광 나노 다이아몬드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to fluorescent nanodiamonds having a combination of alkyl compounds and biodegradable polymers that can be used for bioimaging and a method of preparing the same.
다기능성 나노입자는 독특한 전기적, 화학적, 광학적 및 자기적 성질을 가지고 있어, 바이오 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 다양한 나노입자 중에서, 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 흑연 및 나노 다이아몬드 (nanodiamond) 등의 탄소기반 나노입자는 조직공학, 유전자/약물 전달, 바이오센서(biosensors) 및 나노메디슨(nanomedicine)을 포함한 바이오 분야에서 응용이 되고 있다. Multifunctional nanoparticles have unique electrical, chemical, optical and magnetic properties, and active research is being conducted in the field of biotechnology. Among the various nanoparticles, carbon-based nanoparticles such as fullerene, carbon nanotubes (CNT), graphene, graphite and nanodiamonds are used in tissue engineering, gene / drug delivery, and biosensors. (biosensors) and nanomedicine (nanomedicine) applications in the field of biotechnology.
최근, 나노 다이아몬드와 같은 결정성 탄소기반 나노입자는 높은 기계적 강도, 열전도성, 광범위한 전기전도성 및 생체적합성이 뛰어나다는 연구 결과를 통해, 나노 신소재로 관심을 받고 있다. Chang 등은 형광 나노 다이아몬드를 제조하기 위하여 이온 빔 조사법을 이용하였다. 상기 형광 나노 다이아몬드는 초록 또는 빨강 방출, 지속적인 형광 그리고 뛰어난 광학안정성의 독특한 특징 때문에 바이오 이미징에 응용 할 수 있다는 가능성을 보였다. 또한, 질소 공동 중심 (nitrogen vancacy center)인 나노 다이아몬드는 수소 빔에 조사되었을 때 빨강 방출이 되는 것을 확인하였다. 그러나 이온 빔 조사법은 실험공정이 복잡하고 장비 값이 비싸기 때문에 한계점이 있었다. Recently, crystalline carbon-based nanoparticles such as nanodiamonds have been attracting attention as new nanomaterials through the research results of high mechanical strength, thermal conductivity, broad electrical conductivity, and biocompatibility. Chang et al. Used ion beam irradiation to produce fluorescent nanodiamonds. The fluorescence nanodiamonds have shown potential for bioimaging because of their unique characteristics of green or red emission, continuous fluorescence and excellent optical stability. In addition, it was confirmed that nano diamond, which is a nitrogen vancacy center, emits red when irradiated with a hydrogen beam. However, ion beam irradiation has its limitations because of the complicated process and expensive equipment.
이를 해결하기 위해, Mochalin 등은 옥타데실아민 (octadecylamine)을 나노 다이아몬드의 카르복실그룹에 아마이드 결합하여 파란 형광 나노 다이아몬드를 제조하였다(비특허문헌 1). 이들은 파란 형광이 나오는 기작은 나노 다이아몬드의 표면에 옥타데실아민이 폴리아로마틱(polyaromatic) 구조를 형성하기 때문이라고 설명하였다. 하지만 파란 형광 나노 다이아몬드는 옥타데실아민에 의해 물에 대한 분산성이 낮아지는 단점이 있어 바이오 분야에 응용하는데 어려움이 있었다. To solve this problem, Mochalin et al prepared blue fluorescent nanodiamonds by amide bonding octadecylamine to carboxyl groups of nanodiamonds (Non-Patent Document 1). The blue fluorescence mechanism is explained by the fact that octadecylamine forms a polyaromatic structure on the surface of nanodiamonds. However, the blue fluorescent nano diamond has a disadvantage in that the dispersibility of water is lowered by octadecylamine, which makes it difficult to be applied to the bio field.
따라서 형광 나노 다이아몬드를 바이오 이미징에 응용하기 위해서는 물에 대한 분산성 증진에 대한 연구가 요구된다.Therefore, in order to apply fluorescent nanodiamonds to bio-imaging, research on enhancing dispersibility of water is required.
본 발명은 바이오 이미징(bioimaging)에 사용할 수 있는 알킬화합물 및 생분해성 고분자가 결합된 형광 나노 다이아몬드를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fluorescent nanodiamond combined with an alkyl compound and a biodegradable polymer that can be used for bioimaging.
본 발명에서는 나노 다이아몬드; 알킬화합물; 및 생분해성 고분자를 포함하며,In the present invention, nano diamond; Alkyl compounds; And biodegradable polymers,
상기 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되어 있고, 상기 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드에 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되어 있으며, The alkyl compound is bonded to nanodiamonds through urea bonds (-NC (= O) -N-), and the biodegradable polymer is bonded to nanodiamonds through amide bonds (-NC (= O)-). ,
상기 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트인 나노입자를 제공한다.The alkyl compound provides nanoparticles that are alkyl isocyanates.
또한, 본 발명에서는 나노 다이아몬드에 알킬화합물 및 생분해성 고분자를 결합시키는 단계를 포함하며, In addition, the present invention includes the step of bonding an alkyl compound and a biodegradable polymer to the nanodiamond,
상기 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되고, 상기 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드에 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되고, The alkyl compound is bonded to nanodiamonds through urea bonds (-N-C (= O) -N-), and the biodegradable polymer is bonded to nanodiamonds through amide bonds (-N-C (= O)-),
상기 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트인 전술한 나노입자의 제조 방법을 제공한다. The alkyl compound provides a method for producing the above-mentioned nanoparticles which are alkyl isocyanates.
본 발명에 따르면, 바이오 이미징을 위해 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 표면에 친수성 고분자를 결합하여 물에 대한 분산 안정성을 높일 수 있다. According to the present invention, the hydrophilic polymer is bonded to the surface of the nanodiamond to which the alkyl compound is bonded for bio-imaging to increase dispersion stability in water.
본 발명에서는 나노입자에서 상기 알킬화합물의 탄소 길이에 따른 형광 방출을 확인 및 조절하였다. 또한, 나노 다이아몬드에 결합된 알킬화합물의 농도를 최적화 하였으며, 높은 세포 생존률과 세포 내 조형 효과를 극대화 할 수 있었다. In the present invention, the fluorescent emission according to the carbon length of the alkyl compound in the nanoparticles was identified and controlled. In addition, the concentration of alkyl compounds bound to nanodiamonds was optimized, and high cell viability and intracellular modeling effects were maximized.
따라서, 본 발명에 따른 나노입자는 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 독특한 광학적 특성, 생분해성 고분자에 의한 높은 생체적합성, 우수한 세포 생존력, 높은 청색 형광 및 장기간의 수분산성을 가져 진단 치료가 가능한 나노플랫폼으로 응용 할 수 있다. 이를 통해, 상기 나노입자는 질병이 생겼을 때 치료 부위를 정확히 진단하고 치료 효율의 극대화하기 위한 의료 및 생명 분야에 넓게 응용 될 수 있을 것으로 예상된다. Therefore, the nanoparticles according to the present invention have the unique optical properties of nanodiamonds with alkyl compounds, high biocompatibility by biodegradable polymers, excellent cell viability, high blue fluorescence, and long-term water dispersibility. It can be applied. Through this, the nanoparticles are expected to be widely applied in the medical and life fields for accurately diagnosing a treatment site and maximizing treatment efficiency when a disease occurs.
도 1은 본 발명에 따른 나노입자의 제조 방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 나노 다이아몬드 및 실시예에서 제조된 나노입자의 (A) 입자 크기 분포도와 표면 전하 (B) 입자 표면 모습 (C) 물 또는 유기용매에 대한 분산도 사진, 및 (D) UV흡광도를 나타낸다.
도 3은 나노 다이아몬드 및 실시예에서 제조된 나노입자의 탄소 길이에 따른 분산도를 확인하기 위하여, 21일 동안 크기 변화와 표면 전하 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 나노 다이아몬드 및 실시예에서 제조된 나노입자의 탄소 길이에 따른 형광 방출 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예에서 제조된 나노입자의 농도에 따른 형광 방출 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 나노 다이아몬드 및 실시예에서 제조된 나노입자의 세포 생존률을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 나노 다이아몬드 및 실시예에서 제조된 나노입자의 세포 내 조형 효과를 측정한 결과를 나타내는 사진이다.1 is a schematic diagram schematically showing a method for producing nanoparticles according to the present invention.
