WO2012177088A1 - 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체 - Google Patents

자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체 Download PDF

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magnetic
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홍성완
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic particle surface treatment method, a magnetic composite produced thereby, and a magnetic composite for labeling a target substance.
  • Magnetic particles are used for medical purposes to diagnose and treat diseases such as cancer, immunoassays, contrast agents used in medical imaging, drug delivery systems (DDS), genetic engineering such as RNA isolation, and to analyze biological analytes.
  • Biosensors, wastewater purification, catalysts, information storage, anti-counterfeiting display technology, and display technology using photonic crystals are used in various fields.
  • Iron oxide which is mainly used as a material for magnetic particles, is toxic, has low oxidation resistance, and has a non-hydrophilic property, and thus surface treatment with inorganic and organic compounds such as tetraethyl orthosilicate (TEOS) or polyethylene glycol (PEG) need.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • PEG polyethylene glycol
  • the magnetic particles or the magnetic nanoparticles are coated with TEOS or PEG, and then a ligand such as an amine group is bound to the coated TEOS or PEG.
  • the present invention does not require surface treatment of TEOS or PEG, has excellent magnetic properties, excellent dispersibility in a fat-soluble solvent, and can be mass-produced under atmospheric pressure. It is an object to provide a surface treatment method and a magnetic composite having excellent dispersibility prepared thereby.
  • Another object of the present invention is to modify the surface of magnetic particles by treating silicon oxide or carboxyl group containing an amine group in a simpler treatment process than the prior art, the magnetic particle surface treatment method suitable for mass production, the magnetic composite prepared by this, and the target material It is an object to provide a labeling magnetic complex.
  • the magnetic particle surface treatment method includes (a) an acid treatment of magnetic particles, and then mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form a hydroxyl group (-OH) on the surface of the magnetic particles. Forming; And (b) mixing the magnetic particles on which the hydroxyl group is formed with a surface treating agent including an organic ligand that binds to the hydroxyl group, and treating the surface of the magnetic particles with the organic ligand.
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo It may comprise at least one component of Sn, and Pb.
  • the acid is hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid It may include at least one of, and amino acid (Amino acid).
  • the surface treating agent including the organic ligand in the step (b) is a carboxyl group (Carboxyl group), a hydroxyl group (Hydroxy group), an amine group (Amin group), a vinyl group (Vinyl group), an acrylate group (Acrylate group), It may include at least one of an alkoxy group (Alchol group), ketone group (Ketone group), ester group (Ester group) and aldehyde group (Aldehyde group).
  • the surface treatment agent containing the organic ligand in step (b) is ricinoleic acid (Ricinoleic acid), linoleic acid (Linoleic acid), monostearin (Monostearin), palmitic acid (Palmitic acid), octadecylamine (Octadecylamin) , Trioctylphosphine oxide, oleic acid, stearic acid, poly methylmethacrylate, polystyrene, sorbitol monooleate, sorbbi Sorbitan trioleate, myristoleic acid, palmitoleic acid, sapienic acid, arachidonic acid, alpha-linolenic acid ), Eicosapentaenoic acid, Erucic acid, Docosahexaenoic acid, Trioctylphosphate, Hexadecylamino, Fatty acid series, and olefins Ever of series Also it may include
  • a method for preparing a surface of a magnetic particle comprising: (a) acid treating magnetic particles, and then mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form a hydroxyl group (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (b) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with a surface treating agent comprising an organic ligand which binds to the hydroxyl group, wherein the organic ligand is prepared by treating the surface of the magnetic particles.
  • the magnetic particles may be clusters in which a plurality of magnetic particles are aggregated.
  • the plurality of magnetic particles may be formed by the organic ligands formed on the surfaces of the plurality of magnetic particles. Stereoscopic effects may occur between them.
  • a method of treating a magnetic particle surface comprises the steps of: (a) mixing a surface precursor comprising silicon substituted with at least one alkoxy group and at least one amine group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treating agent to treat silicon oxide containing the amine group on the surface of the magnetic particles.
  • the amine group may be selected from the group consisting of a monoamine group, a diamine group, a triamine group, ethylene diamine and diethylenetriamine.
  • the surface precursor may include aminopropyltrietoxy-silane.
  • the solvent may include at least one of water and a hydrophilic solvent.
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo It may comprise at least one component of Sn, and Pb.
  • the acid is hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid. It may include at least one of, and amino acid (Amino acid).
  • Step (c) may be carried out in a temperature range of 25 °C to 90 °C.
  • the step (c) may be performed by dividing the first temperature maintaining state of 25 ° C ⁇ 35 ° C and the second temperature holding state of 60 ° C ⁇ 90 ° C in combination.
  • Heating to the first temperature holding state, heating to the second temperature holding state, and heating to the first temperature holding state can be performed sequentially.
  • a method for preparing a surface treating agent comprising: (a) mixing a surface precursor comprising silicon substituted with at least one alkoxy group and at least one amine group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles on which the hydroxyl group is formed with the surface treatment agent, thereby preparing a silicon oxide comprising the amine group on the surface of the magnetic particles.
  • a method of preparing a surface treating agent comprising: (a) mixing a surface precursor comprising silicon substituted with at least one alkoxy group and at least one amine group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treating agent to prepare a silicon oxide containing the amine group on the surface of the magnetic particles, wherein the amine groups are DNA, RNA, peptides, proteins.
  • Antigens, antibodies, nucleic acid aptamers, haptens, antigenic proteins, DNA-binding proteins, hormones, tumor-specific markers, and tissue-specific markers Provided is a magnetic complex for labeling a target material, characterized in that it is used directly or indirectly to label a target material including at least one of a tissue-specific marker.
  • a method of treating a magnetic particle surface comprises (a) mixing a surface precursor comprising at least one carboxyl group and at least one other functional group which is dehydrated with a hydroxyl group (—OH) with a solvent to form a surface treating agent. Preparing a; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the other functional group undergoes a dehydration reaction with the receiver and the carboxyl group is treated on the surface of the magnetic particle.
  • the surface precursor may include a compound of a hydroxy acid type.
  • the solvent may include at least one of water and a hydrophilic solvent.
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo It may comprise at least one component of Sn, and Pb.
  • the acid is hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid. It may include at least one of, and amino acid (Amino acid).
  • Step (c) may be carried out in a temperature range of 25 °C to 90 °C.
  • the step (c) may be performed by dividing the first temperature maintaining state of 25 ° C ⁇ 35 ° C and the second temperature holding state of 60 ° C ⁇ 90 ° C in combination.
  • Heating to the first temperature holding state, heating to the second temperature holding state, and heating to the first temperature holding state can be performed sequentially.
  • a method of treating a magnetic particle surface comprises the steps of (a) mixing a surface precursor comprising at least one first carboxyl group and at least one second carboxyl group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the first carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group and the second carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group so that the first carboxyl group is the magnetic Characterized in that it comprises a step of treating the surface of the particles.
  • the surface precursor may include an acrylic acid-based compound.
  • the solvent may include at least one of water and a hydrophilic solvent.
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo It may comprise at least one component of Sn, and Pb.
  • the acid is hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid. It may include at least one of, and amino acid (Amino acid).
  • Step (c) may be carried out in a temperature range of 25 °C to 90 °C.
  • the step (c) may be performed by dividing the first temperature maintaining state of 25 ° C ⁇ 35 ° C and the second temperature holding state of 60 ° C ⁇ 90 ° C in combination.
  • Heating to the first temperature holding state, heating to the second temperature holding state, and heating to the first temperature holding state can be performed sequentially.
  • a method for preparing a surface treating agent comprising: (a) preparing a surface treating agent by mixing a surface precursor comprising at least one carboxyl group and at least one other functional group which is dehydrated with a hydroxyl group (—OH) with a solvent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the other functional group is dehydrated with the receiver to prepare the carboxyl group on the surface of the magnetic particles.
  • a magnetic complex comprising: (a) preparing a surface treating agent by mixing a surface precursor comprising at least one carboxyl group and at least one other functional group which is dehydrated with a hydroxyl group (—OH) with a solvent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles;
  • a method of preparing a surface treating agent comprising: (a) mixing a surface precursor comprising at least one first carboxyl group and at least one second carboxyl group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the first carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group and the second carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group so that the first carboxyl group is the magnetic It provides a magnetic composite, characterized in that it is prepared by the step of treating the surface of the particles.
  • a method for preparing a surface treating agent comprising: (a) preparing a surface treating agent by mixing a surface precursor comprising at least one carboxyl group and at least one other functional group which is dehydrated with a hydroxyl group (—OH) with a solvent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the other functional group is dehydrated with the receiver to prepare the carboxyl group on the surface of the magnetic particle, wherein the carboxyl group DNA, RNA, peptides, proteins, antigens, antibodies, nucleic acid aptamers, hapten, antigenic proteins, DNA-binding proteins, hormones, tumor-specific markers
  • a magnetic complex for labeling a target substance characterized in that it is used directly or indirectly to label
  • a method for preparing a surface treating agent comprising: (a) mixing a surface precursor comprising at least one first carboxyl group and at least one second carboxyl group with a solvent to prepare a surface treating agent; (b) after acid treating the magnetic particles, mixing the acid treated magnetic particles with a water-soluble solvent to form hydroxyl (-OH) on the surface of the magnetic particles; And (c) mixing the magnetic particles having the hydroxyl group with the surface treatment agent, wherein the first carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group and the second carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group so that the first carboxyl group is the magnetic
  • the first carboxyl group is prepared by treatment on the surface of the particle, wherein the first carboxyl group is DNA, RNA, peptide, protein, antigen, antibody, nucleic acid aptamer, hapten, antigenic protein, DNA binding protein. (Directly or indirectly) to label a target substance comprising at least one of a target substance comprising at least one of a target substance
  • the magnetic particle surface treatment method according to the present invention does not surface-treat tetraethyl orthosilicate (TEOS) or polyethylene glycol (PEG) and maintains excellent magnetic properties, while dispersibility in a fat-soluble solvent by the steric hindrance effect of the organic ligand. This is excellent.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • PEG polyethylene glycol
  • the magnetic particle surface treatment method according to the present invention is suitable for mass production by performing a silicon oxide or carboxyl group treatment containing an amine group on the magnetic particles by a simple treatment process
  • the magnetic composite according to another embodiment of the present invention is a human body Applicable to and excellent in dispersibility
  • the magnetic complex for labeling target material according to another embodiment of the present invention is a trace amount of DNA, RNA, peptide, protein, antigen, antibody, nucleic acid aptamer, hapten ( hapten), antigenic proteins, DNA-binding proteins, hormones, tumor-specific markers and tissue-specific markers can be labeled and detected.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of treating a magnetic particle surface according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of treating a magnetic particle surface according to another / another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process of labeling a target material in vivo by a magnetic complex for labeling a target material according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a process of labeling a target material in vivo by the magnetic complex for labeling the target material according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a process of detecting a labeled target material of FIG. 3 or 4.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a process of detecting a labeled target material of FIG. 3 or 4.
  • FIG. 6 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (red) after the first step (a-2) according to Example 1.
  • FIG. 6 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (red) after the first step (a-2) according to Example 1.
  • FIG. 7 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (b) after the initial step (red) according to Example 1.
  • FIG. 7 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (b) after the initial step (red) according to Example 1.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • FIG. 9 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand (red color) according to Example 2.
  • FIG. 9 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand (red color) according to Example 2.
  • FIG. 11 is an image of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red) according to Example 3 using TF-IR.
  • FIG. 11 is an image of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red) according to Example 3 using TF-IR.
  • FIG. 13 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red) according to Example 4.
  • FIG. 13 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red) according to Example 4.
  • FIG. 15 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 5.
  • FIG. 15 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 5.
  • FIG. 16 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 6.
  • FIG. 16 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 6.
  • FIG. 17 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 7.
  • FIG. 18 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 8.
  • FIG. 18 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 8.
  • FIG. 19 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 9.
  • FIG. 19 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 9.
  • FIG. 20 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 10.
  • the magnetic particles used in the magnetic particle surface treatment method of the present invention are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba It may include at least one of Cu, W, Mo, Sn, Pb.
