KR20200095671A - pH 감지 및 광열 기능을 갖는 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 조성물 및 키트 - Google Patents

pH 감지 및 광열 기능을 갖는 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 조성물 및 키트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, pH 감지 기능 및 광열 기능을 갖는, 마이크로캡슐, 이를 포함하는 조성물 및 키트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, pH 감지 기능 및 광열 기능을 갖는, 랜덤 블록 공중합체 및 이황화 몰리브덴 나노 구조체의 복합체를 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘층; 을 포함하는, 마이크로캡슐, 이를 포함하는 조성물 및 키트에 관한 것이다.

Description

pH 감지 및 광열 기능을 갖는 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 조성물 및 키트{MICROCAPSULES FOR PH-SENSING AND PHOTOTHERMAL HEATING, AND COMPOSITES AND KIT HAVING THE SAME}
본 발명은, pH 감지 및 광열 기능을 갖는 마이크로캡슐, 이를 포함하는 조성물 및 키트에 관한 것이다.
중성 pH 부근의 pH 변화를 감지하는 것은 임상 및 생물 의학 분야에서 중요한 것이다. 예를 들어, 암세포는 젖산 분비를 통해 이들의 미세 환경을 약산성 (pH=6-7)으로 만들고, pH가 종양 부위의 효과적인 지표가 될수 있다. 그러나, 생체 내에서의 세포 환경의 접근성이 제한되고, 분석에 요구되는 큰 샘플 부피로 인하여, 통상적인 방법 (예를 들어, pH 미터 또는 리트머스 종이)에 의해 세포 환경의 국소 pH를 측정하는데 어려움이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해서 pH 반응성 고분자, 이들의 정밀하게 조절 가능한 pH 반응 거동과 높은 생체 적합성으로 인하여, 준세포 크기 (subcellular scale) 내에서 pH의 광학적 감지를 위해 겔 빌딩 블록 및 고분자 셀-코팅된 나노입자로 이용되고 있다. 또한, 형광 분자와 광학 퀀처 (quencher)는 pH 의존성 F
Figure pat00001
orster 공명 에너지 전달 (F
Figure pat00002
orster resonance energy transfer, FRET)을 갖는 복합체를 산출하기 위해 pH 반응성 고분자에 의해 연결될 수 있다. 각 복합체가 형광 강도를 통해 국부적 pH를 보고할 경우에, pH의 공간 분포 (spatial distribution)는 형광 이미징에 의해 직접 가시화될 수 있다. 그러나 복잡한 환경에서 실제 pH 측정을 달성하기 위해서는 중요한 문제가 많이 남아 있습니다.
첫째, 고분자의 전이 pH는 빈번하게 이들의 농도 및 작용기에 의해 변하고, 불용성에서 용해성 전환이 매우 느리기 때문에, 중성 pH 조건 근처에서 높은 선택성과 가역성을 갖는 pH 반응성 고분자를 합성하는 것이 어렵다.
둘째, 고분자는 일반적으로 접착 단백질과 지질이 중합체를 돌이킬 수 없게 왜곡시키거나 응집시킬 수 있기 때문에 생리적 유체 (physiological fluids)에 직접 노출될 때 비활성화될 수 있다. 고분자의 희석은, 형광 강도를 낮추어 신호 대 잡음비를 감소시켜 부정확한 측정을 초래할 수 있다.
이에, 복잡한 매개체 내의 중성 pH 주위에서 고감도의 국부적 pH 제공을 해결할 수 있는 물질에 대한 수요는 많지만 만족스러운 결과를 얻지 못하고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, pH 반응성 및 형광 중합체로 기능화된 광열 나노구조체를 안정적으로 캡슐화하고, 고성능 pH 감지 및 광열 기능을 동시에 갖는, 마이크로캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 마이크로캡슐을 포함하는, pH 감지 및 광열 기능을 갖는 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 조성물을 포함하는 pH 감지 및 광열 치료를 위한 키트를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 1로 표시되는 랜덤 블록 공중합체 및 이황화 몰리브덴 나노 구조체의 복합체를 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘층;을 포함하는, 마이크로캡슐에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00003
(여기서, R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 알케닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕실기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 5 내지 탄소수 30의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
Dye는 형상 특성을 갖는 기능기이며, n은 1 내지 20의 정수이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 형광 특성을 갖는 기능기는, 플루오레세인, 쿠마린, 아크리딘, 피렌, 사이아닌, 에리트로신, 로다민(Rhod) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나와 하기의 화학식 2로 표시되는 랜덤 블록 공중합체의 결합으로 형성된 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00004
(여기서, R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 알케닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕실기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 5 내지 탄소수 30의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 30의 헤테로아릴기에서 선택된다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 로다민(Rhod) 및 이의 유도체는, 로다민(Rhod), 로다민(Rhod) B, 6-카복시-X-로다민(ROX), 6-카복시로다민(R6G), 리사민 로다민 B 설포닐 클로라이드, 로다민 123, 로다민 X 이소티오시아네이트, 설포로다민 B, 설포로다민 101, 설포로다민 101의 설포닐 클로라이드 유도체(Texas Red), N,N,N′,N′-테트라메틸-6-카복시로다민(TAMRA), 테트라메틸 로다민, 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트(TRITC), 리보플라빈 및 로졸산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이황화 몰리브덴(MoS2)은, 상기 랜덤 블록 공중합체의 -SH 말단기와 결합하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 나노입자, 나노시트, 나노튜브, 나노로드, 나노니들 및 나노와이어로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 단일층 또는 복수층의 나노시트이고, 10 nm 내지 1000 nm의 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 상기 복합체 중 50 중량% 내지 95 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐은, 세포 내 인시츄 pH 감지 기능, 광열 기능 또는 이 둘을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐은, 세포 내 환경에서 pH 6 내지 8에 대한 형광 특성의 변화를 나타내는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐은, 근적외선(NIR, near-infrared) 영역의 레이저에 의한 광열 기능을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 반투명 멤브레인인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 광경화성 폴리실록산 반투명 멤브레인을 포함하고, 상기 광결화성 폴리실록산은, 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트 및 페닐(메타)아크릴레이트으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나에 의해 개질된 폴리실록산인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 마이크로캡슐; 및 담체; 를 포함하고, pH-감지 및 광열 기능을 갖는, 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 암의 진단 및 광열 치료를 위한 약학 조성물인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 경구, 비경구, 국부 또는 국소 투여로 투여되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 pH-감지 및 광열 기능을 갖는 조성물 및 근적외선 영역에서 광을 조사하는 장치; 를 포함하는, pH-감지 및 광열 기능을 갖는, 키트에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 키트는, 세포 내 국소적 pH 감지 및 광열 치료에 이용되고, 상기 세포는 암 세포, 종양 대식 세포 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 키트는, 암의 진단 및 광열 치료를 위한 것일 수 있다.
본 발명은, 형광 기능기를 갖는 중합체가 결합된 광열 나노구조체의 복합체를 안정적으로 캡슐화하고, 상기 복합체는 외부 요인에 의한 희석이 방지되어 고농도로 유지 가능하고, 고성능 pH 감지 기능과 광열 기능을 동시에 갖는 마이크로캡슐을 제공할 수 있다. 또한, 상기 마이크로캡슐은, 생체 내 PT 치료를 위해 PT 가열 및 국소 pH 측정을 위한 고효율의 FRET 활성 물질로 활용될 수 있다.