FIG. 2 shows (A) particle size distribution and surface charge (B) particle surface appearance (C) dispersion diagram of water or organic solvent of nanodiamond and nanoparticles prepared in Example, and (D) UV absorbance .
Figure 3 is a graph showing the results of measuring the size change and the surface charge change for 21 days to confirm the dispersion degree according to the carbon length of the nanodiamonds and nanoparticles prepared in the example.
Figure 4 is a graph showing the results of measuring the change in fluorescence emission according to the carbon length of the nanodiamonds and nanoparticles prepared in Example.
5 is a graph showing the results of measuring the change in fluorescence emission according to the concentration of nanoparticles prepared in Example.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring the cell viability of the nanodiamonds and nanoparticles prepared in Example.
7 is a photograph showing the results of measuring intracellular modeling effects of nanodiamonds and nanoparticles prepared in Examples.
본 발명은 상기 종래의 실정을 감안하여 고안된 것으로서, 바이오 이미징에 사용할 수 있는 나노입자 및 이의 제조법을 제공한다.The present invention has been devised in view of the above-described conventional circumstances, and provides nanoparticles and methods for preparing the same that can be used for bioimaging.
본 발명의 나노입자는 나노 다이아몬드; 알킬화합물; 및 생분해성 고분자를 포함한다. 이때, 상기 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되어 있고, 상기 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드에 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되어 있다. Nanoparticles of the present invention is nano diamond; Alkyl compounds; And biodegradable polymers. In this case, the alkyl compound is bonded to nanodiamonds through urea bonds (-NC (= O) -N-), and the biodegradable polymer is bonded to nanodiamonds through amide bonds (-NC (= O)-). It is.
즉, 상기 나노입자는 나노 다이아몬드 표면에 알킬화합물 및 생분해성 고분자가 결합된 구조를 가진다. 본 발명에서는 상기 나노입자를 알킬화합물 및 생분해성 고분자가 결합된 나노 다이아몬드 또는 알킬화합물 및 생분해성 고분자로 개질 (modification)된 나노 다이아몬드로 표현할 수 있다. That is, the nanoparticles have a structure in which an alkyl compound and a biodegradable polymer are combined on a nanodiamond surface. In the present invention, the nanoparticles may be expressed as nanodiamonds in which an alkyl compound and a biodegradable polymer are bonded or modified as nanodiamonds modified with an alkyl compound and a biodegradable polymer.
본 발명에서 나노 다이아몬드는 표면에 결합된 알킬화합물에 의해 형광, 구체적으로 청색 형광을 방출하며, 바이오 이미징에 사용된다.In the present invention, the nano-diamond emits fluorescence, specifically blue fluorescence by the alkyl compound bound to the surface, it is used for bio-imaging.
상기 나노 다이아몬드(Nano diamond, ND)는 결정성 탄소기반 나노 입자로써, 기계적 강도, 열전도성, 전기전도성 및 생체적합성이 뛰어나며, 화학적 안정성 및 분산 안정성이 우수하다. 따라서, 조직공학, 유전자/약물 전달, 바이오센서 및 나노메디슨 등을 포함한 바이오 분야에서 응용 가능하며, 최근 이러한 나노 다이아몬드의 연구가 증가하고 있는 추세이다.The nano diamond (Nano diamond, ND) is a crystalline carbon-based nanoparticles, excellent mechanical strength, thermal conductivity, electrical conductivity and biocompatibility, and excellent in chemical stability and dispersion stability. Therefore, it is applicable to biotechnology including tissue engineering, gene / drug delivery, biosensor, and nanomedicine, and research of such nanodiamonds is increasing in recent years.
상기 나노 다이아몬드는 중심부가 sp3 혼성괘도함수로 구성되는 결정 구조로, 표면은 sp2 오비탈 구조로 되어있다. 따라서 중심부는 다이아몬드의 특성을 그대로 유지하지만 표면은 반응성이 강하여 단글링 본드(Dangling bond)에 여러 원자나 분자가 화학 반응에 의하여 결합될 수 있는데 이들의 조성은 나노 다이아몬드를 어떤 방법으로 합성하느냐에 따라 달라진다. 입자의 표면에 존재하는 화학 결합들이 나노 다이아몬드 입자의 표면을 안정화시키는데 기여하고 또한 새로운 화학 반응을 통하여 다양한 관능기(Functional group)를 나노 다이아몬드의 표면에 부착시킬 수도 있다. The nanodiamond has a crystal structure having a central portion composed of sp 3 hybrid orbitals, and has a sp 2 orbital structure. Therefore, the core retains the properties of the diamond, but the surface is highly reactive, allowing many atoms or molecules to bond to dangling bonds by chemical reaction. Their composition depends on how nanodiamonds are synthesized. . Chemical bonds present on the surface of the particles contribute to stabilizing the surface of the nanodiamond particles, and may also attach various functional groups to the surface of the nanodiamond through new chemical reactions.
이러한 나노 다이아몬드를 제조하는 대표적인 기술로는 고온고압법, 충격파를 이용한 합성법, 화학증착법, 화학폭발법, 초음파법, 레이저법, 습식법 등이 있다. 그 중 화학증착법은 '국내 공개특허공보 제10-2006-0134515호, 경면 가공용 다이아몬드 공구제조를 위한 나노기상화학합성 다이아몬드 소재의 제조방법'과 같이 메탄 또는 수소와 같은 기체를 원료로 하고, 고온 및 저압 분위기 하에서 분해 및 합성에 필요한 에너지를 투입하는 기술이다. 또한 화학폭발법은 '국내 등록특허공보 제10-1203835호, 나노 다이아몬드 및 그 제조방법'와 같이 응축상 탄소에 비활성인 기체 매질에서 음의 산소 밸런스의 탄소포함 폭약 혼합물을 폭연하고 이를 정제하여 나노 다이아몬드를 제조하는 기술이다.Representative techniques for manufacturing such nanodiamonds include high temperature and high pressure method, synthetic method using shock wave, chemical vapor deposition method, chemical explosion method, ultrasonic method, laser method and wet method. Among them, the chemical vapor deposition method is a gas such as methane or hydrogen as a raw material, such as 'Korean Patent Publication No. 10-2006-0134515, Method for manufacturing nano-mechanical synthetic diamond material for manufacturing diamond tools for mirror processing', It is a technology to input energy required for decomposition and synthesis under low pressure atmosphere. In addition, the chemical explosion method detonates and purifies the carbon-containing explosive mixture of negative oxygen balance in a gas medium inert to condensed carbon, such as 'Korean Patent Publication No. 10-1203835, Nano Diamond and Manufacturing Method thereof'. It is a technique to manufacture diamonds.
본 발명에서는 전술한 제조 방법을 통해 제조된 나노 다이아몬드를 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로, 고온고압법 또는 습식법을 통해 제조된 나노 다이아몬드를 사용할 수 있다. In the present invention, nanodiamonds produced through the above-described manufacturing method may be used without limitation, and specifically, nanodiamonds manufactured through high temperature, high pressure, or wet methods may be used.
또한, 나노 다이아몬드는 신경아세포, 대식세포, PC-12 세포와 같은 다양한 세포형태에 대해 독성을 띠지 않는다고 보고된 바 있다(Biocompatible and detectablecarboxylated nanodiamond on human cell, Kuang-Kai Liu1, Chia-Liang Cheng, Chia-Ching Chang and Jui-I Chao, Nanotechnology, 18 (2007) 325102). 따라서, 나노 다이아몬드는 바이오 이미징 등에 안전하게 사용될 수 있다.In addition, nanodiamonds have not been reported to be toxic to various cell types such as neuroblasts, macrophages and PC-12 cells (Biocompatible and detectable carboxylated nanodiamond on human cells, Kuang-Kai Liu1, Chia-Liang Cheng, Chia). -Ching Chang and Jui-I Chao, Nanotechnology, 18 (2007) 325102). Therefore, nanodiamonds can be safely used for bio imaging and the like.
