KR20230082334A - 색변환 광결정 구조체 및 이를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서 - Google Patents

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photonic crystal
crystal structure
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정유진
임보규
김정민
박종목
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한국화학연구원
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Abstract

본 발명은 교대로 적층된, 제1 굴절률을 나타내는 제1 폴리머를 포함하는 제1 굴절률층 및 굴절률을 나타내는 제2 폴리머를 포함하는 제2 굴절률층을 포함하는 굴절률층; 및 상기 굴절률층의 적어도 일면에 위치하는 프로브 결합층;을 포함하고, 상기 프로브 결합층은 특정 화학식으로 표시되는 구조를 포함하는 제3 폴리머를 포함함으로써, 다양한 타겟 물질의 접촉에 따라 색상 변화를 나타낼 수 있고, 이에 시료에의 타겟 물질의 존부를 확인할 수 있도록 하는 색변환 광결정 구조체 및 이를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서에 관한 것이다.

Description

색변환 광결정 구조체 및 이를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서{COLORIMETIC PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE AND SENSOR FOR DETECTION OF TARGET SUBSTANCE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 색변환 광결정 구조체 및 이를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서에 관한 것이다.
광결정(photonic crystal)이란, 서로 다른 굴절률을 갖는 유전물질이 주기적으로 배열된 구조체로서, 각각의 규칙적인 격자점에서 산란되는 빛들 사이에 중첩적 간섭이 일어나 특정한 파장 영역대에서 빛을 투과시키지 않고 선택적으로 반사하는, 즉 광밴드갭을 형성하는 물질을 의미한다.
이러한 광결정은 정보 처리의 수단으로 전자 대신 광자를 이용함으로써, 정보처리의 속도가 우수하여 정보화 산업의 효율 향상을 위한 핵심 물질로 부각되고 있다. 더욱이, 광결정은 광자가 주축 방향으로 이동하는 1차원 구조, 평면을 따라 이동하는 2차원 구조, 또는 물질 전체를 통해 모든 방향으로 자유롭게 이동하는 3차원 구조로 구현될 수 있고, 광밴드갭 조절을 통한 광학적 특성의 제어가 용이하여 다양한 분야에 적용 가능하다. 예를 들어, 광결정은 광결정 섬유, 발광소자, 광기전소자, 광결정 센서, 반도체레이저 등 광학 소자에 응용될 수 있다.
특히, 브래그 스택(Bragg stack)은 1차원 구조를 갖는 광결정으로서, 상이한 굴절률을 갖는 두 층의 적층만으로 쉽게 제조가 가능하고, 상기 두 층의 굴절률 및 두께 조절에 의한 광학적 특성의 제어가 용이하다는 장점이 있다. 이러한 특징으로 인해 상기 브래그 스택은 태양 전지와 같은 에너지 소자뿐만 아니라, 전기적, 화학적, 열적 자극 등을 감지하는 광결정 센서로의 응용에 널리 이용되고 있다. 이에 따라, 감도 및 재현성이 우수한 광결정 센서를 용이하게 제조하기 위한 여러 가지 물질 및 구조에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 색변환 광결정 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 색변환 광결정 구조체를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 교대로 적층된, 제1 굴절률을 나타내는 제1 폴리머를 포함하는 제1 굴절률층 및 굴절률을 나타내는 제2 폴리머를 포함하는 제2 굴절률층을 포함하는 굴절률층; 및
상기 굴절률층의 적어도 일면에 위치하는 프로브 결합층;을 포함하고,
상기 프로브 결합층은 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 제3 폴리머를 포함하는 색변환 광결정 구조체:
[화학식 1]
Figure pat00001
(식 중, R은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
점선은 단일결합 또는 이중결합임).
2. 위 1에 있어서, 상기 제3 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
[화학식 2]
Figure pat00002
(식 중, R1은 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R2는 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
R3는 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
n1은 1 이상의 정수이고,
n2 내지 n4는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
점선은 단일결합 또는 이중결합임).
3. 위 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 폴리머는 아미노기 또는 아마이드기를 포함하지 않는 것인 색변환 광결정 구조체.
4. 위 1에 있어서, 상기 제1 폴리머는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
[화학식 3]
Figure pat00003
(식 중,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고,
R3 및 R5는 각각 독립적으로 O 또는 NH이고,
R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
R6은 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000임).
5. 위 1에 있어서, 상기 제2 폴리머는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
[화학식 4]
Figure pat00004
(식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R3는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 카복시기, 아마이드기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이거나, 서로 연결되어 4 내지 12원 포화 또는 불포화 고리를 형성하고,
R4는 O 또는 NH이고,
R5는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000이고,
n3는 1 내지 5의 정수임).
6. 위 1에 있어서, 상기 제1 굴절률이 상기 제2 굴절률보다 높고, 상기 제3 폴리머의 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 높은 색변환 광결정 구조체.
7. 위 6에 있어서, 상기 제3 폴리머는 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
[화학식 5]
Figure pat00005
(식 중, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R4 및 R8은 O 또는 NH이고,
R5는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
R6은 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
R7은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
R9는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 내지 n3는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2 + n3는 100 내지 2,000임).
8. 위 1에 있어서, 상기 제1 굴절률이 상기 제2 굴절률보다 낮고, 상기 제3 폴리머의 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 낮은 색변환 광결정 구조체.
9. 위 1에 있어서, 상기 프로브 결합층에 결합된 프로브를 더 포함하고, 상기 프로브는 항체, DNA, RNA 또는 압타머인 색변환 광결정 구조체.
10. 위 1 내지 9 중 어느 한 항의 색변환 광결정 구조체를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서.
11. 위 1의 색변환 광결정 구조체에 프로브를 가하여 상기 프로브 결합층에 프로브를 결합시키는 단계;
상기 프로브가 결합된 상기 색변환 광결정 구조체에 시료를 가하는 단계; 및
상기 시료가 가해진 색변환 광결정 구조체의 색 변화를 확인하는 단계;를 포함하는 타겟 물질의 검출 방법.
본 발명의 색변환 광결정 구조체는 다양한 타겟 물질의 접촉에 따라 색상 변화를 나타낼 수 있다.
본 발명의 색변환 광결정 구조체는 색상 변화에 의해 시료에의 타겟 물질의 존부를 확인할 수 있도록 한다.
본 발명의 색변환 광결정 구조체는 다양한 프로브의 사용에 의해 다양한 타겟 물질을 검출하는 데에 사용될 수 있다.
도 1은 모노머 HD(HEMA-DSC)의 제조 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 폴리머 P(TEFA-BPA)의 제조 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 폴리머 P(4MS-BPA)의 제조 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 폴리머 P(M-HD10-BPA)의 제조 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 색변환 광결정 구조체를 제조하는 일 구현예를 나타낸 것이다.
도 6은 표적 물질 검출용 센서를 제조하는 일 구현예를 나타낸 것이다.
도 7은 제조된 표적 물질 검출용 센서로 표적물질(아밀로이드 베타)를 검출하는 실시예이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 색변환 광결정 구조체에 관한 것이다.
본 발명에서 사용하는 용어 '광결정(photonic crystal)'은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전물질이 주기적으로 배열된 구조체로서, 각각의 규칙적인 격자점에서 산란되는 빛들 사이에 중첩적 간섭이 일어나 특정한 파장 영역대에서 빛을 투과시키지 않고 선택적으로 반사하는, 즉 광밴드 갭을 형성하는 물질을 의미한다. 이러한 광결정은 정보 처리의 수단으로 전자 대신 광자를 이용하여 정보처리의 속도가 우수한 물질로서, 광자가 주축 방향으로 이동하는 1차원 구조, 평면을 따라 이동하는 2차원 구조, 또는 물질 전체를 통해 모든 방향으로 자유롭게 이동하는 3차원 구조로 구현될 수 있다. 또한, 광결정의 광밴드갭 조절을 통한 광학적 특성을 제어하여 광결정 섬유, 발광소자, 광기전소자, 색변환 필름, 반도체레이저 등 광학 소자에 응용될 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 용어 '광결정 구조체'는 굴절률이 상이한 물질을 반복적으로 교대 적층하여 제조된 1차원 광결정 구조를 갖는 브래그 스택(Bragg stack)으로, 적층된 구조의 굴절률의 주기적인 차이에 의해 특정한 파장 영역 대의 빛을 반사할 수 있고, 이러한 반사 파장은 외부 자극에 의해 시프트(Shift)되어 반사색이 변환되는 구조체를 의미한다. 구체적으로, 구조체 각각의 층의 경계에서 빛의 부분 반사가 일어나게 되고, 이러한 많은 반사파가 구조적으로 간섭하여 높은 강도를 갖는 특정 파장의 빛이 반사될 수 있다. 이때, 외부 자극에 의한 반사 파장의 시프트는, 층을 형성하는 물질의 격자 구조가 외부 자극에 의해 변화함에 따라 산란되는 빛의 파장이 변화되면서 일어나게 된다. 이러한 광결정 구조체는 굴절률 및 두께의 조절을 통하여 광학적 특성이 제어될 수 있고, 별도의 기재 또는 기판 상에 코팅된 코팅막 형태로, 혹은 프리 스탠딩 필름의 형태로 제조될 수 있다.
본 발명의 색변환 광결정 구조체는 교대로 적층된, 제1 굴절률을 나타내는 제1 폴리머를 포함하는 제1 굴절률층 및 굴절률을 나타내는 제2 폴리머를 포함하는 제2 굴절률층을 포함하는 굴절률층; 및 상기 굴절률층의 적어도 일면에 위치하는 프로브 결합층;을 포함한다.
