KR20230147329A - 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 - Google Patents
분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230147329A KR20230147329A KR1020220046209A KR20220046209A KR20230147329A KR 20230147329 A KR20230147329 A KR 20230147329A KR 1020220046209 A KR1020220046209 A KR 1020220046209A KR 20220046209 A KR20220046209 A KR 20220046209A KR 20230147329 A KR20230147329 A KR 20230147329A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- surface functional
- functional group
- functional groups
- library
- metal
- Prior art date
Links
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 title claims abstract description 196
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000011002 quantification Methods 0.000 title claims description 23
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 title description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 84
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 30
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 13
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 10
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 10
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 10
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 10
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 8
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 claims description 6
- 102000015636 Oligopeptides Human genes 0.000 claims description 6
- 108010038807 Oligopeptides Proteins 0.000 claims description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 6
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 5
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims description 5
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims description 5
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 5
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 5
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000002777 nucleoside Substances 0.000 claims description 5
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 claims description 5
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims description 5
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 claims description 5
- 150000003833 nucleoside derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 10
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 108
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 57
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 47
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 46
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 35
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000000329 molecular dynamics simulation Methods 0.000 description 8
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 125000003835 nucleoside group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 3
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 3
- 239000002211 L-ascorbic acid Substances 0.000 description 2
- 235000000069 L-ascorbic acid Nutrition 0.000 description 2
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 2
- 238000002537 optical extinction spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 238000009007 Diagnostic Kit Methods 0.000 description 1
- SJUCACGNNJFHLB-UHFFFAOYSA-N O=C1N[ClH](=O)NC2=C1NC(=O)N2 Chemical compound O=C1N[ClH](=O)NC2=C1NC(=O)N2 SJUCACGNNJFHLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- -1 biosensors Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229960001927 cetylpyridinium chloride Drugs 0.000 description 1
- YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M cetylpyridinium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+]1=CC=CC=C1 YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910021432 inorganic complex Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- XONPDZSGENTBNJ-UHFFFAOYSA-N molecular hydrogen;sodium Chemical compound [Na].[H][H] XONPDZSGENTBNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical group 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
- G01N21/554—Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/009—Characterizing nanostructures, i.e. measuring and identifying electrical or mechanical constants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N2021/258—Surface plasmon spectroscopy, e.g. micro- or nanoparticles in suspension
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
본 발명은 표면 작용기를 갖는 금속나노입자의 LSPR 피크의 적색편이 현상을 이용하여 표면 작용기를 정량화하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명에서는 표면 작용기의 길이, 밀도 및 입자 크기별로 LSPR 피크 라이브러리를 구축하고 정량화 대상인 금속나노입자의 표면 작용기의 LSPR 피크를 이용하여 표면 작용기의 밀도를 구하며, 이를 통해 표면 작용기의 화학적 탈착이나 변형 없이 높은 정확도와 속도로 표면 작용기를 정량화하는 것이 가능하다.
Description
본 발명의 방법을 이용하여 금속나노입자의 작용기 밀도를 정량화할 수 있으며, 이는 표면 개질된 금속나노입자가 이용되는 산업적 응용분야, 즉 의학 (진단 및 약물전달), 전자소자, 페인트, 에너지 산업 등에서 활용될 수 있다.
나노입자는 이를 기반으로 한 결빙제어 소재, 나노 광소자, 약물전달 물질, 바이오센서, 촉매, 전자소자 및 질병 진단키트 등으로 다양하게 활용되며, 나노산업은 전 세계적으로 급속히 성장하고 있는 분야로 2020년 시장규모가 80억달러에 달한다.
이 중 금속나노입자가 차지하는 비중은 40%를 상회하며, 단분자 및 고분자를 포함한 유기 작용기로 표면개질 된 금속나노입자는 생화학분자의 검출, 약물전달을 위한 복합체 구성, 얼음 결정의 성장 억제를 위한 항-동결 조성물의 제조, 또는 나노입자간 자가조립을 통한 광소자 형성 등에 광범위하게 사용되고 있다.
금속나노입자의 표면에 개질된 단분자 및 고분자 작용기의 밀도는 유-무기 복합체의 다양한 응용에 큰 영향을 미치며, 이에 따라 나노입자 표면 작용기의 정량화를 통한 소자의 효율 증대 및 품질관리의 중요성이 높아질 것으로 예상되나, 현재 통상적으로 사용되는 나노입자 표면 작용기의 정량화 기술은 침습적 방법에 의존하고 있어 분석에 오랜 시간이 소요되고, 분석의 재현성이 떨어지는 문제가 있다.
이에 본 발명은 나노입자 표면 작용기의 분석에 있어 종래 사용되고 있는 침습적 방법을 대체하고자 높은 신뢰도의 정량화 결과를 빠른 시간내에 얻을 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 표면 개질된 금속 나노입자에서 표면 작용기의 화학적 탈착이나 변형 없이, 높은 정확도로 작용기의 밀도를 정량화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 표면 작용기를 갖는 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR(localized surface plasmon resonance) 피크 라이브러리에, 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, LSPR 피크 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 대입하여, 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 개수밀도를 추출하는 단계;를 포함하는, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 표면 작용기는 단일 또는 이중가닥 핵산, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 당, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 탄수화물, 지질, 단백질, 폴리사카라이드, 저분자 화합물, 고분자 화합물 또는 유기 작용기를 포함하는 것인, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
3. 위 1에 있어서, 상기 라이브러리를 구축하는 단계를 더 포함하는 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
4. 위 3에 있어서, 상기 라이브러리를 구축하는 단계는, 표면 작용기를 갖는 라이브러리 구축용 금속나노입자의 표면 작용기의 길이 및 개수밀도별 표면 작용기 쉘층의 두께를 얻는 단계; 상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 개수밀도별 상기 쉘층의 유효 유전율을 얻는 단계; 상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 두께, 유효 유전율 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 얻고, 이로부터 LSPR 피크를 얻는 단계; 상기 표면 작용기의 길이, 개수밀도 및 나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR 피크를 라이브러리로 구축하는 단계;포함하는 것인, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
5. 위 1에 있어서, 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 측정하여 LSPR 피크를 얻는 단계를 더 포함하는, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
6. 위 1에 있어서, 상기 라이브러리는 표면 작용기가 없는 금속나노입자의 크기별 LSPR 피크를 더 포함하는 것이고, 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 LSPR 피크를 상기 라이브러리에 대입하여, 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 얻는 단계;를 더 포함하는 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
본 발명의 방법을 통해 비침습적으로, 수십 초 이내로 신속하게 금속나노입자 표면에 개질된 작용기의 밀도를 정량화할 수 있다.
본 발명의 방법은 작용기를 탈착하는 종래 정량화 방법과 비교하여 재현성과 정확도가 높다.