본 발명에서 나노 다이아몬드의 표면에는 아민기 (amine group)가 형성되어 있다. 상기 나노 다이아몬드 표면의 아민기는 알킬화합물의 이소시아네이트기 (NCO-)와 우레아 결합을 형성하거나, 생분해성 고분자의 카르복실기 (COOH-)와 아마이드 결합을 형성할 수 있다. In the present invention, an amine group is formed on the surface of the nanodiamond. The amine group on the surface of the nanodiamond may form a urea bond with an isocyanate group (NCO-) of an alkyl compound, or may form an amide bond with a carboxyl group (COOH-) of a biodegradable polymer.
상기 나노 다이아몬드의 크기 (평균 입경)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 30 내지 250 nm일 수 있다. 상기 범위 내에서 수용액 또는 유기용매에서의 분산성이 우수하며, 형광 특성을 나타내어 바이오 이미징으로의 사용에 적합하다. The size (average particle diameter) of the nanodiamonds is not particularly limited, and may be, for example, 30 to 250 nm. It is excellent in dispersibility in an aqueous solution or an organic solvent within the above range and exhibits fluorescence properties, which is suitable for use in bio-imaging.
본 발명에서 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 결합하여 형광 특성을 나타낸다. In the present invention, the alkyl compound binds to the nanodiamond and exhibits fluorescence properties.
상기 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트이며, 탄소수 8 내지 20의 알킬 이소시아네이트일 수 있다. 구체적으로 상기 알킬 이소시아네이트 (ISO)는 헥실이소시아네이트 (HI), 옥틸이소시아테이트 (OI), 데실이소시아네이트 (DI), 도데실이소시아네이트 (DDI), 테트라데실이소시아네이트 (TDI) 및 옥타데실이소시아네이트 (ODI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 알킬 이소시아네이트의 사슬 길이, 즉 알킬기의 탄소수가 증가할수록 나노 다이아몬드의 형광 강도가 증가한다. The alkyl compound is alkyl isocyanate, it may be an alkyl isocyanate having 8 to 20 carbon atoms. Specifically, the alkyl isocyanate (ISO) is hexyl isocyanate (HI), octyl isocyanate (OI), decyl isocyanate (DI), dodecyl isocyanate (DDI), tetradecyl isocyanate (TDI) and octadecyl isocyanate (ODI) It may be one or more selected from the group consisting of. As the chain length of the alkyl isocyanate, that is, the carbon number of the alkyl group, increases, the fluorescence intensity of the nanodiamond increases.
본 발명에서 상기 알킬 이소시아네이트의 이소시아네이트기는 나노 다이아몬드의 아민기와 우레아 결합을 통해 결합될 수 있다. In the present invention, the isocyanate group of the alkyl isocyanate may be bonded through an amine group of the nanodiamonds and a urea bond.
본 발명에서 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드의 수분산성을 향상시키기 위해 사용된다. Biodegradable polymer in the present invention is used to improve the water dispersibility of nanodiamonds.
구체적으로, 상기 생분해성 고분자는 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드에 결합되어, 종래 수중에서 분산이 어려웠던 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 분산성을 향상시킬 수 있다. Specifically, the biodegradable polymer is bonded to the nanodiamond combined with the alkyl compound, it is possible to improve the dispersibility of the nano diamond combined with the alkyl compound which is difficult to disperse in the prior art.
이러한 생분해성 고분자는 그 구조 내에 카르복실기를 포함한다. 상기 생분해성 고분자의 카르복실기는 나노 다이아몬드의 아민기와 아마이드 결합을 통해 결합될 수 있다.Such biodegradable polymers contain carboxyl groups in their structure. The carboxyl group of the biodegradable polymer may be bonded through an amide bond with the amine group of the nanodiamond.
이러한 생분해성 고분자로 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol, PEG), 폴리에틸이민, 키토산, 히알루론산, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-글리콜산공중합체(PLGA), 폴리-ε-(카프로락톤)(PCL), 폴리안하이드리드(polyanhydrides), 폴리디옥사논(polydioxanone), 폴리오르토에스테르(polyorthoesters), 폴리비닐알콜(polyviniy alcohol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(poly acrylicacid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드, 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 전술한 종류의 고분자들은 그 구조 내에 카르복실기 (-COOH)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 생분해성 고분자로 폴리에틸렌글리콜 카르복실 메틸산 (poly(ethylene glycol) carboxyl methyl acid, mPEG-COOH)을 사용할 수 있다. Such biodegradable polymers include polyethyleneglycol (PEG), polyethylimine, chitosan, hyaluronic acid, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polylactic acid-glycolic acid copolymer (PLGA), poly-ε- ( Caprolactone (PCL), polyanhydrides, polydioxanone, polyorthoesters, polyviniy alcohols, polyurethanes, polyacrylic acids , Poly-N-isopropyl acrylamide, poly (ethylene oxide) -poly (propylene oxide) -poly (ethylene oxide) copolymer, copolymers thereof, and mixtures thereof. . Polymers of the aforementioned kind include a carboxyl group (-COOH) in its structure. In an embodiment of the present invention, a biodegradable polymer may use polyethylene glycol carboxyl methyl acid (mPEG-COOH).
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노입자는 나노 다이아몬드의 아민기에 알킬화합물, 구체적으로 알킬 이소시아네이트가 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되어 있고, 생분해성 고분자가 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합된 구조를 가진다. 이에 의해 본 발명에 따른 나노 입자는 형광 방출이 가능하면서도, 증가된 수분산성을 부여할 수 있다. As described above, in the nanoparticles according to the present invention, an alkyl compound, specifically an alkyl isocyanate, is bonded through an urea bond (-NC (= O) -N-) to the amine group of the nanodiamond, and the biodegradable polymer is an amide bond. It has a structure coupled via (-NC (= O)-). Thereby, the nanoparticles according to the present invention can emit fluorescence, but can give increased water dispersibility.
상기 나노입자의 크기 (평균 입경)은 30 내지 250 nm일 수 있다. 상기 범위 내에서 수용액 또는 유기용매에서의 분산성이 매우 우수하며, 형광 특성을 나타내어 바이오 이미징으로의 사용에 적합하다.The size (average particle diameter) of the nanoparticles may be 30 to 250 nm. It is very excellent in dispersibility in an aqueous solution or an organic solvent within the above range, and exhibits fluorescence properties, which is suitable for use in bio-imaging.
또한, 본 발명은 전술한 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing the above-described nanoparticles.
본 발명에 따른 나노입자의 제조 방법은 나노 다이아몬드에 알킬화합물 및 생분해성 고분자를 결합시키는 단계를 포함한다.The method for preparing nanoparticles according to the present invention includes the step of bonding an alkyl compound and a biodegradable polymer to nanodiamonds.
본 발명의 나노입자는 나노 다이아몬드 표면에 알킬화합물 및 생분해성 고분자가 결합된 구조를 가질 수 있다. 상기 나노 다이아몬드 표면에의 알킬화합물 및 생분해성 고분자의 결합은 동시에 수행될 수 있으며, 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 일 구체예에서, 나노 다이아몬드를 포함하는 용액에 알킬화합물 및 생분해성 고분자를 동시에 첨가하여 반응시는 방법으로 나노입자를 제조할 수 있다. 일 구체예에서, 나노 다이아몬드를 포함하는 용액에 알킬화합물을 첨가하여 반응시킨 후, 생분해성 고분자를 첨가하여 반응시키는 방법으로 나노입자를 제조할 수 있다. 또한, 일 구체예에서 나노 다이아몬드를 포함하는 용액에 생분해성 고분자를 첨가하여 반응시킨 후, 알킬화합물을 첨가하여 반응시키는 방법으로 나노입자를 제조할 수 있다.The nanoparticles of the present invention may have a structure in which an alkyl compound and a biodegradable polymer are combined on a nanodiamond surface. The bonding of the alkyl compound and the biodegradable polymer to the nanodiamond surface may be performed simultaneously, or may be performed sequentially. In one embodiment, the nanoparticles may be prepared by a method of reacting by simultaneously adding an alkyl compound and a biodegradable polymer to a solution containing nanodiamonds. In one embodiment, the nanoparticles may be prepared by adding and reacting an alkyl compound to a solution including nanodiamonds, and then adding and reacting a biodegradable polymer. In addition, in one embodiment, the nanoparticles may be prepared by a method of adding a biodegradable polymer to a solution including nanodiamonds, followed by reaction by adding an alkyl compound.