본 발명은, 생체 내 pH 감지에 의한 암 세포, 종양 세포 등의 검출 및 광열 기능에 의한 세포 사멸을 유도할 수 있으므로, 암, 종양의 진단 및 암 질환, 종양의 치료를 위한 광열 치료에 활용이 가능한 마이크로캡슐을 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 마이크로캡슐은, 생물 의약 분야에서 효율적인 광열 (efficient photothermal, PT) 제제, 국소 pH 센서 등에 활용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 마이크로캡슐의 pH 모니터링과 광열 기능을 예시적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 제조예에 따라 제조된 pristine MoS2 NSs의 (a) TEM 이미지 및 high-resolution TEM 이미지(inset: fast Fourier transformation pattern)를 나타내었고, (c) F-MoS2 NSs의 TEM 이미지(MoS2 NSs 상에 그래프트된 중합체는 화살표로 표시하였다.)를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따라, (a) 폴리(DEA-r-BMA)의 구조 변화에 의한 F-MoS2 NSs (Nanosheets) 및 pH-의존FRET 구조를 예시적으로 나타낸 개략도이며, (b) 7.4, 7.0 및 6.0의 세 가지 다른 pH 값에 F-MoS2 NSs의 PL 스펙트럼을 나타낸 것이며, 여기서 스케일 바는 100 μm이며, (c) 0.53 g L-1 (excitation at 543 nm) 농도에서 F-MoS2 NSs의 pH-의존 PL 강도를 나타낸 것이다. 비교를 위해서 염료 용액이 동일하게 측정되고, pH 의존성은 나타나지 않는다. (d)는 DLS(dynamic light scattering)에서 측정된 7.4, 7.0 및 6.0의 pH 값에서 F-MoS2 NSs 및 pH 7.4에서 pristine MoS2 NSs의 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, W/O/W 이중 에멀젼 액적(water-in-oil-in water double-emulsion droplets)의 생성을 위한 모세관 미세유체 장치를 개략적으로 나타낸 것으로, 이중-에멀젼 액적의 모노머 함유 유성 쉘은 광경화에 의해서 고체 멤브레인으로 전환된다.
도 5는, 본 발명의 실시예에서 제조된 F-MoS2 NSs 함유 단일 분산된 (a) 마이크로캡슐의 광학 현미경 이미지, (b) 마이크로캡슐의 크기 분포(평균 직경: 235 μm, 변동계수 2.2%) 및 (c, d) 파쇄된 마이크로캡슐 및 멤브레인(두께 ~10 μm)의 단면 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시에에 따라, (a) 제조된 F-MoS2 NS를 포함하는 단분산 마이크로캡슐의 공초점 현미경 이미지, (b) pH 7.4 및 (c) pH 6.0에서 F-MoS2 NS-로딩된 마이크로캡슐의 공초점 현미경 이미지를 나타낸 것으며, 여기서, 스케일 바는 각각 200 μm 과 100 μm이며, (d) 마이크로캡슐의 pH 의존성 형광 세기를 나타낸 것으로, 여기에서 543 nm의 파장을 갖는 여기원을 사용하고 각 점을 10 개의 마이크로캡슐의 평균 값이다.
도 7은, 본 발명의 실시에에 따라, (a) 1.0 W cm-2의 강도에서 808 nm 레이저로 조사하는 동안 F-MoS2 NSs를 함유한 마이크로캡슐의 현탁액의 시간에 따른 온도 변화를 나탄낸 것으로, 여기서, 세 가지 다른 농도의 마이크로캡슐, 2900, 4400 및 7300 units mL -1이 사용되었다. 비교를 위해, 증류수 및 P20의 수용액도 시험한 것이며, (b) 808 nm 레이저 조사 동안에 다른 시간에 취해진 7300 단위 ml-1에서의 마이크로캡슐의 IR 열이미지를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 실시에에 따라, (a) 암세포가 함유된 배지에서 마이크로캡슐에 의한 in situ pH 모니터링과 PT 치료를 보여주는 개략도이며, (b) A549 종양 세포 (A549 tumor cells)의 성장 과정에서 마이크로캡슐 내의 형광 강도의 점진적인 향상을 보여주는, 일련의 중첩된 명시야 및 형광 공초점 현미경 이미지 (overlaid bright-field and fluorescence confocal microscopy images, 상단) 및 공초점 현미경 이미지(하단)를 나타낸 것이며, (c) 조사 시간의 함수로서, 마이크로갭슐의 존재 여부에 따라 배지 내에서 A549 세포의 생존 가능성을 나타낸 것이다. 여기서, 조사 전 3 일 동안 마이크로캡슐의 존재 하에 세포를 배양할 경우에, 높은 세포 생존율 (> 97 %)을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, (d, e)는, 20 분 동안 방사선 조사 전(d)과 방사선 후(e)의 A549 세포의 OM 이미지를 나타낸 것이며, (b)와 (d, e)의 스케일 바는 각각 200 μm 과 50 μm이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 마이크로캡슐에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은, pH 감지 및 광열 기능을 갖는 복합체를 캡슐화한 마이크로캡슐에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐은, 상기 복합체를 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복합체는, 블록 공중합체 및 금속 이황화물(metal disulfide) 구조체를 포함할 수 있다. 상기 블록 공중합체는, 하기의 화학식 1로 표시되는 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 즉, 상기 랜덤 블록 공중합체는, 말단기 중 적어도 어느 하나에 형광 특성을 갖는 기능기가 도입된 pH 반응 중합체이며, 나머지 말단기 중 적어도 어느 하나는 상기 금속이황화물 입자에 연결되어 FRET 활성 pH 감지 물질(FRET-active pH-sensing material)을 형성할 수 있다. 이러한 랜덤 블록 공중합체는 pH-반응성 중합체 링커로 작용하는 것으로, pH에 따라 입체 구조 변화를 일으키고, 형광 특성을 갖는 기능기와 금속이황화물 간의 거리 변화를 발생시켜 형광 강도 등의 형광 특성과 FRET (F
Figure pat00005
orster resonance energy transfer) 효율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 살펴보면, 본 발명에 의한 마이크로캡슐의 pH 모니터링 기능을 개략적으로 나타낸 것으로, 캡슐화된 복합체는 pH 값에 따라 복합체 내의 랜덤 블록 공중합체 부분의 구조적 변형이 유발되어 형광 강도 변화를 나타내고, 이러한 구조적 변형은 가역성을 가지므로, 가역성 pH 반응성 중합체인 것을 확인할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00006
상기 화학식 1에서 R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 알케닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕실기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 5 내지 탄소수 30의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 30의 헤테로아릴기에서 선택될 수 있다. 상기 n은 1 내지 20의 정수일 수 있다. 상기 x는 1 미만의 유리수이다.
바람직하게는, 상기 R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 1 내지 10의 알콕실기, 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 20의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 6 내지 탄소수 20의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 20의 헤테로아릴기에서 선택될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 R1 내지 R3는 각각, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 2 내지 5의 알케닐기 및 탄소수 1 내지 5의 알콕실기에서 선택될 수 있다.
상기 “Dye”는, 형상 특성을 갖는 기능기이며, pH에 따라 상기 램덤 공중합체 부분의 구조적 변형에 의해 형광 강도, 파장 등의 형광 특성을 제공할 수 있다. 즉, 이러한 형광 특성에 의한 형광 또는 형광 이미지를 제공하여 pH 모니터링, 표면 물질의 검출, 정량, 정성 및 분리 등을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 형광 특성을 갖는 기능기는, 형광 물질에서 유래된 것이며, 상기 형광 물질은, 로다만과 이의 유도체, 플루오레신과 이의 유도체, 쿠마린과 이의 유도체, 아크리딘과 이의 유도체, 피렌과 이의 유도체, 에리트로신과 이의 유도체, 에오신과 이의 유도체, 사이아닌과 이의 유도체 및 4-아세트아미도-4′-이소티오시아나토스틸벤-2,2′디설폰산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 로다민 및 이의 유도체이며, 보다 구체적으로, 로다민(Rhod), 로다민(Rhod) B, 6-카복시-X-로다민(ROX), 6-카복시로다민(R6G), 리사민 로다민 B 설포닐 클로라이드, 로다민 123, 로다민 X 이소티오시아네이트, 설포로다민 B, 설포로다민 101, 설포로다민 101의 설포닐 클로라이드 유도체(Texas Red), N,N,N′,N′-테트라메틸-6-카복시로다민(TAMRA), 테트라메틸 로다민, 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트(TRITC), 리보플라빈, 로졸산, 터븀 킬레이트 유도체, Alexa 유도체, Alexa-350, Alexa-488, Alexa-547 및 Alexa-647 등일 수 있다.
상기 형광 특성을 갖는 기능기는, 하기의 화학식 2로 표시되는 랜덤 블록 공중합체와 형광 물질의 결합에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 로다민 및 이의 유도체의 에스테르화 반응으로 결합될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00007
(상기 화학식 2의 정의는 화학식 1과 동일하다.)