도 1은 작용기의 정량 분석에 대한 종래의 기술과 본 발명의 방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 작용기의 길이,밀도에 따른 쉘 두께를 시뮬레이션하여 나타낸 것이다.
도 3은 작용기의 길이, 밀도에 따른 쉘 두께를 시뮬레이션한 결과와 실제 실험 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 작용기의 밀도, 길이에 따른 유효 유전율 계산 결과와, 이에 따른 구형 및 큐브 형태의 나노입자에서 나타나는 LSPR 피크 변화를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 작용기 길이, 밀도, 나노입자 크기에 따른 LSPR 피크를 계산하고, 이의 데이터를 바탕으로 구축한 라이브러리를 도식화한 것이다.
도 6은 용액상 나트륨 이온 농도, 나노입자 크기 및 작용기 길이에 따른 나노입자 표면의 작용기 밀도의 변화를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 7은 구형의 나노입자에서, 나노입자 크기 및 용액상 나트륨 이온 농도에 따라 작용기의 밀도를 분광법으로 계산한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 8은 큐브 형태의 나노입자에서, 나노입자 크기 및 용액상 나트륨 이온 농도에 따라 작용기의 밀도를 분광법으로 계산한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 방법을 이용하여 작용기 길이에 따라 작용기의 밀도를 구한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 방법을 이용한 정량화 재현성을 화학적 탈착을 통한 방법과 비교한 실험 방법 및 실험 결과를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 작용기의 길이,밀도에 따른 쉘 두께를 시뮬레이션하여 나타낸 것이다.
도 3은 작용기의 길이, 밀도에 따른 쉘 두께를 시뮬레이션한 결과와 실제 실험 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 작용기의 밀도, 길이에 따른 유효 유전율 계산 결과와, 이에 따른 구형 및 큐브 형태의 나노입자에서 나타나는 LSPR 피크 변화를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 작용기 길이, 밀도, 나노입자 크기에 따른 LSPR 피크를 계산하고, 이의 데이터를 바탕으로 구축한 라이브러리를 도식화한 것이다.
도 6은 용액상 나트륨 이온 농도, 나노입자 크기 및 작용기 길이에 따른 나노입자 표면의 작용기 밀도의 변화를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 7은 구형의 나노입자에서, 나노입자 크기 및 용액상 나트륨 이온 농도에 따라 작용기의 밀도를 분광법으로 계산한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 8은 큐브 형태의 나노입자에서, 나노입자 크기 및 용액상 나트륨 이온 농도에 따라 작용기의 밀도를 분광법으로 계산한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 방법을 이용하여 작용기 길이에 따라 작용기의 밀도를 구한 결과와, 화학적 탈착을 통해 정량화한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 방법을 이용한 정량화 재현성을 화학적 탈착을 통한 방법과 비교한 실험 방법 및 실험 결과를 도식화하여 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 표면 작용기를 갖는 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR(localized surface plasmon resonance) 피크 라이브러리에,
표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, LSPR 피크 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 대입하여,
상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 개수밀도를 추출하는 단계;를 포함하는, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법에 관한 것이다.
상기 LSPR은 빛의 파장보다 작은 금속나노입자와 입사광의 상호작용으로 국소적인 나노입자의 표면에서 자유전자들의 집단 운동이 일어나는 현상을 의미한다.
상기 LSPR 피크(peak)는 금속나노입자가 갖는 고유의 LSPR의 최대 흡광 파장(λmax)을 의미하며, 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼에서 나타나는 피크에 해당하는 파장으로부터 얻을 수 있다.
금속나노입자의 표면이 작용기로 개질되면 본원 도 1 하단 그래프와 같이 LSPR 피크가 더 높은 파장대로 이동하는 적색편이가 관찰되는데, 이는 입자 표면의 유효 굴절율 (effective refractive index) 변화에 의한 현상으로, 적색편이된 LSPR 피크는 표면 작용기가 형성하는 쉘(shell)의 두께, 상기 두께와 표면 작용기의 밀도를 이용하여 얻어지는 유효 유전율, 표면 작용기가 없는 상태의 금속나노입자의 크기 등의 영향을 받으며, 표면 작용기의 길이는 상기 표면 작용기의 밀도와 함께 상기 쉘의 두께에 영향을 주는 요소이다.
본 발명에서는, 상기 속성을 활용함으로써, 상대적으로 쉽게 측정하거나 얻을 수 있는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기가 없는 상태의 크기 및 LSPR 피크 값으로부터, 직접적인 측정이 어려운 표면 작용기의 밀도를 특정하여 정량화하는 방법을 제공한다.
상기 라이브러리는 임의의 표면 작용기를 갖는 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기;에 해당하는 LSPR 피크의 집합을 포함하면 그 형태는 제한되지 않는다.
상기 라이브러리가 포함하는 상기 길이, 개수밀도, 크기 및 LSPR의 범위 및 간격은 특별히 제한되지 아니하며, 상기 라이브러리가 제작된 목적에 따라 다양할 수 있고, 이들 중 하나 이상이 단일한 값일 수 있다.
상기 간격은 상기 범위에서 균등하거나 균등하지 않게 분할되거나, 특정 범위의 간격을 더 좁거나 넓게 설정한 것이거나, 규칙적인 방법으로 분할된 것을 포함한다.
예를 들면 상기 표면 작용기 길이의 간격은 작용기의 특성을 고려하여 설정된 것일 수 있다. 예를 들면 표면 작용기가 핵산, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 당, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 탄수화물, 단백질, 폴리사카라이드, 고분자 화합물 등 단위체를 가지는 작용기이거나, 예를 들면 지질, 저분자 화합물, 유기 작용기 구조 등에서 전체 또는 일부가 반복되는 단위체를 가지는 경우, 상기 단위체 하나 또는 복수 개가 단위의 간격으로 설정될 수 있다. 상기 단위체의 종류는 복수 개일 수 있다.
상기 표면 작용기의 길이의 단위는 상기 단위체 개수에 의한 단위(mer 등)나, 또는 일반 길이 단위(nm 등)를 포함한다.
상기 개수밀도는 단위 부피 또는 단위 면적당 금속나노입자 표면의 작용기의 수를 의미한다.
상기 금속나노입자의 크기는 사용된 금속나노입자의 형태에 따라 적절하게 특정된 것일 수 있다. 예를 들면 금속나노입자가 구 또는 정육면체 등의 정다면체일 경우 그 직경일 수 있고, 그 외 다면체의 경우 다면체를 구성하는 직경에서 이들의 평균값이거나, 형태를 고려한 대푯값을 설정한 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자는, 표면 작용기의 개수밀도를 얻고자 하는 대상이 되는 금속나노입자를 의미한다.
본 발명의 방법을 이용하여 상기 개수밀도를 얻기 위해서는, 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기, 그리고 LSPR 피크가 필요하다.
상기 정량화 대상의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기가 없는 상태의 크기 및 LSPR 피크는 본 발명의 사용자에게 기 알려진 정보이거나, 필요한 경우 측정하여 얻어진 것일 수 있다.