본 발명의 실시예에서는 나노 다이아몬드에 알킬화합물을 결합시키는 단계; 및 In an embodiment of the present invention, the step of bonding an alkyl compound to the nanodiamond; And
상기 단계에서 제조된 나노 다이아몬드에 생분해성 고분자를 결합시키는 단계를 통해 나노입자를 제조할 수 있다.The nanoparticles may be prepared by bonding the biodegradable polymer to the nanodiamonds prepared in the above step.
상기 나노 다이아몬드에 알킬화합물을 결합시키는 단계에서는 알킬화합물이 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합을 형성하여, 나노 다이아몬드-알킬화합물 (또는 알킬 이소시아네트), 즉 ND-ISO가 제조될 수 있다. 이때, 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트일 수 있으며, 상기 알킬 이소시아네이트로 전술한 종류를 제한없이 사용할 수 있다.In the step of bonding the alkyl compound to the nanodiamonds, the alkyl compound forms a bond through the urea bond (-NC (= O) -N-) to the nanodiamond, and thus, the nanodiamond-alkyl compound (or alkyl isocyanate), ND-ISO can be produced. In this case, the alkyl compound may be an alkyl isocyanate, and the above-described kind may be used as the alkyl isocyanate without limitation.
상기 단계에서 알킬화합물의 함량은 나노 다이아몬드 100 중량부에 대하여 0.0001 내지 10 중량부 또는 0.001 내지 1 중량부일 수 있다. In this step, the content of the alkyl compound may be 0.0001 to 10 parts by weight or 0.001 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of nanodiamonds.
일 구체예에서, 상기 단계는 나노 다이아몬드를 포함하는 용액에 알킬화합물을 포함하는 용액을 첨가하여 수행하는데, 이때 알킬화합물의 농도는 0.001 내지 1.0 mM일 수 있다. 상기 범위에서 형광 방출 강도가 우수하다. 농도가 1 mM을 초과하는 경우 방출 강도가 오히려 저하되므로, 전술한 범위로 조절하는 것이 좋다. In one embodiment, the step is performed by adding a solution containing an alkyl compound to a solution containing nano diamond, wherein the concentration of the alkyl compound may be 0.001 to 1.0 mM. Fluorescence emission intensity is excellent in the above range. When the concentration exceeds 1 mM, the emission intensity is rather lowered, so it is better to adjust the range described above.
본 발명에서는 나노 다이아몬드에 알킬화합물을 결합시킨 후에, 상기 나노 다이아몬드에 생분해성 고분자를 결합시키는 단계를 수행한다. In the present invention, after the alkyl compound is bonded to the nanodiamond, the step of bonding the biodegradable polymer to the nanodiamond.
이때, 생분해성 고분자로는 전술한 종류를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 폴리에틸렌글리콜 카르복실 메틸산 (poly(ethylene glycol) carboxyl methyl acid, mPEG-COOH)을 사용하였다.In this case, the above-described type may be used as the biodegradable polymer, and in the embodiment of the present invention, polyethylene glycol carboxymethyl acid (poly (ethylene glycol) carboxyl methyl acid, mPEG-COOH) was used.
상기 단계에서는 나노 다이아몬드에 생분해성 고분자가 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되어, 생분해성 고분자-나노 다이아몬드-알킬화합물 (또는 알킬 이소시아네트), 생분해성 고분자-ND-ISO, 즉 나노입자가 최종 제조될 수 있다.In this step, the biodegradable polymer is bonded to the nanodiamond through an amide bond (-NC (= O)-), so that the biodegradable polymer-nano diamond-alkyl compound (or alkyl isocyanate), the biodegradable polymer-ND-ISO In other words, the nanoparticles can be made final.
상기 단계에서 생분해성 고분자의 함량은 나노 다이아몬드 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부 또는 0.01 내지 5 중량부일 수 있다.In this step, the content of the biodegradable polymer may be 0.001 to 10 parts by weight or 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of nanodiamonds.
또한, 생분해성 고분자의 분자량은 5000 이하, 3000 이하, 또는 2000 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드에 우수한 수분산성을 부여할 수 있다. In addition, the molecular weight of the biodegradable polymer may be 5000 or less, 3000 or less, or 2000 or less. Within this range, it is possible to impart excellent water dispersibility to the nanodiamonds to which the alkyl compound is bound.
본 발명에서 도 1은 알킬화합물, 구체적으로 알킬이소시아네이트 (ISO) 및 생분해성 고분자가 결합된 나노 다이아몬드, 즉 나노입자의 제조 방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.In the present invention, Figure 1 is a schematic diagram showing a method for producing an alkyl compound, specifically an alkyl isocyanate (ISO) and a biodegradable polymer combined nano diamond, that is, nanoparticles.
상기 도 1에서는 생분해성 고분자로 mPEG-COOH를 사용하였다. 나노 다이아몬드 표면에 있는 아민기는 먼저 우레아 결합을 통해 ISO와 결합되고, 이어서 아마이드 결합을 통해 mPEG-COOH와 결합된다. In FIG. 1, mPEG-COOH was used as a biodegradable polymer. The amine groups on the nanodiamond surface are first bonded with ISO via urea bonds and then with mPEG-COOH via amide bonds.
본 발명에 따른 나노입자 및 나노입자의 제조방법은 하기와 같은 특징을 가진다. Nanoparticles and a method for producing nanoparticles according to the present invention has the following characteristics.
첫 번째 특징은 나노 다이아몬드의 표면에 알킬화합물을 결합하여 형광을 방출한 것에 있다. 나노 다이아몬드와 알킬화합물은 특정 빛을 조사하였을 때 형광 방출이 불가능하지만, 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드는 형광 방출이 가능하다. 이러한 특성으로 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드는 높은 생체적합성 및 독특한 광학적 특성으로 진단치료가 가능한 나노플랫폼으로 응용될 수 있다. The first feature is the combination of alkyl compounds on the surface of the nanodiamond emits fluorescence. Nanodiamonds and alkyl compounds can not emit fluorescence when irradiated with specific light, but nanodiamonds combined with alkyl compounds can emit fluorescence. Nanodiamond combined with an alkyl compound due to these properties can be applied as a nano platform capable of diagnostic treatment with high biocompatibility and unique optical properties.
두 번째 특징은 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 표면에 항암제, 단백질, 유전자 및 항생제 등과 같은 치료용 재료의 사용이 가능하다는 것에 있다. 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 표면에는 다양한 관능기가 있어, 질병에 맞는 약물을 추가하여 제조가 가능하다. 구체적으로, 본 발명에 따른 나노 다이아몬드는 표면에 아민기를 가지며 상기 아민기에 치료용 재료가 결합될 수 있다. 또는 나노 다이아몬드는 아민기 외의 다른 관능기, 예를들어, 카르복실기 등의 관능기를 가져 상기 상기 다른 관능기에 치료용 재료가 결합될 수 있다. 따라서, 치료의 목적에 따라 종양, 골다공증 및 뇌종양 등의 다양한 질병 치료에 다양하게 적용할 수 있다. The second feature is that it is possible to use therapeutic materials such as anticancer agents, proteins, genes and antibiotics on the surface of the nanodiamond combined with alkyl compounds. The nanodiamond surface to which the alkyl compound is bonded has various functional groups and can be manufactured by adding drugs suitable for diseases. Specifically, the nanodiamond according to the present invention has an amine group on the surface, the therapeutic material may be bonded to the amine group. Alternatively, the nanodiamond may have a functional group such as a carboxyl group other than an amine group, and a therapeutic material may be bonded to the other functional group. Therefore, it can be variously applied to the treatment of various diseases such as tumors, osteoporosis and brain tumors according to the purpose of treatment.
