KR20200081828A - 카테콜아민 흡착용 자성 나노복합체 및 그의 제조방법 - Google Patents

카테콜아민 흡착용 자성 나노복합체 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

카테콜아민 흡착용 자성 나노복합체 및 그의 제조방법을 개시한다. 상기 자성 나노복합체는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부를 포함하는 자성 나노복합클러스터; 및 상기 자성 나노복합클러스터의 쉘부 상에 위치하고, 보론산기를 포함하는 수용부;를 포함하고, 카테콜아민에 대한 흡착능이 높아 카테콜아민을 흡착하여 추출하고 검출하는데 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

카테콜아민 흡착용 자성 나노복합체 및 그의 제조방법{MAGNETIC NANOCOMPOSITE FOR ADSORBING CATECHOLAMINE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
본 발명은 자성 나노복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카테콜아민 흡착용 자성 나노복합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
카테콜아민(Catecholamine)은 카테콜(catechol)에서 유래된 모노아민 계열 신경전달물질 또는 호르몬을 총칭해서 일컫는 말로, 생체 내 카테콜아민에는 도파민(Dopamine), 노르에피네프린(Norepinephrine), 에피네프린(Epinephrine)이 있다. 그 중에서 도파민(Dopamine, DA)은 인간에게 영향을 줄 수 있는 가장 중요한 카테콜아민 신경 전달 물질 중 하나로, 학습 및 기억 등에도 중요한 역할을 한다.
임상 실습에서 약물 유발성 운동이상증(파킨슨증)은 우울증과 불면증 치료를 위해 처방된 약물인 도파민 수용체 차단제에 의해 유발된다. 따라서 약물 투여 후 도파민의 농도를 정량화할 수 있는 신뢰성 있고 쉬운 기술을 개발할 필요가 있다. 그러나 다양한 구성 요소를 포함하고 있는 생물학적 유체에서 도파민의 농도(0.01-1.0μM)가 낮기 때문에 실시간으로 도파민을 검출하는 것은 매우 어렵다. 또한, 파킨슨병 환자는 나노 몰 수준에서 도파민의 검출이 제한적이다.
고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 및 질량 분석(MS)과 같은 종래의 분석 방법은 처리 시간이 길고 비용이 많이 든다는 단점을 가지고 있다. 형광 및 효소 결합 면역 흡착 검사(ELISA)는 표준 도파민 ~ 10-10M까지 검출할 수 있지만, 혈액 시료의 간섭 성분의 존재로 인해 실제 검출 한계는 ~ 10-8M까지이다. 따라서 정확한 분석을 방해하는 공존하는 성분으로부터 표적 분자를 추출할 수 있는 적절한 방법을 개발하는 것이 중요하다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0103653호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 카테콜아민과 친화도가 높아 카테콜아민을 흡착하여 추출하고 검출하는데 사용할 수 있는 자성 나노복합체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 자성을 이용하여 추출된 카테콜아민을 분리할 수 있는 자성 나노복합체를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 자성 나노복합체를 이용하여 카테콜아민의 농도를 측정할 수 있는 카테콜아민 측정방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부를 포함하는 자성 나노복합클러스터; 및 상기 자성 나노복합클러스터의 쉘부 상에 위치하고, 보론산기(
Figure pat00001
)를 포함하는 수용부;를 포함하는 자성 나노복합체가 제공된다.
또한 상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 1로 표시될 수 있다.
[구조식 1]
Figure pat00002
상기 구조식 1에서,
X는 원자가 결합 또는
Figure pat00003
이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 2로 표시될 수 있다.
[구조식 2]
Figure pat00004
상기 구조식 2에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 3으로 표시될 수 있다.
[구조식 3]
Figure pat00005
상기 구조식 3에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 수용부가 카테콜아민과 공유결합을 형성하여 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용할 수 있다.
또한 상기 수용부의 작용기가 상기 카테콜아민의 히드록시기와 반응하여 시클릭 에스터를 형성함으로써 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용할 수 있다.
또한 상기 자성 나노클러스터가 자성 나노입자가 모여 형성될 수 있다.
또한 상기 자성 나노복합체가 아래 구조식 4로 표시될 수 있다.
[구조식 4]
Figure pat00006
상기 구조식 4에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 자성 나노복합체가 아래 구조식 5로 표시될 수 있다.
[구조식 5]
Figure pat00007
상기 구조식 5에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 자성 나노복합체를 포함하는 카테콜아민 감지센서가 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조하는 단계; (b) 상기 코어부 상에 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 코팅하고 졸-겔 반응시켜 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부가 형성된 자성 나노복합클러스터를 제조하는 단계; (c) 상기 실리카를 포함하는 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 아민기를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
Figure pat00008
)를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 자성 나노복합체의 제조방법가 제공된다.