예를 들면 상기 작용기의 길이는 표면개질 과정에서 사용된 작용기에 대한 정보로부터 얻어진 것일 수 있다. 상기 길이 및 크기의 측정은 상기 정량화 대상의 표면개질 전 또는 후에 이루어진 것일 수 있다. 예를 들면 상기 크기는 표면개질 전 전자현미경 이미지 등을 촬영하여 측정된 것일 수 있다. 또는, 표면개질 전 금속나노입자의 LSPR 피크를, 금속나노입자 크기에 따른 LSPR 피크 데이터에 대입하여 금속나노입자 크기를 구하는 등 간접적인 측정 방법에 의해 얻어진 것일 수 있다.
상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 LSPR 피크는 알려진 값을 사용한 것일 수 있고, 또는 필요한 경우 상기 정량화 대상 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼으로부터 얻을 값일 수 있다. 상기 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 얻는 데에는 당업자에게 알려진 흡수, 산란 또는 소광을 측정할 수 있는 분광법이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 광대역 소광분광법을 이용할 수 있다.
상기 정량화 대상 금속나노입자에서 사용된 금속 및 표면 작용기의 종류는, 상기 라이브러리의 금속 및 표면 작용기 종류와 동일한 것일 수 있고, 또는 상이한 경우라도 상기 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR 피크 간의 관계에 유의미한 영향이 없는 범위에서 당업자에 의해 적절하게 호환되어 사용될 수 있다.
예를 들면, 당업자는 상기 호환가능한 범위를 스펙트로미터의 오차를 기준으로 설정할 수 있다. 라이브러리와 정량화 대상인 금속나노입자 및 작용기의 차이로 인한 스펙트럼 파장의 차이가 스펙트로미터의 오차 범위 이하이면, 측정을 통한 유의미한 차이를 확인할 수 없으므로, 호환하여 사용이 가능하다. 상기 스펙트로미터의 오차는 예를 들면 USP standard (United States Pharmacopeia)에 따른 스펙트로미터의 기준 오차인 0.5 nm나, 구체적으로 당업계에서 사용되는 통상적인 스펙트로미터의 기준 오차인 0.2 nm로 설정할 수 있다.
또한, 표면 작용기 차이의 경우, 상기 스펙트로미터의 오차를 이용하여 당업자가 호환가능한 굴절율(refractive index increment, dn/dc) 범위를 설정할 수 있다.
구체적으로, 스펙트로미터의 기준 오차를 0.2 nm로 할 때, 100 nm 크기의 구형 금 나노입자에 20 mer의 단일가닥 DNA가 0.25/nm2의 개수밀도로 표면개질 된 경우, LSPR 피크에서 0.2 nm의 차이를 유도할 수 있는 Δdn/dc 값은 0.012 이다.
해당 값은 본원 실시예에서 구축된 라이브러리상에서 구해낼 수 있는 Δdn/dc 허용값의 최솟값이 될 수 있다. 즉, 라이브러리에 구축에 사용된 DNA의 dn/dc (0.178 ml/g)과 비교하여 호환하여 사용하고자 하는 작용기의 dn/dc가 0.166~0.190 범위 내이고, 표면작용기의 개수밀도와 표면 작용기의 길이 사이의 상관관계가 DNA와 유사하다면 본원 실시예의 라이브러리에 호환하여 사용할 수 있다.
예를 들면, DNA의 염기서열에 따른 Δdn/dc 는 0.005 이하이므로(무작위 서열에 따른 평균값과 비교), 표면 작용기로 DNA를 사용하는 경우 염기서열의 차이에 관계없이 라이브러리는 호환되어 사용될 수 있다. 또한, 올리고펩티드 및 단백질을 포함한 상당수 유기 고분자의 dn/dc 값이 1.6 ~ 2.0 사이에 분포하므로, 상기 결과를 다른 작용기에 대해서도 확대하여 적용 가능하다.
본 발명은 금속나노입자에서 나타나는 LSPR 현상을 이용하는 것이므로, 상기 금속은 종류에 제한 없이 사용될 수 있으며, 상기 표면 작용기는 상기 라이브러리로 구축이 가능한 금속의 표면 개질에 사용되는 작용기가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 작용기는 단일 또는 이중가닥 핵산, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 당, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 탄수화물, 지질, 단백질, 폴리사카라이드, 저분자 화합물, 고분자 화합물 또는 유기 작용기일 수 있다.
본 발명에서는 실제 상기 작용기 예시 중 단일가닥 DNA에 대하여 상기 라이브러리를 구축하여 보고(도 5 참조), 또한 이의 데이터를 종래의 화학적 탈착을 통한 정량화 방법으로부터 얻어진 결과와 비교하여 그 신뢰성과 재현성을 검증하였다(도 7, 9 및 10 참조).
상기 라이브러리는 작용기의 길이, 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별로 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 계산하여 구축될 수 있는 것으로, 필요에 따라 그 구축에는 작용기 간의 상호작용 결과를 분석하기 위한 시뮬레이션이 포함될 수 있으며, 실제 실험적 방법을 통한 측정을 요구하는 것이 아니므로 용이하고 경제적으로 라이브러리를 구축하는 것이 가능하다. 따라서 상기 라이브러리는 당업자가 필요한 경우 구축하여 사용되는 것일 수 있다.
본 발명은 상기 방법의 이전 단계에서 상기 라이브러리를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 라이브러리를 구축하는 단계는, 표면 작용기를 갖는 라이브러리 구축용 금속나노입자의 표면 작용기의 길이 및 개수밀도별 표면 작용기 쉘층의 두께를 얻는 단계(이하 '단계 1');
상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 개수밀도별 상기 쉘층의 유효 유전율을 얻는 단계(이하 '단계 2');
상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 두께, 유효 유전율 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 얻고, 이로부터 LSPR 피크를 얻는 단계(이하 '단계 3'); 및
상기 표면 작용기의 길이, 개수밀도 및 나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR 피크를 라이브러리로 구축하는 단계(이하 '단계 4')를 포함하는 것일 수 있다.
상기 단계 1에서는 표면 작용기의 길이 및 개수밀도별로, 상기 작용기가 형성하는 쉘층(shell layer)의 두께를 얻는 당업자에게 알려진 방법이나 제품이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 상대적으로 복잡한 화합물의 경우 표면 작용기의 위치 배열(configuration)과 회전 배열(conformation)을 예측할 수 있는 당업자에게 알려진 전산모사 방법을 이용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 DNA와 같이 작용기 간에 정전기적 상호작용이 있어 두께 예측이 복잡한 경우 분자동역학(Molecular dynamics) 전산모사 방법이 사용될 수 있다.
