KR20220010630A - Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof - Google Patents
Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220010630A KR20220010630A KR1020200088061A KR20200088061A KR20220010630A KR 20220010630 A KR20220010630 A KR 20220010630A KR 1020200088061 A KR1020200088061 A KR 1020200088061A KR 20200088061 A KR20200088061 A KR 20200088061A KR 20220010630 A KR20220010630 A KR 20220010630A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- terbium
- precursor
- fluorescent
- calcium
- citrate
- Prior art date
Links
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 title claims abstract description 81
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 33
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- -1 terbium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 claims description 26
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 25
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 19
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 10
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 4
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical group [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910000148 ammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L calcium acetate Chemical compound [Ca+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000001639 calcium acetate Substances 0.000 claims description 3
- 235000011092 calcium acetate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960005147 calcium acetate Drugs 0.000 claims description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- ODBLHEXUDAPZAU-UHFFFAOYSA-N isocitric acid Chemical compound OC(=O)C(O)C(C(O)=O)CC(O)=O ODBLHEXUDAPZAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910000403 monosodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019799 monosodium phosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 claims description 3
- 229960002635 potassium citrate Drugs 0.000 claims description 3
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 235000011082 potassium citrates Nutrition 0.000 claims description 3
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- JQBILSNVGUAPMM-UHFFFAOYSA-K terbium(3+);triacetate Chemical compound [Tb+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JQBILSNVGUAPMM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- LMEHHJBYKPTNLM-UHFFFAOYSA-H terbium(3+);tricarbonate Chemical compound [Tb+3].[Tb+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O LMEHHJBYKPTNLM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- HGBHINYCUZBWCK-UHFFFAOYSA-K terbium(3+);trihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Tb+3] HGBHINYCUZBWCK-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- YJVUGDIORBKPLC-UHFFFAOYSA-N terbium(3+);trinitrate Chemical compound [Tb+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YJVUGDIORBKPLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GFISHBQNVWAVFU-UHFFFAOYSA-K terbium(iii) chloride Chemical group Cl[Tb](Cl)Cl GFISHBQNVWAVFU-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BORGOURGDKLMHZ-UHFFFAOYSA-K tripotassium;1-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)C(O)C(C([O-])=O)CC([O-])=O BORGOURGDKLMHZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- HWMVXEKEEAIYGB-UHFFFAOYSA-K Isocitric acid, DL- Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)C(O)C(C([O-])=O)CC([O-])=O HWMVXEKEEAIYGB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- ZRIUUUJAJJNDSS-UHFFFAOYSA-N ammonium phosphates Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]P([O-])([O-])=O ZRIUUUJAJJNDSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940061607 dibasic sodium phosphate Drugs 0.000 claims description 2
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229940111688 monobasic potassium phosphate Drugs 0.000 claims description 2
- 229910000404 tripotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019798 tripotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019801 trisodium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 50
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 23
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 10
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 208000032612 Glial tumor Diseases 0.000 description 6
- 206010018338 Glioma Diseases 0.000 description 6
- ICSSIKVYVJQJND-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ICSSIKVYVJQJND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 6
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 6
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 5
- 150000001217 Terbium Chemical class 0.000 description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 5
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 4
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005696 Diammonium phosphate Substances 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002284 excitation--emission spectrum Methods 0.000 description 3
- MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N fluorescein-5-isothiocyanate Chemical compound O1C(=O)C2=CC(N=C=S)=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000012890 simulated body fluid Substances 0.000 description 3
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 3
- MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N texas red Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC(S(Cl)(=O)=O)=CC=C1C(C1=CC=2CCCN3CCCC(C=23)=C1O1)=C2C1=C(CCC1)C3=[N+]1CCCC3=C2 MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 2
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 2
- 210000000232 gallbladder Anatomy 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- JWZZKOKVBUJMES-UHFFFAOYSA-N (+-)-Isoprenaline Chemical compound CC(C)NCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 JWZZKOKVBUJMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 1-dimethoxyphosphoryl-3-phenoxypropan-2-one Chemical compound COP(=O)(OC)CC(=O)COC1=CC=CC=C1 NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004254 Ammonium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910017488 Cu K Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017541 Cu-K Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000004338 Transferrin Human genes 0.000 description 1
- 108090000901 Transferrin Proteins 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- FUPJKBGFUBEPIJ-UHFFFAOYSA-M [O-]P(O)(=O)OP(=O)(O)OP(=O)(O)O.[Na+].P(=O)(O)(O)O Chemical compound [O-]P(O)(=O)OP(=O)(O)OP(=O)(O)O.[Na+].P(=O)(O)(O)O FUPJKBGFUBEPIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019289 ammonium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 238000013276 bronchoscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000003855 cell nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012926 crystallographic analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 229940111685 dibasic potassium phosphate Drugs 0.000 description 1
- CGMRCMMOCQYHAD-UHFFFAOYSA-J dicalcium hydroxide phosphate Chemical compound [OH-].[Ca++].[Ca++].[O-]P([O-])([O-])=O CGMRCMMOCQYHAD-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000012202 endocytosis Effects 0.000 description 1
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000036210 malignancy Effects 0.000 description 1
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000012567 medical material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000006012 monoammonium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229940045641 monobasic sodium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000004940 nucleus Anatomy 0.000 description 1
- GUSFEBGYPWJUSS-UHFFFAOYSA-N pentaazanium;[oxido(phosphonatooxy)phosphoryl] phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O GUSFEBGYPWJUSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- VKFFEYLSKIYTSJ-UHFFFAOYSA-N tetraazanium;phosphonato phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O VKFFEYLSKIYTSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012581 transferrin Substances 0.000 description 1
- 238000000101 transmission high energy electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 229940062627 tribasic potassium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 210000004291 uterus Anatomy 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/001—Preparation for luminescence or biological staining
- A61K49/0013—Luminescence
- A61K49/0017—Fluorescence in vivo
- A61K49/0019—Fluorescence in vivo characterised by the fluorescent group, e.g. oligomeric, polymeric or dendritic molecules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7743—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing terbium
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K2123/00—Preparations for testing in vivo
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
- C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 형광 수산화아파타이트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to fluorescent hydroxyapatite and a method for preparing the same.
수산화아파타이트는 뼈와 같은 인체의 경조직의 약 70% 정도를 차지하는 무기질 성분으로, 높은 생체 친화성을 가지고 있기 때문에 의료용 소재 등으로 널리 이용되고 있다.Hydroxyapatite is an inorganic component that occupies about 70% of the hard tissue of the human body, such as bone, and is widely used as a medical material because of its high biocompatibility.
수산화아파타이트의 제조방법으로는, 칼슘염과 인산염을 1000℃ 이상의 고온에서 반응시켜 제조하는 고상법과, 칼슘염과 인산염을 고온 및 고압 조건하에 수열용매 중에서 반응시키는 수열법, 수용성의 칼슘염과 인산염을 수용액 중에서 반응시키는 침전법, 가수분해법, 졸-겔법 등과 같이 액상 매질을 이용하여 제조하는 습식법이 통상적으로 알려져 있다.As a method for producing hydroxyapatite, a solid-phase method prepared by reacting calcium salt and phosphate at a high temperature of 1000° C. or higher, a hydrothermal method in which calcium salt and phosphate are reacted in a hydrothermal solvent under high temperature and high pressure conditions, and a water-soluble calcium salt and phosphate A wet method for preparing using a liquid medium, such as a precipitation method, a hydrolysis method, a sol-gel method, and the like, which is reacted in an aqueous solution, is commonly known.
한편, 새로운 형광 특성을 갖는 기능화된 나노 스케일 수산화아파타이트(nHAp)는 세포 및 조직 영상화뿐만 아니라 실제적인 바이오센싱을 위한 바이오 프로브로서 독특하게 이용되어왔다.On the other hand, functionalized nanoscale hydroxyapatite (nHAp) with novel fluorescence properties has been uniquely used as a bioprobe for cell and tissue imaging as well as practical biosensing.
일부 연구에서는 ZnS, CdS, CdTe 및 CdSe와 같은 반도체 양자점(QD)과 형광 수산화아파타이트의 접합 또는 형광 유기 염료로 도핑된 것에 중점을 두고 있다. 그러나, 형광 수산화아파타이트를 반도체 양자점 또는 유기 분자와 조합하는 것은 생체 적합성 불량, 낮은 광 안정성, 광표백 및 형광 ??칭과 같은 생체 의학 응용에 바람직하지 않은 특징을 초래한다.Some studies have focused on conjugation of semiconductor quantum dots (QDs) such as ZnS, CdS, CdTe and CdSe with fluorescent hydroxyapatite or doped with fluorescent organic dyes. However, combining fluorescent hydroxyapatite with semiconductor quantum dots or organic molecules results in undesirable features for biomedical applications such as poor biocompatibility, low light stability, photobleaching and fluorescence quenching.
한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0124700호가 제시되어 있다.On the other hand, as a similar prior literature thereto, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0124700 is presented.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 생체 적합성이 우수하며, 높은 형광 세기 및 광 안정성을 가진 형광 수산화아파타이트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a fluorescent hydroxyapatite having excellent biocompatibility, high fluorescence intensity and light stability, and a method for preparing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 a) 칼슘 전구체 및 터븀 전구체를 포함하는 제1용액을 인산 전구체 및 하기 화학식 1을 만족하는 시트르산염을 포함하는 제2용액에 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 반응용액을 수열 합성하여 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 형광 수산화아파타이트를 제조하는 단계;를 포함하는 형광 수산화아파타이트의 제조방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object is a) preparing a reaction solution by mixing a first solution containing a calcium precursor and a terbium precursor with a second solution containing a phosphoric acid precursor and a citrate that satisfies the following
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 히드록시기이며, M은 알칼리금속 원소 또는 암모늄(NH4)이다.)(In
상기 일 양태에 있어, 상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체의 첨가량은 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.In the one aspect, the addition amount of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor in step a) may satisfy the following relational expression (1).
[관계식 1][Relational Expression 1]
0.05 ≤ Tb/(Ca+Tb)≤ 0.150.05 ≤ Tb/(Ca+Tb) ≤ 0.15
(상기 관계식 1에서 Ca 및 Tb는 각 전구체의 몰수(mmol)이다.)(In
상기 일 양태에 있어, 상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체 : 시트르산염의 몰비는 1 : 0.1 내지 1일 수 있다.In one aspect, the molar ratio of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor:citrate in step a) may be 1:0.1 to 1.
상기 일 양태에 있어, 상기 칼슘 전구체는 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In the one aspect, the calcium precursor is calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(CH 3 CO 2 ) 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and may be any one or two or more selected from the group consisting of hydrates thereof.
상기 일 양태에 있어, 상기 인산 전구체는 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제3인산나트륨(Na3PO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제3인산칼륨(K3PO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄((NH4)2HPO4), 제3인산암모늄((NH4)3PO4) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In the one aspect, the phosphoric acid precursor is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), monosodium phosphate (NaH 2 PO 4 ), dibasic sodium phosphate (Na 2 HPO 4 ), trisodium phosphate (Na 3 PO 4 ) , monobasic potassium phosphate (KH 2 PO 4 ), dibasic potassium phosphate (K 2 HPO 4 ), tribasic potassium phosphate (K 3 PO 4 ), monobasic ammonium phosphate ((NH 4 )H 2 PO 4 ), second Ammonium diphosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), ammonium triphosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), and hydrates thereof may be any one or two or more selected from the group consisting of.