상기 화학식 1로 표시되는 랜덤 공중합체는, 블록 A와 블록 B의 비율을 최적화하여 pH 범위에서 구조적 변화에 의한 형광 강도, 파장 등과 같은 형광 특성을 급격하게 변화시켜 특정 pH 영역에서 pH 민감도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 랜덤 공중합체 중 상기 블록 B는, 0 중량% 초과 내지 100 중량% 미만; 1 중량% 내지 90 중량%; 1 중량% 내지 50 중량%; 5 중량% 내지 40 중량%; 또는 20 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 이러한 함량 조절에 의해서 소수성 블록 B의 도입에 의한 친수성 및 소수성 상태 전이를 조절하여 중성 조건에서 랜덤 공중합체의 입체 구조 변화를 유도할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 랜덤 공중합체는, 10 이상; 또는 10 내지 2000 분자량(Mn) 및 1 내지 2 PDI를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속 이황화물 구조체는, 광열 기능(photothermal heating)을 갖는 금속 이황화물 구조체이며, 바람직하게는 몰리브덴 이황화 구조체일 수 있다.
즉, 상기 이황화 몰리브덴(molybdenum disulfide, MoS2)은, 넓은 파장 범위에서 흡광도가 높기 때문에 FRET를 위한 효율적인 퀀처(quencher)로 이용되며, 특히 근적외선(NIR) 영역에서 높은 흡광 계수를 가지므로, 생명 의약 분야에서 광열 기능에 의한 광열 치료를 위한 마이크로캡슐을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 도 1에서 마이크로캡슐은, 근적외선(NIR) 조사에 의해서 광열 기능을 나타낼 수 있다. 또한, 이황화 몰리브덴의 나노 구조체, 예를 들어, 2차원 나노시트(Two-dimensional nanosheets, NSs)는, 높은 표면적 대 중량 비율(surface area-to mass ratio)과 수많은 황 결합 부위를 가지고 있으므로, 온건한 조건에서 올리고머 또는 폴리머 분자에 의해 간단한 표면 기능화가 가능하다. 또한, 상기 이황화 몰리브덴은, 표면에 음전하가 고밀도로 형성되고, 수성 매질에서 안정한 분산을 허용하고, 상기 복합체에서 공중합체 의한 과도한 응집을 방지할 수 있다.
상기 금속 이황화물 구조체는, 상기 화학식 1로 표시되는 램던 블록공중합체의 -SH 말단기와 결합할 수 있다.
상기 금속 이황화물 구조체는, 나노 구조체이며, 예를 들어, 나노입자, 나노시트, 나노튜브, 나노로드, 나노니들 및 나노와이어로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 바람직하게는 단일층 또는 복수층의 나노시트일 수 있다. 상기 나노 구조체는, 10 nm 이상; 또는 10 nm 내지 1000 nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 크기는, 나노 구조체의 형태에 따라 두께, 길이, 직경 등을 의미할 수 있다.
상기 금속 이황화물 구조체는, 상기 복합체 중 50 중량% 내지 99 중량%; 50 중량% 내지 95 중량%; 또는 60 중량% 내지 90 중량%로 포함되며, 이러한 고농도의 구성에 의해서 pH 민감도의 개선과, 근적외선(NIR) 조사 시 30 ℃ 이상으로의 온도 증가를 유리하게 하고, PT 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복합체는, 수성 용액에서 분산되고 상기 마이크로캡슐 내에 캡슐화되어, 상기 마이크로캡슐에서 수성 코어(aqueous core)를 형성할 수 있다. 상기 복합체의 수성 용액에서 상기 복합체의 함량은, 1 중량% 이상; 5 중량 % 이상; 30 중량% 내지 90 중량%; 또는 50 중량% 내지 80 중량% 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 상기 마이크로캡슐의 코어를 구성하는 복합체의 누설 없이 안정적으로 유지하고, 쉘층을 통하여 작은 이온과 물의 확산을 허용할 수 있다. 또한, 주위 환경에 의한 물질, 예를 들어, 세포 내의 접착성 단백질, 지질 등과 같은 매질로부터 코어 내의 물질을 보호할 수 있다. 즉, 주위 환경에 의한 물질에 따른 코어 내의 복합체의 비활성화로부터 보호하고, 정밀하고 정확한 in situ pH 모니터링과 고성능의 광열 가열(photothermal heating)이 이루어지게 할 수 있다.
상기 쉘층은, 반투성 폴리머 쉘(semipermeable polymeric shell)이며, 작은 이온과 물 확산을 허용할 수 있는 멤브레인의 기능을 갖는 광경화성, 열경화성 또는 이 둘을 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는, 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 페닐(메타)아크릴레이트, 다관능기 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 광경화성 관능기로 개질된 폴리실록산을 포함할 수 있다.
상기 다관능기 (메타)아크릴레이트로는, 2관능기 이상의 (메타)아크릴레이트가 바람직하며, 2관능 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면 에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 1,9-노난디올 (메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 비스페녹시 에틸알콜 플루오렌 디아크릴레이트 등을 들 수 있다. 또한, 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트로는, 예를 들면 트리스히드록시에틸이소시아누레이트, 트리(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
또한, 상기 고분자는, 아릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 부톡시에틸아크릴레이트, 부톡시트리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 디시클로펜틸아크릴레이트, 디시클로펜테닐 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 글리세롤 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 헵타데카플루오로 데실아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 이소볼닐아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 이소데실아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 롤릴아크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 메톡시 에틸렌 글리콜아크릴레이트, 메톡시 디에틸렌 아크릴레이트, 메톡시 트리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시 디프로필렌 글리콜 아크릴레이트, 옥타플루오로펜틸 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 트리플루오로에틸 아크릴레이트, 아릴레이티드 시클로헥실 디아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, (트리)에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 모노히드록시 펜타아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판 테트라아크릴레이트, 글리세롤 디아크릴레이트, 메톡시레이티드 시클로헥실 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 플로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리글리세롤 디아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate), EGPEA (Ethylene glycol phenyl ether acrylate), HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate), Silicone methacrylate monomer(SB4722), ETPTA(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate) 등의 아크릴레이트 관능기; 아크릴레이트 대신에 메타크릴레이트를 포함하는 화합물; 및 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란;으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 고분자 단량체를 포함하거나 또는 이들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐의 직경은, 1 μm 이상; 1 μm 내지 500 μm; 또는 100 μm 내지 300 μm이고, 상기 쉘층의 두께는, 500 nm 이상; 또는 1 μm 내지 100 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로캡슐은, 세포 내 인시츄 pH 감지 기능, 광열 기능 또는 이 둘을 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로캡슐은, 세포 내 환경에서 pH 6 내지 8; pH 6 내지 7.5; 또는 pH 7 내지 7.4에서 국소적 형광 특성 변화를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 마이크로캡슐은, 생리적 미소환경 (pH 7.47.0)과 암 미소환경(cancer microenvironments, pH 6.06.8) 사이에서 형광 특정 변화에 의한 pH 감지에 이용될 수 있다.
상기 마이크로캡슐은, 근적외선 영역의 광 조사 시 20 ℃ 이상; 또는 20 ℃ 내지 60 ℃; 또는 24 ℃ 내지 50 ℃ 온도로 국소적 가열이 가능할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 마이크로캡슐의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은, 본 발명에 의한 복합체를 제조하는 단계; 상기 복합체의 수성 분산액, 쉘층 형성을 위한 고분자 용액을 수성 용액의 모세관 내에투입하여 W/O/W 이중 에멀젼을 형성하는 단계; 및 상기 에멀젼을 수집하고 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복합체를 제조하는 단계는, 상기 화학식 1로 표시되는 랜덤 블록 공중합체가 금속 이황화물 구조체의 표면, 기공 내 또는 이 둘에 그래프트된 복합체를 형성하는 단계이다.
상기 쉘층 형성을 위한 고분자는, 상기 쉘층 형성을 위한 고분자 모노머 및 중합 개시제, 예를 들어, 광개시제를 포함하는 혼합물을 적용할 수 있다.
상기 W/O/W 이중 에멀젼을 형성하는 단계는, 고분자 수성 용액을 이용하고, 상기 고분자 수용 용액은, 친수성, 양친성 고분자 또는 이 둘을 포함할 수 있다.
상기 에멀젼을 경화하는 단계는, 이중 에멀젼을 광경화하여 쉘층을 경화시켜 코어를 캡슐화하는 반투명 쉘층을 갖는 마이크로캡슐을 형성하는 단계이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 마이크로캡슐을 포함하는 pH 감지 및 광열 기능을 갖는 조성물에 관한 것이다.