굴절률층은 교대로 적층된 제1 굴절률층 및 제2 굴절률층을 포함한다. 그 적층 순서는 제한되지 않으며, 제1 및 제2 굴절률층의 순서로 교차로 적층될 수도 있고, 제2 및 제1굴절률층의 순서로 교차로 적층될 수도 있다. 각 층은 복수회 적층되어 있을 수 있다. 예를 들어 제1, 제2, 제1, 제2 굴절률층의 순으로 적층되어 있거나, 제2, 제1, 제2, 제1 굴절률층의 순으로 적층되어 있을 수 있고, 총 적층수는 3 내지 30 층(제1 및 제2 굴절률층을 각각 계산시)일 수 있고, 바람직하게는 5층 내지 20층일 수 있다. 상술한 범위로 적층된 구조체일 경우에, 각각의 층 경계 면에서 반사된 빛들의 간섭이 충분히 일어나 외부 자극에 따른 색의 변화가 감지될 정도의 반사 강도를 가질 수 있다.
제1 굴절률층과 제2 굴절률층은 서로 다른 굴절률을 갖는다. 제1 굴절률층 또는 제2 굴절률층이 상대적으로 굴절률이 높은 층일 수 있고, 나머지 굴절률층이 상대적으로 굴절률이 낮은 층일 수 있다. 이는 굴절률층에 포함되는 폴리머에 의해 결정될 수 있다.
제1 굴절률층이 저굴절률층이면 제2 굴절률층이 고굴절률층에 해당하고, 제1 굴절률층이 고굴절률층이면 제2 굴절률층이 저굴절률층에 해당한다.
이하 제1 굴절률층이 저굴절률층인 경우의 구체적인 예시를 설명한다.
제1 굴절률층은 제1 폴리머를 포함한다. 제1 폴리머로는 제2 폴리머보다 굴절률이 낮은 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
반복 단위의 구체적인 예시를 들자면, 다음의 모노머로부터 유도된 반복단위를 1 종 또는 2 종 이상 포함할 수 있다: 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 1-페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 2-페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 1,2-디페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 페닐 (메타)아크릴레이트, 벤질 (메타)아크릴레이트, m-니트로벤질 (메타)아크릴레이트, β-나프틸 (메타)아크릴레이트, 벤조일페닐 (메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 모노머; 메틸 (메타)아크릴아미드, 에틸 (메타) 아크릴아미드, 이소부틸 (메타)아크릴아미드, 1-페닐에틸 (메타) 아크릴아미드, 2-페닐에틸(메타) 아크릴아미드, 페닐 (메타)아크릴아미드, 벤질 (메타)아크릴아미드, 벤조일페닐 (메타)아크릴아미드 등의 (메타)아크릴아미드계 모노머; 스티렌, o-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌, o-메톡시스티렌, 4-메톡시-2-메틸스티렌 등의 스티렌계 모노머; p-디비닐벤젠, 2-비닐나프탈렌, 비닐카바졸, 비닐플루오렌 등의 방향족계 모노머; 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복시산, 2,7-나프탈렌 디카르복시산, 1,4-나프탈렌 디카르복시산, 1,4-페닐렌 디옥시페닐렌산, 1,3-페닐렌 디옥시디아세트산 등의 디카르복시산 모노머; o-자일릴렌, m-자일릴렌, p-자일릴렌 등의 자일릴렌계 모노머; 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 등의 알킬렌 옥사이드계 모노머; 페닐렌 옥사이드, 2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드 등의 페닐렌 옥사이드계 모노머.
제1 폴리머는 예를 들면 하기 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00006
(식 중,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬이고,
R3 및 R5는 각각 독립적으로 O 또는 NH이고,
R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
R6은 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000임).
제1 폴리머는 예를 들면 표적 물질과 결합하지 않는 것일 수 있다. 표적 물질이 생체 분자(ex. 단백질, 핵산 등)인 경우 예를 들면 제1 폴리머는 아미노기 또는 아마이드기는 포함하지 않는 것일 수 있다.
제1 폴리머는 예를 들면 1.4 내지 1.6의 굴절률을 나타낼 수 있다. 상술한 범위일 때, 후술하는 고굴절률층에 사용된 폴리머와의 굴절률 차이에 의해 원하는 파장의 빛을 반사하는 광결정 구조체가 구현될 수 있다.
화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 n1:m1의 몰비가 100:1 내지 100:50일 수 있고, 수 평균 분자량이 10,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 수 평균 분자량이 10,000 내지 80,000 g/mol 일 수 있다. 상기 범위에서, 굴절률이 낮으면서도 광경화가 용이한 코폴리머의 제조가 가능하다.