  • the magnetic particles may include an oxidized state.
  • the magnetic particles may contain different kinds of metals.
  • the magnetic particles may be represented by the following general formulas (1) to (4).
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M c M ' d (0 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 20, M is a magnetic metal atom or alloy thereof; M' is a Group 2 element, transition metal, Group 13 element, Group 14 element, 15 An element selected from the group consisting of a group element, a lanthanide element, and an actinium group element)
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof;
  • M' is a Group 2 element, transition metal, 13 An element selected from the group consisting of a group element, a group 14 element, a group 15 element, a lanthanide element, and an actinium element)
  • Formulas 1 and 3 are magnetic particles composed of a single metal or an alloy and at least two kinds of metals
  • Formulas 2 and 4 represent magnetic particles made of a metal oxide including a single metal or an alloy and two or more kinds of metals.
  • the magnetic precursor and the anionic ligand are added to the solvent to dissolve to prepare an amorphous metal gel solution.
  • the compound may be selected from the group consisting of a compound, a metal perchloroate-based compound, a metal sulfamate-based compound, a metal styreate-based compound, and an organometallic-based compound, but is not limited thereto.
  • the anionic ligands include neutral ligands such as alkyltrimethylammonium halide-based cationic ligands, alkyl acids, trialkylphosphines, trialkylphosphine oxides, alkyl amines and alkyl thiols, sodium alkyl sulfates, sodium alkyl carboxylates and sodium alkyl It may be selected from the group consisting of anionic ligands such as phosphate and sodium acetate, but is not necessarily limited thereto.
  • the solvent may be selected from the group consisting of an organic solvent, an aromatic solvent, a heterocyclic solvent, a sulfoxide solvent, an amide solvent, a hydrocarbon solvent, an ether solvent, a polymer solvent, an ionic liquid solvent, a halogen hydrocarbon solvent, an alcohol solvent, and water.
  • an organic solvent an aromatic solvent, a heterocyclic solvent, a sulfoxide solvent, an amide solvent, a hydrocarbon solvent, an ether solvent, a polymer solvent, an ionic liquid solvent, a halogen hydrocarbon solvent, an alcohol solvent, and water.
  • the present invention is not limited thereto. In some cases, two or more kinds selected from the anion ligands may be used together or sequentially.
  • the additional heterogeneous metal (M) is a metal of a different kind from the metal contained in the magnetic precursor. As a result, magnetic particles containing different metals can be produced.
  • the heterogeneous precursor is preferably added in an amount of 1 to 99 parts by weight per 100 parts by weight of the magnetic precursor, but is not necessarily limited thereto.
  • the magnetic properties of the finally obtained particles may be enhanced or variously deformed into superparamagnetism, paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic, ferrimagnetic, and diamagnetic. Can be adjusted to specific characteristics.
  • the prepared amorphous metal gel solution is heated to phase change into magnetic particles having crystallinity.
  • the amorphous metal gel solution may be heated at 30 ° C. to 200 ° C. to form particles having magnetism having a more stable crystal structure.
  • magnetic clusters in which the magnetic particles are agglomerated with each other may be prepared.
  • magnetic particles such as magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), and magnetite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ) can be produced.
  • the magnetic particles may have an average particle size of 1 ⁇ 200nm, it is also possible to produce a cluster consisting of a plurality of the magnetic particles are aggregated, not individual single magnetic particles.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of treating a magnetic particle surface according to an embodiment of the present invention.
  • the acidic material may be variously applied in consideration of acidity according to the components of the magnetic particles.
  • the acid may be hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid, It may include at least one of amino acids.
  • the acid may react with the particles to etch some of the surface of the particles. At this time, the surface of the etched particles may be partially charged with (+) charge.
  • the particles may be mixed with the acid and then stirred using a disperser.
  • the water-soluble solvent includes a precursor capable of introducing hydroxyl (-OH) to the particles charged with the (+) charge.
  • hydroxyl hydroxyl
  • the water-soluble solvent is water
  • the water may be temporarily bonded to the surface of the particles charged with the (+) charge.
  • hydroxyl groups can be introduced to the surface of the particles. Particles into which the hydroxyl groups have been introduced may have increased dispersibility than the initial particles before acid treatment.
  • the organic ligand is bound to the hydroxyl group of the particle (step b).
  • the particles into which the hydroxyl group is introduced may be mixed with a substance containing the organic ligand and stirred using a disperser.
  • the organic ligand may include a long alkyl chain and a carboxyl group, an amine group, a vinyl group, or a phenyl group at the terminal of the alkyl chain. As the carboxyl group and the hydroxyl group of the particle surface are bonded, long alkyl chains may be formed on the surface of the particle.
  • the material containing the organic ligand is ricinoleic acid (Ricinoleic acid), linoleic acid (Linoleic acid), monostearin (Monostearin), palmitic acid (Palmitic acid), octadecylamine (Octadecylamin), trioctyl phos Trinoctylphosphine oxide, oleic acid, stearic acid, polymethylmethacrylate, polystyrene, sorbitol monooleate, sorbitan trioleate ( Sorbitan trioleate, Myristoleic acid, Palmitoleic acid, Sapienic acid, Arachidonic acid, Alpha-Linolenic acid, Eicosapenta It contains at least one of Eicosapentaenoic acid, Erucic acid, Docosahexaenoic acid, Trioctylphosphate, Hexadecylamino, Fatty acid series, and
  • the plurality of magnetic particles produced by the surface treatment method as described above are dispersed in a water-soluble solvent or a fat-soluble solvent, the plurality of magnetic particles are formed by the organic ligands formed on the surfaces of the plurality of magnetic particles. There is a stereoscopic effect in between.
  • the solvent phase angle is responsive to the repulsive force due to the steric hindrance effect of the alkyl chain in response to magnetic attraction between the magnetic particles.
  • Magnetic particles can be easily dispersed.
  • the repulsive force may be controlled between the magnetic particles by treating a molecule having polarization at the end of the alkyl chain.
  • the photonic crystal structure color can be expressed by changing the distance between the magnetic particles, which can be applied to the display field.
  • the magnetic particles can be encapsulated through a coacervation method using an O / W emulsification method. Therefore, the encapsulated magnetic particles can be formed in a desired pattern by using a screen printing method, and it is also applicable to a functional film by applying it on a transparent film.
  • the magnetic particle surface treatment method according to the present invention does not surface-treat tetraethyl orthosilicate (TEOS) or polyethylene glycol (PEG) and maintains excellent magnetic properties, but has excellent dispersibility even in a fat-soluble solvent due to steric hindrance. .
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • PEG polyethylene glycol
  • high-pressure production conditions and coating of TEOS or PEG are not required, allowing mass production in a simple process.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of treating a magnetic particle surface according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic particle surface treatment method according to another embodiment of the present invention (a) to prepare a surface treatment agent by mixing a surface precursor and a solvent. Subsequently, (b)-(c) magnetic particle is mixed with the said surface treating agent.
  • a) to prepare a surface treatment agent by mixing a surface precursor and a solvent Subsequently, (b)-(c) magnetic particle is mixed with the said surface treating agent.
  • the surface precursor includes silicon substituted with at least one alkoxy group and at least one amine group.
  • the alkoxy group may be combined with the silicon to have a structure of siloxane (Siloxane, Si-O-R).
  • the surface precursor may have the following formula [1].
  • R is selected from the group consisting of an amine group, a diamine group, a triamine group, an acid amide group, an aminoxy group, or selected from the group consisting of an amine group, a diamine group, a triamine group, an acid amide group, an aminoxy group Hydrocarbon having a substituent,
  • n an integer of 1 to 3
  • R ' is a monovalent alkyl group having 1 to 500 carbon atoms
  • the surface precursor may include aminopropyltrietoxy-silane (APS).
  • APS aminopropyltrietoxy-silane
  • the solvent may be variously applied according to the selection of the surface precursor.
  • the solvent may include water and a hydrophilic solvent.
  • the surface treatment agent may be prepared by stirring.
  • the magnetic particles are subjected to an acid treatment (b-1).
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, It may include at least one component of Pb.
  • the magnetic particles may contain different kinds of metals, and may include oxidized metals.
  • the magnetic particles may be represented by the following general formulas (1) to (4).
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M c M ' d (0 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 20, M is a magnetic metal atom or alloy thereof; M' is a Group 2 element, transition metal, Group 13 element, Group 14 element, 15 An element selected from the group consisting of a group element, a lanthanide element, and an actinium group element)
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof;
  • M' is a Group 2 element, transition metal, 13 An element selected from the group consisting of a group element, a group 14 element, a group 15 element, a lanthanide element, and an actinium element)
  • Formulas 1 and 3 are magnetic particles made of a single metal or alloy, and at least two kinds of metals
  • Formulas 2 and 4 represent magnetic particles made of a metal oxide including a single metal or alloy and at least two kinds of metals.
  • the magnetic particles represented by the general formula may include magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), and magnetite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ).
  • the acid may be variously selected in consideration of acidity according to the components of the magnetic particles.
  • the acid may be hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid, It may include at least one of amino acids.
  • the acid may etch a portion of the surface of the magnetic particles. At this time, the surface of the etched particles may be partially charged with a (+) charge.
  • the magnetic particles may be mixed with the acid and then stirred.
  • the water-soluble solvent may include a precursor capable of introducing hydroxyl (-OH) to the particles charged with the (+) charge.
  • a precursor capable of introducing hydroxyl (-OH) to the particles charged with the (+) charge.
  • the water soluble solvent is water
  • the water may be temporarily bonded to the surface of the particles charged with the (+) charge.
  • hydroxyl groups can be introduced to the surface of the magnetic particles.
  • the magnetic particles into which the hydroxyl group is introduced may have higher dispersibility than the initial particles before the acid treatment.
  • the magnetic particles prepared in this step (b-2) may be a composite in which the magnetic particles are dispersed in an aqueous solvent or may be magnetic particles in a powder state which have been treated once more.
  • the surface treating agent prepared in step (a) and the magnetic particles introduced with the hydroxyl group are mixed (step c).
  • the mixing of the surface treating agent and the magnetic particles may be performed in a temperature range of 25 ° C to 90 ° C.
  • the solvent is evaporated and the magnetic particles are agglomerated with each other, so that the dispersion degree is lowered.
  • the amine group is surface-treated with the magnetic particles. The degree drops.
  • step (c) may be performed by dividing the first temperature maintaining state of 25 ° C. to 35 ° C. and the second temperature maintaining state of 60 ° C. to 90 ° C., and combining them suitably.
  • the heating may be performed at a temperature of 60 ° C. to 90 ° C. in the second temperature holding state, followed by heating at a temperature of 25 ° C. to 35 ° C. in the first temperature maintaining state.
  • the temperature maintenance state is performed separately as described above, the dispersion degree of the magnetic particles and the amine group substitution efficiency can be improved.
  • the duration of the second temperature holding state is longer than the duration of the first temperature holding state.
  • the first temperature holding state 25 ° C to 35 ° C
  • a second temperature holding state 60 ° C. to 90 ° C. in sequence, but a preferable result can be obtained even if the first temperature holding state is longer than the second temperature holding state.
  • the dispersion degree of the particles and the substitution rate of the amine group may be determined by properly combining the first temperature holding state of 25 ° C to 35 ° C and the second temperature holding state of 60 ° C to 90 ° C. This can be improved.
  • the surface-treated magnetic composite can be obtained.
  • the magnetic composite may include magnetic particles in the center, silicon oxide treated on the surface of the magnetic particles, and amine groups treated on the surface of the silicon oxide. That is, according to another embodiment of the present invention, ligands such as silicon oxide and amine groups may be bonded to the magnetic particles by a single step without separately coating PEG or TEOS on the magnetic particles. As a result, the surface treatment of the magnetic particles can be performed in large quantities.
  • the magnetic complex may be used for labeling and detecting a molecule in vivo, which is a target material.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process of labeling a target material in vivo by a magnetic complex for labeling a target material according to another embodiment of the present invention.
  • the amine group which is a functional ligand of the magnetic complex, may be combined with an antibody capable of recognizing the target substance.
  • the antibody may specifically bind to a receptor formed in the cytoplasm of the target material.