상기 일 양태에 있어, 상기 터븀 전구체는 염화터븀(TbCl3), 질산터븀(Tb(NO3)3) 및 아세트산터븀(Tb(CH3CO2)3), 탄산터븀(Tb2(CO3)3), 수산화터븀(Tb(OH)3) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In the one aspect, the terbium precursor is terbium chloride (TbCl 3 ), terbium nitrate (Tb(NO 3 ) 3 ) and terbium acetate (Tb(CH 3 CO 2 ) 3 ), terbium carbonate (Tb 2 (CO 3 ) 3 ), terbium hydroxide (Tb(OH) 3 ), and any one or two or more selected from the group consisting of hydrates thereof.
상기 일 양태에 있어, 상기 시트르산염은 시트르산 나트륨, 시트르산 칼륨, 시트르산 암모늄, 이소시트르산 나트륨, 이소시트르산 칼륨, 이소시트르산 암모늄 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In one aspect, the citrate may be any one or two or more selected from the group consisting of sodium citrate, potassium citrate, ammonium citrate, sodium isocitrate, potassium isocitrate, ammonium isocitrate, and hydrates thereof.
상기 일 양태에 있어, 상기 b)단계의 수열 합성은 150 내지 250℃에서 6 내지 60시간 동안 수행되는 것일 수 있다.In one aspect, the hydrothermal synthesis of step b) may be performed at 150 to 250° C. for 6 to 60 hours.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 형광 수산화아파타이트의 제조방법으로 제조되며, 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 것을 특징으로 하는 형광 수산화아파타이트에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a fluorescent hydroxide apatite prepared by the above-described method for preparing fluorescent hydroxide apatite, characterized in that terbium ions and carbon dots are co-doped.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 형광 수산화아파타이트의 제조방법으로 제조되며, 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 것을 특징으로 하는 형광 수산화아파타이트를 포함하는 바이오 이미징용 형광 프로브에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention is prepared by the above-described method for producing fluorescent hydroxide apatite, comprising fluorescent hydroxide apatite, characterized in that terbium ions and carbon dots are co-doped. It relates to a fluorescent probe for bioimaging.
본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트의 제조방법은 터븀염과 시트르산염을 칼슘염 및 인산염과 함께 첨가하여 수열 합성 반응을 수행함에 따라, 수산화아파타이트에 터븀이온 및 탄소점을 공동 도핑할 수 있으며, 이를 통해 생체 적합성이 우수하면서도, 높은 형광 세기 및 광 안정성을 가진 형광 수산화아파타이트를 제조할 수 있다는 장점이 있다.In the method for producing fluorescent apatite hydroxide according to the present invention, as terbium salt and citrate are added together with calcium salt and phosphate to perform a hydrothermal synthesis reaction, terbium ion and carbon point can be co-doped into hydroxide apatite, through which There is an advantage in that it is possible to prepare fluorescent hydroxyapatite having excellent biocompatibility and high fluorescence intensity and light stability.
아울러, 각 전구체의 첨가량을 조절을 통해 부분 에너지 전달을 조절하여 발광 파장, 즉 발현되는 형광 색상을 조절할 수 있다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that the emission wavelength, that is, the fluorescence color to be expressed, can be controlled by controlling the partial energy transfer by controlling the amount of each precursor added.
도 1은 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트의 제조방법을 도시한 것이다.
도 2는 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 XRD 패턴 분석 결과(a) 및 FT-IR 분석 결과(b)이다.
도 3은 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 투과전자현미경(TEM, transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 4는 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 5는 실시예 1 내지 8에서 각각 제조된 HAp 입자의 TEM 이미지이다.
도 6은 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 고분해능 투과전자현미경(HRTEM, high resolution transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 7은 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 HAp 입자의 PL 여기-방출 스펙트럼이다.
도 8은 탄소점(CD)에서 터븀이온(Tb3+)으로의 부분 에너지 전달 메커니즘을 도시한 것이다.
도 9는 터븀이온 농도에 따른 PL 방출 스펙트럼이다.
도 10은 시트르산염 농도에 따른 PL 방출 스펙트럼이다.
도 11은 실시예에서 각각 제조된 HAp 입자의 CIE 색도이다.
도 12는 실시예에서 각각 제조된 HAp 입자의 실내 조명, 254 ㎚ UV 광 및 365 ㎚ UV 광 하에서의 디지털 사진이다.
도 13은 각각 Cit0.2Tb5.0 분말(왼쪽)과 Cit2.0Tb5.0 분말(오른쪽)이 각각 채워진 패턴의 실내 조명 및 254 ㎚ UV 광 하에서의 디지털 사진이다.
도 14는 Cit1.0Tb5.0 분말이 채워진 패턴의 DAPI(파란색), FITC(녹색) 및 Texas-Red(빨간색) 필터 하에서의 형광 현미경 이미지이다.
도 15는 Cit1.0Tb5.0의 X선 광전자 분광(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 16은 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 열분석(TGA, thermogravimetric analysis) 결과이다.
도 17은 시트르산 처리 전후 Cit/Tb-nHAp 프로브의 평균 유체 역학적 직경 및 제타 전위 측정 결과이다.
도 18은 Cit/Tb-nHAp 프로브 세포 독성을 실험한 자료이다.
도 19는 Cit/Tb-nHAp의 광학 특성 및 광 안정성을 실험한 자료이다.
도 20은 Cit/Tb-nHAp 및 Tf-Cit/Tb-nHAp 형광 프로브를 도시한 것이다.
도 21은 Cit/Tb-nHAp 및 Tf-Cit/Tb-nHAp 형광 프로브로 표지된 C6 신경 교종 세포의 형광 이미징 결과이다.1 shows a method for preparing fluorescent hydroxyapatite according to the present invention.
2 is an XRD pattern analysis result (a) and FT-IR analysis result (b) of the HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
3 is a transmission electron microscopy (TEM) image of the HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
4 is a scanning electron microscopy (SEM) image of the HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
5 is a TEM image of the HAp particles prepared in Examples 1 to 8, respectively.
6 is a high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image of the HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
7 is a PL excitation-emission spectrum of HAp particles prepared in Examples and Comparative Examples, respectively.
8 shows a partial energy transfer mechanism from the carbon point (CD) to the terbium ion (Tb 3+ ).
9 is a PL emission spectrum according to the terbium ion concentration.
10 is a PL emission spectrum according to citrate concentration.
11 is a CIE chromaticity diagram of HAp particles respectively prepared in Examples.
12 is a digital photograph of HAp particles prepared in Examples, respectively, under room lighting, 254 nm UV light and 365 nm UV light.
13 is a digital photograph of a pattern filled with Cit0.2Tb5.0 powder (left) and Cit2.0Tb5.0 powder (right), respectively, under room lighting and 254 nm UV light, respectively.
14 is a fluorescence microscope image of a pattern filled with Cit1.0Tb5.0 powder under DAPI (blue), FITC (green) and Texas-Red (red) filters.
15 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of Cit1.0Tb5.0.
16 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
17 is a measurement result of the average hydrodynamic diameter and zeta potential of the Cit/Tb-nHAp probe before and after citric acid treatment.
18 is a data showing the cytotoxicity of the Cit/Tb-nHAp probe.
19 is an experiment data for optical properties and light stability of Cit/Tb-nHAp.
20 shows Cit/Tb-nHAp and Tf-Cit/Tb-nHAp fluorescent probes.
21 is a fluorescence imaging result of C6 glioma cells labeled with Cit/Tb-nHAp and Tf-Cit/Tb-nHAp fluorescent probes.
이하 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the fluorescent hydroxyapatite according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.
형광 수산화아파타이트를 제조하기 위한 방법으로 ZnS, CdS, CdTe 및 CdSe와 같은 반도체 양자점(QD) 또는 형광 유기 염료를 이용하는 방법 등이 제안되었으나, 형광 수산화아파타이트를 반도체 양자점 또는 유기 분자와 조합하는 것은 생체 적합성 불량, 낮은 광 안정성, 광표백 및 형광 ??칭과 같은 생체 의학 응용에 바람직하지 않은 특징을 초래한다.Methods using semiconductor quantum dots (QDs) or fluorescent organic dyes such as ZnS, CdS, CdTe and CdSe have been proposed as methods for preparing fluorescent hydroxylapatite, but combining fluorescent hydroxylapatite with semiconductor quantum dots or organic molecules is biocompatible. It results in undesirable features for biomedical applications such as poor quality, low light stability, photobleaching and fluorescence quenching.
이에 상기 문제를 해결하기 위하여 거듭 노력한 끝에, 터븀염과 시트르산염을 칼슘염 및 인산염과 함께 첨가하여 수열 합성 반응을 수행할 시 생체 적합성이 우수하면서도, 높은 형광 세기 및 광 안정성을 가진 형광 수산화아파타이트를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, after repeated efforts to solve the above problems, fluorescent hydroxide apatite having excellent biocompatibility and high fluorescence intensity and light stability when hydrothermal synthesis is performed by adding terbium salt and citrate together with calcium salt and phosphate. It has been found that it can be manufactured and has led to the completion of the present invention.
구체적으로, 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트의 제조방법은 a) 칼슘 전구체 및 터븀 전구체를 포함하는 제1용액을 인산 전구체 및 하기 화학식 1을 만족하는 시트르산염을 포함하는 제2용액에 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계; 및 b) 상기 반응용액을 수열 합성하여 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 형광 수산화아파타이트를 제조하는 단계;를 포함한다.Specifically, in the method for producing fluorescent hydroxide apatite according to the present invention, a) a first solution containing a calcium precursor and a terbium precursor is mixed with a second solution containing a phosphoric acid precursor and a citrate that satisfies the following
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 히드록시기이며, M은 알칼리금속 원소 또는 암모늄(NH4)이다.)(In
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트의 제조방법은 터븀염과 시트르산염을 칼슘염 및 인산염과 함께 첨가하여 수열 합성 반응을 수행함에 따라, 수산화아파타이트에 터븀이온 및 탄소점을 공동 도핑할 수 있으며, 이를 통해 생체 적합성이 우수하면서도, 높은 형광 세기 및 광 안정성을 가진 형광 수산화아파타이트를 제조할 수 있다는 장점이 있다.As described above, in the method for producing fluorescent hydroxyapatite according to the present invention, a hydrothermal synthesis reaction is performed by adding terbium salt and citrate together with calcium salt and phosphate, so that terbium ion and carbon point can be co-doped into hydroxyapatite. Through this, there is an advantage in that it is possible to prepare fluorescent hydroxyapatite having excellent biocompatibility and high fluorescence intensity and light stability.
아울러, 각 전구체의 첨가량을 조절을 통해 부분 에너지 전달을 조절하여 발광 파장, 즉 발현되는 형광 색상을 조절할 수 있다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that the emission wavelength, that is, the fluorescence color to be expressed, can be controlled by controlling the partial energy transfer by controlling the amount of each precursor added.
이하, 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트 제조방법의 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each step of the method for preparing fluorescent hydroxyapatite according to the present invention will be described in more detail.
먼저, a) 칼슘 전구체 및 터븀 전구체를 포함하는 제1용액을 인산 전구체 및 시트르산염을 포함하는 제2용액에 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계를 수행할 수 있다.First, a) preparing a reaction solution by mixing a first solution containing a calcium precursor and a terbium precursor with a second solution containing a phosphoric acid precursor and a citrate may be performed.