상기 라이브러리의 각 작용기의 길이 및 개수밀도 사이의 간격은, 예를 들면 당업자가 라이브러리를 형성하는 목적에 따라 적절하게 라이브러리에 사용될 작용기의 길이, 개수밀도의 범위를 설정하고, 이를 균등하게 분할하거나, 필요에 따라 특정 범위의 각 길이 및 개수밀도의 간격을 더 좁거나 넓게 설정한 것일 수 있다.
또는 상기 작용기 길이의 간격 및 단위는 당업자가 상기 라이브러리 제작 용도에 따른 작용기의 특성을 고려하여 설정할 수 있다. 예를 들면 작용기가 핵산, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 당, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 탄수화물, 단백질, 폴리사카라이드, 고분자 화합물과 같이 단위체를 가지는 작용기이거나, 예를 들면 지질, 저분자 화합물, 유기 작용기 구조에서 전체 또는 일부가 반복되는 단위체를 가지는 경우, 상기 단위체의 개수 별로 간격을 설정하거나, 상기 단위체 개수를 단위로(mer 등) 설정할 수 있다.
상기 단위체의 종류는 하나 이상일 수 있고, 이 경우 사용되는 단위체의 종류에 따라 상기 라이브러리의 작용기 길이는 일정하지 않은 간격으로 구성되는 것일 수 있다.
또는 예를 들면 특정 저분자 화합물이나 유기 작용기와 같이 특정 길이를 갖는 작용기에 대한 라이브러리를 구축하고자 하는 경우에는, 상기 라이브러리의 길이를 단일하게 구축할 수 있다.
상기 개수밀도는 단위 부피 또는 단위 면적당 금속나노입자 표면의 작용기의 수를 의미할 수 있다.
상기 표면 작용기 쉘층의 두께는 금속나노입자 표면에서부터 작용기 가닥 말단까지의 길이의 평균일 수 있다.
상기 단계 2에서 쉘층의 유효 유전율을 얻는 방법으로는 당업자에게 알려진 방법이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 유효매질이론 (effective medium theory) 중 하나인 Clausius-Mossotti relation이 사용될 수 있다.
[수학식 1]
상기 식에서는 매질의 상대 유전율(εh), 작용기의 개수밀도(N), 및 작용기의 전기적 편극률(α)로부터 작용기 쉘층의 유효 유전율(εr)을 얻을 수 있다.
상기 작용기의 개수밀도는, 상기 단계 1의 쉘층의 두께를 얻는 단계에서 설정한 값을 의미한다. 상기 매질의 상대 유전율은 알려진 해당 매질의 값을 사용할 수 있다. 예를 들면 매질이 물일 때 상대유전율은 1.7689가 사용될 수 있다. 상기 작용기의 전기적 편극률은 예를 들면 알려진 작용기의 굴절률로부터 역산하여 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들면 굴절률이 알려진 작용기라면 상기 방법을 통해 본 발명 방법에 필요한 유효 유전율을 얻는 것이 가능하다.
상기 단계 3에서는, 상기 단계 1 및 2로부터 얻은 라이브러리 구축용 금속나노입자의 쉘층의 두께 및 유효 유전율을 이용하여, 표면 작용기가 없는 상태의 금속나노입자의 크기별로 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 계산하고, 이로부터 LSPR 피크를 얻을 수 있다.
상기 스펙트럼을 얻는 데에는 당업자에게 알려진 광학적 이론, 전자기 수치 모의 계산법이나 제품이 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들면 맥스웰 방정식(Maxwell's equations), Mie 이론 등을 기반으로 유한요소법(finite element method)이 사용될 수 있다.
상기 표면 작용기가 없는 상태의 금속나노입자의 크기는 예를 들면 당업자가 라이브러리를 형성하는 목적에 따라 적절하게 라이브러리에 사용될 표면 작용기가 없는 상태의 금속나노입자의 크기 범위를 설정하고, 이를 균등하게 분할하거나 필요에 따라 특정 범위의 간격을 더 좁거나 넓게 설정한 것일 수 있다.
상기 금속나노입자의 크기는 사용된 금속나노입자의 형태에 따라 당업자가 적절한 기준으로 특정할 수 있으며, 예를 들면 금속나노입자가 구 또는 정육면체 등의 정다면체일 경우 그 직경일 수 있고, 그 외 다면체의 경우 다면체를 구성하는 직경에서 이들의 평균값이거나, 형태를 고려한 대푯값을 설정하여 사용할 수 있다.
상기 단계 4에서는 상기 단계 1 내지 3에서 얻어진 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR 피크를 라이브러리로 구축할 수 있다. 상기 라이브러리는 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별로 대응되는 LSPR 피크에 대한 정보를 포함하고 있으면 그 형태는 제한되지 아니한다.
본 발명은 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 측정하여 LSPR 피크를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 측정하는 데에는 당업자에게 알려진 흡수, 산란 또는 소광을 측정할 수 있는 분광법이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 광대역 소광분광법을 이용할 수 있다.
상기 단계를 통해 얻어진 LSPR 피크를 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기와 함께 상기 라이브러리에 대입하여 표면 작용기의 개수밀도를 얻을 수 있다.
상기 라이브러리는 표면 작용기가 없는 금속나노입자의 크기별 LSPR 피크를 포함할 수 있다. 이는 표면 작용기의 길이 및 개수 밀도가 0인 경우를 의미한다. 이때, 본 발명은 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 LSPR 피크를 상기 라이브러리에 대입하여, 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 얻는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들면, 본원 도 5의 우측 라이브러리 그래프에서, 연두색 화살표 'Bare NS'를 따라 표면 작용기가 없는 상태의 금속나노입자의 LSPR 피크 569.8nm로부터 금속나노입자의 크기 100nm가 도출된다.
상기 단계를 통해, 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기에 대한 정보가 필요한 경우, 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 LSPR 피크를 이용하여, 상기 라이브러리로부터 금속나노입자의 크기를 얻을 수 있다.
상기 라이브러리에 포함된 표면 작용기가 없는 금속나노입자의 크기별 LSPR 피크는 전술한 방법에 따라 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 계산하여 얻을 수 있다.
상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 LSPR 피크는, 전술한 바와 같이 당업자에게 알려진 흡수, 산란 또는 소광을 측정할 수 있는 분광법을 제한 없이 사용하여 얻어진 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼으로부터 얻은 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
실시예
실험방법
1. 금속나노입자 표면에 개질된 DNA 쉘층의 두께와 유효 유전율의 예측 및 이의 라이브러리 형성 방법
금속나노입자의 표면에 개질된 단일가닥 DNA의 위치배열과 회전배열 및 이에 따른 DNA 쉘층의 두께는 DNA 가닥의 밀도에 따라 변하며, 이에 따른 뉴클레오타이드의 밀도 또한 달라진다. 따라서, 금속나노입자 표면에 개질된 DNA 쉘층의 유효 유전율을 예측하기 위해서는 DNA 쉘층의 두께를 계산해야 한다. 이를 위해 oxDNA package를 이용하여 분자 동역학 시뮬레이션을 진행하였다(Snodin, B. E. K; Randisi, F.; Mosayebi, M; ?ulc, T. E.; Tsukanow, R.; Nir, E.; Louis, A. A.; Doye, J. P. K. Introducing Improved Structural Properties and Salt Dependence into a Coarse-Grained Model of DNA. J. Chem. Phys. 2015, 142, 234901).