  • the target material is DNA, RNA, peptide, protein, antigen, antibody, nucleic acid aptamer, hapten, antigen protein, DNA-binding protein, hormone, tumor specific It may include a tumor-specific marker and a tissue-specific marker.
  • the target substance may include fungal toxins such as geralenone (Zearalenone), aflatoxin (Aflatoxin), okratoxine (Ochratoxine), patulin (Fatonisin), deoxynivalenol Can be. That is, the amine group of the magnetic complex will be used indirectly to detect the target substance using the antibody bound thereto. On the other hand, the amine group of the magnetic complex may be directly bonded by covalent bonding with the above-listed target materials, and thus may be used to directly detect the target material.
  • fungal toxins such as geralenone (Zearalenone), aflatoxin (Aflatoxin), okratoxine (Ochratoxine), patulin (Fatonisin), deoxynivalenol Can be. That is, the amine group of the magnetic complex will be used indirectly to detect the target substance using the antibody bound thereto. On the other hand, the amine group of the magnetic complex may be directly bonded by covalent bonding with the above
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a process of detecting a labeled target substance of FIG. 3.
  • a magnetic tip is approached to a sample in which a magnetic complex bound to a target material and a biomolecule not bound to a target material are randomly mixed.
  • the target material combined with the magnetic complex is densely located near the magnetic tip by the magnetism of the magnetic complex. At this time, by measuring the magnetization value of the compacted magnetic composite can be detected the degree of inclusion of the target material.
  • the magnetic composite or the magnetic particles located at the center thereof may have a magnetization value within a range of 20 to 90 emu / g.
  • the magnetic composite or the magnetic particles may be selected in various sizes in consideration of the type and size of the target material.
  • the magnetic composite or the magnetic particles may have a size in the range of 10 nm to 300 nm.
  • silicon oxide surface treatment of magnetic particles and introduction of a functional ligand are performed by a single treatment process, which is suitable for mass production and high in safety.
  • the mixing of the surface treating agent and the magnetic particles is performed at 25 ° C. to 90 ° C., since the amine group is surface treated in a state where the dispersibility between the magnetic particles is high, there is an advantage of increasing manufacturing efficiency.
  • the magnetic composite according to the present invention has the advantage of being applicable to the human body and excellent dispersibility.
  • the magnetic complex for labeling the target substance according to the present invention has an advantage of detecting a trace amount of DNA, RNA, peptides, proteins and antibodies.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of treating a magnetic particle surface according to another embodiment of the present invention.
  • the surface precursor in the step (a) of mixing the surface precursor and the solvent to prepare a surface treatment agent, is at least one carboxyl group (Carboxyl group) and hydroxyl group (-OH) and At least one other functional group undergoing a dehydration reaction.
  • the other functional group reacts with a compound having a hydroxyl group to separate water.
  • the functional group is an alkoxy group, an hydroxy group, an amine group, a vinyl group, an acrylate group, an alcohol group, an alcohol group. , Ketone group, ester group, and aldehyde group.
  • the surface precursor according to the present embodiment may include a hydroxy acid-based compound.
  • a hydroxy acid-based compound for example, glycolic acid, lactic acid, malonic acid, malic acid, malic acid, tartronic acid, glycerin acid, acetic acid, Citric acid and the like.
  • the surface precursor in the step (a) of mixing the surface precursor and the solvent to prepare a surface treating agent, includes at least one first carboxyl group and at least one second carboxyl group. can do.
  • the first carboxyl group does not participate in the dehydration reaction in step (c) and only the second carboxyl group participates.
  • the surface precursor according to the present embodiment includes an acrylic acid-based compound.
  • this surface precursor includes methacrylic acid, Polyacrylic acid, and the like.
  • the solvent may be variously applied according to the selection of the surface precursor.
  • the solvent may include at least one of water and a hydrophilic solvent.
  • the surface treatment agent may be prepared by stirring.
  • the magnetic particles are subjected to an acid treatment (b-1).
  • the magnetic particles are Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, It may include at least one component of Pb.
  • the magnetic particles may contain different kinds of metals, and may include oxidized metals.
  • the magnetic particles may be represented by the following general formulas (1) to (4).
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof
  • M c M ' d (0 ⁇ c ⁇ 20, 0 ⁇ d ⁇ 20, M is a magnetic metal atom or alloy thereof; M' is a Group 2 element, transition metal, Group 13 element, Group 14 element, 15 An element selected from the group consisting of a group element, a lanthanide element, and an actinium group element)
  • M is a magnetic metal atom or alloy thereof;
  • M' is a Group 2 element, transition metal, 13 An element selected from the group consisting of a group element, a group 14 element, a group 15 element, a lanthanide element, and an actinium element)
  • Formulas 1 and 3 are magnetic particles made of a single metal or alloy, and at least two kinds of metals
  • Formulas 2 and 4 represent magnetic particles made of a metal oxide including a single metal or alloy and at least two kinds of metals.
  • the magnetic particles represented by the general formula may include magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), and magnetite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ).
  • the acid may be variously selected in consideration of acidity according to the components of the magnetic particles.
  • the acid may be hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), formic acid, citric acid, citric acid, lactic acid, It may include at least one of amino acids.
  • the acid may etch a portion of the surface of the magnetic particles. At this time, the surface of the etched particles may be partially charged with a positive charge.
  • the magnetic particles may be mixed with the acid and then stirred.
  • the water-soluble solvent may include a precursor capable of introducing hydroxyl (-OH) to the particles charged with the (+) charge.
  • a precursor capable of introducing hydroxyl (-OH) to the particles charged with the (+) charge.
  • the water soluble solvent is water
  • the water may be temporarily bonded to the surface of the particles charged with the (+) charge.
  • hydroxyl groups can be introduced to the surface of the magnetic particles.
  • the magnetic particles into which the hydroxyl group is introduced may have higher dispersibility than the initial particles before the acid treatment.
  • the surface treating agent prepared in step (a) and the magnetic particles introduced with the hydroxyl group are mixed (step c).
  • the mixing of the surface treating agent and the magnetic particles may be performed in a temperature range of 25 ° C to 90 ° C.
  • the solvent is evaporated and the magnetic particles are agglomerated with each other so that the dispersion degree is lowered. The degree drops.
  • step (c) may be performed by dividing the first temperature maintaining state of 25 ° C. to 35 ° C. and the second temperature maintaining state of 60 ° C. to 90 ° C. and combining them suitably.
  • the separation is performed by separating the temperature holding state as described above, the dispersion degree of the particles and the carboxyl group substitution efficiency can be improved.
  • each duration of the first temperature holding state is longer than the duration of the second temperature holding state.
  • the heating may be performed at a temperature of 60 ° C. to 90 ° C. in the second temperature holding state, followed by heating at a temperature of 25 ° C. to 35 ° C. in the first temperature maintaining state.
  • the temperature maintenance state is performed separately as described above, the dispersibility of the magnetic particles and the substitution efficiency of the carboxyl group can be improved.
  • the duration of the second temperature holding state is longer than the duration of the first temperature holding state.
  • step (c) in the former embodiment, i.e., if the surface precursor comprises at least one carboxyl group and at least one other functional group which undergoes a dehydration reaction with the hydroxyl group (-OH), the other functional group is the hydroxyl group. Dehydration reaction with and the carboxyl group is treated or attached to the surface of the magnetic particles.
  • step (c) in the latter embodiment, that is, when the surface precursor includes at least one first carboxyl group and at least one second carboxyl group, the first carboxyl group is dehydrated with the hydroxyl group.
  • the second carboxyl group undergoes a dehydration reaction with the hydroxyl group so that the first carboxyl group is treated or attached to the surface of the magnetic particles.
  • the surface-treated magnetic composite can be obtained.
  • the magnetic composite may include magnetic particles in the center and carboxyl groups treated on the surface of the magnetic particles.
  • a ligand such as a carboxyl group can be simply bound to the magnetic particles without the step of coating PEG or TEOS on the magnetic particles separately.
  • the surface treatment of the magnetic particles can be performed in large quantities.
  • the magnetic complex may be used for labeling and detecting a molecule in vivo, which is a target material.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a process of labeling a target material in vivo by the magnetic complex for labeling the target material according to another embodiment of the present invention.
  • the carboxyl group which is a functional ligand of the magnetic complex, may be combined with an antibody capable of recognizing the target substance.
  • the antibody may specifically bind to a receptor formed in the cytoplasm of the target material.
  • the target material may be DNA, RNA, peptide, protein, antigen, antibody, nucleic acid aptamer, hapten, antigen protein, DNA binding protein, DNA binding protein, Hormones, tumor-specific markers, and tissue-specific markers.
  • the target substance may include fungal toxins such as geralenone (Zearalenone), aflatoxin (Aflatoxin), okratoxine (Ochratoxine), patulin (Fatonisin), deoxynivalenol Can be. That is, the carboxyl group of the magnetic complex will be used indirectly to detect the target substance using the antibody bound thereto. On the other hand, the carboxyl group of the magnetic complex can be used to directly detect the target material by being directly bonded by covalent bonding with the target materials listed above.
  • fungal toxins such as geralenone (Zearalenone), aflatoxin (Aflatoxin), okratoxine (Ochratoxine), patulin (Fatonisin), deoxynivalenol Can be. That is, the carboxyl group of the magnetic complex will be used indirectly to detect the target substance using the antibody bound thereto. On the other hand, the carboxyl group of the magnetic complex can be used to directly detect the target material by being directly
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a process of detecting a labeled target material of FIG. 4.
  • a magnetic tip is approached to a sample in which a magnetic complex bound to a target material and a biomolecule not bound to a target material are randomly mixed.
  • the target material combined with the magnetic complex is densely located near the magnetic tip by the magnetism of the magnetic complex.
  • the GMR sensor can be used when measuring the detection amount.
  • the magnetic composite or the magnetic particles located at the center thereof may have a magnetization value within a range of 20 to 90 emu / g.
  • the magnetic composite or the magnetic particles may be selected in various sizes in consideration of the type and size of the target material.
  • the magnetic composite or the magnetic particles may have a size in the range of 10 nm to 300 nm.
  • the etched iron oxide particles were then mixed with an aqueous solvent to remove the remaining hydrochloric acid.
  • the iron oxide particles charged with the (+) charge undergoes a dehydrogenation reaction with the water molecules present in the aqueous solvent, and a plurality of hydroxyl groups (-OH) are bonded to the surface.
  • the surface potential of the iron oxide particles was detected to be -23.5 mV.
  • FIG. 6 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (red) after the first step (a-2) according to Example 1.
  • FIG. 6 after the treatment of step (a-2), detection peaks of the typical 3,400 cm ⁇ 1 to 3,650 cm ⁇ 1 band of the hydroxyl group may be identified. Therefore, it can be confirmed that the hydroxyl group was introduced to the surface of the iron oxide particles.
  • FIG. 7 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles (b) after the initial step (red) according to Example 1.
  • FIG. 7 detection peaks of typical 2,850 cm ⁇ 1 to 3,000 cm ⁇ 1 and 1,375 cm ⁇ 1 to 1,450 cm ⁇ 1 bands of alkyl groups that are molecules constituting oleic acid can be confirmed.
  • the detection peak of the typical 1710 cm -1 band of the carboxyl group which is a molecule constituting oleic acid can be confirmed. Therefore, it can be confirmed that oleic acid is treated on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • FIG. 8 shows data obtained by measuring the degree of dispersion of particles between steps (a-1) (black), (a-2) (red), and (b) (blue) according to Example 1.
  • the iron oxide particles should not be agglomerated with each other and should be close to 200 nm, which is the size of the initial iron oxide particles.
  • the uniform particle density (Intensity) should appear as a large value.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • organic ligand precursor 200 g was prepared by mixing 5 wt% of 10 g octadecyl amine solid in 190 g tetrachloroethylene, which is a nonpolar solvent.
  • Iron oxide particles surface-treated with iron hydroxide 5g was mixed with the organic ligand precursor and dispersed for 30 minutes using a disperser, and stirred with a stirrer for 4 hours to prepare iron oxide particles surface-treated with octadecyl amine.