본 발명에 따라 제조된 형광 수산화아파타이트의 형광 세기를 향상시키기 위한 측면에서, 상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체의 첨가량은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.In terms of improving the fluorescence intensity of the fluorescent hydroxide apatite prepared according to the present invention, the amounts of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor added in step a) may satisfy the following relational expression (1).
[관계식 1][Relational Expression 1]
0.05 ≤ Tb/(Ca+Tb)≤ 0.150.05 ≤ Tb/(Ca+Tb) ≤ 0.15
(상기 관계식 1에서 Ca 및 Tb는 각 전구체의 몰수(mmol)이다.)(In
상기 관계식 1을 만족함으로써 보다 높은 형광 세기를 가진 형광 수산화아파타이트를 수득할 수 있다. 반면 Tb/(Ca+Tb)의 몰비가 0.05 미만으로 작은 경우 형광 세기가 반 이하로 줄어들 수 있으며, Tb/(Ca+Tb)의 몰비가 0.15 초과로 커지는 경우 발광 센터의 부족으로 인해 농도 ??칭(concentration quenching) 현상이 유발되어 형광 세기가 오히려 감소할 수 있다. 가장 바람직하게는, Tb/(Ca+Tb)의 몰비는 0.07 내지 0.12일 수 있다. 상기 범위에서 특히 우수한 형광 세기를 달성할 수 있다.Fluorescent hydroxide apatite having a higher fluorescence intensity can be obtained by satisfying
아울러, 본 발명에 따라 제조된 형광 수산화아파타이트의 형광 세기를 향상시키기 위해서는 시트르산염의 첨가량을 적절하게 조절하여 주는 것이 바람직하다. 구체적인 일 예시로, 상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체 : 시트르산염의 몰비는 1 : 0.1 내지 1일 수 있다(이때 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체는 이들 두 전구체의 몰수의 합을 의미함). 이와 같은 범위에서 높은 형광 세기를 달성할 수 있다. 반면, 상기 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체에 대한 시트르산염의 몰비가 0.1 미만일 시 탄소점(CD, carbon dot)의 도핑량이 너무 적어 형광 세기가 반 이하로 줄어들 수 있으며, 상기 몰비가 1을 초과할 시 형광 세기가 더 이상 향상되지 않아 재료가 낭비될 수 있다.In addition, in order to improve the fluorescence intensity of the fluorescent hydroxyapatite prepared according to the present invention, it is preferable to appropriately control the amount of citrate added. As a specific example, in step a), the molar ratio of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor: the citrate may be 1: 0.1 to 1 (in this case, the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor are the sum of the moles of these two precursors) means). High fluorescence intensity can be achieved in such a range. On the other hand, when the molar ratio of citrate to the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor is less than 0.1, the doping amount of the carbon dot (CD) is too small, so that the fluorescence intensity may be reduced to half or less, and the molar ratio may exceed 1. The fluorescence intensity can no longer be improved and the material can be wasted.
또한, 상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 인산 전구체의 첨가량은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.In addition, the addition amount of the calcium precursor and the phosphoric acid precursor in step a) may satisfy the following relational expression (2).
[관계식 2][Relational Expression 2]
1.5 ≤ (Ca+Tb)/P ≤ 51.5 ≤ (Ca+Tb)/P ≤ 5
(상기 관계식 2에서 Ca 및 P는 각 전구체의 몰수(mmol)이다.)(In
이와 같은 범위에서 형광 수산화아파타이트가 효과적으로 제조될 수 있으며, 보다 좋게는 (Ca+Tb)/P의 몰비는 2 내지 3일 수 있다.Fluorescent hydroxyapatite can be effectively prepared in such a range, and more preferably, the molar ratio of (Ca+Tb)/P may be 2 to 3.
한편, 본 발명의 일 예에 있어, 상기 칼슘 전구체는 수산화아파타이트를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 칼슘 전구체는 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 이들의 수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.On the other hand, in an example of the present invention, the calcium precursor may be used without particular limitation as long as it is commonly used to prepare hydroxyapatite, specifically, for example, the calcium precursor is calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(CH 3 CO 2 ) 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and any one selected from the group consisting of hydrates thereof or two or more.
상기 인산 전구체 또한 수산화아파타이트를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 인산 전구체는 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제3인산나트륨(Na3PO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제3인산칼륨(K3PO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄((NH4)2HPO4), 제3인산암모늄((NH4)3PO4) 및 이들의 수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 바람직하게, 상기 인산 전구체는 질소원소를 포함하는 것일 수 있으며, 제1인산암모늄((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄((NH4)2HPO4), 제3인산암모늄((NH4)3PO4) 및 이들의 수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이들을 인산 전구체로 사용할 시 인산 전구체의 질소원소가 탄소점에 도핑되어 N-풍부 탄소점이 형성될 수 있으며, 이로 인해 더욱 강한 형광 특성을 나타낼 수 있다.The phosphoric acid precursor may also be used without particular limitation as long as it is commonly used to prepare hydroxyapatite. Specifically, for example, the phosphoric acid precursor is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), monobasic sodium phosphate (NaH 2 PO 4 ) , sodium phosphate dibasic (Na 2 HPO 4 ), sodium phosphate triphosphate (Na 3 PO 4 ), potassium phosphate monobasic (KH 2 PO 4 ), potassium phosphate dibasic (K 2 HPO 4 ), potassium phosphate tribasic ( K 3 PO 4 ), monoammonium phosphate ((NH 4 )H 2 PO 4 ), diammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), triammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ) and these It may be any one or two or more selected from the group consisting of hydrates and the like. Preferably, the phosphate precursor may include a nitrogen element, and monobasic ammonium phosphate ((NH 4 )H 2 PO 4 ), diammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), tertiary ammonium phosphate ( (NH 4 ) 3 PO 4 ) and hydrates thereof may be any one or two or more selected from the group consisting of. When these are used as a phosphoric acid precursor, the nitrogen element of the phosphoric acid precursor may be doped to the carbon point to form an N-rich carbon point, which may exhibit stronger fluorescence properties.
아울러, 상기 터븀 전구체는 3가의 터븀 이온(Tb3+)을 제공하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면 염화터븀(TbCl3), 질산터븀(Tb(NO3)3) 및 아세트산터븀(Tb(CH3CO2)3), 탄산터븀(Tb2(CO3)3), 수산화터븀(Tb(OH)3) 및 이들의 수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In addition, the terbium precursor is preferably used to provide a trivalent terbium ion (Tb 3+ ), for example, terbium chloride (TbCl 3 ), terbium nitrate (Tb(NO 3 ) 3 ) and terbium acetate (Tb) (CH 3 CO 2 ) 3 ), terbium carbonate (Tb 2 (CO 3 ) 3 ), terbium hydroxide (Tb(OH) 3 ), and hydrates thereof may be any one or two or more selected from the group consisting of.
상기 시트르산염은, 화학식 1로 나타낸 바와 같이, 3개의 카르복실기(COO-)가 모두 알칼리금속 이온 또는 암모늄 이온으로 치환된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면 시트르산 나트륨, 시트르산 칼륨, 시트르산 암모늄, 이소시트르산 나트륨, 이소시트르산 칼륨, 이소시트르산 암모늄 및 이들의 수화물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이와 같은 시트르산염을 첨가함으로써 최종 산물인 형광 수산화아파타이트에 탄소점이 용이하게 도핑될 수 있으며, 형광 세기가 크게 증가할 수 있다.As the citrate, as shown in
나아가, 상기 제1용액을 제2용액에 혼합하기 전, 제2용액의 산도를 조절하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 이처럼 제2용액의 산도를 미리 적정 수준으로 조절하여 줌으로써 제1용액 및 제2용액 혼합 시 균일한 핵생성 및 성장을 유도할 수 있어, 균일한 크기 및 형상을 가진 형광 수산화아파타이트를 수득할 수 있다. 구체적인 일 예시로, 상기 제2용액의 산도는 pH 8 내지 12로 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 pH 9 내지 11로 조절될 수 있다. 이와 같은 범위에서 목적하는 효과의 효과적으로 달성할 수 있다. 이때 산도 조절은 특별히 한정하진 않으나 암모니아수 등을 이용해 조절할 수 있다.Furthermore, before mixing the first solution with the second solution, the step of adjusting the acidity of the second solution may be further performed. As such, by adjusting the acidity of the second solution to an appropriate level in advance, the first solution and the first solution When the two solutions are mixed, uniform nucleation and growth can be induced, and fluorescent hydroxyapatite having a uniform size and shape can be obtained. As a specific example, the acidity of the second solution may be adjusted to pH 8 to 12, and more specifically, to
다음으로, b) 상기 반응용액을 수열 합성하여 터븀이온 및 탄소점이 공동 도핑된(co-doped) 형광 수산화아파타이트를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.Next, b) hydrothermal synthesis of the reaction solution may be performed to prepare fluorescent hydroxide apatite co-doped with terbium ions and carbon points.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 b)단계의 수열 합성은 150 내지 250℃에서 6 내지 60시간 동안 수행될 수 있으며, 보다 좋게는 180 내지 230℃에서 10 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 조건 하에서 시트르산염이 열분해(pyrolysis)되어 탄소점을 형성할 수 있으며, 터븀이온 및 탄소점이 수산화아파타이트에 효과적으로 공동 도핑될 수 있다.In an example of the present invention, the hydrothermal synthesis of step b) may be performed at 150 to 250° C. for 6 to 60 hours, and more preferably at 180 to 230° C. for 10 to 24 hours. Under such conditions, citrate may be pyrolysed to form carbon points, and terbium ions and carbon points may be effectively co-doped into hydroxyapatite.
이후, 형성된 형광 수산화아파타이트 입자를 분리하고, 세척 및 건조하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 이는 통상적인 방법 하에 수행될 수 있다.Thereafter, the steps of separating the formed fluorescent hydroxyapatite particles, washing and drying may be further performed, which may be performed under a conventional method.
또한, 본 발명은 전술한 형광 수산화아파타이트의 제조 방법으로부터 제조되며, 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 것을 특징으로 하는 형광 수산화아파타이트를 제공한다.In addition, the present invention provides a fluorescent hydroxide apatite prepared by the above-described method for preparing fluorescent hydroxide apatite, characterized in that terbium ions and carbon dots are co-doped.
전술한 바와 같이, 상기 방법으로 제조된 형광 수산화아파타이트는 수산화아파타이트에 터븀이온 및 탄소점이 공동 도핑됨에 따라 생체 적합성이 우수하면서도, 높은 형광 세기 및 광 안정성을 가질 수 있다.As described above, the fluorescent hydroxyapatite prepared by the above method may have excellent biocompatibility and high fluorescence intensity and light stability as terbium ions and carbon points are co-doped into hydroxyapatite.