화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 n1:m1의 몰비가 100:1 내지 100:50, 100:1 내지 100:30, 100:1 내지 100:20, 100:1 내지 100:10, 100:1 내지 100:5, 100:1 내지 100:3, 100:1 내지 100:2, 100:3 내지 100:10, 100:3 내지 100:8일 수 있다.
제2 굴절률층은 제2 폴리머를 포함한다. 제2 폴리머로는 제1 폴리머보다 굴절률이 높은 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
제2 폴리머는 예를 들면 (메타)아크릴레이트계 화합물, (메타)아크릴아미드계 화합물, 비닐기 함유 방향족 화합물, 디카르복시산, 자일릴렌(xylylene), 알킬렌옥사이드, 아릴렌옥사이드, 및 이들의 유도체. 이들은 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 적용될 수 있다.
반복 단위의 구체적인 예시를 들자면, 다음의 모노머로부터 유도된 반복단위를 1 종 또는 2 종 이상 포함할 수 있다: 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 1-페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 2-페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 1,2-디페닐에틸 (메타)아크릴레이트, 페닐 (메타)아크릴레이트, 벤질 (메타)아크릴레이트, m-니트로벤질 (메타)아크릴레이트, β-나프틸 (메타)아크릴레이트, 벤조일페닐 (메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 모노머; 메틸 (메타)아크릴아미드, 에틸 (메타) 아크릴아미드, 이소부틸 (메타)아크릴아미드, 1-페닐에틸 (메타) 아크릴아미드, 2-페닐에틸(메타) 아크릴아미드, 페닐 (메타)아크릴아미드, 벤질 (메타)아크릴아미드, 벤조일페닐 (메타)아크릴아미드 등의 (메타)아크릴아미드계 모노머; 스티렌, o-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌, o-메톡시스티렌, 4-메톡시-2-메틸스티렌 등의 스티렌계 모노머; p-디비닐벤젠, 2-비닐나프탈렌, 비닐카바졸, 비닐플루오렌 등의 방향족계 모노머; 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복시산, 2,7-나프탈렌 디카르복시산, 1,4-나프탈렌 디카르복시산, 1,4-페닐렌 디옥시페닐렌산, 1,3-페닐렌 디옥시디아세트산 등의 디카르복시산 모노머; o-자일릴렌, m-자일릴렌, p-자일릴렌 등의 자일릴렌계 모노머; 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 등의 알킬렌 옥사이드계 모노머; 페닐렌 옥사이드, 2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드 등의 페닐렌 옥사이드계 모노머.
제2 폴리머는 예를 들면 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머일 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00007
(식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R3는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 카복시기, 아마이드기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이거나, 서로 연결되어 4 내지 12원 포화 또는 불포화 고리를 형성하고,
R4는 O 또는 NH이고,
R5는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000이고,
n3는 1 내지 5의 정수임).
제1 폴리머는 예를 들면 표적 물질과 결합하지 않는 것일 수 있다. 표적 물질이 생체 분자(ex. 단백질, 핵산 등)인 경우 예를 들면 제1 폴리머는 아미노기 또는 아마이드기는 포함하지 않는 것일 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 n1:m1의 몰비가 100:1 내지 100:50일 수 있고, 수 평균 분자량이 10,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 수 평균 분자량이 10,000 내지 80,000 g/mol 일 수 있다. 상기 범위에서, 굴절률이 높으면서도 광경화가 용이한 코폴리머의 제조가 가능하다.
구체적으로, 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 n1:m1의 몰비가 100:1 내지 100:50, 100:1 내지 100:30, 100:1 내지 100:20, 100:1 내지 100:10, 100:1 내지 100:5, 100:1 내지 100:3, 100:1 내지 100:2, 100:3 내지 100:20, 100:3 내지 100:15, 100:3 내지 100:10,100:3 내지 100:8일 수 있다.
제2 폴리머는 예를 들면 1.5 내지 1.8의 범위 내에서 상기 제1 폴리머보다는 높은 굴절률을 나타낼 수 있다. 상술한 범위일 때, 상기 제1 폴리머와의 굴절률 차이에 의해 광결정 구조체가 구현될 수 있다.
프로브 결합층은 표적 물질에 결합할 수 있는 프로브가 결합될 수 있는 층이다.
프로브 결합층은 상기 굴절률층의 적어도 일면에 위치하는 것으로서, 일면 또는 양면에 위치할 수 있다.
프로브 결합층은 프로브의 결합을 위해 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 제3 폴리머를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00008
(식 중, R은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
점선은 단일결합 또는 이중결합임).
상기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 경우, 다양한 프로브를 결합시킬 수 있다. 프로브는 예를 들면, 단백질, 항체, DNA, RNA, PNA 등일 수 있다.
프로브 결합층에 프로브가 결합되고, 이후에 상기 프로브에 결합하는 표적 물질이 결합되면 색변환 광결정 구조체의 반사 파장이 달라져 색상이 달라질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 제3 폴리머는 예를 들면 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00009
(식 중, R1은 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R2는 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
R3는 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
n1은 1 이상의 정수이고,
n2 내지 n4는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
점선은 단일결합 또는 이중결합임).
프로브 결합층의 제3 폴리머는 상기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함한다면, 그 외의 구조는 제한되지 않고 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 앞서 저굴절층 폴리머, 고굴절층의 폴리머의 설명에서 예시한 폴리머들을 사용할 수 있다. 이는 굴절률층과의 관계에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 프로브 결합층이 고굴절률층 상에 위치하는 경우 프로브 결합층의 굴절률은 고굴절률층보다 낮을 수 있다. 이때, 프로브 결합층의 굴절률은 저굴절률층의 굴절률과 유사할 수 있다. 예를 들면 저굴절률층과의 굴절률 차이가 0.2 이하, 0.1 이하, 0.08 이하, 0.05 이하 등일 수 있다. 반대로 프로브 결합층이 저굴절률층 상에 위치하는 경우 프로브 결합층의 굴절률은 저굴절률층보다 높을 수 있다. 이때, 프로브 결합층의 굴절률은 고굴절률층의 굴절률과 유사할 수 있다. 예를 들면 고굴절률층과의 굴절률 차이가 0.2 이하, 0.1 이하, 0.08 이하, 0.05 이하 등일 수 있다.
프로브 결합층이 고굴절률층 상에 위치하는 경우, 프로브 결합층의 제3 폴리머는 예를 들면 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머일 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00010
(식 중, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R4 및 R8은 O 또는 NH이고,
R5는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
R6은 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
R7은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
R9는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
n1 내지 n3는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2 + n3는 100 내지 2,000임).
화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 수 평균 분자량이 10,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다.
화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 코폴리머는 n3가 n1+n2+n3 전체 100% 중에 n3가 0.1 내지 20%, 0.1 내지 15%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 8%, 1 내지 10%, 1 내지 8%, 1 내지 5% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 나머지 n1 및 n2는 합계가 100%가 되도록 적절하게 포함될 수 있다.
본 발명의 색변환 광결정 구조체는 프로브 결합층에 결합된 프로브를 더 포함할 수 있다.
프로브는 표적 물질에 결합할 수 있는 것이라면 제한없이 사용될 수 있고, 이는 표적 물질의 종류에 따라 다르게 사용할 수 있다. 프로브는 예를 들면 단백질, 항체, DNA, RNA 또는 압타머일 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 색변환 광결정 구조체를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서에 관한 것이다.
타겟 물질이 프로브 결합층의 프로브와 결합하면, 색변환 광결정 구조체의 색상이 변화하여, 그 색상 변화로 타겟 물질의 존부를 확인할 수 있다.
타겟 물질에 따라 그에 맞는 프로브를 사용하면 되므로, 타겟 물질은 검출하고자 하는 모든 물질이 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들면 오염 표지 물질, 질병 바이오마커 등일 수 있다.
또한, 본 발명은 타겟 물질의 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 전술한 색변환 광결정 구조체에 프로브를 가하여 상기 프로브 결합층에 프로브를 결합시키는 단계를 포함한다.
프로브는 예를 들면 액상일 수 있고, 예를 들면 PBS, PBS-T 등의 버퍼에 포함되어 있는 것일 수 있다. 그러한 경우 버퍼 내에는 다수 성분이 포함되어 있을 수 있으므로, 전술한 제1 및 제2 폴리머는 아미노기, 아마이드기 등을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
필요에 따라, 프로브의 결합 이후에는 불특정 결합을 제거하기 위해 광결정 구조체를 세척할 수 있다.
세척에는 예를 들면 BSA(Bovine Serum Albumin) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 프로브가 결합된 색변환 광결정 구조체에 시료를 가한다.
시료는 타겟 물질을 포함하는 것이거나, 포함하는 것으로 의심되는 모든 시료가 제한 없이 사용될 수 있다. 생체로부터 표적 물질을 검출하고자 하는 경우, 시료는 생체로부터 분리된 타액, 혈액, 혈장, 뇌척수액 등의 다양한 시료가 제한 없이 사용될 수 있다.
이후 상기 시료가 가해진 색변환 광결정 구조체의 색 변화를 확인한다.
시료가 가해지면, 시료에 타겟 물질이 포함된 경우 그 타겟 물질이 프로브 결합층의 프로브에 결합하게 되고, 그에 따라 색상 변화가 나타난다. 이에, 색 변화를 확인하여 그 색변화 여부에 따라 시료에 타겟 물질이 포함되어 있는지 여부를 확인할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예로 보다 구체적으로 설명한다.
사용 물질
이하 제조예에서 하기의 물질을 사용하였다. 이때, 각 물질들을 별도의 정제 공정 없이 사용하였다.
- 2-히드록시에틸메타크릴레이트: 순도 95%의 TCI(Tokyo chemical industry) 사 제품을 사용하였다.
- N,N'-디숙신이미딜 카보네이트: 순도 98%의 TCI(Tokyo chemical industry) 사 제품을 사용하였다.
- 메틸메타크릴레이트: 순도 99%의 Sigma aldrich 사 제품을 사용하였다.
- 4-하이드록시벤조페논: 순도 98%의 TCI(Tokyo chemical industry) 사 제품을 사용하다.
- 트리에틸아민: 순도 99%의 TCI(Tokyo chemical industry) 사 제품을 사용하였다.
- 디클로로메탄: 순도 99.9%의 Burdick&jackson 사 제품을 사용하였다.
- 아크릴로일 클로라이드: 순도 96%의 Merck 사 제품을 사용하였다.
- 2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트: 순도 98%의 TCI(Tokyo chemical industry) 사 제품을 사용하였다.
- 4-메틸스티렌: 순도 96%의 Sigma aldrich 사 제품을 사용하였다.
- 1,4-디옥산: 순도 99.5%의 대정 사 제품을 사용하였다.
- 다이메틸포름아마이드: 순도 99.9%의 Burdick&jackson 사 제품을 사용하였다.
- 테트라하이드로퓨란: 순도 99.99%의 Burdick&jackson 사 제품을 사용하였다.
- Phosphate buffered saline(PBS): Sigma aldrich 사 제품을 사용하였다.
- TWEEN 20: 순도 40% Sigma aldrich 사 제품을 사용하였다.
- Bovine Serum Albumin(BSA): 순도 96% Sigma aldrich 사 제품을 사용하였다.
모노머 및 코폴리머
이하의 제조예에서 제조한, 모노머 및 코폴리머의 명칭 및 표기는 하기 표 1과 같다.
구분 명칭 표기
제조예 A 4-벤조일페닐아크릴레이트
(4-benzoylphenylacrylate)		 BPA
제조예 B 2-히드록시에틸메타크릴레이트-숙신이미딜 카보네이트 HEMA-SC
(HS)
제조예 1 폴리(2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트-코-4 벤조일페닐아크릴레이트 )
Poly(2,2,2-trifluoroethyl acrylate-co-4-benzoylphenylacrylate)		 P(TFEA-BPA)
제조예 2 폴리(4-메틸스티렌-코-4 벤조일페닐아크릴레이트 )
Poly(4-methylstyrene-co-4-benzoylphenylacrylate)		 P(4MS-BPA)
제조예 3 폴리(메틸메타크릴레이트-코- 히드록시에틸메타크릴레이트-숙신이미딜 카보네이트-코-4 벤조일페닐아크릴레이트 ) P(MMA-HS10-BPA)
모노머 합성
제조예 A: BPA의 제조
10 g의 4-히드록시벤조페논(4-hydroxybenzophenone), 20 mL의 트리에틸아민(triethylamine), 120 mL의 디클로로메탄(dichloromethane)을 250 mL 라운드 플라스크에 넣은 후 플라스크를 얼음물에 두었다. 4.92 mL의 아크릴로일 클로라이드(Acryloyl chloride)를 넣은 후 12 시간 교반하였다. 상기 반응 종료 후 용매를 제거한 후, 진공 오븐에 건조시켜, 노란색 고체의 N-(4-벤조일페닐)아크릴레이트(N-(4-benzoylphenyl)acrylate)를 얻었다.
제조예 B: HS(HEMA-SC)의 제조
[반응식 1]
Figure pat00011
5.9g의 N,N'-디숙신이미딜 카보네이트(N,N'-disuccinimidyl carbonate), 200 mL의 디클로로메탄(dichloromethane)을 500 mL 라운드 플라스크에 넣은 후 교반하였다. 2g의 2-히드록시에틸메타크릴레이트(2-hydroxy ethyl methacrylate), 3.2 mL의 트리에틸아민(triethylamine)을 혼합 후 상기의 라운드플라스크에 넣은 후 12시간 교반하였다. 상기 반응 종료 후 용매를 제거 후 연한 노란색 액체의 2-히드록시에틸메타크릴레이트-숙신이미딜 카보네이트를 얻었다.
폴리머 합성
제조예 1. P(TEFA-BPA)
4g의 2,2,2-트리플루오로에틸 아크릴레이트, 0.34g의 제조예 A에서 제조한 BPA 및 0.009g의 아조비스이소부티로니트릴(Azobisisobutyronitrile)을 1,4-디옥산 12ml가 들어있는 Schlenk 플라스크에 첨가했다. 플라스크는 3회의 동결-펌프-해동 사이클에 의해 탈산소화되었고, 15분 동안 N2 가스로 퍼징하였다. 중합은 25시간 동안 65℃ 조건의 오일 배스에서 시작되었고, 오일 배스에서 반응 플라스크를 제거하고 용액을 공기에 노출시켜 중단되었다. 중합체는 다이에틸 에터에 2회 침전 시키고, 50℃에서 밤새 진공 건조시켰다. BPA 함량은 1H NMR로 추정하여 5.4%로 확인되었다.
제조예 2. P(4MS-BPA)
3g의 4-메틸스티렌, 0.46g의 제조예 A에서 제조한 BPA 및 0.01g의 아조비스이소부티로니트릴(Azobisisobutyronitrile)을 다이메틸포름아마이드 9ml가 들어있는 Schlenk 플라스크에 첨가했다. 플라스크는 3회의 동결-펌프-해동 사이클에 의해 탈산소화되었고, 15분 동안 N2 가스로 퍼징하였다. 중합은 24시간 동안 80℃ 조건의 오일 배스에서 시작되었고, 오일 배스에서 반응 플라스크를 제거하고 용액을 공기에 노출시켜 중단되었다. 중합체는 메탄올에 2회 침전 시키고, 50℃에서 밤새 진공 건조시켰다. BPA 함량은 1H NMR로 추정하여 10.8%로 확인되었다.
제조예 3. P(M-HS10-BPA)
1.0g의 2-히드록시에틸메타크릴레이트-숙신이미딜 카보네이트(HS), 3.5ml의 메틸메타크릴레이트, 0.19g의 제조예 A에서 제조한 BPA 및 0.006g의 아조비스이소부티로니트릴(Azobisisobutyronitrile)을 테트라하이드로퓨란 20ml가 들어있는 Schlenk 플라스크에 첨가했다. 플라스크는 3회의 동결-펌프-해동 사이클에 의해 탈산소화되었고, 15분 동안 N2 가스로 퍼징하였다. 중합은 18시간 동안 65℃ 조건의 오일 배스에서 시작되었고, 오일 배스에서 반응 플라스크를 제거하고 용액을 공기에 노출시켜 중단되었다. 중합체는 다이에틸 에터에 2회 침전 시키고, 50℃에서 밤새 진공 건조시켰다. BPA 함량은 1H NMR로 추정하여 1.6%로 확인되었다.
코폴리머의 물성 측정
상기 제조예 1 내지 3에서 제조한 코폴리머의 구체적인 물성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구분 Mn(g/mol) PDI BPA 함량
(몰%)		 굴절률
제조예 1 2.5805 X 104 2.52 5.4 1.44
제조예 2 4.7620 X 104 1.64 10.8 1.58
제조예 3 5.5521 X 104 1.85 1.6 1.47
Mn(수평균 분자량) 및 PDI(분자량 분포): 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리스티렌을 Calibration용 표준 시료로 사용한 겔투과크로마토그래피(GPC)를 사용하여 측정하였다.
PDI: GPC에 의해 측정하였다.
BPA 구조 단위의 함량: NMR에 의해 측정하였다.
굴절률: 타원계측법(Ellipsometer)에 의해 측정하였다.
색변환 광결정 구조체의 제조
제조예 1에 따라 제조된 P(TFEA-BPA)를 MIBK (Methyl Isobutyl Ketone)에 녹여 저굴절률 분산액 조성물을 제조하였다. 제조예 2에서 제조한 Poly(4MS-BPA)를 EA(Ethyl Acetate)에 녹여 고굴절률 분산액 조성물을 제조하였다. 제조예 3에서 제조한 P(M-HS10-BPA)를 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 녹여 프로브 결합층 분산액 조성물을 제조하였다.
다음으로, PET 필름 상에 상기 저굴절률 분산액 조성물을 스핀 코터를 이용하여 3,000 rpm에서 12 초간 코팅한 후, 상기 저굴절률 분산액 조성물 도포층 상에 상기 고굴절률 분산액 조성물을 스핀 코터를 이용하여 3,000 rpm에서 12 초간 코팅한 후, 254 nm 광을 조사하여 2 분간 경화시켜 저굴절률층 및 고굴절률층을 형성하였다.
다음으로, 상기 고굴절률층 상에 저굴절률층 및 고굴절률층을 반복적으로 적층하여, 총 10층의 굴절률층이 적층된 구조체를 제조하였다.
저굴절률층의 두께는 34.8nm, 고굴절률층의 두께는 96.7nm가 되도록 제조하였다. 상기 굴절률층 상에 프로브 결합층 분산액 조성물을 스핀 코터를 이용하여 3,000 rpm에서 12 초간 코팅한 후, 254 nm 광을 조사하여 2 분간 경화시켜 프로브 결합층을 형성하였다. 프로브 결합층의 두께는 87.8nm가 되도록 제조하였고, 제조된 필름의 색상은 파란색이었다. 파란색 필름의 λmax는 자외선-가시광선 스펙트럼에 의해 480nm로 측정되었다.
센서의 제조
상기 제조된 색변환 광결정 구조체를 아밀로이드 베타 항체 100 μg/ml농도로 포함한 PBS 25μl에 12시간 동안 4℃에서 침지하여 프로브 결합층에 상기 아밀로이드 베타 항체를 부착하였다. 이후 상기 색변환 광결정 구조체를 BSA를 포함한 PBST 용액에 1.5시간 4℃에서 침지하여 단백질의 non-specific binding을 제거하는 목적으로 반응 후 PBS,PBST 용액으로 헹궈준다.
센서의 색상은 파란색이고, λmax는 자외선-가시광선 스펙트럼에 의해 480nm로 측정되었다.
제조된 센서의 색변환 관찰
제조된 센서인 색변환 광결정 구조체에 아밀로이드-베타-42 200μM 농도로 포함한 PBS 용액 10μl에 2시간 침지하여 검지하고 색변화 여부를 확인하고 그 결과는 도 7에 나타내었다.
이를 참고하면, 아밀로이드-베타-42와 반응 후 빨간색을 나타내고 건조 후에도 초록색으로 색상이 변하는 것임을 확인하였다.

Claims (11)

  1. 교대로 적층된, 제1 굴절률을 나타내는 제1 폴리머를 포함하는 제1 굴절률층 및 굴절률을 나타내는 제2 폴리머를 포함하는 제2 굴절률층을 포함하는 굴절률층; 및
    상기 굴절률층의 적어도 일면에 위치하는 프로브 결합층;을 포함하고,
    상기 프로브 결합층은 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 제3 폴리머를 포함하는 색변환 광결정 구조체:
    [화학식 1]
    Figure pat00012

    (식 중, R은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
    점선은 단일결합 또는 이중결합임).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
    [화학식 2]
    Figure pat00013

    (식 중, R1은 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
    R2는 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
    R3는 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
    n1은 1 이상의 정수이고,
    n2 내지 n4는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
    점선은 단일결합 또는 이중결합임).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 폴리머는 아미노기 또는 아마이드기를 포함하지 않는 것인 색변환 광결정 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 폴리머는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
    [화학식 3]
    Figure pat00014

    (식 중,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-3 알킬이고,
    R3 및 R5는 각각 독립적으로 O 또는 NH이고,
    R4는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
    R6은 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
    n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000임).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 폴리머는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
    [화학식 4]
    Figure pat00015

    (식 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
    R3는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 카복시기, 아마이드기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이거나, 서로 연결되어 4 내지 12원 포화 또는 불포화 고리를 형성하고,
    R4는 O 또는 NH이고,
    R5는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
    n1 및 n2는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2는 100 내지 2,000이고,
    n3는 1 내지 5의 정수임).
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 굴절률이 상기 제2 굴절률보다 높고, 상기 제3 폴리머의 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 높은 색변환 광결정 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제3 폴리머는 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리머인 색변환 광결정 구조체:
    [화학식 5]
    Figure pat00016

    (식 중, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
    R4 및 R8은 O 또는 NH이고,
    R5는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬기 또는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬기이고,
    R6은 직접결합, 또는 O, NH, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌아미노기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 알킬렌은 1개 이상의 O 또는 -OCO-로 중단될 수 있고,
    R7은 수소, 히드록시기, 카르복시기, 설폰산기, 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기이고,
    R9는 하이드록시, 할로겐, 니트로, 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 탄소수 1 내지 5의 알콕시로 구성되는 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환 또는 비치환된 벤조일페닐이고
    n1 내지 n3는 서로 독립적으로 1 이상의 정수이고, n1 + n2 + n3는 100 내지 2,000임).
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 굴절률이 상기 제2 굴절률보다 낮고, 상기 제3 폴리머의 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 낮은 색변환 광결정 구조체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 프로브 결합층에 결합된 프로브를 더 포함하고, 상기 프로브는 항체, DNA, RNA 또는 압타머인 색변환 광결정 구조체.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 색변환 광결정 구조체를 포함하는 타겟 물질 검출용 센서.
  11. 청구항 1의 색변환 광결정 구조체에 프로브를 가하여 상기 프로브 결합층에 프로브를 결합시키는 단계;
    상기 프로브가 결합된 상기 색변환 광결정 구조체에 시료를 가하는 단계; 및
    상기 시료가 가해진 색변환 광결정 구조체의 색 변화를 확인하는 단계;를 포함하는 타겟 물질의 검출 방법.
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