KR20210049695A - Magnetic-Optical Composite Nanoparticles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자성 나노입자와 이종 나노입자들로 구성되어 자성과 광학 기능을 동시에 구현할 수 있는 자성-광학 복합구조 나노입자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 특정 물질의 검지에 관한 것이다. The present invention relates to magnetic-optical composite nanoparticles, which are composed of magnetic nanoparticles and heterogeneous nanoparticles to realize both magnetic and optical functions, a method of manufacturing the same, and detection of a specific material using the same.
더 상세하게는 다양한 구성의 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하기 위한 플랫폼을 제공하며, 상기 자성-광학 복합구조 나노입자의 자기적 특성을 이용한 자성 분리, 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(MEF) 현상을 이용한 광학성능 개선, 및 생체분자 검지를 위한 프로브 제조방법에 관한 것이다.In more detail, it provides a platform for manufacturing magnetic-optical composite nanoparticles of various configurations, magnetic separation using magnetic properties of the magnetic-optical composite nanoparticles, and metal enhancement between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles. It relates to a method of manufacturing a probe for detecting biomolecules and improving optical performance using a fluorescence (MEF) phenomenon.
기존 체외진단 생체분자 검지법으로 효소결합면역분석법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA), 유세포분석기(flow cytometry) 등이 사용되고 있는데, 이들은 수입제품으로 고가의 비용 및 많은 시간을 소요한다는 단점이 있다. 그뿐 아니라, 유기형광체는 라이프 타임이 짧으며, 안정성이 떨어진다는 측면에서 검사의 오류 발생 가능성이 크다.Existing in vitro diagnostic biomolecule detection methods include Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) and flow cytometry, but these are imported products, which are expensive and take a lot of time. In addition, organic phosphors have a short life time and a high probability of test errors in terms of poor stability.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근 검지 민감도가 높은 나노소재를 다양한 관점에서 사용하고 있다. 업컨버전 나노입자, 양자점을 이용하여 응용되고 있으나, 이들은 자기적(magnetic) 특성이 있지 않기 때문에 포획하고자 하는 분자 또는 단백질을 단독적으로 분리할 수 없다. 따라서 자기적 특성을 가지는 비드(bead)를 사용해야 하고, 및 포획하고자 하는 특정 분자 및 단백질을 추출하는 데 공정이 복잡하다는 단점이 있다.In order to solve this problem, nanomaterials with high detection sensitivity have been recently used from various viewpoints. Although it is applied using up-conversion nanoparticles and quantum dots, they cannot separate molecules or proteins to be captured because they do not have magnetic properties. Therefore, there is a disadvantage in that beads having magnetic properties must be used, and the process is complicated to extract specific molecules and proteins to be captured.
대안으로 제시되었던 금속 및 금속산화물이 복합된 자성-광학 나노입자는 그 응용성이 매우 클 것으로 기대됨에도 불구하고, 단일 나노입자 내에서 균일한 자기적 특성과 광학적 특성을 동시에 가지는 것이 어려우며, 자성 나노입자가 발광 나노구조체의 발광 억제(quenching)를 유발한다는 점에서 응용성이 제한되어 있다.Although the magnetic-optical nanoparticles in which metals and metal oxides were combined are expected to have great applicability, it is difficult to have uniform magnetic and optical properties in a single nanoparticle at the same time. The applicability is limited in that the particles cause quenching of the luminescent nanostructures.
본 발명에서는 자성 나노입자-제1 세라믹 코어-쉘 나노입자 표면에 귀금속 나노입자를 화학적 결합한 뒤, 제2 세라믹 쉘을 형성시키고 그 위에 양자점 나노입자를 화학적 결합하여 자성-광학 복합기능 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. 그리고 상기 자성-광학 복합기능 나노입자의 금속증강형광(MEF)을 이용하여 양자점의 발광 효율을 개선하고, 개선된 발광 신호를 이용하여 타겟 세포를 영상화 한다. 또한, 상기 자성-광학 복합기능 나노입자를 이용하여 생체물질을 정량적 분석함과 동시에 비색분석법(colorimetric assay)을 통하여 검지한다.In the present invention, after chemically bonding the noble metal nanoparticles to the magnetic nanoparticle-first ceramic core-shell nanoparticle surface, a second ceramic shell is formed and quantum dot nanoparticles are chemically bonded thereon to prepare a magnetic-optical composite functional nanoparticle. Provides a way to do it. In addition, the luminous efficiency of the quantum dots is improved by using the metal-enhanced fluorescence (MEF) of the magnetic-optical composite nanoparticles, and the target cells are imaged using the improved luminescence signal. In addition, a biomaterial is quantitatively analyzed using the magnetic-optical composite nanoparticles and detected through a colorimetric assay.
본 발명은 형광신호를 가지는 양자점 나노입자, 귀금속 나노입자 및 자성 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a magnetic-optical composite nanoparticle composed of quantum dot nanoparticles, noble metal nanoparticles, and magnetic nanoparticles having a fluorescent signal, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 상기 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용한 자성 나노입자에 의한 양자점 나노입자의 발광 신호 억제 극복과, 생체분자 또는 생체물질 검지 능력을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to overcome the suppression of light emission signals of quantum dot nanoparticles by magnetic nanoparticles using the magnetic-optical composite nanoparticles, and to provide an ability to detect biomolecules or biomaterials.
본 발명은 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;The present invention comprises the steps of preparing a core-shell nanoparticle by forming a first ceramic shell on the magnetic nanoparticles;
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;Preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached by attaching noble metal nanoparticles to the first shell surface of the core-shell nanoparticles;
상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계; 및Forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles to which the noble metal nanoparticles are attached to prepare core-double-shell nanoparticles; And
상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing a magnetic-optical composite nanoparticle comprising the step of preparing a magnetic-optical composite nanoparticle by attaching the quantum dot nanoparticle to the second shell surface of the core-double-shell nanoparticle.
또한, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 제조되고, In addition, the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method,
자성 나노입자 코어 및 제1 세라믹 쉘을 포함하는 코어-쉘 나노입자; Core-shell nanoparticles including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;Noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및 A second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles in which the noble metal nanoparticles are formed; And
상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자를 제공한다. It provides a magnetic-optical composite nanoparticles including quantum dot nanoparticles formed on the surface of the second ceramic shell.
또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 영상진단용 조성물, 분석물 검출용 키트 또는 분자진단 칩을 제공한다.In addition, the present invention provides an image diagnostic composition, an analyte detection kit, or a molecular diagnostic chip including magnetic-optical composite nanoparticles.
또한, 본 발명은 전술한 자성-광학 복합구조 나노입자의 표면에 검출하고자 하는 분석물과 결합할 수 있는 생체분자를 기능화하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of the magnetic-optical composite nanoparticles;
상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및 Exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; And
광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법을 제공한다. It provides a method of imaging or detecting an analyte comprising the step of identifying an analyte bound to magnetic-optical composite nanoparticles using photoluminescence spectroscopy.
본 발명에서는 자성 나노입자, 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여, 특이적으로 생체분자 또는 생체물질의 포획 및 검지를 가능하게 할 뿐만 아니라, 비색분석과 발광신호를 이용한 정량적 분석을 수행할 수 있다. In the present invention, magnetic-optical composite nanoparticles composed of magnetic nanoparticles, precious metal nanoparticles, and quantum dot nanoparticles are used to specifically capture and detect biomolecules or biomaterials, as well as colorimetric analysis and light emission. Quantitative analysis using signals can be performed.
따라서, 본 발명의 자성-광학 복합구조 나노입자는 질병 진단, 세포 분리 및 영상 등 다양한 바이오 메디컬 분야에 활용될 수 있다.Accordingly, the magnetic-optical composite nanoparticles of the present invention can be used in various biomedical fields such as disease diagnosis, cell separation, and imaging.
도 1에서 (a)는 양자점의 증폭된 발광 신호를 지니는 산화철 나노입자, 금 나노입자, 그리고 셀렌화카드뮴 양자점 나노입자로 구성된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 과정 모식도와 각 과정에서 제조된 나노입자의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 사진을 나타낸다.
도 1에서 (b)는 귀금속 나노입자와 같은 플라즈모닉 나노입자에 의한 MEF를 이용하여 형광 신호의 세기 증폭을 위한 전략과, 그 과정에서 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자의 거리를 조절하여 형광 신호 세기의 증폭을 극대화 시키는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2에서 (a)는 실리카 전구체의 양에 따른 제2 실리카 쉘의 두께 변화를 나타내는 모식도와 투과전자현미경 사진이다.
도 2에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제2 실리카 쉘의 두께를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3에서 (a)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 및 셀렌화카드뮴 양자점의 투과전자현미경 사진, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 광발광분광계(Photoluminescence, PL)로 확인한 형광 신호를 나타낸다.
도 3에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 에너지 분산형 분광분석법(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)사진을 나타낸다.
도 4에서 (a)는 비교예에서 제조된 자성-광학 나노입자(Bare without Au)와 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자(제2 세라믹 쉘 두께에 차이를 가짐)의 모식도와 투과전자현미경 사진을 나타낸다.
도 4에서 (b)는 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 제2 실리카 쉘 두께에 따른 나노입자의 크기 증가를 확인하기 위해, 동적광산란기(Dynamic Light Scattering, DLS)로 측정한 미세유체학적 크기(입도 분포 변화 결과)를 나타내고, (c)는 제2 실리카 쉘 두께에 따른 PL 강도의 변화를 형광현미경의 광발광분광법으로 측정한 결과를 나타낸다.
도 5에서 (a)는 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)가 부착된 자성-광학 복합구조 나노입자로 암세포를 특이적으로 검지하고 영상화하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5에서 (b)는 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)가 부착된 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여 뇌종양세포(U87MG 세포)와 유방암세포(MCF7 세포)를 각각 형광현미경으로 영상화한 결과를 나타낸다. 이때, 뇌종양세포는 세포 표면에 cRGD와 결합하는 수용체(인테그린, integrin)의 발현 정도가 높으며, 유방암세포는 표면에 상기 인테그린 발현 정도가 낮은 특성을 가진다.
도 6에서 (a)는 자성-광학 복합구조 나노입자에 항체를 수식하고 그에 따른 항원을 자성 분리하고 형광 검지하는 과정을 나타내는 모식도이고, (b)는 인플루엔자 A 항체가 표면기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용하여 인플루엔자 A 바이러스 농도에 따른 면역크로마토그래피 래피드 테스트(비색분석법)와 동시에 발광신호 세기를 확인한 결과를 나타낸다.In Figure 1 (a) is a schematic diagram of the manufacturing process of a magnetic-optical composite nanoparticle composed of iron oxide nanoparticles, gold nanoparticles, and cadmium selenide quantum dot nanoparticles having an amplified light emission signal of quantum dots and nanoparticles prepared in each process. A transmission electron microscopy (TEM) photograph of the particles is shown.
In Figure 1 (b) is a strategy for amplifying the intensity of the fluorescence signal using MEF by plasmonic nanoparticles such as precious metal nanoparticles, and in the process, the fluorescence signal intensity by adjusting the distance between the precious metal nanoparticle and the quantum dot nanoparticle. It is a schematic diagram showing the process of maximizing the amplification of
In FIG. 2 (a) is a schematic diagram and a transmission electron microscope photograph showing a change in thickness of a second silica shell according to the amount of a silica precursor.
In Figure 2 (b) is a graph showing the result of measuring the thickness of the second silica shell of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example.
In Figure 3 (a) is a transmission electron micrograph of a manganese-doped zinc sulfide quantum dot and a cadmium selenide quantum dot, a transmission electron micrograph of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example, and a photoluminescence spectrometer (Photoluminescence, PL). ) Shows the fluorescence signal.
In FIG. 3, (b) shows a transmission electron microscope photograph and an energy dispersive spectroscopy (EDS) photograph of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example.
In Figure 4 (a) is a schematic diagram and transmission of the magnetic-optical nanoparticles (Bare without Au) prepared in Comparative Example and the magnetic-optical composite nanoparticles (having a difference in the thickness of the second ceramic shell) prepared in Example Shows an electron microscope picture.
In FIG. 4 (b) is measured by a dynamic light scattering (DLS) in order to confirm the increase in the size of the nanoparticles according to the thickness of the second silica shell of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example. It shows the microfluidic size (a result of the change in particle size distribution), and (c) shows the result of measuring the change of the PL intensity according to the thickness of the second silica shell by photoluminescence spectroscopy of a fluorescence microscope.
In FIG. 5, (a) is a schematic diagram showing a process of specifically detecting and imaging cancer cells with magnetic-optical composite nanoparticles to which cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) is attached.
In Figure 5, (b) is a fluorescence microscope of brain tumor cells (U87MG cells) and breast cancer cells (MCF7 cells) using magnetic-optical composite nanoparticles to which cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) is attached. Shows the result of imaging with. At this time, brain tumor cells have a high level of expression of cRGD-binding receptors (integrin, integrin) on the cell surface, and breast cancer cells have a low level of integrin expression on the surface.
In Figure 6 (a) is a schematic diagram showing the process of modifying the antibody to the magnetic-optical complex structure nanoparticles and magnetically separating the antigen accordingly and detecting fluorescence, (b) is a magnetic-optical complex in which the influenza A antibody is surface functionalized The results of confirming the intensity of the light emission signal at the same time as the immunochromatographic rapid test (colorimetric analysis) according to the concentration of influenza A virus using structural nanoparticles are shown.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 (A) 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 코어-쉘 나노입자 제조 단계);The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic-optical composite nanoparticle, wherein the magnetic-optical composite nanoparticle according to the present invention comprises (A) a core-shell nanoparticle by forming a first ceramic shell on the magnetic nanoparticle. A step (hereinafter, a core-shell nanoparticle manufacturing step);
(B) 상기 코어-쉘 나노입자의 제1 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조 단계);(B) preparing core-shell nanoparticles with noble metal nanoparticles attached by attaching noble metal nanoparticles to the first shell surface of the core-shell nanoparticles (hereinafter, core-shell nanoparticles with noble metal nanoparticles attached thereto) Manufacturing step);
(C) 상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계(이하, 코어-이중쉘 나노입자 제조 단계); 및(C) forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles to which the noble metal nanoparticles are attached to prepare a core-double-shell nanoparticle (hereinafter, a core-double-shell nanoparticle manufacturing step); And
(D) 상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계 (이하, 자성-광학 복합구조 나노입자 제조 단계)를 포함할 수 있다. (D) attaching quantum dot nanoparticles to the second shell surface of the core-double-shell nanoparticles to prepare magnetic-optical composite nanoparticles (hereinafter, magnetic-optical composite nanoparticle manufacturing step). have.
본 발명에서 (A) 코어-쉘 나노입자 제조 단계는 자성 나노입자에 제1 세라믹 쉘을 형성하여 자성 나노입자-세라믹 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계이다.In the present invention, the (A) core-shell nanoparticle manufacturing step is a step of preparing a magnetic nanoparticle-ceramic core-shell nanoparticle by forming a first ceramic shell on the magnetic nanoparticle.
상기 단계는 자성 나노입자를 포함하는 제1 용액에 세라믹 전구체 용액을 혼합하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제1 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제2 용액을 제조할 수 있다. The step may be performed by mixing the ceramic precursor solution with the first solution including magnetic nanoparticles, and through the step, a second solution including the first core-shell nanoparticles may be prepared.
일 구체예에서, 자성 나노입자는 코어-쉘 나노입자의 코어를 형성한다. 상기 자성 나노입자는 금속산화물 나노입자일 수 있으며, 상기 금속산화물은 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3 및 MgO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서는 상기 금속산화물을 사용하여 최종 제조되는 자성-광학 복합구조 나노입자에 자성을 부여할 수 있다. In one embodiment, the magnetic nanoparticles form the core of the core-shell nanoparticle. The magnetic nanoparticles may be metal oxide nanoparticles, and the metal oxides are FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , It may be at least one selected from the group consisting of CeO 2 , Al 2 O 3 and MgO. In the present invention, magnetism may be imparted to the magnetic-optical composite nanoparticles finally prepared by using the metal oxide.
상기 자성 나노입자는 자성 나노입자들의 클러스터 또는 자가조립체로 구성될 수 있다.The magnetic nanoparticles may be composed of a cluster or self-assembly of magnetic nanoparticles.
이러한 자성 나노입자, 클러스터 또는 자가조립체의 평균 입경은 후술할 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자보다 크다면 제한되지 않으나, 예를 들어, 10 내지 500 nm일 수 있다. 또한, 상기 자성 나노입자, 클러스터 또는 자가조립체는 구형일 수 있다. 본 발명에서 용어 '구형'은 한 점에서 같은 거리에 있는 모든 점으로 이루어진 입체 모양이라는 수학적 정의의 구뿐 아니라, 외견상 둥글게 생긴 형상의 것을 모두 포괄할 수 있다. The average particle diameter of the magnetic nanoparticles, clusters, or self-assembly is not limited as long as it is larger than the noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles to be described later, but may be, for example, 10 to 500 nm. In addition, the magnetic nanoparticles, clusters, or self-assembly may be spherical. In the present invention, the term'spherical' may encompass not only the mathematical definition of a three-dimensional shape consisting of all points at the same distance from one point, but also those having an apparently rounded shape.
일 구체예에서, 제1 세라믹 쉘은 자성 나노입자를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. In one embodiment, the first ceramic shell may serve to protect magnetic nanoparticles.
상기 세라믹은 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 실리카를 사용하여 실리카 쉘을 형성할 수 있다. The ceramic may include at least one selected from the group consisting of silica, titania, zirconia, alumina, and zeolite, and in the present invention, silica may be used to form a silica shell.
이러한 제1 세라믹 쉘의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 쉘의 두께를 1 내지 100 nm, 5 내지 50 nm, 또는 1 내지 20 nm로 조절할 수 있다. The thickness of the first ceramic shell is not particularly limited, and for example, the thickness of the shell may be adjusted to 1 to 100 nm, 5 to 50 nm, or 1 to 20 nm.
일 구체예에서, 제1 세라믹 쉘은 자성 나노입자와 세라믹 전구체의 반응을 통해 형성될 수 있다. 이때, 세라믹 전구체로 알콕시화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. In one embodiment, the first ceramic shell may be formed through a reaction of magnetic nanoparticles and a ceramic precursor. At this time, an alkoxy compound may be used as the ceramic precursor, and specifically, at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethyl orthosilicate (TMOS) may be used.
본 발명에서 (B) 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조 단계는 단계 (A)에서 제조된 코어-쉘 나노입자에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계이다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 금속증강형광 템플릿 나노입자로 표현할 수 있다. In the present invention, (B) core-shell nanoparticles with noble metal nanoparticles are attached to the core-shell nanoparticles prepared in step (A) by attaching noble metal nanoparticles to the core-shell nanoparticles prepared in step (A). It is a step of manufacturing. In the present invention, core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached may be expressed as metal-enhanced fluorescent template nanoparticles.
본 발명에서 상기 단계 (B)는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및 In the present invention, the step (B) includes the steps of introducing a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles; And
상기 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. It may include the step of bonding the noble metal nanoparticles to the functional group.
또한, 본 발명에서 단계 (B)는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계;In addition, step (B) in the present invention includes the steps of introducing a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
상기 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계; 및 Bonding a noble metal nanoparticle seed to the functional group; And
상기 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 포함할 수 있다. It may include the step of preparing the noble metal nanoparticles by growing the noble metal nanoparticle seed bound to the functional group.
구체적으로, 상기 단계 (B)에서는 단계 (A)에서 제조된 제2 용액에 기능기 함유 화합물을 첨가하여 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기가 도입된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제3 용액을 제조할 수 있다. Specifically, in step (B), a third solution containing core-shell nanoparticles having a functional group introduced into the surface of the first ceramic shell by adding a functional group-containing compound to the second solution prepared in step (A) is prepared. can do.
그리고, 상기 제3 용액에 귀금속 나노입자 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제4-1 용액을 제조할 수 있다. 또는, 상기 제3 용액에 귀금속 나노입자 시드 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자 시드가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 용액을 제조할 수 있으며, 상기 용액에 귀금속 이온 전구체 용액을 첨가하여 귀금속 나노입자 시드를 나노입자로 성장시켜, 성장된 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제4-2 용액을 제조할 수 있다. In addition, a solution 4-1 including core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached may be prepared by adding a noble metal nanoparticle solution to the third solution. Alternatively, a solution including core-shell nanoparticles with noble metal nanoparticle seeds attached may be prepared by adding a noble metal nanoparticle seed solution to the third solution, and noble metal nanoparticles by adding a noble metal ion precursor solution to the solution By growing the seed into nanoparticles, a solution 4-2 including core-shell nanoparticles in which the grown noble metal nanoparticles are formed may be prepared.
일 구체예에서, 귀금속의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 금, 은, 백금, 구리 또는 이들의 합금일 수 있다. In one embodiment, the type of the noble metal is not particularly limited, and may be, for example, gold, silver, platinum, copper, or an alloy thereof.
본 발명에서는 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계를 통해, 기능기가 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 도입되며, 상기 기능기는 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드와 다중결합을 형성할 수 있다. In the present invention, through the step of introducing a functional group to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle, the functional group is introduced to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticle, and the functional group is a noble metal nanoparticle or a noble metal nanoparticle. It can form multiple bonds with the seed.
일 구체예에서, 상기 기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 기능기는 아민기일 수 있으며, 코어-쉘 나노입자와 아민기 함유 화합물을 반응시켜, 상기 쉘 표면에 아민기를 도입할 수 있다.In one embodiment, the functional group may be selected from the group consisting of an amine group (-NH), a thiol group (-SH), a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), and dopamine. Specifically, the functional group may be an amine group, and an amine group may be introduced into the shell surface by reacting the core-shell nanoparticles with the amine group-containing compound.
본 발명의 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계 및 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계에서, 상기 기능기는 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드와 결합을 형성하여, 상기 코어-쉘 나노입자 상에 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드가 부착될 수 있다. In the step of coupling the noble metal nanoparticles to the functional group of the present invention and the noble metal nanoparticle seed to the functional group, the functional group forms a bond with the noble metal nanoparticle or the noble metal nanoparticle seed, and is formed on the core-shell nanoparticle. Noble metal nanoparticles or noble metal nanoparticle seeds may be attached.
이때, 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 당업계의 일반적인 제조방법을 통해 제조될 수 있으며, 구체적으로, 수용액 상에서 귀금속 이온 전구체 용액 및 환원제를 이용하여 합성될 수 있다. 상기 귀금속 이온 전구체, 환원제의 종류 및 농도, 반응 온도 등의 조건 변경을 통해 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드로 제조할 수 있다. At this time, the noble metal nanoparticles or the noble metal nanoparticle seeds may be prepared through a general manufacturing method in the art, and specifically, may be synthesized in an aqueous solution using a noble metal ion precursor solution and a reducing agent. It can be prepared as a noble metal nanoparticle or a noble metal nanoparticle seed by changing conditions such as the noble metal ion precursor, the type and concentration of the reducing agent, and the reaction temperature.
귀금속으로 금을 사용할 경우, 금 이온 전구체로 염화금 수화물(gold chloride trihydrate, HAuCl4·3H2O), 포타슘 염화금 화합물(Potassium gold(III) chloride), K(AuCl4) 및 금시안화포타슘(Potassium dicyanoaurate, KAu(CN)2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 귀금속으로 은을 사용할 경우, 은 이온 전구체로 질산은(silver nitrate, AgNO3), 은시안화포타슘(Potassium dicyanoaurate, KAg(CN)2) 및 아세트산은(silver acetate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 귀금속으로 백금을 사용할 경우, 백금 이온 전구체로 포타슘 테트라클로로플라티네이트(potassium tetrachloroplatinate,K2PtCl4), 염화백금(platinum chloride PtCl4) 및 염화백금산(hexachloroplatinic acid, H2PtCl6)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 귀금속으로 구리를 사용할 경우, 구리 이온 전구체로 질산구리 수화물(Cu(NO3)2·3H2O) 및 황산구리오수염(copper sulfate pentahydrate, CuSO4·5H2O)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 귀금속으로 팔라듐을 사용할 경우, 팔라듐 이온 전구체로 팔라듐 아세틸아세토네이트(palladium acetylacetonate), 염화팔라듐(palladium chloride, PdCl2) 및 질산팔라듐(palladium nitrate hydrate, Pd(NO3)2·H2O)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 환원제로 시트르산 소듐(trisodium citrate, Na3Cit), 수소화붕소소듐(sodium borohydrate, NaBH4), 하이드로퀴논(hydroquinone), 소듐 아스코르베이트(sodium ascorbate) 및 하이드록실아민(hydroxyl amine)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.When gold is used as a noble metal, gold chloride trihydrate (HAuCl 4 3H 2 O), potassium gold (III) chloride, K (AuCl 4 ), and potassium dicyanoaurate are used as gold ion precursors. , KAu (CN) 2 ) can be used at least one selected from the group consisting of, and when using silver as a noble metal, silver nitrate (AgNO 3 ) as a silver ion precursor, and potassium silver cyanide (Potassium dicyanoaurate, KAg (CN)) 2 ) and silver acetate may be used. When platinum is used as a noble metal, potassium tetrachloroplatinate (K 2 PtCl 4 ), platinum chloride (platinum chloride PtCl 4 ) and chloroplatinic acid (hexachloroplatinic acid, H 2 PtCl 6 ) can be used, and when using copper as a noble metal, copper nitrate hydrate (Cu(NO 3 )) as a precursor of copper ions 2 · 3H 2 O) and copper sulfate pentahydrate (CuSO 4 · 5H 2 O) can be used at least one selected from the group consisting of, and when palladium is used as a noble metal, palladium acetylacetonate ( palladium acetylacetonate), palladium chloride (PdCl 2 ), and palladium nitrate (palladium nitrate hydrate, Pd(NO 3 ) 2 ·H 2 O). In addition, as a reducing agent, sodium citrate (Na 3 Cit), sodium borohydrate (NaBH 4 ), hydroquinone, sodium ascorbate, and hydroxyl amine. One or more selected from the group can be used.
또한, 합성은 안정화제의 존재하에서 수행될 수 있으며, 이때 안정화제로 PVP(폴리비닐피롤리돈), 시트르산 소듐(trisodium citrate) 및 SDS(소듐 도데실 설페이트)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 합성은 자기 핵 형성 억제제 등을 추가로 사용하여 수행될 수 있으며, 금의 자기 핵 형성 억제제로 요오드화 칼륨을, 은의 자기 핵 형성 억제제로 아세토니트릴을 사용할 수 있다.In addition, the synthesis may be carried out in the presence of a stabilizer, and at this time, as a stabilizer, at least one selected from the group consisting of PVP (polyvinylpyrrolidone), sodium citrate (trisodium citrate), and SDS (sodium dodecyl sulfate) may be used. have. In addition, the synthesis may be carried out by using a magnetic nucleation inhibitor or the like, and potassium iodide may be used as the magnetic nucleation inhibitor of gold, and acetonitrile may be used as the magnetic nucleation inhibitor of silver.
상기 환원제는 수용액 상에서 귀금속을 환원시키는 환원제로 작용할 뿐만 아니라, 합성된 귀금속 나노입자의 주위에 음전하를 부여할 수 있다. 따라서, 환원된 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 표면 음전하로 인해 수용액 상에서 잘 분산되어 있으며, 아민기 등의 기능기와 만나 강하게 결합할 수 있다. 따라서, 상기 귀금속 나노입자 또는 귀금속 나노입자 시드는 코어-쉘 나노입자의 세라믹 쉘 표면의 기능기와 강한 결합을 형성하여, 상기 코어-쉘 나노입자에 귀금속 나노입자를 부착 또는 성장시켜 금속증강형광 템플릿 나노입자를 제조할 수 있다.The reducing agent not only acts as a reducing agent for reducing the noble metal in the aqueous solution, but also may impart a negative charge around the synthesized noble metal nanoparticles. Therefore, the reduced noble metal nanoparticles or noble metal nanoparticle seeds are well dispersed in the aqueous solution due to the surface negative charge, and can be strongly bonded to meet functional groups such as amine groups. Therefore, the noble metal nanoparticles or the noble metal nanoparticle seeds form a strong bond with the functional groups on the surface of the ceramic shell of the core-shell nanoparticles, and attach or grow the noble metal nanoparticles to the core-shell nanoparticles to form a metal enhanced fluorescent template nanoparticle. Can be manufactured.
일 구체예에서, 기능기가 도입된 코어-쉘 나노입자와 귀금속 나노입자를 반응시킨 후, 안정화제를 추가로 처리할 수 있으며, 이 때 안정화제로 전술한 종류를 제한 없이 사용할 수 있다. In one embodiment, after reacting the core-shell nanoparticles into which the functional group has been introduced with the noble metal nanoparticles, a stabilizer may be further treated, and at this time, the above-described type of stabilizer may be used without limitation.
본 발명에서는 귀금속 나노입자 시드를 사용한 경우, 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. In the present invention, when the noble metal nanoparticle seed is used, the step of preparing the noble metal nanoparticle by growing the noble metal nanoparticle seed bound to the functional group may be further performed.
상기 단계는 귀금속 나노입자 시드가 부착된 코어-쉘 나노입자를 포함하는 용액에 귀금속 이온 전구체 용액을 첨가하여 수행할 수 있다. 상기 단계를 통해 귀금속 나노입자 시드를 시드로 이용하여 상기 시드를 중심으로 나노입자로 성장시킬 수 있으며, 나노입자의 크기와 광학적 특성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 귀금속 이온 전구체로 시드의 제조에 사용되었던 귀금속 이온 전구체를 사용할 수 있으며, 환원제로 전술한 종류를 사용할 수 있다. 또한, 전술한 종류의 안정화제를 추가로 사용할 수 있다. The above step may be performed by adding a noble metal ion precursor solution to a solution containing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticle seeds are attached. Through the above step, a noble metal nanoparticle seed may be used as a seed, and the seed may be grown as a nanoparticle, and the size and optical properties of the nanoparticle may be improved. In this case, the noble metal ion precursor used in the production of the seed may be used as the noble metal ion precursor, and the aforementioned type may be used as a reducing agent. In addition, it is possible to additionally use stabilizers of the type described above.
상기 귀금속 나노입자 시드의 성장은 상기 귀금속 나노입자 시드를 코어-쉘 나노입자의 세라믹 표면에 부착시킨 후, 성장시켜 상기 귀금속 나노입자가 세라믹 표면에 맞닿아 성장하므로 단단하게 고정되어, 경제적이고 공정이 쉬운 장점을 가진다. 또한, 귀금속 나노입자를 성장시키면 상기 나노입자 간의 네트워킹이 일어나 세라믹 표면에서 결코 떨어질 수 없는 튼튼한 구조를 형성할 수도 있다.The noble metal nanoparticle seed is grown by attaching the noble metal nanoparticle seed to the ceramic surface of the core-shell nanoparticle, and then growing, so that the noble metal nanoparticle grows in contact with the ceramic surface. It has an easy advantage. In addition, when the noble metal nanoparticles are grown, networking between the nanoparticles may occur, forming a robust structure that can never be separated from the ceramic surface.
일 구체예에서, 귀금속 나노입자 또는 성장된 귀금속 나노입자의 평균 입경은 5 내지 50 nm일 수 있다. 상기 범위에서 금속증강형광이 가능한 파장 범위를 조절할 수 있다. In one embodiment, the average particle diameter of the noble metal nanoparticles or the grown noble metal nanoparticles may be 5 to 50 nm. In the above range, a wavelength range in which metal-enhanced fluorescence is possible can be adjusted.
본 발명에서 (C) 코어-이중쉘 나노입자 제조 단계는 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계이다. In the present invention, the (C) core-double-shell nanoparticle manufacturing step is a step of preparing a core-double-shell nanoparticle by forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticle to which the noble metal nanoparticle is attached.
상기 단계는 단계 (B)에서 제조된 제4-1 용액 또는 제4-2 용액에 세라믹 쉘 전구체 용액을 혼합하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제2 세라믹 쉘이 형성된 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 제5 용액을 제조할 수 있다.The step may be performed by mixing the ceramic shell precursor solution with the 4-1 solution or the 4-2 solution prepared in step (B), and the core-double-shell nanoparticles in which the second ceramic shell is formed through the above step It is possible to prepare a fifth solution containing.
일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘은 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자, 즉, 금속증강형광 템플릿 나노입자를 보호하는 역할과 동시에 귀금속 나노입자와 후에 부착될 양자점 나노입자 사이의 거리를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.In one embodiment, the second ceramic shell serves to protect the core-shell nanoparticles to which the noble metal nanoparticles are attached, that is, the metal-enhanced fluorescent template nanoparticles, and at the same time adjust the distance between the noble metal nanoparticles and the quantum dot nanoparticles to be attached later. It can play a regulating role.
상기 세라믹은 제1 세라믹 쉘에서 전술한 종류를 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 실리카, 티타니아, 알루미나, 지르코니아 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 실리카를 사용하여 제2 세라믹 쉘을 형성할 수 있다.The ceramic may be used without limitation in the above-described type in the first ceramic shell, and for example, at least one selected from the group consisting of silica, titania, alumina, zirconia, and zeolite may be used. In the present invention, silica may be used to form the second ceramic shell.
일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘은 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자와 세라믹 전구체의 반응을 통해 형성될 수 있다. 이때, 세라믹 전구체로 알콕시화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 전구체의 함량을 달리하여 2차 세리믹 쉘의 두께를 조절할 수 있다.In one embodiment, the second ceramic shell may be formed through a reaction of a core-shell nanoparticle to which noble metal nanoparticles are attached and a ceramic precursor. At this time, an alkoxy compound may be used as the ceramic precursor, and specifically, at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethyl orthosilicate (TMOS) may be used. In the present invention, the thickness of the secondary ceramic shell can be adjusted by varying the content of the precursor.
일 구체예에서, 제2 세라믹 쉘의 두께는 5 nm 내지 100 nm, 5 내지 50 nm 또는 5 내지 20 nm이며, 상기 제2 세라믹 쉘 내부에 귀금속 나노입자가 포함될 수 있다.In one embodiment, the thickness of the second ceramic shell is 5 nm to 100 nm, 5 to 50 nm, or 5 to 20 nm, and noble metal nanoparticles may be included in the second ceramic shell.
본 발명에서 (D) 자성-광학 복합구조 나노입자 제조 단계는 코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계이다.In the present invention, (D) the magnetic-optical composite nanoparticle manufacturing step is a step of preparing a magnetic-optical composite nanoparticle by attaching the quantum dot nanoparticle to the second shell surface of the core-double-shell nanoparticle.
구체적으로, 상기 단계는 단계 (C)에서 제조된 제5 용액에 기능기 함유 화합물을 첨가하여 수행할 수 있으며, 상기 단계를 통해 제2 세라믹 쉘 표면에 기능기가 도입된 나노입자를 포함하는 제6 용액을 제조할 수 있다. 그리고, 상기 제6 용액에 양자점 나노입자를 첨가하여 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 제7 용액을 제조할 수 있다.Specifically, the step may be performed by adding a functional group-containing compound to the fifth solution prepared in step (C), and through the step, a sixth step comprising nanoparticles having a functional group introduced into the surface of the second ceramic shell. Solutions can be prepared. In addition, a seventh solution including magnetic-optical composite nanoparticles may be prepared by adding quantum dot nanoparticles to the sixth solution.
본 발명에서 단계 (D)는 제2 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및 상기 기능기에 양자점 나노입자를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, step (D) includes introducing a functional group to the surface of the second ceramic shell; And it may include the step of bonding the quantum dot nanoparticles to the functional group.
일 구체예에서, 상기 기능기는 티올기(-SH), 아민기(-NH2), 카르복실기(-COOH) 및 하이드록실기(-OH)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 기능기는 티올기일 수 있으며, 코어-이중쉘 나노입자와 티올기 함유 화합물을 반응시켜, 상기 쉘 표면에 티올기를 도입할 수 있다.In one embodiment, the functional group may be selected from the group consisting of a thiol group (-SH), an amine group (-NH2), a carboxyl group (-COOH), and a hydroxyl group (-OH). Specifically, the functional group may be a thiol group, and a thiol group may be introduced into the shell surface by reacting a core-double-shell nanoparticle with a thiol group-containing compound.
일 구체예에서, 상기 기능기는 양자점 나노입자와 강하게 결합하여, 상기 코어-이중쉘 나노입자 상에 양자점 나노입자가 부착될 수 있다. In one embodiment, the functional group is strongly bonded to the quantum dot nanoparticles, and the quantum dot nanoparticles may be attached to the core-double-shell nanoparticles.
일 구체예에서, 양자점 나노입자는 셀렌화카드뮴(CdSe), 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 셀렌화아연(ZnSe), 황화아연(ZnS) 망간이 도핑된 황화아연(Mn-doped ZnS), 인화인듐(InP) 및 세슘리드할라이드(CsPbBr3, CsPbI3) 양자점으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the quantum dot nanoparticles are cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS) and zinc sulfide doped with manganese (Mn-doped). ZnS), indium phosphide (InP), and cesium lead halide (CsPbBr 3 , CsPbI 3 ) may include at least one selected from the group consisting of quantum dots.
이러한 양자점 나노입자는 당업계의 일반적인 제조방법을 통해 제조될 수 있으며, 구체적으로, 유기용매 상에서 양자점 이온 전구체, 환원제, 안정화제를 이용하여 합성될 수 있다. 이때, 양자점 이온은 아연, 황, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 인듐, 인, 세슘, 납, 브롬 또는 아이오딘일 수 있다. These quantum dot nanoparticles may be prepared through a general manufacturing method in the art, and specifically, may be synthesized using a quantum dot ion precursor, a reducing agent, and a stabilizer on an organic solvent. At this time, the quantum dot ion may be zinc, sulfur, manganese, cadmium, selenium, indium, phosphorus, cesium, lead, bromine, or iodine.
상기 아연 이온 전구체로 염화아연(zinc chloride dehydrate, ZnCl2), 아세트산아연(zinc acetate) 및 질산아연(zinc nitrate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 황 이온 전구체로 황 분말(sulfur powder) 및 도데실 멀캅탄(1-dodecanethiol)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 망간 이온 전구체로 염화망간(manganese chloride) 및 질산망간(manganese nitrate)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 카드뮴 이온 전구체로 산화카드뮴(cadmium oxide) 및 염화카드뮴(cadmium chloride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 셀레늄 이온 전구체로 셀레늄 분말(selenium powder) 및 산화셀레늄(selenium oxide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 인듐 이온 전구체로 아세트산인듐(indium acetate), 염화인듐(indium chloride) 및 플로오르화인듐(indium fluoride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 인 이온 전구체로 트리스(트리메틸실릴)포스핀을 사용할 수 있으며, 세슘 이온 전구체로 브롬화세슘(cesium bromide) 및 아이오딘화세슘(cesium iodide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 납 이온 전구체로 브롬화납(lead bromide) 및 아이오딘화납(lead iodide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 환원제와 안정화제로 다이벤질아민(dibenzylamine), 올레일아민(oleylamine), 올레산(oleic acid) 및 옥타데실아민(octadecylamine)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 용매로 옥타데센(octadecene), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 및 톨루엔(toluene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.One or more selected from the group consisting of zinc chloride dehydrate (ZnCl2), zinc acetate, and zinc nitrate may be used as the zinc ion precursor, and sulfur powder as a sulfur ion precursor And one or more selected from the group consisting of dodecyl mercaptan (1-dodecanethiol) may be used, and one or more selected from the group consisting of manganese chloride and manganese nitrate may be used as a manganese ion precursor. , One or more selected from the group consisting of cadmium oxide and cadmium chloride may be used as a cadmium ion precursor, and a group consisting of selenium powder and selenium oxide as a selenium ion precursor One or more selected from the group may be used, and one or more selected from the group consisting of indium acetate, indium chloride, and indium fluoride may be used as the indium ion precursor. Tris (trimethylsilyl) phosphine may be used, and at least one selected from the group consisting of cesium bromide and cesium iodide may be used as a cesium ion precursor, and lead bromide ( lead bromide) and lead iodide. In addition, as a reducing agent and a stabilizer, at least one selected from the group consisting of dibenzylamine, oleylamine, oleic acid, and octadecylamine may be used. ), dimethylformamide (DMF), and at least one selected from the group consisting of toluene.
일 구체예에서, 양자점 나노입자의 크기는 3 내지 15 nm일 수 있다. In one embodiment, the size of the quantum dot nanoparticles may be 3 to 15 nm.
또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노입자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 전술한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. In addition, the present invention relates to magnetic-optical composite nanoparticles. Magnetic-optical composite nanoparticles according to the present invention can be prepared by the above-described manufacturing method.
본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 자성 나노입자 코어 및 제1 세라믹 쉘을 포함하는 코어-쉘 나노입자; Magnetic-optical composite nanoparticles according to the present invention include a core-shell nanoparticle including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;Noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및 A second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles in which the noble metal nanoparticles are formed; And
상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함할 수 있다. It may include quantum dot nanoparticles formed on the surface of the second ceramic shell.
본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 자성 나노입자, 귀금속 나노입자 및 양자점 나노입자를 포함하여 자성과 광학 기능을 동시에 구현할 수 있다. The magnetic-optical composite nanoparticles according to the present invention may simultaneously implement magnetic and optical functions, including magnetic nanoparticles, precious metal nanoparticles, and quantum dot nanoparticles.
일 구체예에서, 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자는 제2 세라믹 쉘 내부에 포함될 수 있다. 따라서, 양자점 나노입자는 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자보다 외부에 위치할 수 있다. In one embodiment, the noble metal nanoparticles bonded to the surface of the core-shell nanoparticles may be included in the second ceramic shell. Therefore, the quantum dot nanoparticles may be located outside the noble metal nanoparticles bonded to the core-shell nanoparticle surface.
특히, 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(Metal-Enhanced Fluorescence; MEF) 현상을 이용하여 광학성능을 개선할 수 있다. 금속증강형광(MEF)은 특정 금속과 형광체가 일정한 거리를 사이에 두고 공유 또는 비공유 결합으로 연결되어 있을 때 발광효율이 증가하여 형광체가 본래 가지고 있던 자체밝기의 최대치보다 더욱 밝은 빛을 방출하는 현상을 의미한다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 형광 특성을 가지는 양자점 나노입자 간의 금속증강형광(MEF)을 통해 양자점 나노입자의 발광 효율을 개선할 수 있으며, 개선된 발광 신호를 이용하여 타겟 세포를 영상화할 수 있다. 특히 본 발명에서는 제2 세라믹 쉘을 통한 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자간의 거리 조절을 통해 양자점 나노입자의 발광 특성을 사용 목적에 맞게 조절할 수 있다. In particular, in the present invention, optical performance may be improved by using a metal-enhanced fluorescence (MEF) phenomenon between noble metal nanoparticles and quantum dot nanoparticles. Metal-enhanced fluorescence (MEF) is a phenomenon in which the luminous efficiency increases when a specific metal and a phosphor are connected by a covalent or non-covalent bond with a certain distance between them and emits light that is brighter than the maximum value of the self-brightness originally possessed by the phosphor. it means. In the present invention, the luminous efficiency of the quantum dot nanoparticles can be improved through metal-enhanced fluorescence (MEF) between the noble metal nanoparticles and the quantum dot nanoparticles having fluorescence characteristics, and the target cells can be imaged using the improved luminescence signal. In particular, in the present invention, the luminescence characteristics of the quantum dot nanoparticles can be adjusted according to the purpose of use by adjusting the distance between the noble metal nanoparticles and the quantum dot nanoparticles through the second ceramic shell.
또한, 본 발명은 전술한 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 영상진단용 조성물, 분석물 검출용 키트 또는 분자진단 칩에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to an image diagnostic composition, an analyte detection kit, or a molecular diagnostic chip comprising the above-described magnetic-optical composite nanoparticles.
또한, 본 발명은 자성-광학 복합구조 나노물입자의 표면에 검출하고자 하는 분석물과 결합할 수 있는 생체분자를 기능화하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of a magnetic-optical composite nanomaterial particle;
상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및 Exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; And
광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는, 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법에 관한 것이다. It relates to a method of imaging or detecting an analyte, comprising the step of identifying an analyte bound to magnetic-optical composite nanoparticles using photoluminescence spectroscopy.
본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자는 검출하고자 하는 분석물을 인식할 수 있는 생체분자가 기능화되어, 각종 타겟 생체분자들을 검출하는데 응용될 수 있는 프로브로 사용될 수 있다.The magnetic-optical composite nanoparticles according to the present invention are functionalized biomolecules capable of recognizing an analyte to be detected, and thus can be used as a probe that can be applied to detect various target biomolecules.
일 구체예에서, 검출하고자 하는 분석물은 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 글리코프로테인, 리포프로테인, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 지방산, 지질, 호르몬, 대사산물, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경전달물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사산물, 보조인자, 억제제, 약물, 약학물, 영양물, 프리온, 독소, 독물, 폭발물, 살충제, 화학무기제, 생체유해성 제제, 방사선동위원소, 비타민, 헤테로사이클릭 방향족 화합물, 발암물질, 돌연변이유발요인, 마취제, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 또는 오염물일 수 있다. 또한, 분석물이 핵산일 경우 상기 핵산은 유전자, 바이러스 RNA 및 DNA, 박테리아 DNA, 곰팡이 DNA, 포유동물 DNA, cDNA, mRNA, RNA 및 DNA 단편, 올리고뉴클레오티드, 합성 올리고뉴클레오티드, 개질된 올리고뉴클레오티드, 단일 가닥 및 이중 가닥 핵산, 자연적 및 합성핵산일 수 있다. In one embodiment, the analyte to be detected is amino acid, peptide, polypeptide, protein, glycoprotein, lipoprotein, nucleoside, nucleotide, oligonucleotide, nucleic acid, sugar, carbohydrate, oligosaccharide, polysaccharide, fatty acid , Lipids, hormones, metabolites, cytokines, chemokines, receptors, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, pharmaceuticals, nutrients, prions, toxins, poisons, explosives, It may be an insecticide, a chemical inorganic agent, a biohazard agent, a radioisotope, a vitamin, a heterocyclic aromatic compound, a carcinogen, a mutagenic agent, an anesthetic agent, an amphetamine, barbiturate, a hallucinogen, a waste or a contaminant. In addition, when the analyte is a nucleic acid, the nucleic acid may include genes, viral RNA and DNA, bacterial DNA, fungal DNA, mammalian DNA, cDNA, mRNA, RNA and DNA fragments, oligonucleotides, synthetic oligonucleotides, modified oligonucleotides, single It may be a nucleic acid of both stranded and double stranded, natural and synthetic.
일 구체예에서, 분석물을 인식할 수 있는, 본 발명에 따른 복합구조 나노입자의 표면에 결합될 수 있는 생체분자는 항체, 항체 단편, 유전조작 항체, 단일 쇄항체, 수용체 단백질, 결합 단백질, 효소, 억제제 단백질, 렉틴, 세포 유착 단백질, 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 핵산 또는 압타머일 수 있다 In one embodiment, a biomolecule capable of recognizing an analyte and capable of binding to the surface of the composite nanoparticle according to the present invention is an antibody, antibody fragment, genetically engineered antibody, single chain antibody, receptor protein, binding protein, It may be an enzyme, inhibitor protein, lectin, cell adhesion protein, oligonucleotide, polynucleotide, nucleic acid or aptamer.
발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용한 광발광분광법은 상기 나노입자의 귀금속 부분과 양자점 간의 상호작용으로 금속증강형광이 나타나 더 강한 신호 세기를 나타낼 수 있어, 분석물의 양이 적은 경우에도 검출이 가능해질 수 있다. 또한, 자성 특성을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자와 결합한 분석물의 자성 분리가 가능하며 매우 초고감도 생체 분자 분석법에 사용될 수 있으며, 체외 진단과 영상화 기술로도 매우 유용하다.Photoluminescence spectroscopy using magnetic-optical composite nanoparticles according to the invention can show a stronger signal intensity due to the interaction between the noble metal part of the nanoparticles and the quantum dots, so it can be detected even when the amount of analyte is small. This could be possible. In addition, magnetic separation of analytes bound to magnetic-optical composite nanoparticles is possible by using magnetic properties, and can be used for very high sensitivity biomolecular analysis, and is also very useful as an in vitro diagnostic and imaging technology.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 쉽게 설명하기 위함이며, 본 발명 범위가 제시된 실시예에 국한되지 않는다는 것은 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. It is obvious that these examples are only for the purpose of describing the present invention easily, and that the scope of the present invention is not limited to the examples presented.
실시예Example
실시예 1. 자성-광학 복합구조 나노입자 제조Example 1. Preparation of magnetic-optical composite nanoparticles
1) 자철석(magnetite, Fe1) Magnetite (Fe 33 OO 44 ) 나노입자 합성) Synthesis of nanoparticles
산화철(iron oxide), 구체적으로 자철석(magnetite, Fe3O4) 나노입자의 합성은 폴리올 방법을 통해 수행되었다. The synthesis of iron oxide, specifically magnetite (Fe 3 O 4 ) nanoparticles, was performed through a polyol method.
염화철 6수화물(iron chloride hexahydrate, FeCl3·6H2O)는 철 이온 전구체로, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG)은 환원제이면서 용매로, 아세트산 나트륨(sodium acetate, NaOAc), H2O는 가수분해를 도와주는 보조제로 사용하였다. Iron chloride hexahydrate (FeCl 3 6H 2 O) is an iron ion precursor, ethylene glycol (EG) is a reducing agent and solvent, sodium acetate (NaOAc), H 2 O is hydrolyzed. It was used as an adjuvant to help.
EG 50 mL에 FeCl3·6H2O 2 mmol, NaOAc 6 mmol, H2O 150 mmol을 넣고, 3구 플라스크에 넣은 후 기계적 스터어링(mechanical stirring)을 해주면서 15분 동안 200℃까지 빠르게 가열하였다. 반응 시간을 3시간 30분으로 유지하고, 냉각시킨 후, 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올에 분산시켰다(제1 용액 제조).In 50 mL of EG, FeCl3·6H 2 O 2 mmol, NaOAc 6 mmol, H 2 O 150 mmol were added, and then placed in a 3-neck flask, and then rapidly heated to 200° C. for 15 minutes while mechanically stirring. The reaction time was maintained at 3 hours and 30 minutes, cooled, washed with ethanol, and dispersed in ethanol (preparation of the first solution).
2) 금 나노입자 또는 금 나노입자 시드 합성2) Gold nanoparticle or gold nanoparticle seed synthesis
금 나노입자의 합성에서 염화금 수화물(gold chloride trihydrate, HAuCl4·3H2O)은 금 이온 전구체로, 시트르산 소듐(trisodium citrate, Na3Cit)은 환원제 및 안정화제로, H2O는 용매로 사용하였다.In the synthesis of gold nanoparticles, gold chloride trihydrate (HAuCl 4 3H 2 O) was used as a gold ion precursor, sodium citrate (Na 3 Cit) was used as a reducing agent and stabilizer, and H 2 O as a solvent. .
HAuCl4·3H2O 1 mM 100 mL을 100℃까지 가열한 후, 자기 교반(magnetic stirring)을 유지하며 Na3Cit 38.8 mM 10 mL을 주입하였다. 1 시간 동안 반응을 진행하고 상온까지 냉각하고 상온 보관하였다.HAuCl 4 · 3H 2 O 1
또한 금 나노입자 시드의 합성에서 HAuCl4·3H2O는 금 이온 전구체로, 수소화붕소소듐(sodium borohydrate, NaBH4)은 환원제로, Na3Cit는 안정화제로, H2O는 용매로 사용하였다. In addition, in the synthesis of gold nanoparticle seeds, HAuCl 4 · 3H 2 O was used as a gold ion precursor, sodium borohydrate (NaBH 4 ) was used as a reducing agent, Na 3 Cit was used as a stabilizer, and H 2 O was used as a solvent.
H2O 50 mL에 HAuCl4·3H2O의 농도를 0.25 mM, Na3Cit의 농도를 0.25 mM로 맞추고, 0.1M의 NaBH4 1.5 mL을 넣었다. 상온에서 자기 교반을 유지한 채로 6 시간 반응시켰다.In H 2 O 50 mL HAuCl 4 · 3H 2 O Point the concentration of the concentration of 0.25 mM, Na 3 Cit of a 0.25 mM, were added to 1.5 mL of 0.1M NaBH 4. It was reacted for 6 hours while maintaining magnetic stirring at room temperature.
3) 금 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자 제조3) Preparation of core-shell nanoparticles with gold nanoparticles attached
먼저, 산화철 나노입자에 스토버(Stober) 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다. First, a silica shell was formed on the iron oxide nanoparticles using the Stober method.
에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(ammonium hydroxide solution, NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)는 실리카 전구체로, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)은 안정화제로 사용하였다.Ethanol and water (H 2 O) are solvents, ammonium hydroxide solution (NH 4 OH) is a catalyst, tetraethyl orthosilicate (TEOS) is a silica precursor, polyvinylpyrrolidone (PVP). ) Was used as a stabilizer.
에탄올 60 mL, H2O 9 mL, NH4OH 3 mL을 섞어주었다. 상기 용액 내에 산화철 나노입자 30 mg(제1 용액)을 넣어주었다. 산화철 나노입자가 섞인 균일한 혼합 용액에 TEOS 0.060 mL을 넣은 후, 상온에서 2 시간 동안 셰이킹 하였다. 그리고 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 12 mL에 분산시켰다. 이를 통해 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자가 합성되었다(제2 용액 제조).Ethanol 60 mL, H 2 O 9 mL, and NH 4 OH 3 mL were mixed. 30 mg (first solution) of iron oxide nanoparticles was added to the solution. After adding 0.060 mL of TEOS to a homogeneous mixed solution in which iron oxide nanoparticles were mixed, the mixture was shaken at room temperature for 2 hours. Then, it was washed with ethanol and dispersed in 12 mL of ethanol. Through this, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles were synthesized (preparation of a second solution).
상기 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자에 금 나노입자 또는 금 나노입자 시드를 부착시켰다. Gold nanoparticles or gold nanoparticle seeds were attached to the iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles.
먼저, 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 기능화하였다.First, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles were functionalized.
(3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES)은 아민기(-NH2)의 전구체로, 2-프로판올(2-propanol)은 용매로 사용하였다. (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) was used as a precursor of an amine group (-NH 2 ), and 2-propanol was used as a solvent.
제2 용액인 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 4 mL을 2-프로판올 10 mL로 용매 치환하고, APTES 0.10 mL을 넣고 셰이킹 하였다. 80℃에서 4시간 동안 음파처리(sonication) 한 후, H2O로 세척하고 H2O 5 mL에 분산시켰다(제3 용액 제조).The second solution, iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles, containing 4 mL of ethanol was substituted with 10 mL of 2-propanol, and 0.10 mL of APTES was added and shaken. It was at 80 ℃ after sonic treatment (sonication) for 4 hours, washed with H 2 O and dispersed in 5 mL H 2 O (3 solution, Ltd.).
상기 아민기가 표면에 기능화된 산화철 나노입자-실리카 코어-쉘 나노입자를 포함하는 제3 용액 5 mL와 금 나노입자 용액 또는 금 나노입자 시드 용액 25 mL를 혼합하고 16시간 동안 흔들어주었다. 그리고 후처리로 PVP가 1wt%로 녹아있는 H2O 20 mL를 안정화제로 넣은 후 균일하게 셰이킹 하였다. 그 뒤, H2O로 세척하고 H2O 20 mL에 분산시켰다(제4-1 용액 제조/금 나노입자 용액 사용).5 mL of a third solution containing iron oxide nanoparticles-silica core-shell nanoparticles functionalized on the surface of the amine group and 25 mL of a gold nanoparticle solution or a gold nanoparticle seed solution were mixed and shaken for 16 hours. And after the post-treatment, 20 mL of H 2 O in which PVP was dissolved in 1 wt% was added as a stabilizer and shaken evenly. Then, H 2 O and washed by dispersion in 20 mL (4-1 solution prepared / gold nano-particle solution was used) in H 2 O.
금 나노입자 시드 용액을 사용한 경우, 표면에 부착된 금 나노입자 시드를 금 나노입자로 성장시켰다.When the gold nanoparticle seed solution was used, gold nanoparticle seeds attached to the surface were grown into gold nanoparticles.
PVP는 안정화제로, 아스코르브산(L-ascorbic acid)은 환원제로, 사염화금산 수화물(HAuCl4·3H2O)은 금 이온 전구체로 사용하였다.PVP was used as a stabilizer, ascorbic acid (L-ascorbic acid) was used as a reducing agent, and tetrachloride hydrate (HAuCl 4 ·3H 2 O) was used as a gold ion precursor.
금 나노입자 시드가 부착된 산화철-실리카 코어-쉘 나노입자 10 mg을 PVP 1wt%를 포함하는 H2O 200 mL에 넣은 후, 20 mM 아스코르브산 수용액 4 mL를 넣고 균일하게 혼합되도록 셰이킹 하였다. 그리고 5 mM HAuCl4·3H2O 수용액 6 mL을 10 분 간격으로 6번에 나누어 넣었다. 상온에서 셰이킹하면서 1 시간 반응하였다. H2O와 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 20 mL에 분산시켰다(제4-2 용액 제조).After adding 10 mg of iron oxide-silica core-shell nanoparticles with gold nanoparticle seeds attached to 200 mL of H 2 O containing 1 wt% PVP, 4 mL of 20 mM ascorbic acid aqueous solution was added and shaken to be uniformly mixed. Then, 6 mL of 5 mM HAuCl 4 ·3H 2 O aqueous solution was divided into 6 portions at 10 minute intervals. It reacted for 1 hour while shaking at room temperature. Washed with H 2 O and ethanol, and dispersed in 20 mL of ethanol (preparation of solution 4-2).
4) 금 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자(금속증강형광 템플릿 나노입자) 표면에 제2 실리카 쉘 형성(코어-이중쉘 나노입자 제조)4) Formation of a second silica shell on the surface of core-shell nanoparticles (metal-enhanced fluorescent template nanoparticles) with gold nanoparticles attached (core-double-shell nanoparticle production)
금 나노입자가 결합된 산화철-실리카 코어-쉘 나노입자인 금속증강형광 템플릿 나노입자를 포함하는 용액(제4-1 용액 또는 제4-2 용액)에 스토버 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다. A silica shell was formed in a solution (solution 4-1 or solution 4-2) containing metal-enhanced fluorescent template nanoparticles, which are iron oxide-silica core-shell nanoparticles to which gold nanoparticles are bound, using a stover method.
에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)는 실리카 전구체로 사용하였다. Ethanol and water (H 2 O) were used as a solvent, aqueous ammonia (NH 4 OH) as a catalyst, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica precursor.
에탄올 1 mL, H2O 0.15 mL, NH4OH 0.1 mL을 섞어주었다. 상기 용액 내에 금속증강형광 템플릿 나노입자를 0.5 mg을 넣어주었다. 금속증강형광 템플릿 나노입자가 섞인 균일한 혼합 용액에 원하는 실리카 두께(3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 30 nm 및 35 nm)를 가지도록 TEOS 0.001 내지 0.006 mL을 10분 당 0.001 mL씩 넣어준 뒤, 상온에서 셰이킹 하였다. 그리고 에탄올을 이용해서 세척하고 에탄올 10 mL에 분산시켰다(제5 용액 제조).1 mL of ethanol, 0.15 mL of H 2 O, and 0.1 mL of NH 4 OH were mixed. 0.5 mg of metal-enhanced fluorescent template nanoparticles were added to the solution. Metal-enhanced fluorescence template Add 0.001 to 0.006 mL of TEOS 0.001 mL per 10 minutes to obtain the desired silica thickness (3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 30 nm and 35 nm) in a homogeneous mixed solution mixed with nanoparticles. After putting it in, it was shaken at room temperature. Then, it was washed with ethanol and dispersed in 10 mL of ethanol (preparation of the fifth solution).
본 발명에서 도 2는 오소실리케이트(TEOS)의 양에 따른 제2 실리카 쉘의 두께 변화를 나타내는 모식도와 투과전자현미경 사진(a) 및 제2 실리카 쉘의 두께를 측정한 결과를 나타내는 그래프(b)이다. 상기 도 2에서는 제4-2 용액을 사용하여 금속증강형광 템플릿 나노입자를 제조하였다. In the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a change in the thickness of a second silica shell according to the amount of orthosilicate (TEOS), a transmission electron microscope photograph (a), and a graph showing the result of measuring the thickness of the second silica shell (b) to be. In FIG. 2, metal-enhanced fluorescent template nanoparticles were prepared using the 4-2 solution.
5) 코어-이중쉘 나노입자의 제2 실리카 쉘 표면 기능화 5) Functionalization of the second silica shell surface of core-double-shell nanoparticles
양자점을 부착하기 위해 상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 실리카 쉘 표면을 기능화하였다.In order to attach the quantum dots, the second silica shell surface of the core-double-shell nanoparticles was functionalized.
(3-머캅토프로필)-트리메톡시실란((3-Mercatopropyl)trimethoxysilane, MPTS)을 티올기(-SH)의 전구체로, 에탄올을 용매로 사용하였다. (3-Mercatopropyl)-trimethoxysilane (MPTS) was used as a precursor of a thiol group (-SH), and ethanol was used as a solvent.
제5 용액인 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 10 mL에 MPTS 0.50 mL을 넣고 셰이킹 하였다. 반응은 25℃에서 16시간 동안 진행하였다. 에탄올을 이용해서 세척하고, 에탄올 1 mL에 분산시켰다(제6 용액 제조).0.50 mL of MPTS was added to 10 mL of ethanol containing the fifth solution, core-double-shell nanoparticles, and shaken. The reaction proceeded at 25° C. for 16 hours. Washed with ethanol, and dispersed in 1 mL of ethanol (preparation of solution 6).
6) 망간(manganese, Mn)이 도핑된 황화아연(zinc sulfide, ZnS) 양자점 나노입자 및 셀렌화카드뮴 양자점(cadmium selenide, CdSe) 나노입자 합성6) Manganese (Mn) doped zinc sulfide (ZnS) quantum dot nanoparticles and cadmium selenide (CdSe) nanoparticle synthesis
망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자의 합성에서 염화아연(zinc chloride, ZnCl2)은 아연 이온 전구체로, 황 분말(sulfur powder)은 황 이온 전구체로, 염화망간(manganese chloride, MnCl2)은 망간 이온 전구체로, 다이벤질아민(dibenzylamine)은 용매 및 환원제로 사용하였다. In the synthesis of manganese-doped zinc sulfide quantum dot nanoparticles, zinc chloride (ZnCl 2 ) is a zinc ion precursor, sulfur powder is a sulfur ion precursor, and manganese chloride (MnCl 2 ) is manganese. As an ion precursor, dibenzylamine was used as a solvent and a reducing agent.
ZnCl2 0,4 g, MnCl2 20 mg, 황 분말 0.6 g을 다이벤질아민 54 mL에 넣고, 마그네틱 스터어링을 해주었다. 25℃에서 10분 동안 120℃까지 빠르게 가열하고, 반응시간을 1시간 동안 유지하였다. 그리고, 15분 동안 260℃까지 빠르게 가열하고, 반응시간을 유지하였다. 150℃까지 상온 분위기에서 온도를 낮추고, ZnCl2 0.4 g과 다이벤질아민 5 mL 혼합 용액을 넣어주었다. 그리고 15분 동안 260℃까지 빠르게 가열하고, 15분 동안 반응을 유지하였다. 상온 분위기에서 반응이 끝난 용액을 냉각시킨 후, oleylamine 5 mL을 넣어 안정화시켰다. 이후에 에탄올로 세척하고, 클로로포름에 분산시켰다.
셀렌화카드뮴 양자점 나노입자의 합성에서 산화카드뮴(CdO)은 카드뮴 이온 전구체로, 옥타데센(octadecene, ODE)은 비-배위 용매로, 올레산(oleic acid, OA)은 계면활성제로, 옥타데실아민(octadecylamine, ODA)은 안정화제로, 셀레늄(selenium, Se)은 셀레늄 이온 전구체로, 트리오틸포스핀(trioctylphosphine, TOP)은 셀레늄의 배위용매로 사용하였다. In the synthesis of cadmium selenide quantum dot nanoparticles, cadmium oxide (CdO) is a cadmium ion precursor, octadecene (ODE) is a non-coordinating solvent, oleic acid (OA) is a surfactant, and octadecylamine ( octadecylamine (ODA) was used as a stabilizer, selenium (Se) was used as a selenium ion precursor, and trioctylphosphine (TOP) was used as a coordination solvent for selenium.
삼구플라스크에 ODE 40 mL에 CdO 0.26 g을 녹인 후 OA 2 mL을 주입하였다. 질소 분위기 하에서, 해당 혼합 용액을 160℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하고 1 시간을 유지하였다. 그 후, 260℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하였으며, 이 과정에서 용액은 투명해졌다. 30 분간 260℃를 유지한 후에 200℃까지 자연 냉각하였다. 상기 혼합 용액에 ODA 3 g을 주입하고 300℃까지 10 분 안에 빠르게 가열하였다. 상기 용액이 300℃에 도달하였을 때, 0.78 g의 Se을 TOP 5 mL에 녹인 후에 이를 상기 혼합 용액에 주입한 후, 5 분간 반응하여 셀렌화카드뮴 양자점을 제조하였다. 상온까지 빠르게 냉각 후에, 클로로포름(CHCl3)과 에탄올로 세척하고 클로로포름에 분산하였다.After dissolving 0.26 g of CdO in 40 mL of ODE in a three-necked flask, 2 mL of OA was injected. Under a nitrogen atmosphere, the mixed solution was rapidly heated to 160° C. within 10 minutes and held for 1 hour. Then, it was heated rapidly to 260° C. within 10 minutes, in the process the solution became transparent. After maintaining at 260°C for 30 minutes, it was naturally cooled to 200°C. 3 g of ODA was injected into the mixed solution and rapidly heated to 300° C. within 10 minutes. When the solution reached 300° C., 0.78 g of Se was dissolved in 5 mL of TOP, and then injected into the mixed solution, followed by reacting for 5 minutes to prepare cadmium selenide quantum dots. After cooling rapidly to room temperature, it was washed with chloroform (CHCl 3 ) and ethanol, and dispersed in chloroform.
7) 자성-광학 복합구조 나노입자 제조7) Preparation of magnetic-optical composite nanoparticles
본 단계에서, 망간이 도핑된 황화아연 양자점을 사용할 경우 제4-2 용액이 사용되었으며, 셀렌화카드뮴 양자점을 사용할 경우 제4-1 용액이 사용되었다.In this step, when using zinc sulfide quantum dots doped with manganese, solution 4-2 was used, and when cadmium selenide quantum dots were used, solution 4-1 was used.
제6 용액인 티올기가 기능화된 코어-이중쉘 나노입자를 포함하는 에탄올 1 mL를 망간이 도핑된 황화아연 양자점 또는 셀렌화카드뮴 양자점을 포함하는 클로로포름 0.2 mL(10 mg/mL)와 함께 셰이킹 하였다. 반응을 25℃에서 16시간 동안 진행하였다. 이 후, 자성 분리(magnetic separation)하여 붙지 않은 양자점을 제거하여 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하고 에탄올 2 mL에 분산하였다(제7 용액 제조).The sixth solution, 1 mL of ethanol containing core-double-shell nanoparticles with functionalized thiol groups, was shaken with 0.2 mL (10 mg/mL) of chloroform containing manganese-doped zinc sulfide quantum dots or cadmium selenide quantum dots. . The reaction was carried out at 25° C. for 16 hours. Thereafter, magnetic separation was performed to remove non-stick quantum dots to prepare magnetic-optical composite nanoparticles and dispersed in 2 mL of ethanol (preparation of solution 7).
비교예 1.Comparative Example 1.
실시예 1의 단계 3) 내지 5)은 진행하지 않고 단계 6) 내지 7)은 동일한 방법으로 수행하여, 귀금속(금) 나노입자를 포함하지 않는 자성-광학 나노입자를 제조하였다.Steps 3) to 5) of Example 1 were not performed, and steps 6) to 7) were performed in the same manner to prepare magnetic-optical nanoparticles that do not contain noble metal (gold) nanoparticles.
실험예 1. 자성-광학 복합구조 나노입자의 물리적 특성Experimental Example 1. Physical properties of magnetic-optical composite nanoparticles
도 1에서 (a)는 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조과정(단계) 모식도와 각각의 단계에서의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타낸다.In Figure 1 (a) shows a schematic diagram of a manufacturing process (step) of a magnetic-optical composite nanoparticle according to the present invention and a transmission electron microscope (TEM) photograph at each step.
또한, (b)는 금 나노입자와 같은 플라즈모닉 나노입자 주변에서 형광 신호가 발생할 때 금속증강형광(MEF)이 나타나는 현상을 이용하여, 이를 자성-광학 복합구조 나노입자에 응용하여 양자점 나노입자의 형광 신호를 증대시키는 것을 나타낸 모식도이다. 본 발명에서는 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 사이의 거리를 상기 제2 실리카 쉘의 두께를 이용하여 조절함으로써 형광 신호를 극대화할 수 있다.In addition, (b) uses a phenomenon in which metal-enhanced fluorescence (MEF) appears when a fluorescent signal is generated around plasmonic nanoparticles such as gold nanoparticles, and is applied to magnetic-optical composite nanoparticles to prevent quantum dot nanoparticles. It is a schematic diagram showing that the fluorescence signal is increased. In the present invention, the fluorescence signal can be maximized by adjusting the distance between the noble metal nanoparticles and the quantum dot nanoparticles using the thickness of the second silica shell.
도 3에서 (a)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자와 셀렌화카드뮴 나노입자의 투과전자현미경 사진을 나타내고, 또한, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진과 광발광분광계(Photoluminescence, PL)로 측정한 결과를 나타낸다. 좌측 그래프는 310 nm의 파장으로, 우측 그래프는 532 nm의 파장으로 측정하였다. In Figure 3 (a) shows a transmission electron micrograph of the zinc sulfide quantum dot nanoparticles doped with manganese and the cadmium selenide nanoparticles, and also the transmission electron micrograph of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example The results measured by photoluminescence (PL) are shown. The left graph was measured with a wavelength of 310 nm, and the right graph was measured with a wavelength of 532 nm.
도 3에서 (b)는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자를 사용하여 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 투과전자현미경 사진 및 에너지 분산 분광법(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS) 사진이다. 상기 에너지 분산 분광법 사진을 통해, 자성-광학 복합구조 나노입자 내에 자성 나노입자, 금 나노입자 및 양자점 나노입자가 존재하는 것을 확인할 수 있다. In FIG. 3, (b) is a transmission electron microscope photograph and an energy dispersive spectroscopy (EDS) photograph of magnetic-optical composite nanoparticles prepared using zinc sulfide quantum dot nanoparticles doped with manganese. Through the energy dispersive spectroscopy photograph, it can be confirmed that magnetic nanoparticles, gold nanoparticles, and quantum dot nanoparticles exist in the magnetic-optical composite nanoparticles.
도 3의 (a) 및 (b)에서 제2 실리카 쉘의 두께는 10 nm이다. In FIGS. 3A and 3B, the thickness of the second silica shell is 10 nm.
또한, 도 4에서 (a)는 비교예 1에서 제조된 자성-광학 나노입자(Bare without Au), 및 실시예에서 제조되며 귀금속 나노입자와 양자점 나노입자 간의 거리에 따른 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)의 입자의 모식도와 투과전자현미경 사진을 나타낸다. In addition, (a) in Figure 4 is the magnetic-optical nanoparticles (Bare without Au) prepared in Comparative Example 1, and four kinds of magnetic-optical composites according to the distance between the noble metal nanoparticles and the quantum dot nanoparticles prepared in Example The schematic diagram and transmission electron micrograph of the particles of structural nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) are shown.
(b)는 실시예에서 제조된 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)를 동적광산란기(Dynamic Light Scattering, DLS)로 측정한 유체역학적인 크기를 나타낸다. 상기 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 실리카 쉘의 두께가 증가함에 따라 유체역학적인 크기가 동일한 경향성으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. (b) shows the hydrodynamic size measured by a dynamic light scattering (DLS) of four types of magnetic-optical composite nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) prepared in Example. As shown in (b) of FIG. 4, it can be seen that as the thickness of the silica shell increases, the hydrodynamic size increases with the same tendency.
또한, (c)는 비교예와 실시예에서 제조된 4 종류의 자성-광학 복합구조 나노입자(셀렌화카드뮴 양자점 나노입자 사용)를 커버글라스(cover glass) 위에 건조시킨 후, 형광 신호 세기를 공초점 라만-형광 현미경(Confocal Raman Microscopy)로 측정한 결과를 나타낸다. 이때, 40배 대물렌즈를 사용하고 레이저 파장은 532 nm를 사용하였다. 레이저 조사 시의 파워는 0.139 mW, 획득 시간 (acquisition time)은 1 초로 측정하였다. In addition, (c) is after drying the four types of magnetic-optical composite nanoparticles (using cadmium selenide quantum dot nanoparticles) prepared in Comparative Examples and Examples on a cover glass, and then calculating the fluorescence signal intensity. It shows the results measured by a focal Raman-fluorescence microscope (Confocal Raman Microscopy). At this time, a 40x objective lens was used and a laser wavelength of 532 nm was used. The power at the time of laser irradiation was 0.139 mW, and the acquisition time was measured as 1 second.
귀금속 나노입자가 없는 비교예를 기준으로 할 때, 실리카 쉘이 5 nm로 얇으면 귀금속 나노입자에 의한 형광 억제(quenching)이 나타나고 10 nm가 되면 금속증강형광에 의한 형광 세기 증대가 나타나는 것을 확인할수 있다. 그리고 15 nm, 20 nm에서는 귀금속 나노입자와 형광 양자점 간의 상호작용이 작아져 비교예와 거의 유사한 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다.Based on the comparative example without noble metal nanoparticles, it can be seen that when the silica shell is as thin as 5 nm, fluorescence quenching by the precious metal nanoparticles appears, and when it reaches 10 nm, the fluorescence intensity increases due to metal-enhanced fluorescence. have. In addition, at 15 nm and 20 nm, the interaction between the noble metal nanoparticles and the fluorescent quantum dots was small, and thus it was confirmed that the results were almost similar to those of the comparative example.
실험예 2. 자성-광학 복합구조 나노입자를 활용한 타겟 세포 영상Experimental Example 2. Target cell image using magnetic-optical composite nanoparticles
실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 생체분자 검지를 위해 표면기능화를 진행하였다. 상기 사용된 자성-광학 복합구조 나노입자는 셀렌화카드뮴 양자점 나노입자를 사용하여 제조되었다. Surface functionalization was performed to detect biomolecules of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Examples. The used magnetic-optical composite nanoparticles were prepared using cadmium selenide quantum dot nanoparticles.
먼저, 실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자를 스토버 방법을 이용해 실리카 쉘을 형성하였다.First, the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example were used to form a silica shell using the Stover method.
에탄올, 물(H2O)은 용매로, 암모니아수(NH4OH)는 촉매제로, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)는 실리카 전구체로 사용하였다. Ethanol and water (H 2 O) were used as a solvent, aqueous ammonia (NH 4 OH) as a catalyst, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica precursor.
에탄올 2 mL에 H2O 0.15 mL, NH4OH 0.05 mL을 넣어 균일하게 섞고 TEOS 0.001 mL을 넣고 2 시간 셰이킹하여 실리카 쉘을 코팅하였다. 에탄올로 세척하고 에탄올 20 mL에 분산하였다.To 2 mL of ethanol, 0.15 mL of H 2 O and 0.05 mL of NH 4 OH were added to mix evenly, 0.001 mL of TEOS was added, and the silica shell was shaken for 2 hours. Washed with ethanol and dispersed in 20 mL of ethanol.
그 후, 생체분자를 부착하기 위해, 상기 실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자를 기능화하였다. Then, in order to attach the biomolecules, the silica-coated magnetic-optical composite nanoparticles were functionalized.
(3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES)을 아민기(-NH2)의 전구체로 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)를 안정화제로, 분자량 5,000 달톤의 숙시니미딜 에스테르-폴리에틸렌글리콜-카르복시메틸(Succinimidyl ester-polyethyleneglycol-carboxymethyl, SC-PEG-COOH)을 자성-광학 복합구조 나노입자의 안정화제와 카르복실기(-COOH)의 전구체로, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)와 설포-N-히드록시숙신이미드(sulfo-N-Hydroxysuccinimide, sulfo-NHS)를 아마이드 결합의 촉매제로, 에탄올과 인산완충생리식염수(phosphate buffered saline, PBS)를 용매로, 사이클릭 알기닌-글리신-아스파틱산 트리펩타이드(cRGD)를 세포의 표면에 발현되는 수용체인 인테그린을 붙잡는 용도로 사용하였다. (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) as a precursor of amine group (-NH 2 ), sodium dodecyl sulfate (SDS) as a stabilizer, succinimidyl ester with molecular weight of 5,000 Daltons-polyethylene glycol -Carboxymethyl (Succinimidyl ester-polyethyleneglycol-carboxymethyl, SC-PEG-COOH) is used as a stabilizer for magnetic-optical complex nanoparticles and a precursor of carboxyl group (-COOH), 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl). ) Carbodiimide (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and sulfo-N-hydroxysuccinimide (sulfo-NHS) as catalysts for amide bonding, ethanol and Phosphate buffered saline (PBS) was used as a solvent, and cyclic arginine-glycine-aspartic acid tripeptide (cRGD) was used to capture integrin, a receptor expressed on the surface of cells.
제조한 나노입자(실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자) 1 mL에 APTES 0.05 mL을 주입하고 16 시간 셰이킹 하였다. 이를 H2O로 세척하고 0.01% SDS 용액 1 mL(산화철 나노입자 0.05 mg/mL 포함)에 분산하였다. 상기 나노입자 용액에 1 mM SC-PEG-CM 0.05 mL을 섞어주고 알루미늄 호일로 빛을 차단한 후에 16 시간 동안 셰이킹 하였다. 이 후, H2O로 세척하고 H2O 1 mL에 분산하였다. 이 과정에서 실리카가 코팅된 자성-광학 복합구조 나노입자의 표면에 카르복실기가 수식되었다. 상기 용액에 20 mM 의 EDC와 sulfo-NHS 0.05 mL을 넣고 30 분간 셰이킹 하였다. 이를 PBS로 세척하고 1 mL에 분산하였다. 그 다음, 1 mM cRGD 0.1 mL을 상기 용액과 섞어주고 알루미늄 호일로 빛을 차단한 후에 3 시간 동안 셰이킹 하였다. 이를 H2O 또는 PBS로 세척한 후에 0.5 mL에 분산하였다.0.05 mL of APTES was injected into 1 mL of the prepared nanoparticles (magnetic-optical composite nanoparticles coated with silica) and shaken for 16 hours. This was washed with H 2 O and dispersed in 1 mL of a 0.01% SDS solution (including 0.05 mg/mL of iron oxide nanoparticles). 0.05 mL of 1 mM SC-PEG-CM was mixed with the nanoparticle solution, and the light was blocked with aluminum foil, followed by shaking for 16 hours. Thereafter, washing with H 2 O, which was dispersed in H 2 O 1 mL. In this process, carboxyl groups were modified on the surface of the magnetic-optical composite nanoparticles coated with silica. 20 mM EDC and 0.05 mL of sulfo-NHS were added to the solution and shaken for 30 minutes. This was washed with PBS and dispersed in 1 mL. Then, 0.1 mL of 1 mM cRGD was mixed with the solution, and the light was blocked with aluminum foil, followed by shaking for 3 hours. After washing with H 2 O or PBS, it was dispersed in 0.5 mL.
상기 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자 용액 0.025 mL를 U87MG 세포, MCF7 세포가 각각 70,000 개 붙어있는 글라스 바텀 디쉬(Glass bottom dish)에 최소 3시간 동안 배양(incubation)하고, 고정(fixation)하였다. 그리고 공초점 라만-형광 현미경(confocal Raman Microscopy)을 통하여 세포 영상을 진행하였다. 이때 40배 대물렌즈를 사용하고 레이저 파장은 532 nm, 레이저 파워는 0.139 mW, 획득 시간(acquisition)은 1 μm * 1 μm 픽셀 당 0.035 초로 측정하였다. 0.025 mL of the magnetic-optical composite nanoparticle solution functionalized with the cRGD was incubated for at least 3 hours in a glass bottom dish with 70,000 U87MG cells and 70,000 MCF7 cells attached, and fixed. I did. In addition, cell imaging was performed through confocal Raman Microscopy. At this time, a 40x objective lens was used, the laser wavelength was 532 nm, the laser power was 0.139 mW, and the acquisition time was measured as 0.035 seconds per 1 μm * 1 μm pixel.
도 5에서 (a)는 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자로 암세포의 세포막에 존재하는 인테그린 수용체를 검지하고 양자점 나노입자의 형광 특성으로 세포 영상을 하는 모식도이다. In FIG. 5, (a) is a schematic diagram of detecting an integrin receptor present in a cell membrane of a cancer cell with a magnetic-optical composite nanoparticle functionalized with cRGD, and performing a cell image using the fluorescence properties of the quantum dot nanoparticle.
인테그린이 세포 표면에 발현되는 정도가 높은 U87MG 세포에서는 세포에 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자가 많이 부착되어 세포의 표면에서 형광이 나타나지만, 인테그린이 세포 표면에 발현되는 정도가 낮은 MCF7 세포에서는 cRGD로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자가 부착되지 않아 세포의 표면에서 형광이 나타나지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 자성-광학 복합구조 나노입자를 사용하여 타겟 특이적인 암세포 영상화가 가능하다.In U87MG cells with a high degree of integrin expression on the cell surface, many magnetic-optical complex nanoparticles functionalized with cRGD are attached to the cell, resulting in fluorescence on the cell surface, but MCF7 cells with a low degree of integrin expression on the cell surface. In, cRGD-functionalized magnetic-optical composite nanoparticles do not adhere to the cell surface, so that fluorescence does not appear. Therefore, it is possible to image target-specific cancer cells using the magnetic-optical composite nanoparticles according to the present invention.
실험예 3. 자성-광학 복합구조 나노입자를 활용한 생체물질 검지Experimental Example 3. Biomaterial detection using magnetic-optical composite nanoparticles
실시예에서 제조된 자성-광학 복합구조 나노입자의 카르복실기 표면기능화는 분자량 5,000 달톤의 티올-폴리에틸렌-카르복시메틸(thiol-polyethylene-carboxymethyl, SH-PEG-COOH), H2O와 아세톤(acetone)을 용매를 사용하여 진행되었다. 상기 사용된 자성-광학 복합구조 나노입자는 망간이 도핑된 황화아연 양자점 나노입자를 사용하여 제조되었다.The surface functionalization of the carboxyl group of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in the examples was performed by using thiol-polyethylene-carboxymethyl (SH-PEG-COOH), H 2 O and acetone having a molecular weight of 5,000 Daltons. Proceed with a solvent. The used magnetic-optical composite nanoparticles were prepared using zinc sulfide quantum dot nanoparticles doped with manganese.
실시예에서 제조된 자성-광학 복합 나노입자 1 mg을 아세톤 5 mL, 1mM SH-PEG-COOH을 포함하는 클로로포름 1 mL와 균일하게 혼합하고, 16시간 동안 셰이킹 하였다. H2O로 세척하고, H2O 5 mL에 분산하였다. 이후 바이러스를 검지하는데 이용되는 항체인 인플루엔자 A 항체를 기능화하였다. 상기 자성-광학 복합구조 나노입자를 포함하는 H2O 3 mL을 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid, MES) buffer 1 mL (50 mM) 에 용매 치환하고, 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드(EDC) (20 mM) 용액 0.150 mL, 설포-N-히드록시숙신이미드(NHS) (20 mM) 용액 0.150 mL을 혼합하고 30 분 동안 셰이킹 하였다. 그리고 PBS로 세척하고, PBS 1 mL에 분산하였다. 이후에 인플루엔자 A 항체 (0.100 g) 용액 0.1 mL을 넣어 스터어링을 최소 16시간 동안 진행하였다. 그리고 PBS를 이용하여 세척하고, 0.6 mL의 용액에 분산시켰다.1 mg of the magnetic-optical composite nanoparticles prepared in Example were uniformly mixed with 1 mL of chloroform containing 5 mL of acetone and 1 mM SH-PEG-COOH, and shaken for 16 hours. It washed with H 2 O, and the mixture was dispersed in H 2 O 5 mL. Subsequently, the influenza A antibody, which is an antibody used to detect the virus, was functionalized. 3 mL of H 2 O containing the magnetic-optical composite nanoparticles was added to 1 mL (50 mM) of 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) buffer. After solvent substitution, 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) (20 mM) solution 0.150 mL, sulfo-N-hydroxysuccinimide (NHS) (20 mM) solution 0.150 mL Were mixed and shaken for 30 minutes. Then, it was washed with PBS and dispersed in 1 mL of PBS. Thereafter, 0.1 mL of an influenza A antibody (0.100 g) solution was added to perform stirring for at least 16 hours. Then, it was washed with PBS and dispersed in 0.6 mL of a solution.
상기 인플루엔자 A 항체로 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 인플루엔자 A 바이러스와 반응시켰다. 그리고 면역크로마토그래피 래피드 테스트(Lateral Flow Assay, LFA) 기기에 넣어 비색분석법으로 검지하였다.The magnetic-optical composite nanoparticles functionalized with the influenza A antibody were reacted with the influenza A virus. Then, it was placed in an immunochromatography rapid test (Lateral Flow Assay, LFA) and detected by colorimetric analysis.
도 6에서 (a)는 특정 항체가 수식된 자성-광학 복합구조 나노입자가 검체 내에서 항원과 결합을 하게 되고 이를 자성 분리로 분류하여 얻은 농축된 검체를 LFA 기기에서 형광 검지하는 과정의 모식도이다. In Figure 6 (a) is a schematic diagram of a process of fluorescence detection of a concentrated sample obtained by magnetic-optical composite nanoparticles modified with a specific antibody binding to an antigen in a sample and classifying it by magnetic separation in an LFA device .
도 6에서 (b)는 인플루엔자 A 항체가 수식된 자성-광학 복합구조 나노입자를 이용하여 인플루엔자 A 항원의 농도를 조절하면서 LFA 기기로 측정한 결과를 나타낸다.In FIG. 6 (b) shows the result of measurement with an LFA device while controlling the concentration of influenza A antigen using magnetic-optical composite nanoparticles modified with influenza A antibody.
상기 도면을 통해, 감염 농도에 따라 형광세기가 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Through the above drawing, it can be seen that the fluorescence intensity is different depending on the infection concentration.
Claims (18)
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 귀금속 나노입자를 부착시켜 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계;
상기 귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘을 형성하여 코어-이중쉘 나노입자를 제조하는 단계; 및
상기 코어-이중쉘 나노입자의 제2 세라믹 쉘 표면에 양자점 나노입자를 부착시켜 자성-광학 복합구조 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
Forming a first ceramic shell on magnetic nanoparticles to prepare core-shell nanoparticles;
Preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached by attaching noble metal nanoparticles to the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
Forming a second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles to which the noble metal nanoparticles are attached to prepare core-double-shell nanoparticles; And
A method of manufacturing a magnetic-optical composite nanoparticle comprising the step of preparing a magnetic-optical composite nanoparticle by attaching the quantum dot nanoparticle to the surface of the second ceramic shell of the core-double-shell nanoparticle.
자성 나노입자는 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3 및 MgO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속산화물 나노입자인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
Magnetic nanoparticles are from the group consisting of FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Al 2 O 3 and MgO A method of producing a magnetic-optical composite nanoparticle, which is one or more selected metal oxide nanoparticles.
자성 나노입자의 평균 입경은 10 내지 500 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
The average particle diameter of the magnetic nanoparticles is 10 to 500 nm magnetic-optical composite nanoparticles manufacturing method.
제1 세라믹 쉘 및 제2 세라믹 쉘에서 제1 세라믹 및 제2 세라믹은 각각 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the first ceramic shell and the second ceramic shell, the first ceramic and the second ceramic each include at least one selected from the group consisting of silica, titania, zirconia, alumina, and zeolite. .
제1 세라믹 쉘의 두께는 1 내지 100 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
The thickness of the first ceramic shell is 1 to 100 nm magnetic-optical composite structure nanoparticles manufacturing method.
귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계는
코어-쉘 나노입자의 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및
상기 기능기에 귀금속 나노입자를 결합시키는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached is
Introducing a functional group to the shell surface of the core-shell nanoparticles; And
A method for producing magnetic-optical composite nanoparticles comprising the step of binding the noble metal nanoparticles to the functional group.
귀금속 나노입자가 부착된 코어-쉘 나노입자를 제조하는 단계는
코어-쉘 나노입자의 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계;
상기 기능기에 귀금속 나노입자 시드를 결합시키는 단계; 및
상기 기능기에 결합된 귀금속 나노입자 시드를 성장시켜 귀금속 나노입자로 제조하는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of preparing core-shell nanoparticles to which noble metal nanoparticles are attached is
Introducing a functional group to the shell surface of the core-shell nanoparticles;
Bonding a noble metal nanoparticle seed to the functional group; And
A method for producing a magnetic-optical composite nanoparticle comprising the step of producing a noble metal nanoparticle by growing a noble metal nanoparticle seed bound to the functional group.
귀금속은 금, 은, 백금, 구리 또는 이들의 합금인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
Noble metal is gold, silver, platinum, copper, or an alloy thereof, a method for producing magnetic-optical composite nanoparticles.
기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 6 or 7,
Magnetic-optical composite nanoparticles containing at least one functional group selected from the group consisting of amine group (-NH), thiol group (-SH), carboxyl group (-COOH), hydroxyl group (-OH) and dopamine Manufacturing method.
기능기에 결합되는 귀금속 나노입자 또는 성장된 귀금속 나노입자의 평균 입경은 5 내지 50 nm인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 6 or 7,
A method of manufacturing a magnetic-optical composite nanoparticle having an average particle diameter of 5 to 50 nm of the noble metal nanoparticles bound to the functional group or the grown noble metal nanoparticles.
제2 세라믹 쉘의 두께는 5 nm 내지 100 nm 이며,
상기 제2 세라믹 쉘 내부에 귀금속 나노입자가 포함되어 있는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1,
The thickness of the second ceramic shell is 5 nm to 100 nm,
A method of manufacturing a magnetic-optical composite nanoparticle that contains noble metal nanoparticles in the second ceramic shell.
코어-이중쉘 나노입자의 제2 쉘 세라믹 표면에 양자점 나노입자를 부착시키는 단계는
제2 세라믹 쉘 표면에 기능기를 도입하는 단계; 및
상기 기능기에 양자점 나노입자를 결합시키는 단계를 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 1
The step of attaching the quantum dot nanoparticles to the surface of the second shell ceramic of the core-double shell nanoparticles is
Introducing a functional group to the surface of the second ceramic shell; And
Magnetic-optical composite nanoparticles manufacturing method comprising the step of coupling the quantum dot nanoparticles to the functional group.
기능기는 아민기(-NH), 싸이올기(-SH), 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 및 도파민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조 방법.
The method of claim 12,
Magnetic-optical composite nanoparticles containing at least one functional group selected from the group consisting of amine group (-NH), thiol group (-SH), carboxyl group (-COOH), hydroxyl group (-OH) and dopamine Manufacturing method.
양자점 나노입자는 셀렌화카드뮴(CdSe), 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 셀렌화아연(ZnSe), 황화아연(ZnS), 망간이 도핑된 황화아연(Mn-doped ZnS), 인화인듐(InP) 및 세슘리드할라이드(CsPbBr3, CsPbI3) 양자점으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자의 제조방법.
The method of claim 1,
Quantum dot nanoparticles include cadmium selenide (CdSe), cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), manganese-doped zinc sulfide (Mn-doped ZnS), ignition Indium (InP) and cesium lead halide (CsPbBr 3 , CsPbI 3 ) Magnetic-optical composite nanoparticles manufacturing method comprising at least one selected from the group consisting of quantum dots.
상기 코어-쉘 나노입자의 제1 세라믹 쉘 표면에 형성된 귀금속 나노입자;
상기 귀금속 나노입자가 형성된 코어-쉘 나노입자를 둘러싸는 제2 세라믹 쉘; 및
상기 제2 세라믹 쉘 표면에 형성된 양자점 나노입자를 포함하는 자성-광학 복합구조 나노입자.
Core-shell nanoparticles including a magnetic nanoparticle core and a first ceramic shell;
Noble metal nanoparticles formed on the surface of the first ceramic shell of the core-shell nanoparticles;
A second ceramic shell surrounding the core-shell nanoparticles in which the noble metal nanoparticles are formed; And
Magnetic-optical composite nanoparticles comprising quantum dot nanoparticles formed on the surface of the second ceramic shell.
양자점 나노입자는 코어-쉘 나노입자 표면에 결합되어 있는 귀금속 나노입자보다 외부에 위치하는 것인 자성-광학 복합구조 나노입자.
The method of claim 15,
Quantum dot nanoparticles are magnetic-optical composite nanoparticles that are located outside of the noble metal nanoparticles bonded to the core-shell nanoparticle surface.
The composition for image diagnosis, an analyte detection kit, or a molecular diagnosis chip comprising the magnetic-optical composite nanoparticles according to claim 15.
상기 기능화된 자성-광학 복합구조 나노입자를 하나 이상의 분석물을 포함하는 시료에 노출시키는 단계; 및
광발광분광법을 이용하여 자성-광학 복합구조 나노입자에 결합된 분석물을 확인하는 단계를 포함하는 분석물을 영상화 또는 검출하는 방법.
Functionalizing a biomolecule capable of binding to an analyte to be detected on the surface of the magnetic-optical composite nanoparticle according to claim 15;
Exposing the functionalized magnetic-optical composite nanoparticles to a sample containing one or more analytes; And
A method of imaging or detecting an analyte comprising the step of identifying an analyte bound to magnetic-optical composite nanoparticles using photoluminescence spectroscopy.
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