  • FIG. 9 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand (red color) according to Example 2.
  • FIG. 10 detection peaks of the typical 2,850 cm ⁇ 1 to 3,000 cm ⁇ 1 and 1,375 cm ⁇ 1 to 1,450 cm ⁇ 1 bands of an alkyl group that is a molecule constituting octadecyl amine can be confirmed.
  • the detection peaks of the typical 3,300 cm -1 to 3,500 cm -1 and 1,600 cm -1 band of the amine group which is a molecule constituting the octadecyl amine can be confirmed. Therefore, it can be seen that octadecylamine is treated on the surface of the magnetic particles.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • 200 g of an organic ligand precursor was prepared by mixing 20 g of polystyrene solid (10 wt%) in 180 g of tetrachloroethylene, which is a nonpolar solvent.
  • Iron oxide particles surface-treated with a hydroxyl group was mixed with the organic ligand precursor, dispersed for 30 minutes using a disperser, and stirred with a stirrer for 4 hours to prepare iron oxide particles surface-treated with polystyrene.
  • FIG. 11 is an image obtained by analyzing FT-IR of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red color) according to Example 3.
  • FIG. 11 detection peaks of a typical 2,850 cm ⁇ 1 to 3,000 cm ⁇ 1 band of an alkyl group constituting polystyrene can be confirmed.
  • the detection peak of the typical 700 cm -1 to 900 cm -1 band of the phenyl group constituting polystyrene can be confirmed. Therefore, it can be confirmed that polystyrene has been treated on the surface of the magnetic particles.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • 200 g of an organic ligand precursor was prepared by mixing with 5 wt% of 10 g monostearin solid content in 190 g tetrachloroethylene, which is a nonpolar solvent.
  • FIG. 13 is an image of iron oxide particles (black) and iron oxide particles treated after organic ligand treatment (red) according to Example 4 using TF-IR.
  • detection peaks of the typical 2,850 cm ⁇ 1 to 3,000 cm ⁇ 1 and 1,375 cm ⁇ 1 to 1,450 cm ⁇ 1 bands of the alkyl group which are the molecules constituting monostearin can be confirmed.
  • the detection peak of the typical 1,670 cm -1 to 1,780 cm -1 band of the carbonyl group constituting the monoearin (Monostearin) can be confirmed. Therefore, it can be confirmed that monostearin (Monostearin) is treated on the surface of the magnetic particles.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent. Thereafter, the mixture was heated at 30 ° C. for 2 hours, and then heated to 60 ° C. for 9 minutes, and then heated at 30 ° C. for 2 hours. Subsequently, the mixture was washed three times with ethanol and three times again with purified water to prepare a magnetic composite having silicon oxide and amine groups treated on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 15 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 5.
  • FIG. 15 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 5.
  • detection peaks of the typical 3,300 cm ⁇ 1 to 3,500 cm ⁇ 1 and 1,500 cm ⁇ 1 bands of amine groups can be identified.
  • the detected peaks of the amine group appears to be overlapped with the detection peak (3,400cm -1 to 3,650 cm -1) of a hydroxyl group.
  • detection peaks in the 1050 cm -1 to 1,300 cm -1 band of silicon oxide can also be confirmed. Therefore, it can be confirmed that the silicon oxide and the amine group were treated on the surface of the magnetic particles.
  • a surface treatment agent 1 ml of aminopropyltrietoxy-silane (APS) and 1 ml of silica (Tetraethyl-orthosilicate, TEOS) were mixed. The mixture was stirred at 250 rpm for 1 hour with a stirrer to prepare a surface treatment agent.
  • APS aminopropyltrietoxy-silane
  • silica Tetraethyl-orthosilicate
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent.
  • the mixture was then heated at 60 ° C. for 24 hours and then at 30 ° C. for 2 hours. Subsequently, the mixture was washed three times with ethanol and three times again with purified water to prepare a magnetic composite having silicon oxide and amine groups treated on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 16 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 6.
  • FIG. 16 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 6.
  • detection peaks in the typical 3,300 cm ⁇ 1 to 3,500 cm ⁇ 1 and 1,500 cm ⁇ 1 bands of amine groups can be identified.
  • the detection peak of the amine group seems to overlap with the detection peak (3,400 cm ⁇ 1 to 3,650 cm ⁇ 1 ) of the hydroxyl group.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent. The mixture was then heated at 30 ° C. for 2 hours and then heated to 60 ° C. for 9 minutes. Subsequently, the mixture was washed three times with ethanol and again three times with purified water to prepare a magnetic composite in which silicon oxide and amine groups were treated on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 17 is an image analyzed by using TF-IR after introducing silicon oxide and an amine group into iron oxide particles into which a hydroxyl group was introduced according to Example 7.
  • detection peaks in the typical 3,300 cm ⁇ 1 to 3,500 cm ⁇ 1 and 1,500 cm ⁇ 1 bands of amine groups can be identified.
  • the detection peak of the amine group seems to overlap with the detection peak (3,400 cm ⁇ 1 to 3,650 cm ⁇ 1 ) of the hydroxyl group.
  • the detection peak of the 1050 cm -1 to 1,300 cm -1 band of the silicon oxide can be confirmed. Therefore, it can be confirmed that the silicon oxide and the amine group were treated on the surface of the magnetic particles.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent. Thereafter, the mixture was heated at 30 ° C. for 3 hours, then heated to 60 ° C. for 10 minutes, and then heated at 30 ° C. for 1 hour. Subsequently, washing again with purified water three times to prepare a magnetic complex having a carboxyl group treated on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 18 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 8.
  • FIG. 18 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 8.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent. The mixture was then heated at 60 ° C. for 24 hours and then at 30 ° C. for 2 hours. Subsequently, the mixture was washed three times with ethanol and washed three times with purified water to prepare a magnetic complex having a carboxyl group on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 19 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 9.
  • FIG. 19 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 9.
  • Magnetic iron oxide particles were obtained by the same method as the preparation of the magnetic iron oxide particles of Example 1.
  • the etched iron oxide particles were then mixed with an aqueous solvent to remove the remaining hydrochloric acid.
  • the iron oxide particles charged with the (+) charge undergoes a dehydrogenation reaction with the water molecules present in the aqueous solvent, and a plurality of hydroxyl groups (-OH) are bonded to the surface.
  • the surface potential of the iron oxide particles was detected to be -23.5 mV.
  • the magnetic iron oxide particles into which the hydroxyl group was introduced were mixed with the previously prepared surface treatment agent.
  • the mixture was then heated at 80 ° C. for 12 h and then at 30 ° C. for 1 h. Subsequently, the mixture was washed three times with ethanol and washed three times with purified water to prepare a magnetic complex having a carboxyl group on the surface of the magnetic particles.
  • FIG. 20 is an image analyzed by using TF-IR after introducing a carboxyl group into iron oxide particles into which a hydroxyl group is introduced according to Example 10.

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Abstract

본 발명은 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 수산화기와 결합하는 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제와 혼합하여, 상기 유기 리간드가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법 및 이에 의해 제조된 분산성이 우수한 자성 복합체 등에 관한 것이다.

Description

자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체
본 발명은 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체에 관한 것이다.
자성 입자는 의학적 용도로 암과 같은 질병을 진단 및 치료, 면역 분석, 의학적 촬영 시에 사용되는 조영제, 약물 전달 시스템(DDS), RNA 분리와 같은 유전 공학, 생체 분석물(analyte)을 분석하기 위한 바이오센서, 폐수 정제, 촉매, 정보 저장, 위조 방지용 표시 기술, 광결정성(Photonic crystal)의 특성을 이용한 디스플레이 기술 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
자성 입자의 소재로 주로 사용되는 산화철은 독성을 가지고 내산화성이 적으며 비친수성의 성질을 갖기 때문에, 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS) 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 같은 무기, 유기 화합물로 표면 처리하는 과정을 필요로 한다.
그러나, 산화철의 입자의 표면에 TEOS 또는 PEG를 처리하게 되면, 산화철 입자의 자성을 약화시키는 문제가 있으며, 지용성 용매 내에서는 분산성이 현저히 떨어져서 개개의 산화철 입자 간에 서로 뭉쳐지는 문제가 있다. 또한, 고압 및 고온의 조건에서 표면 처리되기 때문에 위험성이 크고 대량 생산에 적합하지 못한 문제가 있다.
또한, 자성 입자를 이용하여 다양한 생체 분자 및 이들의 리간드를 동시에 신속하게 스크리닝할 수 있는 신기술들에 대한 연구가 각광을 받고 있는데, 이는 자성 입자를 생체분자와 같은 타겟 물질과 결합시켜 표지 및 검출하는 기술이 별도의 고가장비를 필요로 하지 않고, 극미량의 생체 분자들도 검출할 수 있기 때문이다.
그러나, 이러한 자성 입자를 이용한 표지 및 검출기술은 자성 입자가 생체 분자에 부착될 수 있도록 그 표면을 개질 해야만 한다. 종래의 자성 입자 표면 처리 기술은 자성 입자의 독성, 산화성, 비친수성의 성질을 개질하기 위해 무기-유기 화합물을 처리한 후, 기능성 리간드를 도입한다. 따라서, 종래의 자성 입자 표면 처리 기술은 다단계의 표면 처리 공정들을 필요로 하기 때문에, 제조시간이 길며 대량생산에 적합하지 못한 문제점이 있었다. 가령, 종래 기술에서는, 자성 입자 또는 자성 나노 입자를 TEOS 또는 PEG로 코팅한 후에 이 코팅된 TEOS 또는 PEG에 아민기와 같은 리간드를 결합시키는 구성을 취하고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, TEOS 또는 PEG의 표면 처리가 필요하지 않고, 우수한 자기적 특성을 가지면서 지용성 용매에서도 분산성이 우수하며, 상압의 조건에서도 대량생산이 가능한 자성 입자 표면 처리 방법 및 이에 의해 제조된 분산성이 우수한 자성 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술보다 간단한 처리 공정으로 아민기를 포함하는 실리콘 산화물 또는 카르복실기 처리하여 자성 입자의 표면을 개질하여 대량생산에 적합한 자성 입자 표면 처리 방법, 이에 의해 제조된 자성 복합체, 및 타겟 물질 표지용 자성 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 수산화기와 결합하는 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제와 혼합하여, 상기 유기 리간드가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제는 카르복실기(Carboxyl group), 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amin Group), 바이닐기(Vinyl group), 아크릴레이트기(Acrylate group), 알콕시기(Alchol group), 케톤기(Ketone group), 에스터기(Ester group) 및 알데하이드기(Aldehyde group) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제는 리시놀레익산(Ricinoleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 모노스테아린(Monostearin), 팔미트산(Palmitic acid), 옥타데실아민(Octadecylamin), 트리옥틸포스핀 옥사이드(Trioctylphosphine oxide), 올레익산(Oleic acid), 스테아르산(Stearic acid), 폴리 메틸메타크리레이트(Poly methylmethacrylate), 폴리스타이렌(Polystyrene), 솔비톨 모노올레이트(Solbitol monooleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 미리스트올레산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid) , 알파-리놀레익산(α-Linolenic acid), 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid), 에루신산(Erucic acid), 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid), 트리옥틸포스페이트(Trioctylphosphate), 헥사데실아미노(Hexadecylamino), Fatty acid 계열, 및 올레핀 계열 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따라서, (a) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 수산화기와 결합하는 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제와 혼합하여, 상기 유기 리간드가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체가 제공된다.
상기 자성 입자는 복수의 자성 입자가 뭉쳐져 이루어진 클러스터(cluster)일 수 있고, 상기 클러스터를 수용성 용매 또는 지용성 용매에 분산시키면, 상기 복수의 자성 입자의 표면에 형성된 상기 유기 리간드에 의하여 상기 복수의 자성 입자 사이에 입체 장애 효과(steric effect)가 발생할 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 아민기는 모노아민기, 다이아민기, 트리아민기, 에틸렌 다이아민 및 다이에틸렌트라이아민으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 아미노프로필트리에톡시-실란(Aminopropyltrietoxy-silane)을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이를 조합하여서 수행할 수 있다.