각 분자 동역학 시뮬레이션은 100개의 단일가닥 DNA가 표면에 고정되어 있는 상태에서 주기적 경계 조건(periodic boundary condition)을 상정하여 진행하였다. 3 μs 동안 계를 완화(relaxation)시켜 열역학적 평형 상태에서 DNA 가닥의 위치배열과 회전배열을 추출하였다. 이로부터 표면에서부터 DNA 가닥 말단까지의 길이 평균을 계산하였으며, 이를 DNA 쉘층의 두께로 상정하였다.
DNA 쉘층의 두께와 단일가닥 DNA의 밀도를 통해 DNA 쉘층의 유효 유전율을 계산하였으며, Clausius-Mossotti relation을 사용하였다(Kim, K.; Yoo, S.; Huh, J.-H.; Park, Q.-H.; Lee, S. Limitations and Opportunities for Optical Metafluids to Achieve Unnatural Refractive Index. ACS Photonics 2017, 4, 2298-2311).
[수학식 2]
상기 εh, εDNA, N, 및 α는 각각 매질의 상대 유전율, DNA 쉘층의 유효 유전율, 뉴클레오타이드의 개수밀도, 및 뉴클레오타이드의 전기적 편극률을 의미한다. 매질은 물로 상정하였으며, 이에 따라 매질의 상대유전율 값으로 1.7689이 사용되었다. 뉴클레오타이드의 전기적 편극률은 Chincholi, B. S.; Havlik, A. J.; Vold, R. D. J. Chem. Eng. Data 1974, 19, 148-152에 보고된 DNA의 굴절률로부터 역산하여 얻어진 값을 사용하였다.
2. 전자기 수치 모의 계산
DNA로 표면 개질된 금속나노입자에서 나타나는 흡수, 산란 또는 소광 신호를 예측하고, 이의 라이브러리를 형성하기 위해 유한요소법(finite element method)을 이용한 전자기 수치 모의 계산을 진행하였다. 이를 위해 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어 패키지를 활용하였다(CST Microwave Studio). 금의 유전율은 Johnson, P. B.; Christy, R. W. Optical constants of the noble metals. Phys. Rev. B 1972, 6, 4370-4379 에 보고된 값을 7차 다항식으로 근사하여 사용하였다. 매질은 실험환경을 반영하여 물로 상정하였으며, DNA 쉘층의 두께와 유전율은 상기 언급된 분자 동역학 시뮬레이션 및 Clausius-Mossotti relation을 이용해 얻어진 값을 사용하였다.
3. 금 나노입자의 합성
본 발명의 방법론을 이용한 실시예에서 금 나노입자를 사용하였으며, 이를 위한 나노입자의 합성 방법은 아래 기술된 바와 같다. 금 나노입자는 시드-매개법(seed mediated method)을 기반으로 한 꼭지점/모서리의 선택적 에칭을 통해 얻어졌다. 먼저, 은-원조 방법(silver-assisted method)를 이용해 금 나노막대(Au nanorods, Au NR)을 합성하였다. 금 나노막대의 수득을 위한 금 시드는 수소화붕소나트륨(10 mM, 300 μL)을 염화 금산(10 mM, 125 μL) 및 헥사데실트리메틸암모늄 보로마이드(hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB, 100 mM, 5 mL)를 함유하는 용액에 주입한 후, 1분동안 빠르게 교반하여 제조하였다. 상기 합성된 금 시드는 28 °C에서 30분간 보관하여 잔여 수소화봉소나트륨을 제거하였다. 금 나노막대는 염화 금산(10 mM, 10 mL), 질산은(10 mM, 1.8 mL), L-아스코르브산(100 mM, 1.14 mL) 및 240 μL의 시드 용액을 CTAB 용액(100 mM, 200 mL)에 순차적으로 주입한 후, 2시간동안 28 °C에서 부드럽게 교반하여 얻어내었다.
균일한 나노입자 시드를 얻기 위해 합성된 금 나노막대의 양 끝단을 선택적으로 식각하는 방법을 사용하였다. 이를 위해, 합성된 금 나노막대를 50 mM 농도의 CTAB 용액에 재분산하여 2 optical density (OD)의 농도로 조절하였다. 금 나노막대가 함유된 CTAB 용액(20 mL) 에 염화 금산(10 mM, 125 μL)를 주입한 후, 4시간동안 40 °C에서 부드럽게 교반하여 나노막대가 식각되도록 하였다. 식각된 금 나노막대는 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride, CPC, 100 mM) 용액에 재현탁하여 1 OD의 농도를 가지도록 하였으며 이를 오목한 마름모꼴의 12면체(concave rhombic dodecahedra, CRD)를 합성하는데 사용하였다. CRD 입자의 합성은 CPC (20 mM, 20 mL), 염화 금산(10 mM, 350 μL), L-아스코르브산 (100 mM, 4.5 mL) 및 식각된 금 나노막대 (1 OD, 1 mL)를 순차적으로 주입한 후, 상온에서 15분간 교반하여 얻어냈다. 최종적으로, 합성된 CRD 입자는 50 mM CTAB 수용액에 재분산되었으며, 염화 금산 수용액(60 μM)과 혼합한 후 40°C에서 4시간동안 부드럽게 교반함으로써 식각하였다. 식각된 CRD 입자는 CPC 수용액상(100 mM)에 재분산하여 금 나노구체 및 금 나노큐브를 합성하는데 사용되었다.
금 나노구체의 합성은 상기 언급된 CRD 입자의 합성 및 식각과정을 그대로 따르되, 식각된 CRD 입자를 시드로 사용하여 진행하였다. 금 나노큐브의 합성은 CPC 수용액(100 mM, 5 mL)에 브롬화 칼륨 (100 mM, 500 μL), 염화 금산 (10 mM, 100μL) 및 식각된 CRD 입자 (1 OD, 400 μL)를 주입한 후, 1시간동안 상온에서 교반하여 진행하였다.