세 번째 특징은 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드의 분산성을 증가하는데 있다. 본 발명에서는 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드에 친수성 소재, 즉 생분해성 고분자를 결합하여 분산도를 극대화할 수 있다.The third feature is to increase the dispersibility of nanodiamonds with alkyl compounds. In the present invention, it is possible to maximize the degree of dispersion by combining a hydrophilic material, that is, a biodegradable polymer to a nanodiamond combined with an alkyl compound.
또한, 네 번째 특징은 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드에서 알킬화합물의 탄소 길이와 농도에 따라 광학적 특성이 변하는 것에 있다. 본 발명에서는 나노 다이아몬드에 결합된 알킬화합물의 종류와 농도에 따라 형광의 조절이 가능하여, 바이오 이미징 뿐만 아니라 진단치료, 바이오센서 등과 같은 분야에 응용 범위가 넓다.In addition, the fourth characteristic is that the optical properties change depending on the carbon length and the concentration of the alkyl compound in the nanodiamond to which the alkyl compound is bonded. In the present invention, it is possible to control the fluorescence according to the type and concentration of the alkyl compound bonded to the nanodiamond, a wide range of applications in fields such as diagnostics, biosensors as well as bio-imaging.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범주는 하기 실시예에 한정되는 것이 아니며 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 도출되는 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형, 수정 또는 응용이 가능하다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, those skilled in the art will understand that the scope of the present invention is not limited to the following examples, and that various modifications, modifications, or applications are possible without departing from the technical matters derived from the matters described in the appended claims. will be.
실시예Example
실시예Example 1. One. 알킬화합물Alkyl compounds 및 생분해성 고분자가 And biodegradable polymers 결합된Combined 형광 나노 다이아몬드 (나노입자) 및 이의 제조 Fluorescent nanodiamonds (nanoparticles) and their preparation
(1) 단계 1: (1) Step 1: 알킬화합물이Alkyl compounds 결합된Combined 나노 다이아몬드 분산액 제조_ND-ISO 제조 Nano Diamond Dispersion Manufacturing_ND-ISO Manufacturing
나노다이아몬드(Neomond, Korea) 30 mg을 디메틸포름아마이드 (N,N-dimethyl formamide, DMF) 15 mL에 넣고, 초음파 (Sonics and Materials Inc., Danbury, CT, USA)를 사용하여 24 시간 동안 교반하여 나노 다이아몬드 분산액 (30 mg/15 mL DMF)을 제조하였다. 알킬화합물 (헥실이소시아네이트, 옥틸이소시아테이트, 데실이소시아네이트, 도데실이소시아네이트, 테트라데실이소시아네이트 또는 옥타데실이소시아네이트) 1 mM를 5 mL DMF에 각각 녹였다.30 mg of nanodiamond (Neomond, Korea) was added to 15 mL of dimethylformamide (N, N-dimethyl formamide, DMF) and stirred for 24 hours using ultrasonics (Sonics and Materials Inc., Danbury, CT, USA). Nanodiamond dispersions (30 mg / 15 mL DMF) were prepared. 1 mM of an alkyl compound (hexyl isocyanate, octyl isocyanate, decyl isocyanate, dodecyl isocyanate, tetradecyl isocyanate or octadecyl isocyanate) was dissolved in 5 mL DMF, respectively.
상기 나노다이아몬드 분산액 (30 mg/15 mL DMF)에 알킬화합물 (5 mL DMF)를 각각 넣고, 24 시간 동안 상온에서 교반하고, 투석 및 동결건조 하여, 알킬화합물이 결합된 나노다이아몬드 분산액을 제조하였다. An alkyl compound (5 mL DMF) was added to the nanodiamond dispersion (30 mg / 15 mL DMF), respectively, stirred at room temperature for 24 hours, and dialyzed and lyophilized to prepare a nanodiamond dispersion in which the alkyl compound was bound.
(2) 단계 2: (2) step 2: 알킬화합물이Alkyl compounds 결합된Combined 나노 다이아몬드의 분산성 향상_mPEG-ND-ISO 제조 Improving Dispersibility of Nano Diamonds_Manufacture of mPEG-ND-ISO
폴리에틸렌글리콜 (mPEG-COOH)는 DMTMM (4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride)과의 아미드 결합 형성에 의해 상기 알킬화합물이 결합된 나노다이아몬드에 결합되었다. Polyethylene glycol (mPEG-COOH) is a compound in which the alkyl compound is bound by amide bond formation with DMTMM (4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride). Bound to nanodiamonds.
구체적으로, 상기 단계 1에서 제조된 알칼화합물이 결합된 나노 다이아몬드 분산액 (5 mL DMF)에 폴리에틸렌글리콜 (mPEG-COOH) 5g 및 DMTMM 70 mg을 첨가하고, 24 시간동안 실온에서 교반하였다. 2일 동안 투석 후, mPEG-COOH로 개질된 나노 다이아몬드를 제조하였다. Specifically, 5 g of polyethylene glycol (mPEG-COOH) and 70 mg of DMTMM were added to the nanodiamond dispersion (5 mL DMF) to which the alkaline compound prepared in
실험예Experimental Example 1: 나노입자 (mPEG-ND-ISO) 특성 측정 1: Measurement of Nanoparticle (mPEG-ND-ISO) Characteristics
나노 다이아몬드 (ND) 및 실시예에서 제조된 나노입자의 특성을 제타전위/사이즈 (Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK)와 UV/vis 스펙트로포토미터 (PerkinElmer, Norwalk, CT, USA)로 측정을 하였으며, 표면 형태를 주사전자현미경 (Hitachi, Tokyo, Japan)을 통해 측정하였다. The properties of nanodiamonds (ND) and nanoparticles prepared in the examples were measured by zeta potential / size (Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK) and UV / vis spectrophotometer (PerkinElmer, Norwalk, CT, USA). , Surface morphology was measured by scanning electron microscope (Hitachi, Tokyo, Japan).
상기 실험예에서는 알킬화합물로 옥타데실 이소시아네이트 (ODI)를 사용하였다. ND, ND-ODI 및 mPEG-ND-ODI (0.1 중량%)를 탈이온수 (D.W.)에 분산시키고, 이들의 제타 전위 및 크기를 21 일 동안 측정 하였다.In the above experimental example, octadecyl isocyanate (ODI) was used as the alkyl compound. ND, ND-ODI and mPEG-ND-ODI (0.1 wt.%) Were dispersed in deionized water (D.W.) and their zeta potential and size were measured for 21 days.
(1) 입자 크기 분포도 및 표면 전하 측정(1) particle size distribution and surface charge measurement
본 발명의 도 2A는 나노 다이아몬드 (ND) 및 나노입자 (mPEG-ND-ODI)의 입자 크기 분포도 및 표면 전하를 측정한 결과를 나타낸다. FIG. 2A of the present invention shows the results of measuring particle size distribution and surface charge of nanodiamonds (ND) and nanoparticles (mPEG-ND-ODI).
ND 및 mPEG-ND-ODI는 각각 22.3 ± 6.5 nm 및 37.6 ± 10.7 nm의 평균 크기를 가진다. mPEG-ND-ODI는 mPEG-COOH와 ODI에 의해 표면이 변형되었으므로, ND 보다 더 큰 크기를 가진다. ND and mPEG-ND-ODI have mean sizes of 22.3 ± 6.5 nm and 37.6 ± 10.7 nm, respectively. mPEG-ND-ODI has a larger size than ND because the surface is modified by mPEG-COOH and ODI.