상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열, 상기 제 2 온도 유지 상태로의 가열, 및 다시 상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열을 순차적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 제 4 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체를 제공한다.
본 발명의 제 5 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되고, 상기 아민기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체를 제공한다.
본 발명의 제 6 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 하이드록시 산(hydroxy acid) 계열의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이를 조합하여서 수행할 수 있다.
상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열, 상기 제 2 온도 유지 상태로의 가열, 및 다시 상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열을 순차적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 제 7 측면에 따라서, 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 아크릴 산(Acrylic acid) 계열의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 (c) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이를 조합하여서 수행할 수 있다.
상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열, 상기 제 2 온도 유지 상태로의 가열, 및 다시 상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열을 순차적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 제 8 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체를 제공한다.
본 발명의 제 9 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체를 제공한다.
본 발명의 제 10 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며, 상기 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체를 제공한다.
본 발명의 제 11 측면에 따라서, (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계; (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및 (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며, 상기 제 1 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS) 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 표면 처리를 하지 않아 우수한 자기적 특성을 유지하면서, 유기 리간드의 입체 장애 효과에 의해 지용성 용매 상에서도 분산성이 탁월하다. 또한, 고압의 생산 조건 및 TEOS 또는 PEG의 코팅을 필요로 하지 않아 간편한 공정으로 대량 생산을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 자성 입자에 아민기를 포함하는 실리콘 산화물 또는 카르복실기 처리가 간단한 처리 공정에 의해 수행되어 대량 생산에 적합하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 복합체는 인체에 적용 가능하고 분산성이 우수하며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 극미량의 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker)를 표지 및 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른/또 다른 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 3 또는 도 4의 표지된 타겟 물질을 검출하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시예 1에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 (a-2) 단계 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 7은 실시예 1에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 (b) 단계 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 8은 실시예 1에 따른 (a-1) 단계(검정색), (a-2) 단계(붉은색), (b) 단계(파랑색)가 수행됨에 따른 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 9는 실시예 2에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 10은 실시예 2에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 11은 실시예 3에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 12는 실시예 3에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 13은 실시예 4에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 14는 실시예 4에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 15는 실시예 5에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 16은 실시예 6에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 17은 실시예 7에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 18은 실시예 8에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 19는 실시예 9에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 20은 실시예 10에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시하여 도시한 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
우선, 본 발명의 자성 입자 표면 처리 방법에 관한 설명에 앞서, 이에 사용되는 자성 입자의 제조 방법부터 설명하도록 한다. 이하에서 설명하는 자성 입자의 제조 방법은 본 발명의 자성 입자 표면 처리 방법에 사용되는 자성 입자의 일 실시예를 설명한 것으로 이하의 실시예를 한정하여 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 자성 입자 표면 처리 방법에 사용되는 상기 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다. 상기 자성 입자는 산화된 상태를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 입자는 이종의 금속이 함유될 수 있다. 예를 들면, 상기 자성을 가진 입자는 하기 일반식 1 내지 4로 표시될 수 있다.
일반식 1
M (M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 2
MaOb (0<a≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 3
McM'd (0<c≤20, 0<d≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 4
MaM'eOb (0<a≤20, 0<e≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 1 및 3은 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속으로 이루어진 자성입자고, 일반식 2 및 4는 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물로 이루어진 자성입자를 나타낸다.
상기 자성 입자의 제조방법은 먼저, 자성 선구물질과 음이온 리간드를 용매에 첨가하여 녹임으로써 비정질의 금속 젤 용액을 제조한다.
여기서, 상기 자성 선구물질은 금속 니트레이트 계열의 화합물, 금속 설페이트 계열의 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트 계열의 화합물, 금속 할라이드(MXa, M=Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb, X=F, Cl, Br, I, 0<a≤5) 계열의 화합물, 금속 퍼클로로레이트 계열의 화합물, 금속 썰파메이트 계열의 화합물, 금속 스티어레이트 계열의 화합물 및 유기 금속 계열의 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음이온 리간드는 알킬트라이메틸암모늄할라이드 계열의 양이온 리간드, 알킬산, 트라이알킬포스핀, 트라이알킬포스핀옥사이드, 알킬 아민, 알킬 싸이올 등의 중성 리간드 및 소듐알킬설페이트, 소듐알킬카복실레이트, 소듐알킬포스페이트, 소듐아세테이트 등의 음이온 리간드로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용매는 유기 용매인 방향족 용매, 헤테로고리 용매, 술록사이드계 용매, 아마이드계 용매, 탄화수소 용매, 에테르계 용매, 폴리머 용매, 이온성 액체 용매, 할로겐 탄화수소 용매, 알콜류 용매, 물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 상기 음이온 리간드에서 선택된 2 종류 이상이 함께 또는 순차적으로 사용될 수 있다.
이 때, 단일 종류의 자성 선구물질에 더하여, 금속 할라이드(MXa, M=Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb, X=F, Cl, Br, I, 0<a≤5) 계열의 화합물로 구성되는 이종 선구물질이 더 포함할 수 있다. 추가되는 이종 선구물질의 금속(M)은 상기 자성 선구물질에 함유된 금속과는 상이한 종류의 금속이다. 결과적으로 이종 금속 함유된 자성 입자를 제조할 수 있다. 상기 이종 선구물질은 상기 자성 선구물질 100 중량부당 1 중량부 내지 99 중량부 첨가되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 이종 선구물질이 상기 자성 선구물질에 함유됨에 따라, 최종 얻어지는 입자의 자기적 특성이 증강되거나, 초상자성, 상자성, 강자성, 반강자성, 페리자성, 반자성 등으로 다양하게 변형될 수 있으므로, 원하는 자기적 특성으로 조절될 수 있다.
이어서, 제조된 상기 비정질의 금속 젤 용액을 가열하여 결정성을 갖는 자성 입자로 상전이 시킨다. 예를 들면, 상기 비정질의 금속 젤 용액을 30℃ 내지 200℃에서 가열하여 더 안정한 결정 구조를 갖는 자성을 가진 입자를 형성할 수 있다. 아울러, 상기 자성을 가진 입자를 100℃ 내지 350℃로 재차 가열하여 환원 반응을 진행시킴에 따라, 상기 자성 입자가 서로 뭉쳐진 자성 클러스터를 제조할 수도 있다.
이상에서 설명한 방법에 따라, 마그네타이트(Fe3O4), 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3)와 같은 자성 입자를 제조할 수 있다.
또한, 상기 자성 입자는 1~200nm의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있으며, 개별의 단일 자성 입자가 아닌 복수의 상기 자성 입자가 뭉쳐져 이루어진 클러스터를 제조할 수도 있다.
A. 자성 입자 표면 처리 및 이에 의해서 제조된 자성 복합체
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 표면 처리 방법은 먼저, (a-1) 입자를 산(acid) 처리한다. 이어서, (a-2) 산 처리된 상기 입자를 수용성 용매와 혼합한다. 이어서, (b) 표면 처리제와 혼합한다. 이하에서는 각 단계를 나누어 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 입자를 산 처리하는 (a-1) 단계에 있어서, 상기 산성 물질은 상기 자성을 가진 입자의 성분에 따라 산도(acidity)를 고려하여 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산은 상기 입자와 반응하여 상기 입자의 표면 중 일부를 에칭시킬 수 있다. 이때, 상기 에칭된 입자의 표면은 부분적으로 (+)전하로 대전될 수 있다.
보다 효과적으로 상기 반응을 진행시키기 위하여, 상기 입자를 상기 산과 혼합한 후, 분산기를 사용하여 교반 할 수 있다.
이어서, 상기 (+)전하로 대전된 입자를 수용성 용매와 혼합한다(a-2 단계). 상기 수용성 용매는 상기 (+)전하로 대전된 입자에 수산화기(-OH)를 도입할 수 있는 전구체를 포함한다. 예를 들면, 상기 수용성 용매가 물인 경우, 상기 물은 상기 (+)전하로 대전된 입자의 표면에 일시적으로 결합될 수 있다. 상기 결합된 물의 탈수소화 반응이 일어나게 됨에 따라, 수산화기가 입자의 표면에 도입될 수 있다. 수산화기가 도입된 입자는 산 처리 전인 초기의 입자보다 분산성이 증가될 수 있다.
이어서, 상기 입자의 수산화기에 유기 리간드를 결합시킨다(b 단계). 예를 들면, 상기 수산화기가 도입된 입자를 상기 유기 리간드를 포함하는 물질과 혼합하고, 분산기를 이용하여 교반할 수 있다. 상기 유기 리간드는 긴 알킬 사슬 및 상기 알킬 사슬의 말단에 카르복실기, 아민기, 바이닐기, 페닐기를 포함할 수 있다. 상기 카르복실기와 상기 입자 표면의 수산화기가 결합됨에 따라, 상기 입자의 표면에는 긴 알킬 사슬이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 유기 리간드를 포함하는 물질은 리시놀레익산(Ricinoleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 모노스테아린(Monostearin), 팔미트산(Palmitic acid), 옥타데실아민(Octadecylamin), 트리옥틸포스핀 옥사이드(Trioctylphosphine oxide), 올레익산(Oleic acid), 스테아르산(Stearic acid), 폴리메틸메타크리레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(Polystyrene), 솔비톨 모노올레이트(Solbitol monooleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 미리스트올레산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid) , 알파-리놀레익산(α-Linolenic acid), 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid), 에루신산(Erucic acid), 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid), 트리옥틸포스페이트(Trioctylphosphate), 헥사데실아미노(Hexadecylamino), Fatty acid 계열, 올레핀 계열 중 적어도 하나를 포함한다.
상기와 같은 표면 처리 방법에 의해 제조된 복수의 자성 입자가 뭉쳐져 이루어진 클러스터(cluster)를 수용성 용매 또는 지용성 용매에 분산시키면, 상기 복수의 자성 입자의 표면에 형성된 상기 유기 리간드에 의하여 상기 복수의 자성 입자 사이에 입체 장애(steric effect) 효과가 발생한다.
예를 들면, 제조된 복수의 상기 자성 입자들은 용매 상에서 외부의 강자기장에 노출시킬 경우, 상기 자성 입자들 상호 간의 자기적인 인력에 대응하여 상기 알킬 사슬에 의한 입체 장애 효과에 의한 반발력으로 용매 상 각 자성 입자들이 용이하게 분산될 수 있다. 또한, 상기 알킬 사슬의 말단에 분극(polarization)을 갖는 분자를 처리하여 상기 자성 입자들 간에 반발력을 조절할 수 있다.
이러한, 정전기적, 자기적 및 입체 장애 효과를 이용하여 상기 자성 입자들의 간격을 변화시킴으로 광결정 구조색을 발현시킬 수 있고, 이를 디스플레이 분야에 응용할 수 있다. 또한, 제조된 상기 자성 입자들은 지용성 용매에서 분산성을 가지므로, O/W 애멀젼화 방법을 이용한 코아세르베이션 방법을 통해 캡슐화가 가능하다. 따라서, 캡슐화된 자성 입자들을 스크린 프린팅 방법을 이용하여 원하는 패턴을 형성할 수 있으며, 이를 투명 필름 위에 도포하여 기능성 필름으로도 응용 가능하다.
본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 테트라에틸오쏘실리케이트 (TEOS)나 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 표면 처리를 하지 않아 우수한 자기적 특성을 유지하면서도, 입체 장애 효과에 의해 지용성 용매상에서도 분산성이 탁월하다. 또한, 고압의 생산 조건 및 TEOS 또는 PEG의 코팅을 필요로 하지 않아 간편한 공정으로 대량생산을 가능하게 한다.
B-1. 자성 입자 표면 처리 및 이에 의해서 제조된 자성 복합체
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 (a) 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조한다. 이어서, (b)~(c) 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합한다. 이하에서는 각 단계를 나누어 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 (a) 단계에 있어서, 상기 표면 전구체는 적어도 하나의 알콕시기(Alkoxy group) 및 적어도 하나의 아민기(Amine group)가 치환된 실리콘을 포함한다. 상기 알콕시기는 상기 실리콘과 결합되어 실록산(Siloxane, Si-O-R)의 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 표면 전구체는 하기 화학식[1]을 가질 수 있다.