구체적으로, 상기 형광 수산화아파타이트는 300 내지 400 ㎚ 영역의 여기 파장에 대해, 450 내지 650 ㎚ 영역에서 4개의 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 보일 수 있으며, 특히 530 내지 570 ㎚ 영역에서 가장 강한 발광 피크를 보일 수 있다.Specifically, the fluorescence hydroxide apatite may exhibit an emission spectrum having four peaks in the 450 to 650 nm region with respect to the excitation wavelength in the 300 to 400 nm region, and in particular, the strongest emission peak in the 530 to 570 nm region. can
한편, 형광 수산화아파타이트의 형광 세기는 도핑된 터븀이온 및 탄소점의 도핑량에 따라 달라질 수 있으며, 이는 전술한 바와 동일할 수 있다. 즉, 형광 수산화아파타이트 제조 시 터븀 전구체의 첨가량은 하기 관계식 1을 만족할 수 있으며, 시트르산염은 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체 1 몰 대비 0.1 내지 1 몰배로 첨가될 수 있다.Meanwhile, the fluorescence intensity of fluorescent hydroxide apatite may vary depending on doping amounts of doped terbium ions and carbon points, which may be the same as described above. That is, when preparing fluorescent hydroxide apatite, the amount of the terbium precursor added may satisfy
[관계식 1][Relational Expression 1]
0.05 ≤ Tb/(Ca+Tb)≤ 0.150.05 ≤ Tb/(Ca+Tb) ≤ 0.15
(상기 관계식 1에서 Ca 및 Tb는 각 전구체의 몰수(mmol)이다.)(In
형광 수산화아파타이르 제조 시 상기 첨가량을 만족함으로써 형광 수산화아파타이트가 보다 강한 형광 세기를 가질 수 있다. 구체적인 일 예시로, 본 발명의 일 예에 따른 형광 수산화아파타이트는 하기 식(1)을 만족하는 것일 수 있다.Fluorescent hydroxide apatite may have a stronger fluorescence intensity by satisfying the above-mentioned addition amount when preparing fluorescent hydroxide apatite. As a specific example, the fluorescent hydroxyapatite according to an embodiment of the present invention may satisfy the following formula (1).
식(1): 2 ≤ Ia/Ib Equation (1): 2 ≤ I a /I b
상기 식(1)에서 Ia는 본 발명에 따라 터븀 전구체 및 시트르산염을 모두 첨가하여 제조된 형광 수산화아파타이트(Cit/Tb-HAp)의 형광 세기(a.u.)이며, Ib는 터븀 전구체만을 첨가하여 제조된 형광 수산화아파타이트(Tb-HAp)의 형광 세기(a.u.)이다. 이때 상기 형광 세기는 450 내지 650 ㎚ 영역에서 나타나는 4개의 발광 피크 중 최대 발광 세기를 나타내는 발광 피크, 즉 530 내지 570 ㎚ 영역에서의 발광 피크의 세기이다. 또한, 이때 Ia와 Ib는 동일 몰%의 터븀 전구체가 첨가된 것을 기준으로 할 수 있다.In Equation (1), I a is the fluorescence intensity (au) of the fluorescent hydroxide apatite (Cit/Tb-HAp) prepared by adding both the terbium precursor and the citrate according to the present invention, and I b is the terbium precursor only. Fluorescence intensity (au) of the prepared fluorescent hydroxyapatite (Tb-HAp). In this case, the fluorescence intensity is the intensity of the emission peak indicating the maximum emission intensity among the four emission peaks appearing in the 450 to 650 nm region, that is, the emission peak in the 530 to 570 nm region. In addition, in this case, I a and I b may be based on the addition of the same mol% of the terbium precursor.
이처럼, 본 발명의 일 예에 따른 형광 수산화아파타이트는 시트르산염의 첨가 없이, 터븀 전구체만을 첨가하여 제조된 형광 수산화아파타이트(Tb-HAp) 대비 2배 이상의 높은 형광 세기를 보일 수 있으며, 구체적으로 3배 이상 높은 형광 세기를 보일 수 있다. 이때, Ia/Ib의 상한은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 20일 수 있다.As such, the fluorescent hydroxyapatite according to an embodiment of the present invention may exhibit a fluorescence intensity of at least 2 times higher than that of fluorescent hydroxyapatite (Tb-HAp) prepared by adding only a terbium precursor without the addition of citrate, and specifically 3 times or more It can show high fluorescence intensity. In this case, the upper limit of I a /I b is not particularly limited, and may be, for example, 20.
이와 같은, 형광 수산화아파타이트는 다양한 바이오 이미징용 형광 프로브로서 적용이 가능하다. 구체적으로, 상기 바이오 이미징용 형광 프로브는 위, 대장, 기관지 내시경이나 피부, 자궁, 유방 등의 진단용 장비와 함께 사용 가능하며 특히 조기 암 진단 용도로 임상에서 사용 가능하다.Such fluorescent hydroxyapatite can be applied as a fluorescent probe for various bio-imaging. Specifically, the fluorescent probe for bio-imaging can be used together with diagnostic equipment for the stomach, colon, bronchoscopy, skin, uterus, breast, etc., and in particular, can be used clinically for early cancer diagnosis.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 형광 수산화아파타이트 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, the fluorescent hydroxyapatite according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail through Examples. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.
[실시예 1] Cit0.2Tb2.5[Example 1] Cit0.2Tb2.5
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨(Cit-Na) 0.2 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하였다. 이어서, Ca(NO3)2·4H2O 3.412 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.088 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.025)를 준비하였다.(NH 4 ) 2 After dissolving 1.4 mmol of HPO 4 and 0.2 mmol of sodium citrate (Cit-Na) in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
상기 용액 B를 용액 A에 혼합하고 30분 간 교반한 후, 반응용액을 오토클레이브에 옮겨 담아 실링하고, 200℃의 온도에서 12시간 동안 수열 합성하였다.After the solution B was mixed with the solution A and stirred for 30 minutes, the reaction solution was transferred to an autoclave and sealed, and hydrothermal synthesis was performed at a temperature of 200° C. for 12 hours.
반응 종료 후 반응 용액을 실온(25℃)로 냉각한 후, 원심분리를 통해 생성물을 분리하고, 물과 에탄올로 여러 번 씻은 후 60℃에서 12시간 동안 건조하였다.After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature (25° C.), the product was separated by centrifugation, washed several times with water and ethanol, and dried at 60° C. for 12 hours.
[실시예 2] Cit0.2Tb5.0[Example 2] Cit0.2Tb5.0
Ca(NO3)2·4H2O 3.325 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.175 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.05)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.3.325 mmol of Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O and 0.175 mmol of Tb(NO 3 ) 3 ·5H 2 O were dissolved in 20 ml of deionized water to obtain solution B (molar ratio of Tb/(Ca+Tb=0.05) Except for the preparation, all processes were carried out in the same manner as in Example 1.
[실시예 3] Cit0.2Tb7.5[Example 3] Cit0.2Tb7.5
Ca(NO3)2·4H2O 3.237 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.263 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.075)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O 3.237 mmol and Tb(NO 3 ) 3 ·5H 2 O 0.263 mmol were dissolved in 20 ml of deionized water to obtain solution B (molar ratio of Tb/(Ca+Tb = 0.075) Except for the preparation, all processes were carried out in the same manner as in Example 1.
[실시예 4] Cit0.2Tb10.0[Example 4] Cit0.2Tb10.0
Ca(NO3)2·4H2O 3.15 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.35 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.1)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O 3.15 mmol and Tb(NO 3 ) 3 ·5H 2 O 0.35 mmol were dissolved in 20 ml of deionized water to obtain solution B (molar ratio of Tb/(Ca+Tb) = 0.1). Except for the preparation, all processes were carried out in the same manner as in Example 1.
[실시예 5] Cit0.2Tb12.5[Example 5] Cit0.2Tb12.5
Ca(NO3)2·4H2O 3.06 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.44 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.125)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.3.06 mmol of Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O and 0.44 mmol of Tb(NO 3 ) 3 ·5H 2 O were dissolved in 20 ml of deionized water to obtain solution B (molar ratio of Tb/(Ca+Tb)=0.125). Except for the preparation, all processes were carried out in the same manner as in Example 1.
[실시예 6] Cit0.5Tb5.0[Example 6] Cit0.5Tb5.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨(Cit-Na) 0.5 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.325 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.175 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.05)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.(NH 4 ) 2 HPO 4 1.4 mmol and sodium citrate (Cit-Na) 0.5 mmol were dissolved in 30 ml of deionized water to prepare a solution A whose acidity was adjusted to
[실시예 7] Cit1.0Tb5.0[Example 7] Cit1.0Tb5.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨(Cit-Na) 1.0 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 6과 동일하게 진행하였다.(NH 4 ) 2 HPO 4 1.4 mmol and sodium citrate (Cit-Na) 1.0 mmol were dissolved in 30 ml of deionized water, and all procedures were followed except for preparing solution A whose acidity was adjusted to
[실시예 8] Cit2.0Tb5.0[Example 8] Cit2.0Tb5.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨(Cit-Na) 2.0 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 6과 동일하게 진행하였다.(NH 4 ) 2 HPO 4 1.4 mmol and sodium citrate (Cit-Na) 2.0 mmol were dissolved in 30 ml of deionized water, and all procedures were followed except for preparing solution A whose acidity was adjusted to
[실시예 9] Cit1.0Tb10.0[Example 9] Cit1.0Tb10.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨 1.0 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.15 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.35 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.1)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After dissolving (NH 4 ) 2 HPO 4 1.4 mmol and sodium citrate 1.0 mmol in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
[비교예 1] [Comparative Example 1]
(NH4)2HPO4 1.4 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.5 mmol를 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After dissolving 1.4 mmol of (NH 4 ) 2 HPO 4 in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
[비교예 2] Cit1.0[Comparative Example 2] Cit1.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol 및 시트르산 나트륨 1.0 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.5 mmol를 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After dissolving (NH 4 ) 2 HPO 4 1.4 mmol and sodium citrate 1.0 mmol in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
[비교예 3] Tb5.0[Comparative Example 3] Tb5.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.325 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.175 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.05)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After dissolving 1.4 mmol of (NH 4 ) 2 HPO 4 in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
[비교예 4] Tb10.0[Comparative Example 4] Tb10.0
(NH4)2HPO4 1.4 mmol을 30 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 후 암모니아수를 이용해 산도가 pH 10으로 조절된 용액 A를 준비하고, Ca(NO3)2·4H2O 3.15 mmol 및 Tb(NO3)3·5H2O 0.35 mmol을 20 ㎖의 탈이온수에 용해시켜 용액 B(Tb/(Ca+Tb)의 몰비=0.1)를 준비한 것 외 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After dissolving 1.4 mmol of (NH 4 ) 2 HPO 4 in 30 ml of deionized water, a solution A whose acidity was adjusted to
[특성 분석 방법][Characteristics analysis method]
1) 형광 수산화아파타이트 입자의 특성 분석:1) Characterization of fluorescent hydroxyapatite particles:
샘플의 결정상은 Cu-Kα 방사선을 사용하여 CNU 화학 코어 설비의 XRD로 측정하였다. FTIR(Fourier transform infrared reflectance) 스펙트럼은 FT-IR 분광계를 이용하여 측정하였다. 샘플의 형태 및 크기는 TEM으로 관찰하였고, 나노 구조 및 결정학적 분석은 HRTEM으로 관찰하였다. 광 발광 (PL) 스펙트럼은 형광 발광 광도계(F-7000, 일본 히타치)로 측정하였다. 샘플의 형광 수명(τ)은 380 ㎚의 여기 파장에서 수명 분광 광도계를 사용하여 측정하였다. XPS는 X선 광전자 분광계로 측정하였다. TGA는 질소 분위기 하에서 20℃/분의 승온 속도로 가열하여 측정하였다. Cit1.0Tb5.0 분말의 형광은 DAPI, FITC 및 Texas-Red 필터를 사용하는 형광 현미경 으로 관찰하였다. 샘플의 평균 유체 역학적 직경 및 제타 전위는 Zetasizer를 사용하여 측정하였다.The crystalline phase of the sample was determined by XRD at the CNU Chemical Core facility using Cu-K α radiation. Fourier transform infrared reflectance (FTIR) spectra were measured using an FT-IR spectrometer. The shape and size of the sample were observed by TEM, and the nanostructure and crystallographic analysis were observed by HRTEM. The photoluminescence (PL) spectrum was measured with a fluorescence photometer (F-7000, Hitachi, Japan). The fluorescence lifetime (τ) of the sample was measured using a lifetime spectrophotometer at an excitation wavelength of 380 nm. XPS was measured with an X-ray photoelectron spectrometer. TGA was measured by heating in a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 20° C./min. The fluorescence of Cit1.0Tb5.0 powder was observed with a fluorescence microscope using DAPI, FITC and Texas-Red filters. The average hydrodynamic diameter and zeta potential of the samples were measured using a Zetasizer.