또한 상기 실리카 전구체가 아래 구조식 6으로 표시될 수 있다.
[구조식 6]
Figure pat00009
상기 구조식 6에서
R4는 C1 내지 C5의 알킬기이다.
또한 상기 단계 (c)의 표면처리가 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 7]
Figure pat00010
상기 구조식 7에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
또한 상기 단계 (d)의 표면처리가 아래 구조식 8로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 8]
Figure pat00011
상기 구조식 8에서,
p는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
또한 상기 단계 (d)의 표면처리가 환원성 아민화 반응(reductive amination reaction)을 통하여 수행될 수 있다.
또한 상기 단계 (d)가 (d-1) 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 카르복실기를 형성하는 단계; 및 (d-2) 상기 카르복실기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
Figure pat00012
)를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 상기 단계 (d-1)의 표면처리가 아래 구조식 9로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 9]
Figure pat00013
상기 구조식 9에서,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이다.
또한 상기 단계 (d-2)의 표면처리가 아래 구조식 10으로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 10]
Figure pat00014
상기 구조식 10에서,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
또한 상기 단계 (a)가 (a-1) 금속염을 공침법을 사용하여 금속산화물 나노입자를 제조하는 단계; (a-2) 유기산 또는 그의 금속염과 상기 금속산화물 나노입자를 접촉시켜 상기 나노입자가 응집하여 형성된 자성 나노클러스터를 제조하는 단계; 및 (a-3) 유기산을 포함하는 상기 자성 나노클러스터를 표면 처리하여 표면 상에 실리콘-산소 결합을 갖는 기(
Figure pat00015
)를 갖는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한 상기 단계 (a-3)의 표면처리가 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 7]
Figure pat00016
상기 구조식 7에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 자성 나노복합체를 이용하여 카테콜아민을 감지하는 카테콜아민 감지방법이 제공된다.
본 발명의 자성 나노복합체는 카테콜아민에 대한 흡착능이 높아 카테콜아민을 흡착하여 추출하는데 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 자성 나노복합체는 자성을 이용하여 추출된 카테콜아민, 바람직하게는 도파민을 분리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 자성 나노복합체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 자성 나노복합체를 이용한 폴리도파민의 형광 검출을 나타내는 개략도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 1에 따른 A-Fe3O4 및 Fe3O4 @ SiO2의 SEM 이미지이고, (c) 및 (d)는 각각 실시예 1에 따른 A-Fe3O4 및 Fe3O4 @ SiO2의 TEM 이미지이다.
도 4는 실시예 1에 따른 Fe3O4, Fe3O4 @ SiO2 및 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 VSM에 의해 측정된 자기이력곡선(Hysteresis loops)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2에 따른 Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS, Fe3O4 @ SiO2 @ SA 및 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 진동 시료 자력측정(vibrating sample magnetometry, VSM)에 의해 측정된 자기이력곡선(Hysteresis loops)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1에 따른 Fe3O4, Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS 및 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 FTIR 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 2에 따른 Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS, Fe3O4 @ SiO2 @ SA 및 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 FTIR 스펙트럼이다.
도 8a는 100μM DA 용액에 NaOH(0.2M)를 첨가한 후 서로 다른 시간의 PL(Photoluminescence) 스펙트럼이다.
도 8b는 0.02~20μM의 표준 도파민 농도 범위에 대한 463nm에서의 형광 강도 표준 곡선이다.
도 9는 실시예 1에 따라 제조된 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA를 DA 용액에 첨가하기 전과 후의 용액의 형광 강도를 비교한 것이다.
도 10은 실시예 2에 따라 제조된 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 DA 용액의 pH 변화에 따른 도파민 흡착능을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 2에 따라 제조된 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 진탕(shaking) 시간에 따른 도파민 흡착능을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 2에 따라 제조된 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA를 DA 용액에 첨가하기 전과 후의 DA 용액의 형광 강도를 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부를 포함하는 자성 나노복합클러스터; 및 상기 자성 나노복합클러스터의 쉘부 상에 위치하고, 보론산기(
Figure pat00017
)를 포함하는 수용부;를 포함하는 자성 나노복합체를 제공한다.
상기 수용부는 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 1로 표시될 수 있다.
[구조식 1]
Figure pat00018
상기 구조식 1에서,
X는 원자가 결합 또는
Figure pat00019
이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 2로 표시될 수 있다.
[구조식 2]
Figure pat00020
상기 구조식 2에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기, 바람직하게는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기, 보다 바람직하게는 수소원자이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나, 바람직하게는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나, 보다 바람직하게는 1이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나, 바람직하게는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나, 보다 바람직하게는 2 내지 4의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 수용부는 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 3으로 표시될 수 있다.