ND의 제타 전위는 36.5 ± 6.4 mV로 측정되었다. 이는 ND 표면에 존재하는 아민기의 존재에 의한 것이다. mPEG-ND-ODI의 제타 전위는 26.6 ± 0.5 mV로 측정되었으며, 이는 ODI와의 결합에 의한 ND의 아민기의 감소에 의한 것이다.The zeta potential of ND was measured to be 36.5 ± 6.4 mV. This is due to the presence of amine groups present on the ND surface. The zeta potential of mPEG-ND-ODI was measured to be 26.6 ± 0.5 mV, due to the reduction of the amine group of ND by binding to ODI.
(2) 입자 표면 모습 측정(2) particle surface appearance measurement
본 발명의 도 2B는 나노입자 (mPEG-ND-ODI)의 입자 표면을 측정한 SEM 이미지이다.Figure 2B of the present invention is a SEM image of the particle surface of the nanoparticles (mPEG-ND-ODI).
상기 도 2B에서 scale bars의 크기는 50 nm로, 37.6 ± 10.7 nm 크기를 가지는 mPEG-ND-ODI가 제조된 것을 확인할 수 있다. In FIG. 2B, the size of the scale bars is 50 nm, and it can be seen that mPEG-ND-ODI having a size of 37.6 ± 10.7 nm is manufactured.
(3) 물 또는 (3) water or 유기용매에In organic solvents 대한 분산도 측정 Dispersion Measurement for
본 발명의 도 2C는 나노 다이아몬드 (ND), 옥타데실 이소시아네이트가 결합된 나노 다이아몬드 (ND-ODI) 및 나노입자 (mPEG-ND-ODI)의 물 또는 유기용매에 대한 분산도를 측정한 결과를 나타내는 이미지이다. 구체적으로, ND, ODI-ODI 및 mPEG-ND-ODI의 물에서의 분산성 및 ND-ODI의 클로로포름 (CF)에서의 분산성을 나타낸다. Figure 2C of the present invention shows the results of measuring the dispersibility of nano diamond (ND), octadecyl isocyanate bonded nano diamond (ND-ODI) and nano particles (mPEG-ND-ODI) in water or organic solvents Image. Specifically, the dispersibility of ND, ODI-ODI, and mPEG-ND-ODI in water and the dispersibility of ND-ODI in chloroform (CF) are shown.
상기 ND-ODI는 표면에 결합된 ODI의 긴 소수성 사슬로 인해 10 분 이내에 물에서 완전히 침전되며, 클로로포름 등의 유기용매의 사용시에만 완전히 분산된다. 그러나, mPEG-ND-ODI는 소수성인 ODI의 결합에도 불구하고 물에 잘 분산되며, 우수한 수분산성을 가지는 것을 확인할 수 있다.The ND-ODI is completely precipitated in water within 10 minutes due to the long hydrophobic chain of ODI bound to the surface, and is completely dispersed only when using an organic solvent such as chloroform. However, mPEG-ND-ODI is well dispersed in water despite the hydrophobic binding of ODI, it can be confirmed that it has excellent water dispersibility.
(4) UV 흡광도 측정(4) UV absorbance measurement
본 발명의 도 2D는 나노 다이아몬드 (ND), 폴리에틸렌글리콜 (mPEG-COOH) 및 옥타데실 이소시아네이트가 결합된 나노 다이아몬드 (ND-ODI) 및 나노입자 (mPEG-ND-ODI)의 UV 흡광도를 측정한 결과를 나타낸다. Figure 2D of the present invention is a result of measuring the UV absorbance of nanodiamonds (ND), polyethylene glycol (mPEG-COOH) and octadecyl isocyanate bonded nanodiamonds (ND-ODI) and nanoparticles (mPEG-ND-ODI) Indicates.
ND와 mPEG-COOH는 특징적인 피크를 보이지 않았지만, ND-ODI와 mPEG-ND-ODI의 경우 넓은 흡광도 스펙트럼과 342 nm에서 뚜렷한 특성 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다. ND and mPEG-COOH did not show characteristic peaks, but ND-ODI and mPEG-ND-ODI showed broad absorbance spectra and distinct characteristic peaks at 342 nm.
실험예Experimental Example 2: 나노입자에서 2: in nanoparticles 알킬화합물의Alkyl compounds 탄소 길이와 농도에 따른 형광의 변화 측정 Measurement of fluorescence change with carbon length and concentration
나노 다이아몬드 및 실시예 1에서 제조된 나노입자의 광학적 특성을 확인하였다. The optical properties of the nanodiamonds and nanoparticles prepared in Example 1 were confirmed.
구체적으로, ND 및 mPEG-ND-ISO의 수성 분산액 (0.1 mL)을 96-웰 플레이트의 각 웰에 첨가 하였다. 상대 형광 강도 (relative fluorescence intensity, RFU) 스펙트럼은 150-W Xe 램프 (Biotek, Winooski, VT, USA)를 사용하는 형광스펙트로포토미터로 측정 하였다. 방출 스펙트럼 (emission spectra)은 320 nm에서 여기 될 때 600 내지 350 nm의 파장 범위에서 기록되었다. 방출의 슬롯 폭은 10.0 nm였다.Specifically, an aqueous dispersion of ND and mPEG-ND-ISO (0.1 mL) was added to each well of a 96-well plate. Relative fluorescence intensity (RFU) spectra were measured with a fluorescence spectrophotometer using a 150-W Xe lamp (Biotek, Winooski, VT, USA). The emission spectra were recorded in the wavelength range of 600 to 350 nm when excited at 320 nm. The slot width of the emission was 10.0 nm.
본 발명에서 도 3은 나노 다이아몬드 (ND), mPEG-ND, 나노입자 (mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI 및 mPEG-ND-ODI)의 탄소 길이에 따른 분산도를 확인하기 위하여, 21일 동안 크기 변화와 표면 전하 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. In the present invention Figure 3 is a nano diamond (ND), mPEG-ND, nanoparticles (mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI and mPEG-ND-ODI) to determine the dispersion degree according to the carbon length, 21 This graph shows measurements of changes in size and surface charge over days.
형광 특성에 대한 알킬화합물의 알킬 사슬 길이의 효과를 평가하기 위해, 상이한 사슬 길이를 가지는 알킬화합물 (HI, TDI 및 ODI)이 나노 다이아몬드에 결합되었다. 그 결과, ND의 크기 및 제타 전위 모두 21일 동안 유의적으로 변화하지 않았으며, 우수한 안정성을 가지는 것을 확인할 수 있다. In order to evaluate the effect of alkyl chain lengths of alkyl compounds on fluorescence properties, alkyl compounds with different chain lengths (HI, TDI and ODI) were bonded to the nanodiamonds. As a result, both the size of the ND and the zeta potential did not change significantly for 21 days, it can be confirmed that it has excellent stability.
본 발명에서 도 4는 나노 다이아몬드와 나노입자에서 알킬화합물의 탄소 길이에 따른 형광 방출 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프로, 구체적으로, ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-OI, mPEG-ND-DI, mPEG-ND-DDI, mPEG-ND-TDI, 및 mPEG-ND-ODI (0.1 wt%)의 (A) 방출 스펙트럼 및 (B) 방출 강도를 나타내는 그래프이다. 여기 파장은 350 nm로 유지되었다.In the present invention Figure 4 is a graph showing the result of measuring the change in fluorescence emission according to the carbon length of the alkyl compound in the nanodiamonds and nanoparticles, specifically, ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-OI, mPEG- It is a graph which shows the (A) emission spectrum and (B) emission intensity of ND-DI, mPEG-ND-DDI, mPEG-ND-TDI, and mPEG-ND-ODI (0.1 wt%). The excitation wavelength was kept at 350 nm.
결과, ND 그 자체는 매우 약한 방출 스펙트럼을 가지는데, 이는 디토네이션 ND 코어 (detonation ND core)에 질소의 양이 조금이라도 존재했기 때문으로 여겨진다. ND 및 mPEG-ND-ISO들 중 방출 피크의 파장 길이에 약간의 변화가 있었다. 특히, mPEG-ND-ODI는 다른 것들보다 넓은 방출 스펙트럼과 강한 형광 강도를 보였다. mPEG-ND-ODI의 강도는 ND의 약 7배였다. mPEG-ND-ODI의 블루 형광 (blue fluorescence)은 부분 열 분해 (partial thermal degradation) 및 사슬 형태 (chain configurations)에 의해 발생되는 ND에 연결된 ODI의 지방족 사슬의 (폴리)방향족 유사 구조에 기인한 것으로 여겨진다. As a result, ND itself has a very weak emission spectrum, which is believed to be due to the presence of any amount of nitrogen in the detonation ND core. There was a slight change in the wavelength length of the emission peak among the ND and mPEG-ND-ISOs. In particular, mPEG-ND-ODI showed a broader emission spectrum and stronger fluorescence intensity than others. The strength of mPEG-ND-ODI was about 7 times that of ND. The blue fluorescence of mPEG-ND-ODI is due to the (poly) aromatic-like structure of the aliphatic chain of ODI linked to ND caused by partial thermal degradation and chain configurations. Is considered.
도 4B에서 확인할 수 있듯이, 410 nm에서의 방출 강도는 알킬 ISO의 사슬 길이가 증가함에 따라 4606 ± 363에서 10984 ± 426 RFU로 증가하였다. As can be seen in Figure 4B, the emission intensity at 410 nm increased from 4606 ± 363 to 10984 ± 426 RFU as the chain length of the alkyl ISO increased.
또한, mPEG-ND-ODI 표면에서의 ODI의 농도를 변화시켜, ODI 농도가 방출 강도에 미치는 영향을 평가 하였다.In addition, the effect of ODI concentration on the emission intensity was evaluated by changing the concentration of ODI on the mPEG-ND-ODI surface.
본 발명에서 도 5는 ODI가 결합된 나노 다이아몬드에서 ODI의 농도에 따른 형광 방출 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프로, 410 nm에서의 방출 강도의 변화를 도시한다.In the present invention, Figure 5 is a graph showing the result of measuring the change in fluorescence emission according to the concentration of ODI in ODI-bonded nanodiamond, and shows the change in emission intensity at 410 nm.
410 nm에서의 방출 강도는 0.001에서 1 mM까지 ODI의 결합 농도가 증가함에 따라 1444 ± 328에서 10725 ± 492 RFU로 증가하였다. 1 mM 이상의 농도에서는 형광 강도가 급격히 감소한 것을 확인할 수 있다.The emission intensity at 410 nm increased from 1444 ± 328 to 10725 ± 492 RFU with increasing binding concentration of ODI from 0.001 to 1 mM. It can be seen that at a concentration of 1 mM or more, the fluorescence intensity rapidly decreased.
이러한 형광 강도의 감소는 수 중에서 많은 ODI 분자를 가지는 mPEG-ND-ODI의 낮은 수분산성에 기인한다. 따라서, ODI 농도가 1 mM인 mPEG-ND-ODI를 세포 영상 실험에 사용하였다.This decrease in fluorescence intensity is due to the low water dispersibility of mPEG-ND-ODI with many ODI molecules in water. Therefore, mPEG-ND-ODI with an ODI concentration of 1 mM was used for cell imaging experiments.
실험예Experimental Example 3: 나노입자의 세포 3: cells of nanoparticles 생존률Survival rate 측정 Measure
나노 다이아몬드 및 상기 실시예 1에서 제조된 나노입자를 섬유아세포 (NIH/3T3)에 0.1 mL 처리하여 세포 생존률을 확인하였다.Fibroblasts (NIH / 3T3) were treated with nanodiamonds and the nanoparticles prepared in Example 1 to confirm cell viability.
구체적으로, NIH/3T3 세포에 대한 ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, 및 mPEGND-ODI의 세포 독성을 CCK-8 (Cell Counting Kit-8, Dojindo Co. Ltd., Tokyo, Japan)을 사용하여 제조자의 지시에 따라 평가하고, 생존률은 죽은 세포의 수를 전체 세포의 수로 나눈 값으로 계산하였다.Specifically, cytotoxicity of ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, and mPEGND-ODI against NIH / 3T3 cells was determined by CCK-8 (Cell Counting Kit-8, Dojindo Co. Ltd., Tokyo, Japan). ) Was evaluated according to the manufacturer's instructions, and survival was calculated as the number of dead cells divided by the total number of cells.
나노입자의 농도는 20-100 μg/mL로 조절되었다. 각각의 웰에 상이한 ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, 및 mPEG-ND-ODI 나노 입자 농도를 갖는 수용액 (0.1 mL)을 첨가 한 후, 24 시간 배양 한 후 세포 독성을 측정하였다. ND 처리된 세포는 음성 대조군으로 사용되었다.The concentration of nanoparticles was adjusted to 20-100 μg / mL. To each well was added an aqueous solution (0.1 mL) with different ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, and mPEG-ND-ODI nanoparticle concentrations, followed by incubation for 24 hours and then cytotoxicity was measured. . ND treated cells were used as negative control.
본 발명에서 도 6은 NIH/3T3를 사용한 ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, 및 mPEG-ND-ODI의 시험관 내 (in vitro) 세포 생준률을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing the results of measuring the in vitro cell viability of ND, mPEG-ND-HI, mPEG-ND-TDI, and mPEG-ND-ODI using NIH / 3T3.
모든 ND 및 mPEG-ND-ISO는 우수한 세포 생존 능력을 가지는 것을 확인할 수 있다. All ND and mPEG-ND-ISO can be seen to have excellent cell viability.
실험예Experimental Example 4: 나노입자의 세포 흡수 및 바이오 4: Cell Uptake and Bio of Nanoparticles 이미징을Imaging 측정 Measure
상기 실시예 1에서 얻은 알킬화합물이 결합된 나노 다이아몬드를 섬유아세포에 0.1 mL를 처리하여 공초점현미경을 통해 세포 내 흡수를 확인하였다.Fibroblasts were treated with 0.1 mL of the nanodiamonds to which the alkyl compounds obtained in Example 1 were bound to confirm intracellular uptake through a confocal microscope.
먼저, ND 및 mPEG-ND-ISO의 세포 내 분포를 공초점 레이저 스캐닝 현미경 (CLSM, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)을 통해 NIH/3T3 세포를 사용하여 평가 하였다. 구체적으로, 세포를 1 x 105 cells/mL의 밀도로 1 mL DMEM (Dulbecco's phosphate-buffered saline)을 함유하는 8-웰 세포 배양 슬라이드 글라스에 씨딩하였다 (배양 배지는 10% FBS과 1% 항생제 (페니실린 및 스트렙토마이신)가 보충된 DMEM으로 구성됨, Welgene Inc., Korea). 24 시간 배양한 후, 원래의 배지를 100 ㎍/mL ND 및 mPEG-ND-ISO를 함유하는 DMEM으로 대체하였다. 12 시간 후, 세포를 DBPS로 3 회 세척하고, 4% 파라포름알데히드로 15 분간 고정시켰다. 마지막으로, 세포 형태 및 나노 입자 분포를 CLSM으로 관찰하였다.First, intracellular distributions of ND and mPEG-ND-ISO were evaluated using NIH / 3T3 cells via confocal laser scanning microscopy (CLSM, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany). Specifically, cells were seeded in 8-well cell culture slide glasses containing 1 mL Dulbecco's phosphate-buffered saline (DMEM) at a density of 1 × 10 5 cells / mL (culture medium was 10% FBS and 1% antibiotics ( Penicillin and streptomycin) consisting of DMEM supplemented, Welgene Inc., Korea). After 24 hours of incubation, the original medium was replaced with DMEM containing 100 μg / mL ND and mPEG-ND-ISO. After 12 hours, cells were washed three times with DBPS and fixed for 4 minutes with 4% paraformaldehyde. Finally, cell morphology and nanoparticle distribution were observed by CLSM.
도 7은 나노 다이아몬드와 나노 다이아몬드에 결합된 알킬화합물의 세포 내 조형 효과를 측정한 결과를 나타내는 사진으로, 밝은 필드, 405 nm에서 여기하에서 NIH/3T3 세포의 공초점현미경 이미지를 나타낸다.FIG. 7 is a photograph showing the results of measuring intracellular modeling effects of nanodiamonds and alkyl compounds bound to nanodiamonds, and shows confocal microscopy images of NIH / 3T3 cells under excitation at bright field, 405 nm.
ND로 처리한 세포와는 달리, 405 nm의 여기 파장하에서 mPEG-ND-TDI 및 mPEG-ND-ODI가 세포 내부에서 관찰되었다. 이 결과는 mPEG-ND-ISO, 특히 mPEG-ND-ODI가 세포에 의해 흡수되어 세포 생물 이미징을 위한 유용한 나노 플랫폼이 될 수 있음을 나타낸다.Unlike cells treated with ND, mPEG-ND-TDI and mPEG-ND-ODI were observed inside the cells under an excitation wavelength of 405 nm. These results indicate that mPEG-ND-ISO, in particular mPEG-ND-ODI, can be taken up by cells and become a useful nano platform for cellular biological imaging.
Claims (10)
상기 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되어 있고, 상기 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드에 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되어 있으며,
상기 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트인 나노입자.
Nano diamond; Alkyl compounds; And biodegradable polymers,
The alkyl compound is bonded to nanodiamonds through urea bonds (-NC (= O) -N-), and the biodegradable polymer is bonded to nanodiamonds through amide bonds (-NC (= O)-). ,
The alkyl compound is an alkyl isocyanate nanoparticles.
나노 다이아몬드는 표면에 아민기가 형성되어 있는 나노입자.
The method of claim 1,
Nanodiamond is a nanoparticle having an amine group formed on its surface.
알킬 이소시아네이트는 헥실이소시아네이트, 옥틸이소시아테이트, 데실이소시아네이트, 도데실이소시아네이트, 테트라데실이소시아네이트 및 옥타데실이소시아네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 나노입자.
The method of claim 1,
Alkyl isocyanate is at least one nanoparticle selected from the group consisting of hexyl isocyanate, octyl isocyanate, decyl isocyanate, dodecyl isocyanate, tetradecyl isocyanate and octadecyl isocyanate.
생분해성 고분자는 그 구조 내에 카르복실기를 포함하는 나노입자.
The method of claim 1,
Biodegradable polymer is a nanoparticle containing a carboxyl group in its structure.
생분해성 고분자는 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol, PEG), 폴리에틸이민, 키토산, 히알루론산, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-글리콜산공중합체(PLGA), 폴리-ε-(카프로락톤)(PCL), 폴리안하이드리드(polyanhydrides), 폴리디옥사논(polydioxanone), 폴리오르토에스테르(polyorthoesters), 폴리비닐알콜(polyviniy alcohol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아크릴산(poly acrylicacid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드, 폴리(에틸렌옥사이드)-폴리(프로필렌옥사이드)-폴리(에틸렌옥사이드) 공중합체, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 나노입자.
The method of claim 4, wherein
Biodegradable polymers include polyethyleneglycol (PEG), polyethylenimine, chitosan, hyaluronic acid, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polylactic acid-glycolic acid copolymer (PLGA), poly-ε- (capro Lactones (PCL), polyanhydrides, polydioxanone, polyorthoesters, polyviniy alcohols, polyurethanes, polyacrylic acids, A nanoparticle comprising at least one selected from the group consisting of poly-N-isopropylacrylamide, poly (ethyleneoxide) -poly (propyleneoxide) -poly (ethyleneoxide) copolymers, copolymers thereof, and mixtures thereof.
나노입자의 크기는 30 내지 250 nm인 나노입자.
The method of claim 1,
Nanoparticles have a size of 30 to 250 nm.
상기 알킬화합물은 나노 다이아몬드에 우레아 결합 (-N-C(=O)-N-)을 통해 결합되고, 상기 생분해성 고분자는 나노 다이아몬드에 아마이드 결합 (-N-C(=O)-)을 통해 결합되고,
상기 알킬화합물은 알킬 이소시아네이트인 제 1 항에 따른 나노입자의 제조 방법.
Bonding an alkyl compound and a biodegradable polymer to the nanodiamond;
The alkyl compound is bonded to nanodiamonds through urea bonds (-NC (= O) -N-), and the biodegradable polymer is bonded to nanodiamonds through amide bonds (-NC (= O)-),
The alkyl compound is a method for producing a nanoparticles according to claim 1 is alkyl isocyanate.
나노 다이아몬드에 알킬화합물 및 생분해성 고분자를 결합시키는 단계는
나노 다이아몬드에 알킬화합물을 결합시킨 후, 상기 알킬화합물이 결합된 나노다이아몬드에 생분해성 고분자를 결합시키는 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Incorporating alkyl compounds and biodegradable polymers into nanodiamonds
After the bonding of the alkyl compound to the nanodiamond, the method for producing a nanoparticle to bind the biodegradable polymer to the nanodiamond to which the alkyl compound is bonded.
나노 다이아몬드에 알킬화합물을 결합시키는 단계에서 나노 다이아몬드 100 중량부에 대하여 알킬화합물을 0.0001 내지 10 중량부 사용하는 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Method of producing a nanoparticle using 0.0001 to 10 parts by weight of the alkyl compound with respect to 100 parts by weight of nanodiamond in the step of bonding the alkyl compound to the nanodiamond.
나노 다이아몬드에 생분해성 고분자를 결합시키는 단계에서 나노 다이아몬드 100 중량부에 대하여 생분해성 고분자를 0.001 내지 10 중량부 사용하는 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Method of producing a nanoparticle using 0.001 to 10 parts by weight of the biodegradable polymer with respect to 100 parts by weight of nanodiamond in the step of bonding the biodegradable polymer to the nanodiamond.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114085505A (en) * | 2022-01-21 | 2022-02-25 | 旗众科技有限公司 | Environment-friendly composite material for food packaging and preparation method thereof |
| WO2024071530A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 한국표준과학연구원 | Fluorescent nanodiamond coated with porous polydopamine, and use thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090218276A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Brigham Young University | Functionalized diamond particles and methods for preparing the same |
| JP2011132117A (en) * | 2009-11-26 | 2011-07-07 | Nippon Kayaku Co Ltd | Polymerizable nano-diamond and method for producing the same |
| KR20150093397A (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-18 | 고려대학교 산학협력단 | Electrode for wastewater treatment combined diamond coating boron and preparation method thereof |
| KR20160029941A (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-16 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | A method for preparing nano-patterned patch for tissue regeneration |
| KR20170001579A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-04 | 고려대학교 산학협력단 | Biomolecule-polymer nanofiber composite and Preparing method thereof |
-
2018
- 2018-07-30 KR KR1020180088575A patent/KR102591595B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090218276A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Brigham Young University | Functionalized diamond particles and methods for preparing the same |
| JP2011132117A (en) * | 2009-11-26 | 2011-07-07 | Nippon Kayaku Co Ltd | Polymerizable nano-diamond and method for producing the same |
| KR20150093397A (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-18 | 고려대학교 산학협력단 | Electrode for wastewater treatment combined diamond coating boron and preparation method thereof |
| KR20160029941A (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-16 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | A method for preparing nano-patterned patch for tissue regeneration |
| KR20170001579A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-04 | 고려대학교 산학협력단 | Biomolecule-polymer nanofiber composite and Preparing method thereof |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Wet Chemistry Route to Hydrophobic Blue Fluorescent Nanodiamond, Vadym N. Mochalin and Yury Gogotsi, J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 4594-4595. |
| APPLIED SURFACE SCIENCE. 2015. VOL.324. 198-204 PAGES * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114085505A (en) * | 2022-01-21 | 2022-02-25 | 旗众科技有限公司 | Environment-friendly composite material for food packaging and preparation method thereof |
| WO2024071530A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 한국표준과학연구원 | Fluorescent nanodiamond coated with porous polydopamine, and use thereof |
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