상기 조성물은, 마이크로캡슐 및 담체, 비히클 또는 이 둘;을 포함할 수 있다. 상기 담체 및 비히클은, 상기 조성물의 적용 분야에 따라 통상적으로 적용되는 것을 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 수성, 유성 용매, 약학적으로 허용되는 담체 등일 수 있다. 예를 들어, 식염수, 완충액(예를 들어, 인산 완충 식염수 완충액), 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등일 수 있다.
상기 조성물은, pH 감지 및 광열 치료를 위한 제제로 제형화될 수 있으며, 상기 제형화는 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 통상적인 성분으로 제형화될 수 있다. 상기 조성물은, 생체 내 및/또는 생체 외에서 pH 감지 및 광열 기능을 수행할 수 있다.
상기 조성물은, 암, 종양, 또는 이 둘의 진단 및 광열 치료를 위한 약학적 조성물이며, 예를 들어, 종양 세포, 암 세포 또는 이 둘을 포함하는 생체 환경에서 pH 감지에 의해 상기 세포를 검출하고 암, 종양 또는 이 둘을 진달할 수 있다. 또한, pH 감지에 의한 형광 특성을 이미지화하여 주변 미세환경 pH의 공간적 분포를 분석하고, 이를 이용하여 상기 세포를 검출하고, 광 조사에 의한 광열 기능으로 상기 세포를 사멸하는 광열 치료에 이용될 수 있다.
상기 세포는 종양 대식 세포, 암 유발 종양 세포(또는, 암 세포)이며, 예를 들어, 폐암세포주(A549, H1975, H460, PC9, H358), 난소암세포주(SKOV3), 자궁경부암세포주(HeLa), 흑색소 피부암세포주(SKMEL-2, A375), 중추신경계 암세포주(XF498), 결장암세포주(HCT15) 유방암세포주(SKBR3, BT474, MCF7, MDA-MB-231, MDA-MB-435, MDA-MB-453, HCC827), 전립선암세포주(PC3), 방광암세포주(T24), 간암세포주(HepG2), 위암세포주(NCI-N87) 및 뇌종양세포주(U87MG) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 암은, 종양에 관련된 다양한 질병, 질환 또는 장애이며, 예를 들어, 두부, 경부, 비강, 부비강, 비인강, 구강, 중인후, 후두, 하인두, 침샘, 및 부신경절종(paragangliomas)의 종양을 포함하는 두경부암; 간 및 담도(biliary tree)의 암, 예를 들어, 간암; 장암(intestinal cancers), 예를 들어, 대장암; 난소암; 소세포성 및 비소세포성 폐암; 전립선암; 췌장암; 섬유육종, 악성 섬유성 조직구종(malignant fibrous histiocytoma), 배아암종, 연조직육종(leiomysosarcoma), 신경섬유육종, 골육종, 활막육종, 지방육종, 및 폐포성 연부(alveolar soft part sarcoma)와 같은 유방암 육종; 중추신경계의 종양, 예를 들어, 뇌암; 및/또는 호지킨 림프종, 림프형질세포성 림프종, 여포성 림프종, 점막관련 림프조직 림프종, 외투세포 림프종, 거대 B 세포 림프종, 버키트 림프종, 또는 T-세포 미분화 대세포 림프종과 같은 림프종을 포함하는 과다증식성 질병 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 조성물은, 경구, 비경구, 국부 또는 국소 투여될 수 있고, 또는 표적 체적에 직접 이식될 수 있다. 상기 비경구 투여인 경우에는 정맥내 주입, 피하 주입, 근육 주입, 복강 주입, 경막내로, 경피로, 경점막으로, 경막하로, 이온삼투요법, 내피 투여, 국소 투여, 비내 투여, 폐내 투여 및 직장내 투여 등으로 국부적으로 또는 국소적으로 투여할 수 있다. 또한, 상기 조성물은, 활성 물질이 표적 세포로 이동할 수 있는 임의의 장치에 의해 투여될 수 있다.
상기 조성물은, 투여 방식에 따라 적절한 제제로 제형화될 수 있으며, 본 발명의 기술 분야에서 공지된 기술에 따라 제형화될 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 pH-감지 및 광열 기능을 갖는 조성물 및 근적외선 영역에서 광을 조사하는 장치;를 포함하는 pH-감지 및 광열 기능을 갖는, 키트에 관한 것이다.
상기 광을 조사하는 장치는, 레이저이며, 상기 키트는, pH 감지를 위한 형광 특성을 측정하고 이미지화할 수 있는 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 키트는, 생체 내 및/또는 생체 외 세포 내 국부 및/또는 국소적 pH 감지 및 광열 치료에 이용될 수 있으며, 암, 종양 또는 이 둘의 진단 및 광열 치료에 이용될 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 조성물을 이용하여 암, 종양 또는 이 둘의 진단 및 광열 치료 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 본 발명에 의한 조성물을 투여하는 단계; 세포내 국부 및/또는 국소적 pH에 의한 형광 특성을 수집하고 분석하는 pH 모이터링단계; 및 근적외선 광선을 조사하여 암, 종양 또는 이 둘에 관련된 세포를 사멸하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 조성물을 투여하는 단계는, 다양한 방법으로 투여할 수 있고, 예를 들어, 종양 표면에 본 발명에 의한 조성물을 도포, 투여, 주사할 수 있다.
상기 세포를 사멸하는 단계는, 근적외선 조사 시 본 발명에 의한 마이크로캡슐에 의해 암 치료를 위한 원격 가열이 이루어질 수 있다.
상기 세포를 사열하는 단계는, 피경구, 경구적으로 광선을 조사할 수 있고, 예를 들어, 피부를 통해 광선을 조사하거나, 개복 상태에서 직접 조사, 비경구적 또는 경구적으로 레이저를 삽입하여 조사할 수 있다.
상기 pH에 의한 형광 특성을 수집하고 분석하는 단계는, 형광 특성을 이미지화 또는 관찰하여 세포 내 pH를 감지하고, 표적세포의 검출, 분포 범위, 위치, 두께, 크기 등의 입체적 또는 공간 분포 분석이 이루어질 수 있다.
상기 광선은 레이저 빔이며, 상기 광선의 강도는, 1 mW/cm2 내지 100 W/cm2; 10 mW/cm2 내지 10 W/cm2; 또는 1 W/cm2 내지 10 W/cm2에서 10초 내지 30 분간 실시할 수 있다.
상기 방법은, 포유류에 적용될 수 있고, 예를 들어, 인가 제외 포유류에 적용될 수 있다.
본 발명은, 형광 말단기를 갖는 pH 반응성 폴리머로 기능화된 MoS2 NSs를 이용한 신규한 캡슐형-pH 감지 및 광열 기능을 갖는 마이크로캡슐 센서를 제공할 수 있다. pH-반응성 중합체는, 랜덤 블록 공중합체의 조성비의 최적화를 통하여 7.0 근처의 좁은 pH 범위에서 FRET 효율의 극적인 변화를 생성할 수 있다.
MoS2 NSs에 대한 폴리머 코팅은, 높은 분산 안정성과 가역적인 pH 반응성을 제공하는 반면에, MoS2 NSs는 효율적인 FRET 퀀처로 사용될 수 있다. pH 민감성 FRET를 갖는 F-MoS2 NS는 W/O/W 이중 에멀젼 액적을 주형을 사용하여 소수성, 반투막으로 미세유체 캡슐화된다.