화학식[1]
Figure PCTKR2012004969-appb-I000001
(식 중, R은 아민기, 다이아민기, 트리아민기, 산아미드기, 아미녹시기로 구성된 군으로부터 선택되거나, 아민기, 다이아민기, 트리아민기, 산아미드기, 아미녹시기로 구성된 군으로부터 선택된 치환기를 갖는 탄화수소이고,
n은 1 ~ 3 의 정수를 나타내며,
R' 은 탄소수 1 ~ 500 의 1가 알킬기)
예를 들면, 상기 표면 전구체는 아미노프로필트리에톡시-실란(Aminopropyltrietoxy-silane, APS)을 포함할 수 있다.
상기 용매는 상기 표면 전구체의 선택에 따라 다양하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 용매는 물과 친수성 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매와 상기 표면 전구체를 혼합한 후, 교반하여 표면 처리제를 제조할 수 있다.
이어서, 자성 입자를 산(acid) 처리한다(b-1). 여기서, 상기 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 입자는 이종의 금속이 함유될 수 있고, 산화된 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자성 입자는 하기 일반식 1 내지 4로 표시될 수 있다.
일반식 1
M (M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 2
MaOb (0<a≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 3
McM'd (0<c≤20, 0<d≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 4
MaM'eOb (0<a≤20, 0<e≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 1 및 3은 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속으로 이루어진 자성 입자고, 일반식 2 및 4는 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물로 이루어진 자성 입자를 나타낸다.
상기 일반식으로 표시된 상기 자성 입자는 마그네타이트(Fe3O4), 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3)를 포함할 수 있다.
상기 산은 상기 자성 입자의 성분에 따라 산도(acidity)를 고려하여 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산은 상기 자성 입자의 표면 중 일부를 에칭(etching)시킬 수 있다. 이때, 상기 에칭된 입자의 표면은 부분적으로 (+) 전하로 대전될 수 있다.
보다 효과적으로, 상기 반응을 진행시키기 위하여, 상기 자성 입자를 상기 산과 혼합한 후, 교반할 수 있다.
이어서, 상기 (+) 전하로 대전된 입자를 수용성 용매와 혼합한다(b-2 단계). 상기 수용성 용매는 상기 (+) 전하로 대전된 입자에 수산화기(-OH)를 도입할 수 있는 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 수용성 용매가 물인 경우, 상기 물은 상기 (+) 전하로 대전된 입자의 표면에 일시적으로 결합될 수 있다. 상기 결합된 물의 탈수소화 반응이 일어나게 됨에 따라, 수산화기가 상기 자성 입자의 표면에 도입될 수 있다. 수산화기가 도입된 상기 자성 입자는 산 처리 전인 초기의 입자보다 분산성이 증가될 수 있다. 이 (b-2) 단계에서 제조된 자성 입자는 자성 입자가 수용성 용매 내에 분산되어 있는 합성물이거나 한번 더 처리된 분말 상태의 자성 입자일 수 있다.
이어서, 상기 (a) 단계에서 제조된 표면 처리제와 상기 수산화기가 도입된 상기 자성 입자를 혼합한다(c 단계). 이때, 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합은 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합이 90℃ 이상의 온도에서 수행될 경우, 용매가 증발되고 자성 입자가 서로 응집되어 분산도가 떨어지며, 25℃ 이하에서 수행될 경우, 자성 입자에 아민기가 표면 처리되는 정도가 떨어진다.
보다 바람직하게는, 상기 (c) 단계는 25℃ ~ 35℃의 제 1 온도 유지 상태와 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여 이를 적합하게 조합하여서 수행할 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 조합하여 수행하면, 입자의 분산도와 아민기 치환 효율을 향상시킬 수 있다.
가령, 먼저 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열을 수행하고 이어서 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃~90℃의 가열을 수행하고, 이어서 다시 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 또한, 이 경우에 제 1 온도 유지 상태의 각 지속 시간은 제 2 온도 유지 상태의 지속 시간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.
또한, 가령, 먼저, 상기 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃ ~ 90℃의 가열을 수행하고 이어서 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 수행하면, 자성 입자의 분산도와 아민기 치환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는, 제 2 온도 유지 상태의 지속 기간이 제 1 온도 유지 상태의 지속 기간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.
또한, 물 및 2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메틸-실란((2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethylsilane)의 혼합물이 표면 처리제로서 사용되는 경우에는, 25℃ ~ 35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃ ~ 90℃의 제 2 온도 유지 상태를 순차적으로 수행하되 제 1 온도 유지 상태를 제 2 온도 유지 상태보다 길게 하여도 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 각 경우에 따라서, 25℃ ~ 35℃의 제 1 온도 유지 상태와 60℃ ~ 90℃의 제 2 온도 유지 상태를 적합하게 조합하여서 구별하여서 수행하면 입자의 분산도 및 아민기의 치환율이 개선될 수 있다.
이상에서 설명한 방법에 따라 표면 처리된 자성 복합체를 얻을 수 있다. 상기 자성 복합체는 중심에 자성 입자, 상기 자성 입자의 표면에 처리된 실리콘 산화물 및 상기 실리콘 산화물의 표면에 처리된 아민기를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, PEG나 TEOS를 자성 입자에 별도로 코팅하는 단계를 거치지 않고서 자성 입자에 실리콘 산화물 및 아민기와 같은 리간드를 단일 단계에 의해서 결합시킬 수 있다. 이로써, 자성 입자의 표면 처리가 대량으로 수행될 수 있게 된다.
B-2. 타겟 물질 표지용 자성 복합체 및 타겟 물질 검출
상기 자성 복합체는, 이하에서 설명하는 바와 같이, 타겟 물질인 생체 내 분자를 표지하여 검출하는 용도로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 상기 자성 복합체의 기능성 리간드인 상기 아민기는 상기 타겟 물질을 인식할 수 있는 항체와 결합될 수 있다. 상기 항체는 상기 타겟 물질의 세포질에 형성된 수용체와 특이적 결합될 수 있다. 여기서, 상기 타겟 물질은 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 타겟 물질은 곰팡이 독소인 제랄레논(Zearalenone), 아플라톡신(Aflatoxin), 오크라톡신(Ochratoxine), 파툴린(Patulin), 푸모니신(Fumonisin), 데옥시니발레놀(Deoxynivalenol)을 포함할 수 있다. 즉, 본 자성 복합체의 아민기는 자신에게 결합된 항체를 사용하여서 타겟 물질을 검출하는데 간접적으로 사용되게 된다. 한편, 자성 복합체의 아민기는 상기 열거된 타겟 물질과 직접적으로 공유 결합(covalent bonding)에 의해서 결합되어서 타겟 물질을 직접 검지하는데도 사용될 수 있다.
도 5는 도 3의 표지된 타겟 물질을 검출하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 타겟 물질과 결합된 자성 복합체와 타겟 물질이 결합되는 않은 생체 분자가 무질서하게 혼합된 시료에 자석팁을 근접시킨다. 자성 복합체와 결합된 타겟 물질은 자성 복합체의 자성에 의해 상기 자석팁이 근접한 부분에 밀집되게 된다. 이때, 밀집된 자성 복합체의 자화값을 측정하여 상기 타겟 물질의 함유 정도를 검출할 수 있다.
여기서, 상기 자성 복합체 또는 그 중심에 위치한 상기 자성 입자는 20 내지 90 emu/g 범위 내의 자화값을 가질 수 있다.
또한, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 상기 타겟 물질의 종류와 크기를 고려하여 사이즈를 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟 물질이 곰팡이 독소인 경우, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 10 nm 내지 300 nm 범위 내의 사이즈를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 자성 입자의 실리콘 산화물 표면처리 및 기능성 리간드의 도입이 단일 처리 공정에 의해 수행되어 대량생산에 적합하고 안전성이 높다.
표면 처리제와 자성 입자의 혼합을 25℃ 내지 90℃에서 수행함에 따라, 자성 입자 간 분산성이 높은 상태에서 아민기 표면 처리하기 때문에 제조 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성 복합체는 인체에 적용 가능하고 분산성이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체는 극미량의 DNA, RNA, 펩티드, 단백질 및 항체를 검출할 수 있는 장점이 있다.
C-1. 자성 입자 표면 처리 및 이에 의해서 제조된 자성 복합체
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법의 수행 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 입자 표면 처리 방법은 우선, (a) 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조한다. 이어서, (b)~(c) 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합한다. 이하에서는 각 단계를 나누어 구체적으로 설명하도록 하겠다.
본 발명의 또 다른 전자의 실시예에서, 상기 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 (a) 단계에 있어서, 상기 표면 전구체는 적어도 하나의 카르복실기(Carboxyl group) 및 수산화기(-OH)와 탈수반응(Dehydration reaction)을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함한다.
상기 다른 기능기는 수산화기를 가진 화합물과 반응하여 물이 분리시킨다. 예를 들면, 상기 기능기는 알콕시기(Alkoxy group), 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amin group), 바이닐기(Vinyl group), 아크릴레이트기(Acrylate group), 알코올기(Alchol group), 케톤기(Ketone group), 에스터기(Ester group), 알데하이드기(Aldehyde group)를 포함한다.
본 실시예에 따른 표면 전구체는 하이드록시 산(hydroxy acid) 계열의 화합물을 포함할 수 있다. 가령, 글리콜산(glycolic acid), 락트산(Lactic acid), 말론산(Malonic acid), 말산(Malic acid), 타르트론산(Tartronic acid), 글리세린산(Glyceric acid), 아세틱 산(acetic acid), 시트릭 산(citric acid) 등을 포함한다.
본 발명의 또 다른 후자의 실시예에서, 상기 표면 전구체와 용매를 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 (a) 단계에 있어서, 상기 표면 전구체는 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함할 수 있다. 이하에서 설명될 것이지만, 제 1 카르복실기는 (c) 단계에서 탈수 반응에 참여하지 않고 오직 제 2 카르복실기만이 참여하게 된다.
본 실시예에 따른 표면 전구체는 아크릴릭 산(Acrylic acid) 계열의 화합물을 포함한다. 예를 들면, 이 표면 전구체는 메타크릴 산(Methacrylic acid), 폴리아크릴릭 산(Polyacrylic acid) 등을 포함한다.
상기 용매는 상기 표면 전구체의 선택에 따라 다양하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 용매와 상기 표면 전구체를 혼합한 후, 교반하여 표면 처리제를 제조할 수 있다.
이어서, 자성 입자를 산(acid) 처리한다(b-1). 여기서, 상기 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 입자는 이종의 금속이 함유될 수 있고, 산화된 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자성 입자는 하기 일반식 1 내지 4로 표시될 수 있다.
일반식 1
M (M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 2
MaOb (0<a≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금)
일반식 3
McM'd (0<c≤20, 0<d≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 4
MaM'eOb (0<a≤20, 0<e≤20, 0<b≤20, M은 자성을 띠는 금속 원자 또는 이들의 합금; M'는 2족 원소, 전이 금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄족 원소, 악티늄족 원소로 구성된 군으로부터 선택되는 원소)
일반식 1 및 3은 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속으로 이루어진 자성 입자고, 일반식 2 및 4는 단일 금속 또는 합금, 이종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물로 이루어진 자성 입자를 나타낸다.
상기 일반식으로 표시된 상기 자성 입자는 마그네타이트(Fe3O4), 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3)를 포함할 수 있다.
상기 산은 상기 자성 입자의 성분에 따라 산도(acidity)를 고려하여 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산은 상기 자성 입자의 표면 중 일부를 에칭(etching)시킬 수 있다. 이 때, 상기 에칭된 입자의 표면은 부분적으로 (+) 전하로 대전될 수 있다.
보다 효과적으로, 상기 반응을 진행시키기 위하여, 상기 자성 입자를 상기 산과 혼합한 후, 교반할 수 있다.
이어서, 상기 (+) 전하로 대전된 입자를 수용성 용매와 혼합한다(b-2 단계). 상기 수용성 용매는 상기 (+) 전하로 대전된 입자에 수산화기(-OH)를 도입할 수 있는 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 수용성 용매가 물인 경우, 상기 물은 상기 (+) 전하로 대전된 입자의 표면에 일시적으로 결합될 수 있다. 상기 결합된 물의 탈수소화 반응이 일어나게 됨에 따라, 수산화기가 상기 자성 입자의 표면에 도입될 수 있다. 수산화기가 도입된 상기 자성 입자는 산 처리 전인 초기의 입자보다 분산성이 증가될 수 있다.
이어서, 상기 (a) 단계에서 제조된 표면 처리제와 상기 수산화기가 도입된 상기 자성 입자를 혼합한다(c 단계). 이때, 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합은 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 표면 처리제와 상기 자성 입자의 혼합이 90℃ 이상의 온도에서 수행될 경우, 용매가 증발되고 자성 입자가 서로 응집되어 분산도가 떨어지며, 25℃ 이하에서 수행될 경우, 자성 입자에 카르복실기가 표면 처리되는 정도가 떨어진다.
보다 바람직하게는, 상기 (c) 단계는 25℃ ~ 35℃의 제 1 온도 유지 상태와 60℃ ~ 90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여 이를 적합하게 조합하여서 수행할 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 조합하여 수행하면, 입자의 분산도와 카르복실기 치환 효율을 향상시킬 수 있다.
가령, 먼저 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열을 수행하고 이어서 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃ ~ 90℃의 가열을 수행하고, 이어서 다시 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 또한, 이 경우에 제 1 온도 유지 상태의 각 지속 시간은 제 2 온도 유지 상태의 지속 시간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.
또한, 가령, 먼저 상기 제 2 온도 유지 상태의 온도 60℃ ~ 90℃의 가열을 수행하고 이어서 제 1 온도 유지 상태의 온도 25℃ ~ 35℃의 가열이 수행될 수 있다. 이상과 같이 온도 유지 상태를 구분하여 수행하면, 자성 입자의 분산도와 카르복실기의 치환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는, 제 2 온도 유지 상태의 지속 기간이 제 1 온도 유지 상태의 지속 기간보다 긴 것이 바람직할 수 있다.
이 단계 (c)에 의해서, 전자의 실시예인 경우, 즉 표면 전구체가 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 경우에는, 상기 다른 기능기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되거나 부착된다.
한편, 이 단계 (c)에 의해서, 후자의 실시예인 경우, 즉 상기 표면 전구체가 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 경우에, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되거나 부착되게 된다.
이상에서 설명한 방법에 따라 표면 처리된 자성 복합체를 얻을 수 있다. 상기 자성 복합체는 중심에 자성 입자 및 상기 자성 입자의 표면에 처리된 카르복실기를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, PEG나 TEOS를 자성 입자에 별도로 코팅하는 단계를 거치지 않고서 자성 입자에 카르복실기와 같은 리간드를 간단하게 결합시킬 수 있다. 이로써, 자성 입자의 표면 처리가 대량으로 수행될 수 있게 된다.
C-2. 타겟 물질 표지용 자성 복합체 및 타겟 물질 검출
상기 자성 복합체는, 이하에서 설명하는 바와 같이, 타겟 물질인 생체 내 분자를 표지하여 검출하는 용도로 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타겟 물질 표지용 자성 복합체가 생체 내 타겟 물질을 표지하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 자성 복합체의 기능성 리간드인 상기 카르복실기는 상기 타겟 물질을 인식할 수 있는 항체와 결합될 수 있다. 상기 항체는 상기 타겟 물질의 세포질에 형성된 수용체와 특이적 결합될 수 있다. 여기서, 상기 타겟 물질은 상기 타겟 물질은 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 타겟 물질은 곰팡이 독소인 제랄레논(Zearalenone), 아플라톡신(Aflatoxin), 오크라톡신(Ochratoxine), 파툴린(Patulin), 푸모니신(Fumonisin), 데옥시니발레놀(Deoxynivalenol)을 포함할 수 있다. 즉, 본 자성 복합체의 카르복실기는 자신에게 결합된 항체를 사용하여서 타겟 물질을 검출하는데 간접적으로 사용되게 된다. 한편, 자성 복합체의 카르복실기는 상기 열거된 타겟 물질과 직접적으로 공유 결합(covalent bonding)에 의해서 결합되어서 타겟 물질을 직접 검지하는데도 사용될 수 있다.
도 5는 도 4의 표지된 타겟 물질을 검출하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5를 참조하면, 타겟 물질과 결합된 자성 복합체와 타겟 물질이 결합되는 않은 생체 분자가 무질서하게 혼합된 시료에 자석팁을 근접시킨다. 자성 복합체와 결합된 타겟 물질은 자성 복합체의 자성에 의해 상기 자석팁이 근접한 부분에 밀집되게 된다. 이때, 밀집된 자성 복합체의 자화값을 측정하여 상기 타겟 물질의 함유 정도를 검출할 수 있다. 이러한 검출량 측정 시에 GMR 센서가 사용될 수 있다.
여기서, 상기 자성 복합체 또는 그 중심에 위치한 상기 자성 입자는 20 내지 90 emu/g 범위 내의 자화값을 가질 수 있다.
또한, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 상기 타겟 물질의 종류와 크기를 고려하여 사이즈를 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟 물질이 곰팡이 독소인 경우, 상기 자성 복합체 또는 상기 자성 입자는 10 nm 내지 300 nm 범위 내의 사이즈를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 자성 산화철 입자의 제조
유기용매로써 1000 ml 에틸렌 글라이콜에 자성 선구물질로써 50 g의 염화철 수화물, 50 g의 수산화나트륨 및 50 g의 물을 넣고 90℃에서 용해하였다. 190℃의 고온에서 이 용액을 환류하고, 반응이 완료된 후 검은색의 침전물을 얻었다. 이를 원심 분리기를 이용하여 4,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리한 다음, 에탄올과 물로 세척함으로써 정제하여 평균 입자 사이즈가 200nm 인 자성을 가진 산화철 입자를 얻었다.
(2) 수산화기(-OH)의 표면 처리
자성을 가진 산화철 입자 5g을 200ml의 1M 염산(HCl)과 혼합한 후, 초음파 분산기를 이용하여 10분간 교반하였다. 염산과 혼합 전, 산화철 입자의 표면전위가 검출되지 않았으나, 염산과 혼합한 후 산화철 입자의 표면전위는 33.6mV이었다. 따라서, 상기 산화철 입자의 표면이 에칭(eching)됨에 따라, 입자 표면은 부분적인 (+)전하로 대전됨을 확인할 수 있다.
이어서, 에칭된 산화철 입자를 수계용매와 혼합하여 남아 있는 염산을 제거를 하였다. 이때, (+)전하로 대전된 산화철 입자가 수계용매에 존재하는 물 분자와 탈수소화 반응을 진행 되고, 표면에 다수의 수산화기(-OH)가 결합된다. 여기서, 수계용매와 혼합한 후, 산화철 입자의 표면전위는 -23.5mV로 검출되었다.
도 6은 실시예 1에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 (a-2) 단계 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 6을 참조할 때, (a-2) 단계 처리 후, 수산화기의 전형적인 3,400 cm-1 내지 3,650 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 수산화기가 산화철 입자의 표면에 도입된 것을 확인할 수 있다.
(3) 유기 리간드 처리
수산화기가 도입된 산화철 입자 5g을 200ml 올레익산(Oleic acid)과 혼합하고 분산기를 사용하여 30분간 분산시킨 후, 4시간 동안 교반하여 올레익산(Oleic acid)으로 표면 처리된 산화철 입자를 제조하였다.
도 7은 실시예 1에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 (b) 단계 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 7을 참조하면, 올레익산(Oleic acid)를 구성하는 분자인 알킬기의 전형적인 2,850 cm-1 내지 3,000 cm-1 및 1,375 cm-1 내지 1,450 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 또한, 올레익산(Oleic acid)를 구성하는 분자인 카르복실기의 전형적인 1710 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 올레익산(Oleic acid)이 처리된 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 1에 따른 (a-1) 단계(검정색), (a-2) 단계(붉은색), (b) 단계(파랑색)가 수행됨에 따른 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 8을 참조하면, 산화철 입자간 분산도가 향상된다면 산화철 입자들이 서로 뭉쳐지지 않아야 하므로 초기 산화철 입자의 사이즈(Size)인 200nm에 근접해야 한다. 또한, 산화철 입자간 분산도가 향상된다면 균일 입자 밀도(Intensity)가 큰 값으로 나타나야 한다. 본 발명의 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 초기의 산화철 입자의 사이즈(Size)인 200nm 대역으로 점차 근접해지고, 초기의 산화철 입자의 사이즈를 갖는 입자 밀도(Intensity)가 점차 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해, 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 입자의 분산성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
(1) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(2) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 유기 리간드 처리
비극성 용매인 190g 테트라클로로에틸렌(Tetrachloroethylene) 내에서 10g 옥타데실아민(octadecyl amine) 고형분 5wt%를 혼합하여 200g의 유기 리간드 전구체를 준비하였다.
수산화기가 표면 처리된 산화철 입자 5g을 상기 유기 리간드 전구체와 혼합하고 분산기를 사용하여 30분간 분산시키고, 4시간 동안 교반기로 교반하여 옥타데실아민(octadecyl amine)으로 표면 처리된 산화철 입자를 제조하였다.
도 9는 실시예 2에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 10을 참조할 때, 옥타데실아민(octadecyl amine)을 구성하는 분자인 알킬기의 전형적인 2,850 cm-1 내지 3,000 cm-1 및 1,375 cm-1 내지 1,450 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 또한, 옥타데실아민(octadecyl amine)을 구성하는 분자인 아민기의 전형적인 3,300 cm-1 내지 3,500 cm-1 및 1,600 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 옥타데실아민(octadecyl amine)이 처리된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 실시예 2에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 10을 참조하면, 검정색은 (a-1) 단계, 붉은색은 (a-2) 단계, 파랑색은 (b) 단계가 수행됨에 따른 입자간 분산도를 나타낸다.
본 발명의 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 초기의 산화철 입자의 사이즈(Size)인 200nm 대역으로 점차 근접해지고, 초기의 산화철 입자의 사이즈를 갖는 입자 밀도(Intensity)가 점차 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해, 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 입자의 분산성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3
(1) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(2) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 유기 리간드 처리
비극성 용매인 180g 테트라클로로에틸렌(Tetrachloroethylene) 내에서 20g 폴리스타이렌(Polystyrene) 고형분 10wt%와 혼합하여 200g의 유기 리간드 전구체를 준비하였다.
수산화기가 표면 처리된 산화철 입자 5g을 상기 유기 리간드 전구체와 혼합하고 분산기를 사용하여 30분간 분산시키고, 4시간 동안 교반기로 교반하여 폴리스타이렌(Polystyrene)으로 표면 처리된 산화철 입자를 제조하였다.
도 11은 실시예 3에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 11을 참조할 때, 폴리스타이렌(Polystyrene)을 구성하는 알킬기의 전형적인 2,850 cm-1 내지 3,000 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 또한, 폴리스타이렌(Polystyrene)을 구성하는 페닐기의 전형적인 700 cm-1 내지 900 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 폴리스타이렌(Polystyrene)이 처리된 것을 확인할 수 있다.
도 12는 실시예 3에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 12를 참조하면, 검정색은 (a-1) 단계, 붉은색은 (a-2) 단계, 파랑색은 (b) 단계가 수행됨에 따른 입자간 분산도를 나타낸다.
본 발명의 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 초기의 산화철 입자의 사이즈(Size)인 200nm 대역으로 점차 근접해지고, 초기의 산화철 입자의 사이즈를 갖는 입자 밀도(Intensity)가 점차 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해, 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 입자의 분산성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4
(1) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(2) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 유기 리간드 처리
비극성 용매인 190g 테트라클로로에틸렌(Tetrachloroethylene) 내에서 10g 모노스테아린(Monostearin) 고형분 5wt%와 혼합하여 200g의 유기 리간드 전구체를 준비하였다.
수산화기가 표면 처리된 산화철 입자 5g을 상기 유기 리간드 전구체와 혼합하고 분산기를 사용하여 30분간 분산시키며, 4시간 동안 교반기로 교반하여 모노스테아린(Monostearin)으로 표면 처리된 산화철 입자를 제조하였다.
도 13은 실시예 4에 따른 초기의 산화철 입자(검정색)와 유기 리간드 처리 후(붉은색)의 산화철 입자를 TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다. 도 13을 참조할 때, 모노스테아린(Monostearin)을 구성하는 분자인 알킬기의 전형적인 2,850 cm-1 내지 3,000 cm-1 및 1,375 cm-1 내지 1,450 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 또한, 모노스테아린(Monostearin)을 구성하는 분자인 카보닐기의 전형적인 1,670 cm-1 내지 1,780 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 모노스테아린(Monostearin)이 처리된 것을 확인할 수 있다.
도 14는 실시예 4에 의해 제조된 입자간 분산도를 측정한 데이터이다.
도 14를 참조하면, 검정색은 (a-1) 단계, 붉은색은 (a-2) 단계, 파랑색은 (b) 단계가 수행됨에 따른 입자간 분산도를 나타낸다.
본 발명의 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 초기의 산화철 입자의 사이즈(Size)인 200nm 대역으로 점차 근접해지고, 초기의 산화철 입자의 사이즈를 갖는 입자 밀도(Intensity)가 점차 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해, 입자 표면 처리가 각각 진행됨에 따라 입자의 분산성이 증대되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 5
(1) 표면 처리제의 제조
물 120 ml에 아미노프로필트리에톡시-실란(Aminopropyltrietoxy-silane, APS) 3 ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(4) 아민기를 포함하는 실리콘 산화물 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 30℃에서 2 시간 동안 가열한 후, 온도를 60℃로 높여 9 분 가열하였으며, 다시 30℃에서 2 시간 동안 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 15는 실시예 5에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 15를 참조하면, 아민기의 전형적인 3,300 cm-1 내지 3,500 cm-1 및 1,500 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 여기서, 아민기의 검출 피크는 수산화기의 검출 피크(3,400cm-1 내지 3,650 cm-1 )와 중첩된 것으로 보인다. 아울러, 실리콘 산화물의 1050 cm-1 내지 1,300 cm-1 대역의 검출 피크도 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 것을 확인할 수 있다.
실시예 6
(1) 표면 처리제의 제조
물 120 ml에 아미노프로필트리에톡시-실란(Aminopropyltrietoxy-silane, APS) 1 ml와 실리카(Tetraethyl-orthosilicate, TEOS) 1ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(4) 아민기를 포함하는 실리콘 산화물 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 60℃에서 24 시간 동안 가열한 후, 30℃에서 2 시간 동안 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 16은 실시예 6에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 16을 참조하면, 아민기의 전형적인 3,300 cm-1 내지 3,500 cm-1 및 1,500 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 여기서, 아민기의 검출 피크는 수산화기의 검출 피크(3,400 cm-1 내지 3,650 cm-1 )와 중첩된 것으로 보인다. 아울러, 실리콘 산화물의 1050cm-1 내지 1,300 cm-1 대역의 검출 피크도 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 것을 확인할 수 있다.
실시예 7
(1) 표면 처리제의 제조
물 120ml에 2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메틸-실란((2-aminoethyl)-3- aminopropyl trimethylsilane) 3ml를 혼합하였다. 혼합물을 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(4) 아민기를 포함하는 실리콘 산화물 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 30℃에서 2 시간 동안 가열한 후, 온도를 60℃로 높여 9 분간 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 17은 실시예 7에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 실리콘 산화물과 아민기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 17을 참조할 때, 아민기의 전형적인 3,300 cm-1 내지 3,500 cm-1 및 1,500 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 여기서, 아민기의 검출 피크는 수산화기의 검출 피크(3,400 cm-1 내지 3,650 cm-1)와 중첩된 것으로 보인다. 아울러, 실리콘 산화물의 1050 cm-1 내지 1,300 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 실리콘 산화물과 아민기가 처리된 것을 확인할 수 있다.
실시예 8
(1) 표면 처리제의 제조
물 200 ml에 5wt%의 폴리아크릴 산(Polyacrylic acid) 10 ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(4) 카르복실기 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 30℃에서 3 시간 동안 가열한 후, 온도를 60℃로 높여 10 분 가열하였으며, 다시 30℃에서 1 시간 동안 가열하였다. 이어서, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 18은 실시예 8에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 18을 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm-1 내지 1,780 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.
실시예 9
(1) 표면 처리제의 제조
에탄올 200 ml에 메타크릴 산(Methacrylic acid) 2g, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(Ethyleneglycol dimethacrylate) 0.15g 및 아조비스아이소부티로나이트릴(Azobisisobutyronitrile, AIBN) 0.15g을 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
실시예 1의 수산화기(-OH)의 표면처리와 동일한 방법으로 수행하여 수산화기(-OH)가 표면 처리된 자성 산화철 입자를 얻었다.
(4) 카르복실기 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 60℃에서 24 시간 동안 가열한 후, 30℃에서 2 시간 동안 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 19는 실시예 9에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 19를 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm-1 내지 1,780 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성 입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.
실시예 10
(1) 표면 처리제의 제조
물 200 ml에 시트르 산(citric acid) 20 ml를 혼합하였다. 혼합물을 교반기로 1 시간 동안 250 rpm으로 교반하여 표면 처리제를 제조하였다.
(2) 자성 산화철 입자의 제조
실시예 1의 자성 산화철 입자의 제조와 동일한 방법으로 수행하여 자성 산화철 입자를 얻었다.
(3) 수산화기(-OH)의 표면 처리
자성을 가진 산화철 입자 5g을 200ml의 1M 염산(HCl)과 혼합한 후, 초음파 분산기를 이용하여 30분간 교반하였다. 염산과 혼합 전, 산화철 입자의 표면전위가 검출되지 않았으나, 염산과 혼합한 후 산화철 입자의 표면전위는 33.6mV이었다. 따라서, 상기 산화철 입자의 표면이 에칭(eching)됨에 따라, 입자 표면은 부분적인 (+)전하로 대전됨을 확인할 수 있다.
이어서, 에칭된 산화철 입자를 수계용매와 혼합하여 남아 있는 염산을 제거를 하였다. 이때, (+)전하로 대전된 산화철 입자가 수계용매에 존재하는 물 분자와 탈수소화 반응을 진행 되고, 표면에 다수의 수산화기(-OH)가 결합된다. 여기서, 수계용매와 혼합한 후, 산화철 입자의 표면전위는 -23.5mV로 검출되었다.
(4) 카르복실기 처리
수산화기가 도입된 자성 산화철 입자와 앞서 제조된 표면 처리제를 혼합하였다. 이후, 혼합물을 80℃에서 12 시간 동안 가열하고 이어서 30℃에서 1 시간 가열하였다. 이어서, 에탄올로 3회 세척하고, 정제수로 다시 3회 세척하여 자성입자의 표면에 카르복실기가 처리된 자성 복합체를 제조하였다.
도 20은 실시예 10에 따라 수산화기가 도입된 산화철 입자에 카르복실기를 도입한 후, TF-IR을 이용하여 분석한 이미지이다.
도 20을 참조하면, 카르복실기의 전형적인 1,670 cm-1 내지 1,780 cm-1 대역의 검출 피크를 확인할 수 있다. 따라서, 자성입자의 표면에 카르복실기가 처리된 것을 확인할 수 있다.

Claims (33)

  1. (a) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (b) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 수산화기와 결합하는 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제와 혼합하여, 상기 유기 리간드가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제는 카르복실기(Carboxyl group), 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amin Group), 바이닐기(Vinyl group), 아크릴레이트기(Acrylate group), 알콕시기(Alchol group), 케톤기(Ketone group), 에스터기(Ester group) 및 알데하이드기(Aldehyde group) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제는 리시놀레익산(Ricinoleic acid), 리놀레익산(Linoleic acid), 모노스테아린(Monostearin), 팔미트산(Palmitic acid), 옥타데실아민(Octadecylamin), 트리옥틸포스핀 옥사이드(Trioctylphosphine oxide), 올레익산(Oleic acid), 스테아르산(Stearic acid), 폴리 메틸메타크리레이트(Poly methylmethacrylate), 폴리스타이렌(Polystyrene), 솔비톨 모노올레이트(Solbitol monooleate), 솔비탄 트리올레이트(Sorbitan trioleate), 미리스트올레산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid) , 알파-리놀레익산(α-Linolenic acid), 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid), 에루신산(Erucic acid), 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid), 트리옥틸포스페이트(Trioctylphosphate), 헥사데실아미노(Hexadecylamino), Fatty acid 계열, 및 올레핀 계열 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  6. (a) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (b) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 수산화기와 결합하는 유기 리간드를 포함하는 표면 처리제와 혼합하여, 상기 유기 리간드가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자성 입자는 복수의 자성 입자가 뭉쳐져 이루어진 클러스터(cluster)인 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 클러스터를 수용성 용매 또는 지용성 용매에 분산시키면, 상기 복수의 자성 입자의 표면에 형성된 상기 유기 리간드에 의하여 상기 복수의 자성 입자 사이에 입체 장애 효과(steric effect)가 발생하는 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  9. (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 아민기는 모노아민기, 다이아민기, 트리아민기, 에틸렌 다이아민 및 다이에틸렌트라이아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 아미노프로필트리에톡시-실란(Aminopropyltrietoxy-silane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이를 조합하여서 수행하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열, 상기 제 2 온도 유지 상태로의 가열, 및 다시 상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  18. (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  19. (a) 적어도 하나의 알콕시기 및 적어도 하나의 아민기가 치환된 실리콘을 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 아민기를 포함하는 실리콘 산화물이 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되고,
    상기 아민기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체.
  20. (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  21. (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 하이드록시 산(hydroxy acid) 계열의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 표면 전구체는 아크릴 산(Acrylic acid) 계열의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  24. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 용매는 물과 친수성 용매 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  25. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 자성 입자는 Cr, Ni, Ti, Zr, Fe, Co, Zn, Gd, Ta, Nb, Pt, Au, Mg, Mn, Pd, Sr, Ag, Ba, Cu, W, Mo, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  26. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 산은 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 포름산(Formic acid), 시트르산(Citric acid), 락트산(Lactic acid), 및 아미노산(Amino acid) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  27. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 25℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  28. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 25℃~35℃의 제 1 온도 유지 상태 및 60℃~90℃의 제 2 온도 유지 상태로 구분하여서 이를 조합하여서 수행하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열, 상기 제 2 온도 유지 상태로의 가열, 및 다시 상기 제 1 온도 유지 상태로의 가열을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자성 입자 표면 처리 방법.
  30. (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  31. (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 자성 복합체.
  32. (a) 적어도 하나의 카르복실기 및 수산화기(-OH)와 탈수반응을 하는 적어도 하나의 다른 기능기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 다른 기능기가 상기 수신화기와 탈수 반응을 하여서 상기 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며,
    상기 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체.
  33. (a) 적어도 하나의 제 1 카르복실기 및 적어도 하나의 제 2 카르복실기를 포함하는 표면 전구체를 용매와 혼합하여 표면 처리제를 제조하는 단계;
    (b) 자성 입자를 산 처리한 후, 상기 산 처리된 자성 입자를 수용성 용매와 혼합하여 상기 자성 입자의 표면에 수산화기(-OH)를 형성시키는 단계; 및
    (c) 상기 수산화기가 형성된 자성 입자를 상기 표면 처리제와 혼합하여, 상기 제 1 카르복실기는 상기 수산화기와 탈수 반응을 하지 않고 상기 제 2 카르복실기가 상기 수산화기와 탈수 반응을 하여서 상기 제 1 카르복실기가 상기 자성 입자의 표면에 처리되는 단계에 의해서 제조되며,
    상기 제 1 카르복실기는 DNA, RNA, 펩티드, 단백질, 항원, 항체, 핵산 압타머(nucleic acid aptamer), 합텐(hapten), 항원 단백질, DNA 결합성 단백질(DNA-binding protein), 호르몬, 종양 특이적 마커(tumor-specific marker) 및 조직 특이적 마커(tissue-specific marker) 중 적어도 하나를 포함하는 타겟 물질을 표지하는데 직접적으로 또는 간접적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 물질 표지용 자성 복합체.
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