4. 금 나노입자 표면의 개질
금 나노입자의 표면을 단일가닥 DNA로 개질하기 위해 5'말단의 싸이올 작용기와 금 원자 사이의 유사-공유결합 (pseudocovalent bond)을 이용하였다. CTAB 수용액상에 분산된 금 나노입자는 정제수에 재분산한 후, 로릴 황산 나트륨 (sodium dodecyl sulfate, SDS, 0.08wt%)과 Tris-HCl 완충용액 (10 mM, pH 8.0)이 포함된 용액에 다시 분산하여 사용하였다. 금 나노입자에 단일가닥 DNA를 부착하기 위해 금 나노입자와 단일가닥 DNA를 혼합한 후, 24 시간에 걸쳐 브롬화나트륨을 주입하였다. 브롬화나트륨의 최종 농도를 조절하여 금 나노입자 표면의 단일가닥 DNA 밀도를 조절하였으며, 각 조건에서 DNA 밀도를 극대화하기 위해 12시간 이상 교반을 진행하였다.
5. 금속나노입자의 소광 스펙트럼 분석을 통한 표면 작용기의 정량화
표면 개질에 따른 금속나노입자의 소광 스펙트럼에서의 적색편이를 관찰하기 위해 가시선 분광광도계를 이용하였다. 상기 방법을 통해 얻어진 금 나노입자는 DNA로 표면이 개질된 직후 Tris-HCl 완충용액 (10 mM, pH 8.0)에 재분산하여 브롬화나트륨의 최종 농도가 100 mM이 되도록 하였다. DNA로 표면 개질된 금 나노입자와의 비교를 위해 표면이 개질되지 않은 금 나노입자 대조군 또한 Tris-HCl 완충용액 (10 mM, pH 8.0)에 분산하였다. 실험군과 대조군의 소광 스펙트럼은 UV-VIS 분광광도계 (UV-1800, Shimadzu)를 이용하여 0.1 nm의 분광해상도로 얻어내었다.
측정된 소광 스펙트럼을 통한 작용기의 밀도 분석은 수치해석을 위한 상용 프로그램인 MATLAB을 이용하여 진행하였다. 분석에 사용된 알고리즘은 측정한 스펙트럼으로부터 금속나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명 파장을 찾아내도록 프로그래밍되어 있으며, 이로부터 금속나노입자의 크기 및 표면 작용기의 밀도를 상기 1.1에서 언급한 라이브러리로부터 얻어내었다.
6. 금속나노입자 표면 작용기의 탈착을 통한 정량화
금속나노입자 표면 작용기의 화학적 탈착 및 이를 통한 작용기의 정량화는 수소화붕소나트륨를 환원제로 사용하여 진행하였다. 먼저, DNA로 표면개질된 금 나노입자를 원심분리하고 Tris-HCl 완충용액 (10 mM, pH 8.0)에 재분산하여 용액상에 남아있는 잔여 DNA를 제거하였다. 이후, 수소화붕소나트륨 (100 mM, 8 μL)를 DNA로 표면개질된 금 나노입자가 포함된 용액 (32 μL)에 주입하여 나노입자 표면의 DNA를 탈착시켰다. 30분 동안 상온에서 환원 반응이 일어나도록 내버려 둔 후, 원심분리를 통해 탈착된 DNA와 금 나노입자를 분리하였다. 원심분리 후, 탈착된 DNA가 분산되어 있는 상등액의 UV 흡광도를 측정하였으며, 이와 DNA 가닥의 흡광계수를 이용하여 탈착된 DNA의 정량화를 진행하였다.
실험 결과
1. 금 나노입자 표면에 개질된 작용기(단일가닥 DNA)의 밀도에 따른 국소 플라즈몬 공명 파장의 계산 및 이의 라이브러리 형성
상기 실험 방법에서 기술된 바와 같이, 분자동역학 시뮬레이션을 통해 나노입자 표면에 개질된 DNA 쉘층의 두께를 계산하고, 유효 매질 이론인 Clausius-Mossotti relation을 이용하여 DNA 쉘층의 유효 유전율을 계산하였으며, 이로부터 금속나노입자 표면 작용기의 밀도에 따른 국소 플라즈몬 공명 파장을 계산하여 라이브러리를 형성하였다.
나노입자 표면에 개질된 단일가닥 DNA의 밀도와 길이에 따라 분자동역학 시뮬레이션을 진행한 결과, 두 변수에 따른 DNA 쉘층의 두께는 양의 상관관계를 가지는 것으로 파악되었다 (도 2). 해당 분자동역학 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확인하기 위해 계산을 통해 예측된 DNA 쉘층의 두께를 원자 힘 현미경 (atomic force miscroscopy, AFM)을 통한 측정값과 비교하였다 (도 3) (Nkoua Ngavouka M. D.; Bosco, A.; Casalis, L.; Parisse, P. Determination of average internucleotide distance in variable density ssDNA nanobrushes in the presence of different cations species, Macromolecules, 2014, 47, 8748-8753). 단일가닥 DNA의 밀도와 용액 내 염 (salt)의 농도에 따라 계산 및 측정된 값을 비교하였으며, 모든 비교범위에서 값이 서로 일치함을 확인하여 분자동역학 시뮬레이션 및 이를 통한 계산 결과가 높은 신뢰도를 보임을 검증하였다.
유효매질 이론인 Clausius-Mossotti relation을 통해 나노입자 표면에 부착된 단일가닥 DNA의 밀도 및 길이에 따라 DNA 쉘층의 유효 유전율을 계산하였다 (도 4). 단일가닥 DNA의 밀도와 DNA 쉘층의 유효 유전율은 양의 상관관계를 가지며, DNA 가닥의 길이는 DNA 쉘층의 유효 유전율과 음의 상관관계를 가지는 것으로 확인되었다.
상기 계산된 DNA 쉘층의 두께 및 유효 유전율을 바탕으로 금 나노입자 표면에 부착된 단일가닥 DNA의 밀도에 따른 소광 스펙트럼에서의 국소 플라즈몬 공명 파장을 계산하였다 (도 4). DNA로 표면 개질된 금 나노입자의 국소 플라즈몬 공명 파장은 나노입자의 크기 (40 ~ 100 nm) 및 부착된 DNA 가닥의 밀도 (0.02 ~ 0.25/nm2)에 따라 계산하였으며, DNA 가닥의 길이는 31 뉴클레오타이드로 고정하였다. 금 나노입자의 형태는 구형과 큐브 형태의 두 가지로 설정하여 계산하였다.
전자기 수치 모의 계산 결과, 금 나노입자 표면의 단일 가닥 DNA 밀도 및 나노입자의 크기에 따라 국소 플라즈몬 공명 파장이 적색 편이를 보이는 것으로 확인되었으며, 이는 금속나노입자의 국소 플라즈몬 공명 파장 변화로부터 나노입자의 크기와 표면 DNA의 밀도를 특정해 낼 수 있음을 의미한다.