도 1을 참고하면, 용액 B가 용액 A에 혼합된 후, Ca2+와 PO4 3-(OH-) 사이의 반응을 통해 수산화아파타이트(HAp) 핵이 먼저 생성된다. HAp 핵에 Tb3+의 동시 혼입은 공석 부위에서 Ca2+ 이온의 치환 또는 도펀트 삽입에 의해 발생한다. 동시에, 충분한 수열 처리는 Cit-Na의 열분해를 유도하여 청색 형광을 방출하는 한 종류의 발광 센터인 탄소점(CD)를 형성한다. 이어서, HAp 결정의 성장 동안 Tb3+ 및 탄소점의 일부가 점차적으로 HAp 격자에 도핑될 수 있다.Referring to FIG. 1 , after solution B is mixed with solution A, hydroxyapatite (HAp) nuclei are first generated through a reaction between Ca 2+ and PO 4 3- (OH − ). The co-incorporation of Tb 3+ into the HAp nucleus occurs either by substitution of Ca 2+ ions at the vacancy site or by dopant insertion. At the same time, sufficient hydrothermal treatment induces thermal decomposition of Cit-Na to form a carbon point (CD), a type of luminescent center that emits blue fluorescence. Then, some of the Tb 3+ and carbon points can be gradually doped into the HAp lattice during the growth of the HAp crystal.
한편, HAp 나노 결정상에 대한 Tb3+ 및 탄소점의 영향을 조사하기 위해 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 HAp 입자의 물리적 특성, 형태 및 결정 구조를 비교하였다. Meanwhile, in order to investigate the effect of Tb 3+ and carbon point on the HAp nanocrystal phase, the physical properties, morphology and crystal structure of the HAp particles prepared in Examples and Comparative Examples were compared.
도 2의 a는 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 XRD 패턴 분석 결과이다. 셋 모두 회절 피크가 순수한 HAp 육각형 위상(ICDD No.09-0432)에 색인되어 있음을 보여주었다.FIG. 2 a is an XRD pattern analysis result of HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. All three showed that the diffraction peaks were indexed into the pure HAp hexagonal phase (ICDD No.09-0432).
도 2의 b는 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자의 FT-IR 분석 결과이다. HAp에서 히드록시기(-OH)의 연신 모드 및 해방 진동으로 인한 피크는 3570 ㎝-1 및 628 ㎝-1에서 관찰되었다. 일반적인 PO4 3- 밴드 피크는 1090 ㎝-1 및 1027 ㎝-1(ν3), 962 ㎝-1(ν1), 603 ㎝-1 및 560 ㎝-1(ν4) 및 475 ㎝-1(ν2)에서 관찰되었다. 또한, 874 ㎝-1 및 1412 ㎝-1에서의 피크는 각각 ν2 CO3 2- 밴드(굽힘 모드) 및 ν3 CO3 2- 밴드에 기인하였으며, 이는 B-타입 치환(PO4 3- 교체 CO3 2-)에 의해 유도되었다. 실시예 7과 비교예 2의 경우 HAp 입자 표면상의 Cit-Na의 흡착으로 인해 COO- 비대칭 신축에 기인하는 강한 피크가 1571 ㎝-1에서 관찰되었다.FIG. 2 b is an FT-IR analysis result of HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. Peaks due to the stretching mode and release vibration of the hydroxyl group (-OH) in HAp were observed at 3570 cm -1 and 628 cm -1 . Typical PO 4 3- band peaks are 1090 cm −1 and 1027 cm −1 (ν 3 ), 962 cm −1 (ν 1 ), 603 cm −1 and 560 cm −1 (ν 4 ) and 475 cm −1 ( ν 2 ) was observed. Further, the peak at 874 ㎝ -1 and 1412 ㎝ -1 was attributed to each ν2 CO 3 2- band (bending modes) and ν3 CO 3 2- band, this type B- substituted (PO 4 3- replacement CO 3 2- ) was induced. In the case of Example 7 and Comparative Example 2, a strong peak due to COO - asymmetric stretching was observed at 1571 cm -1 due to the adsorption of Cit-Na on the HAp particle surface.
도 3 내지 5는 HAp 입자의 형태를 분석하기 위한 TEM, SEM 및 HRTEM 이미지이다.3 to 5 are TEM, SEM, and HRTEM images for analyzing the morphology of HAp particles.
도 3(TEM) 및 도 4(SEM)를 참고하면, 비교예 1의 HAp 입자는 길이가 51.7 ± 18.8 ㎚이고, 직경이 26.6 ± 6.0 ㎚인 짧은 나노로드(NRs) 형태를 나타냈다. 시트르산염을 첨가하여 제조된 비교예 2의 HAp 입자는 51.1 ± 9.7 ㎚의 비슷한 길이를 유지하면서도 직경은 8.7 ± 2.0 ㎚로 훨씬 얇아졌다. 시트르산염 및 터븀염을 모두 사용하여 제조된 실시예 7의 HAp 입자는 길이가 70.16 ± 17.28 ㎚, 직경이 20.26 ± 7.61 ㎚로, Tb3+에 의해 비교예 2 대비 더 길고 두꺼운 막대형 나노 결정이 생성되었다.Referring to FIGS. 3 (TEM) and 4 (SEM), the HAp particles of Comparative Example 1 had a length of 51.7 ± 18.8 nm and a diameter of 26.6 ± 6.0 nm in the form of short nanorods (NRs). The HAp particles of Comparative Example 2 prepared by adding citrate maintained a similar length of 51.1 ± 9.7 nm and had a much thinner diameter of 8.7 ± 2.0 nm. The HAp particles of Example 7 prepared using both citrate and terbium salts had a length of 70.16 ± 17.28 nm and a diameter of 20.26 ± 7.61 nm, and longer and thicker rod-shaped nanocrystals compared to Comparative Example 2 by Tb 3+ was created
한편, 도 5는 실시예 1 내지 8에서 각각 제조된 HAp 입자의 TEM 이미지이다(스케일바: 100 ㎚). 실시예 1(Cit0.2Tb2.5)에서 실시예 3(Cit0.2Tb7.5)까지는 명백한 형태학적 변화가 관찰되지 않았으며, Tb3+의 몰%가 더욱 증가한 실시예 4(Cit0.2Tb10.0) 및 실시예 5(Cit0.2Tb12.5)의 경우 나노로드가 바늘과 유사해지고 불규칙해졌다. 이는 과도한 Tb3+ 도핑이 격자 면의 핵 생성 속도와 성장 방향에 영향을 미쳐 HAp 격자 왜곡을 초래하였기 때문으로 판단된다. 또한, 시트르산염 역시 HAp 나노 입자의 형태에 영향을 미쳤다. Cit0.2Tb5.0 내지 Cit1.0Tb5.0는 형태 및 크기의 뚜렷한 변화가 관찰되지 않았으나, Cit2.0Tb5.0은 뚜렷한 엇갈린 바늘형 나노 결정 형태를 보였다. 시트르산염의 말단 COO-기 간격과 아파타이트의 격자 매개 변수 c 사이의 일치로 인해 HAp 표면에 시트르산염이 흡착될 가능성이 가장 높았다. 시트르산염은 이방성 성장 방향을 따라 결정면 상에 선택적으로 흡수하여 HAp 나노로드의 종횡비의 증가 및 바늘형 구조의 형성을 초래할 수 있다.Meanwhile, FIG. 5 is a TEM image of the HAp particles prepared in Examples 1 to 8, respectively (scale bar: 100 nm). No obvious morphological change was observed from Example 1 (Cit0.2Tb2.5) to Example 3 (Cit0.2Tb7.5), and Example 4 (Cit0.2Tb10.0) in which the mole % of Tb 3+ was further increased. ) and Example 5 (Cit0.2Tb12.5), the nanorods became needle-like and irregular. This is considered to be because excessive Tb 3+ doping affects the nucleation rate and growth direction of the lattice plane, resulting in HAp lattice distortion. In addition, citrate also affected the morphology of HAp nanoparticles. Cit0.2Tb5.0 to Cit1.0Tb5.0 did not show any significant change in shape and size, but Cit2.0Tb5.0 showed a distinct staggered needle-like nanocrystal form. Adsorption of citrate to the HAp surface was most likely due to the agreement between the terminal COO -group spacing of citrate and the lattice parameter c of apatite. Citrate can selectively adsorb onto the crystal plane along the anisotropic growth direction, resulting in an increase in the aspect ratio of the HAp nanorods and the formation of needle-like structures.
도 6은 HAp 입자의 형태를 HRTEM으로 추가한 이미지로, 실시예 7과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 HAp 입자는 비교예 1의 (211) 평면에 상응하는 0.279 ㎚의 d-간격을 제외하고, (002) 육각형 HAp 결정에서 전형적인 동일한 격자 간격을 갖는다. 3개의 HAp 입자의 선택된 영역 전자 회절 패턴(SAED; 오른쪽 위 삽입)을 통해 결정 성장 방향을 다시 한 번 확인할 수 있다.6 is an image obtained by adding the shape of HAp particles by HRTEM. The HAp particles prepared in Example 7 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, are excluding the d-spacing of 0.279 nm corresponding to the (211) plane of Comparative Example 1. and (002) have the same lattice spacing typical for hexagonal HAp crystals. The crystal growth direction can be confirmed once again through the selected area electron diffraction pattern (SAED; upper right inset) of the three HAp particles.
도 7은 PL 여기-방출 스펙트럼으로, 도 7의 a는 비교예 3의 결과이며, 도 7의 b는 비교예 2의 결과이고, 도 7의 c는 비교예 2, 3, 4 및 실시예 7 및 9의 334 ㎚에서 여기됐을 때의 PL 여기-방출 스펙트럼이다.7 is a PL excitation-emission spectrum, wherein a of FIG. 7 shows the result of Comparative Example 3, FIG. 7b shows the result of Comparative Example 2, and FIG. 7c shows Comparative Examples 2, 3, 4 and 7 and PL excitation-emission spectra when excited at 334 nm of 9.
도 7의 a는 351 ㎚에서의 피크와 함께 300 내지 500 ㎚ 범위의 좁은 여기 밴드 대역 및 Tb3+의 5D4 → 7Fj(j = 6, 5, 4, 3) 전이에 대응하는 4개의 방출 피크(488 ㎚, 544 ㎚, 584 ㎚ 및 622 ㎚)를 보여주었으며, 544 ㎚에서 가장 강한 방출 피크가 발생하여 샘플이 녹색 빛을 방출함을 나타냈다.Fig. 7a shows a narrow excitation band band ranging from 300 to 500 nm with a peak at 351 nm and 4 corresponding to the 5 D 4 → 7 F j (j = 6, 5, 4, 3) transition of Tb 3+ emission peaks (488 nm, 544 nm, 584 nm and 622 nm) were shown, and the strongest emission peak occurred at 544 nm, indicating that the sample emits green light.
도 7의 b는 334 ㎚에서 여기 후 428 ㎚에서 가장 강한 방출 피크를 나타내었다. 비교예 2의 방출 스펙트럼은 도 7의 a의 여기 스펙트럼과 부분적으로 겹치므로 CD에서 Tb3+로 에너지가 전달될 수 있다.7b shows the strongest emission peak at 428 nm after excitation at 334 nm. Since the emission spectrum of Comparative Example 2 partially overlaps the excitation spectrum of a of FIG. 7 , energy may be transferred from CD to Tb 3+ .
또한, 334 ㎚에서 여기된 Cit1.0, Tb5.0, Tb10.0, Cit1.0Tb5.0 및 Cit1.0Tb10.0의 PL 스펙트럼을 비교하였다(도 7의 c). Tb5.0 및 Tb10.0의 경우, 전형적인 약한 Tb 방출 피크(488 ㎚, 544 ㎚, 584 ㎚ 및 622 ㎚)만이 관찰되었으며, Tb10.0은 Tb5.0보다 높은 신호 강도를 나타냈다. 그러나, 시트르산염이 터븀염과 동시에 첨가될 때, Tb3+ 방출 피크의 강도는 상당히 증가하였다. Cit1.0.0, Cit1.0Tb5.0 및 Cit1.0Tb10.0의 PL 스펙트럼을 비교하여, Tb 농도 비율의 증가에 따라 Tb3+ PL 스펙트럼 피크의 강도가 증가함을 관찰하였다. 대조적으로, CD 피크 강도는 점차 감소하였다. 이러한 데이터는 Tb3+ 이온 및 CD의 공동 도핑이 CD 방출을 약화시키고 Tb3+ 이온 방출을 활성화시켜 CD에서 Tb3+로의 에너지 전달 가능성을 더욱 강조함을 시사한다.In addition, PL spectra of Cit1.0, Tb5.0, Tb10.0, Cit1.0Tb5.0 and Cit1.0Tb10.0 excited at 334 nm were compared (FIG. 7c). For Tb5.0 and Tb10.0, only typical weak Tb emission peaks (488 nm, 544 nm, 584 nm and 622 nm) were observed, with Tb10.0 showing higher signal intensity than Tb5.0. However, when the citrate was added simultaneously with the terbium salt, the intensity of the Tb 3+ emission peak increased significantly. Comparing the PL spectra of Cit1.0.0, Cit1.0Tb5.0 and Cit1.0Tb10.0, it was observed that the intensity of the Tb 3+ PL spectrum peak increased as the Tb concentration ratio increased. In contrast, the CD peak intensity gradually decreased. These data suggest that co-doping of Tb 3+ ions and CD attenuates CD emission and activates Tb 3+ ion emission, further highlighting the potential for energy transfer from CD to Tb 3+ .
CD에서 Tb3+로의 부분 에너지 전달 메커니즘을 도 8에 나타내었다. 일반적으로 Cit-nHAp은 청색을 방출하고 Tb3+ 이온은 녹색을 방출한다. CD와 Tb3+를 공동 도핑한 후 Cit/Tb-nHAp에서 CD에서 Tb3+로의 부분 에너지 전달이 발생하였다. 351 ㎚ 광자와의 상호 작용 후, 단파장 광(즉, 최고 점유 분자 궤도(HOMO)를 최저 비 점유 분자 궤도(LUMO)으로 흡수)에 의해 생성된 CD 전자는 복사 재조합을 통해 HOMO 상태로 이완될 수 있다. 이러한 변화는 Tb3+ 이온으로의 부분 에너지 전달로 이어지고, Tb3+ 이온이 여기 상태에 있게 한다. Tb3+에서 여기된 전자는 진동 이완을 통해 여기 상태(5D4)의 가장 낮은 진동 수준으로 돌아간다. 이들 여기된 전자는 또한 상이한 파장(5D4 내지 7Fj, j = 6, 5, 4, 3)의 광을 방출함으로써 접지 상태로 복귀한다.The partial energy transfer mechanism from CD to Tb 3+ is shown in FIG. 8 . In general, Cit-nHAp emits blue and Tb 3+ ions emit green. After the cavity is doped with the CD and the Tb 3+ partial energy transfer to Tb 3+ in CD was generated from Cit / Tb-nHAp. After interaction with a 351 nm photon, CD electrons produced by short-wavelength light (i.e., absorption of the highest occupied molecular orbital (HOMO) into the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO)) can relax to the HOMO state via radiative recombination. have. This change leads to a partial energy transfer to Tb 3+ ions, Tb 3+ ions, allows the excited state. The excited electrons in Tb 3+ return to the lowest vibrational level of the excited state ( 5 D 4 ) through vibrational relaxation. These excited electrons also return to the ground state by emitting light of different wavelengths ( 5 D 4 to 7 F j , j = 6, 5, 4, 3).
또한, Cit/Tb-nHAp의 Tb3+ 특성 발광 강도에 대한 Tb3+ 농도의 효과를 연구 하였다(Cit-Na 첨가는 0.2 mmol로 고정). PL 방출 스펙트럼(도 9)은 각 샘플의 4가지 특성 피크(488 ㎚, 544 ㎚, 584 ㎚ 및 622 ㎚)가 존재하고, 5D4에서 7F4 전이의 PL 강도가 0.075의 Tb3+ 도핑 비율에서 최대에 도달하였다. 그러나, 농도 ??칭으로 알려진 현상에서 충분한 발광 센터의 부족으로 인해 Tb3+의 도핑 비율이 더욱 증가함에 따라 강도가 감소하기 시작하였다. In addition, the effect of Tb 3+ concentration on Tb 3+ characteristic luminescence intensity of Cit/Tb-nHAp was studied (Cit-Na addition was fixed at 0.2 mmol). The PL emission spectrum (Fig. 9) shows that there are four characteristic peaks (488 nm, 544 nm, 584 nm and 622 nm) of each sample, and the PL intensity of the 5 D 4 to 7 F 4 transition is Tb 3+ doping of 0.075. A maximum was reached in the ratio. However, the intensity began to decrease as the doping ratio of Tb 3+ was further increased due to the lack of sufficient luminescent centers in a phenomenon known as concentration quenching.
이하, 334 ㎚에서 여기 후 428 ㎚ 및 544 ㎚에서의 발광 피크 세기를 하기 표 2에 나타내었다. 또한 비교예 4의 발광 피크 세기 대비 형광 세기 증강 정도를 하기 계산식에 따라 산출하여 하기 표 2에 나타내었다.Hereinafter, the emission peak intensities at 428 nm and 544 nm after excitation at 334 nm are shown in Table 2 below. In addition, the degree of fluorescence intensity enhancement compared to the emission peak intensity of Comparative Example 4 was calculated according to the following formula and shown in Table 2 below.
계산식: 형광 세기 증강 = I544/I0 Calculation: Fluorescence intensity enhancement = I 544 /I 0
상기 계산식에서 I544는 544 ㎚에서 샘플의 발광 피크 세기(a.u.)이며, I0는 544 ㎚에서 비교예 4의 발광 피크 세기(a.u.)이다.In the above formula, I 544 is the emission peak intensity (au) of the sample at 544 nm, and I 0 is the emission peak intensity (au) of Comparative Example 4 at 544 nm.
(I(I
544544
/I/I
00
))
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 시트르산염 및 터븀전구체가 모두 첨가되지 않은 수산화아파타이트(비교예 1)와 시트르산염만 첨가된 수산화아파타이트(비교예 2)는 544 ㎚ 파장대에서 형광이 극히 미미하였다.As shown in Table 2, hydroxyapatite to which neither citrate nor terbium precursor was added (Comparative Example 1) and hydroxyapatite to which only citrate was added (Comparative Example 2) had very little fluorescence in the 544 nm wavelength band.
반면 터븀이온이 도핑된 수산화아파타이트의 경우 형광이 나타났으며, 시트르산염을 함께 첨가하여 탄소점을 공동 도핑한 실시예들의 경우 부분 에너지 전달에 의해 형광 세기가 더욱 증강되었다.On the other hand, in the case of terbium ion-doped hydroxide apatite, fluorescence was observed, and in the examples in which carbon points were co-doped by adding citrate, the fluorescence intensity was further enhanced by partial energy transfer.
특히, 시트르산염/(Ca+Tb)의 몰비가 0.1 이상, Tb/(Ca+Tb)의 몰비가 0.05 이상인 경우 형광 세기가 현저히 증폭되었다.In particular, when the molar ratio of citrate/(Ca+Tb) is 0.1 or more and the molar ratio of Tb/(Ca+Tb) is 0.05 or more, the fluorescence intensity is remarkably amplified.
나아가, Cit/Tb-nHAp의 발광 색상 조정성을 테스트하였다. 먼저, Tb3+ 도핑 비율은 0.050으로 고정하고, Cit-Na 농도는 0.2 mmol에서 2.0 mmol로 조절되었다. 도 10에 도시 된 바와 같이, 0.2 mmol의 Cit-Na가 사용될 때 방출 스펙트럼은 전형적인 Tb3+ 피크로만 구성되었다. 그러나, Cit-Na가 0.5 mmol으로 증가했을 때, CD의 강력한 피크가 관찰되었다. Cit-Na 농도가 1.0 mmol으로 증가함에 따라, 488 ㎚, 544 ㎚ 및 582 ㎚에서 3개의 특징적인 피크의 강도 또한 증가하였으며, 이들 피크 중 2개(544 ㎚ 및 584 ㎚)가 가장 높은 강도에 도달하였다. 그러나, 2.0 mmol Cit-Na에서, 544 ㎚ 및 584 ㎚에서의 피크 강도는 488 ㎚에서의 피크와 달리 더 이상 증가하지 않았다.Furthermore, the emission color tunability of Cit/Tb-nHAp was tested. First, the Tb 3+ doping ratio was fixed at 0.050, and the Cit-Na concentration was adjusted from 0.2 mmol to 2.0 mmol. As shown in Fig. 10, when 0.2 mmol of Cit-Na was used, the emission spectrum consisted of only the typical Tb 3+ peak. However, when Cit-Na increased to 0.5 mmol, a strong peak of CD was observed. As the Cit-Na concentration increased to 1.0 mmol, the intensities of the three characteristic peaks at 488 nm, 544 nm and 582 nm also increased, with two of these peaks (544 nm and 584 nm) reaching the highest intensities. did However, at 2.0 mmol Cit-Na, the peak intensities at 544 nm and 584 nm did not increase further, unlike the peaks at 488 nm.