상기 마이크로캡슐은 누출이나 희석없이 기능화된 MoS2 NSs를 유지하면서 작은 이온을 막을 통해 확산시켜 in situ pH 측정을 가능하게 할 수 있다. 이와 동시에 멤브레인은 주변 용액에서 점착성 분자를 배제하여 pH 반응성 중합체 코팅의 비가역적인 응집 및 비활성화 응집을 방지할 수 있다. 더욱이, NIR 조사 시 암 치료를 위한 원격 가열을 발생시키기 위해 MoS2 NSs의 PT 특성을 이용했다. pH 감지 및 PT 가열의 이중 기능을 통해 마이크로캡슐은 암세포의 배양 배지에서 in situ pH 모니터링 및 시험 관내에서 세포 사멸의 후속 PT 처리에 성공적으로 사용될 수 있다. 마이크로캡슐 센서는, 주입 가능하고 표적 체적에 이식할 수 있어 생의학 환경에 적용 가능하다. 또한, FRET 공여체와 수용체를 조정하여 피부와 조직에 큰 광학 침투 깊이를 갖는 NIR 범위의 형광 출력을 획득할 수 있고, 마이크로캡슐은, 주변 미세환경의 pH를 각 마이크로캡슐이 보고함에 따라 pH의 공간 분포 분석이 가능할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
물질
MoS2 분말 (<2 μm, 99%), n-부틸리튬 (n-butyllithium, 1.6 M in hexane), KH2PO4(potassium phosphate monobasic), K2HPO4(potassium phosphate dibasic), DCC (N,N′-dicyclohexylcarbodiimide, 99%), DMAP(4-(dimethylamino)pyridine, 99%) 및 이외 다른 시약은, “Sigma-Aldrich”에서 구입하였다. NaOH (Sodium hydroxide powder, 98%) 및 HCl (hydrochloric acid, 1 M)은, “Daejung Chemical & Metal Co.”에서 구입하였다. AIBN (Azobisisobutyronitrile, 98%)는, “Junsei Chemical Co.”에서 구입하고 에탄올로 재결정하여 정제하였다. 탈이온수 (18 MΩ·cm)이 전체 실험에 이용되고, 인산 버퍼(phosphate buffers)는 KH2PO4 및 K2HPO4의 혼합물로 구성되었다. 각 염의 함량 변화에 의해서 다양한 pH 조건을 갖는 버퍼가 준비되었고, pH=5.8 내지 8.0 범위를 갖는다.
pH (pH 6.08.0, interval = 0.2)의 인산 나트륨 버퍼 (sodium phosphate buffers)는 1 M KH2PO4 내지 1 M K2HPO4 스탁 용액의 혼합비로 조절하여 형성하였다. pH는, 하기의 “HendersonHasselbalch 식”에 따라 계산되었다.
[HendersonHasselbalch 식]
Figure pat00008
여기서, pK'= 6.86(25 ℃)
실시예
poly(DEA-r-BMA)-RB 공중합체의 합성
[스킴 1]
Figure pat00009
상기 스킴1에 따라 poly(DEA-r-BMA)-RB 공중합체를 합성하였다.
유리 앰플 내에서 DEA 및 BMA 모노머는, 테트라하이드로퓨란 (THF) 내에 용해시키고, 4-시아노-4-(페닐카르보노티오일티오)펜타산 연쇄 이동제(1, 4-cyano-4-(phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid) 및 AIBN (0.05 mol %) (1)을 첨가하였다. 반응 혼합물은, 3 회 냉동-펌프-해동 사이클로 탈기된 이후에, 70 ℃에서 가열하였다. 12 시간 후, 반응 혼합물을 물과 메탄올의 혼합물에 붓고 공중합체를 침전시킨 다음, 여러 번 원심 분리하였다.
침전물을 건조한 이후에 반투명 펠렛의 poly(DEA-r-BMA)(2, poly [(2- (diethylamino)-random-(butyl methacrylate)])을 획득하였다. 카르보노티오일티오(carbonothioylthio, (S=CS)) 말단기는 24 시간 동안 과량의 헥실 아민과의 반응에 의해 티올 그룹 (3)으로 전환시켜 다음 단계에 진행되는 MoS2 NS(나노시트)와 접합을 가능하게 하였다.
로다민 B (rhodamine, RB dye) 염료를 poly(DEA-r-BMA)의 말단에 결합시키기 위해서, 먼저 RB의 카르복실기는 이전에 보고된 문헌 (Lee, J.; Yang, H.; Park, C. H.; Cho, H.-H.; Yun, H.; Kim, B. J. Colorimetric Thermometer from Graphene Oxide Platform Integrated with Red, Green, and Blue Emitting, Responsive Block Copolymers. Chem. Mater. 2016, 28, 34463453.)을 참조하여 하이드록시기 (RB-OH) (4)로 환원시킨 이후에 poly(DEA-r-BMA) (0.08 mmol), RB(로다민)-OH (0.16 mmol) 및 DMAP (4-dimethylaminopyridine, 0.02 mmol)을 THF 또는 디메틸폼아마이드 (dimethylformamide) 내에서 30분 동안 혼합하였다. DCC (N,N′-dicyclohexylcarbodiimide, 0.08 mmol)를 상기 혼합물에 첨가하고 36 h 이후에, 혼합물을 0.22 μm 미세다공성 막 (microporous membrane)을 이용하여 여과한 이후에 물 (P20 및 P30에만 적용) 및 헥산 (hexane, P0-30)을 부어 폴리머를 침전시켰다. 다음으로, 침전물을 톨루엔에 붓고 원심 분리 (13000 rpm, 20 분)하여 유기 잔류물을 제거하였다. 마지막으로, RB 표지된 poly(DEA-r-BMA) [poly(DEA-r-BMA)-RB] (5)인 상등액을 수집하고 건조하였다. 최종적으로 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 상이한 [DEA]/[BMA] 비율을 갖는 poly(DEA-r-BMA)-RB 공중합체를 획득하였으며, 로다민 염료는 에스테르화 반응(esterification)에 의해서 폴리머의 말단기 중 하나에 결합되었다. 각 공중합체의 물성은 하기의 표 1에 나타내었다.
Feed rate
(BMA wt%)		 Mna
(kg mol-1)
 Polydispersity Indexa Weight fraction, fBMA b
P0 0 24.6 1.19 0.000
P5 5 14.6 1.28 0.040
P10 10 22.7 1.29 0.082
P20 20 24.4 1.32 0.180
P30 30 26.3 1.39 0.283
a: THF(eluent calibrated by PS standards)를 사용하여 GPC로 측정.
b: 1H NMR spectroscopy로 측정, δ 3.85-4.15 (d, 4H from DEA and BMA with equal contribution) 및 2.46-2.85 (d, 6H from DEA) 피크 간에 적분비(integral ratio) 비교함.
폴리(DEA-r-BMA)-RB 공중합체의 다양한 pH 값에 따른 수성 용액 내에서 용해도를 측정하였다. 분자 변형(molecular conformation)의 pH 의존을 측정하기 위해서 5.8 내지 8.0으로 pH 값을 조절하였다. 가용성-불용성 전이(soluble-to-insoluble transition)가 발생하는 pH 값은 폴리머 사슬 내의 BMA의 프락션에 의존하고, BMA 유닛의 intrinsic hydrophobicity으로 인하여 BMA 프락션이 더 높은 공중합체는 더 낮은 pH에서 전이가 발생한다. 20 wt % BMA를 포함하는 공중합체(P20)는, 약 pH 7.0 영역에서 가용성-불용성 전이를 나타내고, P10 및 P30는, 각각, pH 7.2 및 6.6에서 유사한 변형을 보여준다. P20는, 생리적 미소환경 (pH 7.47.0)과 암 미소환경(cancer microenvironments, pH 6.06.8) 사이에서 pH 감지에 적용할 수 있다. 즉, 3 차 아민을 함유한 폴리(DEA)는 탈프로톤화된 소수성 상태와 pH 7.4 부근의 양성자화된 친수성 상태 사이의 전이가 발생한다. 소수성 BMA 부분의 도입은 폴리 (DEA-r-BMA) 공중 합체의 pH 전이를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 폴리 (DEA-r-BMA)의 pH 전이는 조성물의 최적화를 통해 완만하게 산성 조건으로 조절되어 완만한 산성 조건에서 입체 구조 변화를 유도하기 위해, 폴리 (DEA-r-BMA)는pH-반응성 중합체 링커로 적용하였다.
F-MoS 2 NSs(Fluorescent Polymer-Integrated MoS 2 nanosheets)의 합성
MoS2 NSs는 “Park, C. H.; Yun, H.; Yang, H.; Lee, J.; Kim, B. J. Fluorescent Block Copolymer-MoS2 Nanocomposites for Real-Time Photothermal Heating and Imaging. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1604403., Chou, S. S.; Kaehr, B.; Kim, J.; Foley, B. M.; De, M.; Hopkins, P. E.; Huang, J.; Brinker, C. J.; Dravid, V. P. Chemically Exfoliated MoS2 as Near-Infrared Photothermal Agents. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 41604164., Liu, T.; Shi, S.; Liang, C.; Shen, S.; Cheng, L.; Wang, C.; Song, X.; Goel, S.; Barnhart, T. E.; Cai, W.; Liu, Z. Iron Oxide Decorated MoS2 Nanosheets with Double PEGylation for Chelator-Free Radiolabeling and Multimodal Imaging Guided Photothermal Therapy. ACS Nano 2015, 9, 950960.”을 참조하여 합성된 MoS2 분말로부터 제조되었다.