상기 DNA가 부착된 금 나노입자의 국소 플라즈몬 공명 파장 계산을 더 넓은 변수 범위에서 계산하여 라이브러리를 형성하였다. 금 나노입자의 크기는 40 ~ 100 nm 범위에서 1 nm 간격으로, 나노입자에 부착된 DNA의 밀도는 0.01 ~ 0.25/nm2 범위에서 0.002/nm2 간격으로, DNA의 길이는 20 ~ 50 뉴클레오타이드 범위에서 1 뉴클레오타이드 간격으로 변수를 조절하여 계산을 진행하고 라이브러리를 구성하였다. 해당 라이브러리를 통해 금 나노입자의 소광 스펙트럼 및 부착된 DNA 가닥의 길이로부터 나노입자의 크기와 나노입자에 결합된 DNA의 밀도를 역산해내도록 분석 알고리즘을 구성하였다 (도 5).
2. 금 나노입자의 소광 스펙트럼을 통한 표면 DNA의 정량화
상기 금 나노입자의 국소 플라즈몬 공명 파장 라이브러리와 이를 포함하는 알고리즘을 이용해 금 나노입자의 소광 스펙트럼으로부터 나노입자 표면 DNA의 밀도를 정량화하였다. 또한, 이를 통상적으로 사용되는 DNA의 화학적 탈착을 통한 정량화 결과와 비교하여 본 발명의 방법론으로 높은 신뢰도의 정량화 결과를 도출해낼 수 있음을 보이고자 하였다.
DNA 가닥은 인산다이에스터 (phosphodiester) 결합의 인산으로 인해 음전하를 띠며, DNA 가닥사이에 정전기적 척력이 작용한다. 따라서, i) 용액상 나트륨 이온의 농도, ii) 금 나노입자의 크기, iii) 단일가닥 DNA의 길이를 조절하여 금 나노입자에 부착된 DNA의 밀도를 변조할 수 있으며, 상기 변수에 따라 부착된 DNA의 밀도를 정량화하여 본 발명에서 제시된 기법의 신뢰도를 검증하고자 하였다 (도 6).
금 나노입자에 부착된 DNA의 밀도를 변조하기 위해 DNA 부착 시 사용되는 나트륨 이온의 농도를 250, 500, 750 mM로 조절하였다. 나트륨 이온은 DNA 가닥 사이의 정전기적 척력을 감소시키므로, 나노입자 표면에 부착된 DNA의 밀도와 양의 상관관계를 가질 것으로 예상되었다. 나트륨 이온의 농도가 높아짐에 따라 DNA가 부착된 금 나노입자의 소광 스펙트럼에서 적색편이가 나타남을 확인하였으며, 이에 따라 알고리즘을 이용해 정량화된 DNA의 밀도 또한 나트륨 이온의 농도에 대해 양의 상관관계를 보임을 확인하였다 (도 7 붉은색 막대 그래프). 이는 기존에 광범위하게 사용되는 DNA의 화학적 탈착을 통한 정량화 결과에서도 동일한 경향이 나타나는 것으로 뒷받침 될 수 있다 (도 7 청녹색 막대 그래프).
상기 언급한 실험을 동일하게 진행하되, 구형 금 나노입자의 지름을 40, 74, 98 nm로 변조하였다 (도 7). 구형 나노입자의 지름이 증가함에 따라 DNA 가닥이 부착된 곡면의 곡률 반지름이 커지게 되며, DNA 가닥들 사이의 척력이 증가하게 되므로, 구형 나노입자의 지름과 표면에 부착된 DNA의 밀도는 음의 상관관계를 가지는 것으로 보고된 바 있다 (Hill, H. D.; Millstone, J. E.; Banholzer, M. J.; Mirkin, C. A. The Role Radius of Curvature Plays in Thiolated Oligonucleotide Loading on Gold Nanoparticles. ACS Nano 2009, 3, 418-424). DNA가 부착된 금 나노입자의 소광 스펙트럼을 통해 DNA의 밀도를 정량화 한 결과, 나노입자의 지름이 증가함에 따라 입자 표면에 결합된 DNA의 밀도가 감소함을 확인하였다. 이는 DNA의 화학적 탈착을 통한 정량화 결과에서도 동일하게 확인되었다.
상기 언급된 i) 용액상 나트륨 이온의 농도, ii) 금 나노입자의 크기에 따른 영향을 큐브 형태의 금 나노입자에 대해서 진행하는 경우, 동일한 경향이 나타남이 확인되었다 (도 8). 나노입자 표면에 부착된 DNA의 밀도에 대해 나트륨 이온의 농도는 양의 상관관계를, 나노입자의 크기는 음의 상관관계를 가짐을 확인하였으며, 이는 DNA의 직접 탈착을 통한 정량화를 통해 추가로 검증되었다. 이는 본 발명에서 제시된 기법이 특정 형태의 금속나노입자에 제한되지 않으며, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 보이는 나노입자에 보편적으로 활용될 수 있음을 의미한다.
마지막으로, 구형 나노입자의 크기는 고정하되 이의 표면에 부착되는 DNA 가닥의 길이를 조절하고, 결합된 DNA 가닥의 밀도를 정량화하였다. 단일가닥 DNA의 지속길이 (persistance length)는 1.9 nm에 불과하기 때문에 나노입자 표면에 부착된 단일가닥 DNA는 “mushroom-like“ 위치배열을 가지게 된다 (도 6). 따라서, DNA 가닥의 길이와 나노입자 표면에 결합된 DNA 가닥의 밀도는 음의 상관관계를 가질 것으로 예상되었다.
60 nm 지름의 구형 금 나노입자에 31 및 50 뉴클레오타이드의 단일가닥 DNA를 동일 실험조건에서 부착하였으며, 짧은 단일가닥 DNA를 부착한 경우에 금 나노입자의 소광 스펙트럼에서 나타나는 적색 편이의 폭이 더 큰 것을 확인하였다. 알고리즘을 통해 이로부터 정량화된 DNA의 밀도 또한 단일가닥 DNA의 길이가 짧은 경우에 부착된 DNA 가닥의 밀도가 더 높음을 확인하였다 (도 9 붉은색 막대 그래프). 이러한 경향은 DNA의 화학적 탈착을 통한 정량화 결과에서도 동일하게 확인되었다 (도 9 청녹색 막대 그래프).
3. 금 나노입자의 표면 DNA의 정량화 방법에 따른 재현성 비교
본 발명에서 제시된 정량화 기법의 가장 큰 특징은 분광법에 따른 높은 신뢰도 및 재현성이다. 이를 검증하기 위해 단일 회분 (batch)에서 DNA로 표면개질된 구형 금 나노입자를 생산하고, 이를 4개의 회분으로 나누어, 2인의 실험자가 각 2개 회분의 시료를 분석하여 표면 DNA의 밀도를 정량화하였다 (도 10). 통상적으로 사용되는 DNA의 화학적 탈착을 통해 나노입자 표면의 DNA를 정량화 한 경우, 실험자에 따른 시료의 분석 편차가 매우 크게 나타났으며, 동일 실험자에 의해 분석된 시료의 경우에도 오차범위 이상의 편차를 보여 매우 낮은 분석 신뢰도를 보였다. 반면, 본 발명에서 제시된 분광법을 이용해 나노입자에 부착된 DNA를 정량화 한 경우, 실험자 및 시료에 따른 편차가 거의 나타나지 않았다. 이러한 실험 결과는 본 발명의 정량화 기법을 이용하는 경우, 본 기술분야에 속한 통상의 기술자 이외에도 신뢰할 수 있는 정량화 결과를 얻을 수 있음을 의미한다.