Cit0.2Tb5.0, Cit0.5Tb5.0, Cit1.0Tb5.0 및 Cit2.0Tb5.0에 대한 CIE 색도도는 도 11에 도시되어있다. CIE 좌표는 334 ㎚에서 여기될 때 Cit-Na 첨가가 감소함에 따라 청색에서 청록색으로 체계적으로 변한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 254 ㎚ 및 365 ㎚ UV 조사에서 Cit/Tb-nHAp 분말의 디지털 사진은 각 샘플이 특히 254 ㎚에서 여기될 때 녹색에서 청록색 및 청록색으로 생생한 색상 변화를 유발하는 경우 색상별로 쉽게 구별할 수 있음을 보여주었다.The CIE chromaticity diagrams for Cit0.2Tb5.0, Cit0.5Tb5.0, Cit1.0Tb5.0 and Cit2.0Tb5.0 are shown in FIG. 11 . The CIE coordinates change systematically from blue to cyan with decreasing Cit-Na addition when excited at 334 nm. As shown in Figure 12, digital photographs of Cit/Tb-nHAp powders at 254 nm and 365 nm UV irradiation show a vivid color change from green to cyan and cyan when each sample is excited, especially at 254 nm. showed that they can be distinguished very easily.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, Cit/Tb-nHAp을 사용하여 생성된 패턴은 정상적인 일광에서는 보이지 않지만 밝은 녹색/파란색을 방출하는 UV 램프(254 ㎚)에서는 패턴이 드러났다. 이에 따라 Cit/Tb-nHAp를 위조 방지를 위한 용도로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in Fig. 13, the pattern generated using Cit/Tb-nHAp was not visible in normal daylight, but was revealed in a UV lamp (254 nm) emitting bright green/blue color. Accordingly, it was confirmed that Cit/Tb-nHAp could be used for anti-counterfeiting purposes.
아울러, 도 14에 도시된 바와 같이, 현미경으로 DAPI(파란색), FITC(녹색) 및 Texas-Red(빨간색) 필터를 사용하면 Cit1.0Tb5.0 분말이 각각 밝은 파랑, 녹색 및 빨강으로 나타났다. Cit/Tb-nHAp의 다색 형광 광학적 특징은 예를 들어 한 조직에서 다른 조직으로(예를 들어 담낭(녹색)에서 혈액(붉은색)으로, 또는 그 반대로) 세포의 이동을 추적하는 생체 외 및 생체 내 세포 이미징에 잠재적으로 유용한 재료이다. 또한, 약물이 Cit/Tb-nHAp 프로브에 접합되면, 이들 프로브의 다색 형광은 담낭 및 혈액을 포함하지만 이에 제한되지 않는 신체의 다른 틈새 내에서 약물이 추적 될 수 있게 한다. 따라서, Cit/Tb-nHAp 프로브는 약물 전달을 연구하는 귀중한 생물학적 도구로 개발될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 14 , when DAPI (blue), FITC (green) and Texas-Red (red) filters were used under a microscope, Cit1.0Tb5.0 powder appeared bright blue, green and red, respectively. The multicolor fluorescence optical feature of Cit/Tb-nHAp, for example, can be used in vitro and in vivo to track the migration of cells from one tissue to another (e.g., from the gallbladder (green) to blood (red), and vice versa). It is a potentially useful material for intracellular imaging. Furthermore, when drugs are conjugated to Cit/Tb-nHAp probes, the multicolor fluorescence of these probes allows the drug to be tracked within other niches of the body, including but not limited to the gallbladder and blood. Therefore, the Cit/Tb-nHAp probe can be developed as a valuable biological tool to study drug delivery.
Tb3+ 및 CD 공동 도핑된 HAp의 조성을 확인하기 위해, Cit1.0Tb5.0의 XPS를 측정하였다. 전체 XPS 스펙트럼에서 피크 C 1s, O 1s, Ca 2s, Ca 2p, P 2s, P 2p 및 Tb 3d가 관찰되었다(도 15의 a 및 b). 피크 피팅 후 C-C/C-H (284.6 eV), C-N (286.0 eV), C=O/C=N(287.8 eV) 및 CO3 2-/-COOH(289.0 eV)에 기인한 C 1s의 고해상도 스펙트럼에 4개의 피크가 나타났다. Cit1.0Tb5.0에서 N-풍부 CD로부터 유래된 약 400 eV에서의 약한 N 1s 피크 또한 관찰되었다(도 15의 c). 이때, 상기 N-풍부 CD는 인산 전구체로 쓰인 제2인산암모늄((NH4)2HPO4)의 질소원소가 탄소점에 도핑되어 형성되는 것으로, 이로 인해 더욱 강한 형광 특성을 나타내는 탄소점이 합성될 수 있다. Tb 3d 스펙트럼의 좁은 스캔(도 15의 d)은 1242.0 eV (Tb 3d5/2) 및 1276.2 eV (Tb 3d3/2)에서 2개의 피크를 보여주어 Tb3+가 도핑된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 XPS 데이터는 CD 및 Tb3+가 HAp 나노 결정에서 성공적으로 공동 도핑되었음을 의미한다.To confirm the composition of Tb 3+ and CD co-doped HAp, the XPS of Cit1.0Tb5.0 was measured.
nHAp, Cit-nHAP 및 Cit/Tb-nHAp에 대한 TGA 데이터(도 16)에 있어, 200℃ 이전에서 HAp는 2%, Cit-nHAp 및 Cit/Tb-nHAp는 5%의 초기 중량 손실을 보였으며, 이는 분말에 물리적으로 흡착된 물의 열로 인한 탈착 때문인 것으로 추정된다. 200 내지 700℃의 후속 중량 손실은 nHAp에 포획된 CD의 분해, 및 수열 반응 시 CD로 열분해되지 않고 나노 입자의 표면에 흡착된 일부 시트르산의 열분해에 기인하는 것으로 추정된다.In the TGA data for nHAp, Cit-nHAP, and Cit/Tb-nHAp (Fig. 16), before 200 °C, HAp showed an initial weight loss of 2%, and Cit-nHAp and Cit/Tb-nHAp showed an initial weight loss of 5%. , which is presumed to be due to thermal desorption of water physically adsorbed to the powder. The subsequent weight loss at 200 to 700°C is presumed to be due to the decomposition of CD captured by nHAp, and the thermal decomposition of some citric acid adsorbed to the surface of the nanoparticles without being thermally decomposed into CD during hydrothermal reaction.
도 17은 시트르산 처리 전후 Cit/Tb-nHAp 프로브의 평균 유체 역학적 직경 및 제타 전위 측정 결과이다. Cit/Tb-nHAp의 유체 역학적 직경은 시트르산 처리 후 급격히 감소하여 단일 나노로드의 길이인 80.7 ± 0.15 ㎚에 도달했다. Cit/Tb-nHAp의 제타 전위 또한 증가하여 -20.9 ± 2.51 mV에 도달하였으며, 이는 입자들 사이의 강한 정전기 반발로 인해 응집이 상당히 감소되었음을 시사한다.17 is a measurement result of the average hydrodynamic diameter and zeta potential of the Cit/Tb-nHAp probe before and after citric acid treatment. The hydrodynamic diameter of Cit/Tb-nHAp decreased sharply after citric acid treatment to reach the length of a single nanorod of 80.7 ± 0.15 nm. The zeta potential of Cit/Tb-nHAp also increased to reach -20.9 ± 2.51 mV, suggesting that aggregation was significantly reduced due to strong electrostatic repulsion between particles.
Cit/Tb-nHAp 프로브 세포 독성은 Cit/Tb-nHAp 프로브의 존재 하에 C6 신경 교종 세포를 다양한 농도(100 내지 800 ppm)에서 1일 및 3일 동안 배양함으로써 평가하였다(도 18). MTT 분석 결과, Cit/Tb-nHAp(최대 800 ppm)는 배양 3일 후에도 C6 신경 교종 세포에 독성이 없다는 것이 밝혀졌다. 이와 같이 뛰어난 생체적합성과 비-독성을 가짐에 따라 바이오 이미징은 Cit/Tb-nHAp의 가장 중요한 응용 분야 중 하나임을 확인할 수 있었다.Cit/Tb-nHAp probe cytotoxicity was assessed by culturing C6 glioma cells at various concentrations (100 to 800 ppm) for 1 and 3 days in the presence of Cit/Tb-nHAp probe ( FIG. 18 ). MTT analysis revealed that Cit/Tb-nHAp (up to 800 ppm) was not toxic to C6 glioma cells even after 3 days of culture. With such excellent biocompatibility and non-toxicity, it was confirmed that bioimaging is one of the most important applications of Cit/Tb-nHAp.
따라서, 얻어진 Cit/Tb-nHAp의 광학 특성 및 안정성을 보다 잘 분석하기 위해, 탈이온수(DIW) 및 SBF(simulated body fluid) 용액 (1 ㎎/㎖)에서 Cit1.0Tb5.0의 형광 강도를 37℃에서 시험하였다. 모든 강도는 0 시간에서 탈이온수의 강도로 정규화되었다. 24 내지 72시간 동안 처리 후 형광 신호 강도가 상대적으로 안정하다는 것을 확인하였다(상대 강도의 50% 이상; (도 19)). 따라서, SBF 용액에서 이러한 높은 생체 적합성 및 안정한 형광 신호는 Cit/Tb-nHAp 프로브가 시험 관내 및 생체 내 생체 영상 도구로서 효과적인 것으로 사용될 수 있음을 시사한다.Therefore, in order to better analyze the optical properties and stability of the obtained Cit/Tb-nHAp, the fluorescence intensity of Cit1.0Tb5.0 in deionized water (DIW) and simulated body fluid (SBF) solution (1 mg/ml) was measured at 37 Tested at °C. All intensities were normalized to the intensity of deionized water at 0 h. After treatment for 24-72 hours, it was confirmed that the fluorescence signal intensity was relatively stable (50% or more of the relative intensity; (FIG. 19)). Therefore, this high biocompatibility and stable fluorescence signal in SBF solution suggests that the Cit/Tb-nHAp probe can be used as an effective in vitro and in vivo bioimaging tool.
한편, Tf(transferrin) 수용체는 포유 동물 세포에서 거의 모든 철 격리를 담당하는 세포막 내재화 수용체이다. Tf는 다양한 악성 종양에서 과발현된다. 종양 표적화 능력과 EDC-NHS 커플링을 통해 Cit/Tb-nHAp에 Tf가 잘 접합될 수 있기 때문에 세포 이미징 실험에 Tf를 사용하였다. C6 신경 교종 세포에 대한 시험 관내 세포 영상화 프로토콜을 사용하여 Cit/Tb-nHAp의 생의학 적용을 입증하였다.On the other hand, the Tf (transferrin) receptor is a cell membrane internalized receptor responsible for almost all iron sequestration in mammalian cells. Tf is overexpressed in various malignancies. Tf was used for cell imaging experiments because Tf can be well conjugated to Cit/Tb-nHAp through its tumor targeting ability and EDC-NHS coupling. An in vitro cell imaging protocol for C6 glioma cells was used to demonstrate the biomedical application of Cit/Tb-nHAp.