MoS2 파우더 (300mg)를 n-부틸리튬 (n-butyllithium, 3 mL, 1.6 M in hexane) 용액에 담그고 48 시간 교반하고 정제하여 water-soluble single- 또는 few-layered MoS2 NSs를 획득하였다. F-MoS2를 제조하기 위해, 과량의 티올-말단 폴리 (DEA-r-BMA)-RB (40 mg, P20)를 메탄올 내의 MoS2 NSs 용액(20 mL, 1 mg mL-1)에 첨가하였다. 1 시간 동안 초음파 처리하고 12 시간 동안 교반한 후, 25 ℃에서 여러 번 원심 분리하여 잔류 중합체를 제거하였다. 다음으로, 박층 크로마토그래피를 이용하여 비부착된 폴리머 사슬의 제거하였다. 획득한 F-MoS2는 원하는 pH 버퍼 용액 내에서 재분산시켰다.
제조된 F-MoS2 NSs 및 MoS2 NSs는 도 2에 나타내었다. 도 2를 살펴보면, pristine MoS2 NSs 상에 그래프트된 폴리머를 확인할 수 있다. 즉, 상기 F-MoS2 NSs는, RB와 같은 형광 말단기를 포함하는 pH-반응 폴리머가 MoS2 NSs 표면에 형성된 것으로, FRET-활성 pH-감응 물질(FRET-active pH-sensing material)이다.
F-MoS2 NS의 상이한 pH 값, 7.46.0 범위 내에서 형광 강도의 변화를 측정하였다. 그 결과는, 도 3에 나타내었다.
암세포의 세포 외 환경은 혐기성 분해에 의해 젖산 생성 때문에 보통 6.8-6.0의 완만한 산성 pH를 나타내지만, 정상 세포의 pH는 7.4-7을 유지한다. 도 3의 (a)에서 나타낸 바와 같이, F-MoS2 NS에 결합된 P20 공중합체는 pH 값, 즉 pH 7.0에서 구조적 변화를 일으키며, pH-의존 FRET 효율은, pH 7.0 이하 및 이상의 영역에서 급격한 변화가 발생할 것으로 예상할 수 있다.
F-MoS2 NS의 PL 스펙트럼(0.53 g L-1의 농도, excitation at 543 nm)을 측정하여 도 3의 (b)에 나타내었으며, F-MoS2 NSs의 PL 스펙트럼은, RB에 의한 577 nm 피크를 확인할 수 있고, pH에 의해서 완만해지는 것을 확인할 수 있다. pH 7.4 내지 6.0에서 급격한 증가되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 형광 강도의 pH-의존 변조는 삽입된 이미지 내에서 공초점 현미경 이미지에 의해서 추가로 확인할 수 있다.
pH에 따른 강도 변화를 정량화하기 위해서, 도 3의 (c )에 나타낸 바와 같이, (I(pH) - IpH7.4)/IpH7.4의 값을 측정하였으며, 여기서 I(pH)는 pH 값에 따라 577 nm에서 측정된 PL 강도이며, IpH7.4는 pH 7.4에서 강도이다. pH가 7.4에서 6.6으로 감소될 때, (I(pH) - IpH7.4)/IpH7.4 값은 0에서 1.14으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
즉, PL 강도의 급격한 변화는 작은 pH의 미세한 변화에도 발생되고, pH 범위가 7.0에 근접한 좁은 경우에, pH 측정의 고감도를 실현할 수 있다.
pH-의존적 형광 반응에 관련해서, 다양한 pH 조건에서 F-MoS2 NSs의 수력 학적 지름 (Hd, hydrodynamic diameter)을 DLS로 측정하여 도 3의 (d)에 나타내었다.
도 3의 (d)에서 58 및 333 nm (regime I)에서 pristine MoS2 NSs의 이중 피크 Hd를 보여주며, 이는 pH 변화에도 변화되지 않는 것이다. 반면에, F-MoS2의 Hd는 pH에 강하게 의존하고, pH 6.0에서, F-MoS2 NSs의 평균 Hd는 740 nm (=II)으로 측정되었다. pristine MoS2 NSs에 비해 F-MoS2의 크기가 더 큰 것은 물 내에서 고연신된 그래프트된 중합체에 기인한 것이다.
pH에 의한 F-MoS2 NSs의 Hd 증가는, 폴리머 구조 및 PL 스펙트럼과 일치한다. Hd 및 F-MoS2 NSs의 분포는, pH 7.0에서 pristine MoS2 NS와 유사하다. 또한, F-MoS2 NSs는 pristine P20폴리머에 비하여 pH 7.4 및 7.0에서 더 좋은 분산 안정성을 나타내고, 이는 MoS2 NS의 더 높은 분산성에 의한 것이다.
F-MoS 2 NSs을 함유한 마이크로캡슐(F-MoS 2 NSEncapsulated Microcapsules)의 제조
미세유체 장치는, 사각 유리 모세관 내에 동축으로 정렬된 두 개의 테이퍼 원통형 유리 모세관(tapered cylindrical glass capillaries)으로 이루어지고, 원통형 모세관 중 하나는 모세관 풀러(capillary puller)에 의해 가늘어지고, 120 ㎛ 오리피스를 갖도록 샌더 처리한 다음 옥타데실트리 메톡시실란 (octadecyltrimethoxysilane, Sigma-Aldrich)으로 처리하여 소수성 표면을 형성하였다.
다른 테이퍼된 모세관은 표면이 친수성이되도록 2-메톡시(폴리에틸렌 옥시) 프로필]-트리메톡시 실란 (2-[methoxy(polyethyleneoxy)propyl]-trimethoxysilane, Gelest, Inc.)으로 처리되고, 240 ㎛ 오리피스를 갖도록 연마되었다. 이중 에멀젼의 내부 액적(innermost droplets)을 형성하기 위해서, 소수성 모세관에 F-MoS2의 수분산액 (pH 6.0 완충액 중 0.53 g L-1)을 주입하였다.
메타크릴레이트 (SB4722, Evonik)로 개질된 폴리실록산을 포함하는 중간 오일 상(middle oil phase) 및 2 w/w% 광개시제 (Darocur 1173)를 소수성 모세관과 정사각형 모세관 사이의 간극을 통해 주입하였다. 연속 상 (continuous phase)으로, 폴리비닐알콜 (PVA, Mw 13-23 kg mol-1, Sigma-Aldrich)의 10 w/w% 수용액을 수성 모세관과 정사각형 모세관 사이의 간극을 통해 주입하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 시린지 펌프 (Legato 100, KD Scientific)를 사용하여 내부, 중간 및 연속 상 용적 유량 (volumetric flow rates )을 각각 500, 135 및 3000 μL h-1로 설정했습니다. 장치 내에 형성된 W/O/W 이중 에멀젼 액적(water-in-oil-inwater double-emulsion drops)을 증류수 내에서 수집한 다음 30 초 동안 자외선을 조사하여 광경화하였다. 이러한 광경화에 의해서 이중 에멀젼 액적의 모노머 함유 유성 쉘이 고체 멤브레인으로 전환되어 마이크로캘슐을 형성한다. 생성된 F-MoS2 NSs 함유 마이크로캡슐 (microcapsules)을 증류수로 수 차례 세척하였다. 생성된 상기 마이크로캡슐은, 도 5의 (a)에 나타낸 마이크로캡슐의 공초점 광학 이미지에서 확인할 수 있다. 도 5의 (b) 내지 (d)에서 마이크로캡슐의 농도는 광학 현미경 (optical microscopy, OM)을 사용하여 스탁 용액을 함유하는 마이크로캡슐의 10 ㎕ 방울에서 마이크로캡슐의 수를 계수함으로써 결정하였다. 균등하게 현탁된 용액은 10 ㎕ (약 3 회의 평균값)에서 약 365 ± 4.3 단위의 마이크로캡슐을 함유하고 있으며 이는 36500 units mL-1에 해당한다. 이 스탁 용액을 사용하여, 다양한 다양한 농도의 캡슐 (2900, 4400 및 7300 units mL-1)을 포함하는 일련의 용액을 제조하였다. 마이크로캡슐은, 매우 균일한 평균 직경 235 μm (변동계수 2.2%)이고, 마이크로캡슐의 쉘층, 즉 멤브레인은 대략 10 μm 두께를 갖는다.
F-MoS 2 NSs을 함유한 마이크로캡슐의 pH 반응 및 PT 효과의 평가
(1) pH 반응
공통적으로, 생물학적 유체 (biological fluids)는 F-MoS2 NSs에 흡착되어 응집되어 pH 반응을 비활성화할 수 있는 점착성 단백질과 지질을 함유하고 있다. 더욱이, 유체에 의한 F-MoS2 NSs의 희석은 형광 강도를 감소시켜 정확한 pH 측정을 방해한다.
따라서, 생물학적 유체의 국부적 pH를 신뢰성있게 모니터링하기 위해 F-MoS2 NS를 반투막 내에 캡슐화하여 접착 분자를 배제하고 충분히 높은 농도의 F-MoS2 NS를 유지할 수 있다. 마이크로캡슐을 만들기 위한 템플릿으로 W/O/W 이중 에멀전 액적을 사용하고, 내부 상으로 pH 6.0에서 0.53 g L-1의 농도를 갖는 F-MoS2 NS의 수성 분산액을 사용하고, 벌크 특성화에 사용된 분산액은 F-MoS2 NSs의 희석 없이 또는 다른 물질 첨가 없이 사용되었다. 중간 상으로, SB4722이 사용되었고, 이중 에멀젼은, 균일한 크기와 조성을 갖도록 준비되었다. 도 4에 제시한 바와 같이, 사각 모세관으로 둘러싸여진 두 개의 테이퍼진 원통형 모세관으로 이루어진, 모세관 미세유체 장치를 이용하였다.
도 6의 (a)에서 가교 결합된 폴리실록산 매트릭스로 이루어진 멤브레인은 누설없이 코어 내에 F-MoS2 NSs을 유지하고, 거대 단백질 및 지질로부터 보호할 수 있다. 이와 동시에, 멤브레인은 작은 이온 및 물 분자의 확산을 허용한다. pH 측정에 소요되는 시간을 대략적으로 측정하기 위해서 동일한 미세유체 방법으로 제조된 브로모티몰 블루(bromothymol blue)의 pH-감응 염료를 포함하는 마이크로캡슐을 제조하였다. 마이크로캡슐은 수용액(pH 6.0) 내에서 분산시킨 이후에 pH 7.0 용액으로 ?グ若?.
마이크로캡슐 내의 MoS2 NSs의 pH 반응을 연구하기 위해, 로딩된 마이크로캡슐을 pH 7.4 및 6.0의 2 가지 상이한 용액에서 24 시간 동안 배양하였다. 도 6에서 형광 특성을 나타내었다. 도 6의 (b) 및 (c)에서 pH 7.4의 마이크로캡슐은 약한 형광을 나타내었고 pH 6.0의 마이크로캡슐은 강한 형광을 나타내고 있다. 공초점 현미경 이미지에서 측정한 형광 강도는 도 6의 (d)와 같이 pH 7.4-6.0 범위에서 급격한 변화를 보였다. 이러한 경향은 수용액에서 F-MoS2 NSs의 경향과 매우 잘 일치한다.
(2) PT 효과의 평가
NIR 레이저를 사용한 PT 가열
레이저 빔을 사용하여 샘플을 담고 있는 석영 큐벳에 조사하였다. 온도는 큐벳 가장자리에 있는 써모커플 (thermocouple)을 사용하여 측정하여 레이저 광선 및 디지털 레이저 건 온도계 (gun thermometer)를 차단하는 것을 방지하였다. 석영 큐벳은 온도 측정을 제외하고 물의 증발을 방지하기 위해 갭으로 덮었다. 모든 용액은 레이저 조사 이전에 실온에서 평형화 (equilibrated)하였다.
A549 세포의 In Vitro PT 치료
아데노암종 인간 폐포 기저 상피세포 (Adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells, A549, ~ 1 × 104 세포 웰 1)는 Roswell Park Memorial Institute (RPMI) medium의 96-well 플레이트에 뿌리고, 37 ℃에서 24 시간 동안 배양하였다. 배양 이후에, 마이크로캡슐을 배지에 첨가하여 7300 유닛 mL-1의 수 농도를 수득하고, 3 일 동안 추가 배양하였다. 이어서, 마이크로캡슐을 다양한 시간 동안 NIR 레이저 (808 nm, 1 W · cm-2)로 조사하였다. 조사 이후, 세포 생존율은 CCK-8 어세이 및 microplate reader (λ = 450 nm)를 이용하여 측정하였다. 이중 검사(duplicate test)에서 조직 화학 염색(histochemical staining)은 트리판 블루(trypan blue, 0.4%)를 사용하여 수행하였다.
결과
MoS2 NS는 마이크로캡슐 내에 캡슐화될 때, 외부 요인에 의한 희석이 방지되고, 이들 물질은 효율적인 PT 히터로서의 역할을 할 수 있다.
마이크로캡슐의 PT 성능을 알아보기 위해서, 마이크로캡슐을 2900, 4400, 7300 units mL-1의 3 가지 농도로 증류수에 현탁시키고 파장 808 nm의 레이저로 1.0 W cm-2의 강도로 조사하였다. 조사하는 동안, 온도는 증가하고, 도 7의 (a)와 같이 정상 상태로 도달한다.
정상 상태 온도는 마이크로캡슐의 농도에 따라 증가하였다. 7300 units mL-1의 농도에서 마이크로캡슐을 사용할 경우에, 도 7의 (b)와 같이, 5 분 이내에 온도가 24 ℃에서 50 ℃ 이상으로 증가한다. 이러한 최대 온도는 암 세포(cancer cells)를 제거하기 위한 임계 온도를 초과하는 것이다. 이러한 온도의 큰 증가는 MoS2 NSs의 PT 효과에 기인한다; 증류수와 P20의 수용액은 동일한 조사 조건 하에서 온도의 한계 증가 (ΔT <2 ℃)를 나타내며, 이는 국부적 PT 가열을 위한 MoS2 NS-로딩 마이크로캡슐의 잠재적 이점을 입증한다.
도 8에서 나타낸 바와 같이, 마이크로캡슐은 암 세포의 성장 분포를 갖는 생체 조직 내에서 동시에 in situ local pH 감지 및 PT 가열을 하는데 사용할 수 있다. 이를 입증하기 위해서, F-MoS2 NSs-로딩된 마이크로캡슐을 RPMI 배지를 분산시키고, A549 암 세포를 배양하고, 배양 시간 동안 모니터링하였다.
배양 첫 24 시간 동안 (1 일째), 외부 pH가 7.0보다 커서 마이크로캡슐의 형광 강도는 낮게 유지된다. 배양 2 일째 (2 일째)에 배지의 pH가 6.6으로 바뀜에 따라 마이크로캡슐의 형광 신호가 증가한다. 3 일째 (3 일째)에 종양 세포의 성장에 따라 락트산의 분비에 의해 배지의 pH가 6.3 이하로 감소함에 따라 형광 강도가 크게 증가한다. (도 8의 (b)). 이어서, 마이크로캡슐 및 A549 세포에 808 nm 레이저를 조사하였다. 세포 생존율은 59 %로 급격히 감소하였으며, 세포 배지의 온도는 도 8의 (c)와 같이 5 분간 조사한 후 50 ℃로 증가하였다.
세포 괴사는 48 ℃ 이상에서 일어나는 것으로 알려져 있기 때문에 종양 세포 사멸은 대개 수분 내에 일어나는 것으로 알려져 있다. 세포 생존율은 조사 10 분 이후 42 %, 20 분 이후 21 %로 떨어진다. 이와 반대로, 대조적으로, 마이크로캡슐의 부재 하에서의 조사 시 생존력에 영향을 주지 않으며, 이는 선택적 가열을 위한 본 발명의 마이크로캐슐의 중요성을 입증하는 것이다.
또한, 도 8의 (d) 및 (e)에서 세포 생존율은 0.4% 트리판 블루 염료로 세포를 처리하여 PT 가열 이후의 시각화하였다. 잔류하는 생존 세포는 손상 없이 그대로 판 상에 퍼져 나갔고, 사멸 세포는 파란색으로 염색되고 판에서 수축하거나 떨어져서 구형 또는 막대 모양을 갖는다. 이러한 결과는 본 발명의 마이크로캡슐이 암의 효율적 PT 치료에 적용될 수 있음을 보여준다.
결론적으로, 본 발명에 의한F-MoS2 NS를 함유한 마이크로캡슐은 잠재적으로 생체 내 암 검출 및 PT 치료에 유용하게 적용될 수 있다. 즉, 인산 완충 식염수 완충액에 부유된 마이크로캡슐은 의심되는 조직에 피하주사된다. 상대적으로 큰 마이크로캡슐은 생체 검사 또는 수술 절차와 함께 배치될 수 있다.
생체 내 사용의 경우, NIR 영역에서의 여기 및 방출을 갖는 염료가 가시 광선 보다 더 바람직하며, 이는 가시 광선 및 NIR 범위에서 넓은 흡수 영역을 갖는 MoS2 NSs로 인하여, 피부 및 조직에 따라 상대적으로 더 깊은 NIR 침투 깊이 때문이다. NIR 염료도 효율적인 FRET 퀀처로 작용할 수 있다.
마이크로캡슐이 이식되면, 마이크로캡슐의 반투막(semipermeable membrane)은 복잡한 생물학적 유체로부터 F-MoS2 NS를 보호하고 충분히 높은 농도의 F-MoS2 NS를 유지할 수 있다. 생체 내 사용의 경우, NIR 영역에서의 여기 및 방출을 갖는 염료가 가시 광선 및 NIR 범위에 대해 넓은 흡수를 가지며, 피부 및 조직을 통한 NIR 광의 비교적 높은 침투 깊이 때문에 가시 광선보다 NIR 광이 더 유용할 수 있다.
NIR 범위에서 작동하는 F-MoS2 NSs를 사용하면 인체 외부에서 형광 강도를 모니터링할 수 있습니다. 마이크로캡슐의 주입 부위에 종양이 있는 경우 pH가 감소함에 따라 형광 강도가 증가합니다. 그렇지 않으면 강도의 변화는 발생되지 않는다. 증가된 강도를 갖는 부위는 NIR 광으로 조사되어 암세포를 광열적으로 제거할 수 있다.
NIR 범위에서 작동하는 F-MoS2 NSs를 사용하면, 인체 외부에서 형광 강도를 모니터링할 수 있습니다. 마이크로캡슐의 이식 부위에 종양이 있는 경우, pH가 감소함에 따라 형광 강도가 증가한다. 이와 달리, 강도는 변하지 않는다. 증가된 강도를 갖는 부위는 NIR 빛으로 조사하여 암 세포를 광열적으로 제거할 수 있다.
본 발명은, 수성 코어(aqueous core)와 반투성 폴리머 쉘(semipermeable polymeric shell)을 갖는 마이크로캡슐에 pH 반응성 폴리머로 코팅된 이황화 몰리브덴 나노시트(MoS2 NSs)의 캡슐을 포함하는 인 시츄 pH 감지 및 광열 가열(photothermal heating)을 위한 새로운 마이크로캡슐 플랫폼을 제시하였다. MoS2 NSs는 pH 민감성 F
Figure pat00010
rster 공명 에너지 전달 (F
Figure pat00011
orster resonance energy transfer, FRET) 효과를 제공하기 위해 말단부에 형광기를 갖는 pH 반응성 폴리머로 기능화된다. pH 반응성 고분자는 미묘한 pH 변화에 반응하여 pH 7.0 부근에서 FRET 효율의 변화를 전달하는, 고분자 구조의 극적인 변화를 일으키도록 신중하게 설계되어 암세포를 검출할 수 있다. pH 민감성 MoS2 NSs는 반투막 내에 미세 유체적으로 캡슐화되어 균일한 크기 및 조성을 갖는 마이크로캡슐을 획득하였다. 마이크로캡슐은 누설없이 MoS2 NSs를 유지하면서 막을 통해 작은 이온과 물의 확산을 허용할 수 있다. 동시에, 멤브레인은 주위의 매질에서 접착성 단백질과 지질을 배제하여, 캡슐화된 MoS2 NSs를 비활성화로부터 보호하고 in situ pH 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 캡슐화된 MoS2 NS는 고성능 광열(high-performance photothermal heating)을 나타내므로, 본 발명에 의한 이중 기능성 마이크로캡슐은, 암 진단 및 치료에 유용하게 적용할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 하기의 화학식 1로 표시되는 랜덤 블록 공중합체 및 이황화 몰리브덴 나노 구조체의 복합체를 포함하는 코어; 및
    상기 코어를 둘러싸는 쉘층;
    을 포함하는, 마이크로캡슐:
    [화학식 1]
    Figure pat00012


    (여기서, R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 알케닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕실기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 5 내지 탄소수 30의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
    Dye는 형상 특성을 갖는 기능기이며,
    n은 1 내지 20의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광 특성을 갖는 기능기는, 플루오레세인, 쿠마린, 아크리딘, 피렌, 사이아닌, 에리트로신, 로다민(Rhod) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나와 하기의 화학식 2로 표시되는 랜덤 블록 공중합체의 결합으로 형성된 것인, 마이크로캡슐:

    [화학식 2]
    Figure pat00013


    (여기서, R1 내지 R3는, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 2 내지 50의 알케닐기, 탄소수 1 내지 50의 알콕실기, 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 탄소수 30의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 5 내지 탄소수 30의 아릴기 및 탄소수 5 내지 탄소수 30의 헤테로아릴기에서 선택된다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로다민(Rhod) 및 이의 유도체는, 로다민(Rhod), 로다민(Rhod) B, 6-카복시-X-로다민(ROX), 6-카복시로다민(R6G), 리사민 로다민 B 설포닐 클로라이드, 로다민 123, 로다민 X 이소티오시아네이트, 설포로다민 B, 설포로다민 101, 설포로다민 101의 설포닐 클로라이드 유도체(Texas Red), N,N,N′,N′-테트라메틸-6-카복시로다민(TAMRA), 테트라메틸 로다민, 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트(TRITC), 리보플라빈 및 로졸산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    마이크로캡슐.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 이황화 몰리브덴(MoS2)은, 상기 랜덤 블록 공중합체의 -SH 말단기와 결합하는 것인,
    마이크로캡슐.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 나노입자, 나노시트, 나노튜브, 나노로드, 나노니들 및 나노와이어로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    마이크로캡슐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 단일층 또는 복수층의 나노시트이고, 10 nm 내지 1000 nm의 크기를 갖는 것인,
    마이크로캡슐.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이황화 몰리브덴 나노 구조체는, 상기 랜덤 블록 공중합체에 대해 50 중량% 내지 90 중량%로 포함되는 것인,
    마이크로캡슐.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐은, 세포 내 인시츄 pH 감지 기능, 광열 기능 또는 이 둘을 갖는 것인,
    마이크로캡슐.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐은, 세포 내 환경에서 pH 6 내지 8에 대한 형광 특성의 변화를 나타내는 것인,
    마이크로캡슐.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐은, 근적외선(NIR, near-infrared) 영역의 레이저에 의한 광열 기능을 갖는 것인,
    마이크로캡슐.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 쉘층은, 반투명 멤브레인인 것인,
    마이크로캡슐.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 쉘층은, 열경화성 폴리실록산 반투명 멤브레인을 포함하고,
    상기 광경화성 폴리실록산은, 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트 및 페닐(메타)아크릴레이트 중 적어도 어느 하나에 의해 개질된 폴리실록산인 것인,
    마이크로캡슐.
  13. 제1항의 마이크로캡슐; 및
    담체;
    를 포함하고,
    pH-감지 및 광열 기능을 갖는,
    조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조성물은, 암의 진단 및 광열 치료를 위한 약학 조성물인 것인,
    조성물.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 조성물은, 경구, 비경구, 국부 또는 국소 투여로 투여되는 것인,
    조성물.
  16. 제13항의 pH-감지 및 광열 기능을 갖는 조성물 및 근적외선 영역에서 광을 조사하는 장치;
    를 포함하는,
    pH-감지 및 광열 기능을 갖는,
    키트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 키트는, 세포 내 국소적 pH 감지 및 광열 치료에 이용되고,
    상기 세포는, 암 세포, 종양 세포 또는 이 둘을 포함하는 것인,
    키트.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 키트는, 암의 진단 및 광열 치료를 위한 것인,
    키트.
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