[구조식 3]
Figure pat00021
상기 구조식 3에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기, 바람직하게는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기, 보다 바람직하게는 수소원자이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기, 보다 바람직하게는 수소원자이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고, 바람직하게는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기, 보다 바람직하게는 수소원자이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고, 바람직하게는 원자가 결합이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나, 바람직하게는 0 내지 3의 정수 중 어느 하나, 보다 바람직하게는 0이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나, 바람직하게는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나, 보다 바람직하게는 2 내지 4의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
상기 수용부는 카테콜아민과 공유결합을 형성하여 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용할 수 있다.
상기 수용부의 작용기는 상기 카테콜아민의 히드록시기와 반응하여 시클릭 에스터를 형성함으로써 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용할 수 있다.
상기 자성 나노클러스터는 자성 나노입자가 모여 형성될 수 있다.
상기 자성 나노입자는 자철광(magnetite, Fe3O4) 및 마그헤마이트(maghemite, γ-Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 자철광을 포함할 수 있다.
상기 자성 나노복합체는 카테콜아민을 추출하기 위한 것일 수 있다.
상기 자성 나노복합체는 아래 구조식 4로 표시될 수 있다.
[구조식 4]
Figure pat00022
상기 구조식 4에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
또한 상기 자성 나노복합체는 아래 구조식 5로 표시될 수 있다.
[구조식 5]
Figure pat00023
상기 구조식 5에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
n1 + n2 = 3이다.
본 발명은 상기 자성 나노복합체를 포함하는 카테콜아민 감지센서를 제공한다.
도 1은 본 발명의 자성 나노복합체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 자성 나노복합체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조한다(단계 a).
단계 (a)는 구체적으로 세 단계로 나누어 수행될 수 있다.
먼저, 금속염을 공침법을 사용하여 금속산화물 나노입자를 제조한다(단계 a-1).
상기 금속염은 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd 및 Cr 중에서 선택된 1종 이상과 불소, 염소, 브롬 및 요오드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 금속염을 극성용매에 용해시켜 사용할 수 있다.
상기 극성용매로서 물, 알코올, 에스테르 또는 에테르를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
아래 반응식을 참고로 설명하면, 상기 금속염은 공침법을 사용하여 금속산화물 나노입자를 형성할 수 있다. 공침이란 이온들이 만나서 함께 침전한다는 의미로 예를 들면 금속염인 FeCl2와 FeCl3를 몰비 1:2로 물에 녹여 섞은 후 암모니아수를 넣어주면 아래 반응식에 따라 금속산화물로서 자기 나노입자인 Fe3O4가 만들어지고 금속산화물인 자기 나노입자가 서로 회합하기 시작한다.
[반응식]
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- → Fe3O4 + 4H2O
상기 금속산화물, 예를 들어 Fe3O4는 강자성을 띠는 입자로 수nm~ 수십nm의 크기를 가진다. 여기서 강자성이란, 외부 자기장이 없는 상태에서도 자화되는 물질의 자기적 성질을 가리킨다.
다음으로, 유기산 또는 그의 금속염과 상기 금속산화물 나노입자를 접촉시켜 상기 나노입자가 응집하여 형성된 자성 나노클러스터를 제조한다(단계 a-2).
상기 서로 회합하는 금속산화물인 자기 나노입자에 상기 유기산 또는 그의 금속염, 예를 들면 구연산나트륨 등을 첨가하면 금속산화물인 자기 나노입자의 회합이 멈추면서 유기산이 표면에 캡핑된 자성 나노클러스터가 제조된다.
상기 유기산은 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 구연산 및 말레산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 구연산을 포함할 수 있다.
상기 공침법으로 금속산화물 입자가 생성되기 시작한 시간부터 상기 유기산을 첨가한 시간까지의 시간 간격(T1)을 조절하여 상기 자성 나노클러스터의 크기를 조절할 수 있다. 시간 간격(T1)은 1 내지 2,000초, 바람직하게는 10 내지 1,000초, 보다 바람직하게는 20 내지 700초이다. 시간 간격(T1)이 1초 미만이면 자성 나노클러스터의 크기가 너무 작아 자성 민간도가 떨어져 나노복합체가 영상진단 및 표적지향성이 저하될 우려가 있으며, 2,000초를 초과하면 자성 나노클러스터의 크기가 너무 커 생체로 투입된 나노복합체가 혈관을 막을 우려가 있다.
또한 상기 유기산의 농도와 투입량을 변화시켜 상기 자성 나노클러스터의 사이즈를 조절할 수 있다.
마지막으로, 유기산을 포함하는 상기 자성 나노클러스터를 표면 처리하여 표면 상에 실리콘-산소 결합을 갖는 기(
Figure pat00024
)를 갖는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조한다(단계 a-3).
단계 (a-3)의 표면처리는 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 7]
Figure pat00025
상기 구조식 7에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
상기 유기산을 포함하는 자성 나노클러스터는 표면에 카르복실기가 존재하므로 상기 구조식 7로 표시되는 화합물에 존재하는 아민기와 축합반응하여 물이 빠져나가면서 아미드기가 형성되고 표면에 알콕시실란기가 존재하는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부가 제조된다.
다음으로, 상기 코어부 상에 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 코팅하고 졸-겔 반응시켜 상기 코어부를 둘러싸는 실리카( SiO 2 )를 포함하는 쉘부가 형성된 자성 나노복합클러스터를 제조한다(단계 b).
상기 실리카 전구체는 아래 구조식 6으로 표시될 수 있다.
[구조식 6]
Figure pat00026
상기 구조식 6에서
R2는 C1 내지 C5의 알킬기이다.
상기 코어부의 표면에 존재하는 알콕시실란기는 상기 구조식 6으로 표시되는 화합물의 알콕시실란기와 반응하고 졸-겔 반응하여 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부가 형성된 자성 나노복합클러스터가 제조된다.
상기 실리카를 포함하는 쉘부는 상기 코어부를 보호해줄 뿐만 아니라 수용액상에서의 분산성과 산화안정성을 확보해준다.
상기 실리카 전구체는 상기 코어부 상에 실리카 쉘부를 형성할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니지만 테트라메틸 오르토실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS) 및/또는 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)와 같은 알콕시 실란을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테트라에틸 오르토실리케이트를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 실리카를 포함하는 쉘부를 표면 처리하여 상기 쉘부 상에 아민기를 형성한다(단계 c).
단계 (c)의 표면처리는 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 7]
Figure pat00027
상기 구조식 7에서,
R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
상기 구조식 7로 표시되는 화합물은 3-아미노프로필-트라이메톡시실란((3-aminopropyl)-trimethoxysilane, APTMS)일 수 있다.
상기 아민기는 아미노기(-NH2)일 수 있다.
마지막으로, 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면 처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
Figure pat00028
)를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조한다(단계 d).
단계 (d)의 표면처리는 아래 구조식 8로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 8]
Figure pat00029
상기 구조식 8에서,
p는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
상기 구조식 8로 표시되는 화합물은 4-포르밀페닐보론산(4-formylphenylboronic acid, FPBA)일 수 있다.
또한 단계 (d)의 표면처리는 환원성 아민화 반응(reductive amination reaction)을 통하여 수행될 수 있다.
상기 환원성 아민화 반응에서 사용하는 환원제는 나트륨 시아노보로하이드리드(sodium cyanoborohydride) 및 나트륨 트리아세톡시보로하이드라이드(sodium triacetoxyborohydride)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 나트륨 시아노보로하이드리드를 포함할 수 있다.
상기 단계 (d)는 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 one-step으로 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기를 포함하는 수용부를 형성하여 자성 나노복합체를 제조하기 때문에 제조공정이 간단하나 시간이 오래 걸린다.
상기 단계 (d)는 (d-1) 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 카르복실기를 형성하는 단계; 및 (d-2) 상기 카르복실기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
Figure pat00030
)를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 단계 (d-1)의 표면처리는 아래 구조식 9로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 9]
Figure pat00031
상기 구조식 9에서,
R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이다.
상기 구조식 9로 표시되는 화합물은 석신산 무수물(succinic anhydride) 또는 글루타르산 무수물(Glutaric anhydride)일 수 있으며, 바람직하게는 석신산 무수물일 수 있다.
상기 단계 (d-2)의 표면처리는 아래 구조식 10으로 표시되는 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
[구조식 10]
Figure pat00032
상기 구조식 10에서,
p는 0 내지 5, 바람직하게는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
상기 구조식 10으로 표시되는 화합물은 3-아미노페닐보론산(3-aminophenylboronic acid, APBA)일 수 있다.
상기 단계 (d-1) 및 (d-2)는 two-step으로 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 카르복실기를 형성한 다음 다시 표면처리하여 보론산기를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 것이나, 상기 단계 (d)에서 one-step으로 제조하는 것보다 걸리는 시간이 짧다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 자성 나노복합체를 이용하여 카테콜아민을 감지하는 카테콜아민 감지방법을 제공한다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 자성 나노복합체(Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ FPBA)의 제조
코어부 제조
비커에 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O) 29.4g과 DI water 100ml을 넣고 20분 정도 교반시켜 주어 충분히 용해시킨다. 그리고 다른 비커에 염화제이철(Cl3Fe6H20) 7.2g과 염화제일철(Cl2Fe4H20) 6.0g, DI water 25ml를 넣고, 10분 정도 교반시켜 주어 충분히 용해시킨다. 염화제이철(Cl3Fe6H20)과 염화제일철(Cl2Fe4H20)을 녹여준 비커에 수산화암모늄(NH4OH) 20ml을 5ml씩 사방에서 넣어준다. 그리고 5분 후에 구연산나트륨(Na3C6H5O72H2O)을 녹인 용액을 넣어준 후, 3시간 동안 600rpm에서 교반시킨다. 아세톤과 DI Water로 정제를 한 후 DI Water 50ml를 넣고 이중관반응기에서 교반시켜 주면서 70℃에서 2시간 동안 환류시켜 Citrate-capped 자성 나노클러스터(C-Fe3O4)를 제조하였다. 본 명세서의 도 1, 도 4 및 도 6에서는 Citrate-capped 자성 나노클러스터를 Fe3O4 라고 기재하였다.
반응기에 상기 C-Fe3O4 10ml와 DI Water 50ml를 넣고 교반시켜 주면서 APTMS(3-Aminopropyltrimethoxysilane) 200μl를 넣어주고, 70℃에서 환류시키면서 2시간 동안 600rpm에서 교반시켜준다. 교반이 끝난 후 Sample을 취하여 10,000rpm에서 10분간 3번 원심분리를 하여 APTMS-complexed 자성 나노클러스터(A-Fe3O4)를 20ml 제조하고 분리하여 코어부를 제조하였다.
자성 나노복합클러스터(Fe 3 O 4 @ SiO 2 ) 제조
반응기에 상기 코어부 1ml, 에탄올 80ml를 넣고 Sonicator에서 분산시켰다. 수산화암모늄(NH4OH) 5ml를 넣고 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 200ul를 30분간격으로 100ul씩 넣은 후에 30℃, 600rpm에서 18시간 동안 교반시키면서 반응을 진행시켰다. 교반이 끝난 후 Sample을 취하여 8,500rpm에서 10분간 3번 원심분리를 한 후 최종적으로 코어쉘(자성 나노클러스터-실리카) 구조의 자성 나노복합클러스터(Fe3O4 @ SiO2) 30ml를 만들었고, Fe3O4 @ SiO2의 사이즈는 100±0.6nm이었다.
자성 나노복합체(Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ FPBA) 제조
반응기에 상기 Fe3O4 @ SiO2 30ml, APTMS 0.2ml를 넣어주고, 30℃에서 2시간 동안 600rpm에서 교반한 다음 70℃에서 2시간 동안 600rpm에서 교반하여 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터(Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS)를 제조하였다.
상기 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS를 에탄올로 3회 세척하고 30ml의 에탄올에 분산시켰다. 이어서, 여기에 4-포르밀페닐보론산(4-FPBA) 0.2g 및 나트륨시아노보로하이드라이드(NaBH3CN) 0.54g을 첨가하고 실온에서 72시간 동안 600rpm에서 교반하여 만들어진 최종 산물을 에탄올 및 DI water로 여러번 세척하고 60℃의 진공 오븐에서 건조시켜 자성 나노복합체(Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA)를 제조하였다. 이때, 상기 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS로부터 상기 자성 나노복합체(Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA)를 제조하는 데 걸린 반응시간은 72시간이었다.
실시예 2: 자성 나노복합체(Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ APBA)의 제조
코어부 및 자성 나노복합클러스터(Fe 3 O 4 @ SiO 2 ) 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 코어부 및 자성 나노복합클러스터(Fe3O4 @ SiO2)를 제조하였고, Fe3O4 @ SiO2의 사이즈는 181±5nm이었다.
자성 나노복합체(Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ APBA) 제조
반응기에 상기 Fe3O4 @ SiO2 30ml, APTMS 0.2ml를 넣어주고, 30℃에서 2시간 동안 600rpm에서 교반한 다음 70℃에서 2시간 동안 600rpm에서 교반하여 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터(Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS)를 제조하였다.
상기 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS를 에탄올로 3회 세척하고 30ml의 에탄올에 분산시켰다. N,N-디메틸포름아마이드(N, N-dimethylformamide)에 10% 석신산(succinic acid)을 용해시킨 용액 30ml에 상기 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS 용액 30ml를 500ul씩 넣은 후 N2 대기 하에 5시간 동안 600rpm에서 교반하여 카르복실기가 형성된 자성 나노복합클러스터(Fe3O4 @ SiO2 @ SA)를 제조하였다. 이때, 상기 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS로부터 상기 Fe3O4 @ SiO2 @ SA를 제조하는 데 걸린 반응시간은 5시간이었다.
상기 Fe3O4 @ SiO2 @ SA를 외부 자석을 사용하여 아세톤으로 반복적으로 세척하고 30ml의 DI water(HPLC grade)에 분산시켰다. 이어서, 여기에 EDC(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride) 24mg 및 NHS(N-Hydroxysuccinimide) 27mg을 넣고 15분 동안 혼합한 다음, 3-아미노페닐보론산(3-aminophenylboronic acid) 8㎎을 첨가하여 5시간 동안 600rpm에서 교반하였다. 만들어진 최종 산물을 에탄올 및 DI water로 여러번 세척하고 60℃의 진공 오븐에서 건조시켜 자성 나노복합체(Fe3O4 @ SiO2 @ APBA)를 제조하였다. 이때, 상기 Fe3O4 @ SiO2 @ SA로부터 상기 자성 나노복합체(Fe3O4 @ SiO2 @ APBA)를 제조하는 데 걸린 반응시간은 5시간이었다. 만들어진 최종 산물을 DI water로 3번 세척하고 Tris-HCl 완충 용액(pH 8.0)에 분산시켰다.
[시험예]
시험예 1: SEM 및 TEM 분석
도 3의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 1에 따른 A-Fe3O4 및 Fe3O4 @ SiO2의 SEM 이미지이고, (c) 및 (d)는 각각 실시예 1에 따른 A-Fe3O4 및 Fe3O4 @ SiO2의 TEM 이미지이다. 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, A-Fe3O4는 준 구형(quasi spherical)이고, Fe3O4 @ SiO2는 구형인 것을 확인할 수 있었다. 도 3의 (c) 및 (d)를 참조하면, A-Fe3O4는 응집된 자성 나노클러스터(Fe3O4)로 구성되어 있고, Fe3O4 @ SiO2는 실리카 매트릭스 안에 응집된 자성 나노클러스터(Fe3O4)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 2: 자력 측정 분석
도 4는 실시예 1에 따른 Fe3O4, Fe3O4 @ SiO2 및 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 VSM에 의해 측정된 자기이력곡선(Hysteresis loops)을 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, Fe3O4는 자기모멘트가 약 50emu/g인 반면, Fe3O4 @ SiO2 및 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA는 비자성 실리카층 및 FPBA 리간드의 첨가로 인해 각각 20emu/g 및 7emu/g의 낮은 자화를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 도 4에 삽입된 이미지는 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA가 외부 자기장이 없는 용액에서는 잘 분산되어 있지만 영구 자석에 의해 완전히 끌린다는 것을 명확하게 나타낸다.
도 5는 실시예 2에 따른 Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS, Fe3O4 @ SiO2 @ SA 및 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 진동 시료 자력측정(vibrating sample magnetometry, VSM)에 의해 측정된 자기이력곡선(Hysteresis loops)을 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, Fe3O4 @ SiO2의 자기모멘트는 약 7.2emu/g인 반면, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS, Fe3O4 @ SiO2 @ SA 및 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA는 쉘부에 형성된 기능기(functional group)로 인해 각각 약 7.1emu/g, 6.6emu/g 및 5.3emu/g를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 쉘부가 기능화된(functionalized) Fe3O4 @ SiO2의 포화 자성은 기능기의 길이가 증가함에 따라 점차 감소하였다. 도 5에 삽입된 이미지는 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA가 외부 자기장이 없는 용액에서는 잘 분산되어 있지만 영구 자석에 의해 완전히 끌린다는 것을 명확하게 나타낸다.
도 4 및 도 5에서 Fe3O4 @ SiO2의 자기모멘트는 각각 20emu/g, 7.2emu/g이었고, 이는 사이즈의 차이에서 기인한 것으로 분석되었다. Fe3O4 @ SiO2를 레퍼런스로 하여 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA와 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 자기모멘트를 계산할 경우 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA가 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 약 2.1 배 큰 값을 가질 것으로 분석되었다.
시험예 3: FTIR 스펙트럼 분석
도 6은 실시예 1에 따른 Fe3O4, Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS 및 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 FTIR 스펙트럼이다. 도 6을 참조하면, Fe3O4는 630cm-1에서 Fe-O 결합의 신축 진동(stretching vibration)에 대응하는 피크가 나타나고, Fe3O4 @ SiO2는 1085cm-1에서 Si-O-Si 결합의 신축 진동에 대응하는 피크를 나타냈다. Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS는 3333cm-1 및 1450cm-1에서 기능화(functionalized)된 APTMS의 아미노기(-NH2)에 해당하는 피크를 나타냈다. Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA는 1180cm-1 및 1082cm-1에서 FPBA에 대한 특징적인 피크를 나타내었다. 이는 아민기가 형성된 Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS에 대한 FPBA의 성공적인 결합을 나타낸다.
도 7은 실시예 2에 따른 Fe3O4 @ SiO2, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS, Fe3O4 @ SiO2 @ SA 및 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 FTIR 스펙트럼이다. 도 7을 참조하면, Fe3O4 @ SiO2와 비교하여, Fe3O4 @ SiO2 @ APTMS는 기능화된 APTMS의 아민기에 해당하는 1550cm-1 및 1450cm-1에서 피크를 나타냈다. Fe3O4 @ SiO2 @ SA는 기능화된 SA의 카르복실기에 상응하는 1640cm-1 및 1600cm-1에서 피크를 나타냈다. Fe3O4 @ SiO2 @ APBA는 Fe3O4 @ SiO2 @ SA의 카르복실기와 APBA의 아민기 사이의 반응을 나타내는 아미드기(-CONH)에 해당하는 1650cm-1에서 피크를 나타냈다. Fe3O4 @ SiO2 @ APBA는 또한 1380cm-1에서 B-O 결합의 신축 진동 및 1450cm-1에서 벤젠 고리에 대응하는 피크를 나타내었고, 이는 보론산 작용기의 성공적인 결합을 나타낸다.
시험예 4: Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ FPBA의 도파민(DA) 흡착능 분석
도 8a는 100μM DA 용액에 NaOH(0.2M)를 첨가한 후 서로 다른 시간의 PL(Photoluminescence) 스펙트럼을 보여준다. 처음 30분 동안 약 463nm와 530nm에서 두 개의 방출 피크가 나타나고 점차 강도가 증가했다. 그 후, 530nm에서의 피크는 감소하고, 2시간 후에 사라졌다. 한편, 463nm의 피크는 서서히 나타나 1시간 후에 최대 강도를 보였다. 도 8b는 0.02~20μM의 표준 DA 농도 범위에 대한 463nm에서의 형광 강도 표준 곡선을 나타낸 것으로, 형광 강도(R2 = 0.998)의 우수한 선형성을 보여준다. 그러나 50nM 이하에서는 표준 곡선의 선형성에서 크게 벗어나는 것으로 확인되었다.
도 2는 본 발명의 자성 나노복합체를 이용한 폴리도파민의 형광 검출을 나타내는 개략도이다. 도 2를 참고하면, Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 도파민(DA) 흡착능을 분석하기 위한 실험방법은 다음과 같다. DA(2μM)가 들어있는 용액 2mL에 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA 4mg을 첨가하여 1시간 동안 부드럽게 진탕(shaking)한 후, 외부 자기 막대를 사용하여 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA에 의해 흡착되지 않은 잔류 DA 용액으로부터 DA를 흡착한 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA 입자를 분리하여 제거하였다. 잔류 DA의 중합은 200μL의 NaOH(0.2M)를 첨가함으로써 개시되어, 알칼리 조건(pH 12) 하에서 형광성 폴리도파민의 형성을 유도하였다. 이후, 1.0M HCl 40μL를 첨가하여 반응을 종결시켰다. 잔류 DA는 도파민이 폴리도파민으로 완전히 전환된 후 463nm에서의 형광 강도의 차이에 의해 정량화될 수 있다.
도 9는 실시예 1에 따라 제조된 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA를 DA 용액에 첨가하기 전과 후의 DA 용액의 형광 강도를 비교한 그래프이다. 도 9를 참조하면, Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA에 의한 흡착 공정이 완료된 후 형광 강도가 감소하였으며, 이는 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA가 높은 흡착능(57μg of DA/g of Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA)을 가진다는 것을 나타낸다.
시험예 5: Fe 3 O 4 @ SiO 2 @ APBA의 도파민(DA) 흡착능 분석
Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 DA 흡착능을 분석하기 위한 실험방법은 시험예 4에서 실시예 1의 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 DA 흡착능을 분석하기 위한 실험방법에서 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA 대신에 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA를 사용하는 것을 제외하고는 동일하다.
도 10은 실시예 2의 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 DA 용액의 pH 변화에 따른 도파민 흡착능을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, pH 증가에 따라 흡착능이 증가하며, pH 9.0에서 최댓값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, pH 9 이상에서 도파민의 불안정성으로 인해 최적 pH는 8.5로 설정되었다.
도 11은 실시예 2의 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 진탕(shaking) 시간에 따른 도파민 흡착능을 나타내는 그래프이다. 도 11을 참조하면, 처음 30분 동안 흡착능은 증가하고 그 후에는 일정하게 유지되어 최적 시간은 30분으로 설정되었다.
도 12는 실시예 2의 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA를 DA 용액에 첨가하기 전과 후의 DA 용액의 형광 강도를 비교한 그래프이다. 도 12를 참조하면, Fe3O4 @ SiO2 @ APBA는 우수한 흡착능(51μg of DA/g of Fe3O4 @ SiO2 @ APBA)을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
도 9 및 도 12를 참고하면, Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA와 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 흡착능이 각각 57μg of DA/g of Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA 및 51μg of DA/g of Fe3O4 @ SiO2 @ APBA이었고, 이는 사이즈의 차이에서 기인한 것으로 분석되었다. 동일한 사이즈일 경우 Fe3O4 @ SiO2 @ APBA의 흡착능이 증가하여 Fe3O4 @ SiO2 @ FPBA의 흡착능과 동일하거나 더 우수할 것으로 분석되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부를 포함하는 자성 나노복합클러스터; 및
    상기 자성 나노복합클러스터의 쉘부 상에 위치하고, 보론산기(
    Figure pat00033
    )를 포함하는 수용부;를
    포함하는 자성 나노복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체:
    [구조식 1]
    Figure pat00034

    상기 구조식 1에서,
    X는 원자가 결합 또는
    Figure pat00035
    이고,
    R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
    n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
    n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
    n1 + n2 = 3이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체:
    [구조식 2]
    Figure pat00036

    상기 구조식 2에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
    n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
    n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
    n1 + n2 = 3이다.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수용부가 상기 쉘부에 공유결합으로 연결되고, 아래 구조식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체:
    [구조식 3]
    Figure pat00037

    상기 구조식 3에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
    n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
    n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
    n1 + n2 = 3이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용부가 카테콜아민과 공유결합을 형성하여 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수용부의 작용기가 상기 카테콜아민의 히드록시기와 반응하여 시클릭 에스터를 형성함으로써 상기 카테콜아민을 상기 자성 나노복합체에 수용하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자성 나노클러스터가 자성 나노입자가 모여 형성된 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자성 나노복합체가 아래 구조식 4로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체:
    [구조식 4]
    Figure pat00038

    상기 구조식 4에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
    n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
    n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
    n1 + n2 = 3이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자성 나노복합체가 아래 구조식 5로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체:
    [구조식 5]
    Figure pat00039

    상기 구조식 5에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이고,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이고,
    n1은 0 내지 2의 정수 중 어느 하나이고,
    n2는 1 내지 3의 정수 중 어느 하나이고,
    n1 + n2 = 3이다.
  10. 제1항에 따른 자성 나노복합체를 포함하는 카테콜아민 감지센서.
  11. (a) 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조하는 단계;
    (b) 상기 코어부 상에 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 코팅하고 졸-겔 반응시켜 상기 코어부를 둘러싸는 실리카(SiO2)를 포함하는 쉘부가 형성된 자성 나노복합클러스터를 제조하는 단계;
    (c) 상기 실리카를 포함하는 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 아민기를 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
    Figure pat00040
    )를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 단계;를
    포함하는 자성 나노복합체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실리카 전구체가 아래 구조식 6으로 표시되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 6]
    Figure pat00041

    상기 구조식 6에서
    R4는 C1 내지 C5의 알킬기이다.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (c)의 표면처리가 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 7]
    Figure pat00042

    상기 구조식 7에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 표면처리가 아래 구조식 8로 표시되는 화합물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 8]
    Figure pat00043

    상기 구조식 8에서,
    p는 1 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 (d)의 표면처리가 환원성 아민화 반응(reductive amination reaction)을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (d)가
    (d-1) 상기 아민기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 카르복실기를 형성하는 단계; 및
    (d-2) 상기 카르복실기가 형성된 자성 나노복합클러스터의 쉘부를 표면처리하여 상기 쉘부 상에 보론산기(
    Figure pat00044
    )를 포함하는 수용부가 형성된 자성 나노복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (d-1)의 표면처리가 아래 구조식 9로 표시되는 화합물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 9]
    Figure pat00045

    상기 구조식 9에서,
    R2는 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    R3은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    L은 원자가 결합 또는 메틸렌기이다.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (d-2)의 표면처리가 아래 구조식 10으로 표시되는 화합물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 10]
    Figure pat00046

    상기 구조식 10에서,
    p는 0 내지 5의 정수 중 어느 하나이다.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (a)가
    (a-1) 금속염을 공침법을 사용하여 금속산화물 나노입자를 제조하는 단계;
    (a-2) 유기산 또는 그의 금속염과 상기 금속산화물 나노입자를 접촉시켜 상기 나노입자가 응집하여 형성된 자성 나노클러스터를 제조하는 단계; 및
    (a-3) 유기산을 포함하는 상기 자성 나노클러스터를 표면 처리하여 표면 상에 실리콘-산소 결합을 갖는 기(
    Figure pat00047
    )를 갖는 자성 나노클러스터를 포함하는 코어부를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (a-3)의 표면처리가 아래 구조식 7로 표시되는 화합물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 나노복합체의 제조방법:
    [구조식 7]
    Figure pat00048

    상기 구조식 7에서,
    R1은 수소원자 또는 C1 내지 C5의 알킬기이고,
    q는 1 내지 10의 정수 중 어느 하나이다.
  21. 제1항에 따른 자성 나노복합체를 이용하여 카테콜아민을 감지하는 카테콜아민 감지방법.
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