Claims (6)
- 표면 작용기를 갖는 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, 표면 작용기의 개수밀도 및 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR(localized surface plasmon resonance) 피크 라이브러리에,
표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 길이, LSPR 피크 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 대입하여,
상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기의 개수밀도를 추출하는 단계;를 포함하는, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 표면 작용기는 단일 또는 이중가닥 핵산, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 폴리펩타이드, 당, 올리고사카라이드, 폴리사카라이드, 탄수화물, 지질, 단백질, 폴리사카라이드, 저분자 화합물, 고분자 화합물 또는 유기 작용기를 포함하는 것인, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 라이브러리를 구축하는 단계를 더 포함하는 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 라이브러리를 구축하는 단계는,
표면 작용기를 갖는 라이브러리 구축용 금속나노입자의 표면 작용기의 길이 및 개수밀도별 표면 작용기 쉘층의 두께를 얻는 단계;
상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 개수밀도별 상기 쉘층의 유효 유전율을 얻는 단계;
상기 라이브러리 구축용 금속나노입자의 상기 두께, 유효 유전율 및 상기 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 얻고, 이로부터 LSPR 피크를 얻는 단계;
상기 표면 작용기의 길이, 개수밀도 및 나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기별 LSPR 피크를 라이브러리로 구축하는 단계;포함하는 것인, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 흡수, 산란 또는 소광 스펙트럼을 측정하여 LSPR 피크를 얻는 단계를 더 포함하는, 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 라이브러리는 표면 작용기가 없는 금속나노입자의 크기별 LSPR 피크를 더 포함하는 것이고,
상기 표면 작용기를 갖는 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 LSPR 피크를 상기 라이브러리에 대입하여, 상기 정량화 대상 금속나노입자의 표면 작용기가 없는 상태의 크기를 얻는 단계;를 더 포함하는 금속나노입자의 표면 작용기 정량화 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220046209A KR20230147329A (ko) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 |
| PCT/KR2023/005061 WO2023200288A1 (ko) | 2022-04-14 | 2023-04-14 | 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220046209A KR20230147329A (ko) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230147329A true KR20230147329A (ko) | 2023-10-23 |
Family
ID=88330078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220046209A KR20230147329A (ko) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230147329A (ko) |
| WO (1) | WO2023200288A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100217765B1 (ko) | 1996-04-01 | 1999-09-01 | 정명식 | 아미노실란 분자층의 아민 작용기 밀도 정량 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8450684B2 (en) * | 2008-09-26 | 2013-05-28 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Quantification method of functional groups of organic layer |
| KR101093203B1 (ko) * | 2009-10-20 | 2011-12-12 | 한국과학기술원 | Ｌｓｐｒ 광학특성 기반 구리 증착형 나노입자 배열 바이오칩 및 그 용도 |
| KR101508101B1 (ko) * | 2013-09-30 | 2015-04-07 | 주식회사 엘지화학 | 높은 비표면적을 갖는 탄소나노튜브 및 그 제조 방법 |
| KR101744051B1 (ko) * | 2016-01-15 | 2017-06-20 | 가천대학교 산학협력단 | 탄소 나노 튜브 표면에 결합된 작용기 개수의 측정 방법 |
-
2022
- 2022-04-14 KR KR1020220046209A patent/KR20230147329A/ko not_active Application Discontinuation
-
2023
- 2023-04-14 WO PCT/KR2023/005061 patent/WO2023200288A1/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100217765B1 (ko) | 1996-04-01 | 1999-09-01 | 정명식 | 아미노실란 분자층의 아민 작용기 밀도 정량 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023200288A1 (ko) | 2023-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Haes et al. | A nanoscale optical biosensor: the long range distance dependence of the localized surface plasmon resonance of noble metal nanoparticles | |
| Schmucker et al. | Correlating nanorod structure with experimentally measured and theoretically predicted surface plasmon resonance | |
| Chen et al. | Anisotropic growth of silver nanoparticles is kinetically controlled by polyvinylpyrrolidone binding | |
| Lee et al. | Refractive index sensitivities of noble metal nanocrystals: the effects of multipolar plasmon resonances and the metal type | |
| Nusz et al. | Rational selection of gold nanorod geometry for label-free plasmonic biosensors | |
| Yan et al. | Mesoscopically bi-continuous Ag–Au hybrid nanosponges with tunable plasmon resonances as bottom-up substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy | |
| Lombardi et al. | Surface plasmon resonance properties of single elongated nano-objects: gold nanobipyramids and nanorods | |
| Khlebtsov et al. | Optical properties and biomedical applications of plasmonic nanoparticles | |
| Jennings et al. | Past, present, and future of gold nanoparticles | |
| Zhao et al. | Methods for describing the electromagnetic properties of silver and gold nanoparticles | |
| Aslan et al. | Surface modification of colloidal gold by chemisorption of alkanethiols in the presence of a nonionic surfactant | |
| Liu et al. | In situ plasmonic counter for polymerization of chains of gold nanorods in solution | |
| US10215752B2 (en) | Nanotube array for optical detection of protein-protein interactions | |
| Khlebtsov et al. | Can the light scattering depolarization ratio of small particles be greater than 1/3? | |
| JP2003529128A (ja) | ナノバーコードとしてのコロイド状ロッド粒子 | |
| Pastorello et al. | On the use of Au@ Ag core-shell nanorods for SERS detection of Thiram diluted solutions | |
| Park et al. | Nanostar clustering improves the sensitivity of plasmonic assays | |
| Zhao et al. | In situ growth of AuNPs on glass nanofibers for SERS sensors | |
| Dubey et al. | Demonstration of a superior deep-UV surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) substrate and single-base mutation detection in oligonucleotides | |
| Park et al. | Structure formation, melting, and optical properties of gold/DNA nanocomposites: effects of relaxation time | |
| Zeiri | Metallic-nanoparticle-based sensing: utilization of mixed-ligand monolayers | |
| Chen et al. | Quantitative amplification of Cy5 SERS in ‘warm spots’ created by plasmonic coupling in nanoparticle assemblies of controlled structure | |
| Kurouski et al. | Unraveling the near-and far-field relationship of 2D surface-enhanced Raman spectroscopy substrates using wavelength-scan surface-enhanced Raman excitation spectroscopy | |
| KR102273168B1 (ko) | 모서리 첨예도 지수가 조절된 금속 나노큐브의 제조방법 | |
| KR20230147329A (ko) | 분광법을 이용한 금속나노입자 표면 작용기 정량화 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |