KR20220039906A - Triple-responsive nano motors, compositions of and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

A triple-responsive nano motor of the present invention relates to a triple-responsive nano motor, a composition of the triple-responsive nano motor, and a motor manufacturing method. The triple-responsive nano motor is driven by thermophoretic, catalyst, and magnetic movement and is manufactured from a microfluidics system, thereby having a great yield amount and pickering efficiency.

Description

삼중 응답 나노 모터, 이의 제조에 사용되는 조성물 및 이의 제조방법{TRIPLE-RESPONSIVE NANO MOTORS, COMPOSITIONS OF AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Triple-response nanomotor, composition used for its preparation, and method for manufacturing the same

본 발명은 삼중 응답 나노 모터, 이의 제조에 사용되는 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a triple response nanomotor, a composition used for the preparation thereof, and a method for preparing the same.

마이크로 모터 또는 나노 모터는 광범위한 응용 분야에서 수 많은 작업을 수행할 수 있는 장점이 있어 (바이오)촉매 반응에 의해 구동되거나, 자기장, 빛 또는 초음파에 의해 구동되는 마이크로 모터 또는 나노 모터에 대한 연구가 활발하게 진행되었다.Micromotors or nanomotors have the advantage of being able to perform numerous tasks in a wide range of applications, so research on micromotors or nanomotors driven by a (bio)catalytic reaction or driven by a magnetic field, light or ultrasonic wave is active proceeded nicely.

상기 마이크로 모터 또는 나노 모터는 자기에 의한 움직임을 보이는데, 이는 기하학 및 화학적 비대칭 구조에 의해 발생하는 열 또는 화학 반응에 의한 것이다.The micro-motor or nano-motor exhibits movement by magnetism, which is caused by thermal or chemical reactions caused by geometrical and chemically asymmetric structures.

상기 마이크로 모터 또는 나노 모터는 자기에 의한 움직임을 보이는데, 이는 기하학 및 화학적 비대칭 구조에 의해 발생하는 열 또는 화학 반응에 의한 것이다.The micro-motor or nano-motor exhibits movement by magnetism, which is caused by thermal or chemical reactions caused by geometrical and chemically asymmetric structures.

한편, 상기 나노 모터는 종래에 대규모 배치 공정(batch system)을 통해 물리적 코팅, 무전해 코팅 및 피커링 유화되어 제조되었는데, 이러한 배치 공정은 제조 단계가 복잡하고 많은 시간이 필요하며, 균질한 최종 생성물의 제조가 어려운 점이 있었다.On the other hand, the nanomotor was conventionally manufactured by physical coating, electroless coating, and Pickering emulsification through a large-scale batch system, and this batch process is complicated and requires a lot of time, and a homogeneous final product. It was difficult to manufacture.

본 발명의 일 실시예는 나노 모터 조성물을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a nano-motor composition.

본 발명의 일 실시예는 삼중 응답 나노 모터를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a triple response nanomotor.

본 발명의 일 실시예는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a triple response nanomotor.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 삼중 응답 나노 모터 조성물은 메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자; 폴리도파민(Polydopamine) 용액; 및 백금(Pt) 전구체;를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, the triple response nano-motor composition of the present invention is mesoporous (mesoporous) composite magnetic nanoparticles; Polydopamine solution; and a platinum (Pt) precursor.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 백금(Pt) 전구체는 염화백금칼륨(Potassium hexachloroplatinate), 염화백금수소(Hydrogen hexachloroplatinate), 염화백금나트륨(Sodium hexachloroplatinate) 및 염화백금암모늄(Ammonium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the platinum (Pt) precursor is one selected from potassium chloride (Potassium hexachloroplatinate), platinum hydrogen chloride (Hydrogen hexachloroplatinate), sodium platinum chloride (Sodium hexachloroplatinate), and platinum ammonium chloride (Ammonium hexachloroplatinate) It may include more than one species.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 폴리도파민 용액은 도파민 모노머, 암모니아 용액, 정제수 및 에탄올을 혼합한 혼합물을 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the polydopamine solution may include a mixture of dopamine monomer, ammonia solution, purified water and ethanol.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 복합 자성 나노입자는 이산화 규소(SiO2)를 포함하는 코어; 및 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 포함하는 쉘;을 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the composite magnetic nanoparticles include a core including silicon dioxide (SiO 2 ); and a shell including iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles.

본 발명의 다른 목적으로, 삼중 응답 나노 모터의 제조방법은 메조포러스(mesoporous)의 복합 자성 나노입자를 제조하는 1단계; 상기 복합 자성 나노입자에 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물을 반응시키는 2단계; 상기 단계를 수행한 복합 자성 나노입자를 포함하는 연속상에 광 수지(photo resin) 및 광 개시제(photo initiator)를 포함하는 분산상을 혼합 및 유화시켜 피커링 에멀전(Pickering emulsion)을 형성시키고, UV 조사하는 3단계; 상기 피커링 에멀전에 폴리도파민(Polydopamine) 용액을 혼합시키는 4단계; 4단계를 수행한 피커링 에멀전에 백금(Pt) 전구체를 포함하는 용액을 혼합시키는 5단계; 및 5단계를 수행한 피커링 에멀전을 초음파 처리하여 나노 모터를 수득하는 6단계;를 포함할 수 있다.As another object of the present invention, a method for manufacturing a triple response nanomotor includes the first step of preparing mesoporous composite magnetic nanoparticles; a second step of reacting a hydrophilic silane compound and a hydrophobic silane compound with the composite magnetic nanoparticles; Mixing and emulsifying a dispersed phase containing a photo resin and a photo initiator in the continuous phase containing the composite magnetic nanoparticles that performed the above steps to form a Pickering emulsion, and UV irradiation Step 3; 4 step of mixing a polydopamine solution with the Pickering emulsion; 5 step of mixing a solution containing a platinum (Pt) precursor to the Pickering emulsion that has been performed in step 4; and step 6 of ultrasonically treating the Pickering emulsion having performed step 5 to obtain a nanomotor.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물은 1 : 0.032 ~ 1 : 0.10의 몰비로 투입할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound may be added in a molar ratio of 1:0.032 to 1:0.10.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 3단계의 피커링 에멀전(Pickering emulsion)은 액적(droplet)화된 광 수지; 및 상기 복합 자성 나노입자;를 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the three-step Pickering emulsion is a dropletized optical resin; and the composite magnetic nanoparticles.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 복합 자성 나노입자는 상기 액적화된 광 수지 및 물의 계면에 위치할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the composite magnetic nanoparticles may be located at the interface between the dropletized optical resin and water.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 연속상은 상기 복합 자성 나노입자를 20 ~ 90mg/mL의 농도로 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the continuous phase may contain the composite magnetic nanoparticles at a concentration of 20 to 90 mg/mL.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 3단계 내지 5단계는 3.8 ~ 14.7분 동안 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, steps 3 to 5 may be performed for 3.8 to 14.7 minutes.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 3단계 내지 5단계는 미세유체 시스템(microfluidic system)을 통해 연속적으로 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, steps 3 to 5 may be continuously performed through a microfluidic system.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 미세유체 시스템은 친수성 유리관, 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부를 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the microfluidic system may include a hydrophilic glass tube, a primary surface modification unit, and a secondary surface modification unit.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부는 각각 소수성의 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관을 포함할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the first surface-modified portion and the second surface-modified portion may each include a hydrophobic polytetra fluorethylene (PTFE) tube.

본 발명의 바람직한 일실시예로써, 상기 1단계는 3 ~ 200 cm의 길이를 가지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관을 통해 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, step 1 may be performed through a polytetra fluorethylene (PTFE) tube having a length of 3 to 200 cm.

본 발명의 또 다른 목적으로, 삼중 응답 나노 모터는 복합 자성 나노입자; 상기 복합 자성 나노입자의 표면 일부에 형성된 폴리도파민(Polydopamine)층; 및 상기 폴리도파민층 상부에 형성된 백금 촉매층;을 포함할 수 있다.As another object of the present invention, a triple response nanomotor is a composite magnetic nanoparticle; a polydopamine layer formed on a portion of the surface of the composite magnetic nanoparticles; and a platinum catalyst layer formed on the polydopamine layer.

본 발명의 미세유체 시스템(microfluidics system)을 통해 연속적으로 제조되어 공정의 생산성이 높을 뿐만 아니라 피커링 효율이 우수하고, 삼중 응답을 보이며, 여러번 재이용하여도 활성이 저하되지 않는 삼중 응답 나노 모터, 삼중 응답 나노 모터의 조성물 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.Triple response nanomotor, triple response that is continuously manufactured through the microfluidics system of the present invention, not only has high process productivity, but also has excellent pickering efficiency, shows a triple response, and does not decrease its activity even after being reused several times. It is possible to provide a composition for a nanomotor and a method for manufacturing the same.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터 제조방법의 모식도이다.
도 2의 a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 광학 이미지이고, b) ~ c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 제조공정 중 피커링 에멀전을 전계 방출 주사현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지이며, d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM) 이미지 및 에너지 분산형 X선 분광법(Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX)로 컬러 매핑(color mapping)한 이미지이며, 순서대로 규소(Si), 철(Fe), 산소(O) 및 백금(Pt) 원소의 이미지이다.
도 3는 실시예 1 및 비교예 4의 나노 모터를 각각 10회씩 제조하고, 각각의 피커링 효율을 구해 그래프로 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터 제조시 미세유체 시스템에서의 체류 시간(위) 및 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도에 따른 피커링 효율(아래)을 나타낸 그래프이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 수영 궤적(Swimming trajectory)를 나타낸 그래프로, 각각 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량%, 10중량% 하에 수행한 것과, 근적외선 하에 수행한 것과, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 평균 제곱 변위(Mean Square Displacement, MSD)를 나타낸 그래프로, 각각 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량%, 10중량% 하에 수행한 것과, 근적외선 하에 수행한 것과, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 평균 속도를 나타낸 그래프로, 각각 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량%, 10중량% 하에 수행한 것과, 근적외선 하에 수행한 것과, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것을 나타낸 그래프이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 모터의 자기(magnetic)의 움직임을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 나노 모터의 시간에 따른 로다민 B(Rhodamine B) 제거율을 나타낸 그래프(왼쪽) 및 실험 이미지(오른쪽)이다.
도 10의 a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산화철 자성 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 이미지이고, b)는 본 발명의 일 실시예 따라 제조된 복합 자성 나노입자의 전계 방출 주사현미경(FE-SEM) 이미지이며, c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 복합 자성 나노입자의 전계 방출 주사현미경(FE-SEM) 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 자성 나노입자의 제조 방법 모식도이다.
도 12는 비교예 15 ~ 비교예 19에서 제조한 복합 자성 나노입자를 전계 방출 주사현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 13은 비교예 18, 비교예 20 및 비교예 21에서 제조된 복합 자성 나노입자의 전계 방출 주사현미경(FE-SEM) 이미지이다.
도 14의 왼쪽 이미지는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 자성 나노입자를 물에 분산시킨 이미지이고, 오른쪽 이미지는 외부 자석을 통해 복합 자성 나노입자를 수득한 이미지이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 자성 나노입자에 친수성 및 소수성 실란 화합물이 코그라프팅(co-grafting)된 것을 나타낸 모식도이다.
도 16은 실시예 1, 실시예 5, 비교예 10 및 비교예 11을 실시하는 중 분산상 교반 전 용액을 샘플링한 이미지로, 도 16의 1은 비교예 11을 의미하고, 2는 실시예 5를 의미하며, 3은 실시예 1을 의미하고, 4는 비교예 10을 의미한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 반응 시스템의 모식도(상) 및 이미지(하)이다.
도 18의 a)는 비교예 2, 비교예 22, 비교예 18, 비교예 3 및 실시예 1의 제타 전위를 나타낸 그래프이고, b1) ~ b2)는 각각 비교예 3 및 실시예 1의 합성 시간에 따른 나노 모터의 제타 전위를 나타낸 그래프이다.
도 19의 a) ~ b)는 비교예 18, 비교예 2, 실시예 1, 비교예 3 및 비교예 22에서 제조된 나노입자를 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy)으로 분석 수행한 이미지이다.
도 20의 a)는 비교예 18 및 실시예 1에서 제조된 입자를 분말 X-선 회절 패턴(Powder X-ray diffraction pattern, PXRD)로 분석 수행한 그래프이고, b)는 비교예 18에서 제조된 입자의 열 중량 분석(Thermogravimetric analyses, TGA)을 수행한 그래프이다.
도 21의 a)는 실시예 1 및 비교예 18에서 제조된 입자를 질소(N2) 흡착-탈착 실험한 그래프이고, b)는 실시예 1 및 비교예 18에서 제조된 입자를 비표면적(Brunauer-Emmett-Teller method, BET) 분석 수행한 그래프이다.
도 22의 a)는 배치(batch) 시스템의 모식도이고, 도 22의 b)는 미세유체 시스템의 모식도이며, 도 22의 c)는 실시예 1 및 비교예 4의 나노 모터를 각각 10회씩 제조하고, 각각의 피커링 효율을 구해 그래프로 도식화한 것이다.
도 23은 실시예 7, 실시예 1 및 실시예 8의 나노모터를 제조함에 있어 중간 생성물로 발생하는 피커링 에멀전을 전계 방출 주사현미경(FE-SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 24는 실시예 7, 실시예 1, 실시예 8 및 비교예 14에서 제조된 입자의 수득량을 나타낸 그래프(위) 및 실시예 2, 실시예 3, 실시예 1 및 비교예 7에서 제조된 입자의 수득량을 나타낸 그래프(아래)이다
도 25는 실시예 1 및 실시예 5에서 제조된 입자의 평균 속도를 나타낸 그래프로, a)는 입자의 궤적을 추적한 그래프(좌) 및 피커링 에멀전의 계면을 도식화(우)한 것이며, b)는 평균 속도를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 26의 a) ~ b)는 각각 비교예 1 및 실시예 1에서 제조된 나노 모터의 로다민 B(Rh.B) 흡착 성능을 시험한 것으로, 작동 시간에 따른 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수 스펙트럼을 그래프로 나타낸 것이다.
도 27는 실시예 1의 Rh.B 흡수 성능을 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수 스펙트럼 그래프로 나타낸 것으로, 도 27의 a)는 과산화수소(H2O2) 2중량% 수용액 하에서 수행한 것이고, 도 27의 b)는 과산화수소(H2O2) 5중량% 수용액 하에서 수행한 것이며, 도 27의 c)는 과산화수소(H2O2) 10중량% 수용액 하에서 수행한 것이고, 도 27의 d)는 과산화수소(H2O2) 10중량% 수용액 및 근적외선(NIR) 하에서 수행한 것이다.
도 28의 a) ~ b)는 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선(NIR) 하에서 작동시켰을 때 로다민 B 흡착 성능을 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수 스펙트럼 및 로다민 B의 농도로 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram of a method for manufacturing a nanomotor according to an embodiment of the present invention.
2 a) is an optical image of a nanomotor according to an embodiment of the present invention, b) to c) are a field emission scanning microscope (FE) of the Pickering emulsion during the manufacturing process of the nanomotor according to an embodiment of the present invention. -SEM) is an image observed, d) is a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) image and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) of a nanomotor according to an embodiment of the present invention It is a color-mapped image, and is an image of silicon (Si), iron (Fe), oxygen (O), and platinum (Pt) elements in order.
FIG. 3 is a graph showing each of the nanomotors of Example 1 and Comparative Example 4 being manufactured 10 times, and each Pickering efficiency obtained.
4 is a graph showing the pickering efficiency according to the residence time (top) and the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase (bottom) in the microfluidic system when the nanomotor is manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a swimming trajectory of a nanomotor according to an embodiment of the present invention, respectively, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0% by weight, 2% by weight, 5% by weight, 10% by weight. It is a graph showing that one was carried out under near-infrared rays, and one carried out under near-infrared rays and 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and those performed under near-infrared rays.
6 is a graph showing the mean square displacement (MSD) of the nanomotor according to an embodiment of the present invention, respectively, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0 wt%, 2 wt%, 5 wt%, 10 It is a graph showing what was carried out under wt%, what was carried out under near infrared rays, and what was carried out under 10 wt% of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near infrared rays.
7 is a graph showing the average speed of the nanomotor according to an embodiment of the present invention, respectively, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0% by weight, 2% by weight, 5% by weight, 10% by weight, and near infrared rays It is a graph showing that performed under, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 10% by weight and performed under near-infrared rays.
8 is a graph illustrating magnetic movement of a nanomotor according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph (left) and experimental images (right) showing the rhodamine B (Rhodamine B) removal rate according to time of the nanomotors prepared in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 10 a) is a transmission electron microscope (TEM) image of magnetic iron oxide nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention, and b) is a field emission scan of the composite magnetic nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention. It is a microscope (FE-SEM) image, and c) is a field emission scanning microscope (FE-SEM) image of the composite magnetic nanoparticles prepared according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic diagram of a method for manufacturing a composite magnetic nanoparticle according to an embodiment of the present invention.
12 is an image of the composite magnetic nanoparticles prepared in Comparative Examples 15 to 19 observed with a field emission scanning microscope (FE-SEM).
13 is a field emission scanning microscope (FE-SEM) image of the composite magnetic nanoparticles prepared in Comparative Example 18, Comparative Example 20, and Comparative Example 21.
The left image of FIG. 14 is an image in which the composite magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention are dispersed in water, and the right image is an image obtained by obtaining the composite magnetic nanoparticles through an external magnet.
15 is a schematic diagram showing that hydrophilic and hydrophobic silane compounds are co-grafted on the composite magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
16 is an image sampled before stirring the dispersed phase during Example 1, Example 5, Comparative Example 10 and Comparative Example 11. In FIG. 16, 1 means Comparative Example 11, and 2 is Example 5 means, 3 means Example 1, and 4 means Comparative Example 10.
17 is a schematic diagram (top) and an image (bottom) of a microfluidic reaction system according to an embodiment of the present invention.
18 a) is a graph showing the zeta potential of Comparative Example 2, Comparative Example 22, Comparative Example 18, Comparative Example 3 and Example 1, b1) to b2) are the synthesis times of Comparative Example 3 and Example 1, respectively It is a graph showing the zeta potential of the nanomotor according to
19 a) to 19 b) are images obtained by analyzing the nanoparticles prepared in Comparative Example 18, Comparative Example 2, Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 22 by Fourier transform infrared spectroscopy. .
20 a) is a graph obtained by analyzing the particles prepared in Comparative Example 18 and Example 1 with a powder X-ray diffraction pattern (PXRD), b) is a graph prepared in Comparative Example 18 It is a graph performed by thermogravimetric analyzes (TGA) of particles.
21 a) is a graph of the nitrogen (N 2 ) adsorption-desorption experiment of the particles prepared in Example 1 and Comparative Example 18, b) is the specific surface area (Brunauer) of the particles prepared in Example 1 and Comparative Example 18 -Emmett-Teller method, BET) analysis is performed.
22 a) is a schematic diagram of a batch system, FIG. 22 b) is a schematic diagram of a microfluidic system, and FIG. 22 c) is a nanomotor of Example 1 and Comparative Example 4, respectively, 10 times , the respective Pickering efficiencies were obtained and plotted as a graph.
23 is an image obtained by observing a Pickering emulsion generated as an intermediate product in the preparation of the nanomotors of Examples 7, 1 and 8 with a field emission scanning microscope (FE-SEM).
24 is a graph (above) showing the yield of particles prepared in Example 7, Example 1, Example 8 and Comparative Example 14, and Example 2, Example 3, Example 1 and Comparative Example 7 It is a graph (below) showing the yield of particles
25 is a graph showing the average velocity of the particles prepared in Examples 1 and 5, a) is a graph tracking the trajectory of the particles (left) and a schematic diagram of the interface of the Pickering emulsion (right), b) is the average speed measured and displayed as a graph.
26 a) to b) is a test for rhodamine B (Rh.B) adsorption performance of the nanomotors prepared in Comparative Example 1 and Example 1, respectively, and UV-visible light (UV-vis) according to the operating time ) is a graph showing the absorption spectrum.
27 is a graph showing the Rh.B absorption performance of Example 1 as a UV-visible light (UV-vis) absorption spectrum graph. , Figure 27 b) is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It is carried out under 5 wt% aqueous solution, Figure 27 c) is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It is carried out under 10 wt% aqueous solution, Figure 27 d) is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 10% by weight aqueous solution and near infrared (NIR).
28 a) to b) show the rhodamine B adsorption performance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated under 10 wt% of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near infrared (NIR) ultraviolet-visible light (UV- vis) absorption spectrum and rhodamine B concentration.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 삼중 응답 나노 모터의 조성물은 메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자; 폴리도파민(Polydopamine) 용액; 및 백금(Pt) 전구체;를 포함할 수 있다.The composition of the triple response nanomotor according to an embodiment of the present invention includes: mesoporous composite magnetic nanoparticles; Polydopamine solution; and a platinum (Pt) precursor.

상기 복합 자성 나노입자는 이산화 규소(SiO2)를 포함하는 코어; 및 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 포함하는 쉘;을 포함하는 코어쉘 구조일 수 있다.The composite magnetic nanoparticles may include a core including silicon dioxide (SiO 2 ); and a shell including iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles; may have a core-shell structure including.

이때, 상기 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자의 평균 입경은 10 ~ 20nm일 수 있고, 바람직하게는 12 ~ 18nm일 수 있다.In this case, the average particle diameter of the iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles may be 10 to 20 nm, preferably 12 to 18 nm.

한편, 상기 폴리도파민(Polydopamine) 용액은 도파민 모노머, 에탄올 및 암모니아 용액을 포함할 수 있다.Meanwhile, the polydopamine solution may include a dopamine monomer, ethanol and ammonia solution.

또한, 상기 도파민 모노머는 바람직하게는 도파민 염산염(dopamine hydrochloride)일 수 있다.In addition, the dopamine monomer may be preferably dopamine hydrochloride (dopamine hydrochloride).

한편, 상기 백금(Pt) 전구체는 염화백금칼륨(Potassium hexachloroplatinate), 염화백금수소(Hydrogen hexachloroplatinate), 염화백금나트륨(Sodium hexachloroplatinate) 및 염화백금암모늄(Ammonium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 염화백금수소(Hydrogen hexachloroplatinate)일 수 있다.On the other hand, the platinum (Pt) precursor may include one or more selected from potassium chloride (Potassium hexachloroplatinate), platinum hydrogen chloride (Hydrogen hexachloroplatinate), sodium platinum chloride (Sodium hexachloroplatinate), and platinum ammonium chloride (Ammonium hexachloroplatinate), , preferably platinum hydrogen chloride (Hydrogen hexachloroplatinate).

또한, 상기 백금 전구체는 평균 입경이 10 ~ 50nm일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 20nm일 수 있다.In addition, the platinum precursor may have an average particle diameter of 10 to 50 nm, preferably 10 to 20 nm.

본 발명의 다른 목적인 삼중 응답 나노 모터의 제조방법은 도 1에도 나타내었듯이, 메조포러스(mesoporous)의 복합 자성 나노입자를 제조하는 1단계; 상기 복합 자성 나노입자에 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물을 반응시키는 2단계; 상기 단계를 수행한 복합 자성 나노입자를 포함하는 연속상에 광 수지(photo resin) 및 광 개시제(photo initiator)를 포함하는 분산상을 혼합 및 유화시켜 피커링 에멀전(Pickering emulsion)을 형성시키고, UV 조사하는 3단계; 상기 피커링 에멀전에 폴리도파민(Polydopamine) 용액을 혼합시키는 4단계; 4단계를 수행한 피커링 에멀전에 백금(Pt) 전구체를 포함하는 용액을 혼합시키는 5단계; 및 5단계를 수행한 피커링 에멀전을 초음파 처리하여 나노 모터를 수득하는 6단계;를 포함할 수 있다.Another object of the present invention is a method for manufacturing a triple-response nanomotor, including the first step of preparing mesoporous composite magnetic nanoparticles, as shown in FIG. 1 ; a second step of reacting a hydrophilic silane compound and a hydrophobic silane compound with the composite magnetic nanoparticles; Mixing and emulsifying a dispersed phase containing a photo resin and a photo initiator in the continuous phase containing the composite magnetic nanoparticles that performed the above steps to form a Pickering emulsion, and UV irradiation Step 3; 4 step of mixing a polydopamine solution with the Pickering emulsion; 5 step of mixing a solution containing a platinum (Pt) precursor to the Pickering emulsion that has been performed in step 4; and step 6 of ultrasonically treating the Pickering emulsion having performed step 5 to obtain a nanomotor.

구체적으로 설명하면, 1단계는 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자 3 ~ 9중량%, 바람직하게는 4 ~ 8중량%를 포함하는 암모니아 수용액과 계면활성제를 혼합한 혼합물을 미세유체(microfluidics) 반응기에 주입하고, 이와는 별개로 계면활성제를 상기 미세유체 반응기에 주입하여 통과시킨 뒤, 반응하여 생성된 생성물을 500 ~ 800℃ 하에서 하소할 수 있고, 바람직하게는 550 ~ 750℃ 하에서 수행될 수 있다.Specifically, in step 1, a mixture of an aqueous ammonia solution containing 3 to 9% by weight, preferably 4 to 8% by weight of iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles and a surfactant is mixed with microfluidics. After injecting into the reactor, separately injecting the surfactant into the microfluidic reactor and passing it through, the reaction product may be calcined at 500 to 800 ° C, preferably carried out at 550 to 750 ° C. .

만일 상기 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자가 암모니아 수용액 전체 중량 중에서 3중량% 미만으로 포함되는 경우 제조되는 나노 모터의 양이 적기 때문에 수득량이 크게 감소하는 문제가 있을 수 있고, 9중량%를 초과하여 포함되는 경우 제조되는 복합 자성 나노입자에 용출이 발생하는 문제가 있을 수 있다.If the iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles are included in an amount of less than 3% by weight in the total weight of the aqueous ammonia solution, there may be a problem in that the yield is greatly reduced because the amount of the produced nanomotor is small, and 9% by weight If it is included in excess, there may be a problem in that dissolution occurs in the manufactured composite magnetic nanoparticles.

한편, 상기 미세유체 반응기는 3 ~ 200cm의 길이를 가지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE) 모세관을 포함할 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 150cm의 길이를 가지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE) 모세관을 포함할 수 있다.Meanwhile, the microfluidic reactor may include a polytetra fluorethylene (PTFE) capillary having a length of 3 to 200 cm, and preferably, a polytetra fluorethylene (PTFE) having a length of 5 to 150 cm. ) may contain capillaries.

또한, 상기 혼합물 및 계면활성제 각각은 미세유체 반응기로 0.5 ~ 3mL/min의 주입 속도로 상기 미세유체 반응기에 주입될 수 있고, 바람직하게는 0.7 ~ 1.5 mL/min의 주입 속도로 주입될 수 있다.In addition, each of the mixture and surfactant may be injected into the microfluidic reactor at an injection rate of 0.5 to 3 mL/min, preferably at an injection rate of 0.7 to 1.5 mL/min.

이때, 상기 계면활성제는 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 상기 TEOS 및 CTAB를 모두 포함할 수 있다.In this case, the surfactant may be at least one selected from tetraethyl orthosilicate (TEOS) and cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), and preferably include both TEOS and CTAB. .

1단계로부터 제조된 복합 자성 나노입자는 평균 크기가 350 ~ 450nm일 수 있고, 바람직하게는 370 ~ 430nm일 수 있다.The composite magnetic nanoparticles prepared in step 1 may have an average size of 350 to 450 nm, preferably 370 to 430 nm.

또한, 상기 복합 자성 나노입자는 메조포러스(mesoporous)의 기공을 가지는데, 상기 메조포러스의 기공을 가짐으로써 높은 표면적을 가지고 용매를 잘 흡수하며 나노 모터의 활성이 우수해지는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the composite magnetic nanoparticles have mesoporous pores, and by having the mesoporous pores, a high surface area, good solvent absorption, and excellent nanomotor activity can be obtained.

또한, 복합 자성 나노입자의 평균 기공은 약 2.5 ~ 3.1nm일 수 있고, 바람직하게는 2.6 ~ 3.0nm일 수 있다.In addition, the average pores of the composite magnetic nanoparticles may be about 2.5 ~ 3.1nm, preferably 2.6 ~ 3.0nm.

다음으로, 2단계는 복합 자성 나노입자에 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물을 1 : 0.032 ~ 0.10의 몰비로 투입 및 혼합하여 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 : 0.040 ~ 0.090의 몰비로 투입 및 혼합되어 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 : 0.045 ~ 0.085의 몰비로 투입 및 혼합되어 수행될 수 있고, 더더욱 바람직하게는 1 : 0.055 ~ 0.075의 몰비로 투입 및 혼합되어 수행될 수 있다. 상기 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물은 상기 복합 자성 나노입자에 양친성(amphiphilicity)를 부여하는데, 도 15에 나타내었듯이 친수성 및 소수성 실란 화합물이 코그라프팅(co-grafting)되어 소수성인 광 수지가 액적화되어 물에 콜로이드화 시키는 역할을 수행한다. 만일 상기 소수성 실란 화합물이 0.032의 몰비 미만으로 포함되는 경우 접촉각이 너무 낮아 광 수지가 물에 혼합될 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 0.10의 몰비를 초과하는 경우 소수성이 과도하게 부여됨에 따라 물과 광 수지가 섞이지 않고 분리되는 문제가 발생할 수 있다.Next, step 2 may be performed by adding and mixing the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound to the composite magnetic nanoparticles in a molar ratio of 1: 0.032 to 0.10, preferably 1: adding and mixing in a molar ratio of 0.040 to 0.090. More preferably, it can be carried out by adding and mixing in a molar ratio of 1: 0.045 to 0.085, and still more preferably 1: adding and mixing in a molar ratio of 0.055 to 0.075 can be carried out. The hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound impart amphiphilicity to the composite magnetic nanoparticles. As shown in FIG. 15 , the hydrophilic and hydrophobic silane compounds are co-grafted so that a hydrophobic optical resin is liquid. It becomes red and performs the role of colloidalizing in water. If the hydrophobic silane compound is included in a molar ratio of less than 0.032, the contact angle may be too low to cause a problem that the photoresin cannot be mixed with water. A problem in which the resin does not mix and separate may occur.

이때, 상기 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물은 상기 복합 자성 나노입자의 표면에 43 ~ 111°의 접촉각(contact angle)으로 코그라프팅(co-grafting)될 수 있고, 바람직하게는 61 ~ 108°의 접촉각을 가질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 71 ~ 105°의 접촉각을 가질 수 있다. 만일 접촉각이 상기 범위를 벗어나는 경우 피커링 에멀전 형성시 복합 자성 나노입자의 마스킹이 제대로 이루어지지 않아 피커링 효율이 떨어질 뿐만 아니라 나노 모터의 성능이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다.In this case, the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound may be co-grafted on the surface of the composite magnetic nanoparticles at a contact angle of 43 to 111°, preferably from 61 to 108°. It may have a contact angle, and more preferably, may have a contact angle of 71 to 105°. If the contact angle is out of the above range, the masking of the composite magnetic nanoparticles is not properly performed when the Pickering emulsion is formed, so that the Pickering efficiency may be lowered and the performance of the nanomotor may be deteriorated.

또한, 상기 2단계를 수행함으로써 상기 복합 자성 나노입자의 표면에 젖음성(wettability) 변화가 생길 수 있다. 상기 젖음성 변화란 고체의 표면이 액체와 접촉하여 축축하게 배어드는 성질을 의미한다.In addition, by performing the second step, a change in wettability may occur on the surface of the composite magnetic nanoparticles. The change in wettability refers to a property that the surface of a solid is wetted by contact with a liquid.

이하 3단계 ~ 5단계는 미세유체 시스템(microfluidics system)을 통해 수행될 수 있으며, 다르게 표현하면 연속 흐름 공정을 통해 수행될 수 있다.Hereinafter, steps 3 to 5 may be performed through a microfluidics system, and in other words, may be performed through a continuous flow process.

기존에는 나노 모터를 배치 시스템(batch system)을 통해 제조하였으나, 배치 시스템을 통해 나노 모터를 제조하는 경우 도 22의 a)에서와 같이 액적화된 광 수지가 불균일하게 형성되고, 피커링 에멀전 형성이 고르게 되지 않아 피커링 효율이 낮은 문제가 있을 수 있다.Conventionally, nanomotors have been manufactured through a batch system, but when the nanomotors are manufactured through a batch system, the dropletized photoresin is non-uniformly formed as in FIG. There may be a problem in that the pickering efficiency is low.

반면에, 미세유체 시스템(microfluidics system)은 도 22의 b)와 같이 연속 흐름으로써 나노 모터의 수득량을 높일 뿐만 아니라 액적화된 광 수지가 균일한 크기로 형성될 수 있고, 피커링 효율이 높은 장점이 있다.On the other hand, the microfluidics system not only increases the yield of the nanomotor by continuous flow as shown in FIG. There is this.

또한, 상기 미세유체 시스템(microfluidics system)은 도 17과 같은 구조일 수 있고, 구체적으로 설명하면 상기 미세유체 시스템은 피커링 에멀전(Pickering emulsion)이 형성되는 친수성 유리관, 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부를 포함할 수 있다.In addition, the microfluidics system may have a structure as shown in FIG. 17, and to be more specific, the microfluidic system includes a hydrophilic glass tube in which a Pickering emulsion is formed, a primary surface modification part, and a secondary surface. It may include a modified part.

이때, 상기 친수성 유리관은 내경이 0.5 ~ 1.0mm일 수 있고, 바람직하게는 0.6 ~ 0.9mm일 수 있다.In this case, the hydrophilic glass tube may have an inner diameter of 0.5 to 1.0 mm, preferably 0.6 to 0.9 mm.

또한, 상기 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부는 각각 소수성의 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE) 모세관을 포함하고, 상기 PTFE 모세관은 내경이 0.8 ~ 1.2mm일 수 있고, 바람직하게는 0.9 ~ 1.1mm일 수 있다.In addition, the first surface-modified portion and the second surface-modified portion each include a hydrophobic polytetra fluorethylene (PTFE) capillary, and the PTFE capillary may have an inner diameter of 0.8 to 1.2 mm, preferably 0.9 It can be ~1.1 mm.

또한, 상기 PTFE 모세관의 외경은 1.6 ~ 2.0mm일 수 있고, 바람직하게는 1.7 ~ 1.9mm일 수 있다.In addition, the outer diameter of the PTFE capillary may be 1.6 ~ 2.0mm, preferably 1.7 ~ 1.9mm.

또한, 상기 PTFE 모세관은 50 ~ 150cm의 길이를 가질 수 있고, 바람직하게는 70 ~ 130cm의 길이를 가질 수 있다.In addition, the PTFE capillary may have a length of 50 to 150 cm, preferably, may have a length of 70 to 130 cm.

또한, 상기 3단계 ~ 5단계는 3.8 ~ 14.3분 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 5.0 ~ 12.5분 동안 수행할 수 있으며, 이는 각 단계의 반응 시간을 조절하여 조절될 수 있다. 만일 상기 반응이 3.8분 미만으로 수행되는 경우 피커링 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 14.3분을 초과하여 수행되는 경우 나노 모터의 수득량이 낮아져 생산성이 불량해지는 문제가 있을 수 있다.In addition, steps 3 to 5 may be performed for 3.8 to 14.3 minutes, preferably 5.0 to 12.5 minutes, which can be adjusted by adjusting the reaction time of each step. If the reaction is performed in less than 3.8 minutes, there may be a problem that the pickering efficiency is lowered, and if it is carried out for more than 14.3 minutes, there may be a problem in that the yield of the nanomotor is lowered and the productivity is poor.

다음으로, 3단계는 미세유체 시스템의 친수성 유리관에서 수행될 수 있으며, 상기 분산상 및 연속상을 상기 유리관에 투입하자마자 즉시 반응을 시작하여 피커링 에멀전을 형성시킬 수 있고, 불안정한 피커링 에멀전에 UV 조사함으로써 액적화된 광 수지를 경화시켜 피커링 에멀전을 안정화시킬 수 있다.Next, step 3 can be carried out in a hydrophilic glass tube of a microfluidic system, and as soon as the dispersed phase and the continuous phase are put into the glass tube, the reaction can be started immediately to form a Pickering emulsion, and the unstable Pickering emulsion can be liquid by UV irradiation It is possible to stabilize the Pickering emulsion by curing the applied photoresin.

이때, 상기 UV 조사는 3.0 ~ 4.0W의 세기로, 바람직하게는 3.5 ~ 4.0W의 세기로 수행될 수 있다.In this case, the UV irradiation may be performed at an intensity of 3.0 to 4.0W, preferably at an intensity of 3.5 to 4.0W.

한편, 상기 연속상 및 분산상은 1 : 10 ~ 80의 유속비로 투입될 수 있고, 바람직하게는 1 : 15 ~ 40의 유속비로 투입될 수 있으며, 상기 연속상과 분산상은 각각 독립적으로 미세유체 시스템에 투입될 수 있다. 만일 상기 분산상이 10 유속비 미만으로 포함되는 경우 피커링 효율이 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 80의 유속비를 초과하여 포함되는 경우 분산상의 압력에 의해 피커링 에멀전이 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the continuous phase and the dispersed phase may be introduced at a flow rate ratio of 1:10 to 80, preferably at a flow rate ratio of 1:15 to 40, and the continuous phase and the dispersed phase are each independently added to the microfluidic system. can be put in If the dispersed phase is included at a flow rate ratio of less than 10, there may be a problem in that the Pickering efficiency is lowered, and if it is included in a flow rate ratio of 80, there may be a problem in that the Pickering emulsion is not formed by the pressure of the dispersed phase.

한편, 3단계의 반응(유화 반응)은 5.0 ~ 50.0초 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 5.0 ~ 45.0초 동안 수행될 수 있다. 만일 5.0초 미만으로 수행되는 경우 반응 시간이 충분하지 않음에 따라 피커링 효율이 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 50.0초를 초과하여 수행되는 경우 나노파티클이 광수지 위에 다층(multi-layer)로 생겨 피커링 효율이 더욱 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the three-step reaction (emulsification reaction) may be performed for 5.0 to 50.0 seconds, preferably 5.0 to 45.0 seconds. If it is carried out for less than 5.0 seconds, there may be a problem that the pickering efficiency is lowered due to insufficient reaction time, and if it is carried out for more than 50.0 seconds, the nanoparticles are generated as a multi-layer on the photoresin and pickering There may be a problem that the efficiency is further lowered.

한편, 상기 연속상은 상기 복합 자성 나노입자를 20 ~ 90mg/mL의 농도로 포함할 수 있고, 바람직하게는 30 ~ 85mg/mL의 농도로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 ~ 80mg/mL의 농도로 포함할 수 있다. 만일 상기 복합 자성 나노입자를 연속상 중 20mg/mL 미만의 농도로 포함하는 경우 나노 모터의 수득량이 현저히 낮아져 공정의 경제성이 불량해지는 문제가 발생할 수 있고, 90mg/mL의 농도를 초과하여 포함되는 경우 피커링 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, the continuous phase may include the composite magnetic nanoparticles at a concentration of 20 to 90 mg/mL, preferably 30 to 85 mg/mL, and more preferably 40 to 80 mg/mL. concentration may be included. If the composite magnetic nanoparticles are included in a concentration of less than 20 mg/mL in the continuous phase, the yield of the nano-motor is significantly lowered, which may cause a problem that the economic feasibility of the process is poor, and is included in excess of 90 mg/mL In this case, a problem in which the pickering efficiency is lowered may occur.

이와는 별개로, 상기 분산상은 광 개시제를 0.5 ~ 1.5중량%로 포함하는 광 수지 용액을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광 개시제는 상기 광 수지 용액 중 0.7 ~ 1.3중량%로 포함될 수 있다.Separately, the dispersed phase may include a photoresin solution containing 0.5 to 1.5% by weight of the photoinitiator. In addition, the photoinitiator may be included in an amount of 0.7 to 1.3% by weight of the photoresin solution.

이때, 상기 광 개시제는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone,DMPA), 3-히드록시아세토페논 (3-Hydroxyacetophenone, HAP), 디페닐 (2,4,6-트리메틸벤조닐)포스핀 옥사이드 (Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO) 및 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 (2-hydroxy-2-methylpropiophenone, HMPP) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논 (2-hydroxy-2-methylpropiophenone, HMPP), 3-히드록시아세토페논 (3-Hydroxyacetophenone, HAP) 및 디페닐 (2,4,6-트리메틸벤조닐)포스핀 옥사이드 (Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In this case, the photoinitiator is 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone, DMPA), 3-hydroxyacetophenone (3-Hydroxyacetophenone, HAP), diphenyl (2 ,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO) and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (2-hydroxy-2-methylpropiophenone, HMPP ) may include one or more selected from, preferably 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (2-hydroxy-2-methylpropiophenone, HMPP), 3-hydroxyacetophenone (3-Hydroxyacetophenone, HAP) ) and diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO).

또한, 상기 광 수지는 폴리에틸렌 글리콜 디메타아킬레이트 (Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 폴리프로펜 글리콜 디메타아킬레이트 (Poly(proplene glycol) dimethacrylate, PPGDMA) 및 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트(Triethylolpropane ethoxylate triacrylate, ETPTA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 상기 복합 자성 나노입자를 빠르고 균일하게 흡착시키는 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트(ETPTA)가 보다 바람직하다.In addition, the optical resin is polyethylene glycol dimethacrylate (Poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), polypropene glycol dimethacrylate (Poly(proplene glycol) dimethacrylate, PPGDMA), and trimethylolpropane ethoxylate triacryl. It may include at least one selected from among triethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), but more preferably trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA), which rapidly and uniformly adsorbs the composite magnetic nanoparticles.

3단계를 수행하여 제조된 피커링 에멀전(Pickering emulsion)은 액적(droplet)화된 상기 광 수지; 및 상기 복합 자성 나노입자;를 포함할 수 있으며, 상기 복합 자성 나노입자는 양친성(amphiphilic)이 부여됨에 따라, 소수성인 광 수지와 물의 계면에 위치될 수 있으며, 상기 광 수지에 의해 절반 정도의 면적이 마스킹(masking, 가리움)된 상태일 수 있다.Pickering emulsion (Pickering emulsion) prepared by performing three steps is the droplet (droplet) the optical resin; and the composite magnetic nanoparticles; the composite magnetic nanoparticles may be positioned at the interface between the hydrophobic optical resin and water as amphiphilic is imparted, The area may be in a masked state.

다음으로, 4단계의 폴리도파민 용액과의 혼합은 상기 1차 표면개질부를 통과함으로써 수행될 수 있고, 이를 통해 상기 피커링 에멀전의 복합 자성 나노입자에서 경화된 광 수지에 의해 가려지지 않은(non-masking) 부분에 폴리도파민(Pdop)이 코팅되어 폴리도파민층을 형성할 수 있으며, 가려진(masking) 부분에는 상기 폴리도파민이 코팅되지 않을 수 있고, 상기 폴리도파민층은 바람직하게는 복합 자성 나노입자 표면의 45 ~ 55%에 코팅될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 47 ~ 53%에 코팅될 수 있다.Next, the mixing with the polydopamine solution in step 4 can be performed by passing through the first surface modification part, through which it is not masked by the optical resin cured in the composite magnetic nanoparticles of the Pickering emulsion (non-masking) ) portion may be coated with polydopamine (Pdop) to form a polydopamine layer, the polydopamine may not be coated on a masking portion, and the polydopamine layer is preferably on the surface of the composite magnetic nanoparticles. 45 to 55% may be coated, and more preferably, may be coated to 47 to 53%.

또한, 상기 폴리도파민 용액은 미세유체 시스템에 3 ~ 7μl/min의 유속으로 투입될 수 있고, 바람직하게는 4 ~ 6μl/min의 유속으로 투입될 수 있다.In addition, the polydopamine solution may be introduced into the microfluidic system at a flow rate of 3 to 7 μl/min, preferably at a flow rate of 4 to 6 μl/min.

한편, 상기 폴리도파민층은 백금촉매층과 복합 자성 사이에 위치하여 링커(linker)역할을 수행할 뿐만 아니라, 열적 특성을 가지고 있어 열에 의해 나노 모터의 활성을 높이는 장점이 있다.On the other hand, the polydopamine layer is positioned between the platinum catalyst layer and the composite magnetism, and not only serves as a linker, but also has thermal properties, thereby increasing the activity of the nanomotor by heat.

또한, 상기 폴리도파민층에 상기 폴리도파민 용액을 대신하여 카본나노튜브(CNT) 및 산화 그래핀(GO) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 상기 CNT 및/또는 GO를 적층하면 열적 특성을 가져 상기 폴리도파민층과 동일한 효과를 낼 수 있다.In addition, one or more selected from carbon nanotube (CNT) and graphene oxide (GO) may be used in the polydopamine layer instead of the polydopamine solution, and when the CNT and/or GO are laminated, thermal properties are obtained. The same effect as the polydopamine layer can be achieved.

다음으로, 5단계의 백금(Pt) 전구체는 상기 미세유체 시스템의 2차 표면개질부에 투입될 수 있고, 이를 통해 상기 폴리도파민층 상부에 백금(Pt) 촉매층이 형성될 수 있다.Next, the platinum (Pt) precursor of step 5 may be injected into the secondary surface modification unit of the microfluidic system, and thus a platinum (Pt) catalyst layer may be formed on the polydopamine layer.

이때, 상기 백금(Pt) 전구체는 상기 2차 표면개질부에 3 ~ 7μl/min의 유속으로 투입될 수 있고, 바람직하게는 4 ~ 6μl/min의 유속으로 투입될 수 있다.In this case, the platinum (Pt) precursor may be introduced into the secondary surface modification unit at a flow rate of 3 to 7 μl/min, preferably at a flow rate of 4 to 6 μl/min.

다음으로, 6단계의 초음파 처리(sonication)를 통해 피커링 에멀전으로부터 나노 모터를 분리시킬 수 있다.Next, the nanomotor can be separated from the Pickering emulsion through 6-step sonication.

이때, 상기 초음파 처리는 5 ~ 20분 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 10 분 동안 수행할 수 있으며, 10 ~ 60kHz의 세기로 수행할 수 있고, 바람직하게는 30 ~ 40 kHz의 세기로 수행할 수 있다.At this time, the sonication may be performed for 5 to 20 minutes, preferably for 5 to 10 minutes, may be performed at an intensity of 10 to 60 kHz, preferably at an intensity of 30 to 40 kHz can be done

상기한 방법으로 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중 응답(Triple-resposive) 나노 모터는 메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자; 상기 복합 자성 나노입자의 표면 일부에 형성된 폴리도파민(Polydopamine)층; 및 상기 폴리도파민층 상부에 형성된 백금 촉매층;을 포함할 수 있다.The triple-resposive nanomotor according to an embodiment of the present invention manufactured by the above method includes mesoporous composite magnetic nanoparticles; a polydopamine layer formed on a portion of the surface of the composite magnetic nanoparticles; and a platinum catalyst layer formed on the polydopamine layer.

또한, 상기 나노 모터는 하기 관계식 1에 의해 측정된 피커링 효율이 66%이상일 수 있고, 바람직하게는 70 ~ 100%일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 72 ~ 95%일 수 있다.In addition, the nanomotor may have a Pickering efficiency of 66% or more, preferably 70-100%, and more preferably 72-95%, as measured by the following Relational Equation 1.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 관계식 1에서 Gput은 넣어준 실리카 무게를 의미하며, Gwaste는 사용되지 않은 실리카 무게를 의미한다.In Relation 1, G put means the weight of silica put in, and G waste means the weight of silica that is not used.

또한, 상기 나노 모터를 제조하는 과정에서 분(min) 당 피커링 에멀전의 수득량은 3.0 ~ 20.0mg일 수 있고, 바람직하게는 5.0 ~ 18.0mg일 수 있다.In addition, in the process of manufacturing the nanomotor, the yield of the Pickering emulsion per minute (min) may be 3.0 to 20.0 mg, preferably 5.0 to 18.0 mg.

한편, 상기 나노 모터는 평균 기공 크기가 2.2 ~ 2.8nm일 수 있고, 바람직하게는 2.3 ~ 2.6nm일 수 있다.Meanwhile, the nanomotor may have an average pore size of 2.2 to 2.8 nm, preferably 2.3 to 2.6 nm.

한편, 상기 '삼중 응답'의 의미는 촉매(catalyst)로서의 구동, 열(Thermophoretic)에 의한 구동 및 자기(magnetic movement)에 의한 구동을 의미한다.Meanwhile, the 'triple response' means driving as a catalyst, driving by thermophoretic driving, and driving by magnetic movement.

한편, 본 발명의 나노 모터는 생물학적, 센서 및 환경 분야 등 다양한 분야에서 이용될 수 있다.Meanwhile, the nanomotor of the present invention can be used in various fields such as biological, sensor and environmental fields.

[실시예][Example]

실시예 1: 삼중 응답 나노 모터(m-SiOExample 1: Triple Response Nanomotor (m-SiO 22 /Fe/Fe 33 OO 44 -Pdop/Pt)의 제조Preparation of -Pdop/Pt)

(1) 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자의 제조(1) Iron oxide (Fe 3 O 4 ) Preparation of magnetic nanoparticles

염화수소(HCl) 0.85mL 및 물 25mL가 혼합된 염화수소 용액에 염화제이철(FeCl3) 분말 5.2g 및 염화제일철(FeCl2) 분말 2.0g을 용해시킨 용액을 제조하였다.A solution in which 5.2 g of ferric chloride (FeCl 3 ) powder and 2.0 g of ferrous chloride (FeCl 2 ) powder were dissolved in a hydrogen chloride solution of 0.85 mL of hydrogen chloride (HCl) and 25 mL of water was prepared.

그리고, 상기 용액을 1.5M 농도의 수산화나트륨(NaOH) 용액 250mL에 강한 교반 하에 적하(dropwise) 시켜 반응시켰다.Then, the solution was reacted by dropping it dropwise into 250 mL of a 1.5M sodium hydroxide (NaOH) solution under strong stirring.

그리고, 상기 반응을 수행한 용액에 자기장을 이용하여 평균 입경 15nm의 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 수득하였고, 이를 여러 번 정제수로 헹구었다.Then, using a magnetic field in the solution in which the reaction was performed, iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm were obtained, which were rinsed with purified water several times.

(2) 메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자의 제조(2) Preparation of mesoporous composite magnetic nanoparticles

상기 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 5중량%로 포함하는 암모니아 수용액 0.7M의 농도 및 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB, 계면활성제) 13.7mM의 농도를 혼합하여 혼합물을 제조했다.The iron oxide (Fe 3 O 4 ) aqueous solution containing the magnetic nanoparticles in an amount of 5% by weight of 0.7M and cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB, surfactant) at a concentration of 13.7mM to prepare a mixture did.

T형의 모세관과 100cm의 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE) 모세관을 연결한 후, 2개의 주입구에 각각 PHD 2000 주사기 펌프(Harvard Apparatus 사)를 통해 상기 혼합물 및 0.3M 농도의 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 주사하여 23.5초 동안 상기 모세관을 통과한 생성물을 수득하였다.After connecting the T-shaped capillary and the 100 cm polytetra fluorethylene (PTFE) capillary, the mixture and 0.3M concentration of tetraethyl orthosilicate were passed through the PHD 2000 syringe pump (Harvard Apparatus) to the two inlets, respectively. (Tetraethyl orthosilicate, TEOS) was injected to obtain a product that passed through the capillary for 23.5 seconds.

이때, 상기 폴리테트라 플루오르에틸렌 모세관은 내경이 1,000μm이고, 외경이 1,800μm였으며, 상기 혼합물 및 TEOS는 각각 1mL·min-1의 유속으로 주입되었다.At this time, the polytetrafluoroethylene capillary had an inner diameter of 1,000 μm and an outer diameter of 1,800 μm, and the mixture and TEOS were each injected at a flow rate of 1 mL·min −1 .

그리고, 상기 생성물을 650℃ 하에서 하소하여 메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자를 수득하였다.Then, the product was calcined at 650° C. to obtain mesoporous composite magnetic nanoparticles.

이때, 상기 복합 자성 나노입자의 평균 입경은 400nm이었고, 평균 기공은 2.5nm이었다.In this case, the average particle diameter of the composite magnetic nanoparticles was 400 nm, and the average pores were 2.5 nm.

(3)복합 자성 나노입자에 양친성(amphiphilicity)을 부여하는 단계(3) imparting amphiphilicity to the composite magnetic nanoparticles

톨루엔 30g에 상기 복합 자성 나노입자 0.2g을 분산시킨 분산 용액을 준비하였다.A dispersion solution in which 0.2 g of the composite magnetic nanoparticles were dispersed in 30 g of toluene was prepared.

그리고, 상기 분산 용액에 소수성 실란 화합물인 3-아미노 프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane, APTES) 및 친수성 실란 화합물인 디메틸 디클로로 실란(Dichlorodimethylsilane, DCMS)을 1 : 0.064의 몰비로 투입한 뒤, 2시간 동안 자성 교반시켰다.Then, the hydrophobic silane compound 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) and the hydrophilic silane compound dimethyl dichloro silane (Dichlorodimethylsilane, DCMS) were added to the dispersion solution in a molar ratio of 1: 0.064, It was magnetically stirred for 2 hours.

그리고, 상기 단계를 통해 제조된 생성물을 원심분리하고, 에탄올로 여러 번 헹궜다.Then, the product prepared through the above step was centrifuged and rinsed with ethanol several times.

그리고, 상기 단계를 수행한 생성물을 진공 하에서 실온에서 24시간 동안 건조시켜 복합 자성 나노입자에 양친성을 부여하였다.Then, the product subjected to the above steps was dried under vacuum at room temperature for 24 hours to impart amphiphilicity to the composite magnetic nanoparticles.

(4)삼중 응답 나노 모터의 제조(4) Fabrication of triple-response nanomotors

(3)단계를 수행한 복합 자성 나노입자를 미세유체 시스템(microfluidic system)에 7.4분 동안 통과시킨 뒤 초음파 처리하여 삼중 응답 나노 모터를 제조하였다.After passing the composite magnetic nanoparticles in step (3) through a microfluidic system for 7.4 minutes, ultrasonic treatment was performed to prepare a triple-response nanomotor.

상기 미세유체 시스템에서의 체류 시간은 (4-1) ~ (4-4)의 반응(흐름) 시간을 통해 조절하였다.The residence time in the microfluidic system was controlled through the reaction (flow) times of (4-1) to (4-4).

이때, 상기 미세유체 시스템은 도 17과 같은 구조로, 교차 연결부, 친수성 유리관 10cm, 1차 표면개질부(폴리도파민 용액 투입을 위한 T형 연결부 및 소수성 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관 100cm), 및 2차 표면개질부(백금 전구체 투입을 위한 T형 연결부 및 소수성 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관 100cm) 순으로 구성되었다.At this time, the microfluidic system has the structure as shown in FIG. 17, cross-connection part, hydrophilic glass tube 10 cm, first surface modification part (T-type connection part for polydopamine solution input, and hydrophobic polytetrafluorethylene (PTFE) tube 100 cm ), and the secondary surface modification part (T-type connection part for platinum precursor input and hydrophobic polytetra fluorethylene (PTFE) tube 100 cm) in that order.

구체적으로는, Specifically,

(4-1)교차 연결부의 주입구 2개에 연속상을 각각 100μl/min의 농도로 주입하고, 이와는 별개로 나머지 주입구 1개에 분산상을 10μl/min의 농도로 주입하였다.(4-1) The continuous phase was each injected at a concentration of 100 μl/min into the two inlets of the cross-connection, and separately, the dispersed phase was injected into the remaining inlets at a concentration of 10 μl/min.

이때, 상기 연속상은 준비예 1에서 제조된 복합 자성 나노입자 0.7g(70mg/ml) 및 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)을 2중량%로 포함하는 용액 10mL를 혼합하여 제조하였으며,At this time, the continuous phase was prepared by mixing 0.7 g (70 mg/ml) of the composite magnetic nanoparticles prepared in Preparation Example 1 and 10 mL of a solution containing 2% by weight of polyvinyl alcohol (PVA),

상기 분산상으로 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 광 개시제)을 1중량%로 포함하는 트리메틸올로프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, ETPTA, 광 수지) 용액을 제조하였다.Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA) containing 1% by weight of 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (photoinitiator) as the dispersed phase; photoresin) solution was prepared.

또한, 상기 연속상 및 분산상은 주입 즉시 혼합되어 피커링 에멀전(Pickering emulsion)을 형성하였다.In addition, the continuous phase and the dispersed phase were mixed immediately after injection to form a Pickering emulsion.

(4-2)친수성의 유리관 10cm에 UV 조사하였으며, 상기 유리관을 흐르는 시간은 11초였다. (4-2) UV irradiation was performed on 10 cm of a hydrophilic glass tube, and the flow time through the glass tube was 11 seconds.

이때, 상기 UV 조사는 UV 램프 반응기(4W, 365nm)를 상기 유리관에 10cm 떨어트려 조사하였다.At this time, the UV irradiation was irradiated by dropping a UV lamp reactor (4W, 365nm) to the glass tube by 10 cm.

(4-3)1차 표면개질부의 T형 연결부에 폴리도파민 용액을 5μL·min-1의 유속으로 투입시켰고, PTTE관 100cm를 흐르면서 반응하였다.(4-3) The polydopamine solution was put into the T-type connection part of the first surface modification part at a flow rate of 5 μL·min -1 , and reacted while flowing through a PTTE tube 100 cm.

이때, 상기 폴리도파민 용액은 에탄올 4mL, 정제수 9mL 및 암모니아수(NH4OH) 360μl를 혼합한 용액에 도파민 염산염(dopamine hydrochloride) 수용액 1ml를 50mL·min-1의 속도로 적하(dropwise)하여 제조하였다.At this time, the polydopamine solution was prepared by dropping 1 ml of an aqueous solution of dopamine hydrochloride in a solution of 4 mL of ethanol, 9 mL of purified water, and 360 μl of aqueous ammonia (NH 4 OH) at a rate of 50 mL min -1 dropwise.

(4-4)2차 표면개질부의 T형 연결부에 백금 전구체가 포함된 용액을 5μL·min-1의 유속으로 투입하였고, PTTE관 100cm를 흐르면서 반응하였으며 반응 생성물은 미세유체 시스템을 벗어나 정제수가 담긴 유리병에 담겼다.(4-4) A solution containing a platinum precursor was put into the T-connection part of the secondary surface modification part at a flow rate of 5 μL min -1 , and it reacted while flowing through a PTTE tube 100 cm. The reaction product leaves the microfluidic system and contains purified water contained in a glass bottle.

이때, 상기 백금 전구체가 포함된 용액은 염화백금수소(Hydrogen hexachloroplatinate) 31.25X10-6M 및 메탄올의 혼합물 및 수소화붕소나트륨(NaBH4) 0.066M을 포함하여 제조되었다.At this time, the solution containing the platinum precursor was prepared including a mixture of platinum hydrogen chloride (Hydrogen hexachloroplatinate) 31.25X10 -6 M and methanol, and sodium borohydride (NaBH 4 ) 0.066M.

(4-5)상기 유리병 내의 반응 생성물을 에탄올로 3회 세척한 뒤, 300초 동안 초음파 처리하여 수성 현탁액 형태의 삼중 나노 모터를 수득하였다.(4-5) The reaction product in the glass bottle was washed three times with ethanol and then sonicated for 300 seconds to obtain a triple nanomotor in the form of an aqueous suspension.

실시예 2 ~ 실시예 8: 삼중 응답 나노 모터의 제조Examples 2 to 8: Preparation of triple response nanomotors

실시예 1과 동일한 방법으로 나노 모터를 제조하되, 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도, 마이크로 유체(Microfluidic, MF) 시스템 체류 시간 또는 소수성 실란 화합물과 친수성 실란 화합물의 몰비를 하기 표 1 ~ 표 2와 같이 하여 실시예 2 ~ 실시예 8을 실시하였다.A nanomotor was prepared in the same manner as in Example 1, but the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase, the microfluidic (MF) system residence time, or the molar ratio of the hydrophobic silane compound and the hydrophilic silane compound were shown in Tables 1 to 2 below. In the same way, Examples 2 to 8 were carried out.

비교예1: 논메조포러스(non-mesoporous) 나노 모터의 제조Comparative Example 1: Preparation of non-mesoporous nanomotors

실시예 1의 (1), (3) 및 (4)단계와 동일한 방법으로 나노 모터를 제조하되,A nanomotor was prepared in the same manner as in steps (1), (3) and (4) of Example 1,

(2)단계를 하기와 같이 수행하여 논메조포러스 나노 모터를 제조하였다.Step (2) was performed as follows to prepare a non-mesoporous nanomotor.

에탄올 160.0mL 및 암모니아수 26.4g를 4구 플라스크에 투입 후 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.160.0 mL of ethanol and 26.4 g of aqueous ammonia were added to a four-neck flask and stirred to prepare a mixed solution.

그리고, 상기 플라스크에 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자 5중량% 및 잔량의 에탄올을 포함하는 산화철 용액 63.4g과, 이와는 별개로 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 17.4g을 각각 24시간 동안 적하(dropwise)시켰다.In addition, 63.4 g of an iron oxide solution containing 5 wt% of iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles and the remaining amount of ethanol in the flask, and separately from this, 17.4 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) were added to the flask for 24 hours, respectively. was added dropwise.

그리고, 상기 반응을 통해 생성된 생성물을 헹구고 3,000rpm의 회전 속도로 10분간 원심분리 하는 과정을 3번 반복 하였다.Then, the process of rinsing the product generated through the reaction and centrifuging at a rotation speed of 3,000 rpm for 10 minutes was repeated 3 times.

그리고, 상기 단계를 수행한 생성물을 진공 하에서 실온에 24시간 동안 건조시켜 평균 입경이 15nm인 논메조포러스(non-mesoporous) 복합 자성 나노입자를 수득하였다.Then, the product subjected to the above step was dried under vacuum at room temperature for 24 hours to obtain non-mesoporous composite magnetic nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm.

비교예2: 산화철(FeComparative Example 2: iron oxide (Fe 33 OO 44 ) 자성 나노입자의 제조) Preparation of magnetic nanoparticles

염화수소(HCl) 0.85mL 및 물 25mL가 혼합된 염화수소 용액에 염화제이철(FeCl3) 분말 5.2g 및 염화제일철(FeCl2) 분말 2.0g을 용해시킨 용액을 제조하였다.A solution in which 5.2 g of ferric chloride (FeCl 3 ) powder and 2.0 g of ferrous chloride (FeCl 2 ) powder were dissolved in a hydrogen chloride solution of 0.85 mL of hydrogen chloride (HCl) and 25 mL of water was prepared.

그리고, 상기 용액을 1.5M 농도의 수산화나트륨(NaOH) 용액 250mL에 강한 교반 하에 적하(dropwise) 시켜 반응시켰다.Then, the solution was reacted by dropping it dropwise into 250 mL of a 1.5M sodium hydroxide (NaOH) solution under strong stirring.

그리고, 상기 반응을 수행한 용액에 자기장을 이용하여 평균 입경 15nm의 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 수득하였고, 이를 여러 번 정제수로 헹구었다.Then, using a magnetic field in the solution in which the reaction was performed, iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm were obtained, which were rinsed with purified water several times.

비교예3: m-SiOComparative Example 3: m-SiO 22 /Fe/Fe 33 OO 44 -Pdop 나노입자의 제조-Preparation of Pdop nanoparticles

실시예 1의 (1) ~ (4-2)와 동일한 방법으로 제조하되,Prepared in the same manner as (1) to (4-2) of Example 1,

반응이 수행되는 미세유체 시스템은 교차 연결부, 친수성 유리관 10cm, 1차 표면개질부(폴리도파민 용액 투입을 위한 T형 연결부 및 소수성 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관 100cm)의 구성인 것을 사용하였다. The microfluidic system in which the reaction is performed uses a cross-connection part, a hydrophilic glass tube 10 cm, and a first surface modification part (a T-type connection part for polydopamine solution input and a hydrophobic polytetrafluorethylene (PTFE) tube 100 cm). did.

다음으로, to the next,

(4-3)1차 표면개질부의 T형 연결부에 폴리도파민 용액을 50mL·min-1의 유속으로 투입시켰고, PTTE관 100cm를 흐르면서 반응하였으며, 반응 생성물은 미세유체 시스템을 벗어나 정제수가 담긴 유리병에 담겼다.(4-3) The polydopamine solution was put into the T-connection part of the first surface modification part at a flow rate of 50 mL·min -1 , and the reaction was performed while flowing 100 cm of the PTTE tube. contained in

이때, 상기 폴리도파민 용액은 에탄올 4mL, 정제수 9mL 및 암모니아수(NH4OH) 360μl를 혼합한 용액에 도파민 염산염(dopamine hydrochloride) 수용액 1ml를 적하(dropwise)하여 제조하였다.At this time, the polydopamine solution was prepared by dropping 1 ml of an aqueous solution of dopamine hydrochloride in a solution of 4 mL of ethanol, 9 mL of purified water, and 360 μl of aqueous ammonia (NH 4 OH).

(4-4)상기 유리병 내의 반응 생성물을 에탄올로 3회 세척한 뒤, 300초 동안 초음파 처리하여 수성 현탁액 형태의 m-SiO2/Fe3O4-Pdop 나노입자를 수득하였다.(4-4) The reaction product in the glass bottle was washed with ethanol three times and then sonicated for 300 seconds to obtain m-SiO 2 /Fe 3 O 4 -Pdop nanoparticles in the form of an aqueous suspension.

비교예 4: 삼중 응답 나노 모터(m-SiOComparative Example 4: Triple response nanomotor (m-SiO 22 /Fe/Fe 33 OO 44 -Pdop/Pt)의 제조Preparation of -Pdop/Pt)

실시예 1의 (1) ~ (3)과 동일한 방법으로 수행하고,It was carried out in the same way as (1) to (3) of Example 1,

배치(batch, 회분) 시스템에서 나노 모터를 제조하였으며, 상기 배치 반응기로 Yotec instruments 사의 균질기(16,000rpm)를 사용하였으며,A nanomotor was prepared in a batch (batch) system, and a homogenizer (16,000 rpm) of Yotec Instruments was used as the batch reactor,

다음으로, (4-1)폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 2중량% 용액에 상기 복합 자성 나노입자를 70mg/ml의 농도로, 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 광 개시제)을 1중량%로 포함하는 트리메틸올로프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, ETPTA, 광 수지) 용액 0.5mL을 투입하였고, 2분 동안 배치에서 교반하여 피커링 에멀전을 얻었다.Next, (4-1) polyvinyl alcohol (Polyvinyl alcohol, PVA) in a 2% by weight solution of the composite magnetic nanoparticles at a concentration of 70 mg / ml, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (2-hydroxy 0.5 mL of a trimethylolpropane ethoxylate triacrylate (ETPTA, optical resin) solution containing -2-methylpropiophenone, photoinitiator) in an amount of 1% by weight was added, and the mixture was stirred in the batch for 2 minutes to pickering. An emulsion was obtained.

(4-2)상기 피커링 에멀전을 에탄올로 여러 번 부드럽게 헹군 뒤, 진공 하에 실온에서 24시간 동안 건조하였다.(4-2) The Pickering emulsion was gently rinsed several times with ethanol, and then dried under vacuum at room temperature for 24 hours.

(4-3)상기 단계를 수행한 피커링 에멀전 0.1g, 에탄올 4mL, 정제수 9mL 및 암모니아수(NH4OH) 40μl을 10분 동안 실온에서 교반하여 혼합물을 제조한 뒤, 상기 혼합물에 폴리도파민 용액(실시예 1과 동일한 용액을 사용하였음.) 1mL을 천천히 적하(dropwise) 하여 투입하였다.(4-3) After preparing a mixture by stirring 0.1 g of Pickering emulsion, 4 mL of ethanol, 9 mL of purified water, and 40 μl of aqueous ammonia (NHOH) at room temperature for 10 minutes, the polydopamine solution (Example 1) The same solution was used.) 1 mL was slowly added dropwise.

그리고, 상기 반응을 통해 생성된 생성물을 정제수에 여러 번 세척한 뒤, 진공 하에 실온에서 24시간 동안 건조하였다.Then, the product produced through the reaction was washed several times with purified water, and then dried under vacuum at room temperature for 24 hours.

(4-4)상기 단계를 수행한 생성물을 백금 전구체가 포함된 용액(실시예 1과 동일한 용액을 사용하였음.)에 담지시켜 반응시킨 뒤, 24시간 동안 부드럽게 교반하였으며, 에탄올에 3번 헹궈 진공 하에 실온에서 24시간 동안 건조시켜 나노 모터를 수득하였다.(4-4) The product obtained in the above step was supported in a solution containing a platinum precursor (the same solution as in Example 1 was used) and reacted, then gently stirred for 24 hours, rinsed 3 times in ethanol and vacuum Nanomotors were obtained by drying for 24 hours at room temperature under

비교예 5 ~ 비교예 14: 삼중 응답 나노 모터의 제조Comparative Examples 5 to 14: Preparation of triple response nanomotors

실시예 1과 동일한 방법으로 나노 모터를 제조하되, 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도, 미세유체(Microfluidic, MF) 시스템 체류 시간 또는 소수성 실란 화합물과 친수성 실란 화합물의 몰비를 하기 표 3 ~ 표 4와 같이 하여 비교예 5 ~ 비교예 14를 실시하였다.A nanomotor was prepared in the same manner as in Example 1, but the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase, the microfluidic (MF) system residence time, or the molar ratio of the hydrophobic silane compound and the hydrophilic silane compound were shown in Tables 3 to 4 Comparative Examples 5 to 14 were carried out in the same manner.

비교예 15 ~ 비교예 19: 복합 자성 나노입자(m-SiOComparative Examples 15 to 19: Composite magnetic nanoparticles (m-SiO 22 /Fe/Fe 33 OO 44 )의 제조) manufacturing

실시예 1의 (1) ~ (2)를 동일하게 수행하여 복합 자성 나노입자를 제조하되, 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE) 모세관의 길이를 각각 3cm, 7cm, 30cm, 100cm 및 200cm로 하여 비교예 15 ~ 비교예 19를 실시하였다.The composite magnetic nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1 (1) to (2), but the length of the polytetra fluorethylene (PTFE) capillary was 3 cm, 7 cm, 30 cm, 100 cm and 200 cm, respectively. Comparative Examples 15 to 19 were carried out.

비교예 20 ~ 비교예 21: 복합 자성 나노입자(m-SiOComparative Example 20 ~ Comparative Example 21: Composite magnetic nanoparticles (m-SiO 22 /Fe/Fe 33 OO 44 )의 제조) manufacturing

실시예 1의 (1) ~ (2)를 동일하게 수행하여 복합 자성 나노입자를 제조하되, (2)의 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 각각 10중량% 및 20중량%로 하여 비교예 20 ~ 비교예 21를 실시하였다.(1) to (2) of Example 1 were performed in the same manner to prepare composite magnetic nanoparticles, but the iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles of (2) were compared with 10 wt% and 20 wt%, respectively Examples 20 to 21 were implemented.

비교예 22: 논메조포러스(non-mesoporous) 복합 자성 나노입자의 제조Comparative Example 22: Preparation of non-mesoporous composite magnetic nanoparticles

실시예 1의 (1)단계를 동일하게 수행하고, Step (1) of Example 1 was performed in the same manner,

에탄올 160.0mL 및 암모니아수 26.4g를 4구 플라스크에 투입 후 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.160.0 mL of ethanol and 26.4 g of aqueous ammonia were added to a four-necked flask and stirred to prepare a mixed solution.

그리고, 상기 플라스크에 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자 5중량% 및 잔량의 에탄올을 포함하는 산화철 용액 63.4g과, 이와는 별개로 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 17.4g을 각각 24시간 동안 적하(dropwise)시켰다.In addition, 63.4 g of an iron oxide solution containing 5 wt% of iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles and the remaining amount of ethanol in the flask, and separately from this, 17.4 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) were added to the flask for 24 hours, respectively. was added dropwise.

그리고, 상기 반응을 통해 생성된 생성물을 헹구고 3,000rpm의 회전 속도로 10분간 원심분리 하는 과정을 3번 반복 하였다.Then, the process of rinsing the product generated through the reaction and centrifuging at a rotation speed of 3,000 rpm for 10 minutes was repeated 3 times.

그리고, 상기 단계를 수행한 생성물을 진공 하에서 실온에 24시간 동안 건조시켜 평균 입경이 15nm인 논메조포러스(non-mesoporous) 복합 자성 나노입자를 수득하였다.Then, the product subjected to the above step was dried under vacuum at room temperature for 24 hours to obtain non-mesoporous composite magnetic nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm.

실험예 1: 삼중 응답 나노 모터의 성능 평가Experimental Example 1: Performance evaluation of triple response nanomotors

실시예 1 ~ 실시예 8 및 비교예 4 ~ 비교예 14에서 제조된 삼중 응답 나노 모터를 다음과 같은 방법으로 평가하고, 그 결과값을 하기 표 1 ~ 표 4, 도 3 ~ 도 4, 도 22의 c), 도 24 및 도 25의 a) ~ b)에 나타내었다.The triple-response nanomotors prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 4 to 14 were evaluated in the following manner, and the result values are shown in Tables 1 to 4, FIGS. 3 to 4 and 22 c), as shown in FIGS. 24 and 25 a) to b).

(1)접촉각 측정(1) Measurement of contact angle

샘플링 후 건조된 시료를 에탄올에 분산시킨 뒤, 드롭 캐스팅(drop-casted)하고 실리콘 웨이퍼에 유리로 평평하게 눌러 필름을 형성한 다음, 광학 접촉각 측정기(SEO Co. Ltd 사의 Pheonix 시리즈)를 통해 측정하였다.After sampling, the dried sample was dispersed in ethanol, drop-casted, and pressed flat on a silicon wafer with glass to form a film, and then measured using an optical contact angle meter (Pheonix series by SEO Co. Ltd). .

또한, 정확도를 위해 5회 반복 실시한 뒤 평균 값을 내어 기록하였다.In addition, after repeating 5 times for accuracy, the average value was taken and recorded.

(2)피커링 효율(Pickering efficiency) 측정(2) Measurement of Pickering efficiency

나노 모터의 제조하는 과정에 있어 하기 관계식 1을 통해 피커링 효율을 계산하였다.In the process of manufacturing the nanomotor, the Pickering efficiency was calculated through the following relation 1.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 관계식 1에서 Gput은 넣어준 실리카 무게를 의미하며, Gwaste는 사용되지 않은 실리카 무게를 의미한다.In Relation 1, G put means the weight of silica put in, and G waste means the weight of silica that is not used.

(3)수득량 측정(3) Measurement of yield

나노 모터를 제조하는데 있어, 피커링 에멀전이 분당 몇 mg 생성되는지 측정하였다.In manufacturing the nanomotor, it was measured how many mg of Pickering emulsion was produced per minute.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 복합 자성 나노입자Composite Magnetic Nanoparticles 친수성 실란 화합물:소수성 실란 화합물 몰비Molar ratio of hydrophilic silane compound to hydrophobic silane compound 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 접촉각(°)Contact angle (°) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 미세유체 시스템microfluidic system 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도(mg/mL)Concentration of composite magnetic nanoparticles in continuous phase (mg/mL) 7070 2020 4040 9090 MF 반응기 체류시간(min)MF reactor residence time (min) 7.47.4 7.47.4 7.47.4 7.47.4 피커링 효율(%)Pickering Efficiency (%) 86.786.7 91.391.3 89.489.4 81.681.6 수득량(mg/min)Yield (mg/min) 12.112.1 3.73.7 7.27.2 14.214.2

실시예5Example 5 실시예6Example 6 실시예7Example 7 실시예8Example 8 비교예4Comparative Example 4 복합 자성 나노
입자
Composite Magnetic Nano
particle
친수성 실란 화합물:소수성 실란 화합물 몰비Molar ratio of hydrophilic silane compound to hydrophobic silane compound 1:0.0321:0.032 1:0.101:0.10 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.641:0.64
접촉각(°)Contact angle (°) 61(±3)61 (±3) 99(±3)99 (±3) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 마이
크로 유체 시스템
my
Crow fluid system
연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도(mg/mL)Concentration of composite magnetic nanoparticles in continuous phase (mg/mL) 7070 7070 7070 7070 7070
MF 반응기 체류시간(min)MF reactor residence time (min) 7.47.4 7.47.4 3.83.8 14.314.3 -- 피커링 효율(%)Pickering Efficiency (%) 77.577.5 72.372.3 78.578.5 88.388.3 43.143.1 수득량(mg/min)Yield (mg/min) 10.110.1 10.510.5 22.022.0 6.26.2 --

비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 비교예7Comparative Example 7 비교예8Comparative Example 8 비교예9Comparative Example 9 복합 자성 나노
입자
Composite Magnetic Nano
particle
친수성 실란 화합물:소수성 실란 화합물 몰비Molar ratio of hydrophilic silane compound to hydrophobic silane compound 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.0201:0.020 1:0.1201:0.120
접촉각(°)Contact angle (°) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 42(±8)42 (±8) 112(±2)112 (±2) 마이
크로 유체 시스템
my
Crow fluid system
연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도(mg/mL)Concentration of composite magnetic nanoparticles in continuous phase (mg/mL) 1010 100100 140140 7070 7070
MF 반응기 체류시간(min)MF reactor residence time (min) 7.47.4 7.47.4 7.47.4 7.47.4 7.47.4 피커링 효율(%)Pickering Efficiency (%) 92.592.5 75.575.5 59.259.2 61.261.2 65.865.8 수득량(mg/min)Yield (mg/min) 1.81.8 14.214.2 16.616.6 9.39.3 8.58.5

비교예10Comparative Example 10 비교예11Comparative Example 11 비교예12Comparative Example 12 비교예13Comparative Example 13 비교예14Comparative Example 14 복합 자성 나노
입자
Composite Magnetic Nano
particle
친수성 실란 화합물:소수성 실란 화합물 몰비Molar ratio of hydrophilic silane compound to hydrophobic silane compound 1:0.1911:0.191 1:01:0 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064 1:0.0641:0.064
접촉각(°)Contact angle (°) 143(±2)143 (±2) 00 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 91(±4)91 (±4) 마이
크로 유체 시스템
my
Crow fluid system
연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도(mg/mL)Concentration of composite magnetic nanoparticles in continuous phase (mg/mL) 7070 7070 7070 7070 7070
MF 반응기 체류시간(min)MF reactor residence time (min) 7.47.4 7.47.4 3.03.0 16.016.0 30.730.7 피커링 효율(%)Pickering Efficiency (%) 58.258.2 00 75.075.0 88.988.9 89.689.6 수득량(mg/min)Yield (mg/min) 1.51.5 00 23.123.1 4.84.8 3.33.3

표 1 ~ 표 4를 살펴보면, 실시예 1 ~ 실시예 8은 우수한 피커링 효율 및 수득량을 가지는 것을 확인할 수 있었다.Looking at Tables 1 to 4, it was confirmed that Examples 1 to 8 had excellent Pickering efficiency and yield.

반면에, 기공이 거의 없는 논메조포러스(non-mesoporous) 나노 모터인 비교예 1은 메조포러스 나노 모터인 실시예 1과 비교했을 때, 피커링 효율이 50% 미만으로 매우 불량한 피커링 효율을 가지는 것을 알 수 있었다.On the other hand, Comparative Example 1, which is a non-mesoporous nanomotor having few pores, has a very poor Pickering efficiency as the Pickering efficiency is less than 50% compared to Example 1, which is a mesoporous nanomotor. could

또한, 배치(batch) 시스템을 이용한 비교예 4는 미세유체 시스템(microfluidic system)을 이용하여 제조한 실시예 1과 비교했을 때, 피커링 효율이 43.1%로 매우 낮은 효율을 보임을 알 수 있었다.In addition, it can be seen that Comparative Example 4 using a batch system exhibits a very low efficiency with a Pickering efficiency of 43.1% compared to Example 1 prepared using a microfluidic system.

또한, 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도가 20 ~ 90mg/ml를 벗어나거나, 미세유체 시스템 내 체류시간이 3.8 ~ 14.3분을 벗어나는 비교예 5 ~ 비교예 7 및 비교예 12 ~ 비교예 14는 피커링 효율 및 나노 모터 수득량이 현격하게 감소하여 생산성이 떨어지므로 적합하지 않은 것을 알 수 있었다.In addition, Comparative Examples 5 to 7 and Comparative Examples 12 to 14 in which the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase is out of 20 to 90 mg/ml or the residence time in the microfluidic system is out of 3.8 to 14.3 minutes It was found that the pickering efficiency and the yield of the nanomotor were significantly reduced, which was not suitable because the productivity was lowered.

또한, 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물의 몰비가 1 : 0.032 ~ 1 : 0.10의 몰비를 벗어나는 비교예 8 ~ 비교예 11은 피커링 효율 및 수득량이 낮았는데, 이는 복합 자성 나노입자 표면의 접촉각이 적당하지 않기 때문에 피커링 에멀전이 제대로 형성되지 않았기 때문인 것으로 예측된다.In addition, Comparative Examples 8 to 11, in which the molar ratio of the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound deviates from the molar ratio of 1: 0.032 to 1: 0.10, had low Pickering efficiency and yield, which indicates that the contact angle of the surface of the composite magnetic nanoparticles is appropriate It is predicted that it is because the Pickering emulsion is not properly formed.

한편, 도 3 및 도 22의 c)은 실시예 1 및 비교예 4를 각각 10회 실시하고, 피커링 효율을 구해 그래프로 도식화한 것으로, 도 3을 통해 미세유체 시스템(microfluidics system)을 통해 실시한 실시예 1은 피커링 효율이 86(±1)%로 높은 피커링 효율을 보이는 반면에, 배치(batch) 시스템으로 실시한 비교예 4는 피커링 효율이 43(±16)%로 매우 저조한 피커링 효율을 보임을 확인할 수 있었다.On the other hand, in FIGS. 3 and 22 c ) Example 1 and Comparative Example 4 were performed 10 times, respectively, and the Pickering efficiency was obtained and plotted as a graph. Example 1 shows a high Pickering efficiency of 86 (± 1)%, whereas Comparative Example 4 performed as a batch system has a very low Pickering efficiency of 43 (± 16)%. could

한편, 도 4 위의 그래프는 실시예 7(유화 시간 5.5초), 실시예 1(유화 시간 11.5초), 실시예 8(유화 시간 22초) 및 비교예 14(유화 시간 44초)에 관한 것으로, 이를 통해 유화 시간이 길어짐에 따라 피커링 효율이 증가하나, 유화시간이 25초를 넘어가면 피커링 효율의 향상 정도가 미비해지는 문제가 있는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, the graph above Fig. 4 relates to Example 7 (emulsification time 5.5 seconds), Example 1 (emulsion time 11.5 seconds), Example 8 (emulsion time 22 seconds), and Comparative Example 14 (emulsion time 44 seconds). , through this, the pickering efficiency increases as the emulsification time increases, but it was confirmed that there is a problem in that the degree of improvement in the pickering efficiency is insufficient when the emulsification time exceeds 25 seconds.

또한, 도 4 아래의 그래프는 실시예 2(복합 자성 나노입자 농도 20mg/mL), 실시예 3(복합 자성 나노입자 농도 40mg/mL), 실시예 1(복합 자성 나노입자 농도 70mg/mL) 및 비교예 7(복합 자성 나노입자 농도 140mg/mL)에 관한 것으로, 이를 통해 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도가 증가함에 따라 피커링 효율이 감소함을 알 수 있었으며, 90mg/mL를 초과하면서 피커링 에멀전 수득량은 지속하여 상승하는 것으로 나타났으나, 피커링 효율이 더욱 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the graph below FIG. 4 shows Example 2 (composite magnetic nanoparticles concentration of 20 mg/mL), Example 3 (composite magnetic nanoparticles concentration of 40 mg/mL), Example 1 (composite magnetic nanoparticles concentration of 70 mg/mL) and Regarding Comparative Example 7 (composite magnetic nanoparticles concentration of 140 mg/mL), it was found that the Pickering efficiency decreased as the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase increased. Although the yield was shown to continuously increase, it was confirmed that the pickering efficiency decreased more rapidly.

한편, 도 24 위의 그래프는 실시예7(미세유체 시스템에서의 체류시간 3.8분), 실시예 1(7.4분), 실시예 8(14.3분) 및 비교예 14(30.7분)의 나노 모터 수득량을 나타낸 그래프로, 이를 통해 총 체류시간이 증가함에 따라 생산성이 감소하는 것을 알 수 있었으며 체류시간이 16분을 넘어가면 수득량이 5mg/mL 미만이 되어 공정이 효율적이지 않음을 알 수 있었다.On the other hand, the graph above Fig. 24 shows the number of nanomotors of Example 7 (residence time 3.8 minutes in the microfluidic system), Example 1 (7.4 minutes), Example 8 (14.3 minutes), and Comparative Example 14 (30.7 minutes) As a graph showing the yield, it could be seen that the productivity decreased as the total residence time increased, and when the residence time exceeded 16 minutes, the yield was less than 5 mg/mL, indicating that the process was not efficient.

또한, 도 24 아래의 그래프는 실시예 2(복합 자성 나노입자 농도 20mg/mL), 실시예 3(복합 자성 나노입자 농도 40mg/mL), 실시예 1(복합 자성 나노입자 농도 70mg/mL) 및 비교예 7(복합 자성 나노입자 농도 140mg/mL)에 관한 것으로, 이를 통해 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도가 증가함에 따라 나노 모터의 수득량이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 복합 자성 나노입자의 농도가 90mg/mL를 초과하면 수득량의 향상 정도가 미비한 것을 확인할 수 있었다.In addition, the graph below FIG. 24 shows Example 2 (composite magnetic nanoparticles concentration of 20 mg/mL), Example 3 (composite magnetic nanoparticles concentration of 40 mg/mL), Example 1 (composite magnetic nanoparticles concentration of 70 mg/mL) and Regarding Comparative Example 7 (composite magnetic nanoparticles concentration of 140 mg/mL), it was confirmed that the yield of the nanomotors increased as the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase increased, and that of the composite magnetic nanoparticles When the concentration exceeded 90 mg/mL, it was confirmed that the degree of improvement in yield was insignificant.

한편, 도 25의 a)를 살펴보면 접촉각이 91°인 실시예 1이 61°인 실시예 5와 비교했을 때 더욱 높은 활성을 보이는 것을 있었는데, 이는 접촉각이 90°에 가까울수록 복합 자성 나노입자가 액적화된 광 수지 표면에 절반 정도 마스킹(masking) 될 수 있기 때문인 것으로 판단된다.On the other hand, looking at a) of FIG. 25 , Example 1 having a contact angle of 91° showed higher activity compared to Example 5 having a contact angle of 61°. It is considered that this is because about half of the applied photoresin surface can be masked.

또한, 도 25의 b)를 살펴보면 실시예 1은 평균 속도가 14.2μm/s로 측정되었으나, 실시예 5는 평균 속도가 관찰되지 않을 정도로 느린 속도로 움직이는 것을 확인할 수 있었다.Also, referring to b) of FIG. 25 , it was confirmed that Example 1 had an average speed of 14.2 μm/s, but Example 5 moved at a speed so slow that no average speed was observed.

한편, 표 1 ~ 표 4를 살펴보면, 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물이 0.032 ~ 0.010의 몰비를 벗어나는 경우(비교예 8 ~ 비교예 10), 피커링 효율이 낮을 뿐만 아니라 피커링 에멀전의 수득량이 현격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, looking at Tables 1 to 4, when the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound are out of the molar ratio of 0.032 to 0.010 (Comparative Examples 8 to 10), the Pickering efficiency is low as well as the yield of the Pickering emulsion is significantly higher. decrease could be observed.

또한, 연속상 내 복합 자성 나노입자의 농도가 20 ~ 90mg/mL의 범위를 벗어나는 경우(비교예 5 ~ 비교예 7), 피커링 효율이 낮거나 피커링 에멀전의 수득량이 낮은 문제가 있었다.In addition, when the concentration of the composite magnetic nanoparticles in the continuous phase was out of the range of 20 to 90 mg/mL (Comparative Examples 5 to 7), there was a problem that the Pickering efficiency was low or the yield of the Pickering emulsion was low.

또한, 미세유체 시스템에서의 체류시간이 3.8 ~ 14.3분을 벗어나는 경우(비교예 12 ~ 비교예 14), 피커링 효율이 낮거나 피커링 에멀전의 수득량이 낮은 문제가 있었다.In addition, when the residence time in the microfluidic system was out of 3.8 to 14.3 minutes (Comparative Example 12 to Comparative Example 14), there was a problem in that the Pickering efficiency was low or the yield of the Pickering emulsion was low.

실험예 2: 계면 형성 관찰Experimental Example 2: Observation of interface formation

실시예 1, 실시예 5, 비교예 10 및 비교예 11를 실시하는데 있어 (3)단계의 분산상 첨가 후 교반 전에 시료를 샘플링하여 촬영한 이미지를 도 16에 나타내었다. 이를 통해 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물의 몰비가 본 발명의 범위를 벗어나는 경우 실란 화합물이 계면을 형성하지 못하는 문제가 있었으며, 특히 친수성 실란 화합물이 없는 비교예 11(1)은 실시예 1(3)과 비교했을 때 물과 실란 화합물이 섞이지 않는 문제가 있는 것을 확인할 수 있었다.In carrying out Example 1, Example 5, Comparative Example 10 and Comparative Example 11, after adding the dispersed phase in step (3), the sample was sampled and photographed before stirring, and images taken are shown in FIG. 16 . Through this, when the molar ratio of the hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound is out of the range of the present invention, there is a problem in that the silane compound cannot form an interface. In particular, Comparative Example 11(1) without the hydrophilic silane compound is Example 1(3) It was confirmed that there was a problem that water and the silane compound did not mix when compared with .

실험예 3: 제타 전위값 측정Experimental Example 3: Zeta potential value measurement

비교예 2, 비교예 22, 비교예 18, 비교예 3 및 실시예 1에서 제조된 입자 또는 나노 모터를 실온에서 Malvern 나노 입도 및 제타전위측정기를 통해 제타 전위를 측정하였다.The zeta potential of the particles or nanomotors prepared in Comparative Example 2, Comparative Example 22, Comparative Example 18, Comparative Example 3 and Example 1 was measured at room temperature through a Malvern nano particle size and a zeta potentiometer.

이를 도 18의 a) ~ b2)를 통해 설명하면, 도 18의 a)를 통해 비교예 22는 +33mV의 제타전위를 보였으나, 복합 자성 입자의 표면에 폴리도파민층이 형성된 비교예 3은 제타전위를 -36 mV으로 낮았고, 백금 촉매층이 추가로 형성됨으로써(실시예 1) 제타전위가 -48 mV으로 매우 낮아짐을 확인할 수 있었다.18 a) to b2), Comparative Example 22 showed a zeta potential of +33 mV through a) of FIG. 18, but Comparative Example 3 in which a polydopamine layer was formed on the surface of the composite magnetic particle had a zeta The potential was lowered to -36 mV, and it was confirmed that the zeta potential was very low to -48 mV by the additional formation of a platinum catalyst layer (Example 1).

한편, 도 18의 b1) ~ b2)는 비교예 3 및 실시예 1에서 제조된 나노 모터의 합성 시간에 따른 제타 전위를 나타낸 그래프로, 비교예 3에서 제조된 나노 모터의 경우 0.92동안 제타 전위값이 -29mV으로 현저히 감소하였으며, 3.65분 동안 -36mV으로 감소하였고, 실시예 1에서 제조된 나노 모터의 경우 0.91분 동안 -43 mV으로 감소하였고 3.57분 동안 -48mV으로 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있었다.Meanwhile, b1) to b2) of FIG. 18 are graphs showing the zeta potential according to the synthesis time of the nanomotors prepared in Comparative Examples 3 and 1, and in the case of the nanomotors prepared in Comparative Example 3, the zeta potential value during 0.92 This was significantly decreased to -29 mV, decreased to -36 mV for 3.65 minutes, and in the case of the nanomotor prepared in Example 1, it was decreased to -43 mV for 0.91 minutes, and it was confirmed that it decreased significantly to -48 mV for 3.57 minutes.

실험예 4: 표면 관찰Experimental Example 4: Surface observation

하기와 같은 방법으로 실시예1, 실시예 7, 실시예 8 및 비교예 15 ~ 비교에 21의 표면을 관찰하였다.The surfaces of Examples 1, 7, 8, and Comparative Examples 15 to 21 were observed in the following manner.

(1)광학 현미경(Leica사의 DMIL LED 현미경)으로 실시예 1을 관찰하였다.(1) Example 1 was observed with an optical microscope (DMIL LED microscope manufactured by Leica).

상세하게는, 도 2의 a)는 실시예 1의 나노 모터를 광학 현미경으로 관찰한 이미지로, 본 발명의 나노 모터가 구형의 입자임을 확인할 수 있었다.In detail, a) of FIG. 2 is an image of the nanomotor of Example 1 observed with an optical microscope, and it can be confirmed that the nanomotor of the present invention is a spherical particle.

(2)전계 방출 주사전자현미경(Field-emission Scanning electron microscopy, FE-SEM, JSM 7401F)으로 실시예 1, 실시예 7, 실시예 8 및 비교예 15 ~ 비교예 21을 관찰하였다.(2) Example 1, Example 7, Example 8, and Comparative Examples 15 to 21 were observed with a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM 7401F).

구체적으로는, 도 2의 b) ~ c)은 실시예 1의 나노 모터 제조시 중간 생성물로써 발생하는 피커링 에멀전(Pickering emulsion)을 각각 1μm 및 100nm의 크기(scale)로 관찰한 이미지로, 액적화된 광 수지(photo resin)의 표면에 복합 자성 나노입자가 고르게 형성되어 있는 것을 알 수 있었다.Specifically, b) to c) of FIG. 2 are images observed at a scale of 1 μm and 100 nm, respectively, of Pickering emulsion generated as an intermediate product during the manufacture of the nanomotor of Example 1, and dropletization It was found that the composite magnetic nanoparticles were evenly formed on the surface of the photo resin.

또한, 도 2의 c)를 통해 폴리도파민층 및 백금 촉매층이 복합 자성 나노입자의 표면의 절반 정도에 코팅된 것을 알 수 있었고, 본 발명의 나노 모터는 야누스형(Janus) 나노입자임을 확인할 수 있었다.In addition, it was found that the polydopamine layer and the platinum catalyst layer were coated on about half of the surface of the composite magnetic nanoparticles through c) of FIG. 2 , and it was confirmed that the nanomotor of the present invention is a Janus type nanoparticle. .

또한, 도 10의 b)는 비교예 18에서 제조된 메조포러스를 가지는 복합 자성 나노입자를 관찰한 것으로, 산화철 자성 나노입자 표면에 이산화규소가 고르게 형성된 것을 확인할 수 있었다.In addition, in FIG. 10 b), the mesoporous composite magnetic nanoparticles prepared in Comparative Example 18 were observed, and it was confirmed that silicon dioxide was uniformly formed on the surface of the iron oxide magnetic nanoparticles.

또한, 도 12는 비교예 15 ~ 비교예 19에서 제조된 복합 자성 나노입자에 관한 것으로, 친수성 유리관의 길이가 100cm인 비교예 18은 복합 자성 나노입자가 균일한 크기로 형성되었을 뿐만 아니라 고르게 분산되어 있는 반면에, 친수성 유리관의 길이가 3cm, 7cm 및 30cm인 비교예 15 ~ 비교예 17은 복합 자성 나노입자의 크기가 균일하지 않으며 분산되지 않고 뭉쳐있는 것을 확인할 수 있으며, 친수성 유리관의 길이가 200cm인 비교예 19는 복합 자성 나노입자에 네킹(necking)이 발생한 것을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 12 relates to the composite magnetic nanoparticles prepared in Comparative Examples 15 to 19. In Comparative Example 18, in which the hydrophilic glass tube has a length of 100 cm, the composite magnetic nanoparticles were formed not only in a uniform size but also evenly dispersed. On the other hand, in Comparative Examples 15 to 17, in which the length of the hydrophilic glass tube is 3 cm, 7 cm, and 30 cm, the size of the composite magnetic nanoparticles is not uniform and it can be confirmed that they are agglomerated without being dispersed, and the length of the hydrophilic glass tube is 200 cm In Comparative Example 19, it was confirmed that necking occurred in the composite magnetic nanoparticles.

또한, 도 13은 비교예 18, 비교예 20 및 비교예 21에서 제조된 복합 자성나노입자에 관한 것으로, 산화철 자성 나노입자를 5중량%로 포함하여 제조된 비교예 18은 균일하게 구형으로 형성되었으나, 10중량% 및 20중량%로 포함하여 제조된 비교예 20 및 비교예 21의 경우 복합 자성 나노입자에 용출이 발생한 것을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 13 relates to the composite magnetic nanoparticles prepared in Comparative Examples 18, 20, and 21, and Comparative Example 18 prepared by including magnetic iron oxide nanoparticles in an amount of 5 wt% was uniformly spherical, but , in Comparative Examples 20 and 21 prepared by including 10 wt% and 20 wt%, it was confirmed that elution occurred in the composite magnetic nanoparticles.

또한, 도 23은 실시예 7, 실시예 1 및 실시예 8의 나노모터를 제조함에 있어 중간 생성물로 발생하는 피커링 에멀전을 관찰한 것으로, 유화 시간이 증가함에 따라 액적화된 광 수지 표면에 복합 자성 나노입자가 고르게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 23 is an observation of Pickering emulsion generated as an intermediate product in manufacturing the nanomotors of Examples 7, 1 and 8. As the emulsification time increases, the composite magnetic properties on the surface of the photoresin dropletized. It was confirmed that the nanoparticles were evenly formed.

(3)고해상도 투과전자현미경(High resolution transmission electron microscopy, TEM, JEOL JEM-2100F)으로 실시예 1을 관찰하였다.(3) Example 1 was observed with a high resolution transmission electron microscopy (TEM, JEOL JEM-2100F).

구체적으로는, 도 2의 d)는 실시예 1의 나노 모터를 투과전자현미경(TEM) 에너지 분산 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)를 통해 컬러 매핑(color mapping)한 이미지로, 순서대로 규소(Si), 철(Fe), 산소(O) 및 백금(Pt) 원소를 각각 컬러 매핑한 것이다. 이를 통해 규소, 철 및 산소 원소는 복합 자성 나노입자에 포함되는 원소로 나노 모터 전반에 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 백금 촉매층에 포함되는 백금 원소는 나노 모터의 절반 정도 면적에 분포되어 있어 가리움법(Masking method)에 따른 미세 유체 피커링 유화법에 의해 나노 모터가 제대로 형성되었음을 알 수 있었다.Specifically, d) of FIG. 2 is an image obtained by color mapping the nanomotor of Example 1 through a transmission electron microscope (TEM) energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). , is a color mapping of silicon (Si), iron (Fe), oxygen (O), and platinum (Pt) elements, respectively, in that order. Through this, it was confirmed that silicon, iron, and oxygen elements are elements included in the composite magnetic nanoparticles and are evenly distributed throughout the nanomotor, and the platinum element included in the platinum catalyst layer is distributed over half the area of the nanomotor, covering It was found that the nanomotor was properly formed by the microfluidic Pickering emulsification method according to the masking method.

또한, 도 10의 a)는 실시예 1의 산화철 자성 나노입자를 관찰한 것이다.In addition, FIG. 10 a) is an observation of the magnetic iron oxide nanoparticles of Example 1.

또한, 도 10의 c)는 실시예 1의 복합 자성 나노입자를 관찰한 것으로, 이산화규소 표면에 산화철 나노 입자가 고르게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.Also, in FIG. 10 c), the composite magnetic nanoparticles of Example 1 were observed, and it was confirmed that the iron oxide nanoparticles were uniformly formed on the surface of the silicon dioxide.

실험예 5: 푸리에 변환 적외분광법(FT-IR) 분석Experimental Example 5: Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis

비교예 18, 비교예 2, 실시예 1 및 비교예 3에서 제조된 입자의 표면 개질(폴리도파민으로 1차 개질 및 백금 촉매로 2차 개질) 여부를 확인하기 위하여 하기와 같은 방법으로 분석 수행하였다.In order to check whether the surface modification (primary modification with polydopamine and secondary modification with platinum catalyst) of the particles prepared in Comparative Example 18, Comparative Example 2, Example 1 and Comparative Example 3, analysis was performed in the following manner. .

먼저, 도 19의 a) 및 b)는 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)을 통해 400 ~ 4,000cm-1의 범위를 분석 수행한 것이다.First, in FIGS. 19 a) and b), a range of 400 to 4,000 cm -1 was analyzed through Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR).

구체적으로 도 19의 a) 및 b)를 살펴보면 폴리도파민층의 형성은 3,350cm-1에서 히드록시기(-OH) 피크, 1,490cm-1에서 방향족 c=c 피크, 3,620cm-1 및 1,620cm-1에서 밴딩(bending) 아민기(-NH2) 피크가 관찰됨을 통해 확인할 수 있었다.Specifically, referring to a) and b) of FIG. 19, the formation of the polydopamine layer is a hydroxyl group (-OH) peak at 3,350 cm -1 , an aromatic c=c peak at 1,490 cm -1 , 3,620 cm -1 and 1,620 cm -1 Bending (bending) amine group (-NH 2 ) It was confirmed through the observation of the peak.

또한, 백금 촉매층의 형성은 3,620cm-1 및 1,620cm-1에서 아민기(-NH2) 피크를 통해 확인할 수 있었다.In addition, the formation of the platinum catalyst layer was confirmed through the amine group (-NH 2 ) peak at 3,620 cm -1 and 1,620 cm -1 .

또한, 1,399cm-1에서 C-N 피크를 통해 표면 아미노기와 폴리도파민층 사이의 마이클 첨가(Michael addition) 및 Schiff 염기 반응이 일어나 공유 결합이 형성되었다는 것을 알 수 있었다.In addition, it was found through the CN peak at 1,399 cm -1 that a covalent bond was formed by Michael addition and Schiff base reaction between the surface amino group and the polydopamine layer.

실험예 6: X-선 회절 패턴 분석Experimental Example 6: X-ray diffraction pattern analysis

비교예 18 및 실시예 1에서 제조된 입자의 표면을 관찰하기 위하여 HyPix 3000 검출기를 통해 분말 X-선 회절 패턴(Powder X-ray diffraction pattern, PXRD)을 분석 수행하였고, 방사선원(radiation source)으로 Cu Kα을 사용하고, 30kV에서 1.5405*?*의 파장 및 30mA의 전력의 조건으로 수행하였으며, 고해상도 분말 X-선 회절계(High resolution X-ray diffractometer, Rigaku 사의 SmartLab)로 기록하였다.In order to observe the surface of the particles prepared in Comparative Example 18 and Example 1, a powder X-ray diffraction pattern (PXRD) was analyzed through a HyPix 3000 detector, and Cu as a radiation source Using Kα, it was performed under the conditions of a wavelength of 1.5405*?* and a power of 30 mA at 30 kV, and recorded with a high resolution X-ray diffractometer (SmartLab, Rigaku Corporation).

이를 도 20의 a)를 통해 살펴보면, 실시예 1에서 제조된 나노모터에는 산화철 자성 나노입자 및 백금 촉매층이 존재한다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 20 a), it was confirmed that magnetic iron oxide nanoparticles and a platinum catalyst layer were present in the nanomotor prepared in Example 1.

실험예 6: X-선 회절 패턴 분석Experimental Example 6: X-ray diffraction pattern analysis

비교예 18 및 실시예 1에서 제조된 입자의 표면을 관찰하기 위하여 HyPix 3000 검출기를 통해 분말 X-선 회절 패턴(Powder X-ray diffraction pattern, PXRD)을 분석 수행하였고, 방사선원(radiation source)으로 Cu Kα을 사용하고, 30kV에서 1.5405Å의 파장 및 30mA의 전력의 조건으로 수행하였으며, 고해상도 분말 X-선 회절계(High resolution X-ray diffractometer, Rigaku 사의 SmartLab)로 기록하였다.In order to observe the surface of the particles prepared in Comparative Example 18 and Example 1, a powder X-ray diffraction pattern (PXRD) was analyzed through a HyPix 3000 detector, and Cu as a radiation source Using Kα, it was carried out under the conditions of a wavelength of 1.5405 Å and a power of 30 mA at 30 kV, and recorded with a high resolution X-ray diffractometer (SmartLab, Rigaku Corporation).

이를 도 20의 a)를 통해 살펴보면, 실시예 1에서 제조된 나노모터에는 산화철 자성 나노입자 및 백금 촉매층이 존재한다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 20 a), it was confirmed that magnetic iron oxide nanoparticles and a platinum catalyst layer were present in the nanomotor prepared in Example 1.

실험예 7: 열 중량 분석Experimental Example 7: Thermogravimetric Analysis

비교예 18에서 제조된 입자의 표면을 관찰하기 위하여 열 중량 분석 장비로서 SDT Q600를 사용하여 열 중량 분석(Thermogravimetric analyses, TGA)을 수행하였으며, 30 ~ 800℃ 하에서 10℃/min의 가열 속도의 조건으로 분석 수행하였다.In order to observe the surface of the particles prepared in Comparative Example 18, thermogravimetric analysis (TGA) was performed using SDT Q600 as a thermogravimetric analysis equipment, and the condition of a heating rate of 10° C./min under 30 to 800° C. analysis was performed.

이를 도 20의 b)를 통해 살펴보면, 소성 전과 비교했을 때 소성 후에 열 중량이 20% 상승한 것을 확인할 수 있었다. Looking at this through b) of FIG. 20 , it was confirmed that the thermal weight increased by 20% after firing as compared to before firing.

실험예 8: 표면적 및 기공 분석Experimental Example 8: Surface area and pore analysis

실시예 1 및 비교예 18에서 제조된 입자의 표면적 및 기공을 분석하기 위하여 하기와 같은 실험 방법으로 분석 수행하였다.In order to analyze the surface area and pores of the particles prepared in Example 1 and Comparative Example 18, analysis was performed by the following experimental method.

먼저, 도 21의 a) 및 b)를 살펴보면 ASAP 2020 기기를 통해 비표면적(Brunauer-Emmett-Teller method, BET) 및 질소(N2) 흡착-탈착 등온선(77K)을 분석 수행하였으며, 도 21 a)의 질소(N2) 흡착-탈착 등온선은 히스테리시스 루프(hysteresis loop)가 있는 유형 IV에 속하는 것으로, 메조 포러스의 기공을 가지는 것을 확인할 수 있었다.First, looking at a) and b) of FIG. 21 , the specific surface area (Brunauer-Emmett-Teller method, BET) and nitrogen (N 2 ) adsorption-desorption isotherm (77K) were analyzed through the ASAP 2020 instrument, and FIG. 21 a ) of nitrogen (N 2 ) adsorption-desorption isotherm belongs to type IV with a hysteresis loop, and it was confirmed that it had mesoporous pores.

또한, 도 21 b)을 살펴보면 실시예 1은 638m2/g의 비표면적 및 2.5nm의 평균 기공 크기를 가지고, 비교예 18은 1,020m2/g의 비표면적 및 2.8nm의 평균 기공 크기를 가지는 것을 알 수 있는데, 이를 통해 복합 자성 나노입자 표면에 폴리도파민층 및 백금 촉매층을 형성하여도 기공이 완전히 폐색되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 21 b), Example 1 has a specific surface area of 638 m 2 /g and an average pore size of 2.5 nm, and Comparative Example 18 has a specific surface area of 1,020 m 2 /g and an average pore size of 2.8 nm. It can be seen that, through this, it can be confirmed that the pores are not completely blocked even when the polydopamine layer and the platinum catalyst layer are formed on the surface of the composite magnetic nanoparticles.

실험예 9: 촉매 및 열에 의한 구동성 평가Experimental Example 9: Evaluation of drivability by catalyst and heat

실시예 1에서 제조된 나노 모터의 샘플(750μg/mL)을 추출하여, 과산화수소(H2O2) 및 근적외선(NIR) 하에서의 거동을 관찰하였다.A sample (750 μg/mL) of the nanomotor prepared in Example 1 was extracted, and the behavior under hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near-infrared (NIR) was observed.

구체적으로는, 도 5 ~ 도 7은 광학 현미경(Leica사의 DMIL LED 현미경)으로 관찰하고, 이를 비디오 분석 및 모델링 도구로서 Tracker 5.1.3 프로그램을 사용하여 궤적을 분석한 결과로, 먼저 도 5는 상기 분석 결과로 얻은 수영 궤적(swimming trajectory)을 그래프화 한 것으로, 각각 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량%, 10중량% 하에 수행한 것과, 근적외선 하에 수행한 것과, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것을 나타낸 것이고, 이를 통해 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행되었을 때 나노 모터의 활성이 가장 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 과산화수소가 적거나 근적외선이 없을 경우 상대적으로 약한 활성을 보였다.Specifically, FIGS. 5 to 7 are the results of observing with an optical microscope (DMIL LED microscope of Leica), and analyzing the trajectories using the Tracker 5.1.3 program as a video analysis and modeling tool. As a graph of the swimming trajectory obtained as a result of the analysis, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0 wt%, 2 wt%, 5 wt%, 10 wt%, respectively, that performed under near infrared rays, It was shown that hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was carried out under 10 wt% and near infrared rays, and through this, it was found that the activity of the nanomotor was highest when hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was carried out under 10 wt% and near infrared rays. In addition, it showed relatively weak activity when there was little hydrogen peroxide or there was no near-infrared rays.

또한, 도 6은 분석된 궤적으로 평균 제곱 변위(Mean squared displacement, MSD)을 구한 것으로, 하기 관계식 2를 통해 계산되었다.In addition, FIG. 6 shows a mean squared displacement (MSD) obtained by the analyzed trajectory, which was calculated through the following relational expression 2.

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 관계식 2에서, N은 입자 수를 의미하고, ri(t)- ri(t+△t)는 일정 시간(t) 동안 입자가 이동한 벡터 거리를 의미하며, t는 2초 이하이다.In Relation 2, N denotes the number of particles, r i (t)- r i (t+Δt) denotes a vector distance traveled by the particles for a predetermined time (t), and t is 2 seconds or less.

상기 도 6에 나타냈듯이, 과산화수소(H2O2) 10중량% 하에서 2초 동안 작동시킨후 평균 제곱 변위는 약 2,130μm2로 가장 높은 활성을 보였으나, 과산화수소(H2O2) 0중량% 하에서 2초 동안 작동시킨 후 평균 제곱 변위는 약 0.1 μm2 이하로 나타났는데, 이는 나노 모터가 과산화수소(연료) 하에 자기 추진력을 가지기 때문인 것으로 판단된다.As shown in FIG. 6, after operating for 2 seconds under 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), the mean square displacement was about 2,130 μm 2 , showing the highest activity, but hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0 weight After operating for 2 seconds under %, the mean square displacement was less than about 0.1 μm 2 , which is thought to be due to the self-propelling force of the nanomotor under hydrogen peroxide (fuel).

또한, 도 7은 평균 속도(average velocity)를 나타낸 그래프로, 각각 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량%, 10중량% 하에 수행한 것과, 근적외선 하에 수행한 것과, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것을 나타낸 것이고, 과산화수소(H2O2)가 0중량% 및 2중량%인 경우에는 속도가 관찰되지 않았으며, 근적외선만 조사하는 경우 3μm/s로 낮은 속도를 보였고, 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선 하에 수행한 것이 16μm/s로 가장 높은 활성을 보였다.In addition, Figure 7 is a graph showing the average velocity, each of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0% by weight, 2% by weight, 5% by weight, 10% by weight, that performed under near infrared rays, Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) Shows that it was carried out under 10 wt% and near infrared rays, and when hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was 0 wt% and 2 wt%, the speed was not observed, and when only near infrared rays were irradiated, 3 μm /s showed a low speed, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 10% by weight and the one performed under near-infrared rays showed the highest activity at 16 μm/s.

실험예 10: 자기에 의한 구동성 평가Experimental Example 10: Evaluation of drivability by magnetism

실시예 1에서 제조된 나노 모터의 자기 영동을 관찰하기 위하여, 500mT의 자기장을 가지는 외부 자석(네오디뮴 자석)을 나노 모터에 가까이 가져다 대었으며, 이때 나노 모터의 움직임을 도 8에 그래프로 나타내었다. 이를 통해 실시예 1의 나노모터는 네 개의 방향으로 움직이는 것을 확인할 수 있었다.In order to observe the magnetophoresis of the nanomotor prepared in Example 1, an external magnet (neodymium magnet) having a magnetic field of 500 mT was brought close to the nanomotor, and the movement of the nanomotor was shown as a graph in FIG. 8 . Through this, it was confirmed that the nanomotor of Example 1 moved in four directions.

한편, 도 14를 통해 나타내었듯이 비교예 18에서 제조된 입자를 샘플링 한 후 외부 자석을 가져다 대어 자성을 가지는지 평가하였다. 그 결과, 복합 자성 나노입자가 자석 쪽으로 이동하는 것을 통해 비교예 18에서 제조된 입자는 자성을 가지는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 복합 자성 나노입자 표면에 형성된 산화철 자성 나노입자로 인한 것으로 예측된다.On the other hand, as shown in FIG. 14 , after sampling the particles prepared in Comparative Example 18, an external magnet was applied to evaluate whether they had magnetism. As a result, it was confirmed that the particles prepared in Comparative Example 18 had magnetism through the movement of the composite magnetic nanoparticles toward the magnet, which is expected to be due to the magnetic iron oxide nanoparticles formed on the surface of the composite magnetic nanoparticles.

실험예 11: 염료 흡착 성능 평가Experimental Example 11: Dye adsorption performance evaluation

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 나노 모터의 염료 제거 성능을 확인하기 위하여, 하기와 같은 방법으로 나노모터의 유기 염료인 로다민 B(Rhodamine B, RH.B) 흡착 성능을 실험하였다.In order to confirm the dye removal performance of the nanomotors prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the adsorption performance of rhodamine B (RH.B), an organic dye, of the nanomotors was tested as follows.

이때, 상기 나노 모터는 전체 용액 중 750μg/mL가 되도록 투입하였다.At this time, the nanomotor was added so as to be 750 μg/mL in the total solution.

구체적으로는, 도 9의 그래프(왼쪽)은 과산화수소(H2O2) 0중량%, 2중량%, 5중량% 및 10중량% 또는 과산화수소(H2O2) 10중량% 근적외선(NIR) 조건에서의 흡착 성능을 실험하여 그 결과를 그래프로 나타낸 것으로, 이를 통해 과산화수소(H2O2) 10중량% 근적외선(NIR) 조건에서의 흡착 성능이 가장 우수하였다.Specifically, the graph of Figure 9 (left) is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 0 wt%, 2 wt%, 5 wt% and 10 wt% or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) 10 wt% Near-infrared (NIR) conditions The adsorption performance was tested in a graph and the results were shown in a graph, and through this, the adsorption performance was the best under 10 wt% near-infrared (NIR) conditions of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한, 실시예 1의 경우 나노 모터 작동 20분 이후에 염료 흡착 제거율이 99%에 달한 반면에(도 9의 오른쪽 이미지 참고.), 논메조포러스인 비교예 1의 경우 작동 20분 이후에도 염료 제거율이 17% 정도에 그쳐 매우 불량한 흡착율을 보임을 알 수 있었으며, 이는 기공이 거의 존재하지 않아 효과가 발현되지 않은 것으로 예측된다.In addition, in the case of Example 1, the dye adsorption removal rate reached 99% after 20 minutes of operation of the nanomotor (refer to the image on the right of FIG. It was found that the adsorption rate was very poor at only about 17%, and it is predicted that the effect was not expressed because there were almost no pores.

한편, 도 26 a) ~ b)및 도 27은 자외선-가시광선 분광기(UV-vis spectrometer사의 UV-vis spectrometer)를 통해 측정한 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수 스펙트럼이다. Meanwhile, FIGS. 26 a) to b) and FIG. 27 are ultraviolet-visible ray (UV-vis) absorption spectra measured through an ultraviolet-visible spectrometer (UV-vis spectrometer manufactured by UV-vis spectrometer).

상세하게는 도 26의 a)는 비교예 1에서 제조된 나노 모터를 0분, 1분 및 3분 작동시켰을 때 흡착 성능을 평가한 그래프로, 554nm의 파장에 해당하는 로다민 B의 흡착 정도가 미비한 것을 확인할 수 있었다.In detail, a) of FIG. 26 is a graph evaluating the adsorption performance when the nanomotor prepared in Comparative Example 1 was operated for 0 minutes, 1 minute, and 3 minutes, and the degree of adsorption of rhodamine B corresponding to a wavelength of 554 nm was I could see what was missing.

반면에, 도 27의 b)는 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 0분, 5분, 10분, 15분 및 20분 작동시켰을 때의 흡착 성능을 평가한 그래프로, 554nm의 파장에 해당하는 로다민 B의 흡착 정도가 비교예 1에 비해 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, b) of FIG. 27 is a graph evaluating the adsorption performance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes, 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes and 20 minutes, which corresponds to a wavelength of 554 nm. It was confirmed that the degree of adsorption of rhodamine B was very superior to that of Comparative Example 1.

또한, 도 27의 a)는 과산화수소(H2O2) 2중량% 하에서 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 0분, 5분, 10분 및 15분 동안 작동시켰을 때의 흡광도를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 27 a) shows the absorbance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes, 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes under 2% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

또한, 도 27의 b)는 과산화수소(H2O2) 5중량% 하에서 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 0분, 1분, 5분, 7분 및 10분 동안 작동시켰을 때의 흡광도를 나타낸 것으로, 과산화수소(H2O2) 2중량% 하에서 작동시켰을 때보다 짧은 시간에 우수한 흡착 성능을 보임을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 27 b) shows the absorbance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes, 1 minute, 5 minutes, 7 minutes and 10 minutes under 5 wt% of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) As a result, it was confirmed that hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) exhibited excellent adsorption performance in a shorter time than when operated under 2% by weight.

또한, 도 27의 c)는 과산화수소(H2O2) 10중량% 하에서 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 0분, 1분, 5분, 7분 동안 작동시켰을 때의 흡광도를 나타낸 것으로, 과산화수소(H2O2) 5중량% 하에서 작동시켰을 때보다 짧은 시간에 우수한 흡착 성능을 보임을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 27 c) shows the absorbance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes, 1 minute, 5 minutes, and 7 minutes under 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It was confirmed that excellent adsorption performance was exhibited in a shorter time than when operated under 5% by weight.

또한, 도 27의 d)는 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선(NIR) 하에서 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 0분 및 1분 동안 작동시켰을 때의 흡광도를 나타낸 것으로, 1분 만에 로다민 B를 모두 제거하여 가장 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있었다.In addition, d) of FIG. 27 shows the absorbance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes and 1 minute under 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near infrared (NIR), 1 minute It was confirmed that the best performance was obtained by removing all of rhodamine B.

한편, 도 28의 a)는 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선(NIR) 하에서 0분 및 1분 동안 작동시켰을 때의 흡광도를 나타낸 것으로, 총 3회 반복 실시한 것이다. 이를 통해 본 발명의 나노 모터는 재이용하여도 그 활성이 떨어지지 않고 우수한 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, FIG. 28 a) shows the absorbance when the nanomotor prepared in Example 1 was operated for 0 minutes and 1 minute under 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near infrared (NIR), a total of 3 It was repeated several times. Through this, it was confirmed that the nanomotor of the present invention was excellent without deterioration in its activity even when reused.

또한, 도 28의 b)는 실시예 1에서 제조된 나노 모터를 과산화수소(H2O2) 10중량% 및 근적외선(NIR) 하에서 작동시켰을 때의 로다민 B의 제거 정도를 나타낸 것으로, 재이용하여도 우수한 성능을 가지며 1분 만에 거의 모든 염료를 제거하여 기계적 작동 없이 자기 추진력으로 구동하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 28 b) shows the degree of removal of rhodamine B when the nanomotor prepared in Example 1 was operated under 10% by weight of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and near infrared (NIR), even if reused It had excellent performance and almost all dyes were removed in 1 minute, confirming that it was driven by self-propelled force without mechanical operation.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , changes, deletions, additions, etc. may easily suggest other embodiments, but this will also fall within the scope of the present invention.

Claims (13)

메조포러스(mesoporous) 복합 자성 나노입자; 폴리도파민(Polydopamine) 용액; 및 백금(Pt) 전구체;를 포함하는 삼중 응답 나노 모터 조성물.
mesoporous composite magnetic nanoparticles; Polydopamine solution; and a platinum (Pt) precursor; a triple response nanomotor composition comprising.
제1항에 있어서,
상기 백금(Pt) 전구체는 염화백금칼륨(Potassium hexachloroplatinate), 염화백금수소(Hydrogen hexachloroplatinate), 염화백금나트륨(Sodium hexachloroplatinate) 및 염화백금암모늄(Ammonium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리도파민 용액은 도파민 모노머, 암모니아 용액, 정제수 및 에탄올을 혼합한 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터 조성물.
According to claim 1,
The platinum (Pt) precursor includes at least one selected from platinum potassium chloride (Potassium hexachloroplatinate), platinum hydrogen chloride (Hydrogen hexachloroplatinate), sodium platinum chloride (Sodium hexachloroplatinate), and platinum ammonium chloride (Ammonium hexachloroplatinate),
The polydopamine solution is a triple response nanomotor composition comprising a mixture of dopamine monomer, ammonia solution, purified water and ethanol.
제1항에 있어서,
상기 복합 자성 나노입자는 이산화 규소(SiO2)를 포함하는 코어; 및 산화철(Fe3O4) 자성 나노입자를 포함하는 쉘;을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터 조성물.
According to claim 1,
The composite magnetic nanoparticles may include a core including silicon dioxide (SiO 2 ); and a shell including iron oxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanoparticles.
메조포러스(mesoporous)의 복합 자성 나노입자를 제조하는 1단계;
상기 복합 자성 나노입자에 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물을 반응시키는 2단계;
상기 단계를 수행한 복합 자성 나노입자를 포함하는 연속상에 광 수지(photo resin) 및 광 개시제(photo initiator)를 포함하는 분산상을 혼합 및 유화시켜 피커링 에멀전(Pickering emulsion)을 형성시키고, UV 조사하는 3단계;
상기 피커링 에멀전에 폴리도파민(Polydopamine) 용액을 혼합시키는 4단계;
4단계를 수행한 피커링 에멀전에 백금(Pt) 전구체를 포함하는 용액을 혼합시키는 5단계; 및
5단계를 수행한 피커링 에멀전을 초음파 처리하여 나노 모터를 수득하는 6단계;를 포함하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
Step 1 of preparing mesoporous composite magnetic nanoparticles;
a second step of reacting a hydrophilic silane compound and a hydrophobic silane compound with the composite magnetic nanoparticles;
Mixing and emulsifying a dispersed phase containing a photo resin and a photo initiator in the continuous phase containing the composite magnetic nanoparticles that performed the above steps to form a Pickering emulsion, and UV irradiation Step 3;
4 step of mixing a polydopamine solution with the Pickering emulsion;
5 step of mixing a solution containing a platinum (Pt) precursor to the Pickering emulsion that has been performed in step 4; and
A method of manufacturing a triple-response nanomotor comprising; a 6th step of obtaining a nanomotor by sonicating the Pickering emulsion having performed the 5th step.
제4항에 있어서,
상기 친수성 실란 화합물 및 소수성 실란 화합물은 1 : 0.032 ~ 1 : 0.10의 몰비로 투입되는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The hydrophilic silane compound and the hydrophobic silane compound are added in a molar ratio of 1:0.032 to 1:0.10.
제4항에 있어서,
상기 3단계의 피커링 에멀전(Pickering emulsion)은 액적(droplet)화된 광 수지; 및 상기 복합 자성 나노입자;를 포함하고,
상기 복합 자성 나노입자는 상기 액적화된 광 수지 및 물의 계면에 위치하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Pickering emulsion (Pickering emulsion) of the three steps is a droplet (droplet) of the optical resin; and the composite magnetic nanoparticles;
The method of manufacturing a triple response nanomotor, characterized in that the composite magnetic nanoparticles are located at the interface between the dropletized optical resin and water.
제4항에 있어서,
상기 연속상은 상기 복합 자성 나노입자를 20 ~ 90mg/mL의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The continuous phase is a method of manufacturing a triple-response nanomotor, characterized in that it contains the composite magnetic nanoparticles at a concentration of 20 to 90 mg/mL.
제4항에 있어서,
상기 3단계 내지 5단계는 3.8 ~ 14.3분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Steps 3 to 5 are a method of manufacturing a triple response nanomotor, characterized in that it is performed for 3.8 to 14.3 minutes.
제4항에 있어서,
상기 3단계 내지 5단계는 미세유체 시스템(microfluidic system)을 통해 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The method of manufacturing a triple response nanomotor, characterized in that the steps 3 to 5 are continuously performed through a microfluidic system.
제9항에 있어서,
상기 미세유체 시스템은 친수성 유리관, 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부를 포함하고,
상기 1차 표면개질부 및 2차 표면개질부는 각각 소수성의 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The microfluidic system includes a hydrophilic glass tube, a primary surface modification unit and a secondary surface modification unit,
The method of manufacturing a triple-response nanomotor, characterized in that the first surface modification part and the secondary surface modification part each include a hydrophobic polytetra fluorethylene (PTFE) tube.
제4항에 있어서,
상기 1단계는 3 ~ 200 cm의 길이를 가지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluorethylene, PTFE)관을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The first step is a method of manufacturing a triple response nanomotor, characterized in that it is performed through a polytetra fluorethylene (PTFE) tube having a length of 3 ~ 200 cm.
제4항에 있어서,
2단계를 수행함으로써 상기 소수성 실란 화합물 및 친수성 실란 화합물은 복합 자성 나노입자의 표면에 43° ~ 111°의 접촉각으로 코그라프팅(co-grafting)하는 것을 특징으로 하는 삼중 응답 나노 모터의 제조방법.
5. The method of claim 4,
By performing step 2, the hydrophobic silane compound and the hydrophilic silane compound are co-grafted on the surface of the composite magnetic nanoparticles at a contact angle of 43° to 111°. Method of manufacturing a triple response nanomotor.
복합 자성 나노입자;
상기 복합 자성 나노입자의 표면 일부에 형성된 폴리도파민(Polydopamine)층; 및
상기 폴리도파민층 상부에 형성된 백금 촉매층;을 포함하는 삼중 응답 나노 모터.
composite magnetic nanoparticles;
a polydopamine layer formed on a portion of the surface of the composite magnetic nanoparticles; and
A triple response nanomotor comprising a; a platinum catalyst layer formed on the polydopamine layer.
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