도 20은 각각 Cit/Tb-nHAp 및 Tf-Cit/Tb-nHAp 형광 프로브를 도시하며, 도 21은 이들로 표지된 C6 신경 교종 세포의 형광 이미징을 보여준다. 24시간 동안 Cit/Tb-nHAp로 C6 신경 교종 세포를 처리한 경우 약한 비특이적 녹색 형광 신호만이 관찰되었다. 대조적으로, 세포가 Tf-Cit/Tb-nHAp로 표지된 경우 형광 신호는 세포질에서 균일하게 나타났다. 이 Tf-Cit/Tb-nHAp 유도 형광은 또한 세포핵이 명확하게 구별될 수 있기 때문에 세포질에 대해 일부 특이성을 나타내는 것으로 보였다. 이들 데이터는 Cit/Tb-nHAp가 Tf 수용체의 도움으로 세포 내 이입을 통해 세포로 진입할 수 있으며, 이는 세포 내 형광 신호를 안정적으로 생성할 수 있음을 분명히 보여준다. Cit/Tb-nHAp 프로브의 활성 표면은 종양 표적 리간드를 사용하여 쉽게 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 Cit/Tb-nHAp가 귀중한 종양 표적화 및 바이오 이미징 도구로 개발될 것으로 예상한다.20 shows Cit/Tb-nHAp and Tf-Cit/Tb-nHAp fluorescent probes, respectively, and FIG. 21 shows fluorescence imaging of C6 glioma cells labeled with them. When C6 glioma cells were treated with Cit/Tb-nHAp for 24 hours, only a weak non-specific green fluorescence signal was observed. In contrast, when the cells were labeled with Tf-Cit/Tb-nHAp, the fluorescence signal appeared uniformly in the cytoplasm. This Tf-Cit/Tb-nHAp induced fluorescence also appeared to exhibit some specificity for the cytoplasm as the cell nucleus could be clearly distinguished. These data clearly show that Cit/Tb-nHAp can enter cells through endocytosis with the aid of Tf receptors, which can stably generate intracellular fluorescence signals. The active surface of the Cit/Tb-nHAp probe can be easily modified using tumor targeting ligands. Therefore, we anticipate that Cit/Tb-nHAp will be developed as a valuable tumor targeting and bioimaging tool.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described with reference to specific matters and limited examples as described above, these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs to Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (10)
b) 상기 반응용액을 수열 합성하여 터븀이온 및 탄소점(carbon dot)이 공동 도핑된(co-doped) 형광 수산화아파타이트를 제조하는 단계;
를 포함하는 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 히드록시기이며, M은 알칼리금속 원소 또는 암모늄(NH4)이다.)
a) preparing a reaction solution by mixing a first solution containing a calcium precursor and a terbium precursor with a second solution containing a phosphoric acid precursor and a citrate that satisfies the following Chemical Formula 1; and
b) preparing a fluorescent hydroxyapatite co-doped with terbium ions and carbon dots by hydrothermal synthesis of the reaction solution;
A method for producing fluorescence hydroxyapatite comprising a.
[Formula 1]
(In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently hydrogen or a hydroxyl group, and M is an alkali metal element or ammonium (NH 4 ).)
상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체의 첨가량은 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
[관계식 1]
0.05 ≤ Tb/(Ca+Tb)≤ 0.15
(상기 관계식 1에서 Ca 및 Tb는 각 전구체의 몰수(mmol)이다.)
The method of claim 1,
In the step a), the addition amount of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor satisfies the following Relational Equation 1.
[Relational Expression 1]
0.05 ≤ Tb/(Ca+Tb) ≤ 0.15
(In Relation 1, Ca and Tb are moles (mmol) of each precursor.)
상기 a)단계에서 칼슘 전구체 및 터븀(Tb) 전구체 : 시트르산염의 몰비는 1 : 0.1 내지 1인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
3. The method of claim 2,
In step a), the molar ratio of the calcium precursor and the terbium (Tb) precursor to the citrate is 1:0.1 to 1, the method for producing a fluorescent apatite hydroxide.
상기 칼슘 전구체는 염화칼슘(CaCl2), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 아세트산칼슘(Ca(CH3CO2)2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The calcium precursor is calcium chloride (CaCl 2 ), calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ), calcium acetate (Ca(CH 3 CO 2 ) 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and Any one or two or more selected from the group consisting of hydrates thereof, a method for producing fluorescence hydroxyapatite.
상기 인산 전구체는 인산(H3PO4), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제3인산나트륨(Na3PO4), 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제3인산칼륨(K3PO4), 제1인산암모늄((NH4)H2PO4), 제2인산암모늄((NH4)2HPO4), 제3인산암모늄((NH4)3PO4) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The phosphoric acid precursor is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), monosodium phosphate (NaH 2 PO 4 ), dibasic sodium phosphate (Na 2 HPO 4 ), trisodium phosphate (Na 3 PO 4 ), monobasic potassium phosphate ( KH 2 PO 4 ), potassium phosphate dibasic (K 2 HPO 4 ), potassium phosphate tribasic (K 3 PO 4 ), ammonium phosphate monobasic ((NH 4 )H 2 PO 4 ), ammonium phosphate dibasic ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), triammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), and any one or two or more selected from the group consisting of hydrates thereof, a method for producing a fluorescent apatite hydroxide.
상기 터븀 전구체는 염화터븀(TbCl3), 질산터븀(Tb(NO3)3) 및 아세트산터븀(Tb(CH3CO2)3), 탄산터븀(Tb2(CO3)3), 수산화터븀(Tb(OH)3) 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The terbium precursor is terbium chloride (TbCl 3 ), terbium nitrate (Tb(NO 3 ) 3 ) and terbium acetate (Tb(CH 3 CO 2 ) 3 ), terbium carbonate (Tb 2 (CO 3 ) 3 ), terbium hydroxide ( Tb(OH) 3 ) and any one or two or more selected from the group consisting of hydrates thereof, a method for producing a fluorescent apatite hydroxide.
상기 시트르산염은 시트르산 나트륨, 시트르산 칼륨, 시트르산 암모늄, 이소시트르산 나트륨, 이소시트르산 칼륨, 이소시트르산 암모늄 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The citrate is any one or two or more selected from the group consisting of sodium citrate, potassium citrate, ammonium citrate, sodium isocitrate, potassium isocitrate, ammonium isocitrate, and hydrates thereof.
상기 b)단계의 수열 합성은 150 내지 250℃에서 6 내지 60시간 동안 수행되는 것인, 형광 수산화아파타이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The hydrothermal synthesis of step b) is performed at 150 to 250° C. for 6 to 60 hours.
[Claim 9] Fluorescent hydroxyapatite prepared by the manufacturing method of any one of claims 1 to 8, characterized in that terbium ions and carbon dots are co-doped.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200088061A KR102493845B1 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200088061A KR102493845B1 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220010630A true KR20220010630A (en) | 2022-01-26 |
| KR102493845B1 KR102493845B1 (en) | 2023-01-31 |
Family
ID=80051145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200088061A KR102493845B1 (en) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102493845B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114751397A (en) * | 2022-03-29 | 2022-07-15 | 华南师大(清远)科技创新研究院有限公司 | Fluorescent nano hydroxyapatite and preparation method and application thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190124700A (en) | 2017-02-28 | 2019-11-05 | 신토고교 가부시키가이샤 | Method for producing a composite material molded body comprising acicular hydroxyapatite and composite material molded body |
-
2020
- 2020-07-16 KR KR1020200088061A patent/KR102493845B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190124700A (en) | 2017-02-28 | 2019-11-05 | 신토고교 가부시키가이샤 | Method for producing a composite material molded body comprising acicular hydroxyapatite and composite material molded body |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Cheng Cheng 외, ‘Ammonium-Induced Synthesis of Highly Fluorescent Hydroxyapatite Nanoparticles with Excellent Aqueous Colloidal Stability for Secure Information Storage’, Coatings, Vol.9, pp.1-14 (2019)* * |
| Dongli Jiang 외, 'N-rich carbon dots as luminescence centers in fluorescent hydroxyapatite prepared using a typical hydrothermal process', J. Mater. Chem. B, Vol.5, pp.3749-3757 (2017)* * |
| ZHAO Yan-zhong 외, 'Characterization of terbium-doped nano-hydroxyapatite and surface modification', J. Cent. South Univ., Vol.23, pp.1548-1555 (2016)* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114751397A (en) * | 2022-03-29 | 2022-07-15 | 华南师大(清远)科技创新研究院有限公司 | Fluorescent nano hydroxyapatite and preparation method and application thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102493845B1 (en) | 2023-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE43944E1 (en) | Upconversion fluorescent nano-structured material and uses thereof | |
| Mondéjar et al. | Lanthanide-doped calcium phosphate nanoparticles with high internal crystallinity and with a shell of DNA as fluorescent probes in cell experiments | |
| Ramasamy et al. | Enhanced upconversion luminescence in NaGdF 4: Yb, Er nanocrystals by Fe 3+ doping and their application in bioimaging | |
| RU2346022C2 (en) | Luminescent nanoparticles with nucleus and envelope | |
| Manzoor et al. | Bio-conjugated luminescent quantum dots of doped ZnS: a cyto-friendly system for targeted cancer imaging | |
| Vetrone et al. | Lanthanide-doped fluoride nanoparticles: luminescence, upconversion, and biological applications | |
| JP4620658B2 (en) | Synthesis of nanoparticles containing metal (III) vanadate | |
| Wang et al. | Emission-tunable probes using terbium (III)-doped self-activated luminescent hydroxyapatite for in vitro bioimaging | |
| Mondal et al. | Rare earth element doped hydroxyapatite luminescent bioceramics contrast agent for enhanced biomedical imaging and therapeutic applications | |
| Sasidharan et al. | Ambient temperature synthesis of citrate stabilized and biofunctionalized, fluorescent calcium fluoride nanocrystals for targeted labeling of cancer cells | |
| Srivastava et al. | Remarkable enhancement of photoluminescence and persistent luminescence of NIR emitting ZnGa 2 O 4: Cr 3+ nanoparticles | |
| Li et al. | Comparative investigation on the crystal structure and cell behavior of rare-earth doped fluorescent apatite nanocrystals | |
| Zantye et al. | Rare earth doped hydroxyapatite nanoparticles for in vitro bioimaging applications | |
| KR102493845B1 (en) | Fluorescent hydroxy apatite and preparation method thereof | |
| Ilves et al. | Multimodal upconversion CaF2: Mn/Yb/Er/Si nanoparticles | |
| Yan et al. | A novel removable template method for the preparation of persistent luminescence nanoparticles with biocompatible size and high intensity | |
| Cui et al. | Comparison of two strategies for the synthesis of upconverting nanoparticles as biological labels | |
| Cao et al. | Sol-precipitation-hydrothermal synthesis and luminescence of GdPO4: Tb3+ submicron cubes | |
| KR101928037B1 (en) | Alginate-based biocompatible amphiphilic polymer functionalized upconversion nanoparticle used for bioimaging | |
| Zhang et al. | Growth phase diagram and X-ray excited luminescence properties of NaLuF4: Tb3+ nanoparticles | |
| Chung | Study of hydroxyapatite nano composites with photoluminescence properties | |
| CN107573938B (en) | Preparation method and application of rare earth doped apatite fluorescent nanodots | |
| Yamada et al. | Synthesis of luminescent Eu (III)-doped octacalcium phosphate particles hybridized with succinate ions and their reactive behavior in simulated body fluid | |
| Jung et al. | White light-emitting calcium tungstate microspheres synthesized via co-precipitation at room temperature and application to UV-LED chip | |
| US8906415B1 (en) | Calcium phosphate nanowhisker particles, method of making and using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |