WO2016195389A2 - 종이 기반 표면증강라만산란 기재 및 이의 제조방법 - Google Patents
종이 기반 표면증강라만산란 기재 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016195389A2 WO2016195389A2 PCT/KR2016/005844 KR2016005844W WO2016195389A2 WO 2016195389 A2 WO2016195389 A2 WO 2016195389A2 KR 2016005844 W KR2016005844 W KR 2016005844W WO 2016195389 A2 WO2016195389 A2 WO 2016195389A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- paper
- substrate
- solution
- metal
- raman scattering
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 232
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 135
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 6
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 114
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 97
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 63
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 61
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 58
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 58
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 57
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 57
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 51
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 48
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 45
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 25
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 21
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 17
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 15
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000009007 Diagnostic Kit Methods 0.000 claims description 7
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 claims description 6
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 claims description 5
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 4
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M cetyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 2
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphine oxide Chemical compound CCCCCCCCP(=O)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 168
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 56
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 44
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 28
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 28
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 27
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 20
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 18
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N gold silver Chemical compound [Ag].[Au] PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 12
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 11
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 206010010741 Conjunctivitis Diseases 0.000 description 9
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 8
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- -1 tears Substances 0.000 description 6
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N chembl402140 Chemical compound Cl.C1=2C=C(C)C(NCC)=CC=2OC2=C\C(=N/CC)C(C)=CC2=C1C1=CC=CC=C1C(=O)OCC VYXSBFYARXAAKO-WTKGSRSZSA-N 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 208000009889 Herpes Simplex Diseases 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- VYXSBFYARXAAKO-UHFFFAOYSA-N ethyl 2-[3-(ethylamino)-6-ethylimino-2,7-dimethylxanthen-9-yl]benzoate;hydron;chloride Chemical compound [Cl-].C1=2C=C(C)C(NCC)=CC=2OC2=CC(=[NH+]CC)C(C)=CC2=C1C1=CC=CC=C1C(=O)OCC VYXSBFYARXAAKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000009385 viral infection Effects 0.000 description 4
- NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 1-dimethoxyphosphoryl-3-phenoxypropan-2-one Chemical compound COP(=O)(OC)CC(=O)COC1=CC=CC=C1 NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910017745 AgNP Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 3
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000101 transmission high energy electron diffraction Methods 0.000 description 3
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 description 3
- 241000701161 unidentified adenovirus Species 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 238000004018 waxing Methods 0.000 description 3
- RFCQDOVPMUSZMN-UHFFFAOYSA-N 2-Naphthalenethiol Chemical compound C1=CC=CC2=CC(S)=CC=C21 RFCQDOVPMUSZMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000036142 Viral infection Diseases 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000000479 surface-enhanced Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000003841 Raman measurement Methods 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010017 direct printing Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004557 single molecule detection Methods 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001138 tear Anatomy 0.000 description 1
- 229940071240 tetrachloroaurate Drugs 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8483—Investigating reagent band
Abstract
본 발명은 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재, 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트 및 상기 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재, 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트 및 상기 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법에 관한 것이다.
라만 분광법은 생물학적 및 화학적 시료에 대한 분자 특이적 정보를 제공하는 기술이다. 그러나, 라만 신호는 내재적으로 매우 약하므로, 이를 증강시키기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 표면증강라만산란(SERS) 활성은 표면에서 흡수 에너지에 의해 라만 스펙트럼의 세기를 현저히 향상시킬 수 있다. SERS 규모의 척도로 사용되는 증강인자(enhancement factor; EF)는 보통 104 내지 108이며 단일 분자 수준의 검출이 가능한 1014에 이르기도 한다. SERS EF 증가에 대한 대부분의 연구는 표면의 소재 및 나노구조 패턴 수식을 통한 기재 관련 분야에 집중한다. 대부분의 SERS-활성 부분은 리소그래피 또는 고온 과정을 포함하는 복합적이고 정교한 방법에 의해 제조되어 왔다. 이러한 SERS 활성 기재의 제조방법은 폭발 위험성이 있는 장시간의 복합한 단계를 거치는 반면, SERS 기재로서 금속 나노입자의 사용은 반응 조건에 의해 크기와 형태가 조절 가능하고 낮은 비용으로 손쉬운 합성법을 제공하며, 응집된 나노입자는 신호를 현저히 향상시켜 단일 분자수준의 민감도를 제공할 수 있다(X.M. Lin et al., Anal.
Bioanal
.
Chem
., 2009, 394: 1729-1745). 이들 나노입자는 라만 레이저 광원에 사용되는 파장을 흡수하는 광학적 성질 즉, 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonances; SPR)을 나타낸다(S. Zeng et al., Chem.
Soc
. Rev., 2014, 43: 3426-3452). 특히, 금, 은 및 구리 나노입자는 다른 금속 기재에 비해 103배 더 높은 SERS 증강을 달성할 수 있다(B. Ren et al., Anal. Bioanal.
Chem
., 2007, 388: 29-45). 은 나노입자(AgNPs)는 금 나노입자(AuNPs)에 비해 우수한 SERS 증강 효과를 나타낸다. 그러나, AgNPs는 대기 중에서 산화하여 빠르게 SERS 활성이 감소하는 반면, AuNPs는 산화물층을 형성하여 안정한 SERS 활성을 나타낸다.
한편, 경제성(저비용), 휴대성, 가요성, 취급의 용이성 및 무해성을 갖는 종이 기재가 생물의학 및 환경 분야에서 분석용 검출을 위한 신규한 플랫폼으로 주목받고 있다(A.W. Martinez et al., Angew
.
Chemie
-
Int
. Ed., 2007, 46: 1318-1320). 이러한 사용자-친화적 장점은 종이를 이용한 비색법, 전기화학적 및 생화학적 분석을 포함한 다양한 응용을 가능하게 한다(C. Renault et al., J. Am.
Chem
. Soc., 2014, 136: 4616-4623). 종이 기재의 이러한 장점은 현장진단(point-of-care; POC)에 적용하기에 매우 적합하나, 효소, 산화환원 염료의 사용 및 복합적 가용성 화합물의 취급에 의한 분석 물질의 제한적인 검출한계를 극복해야 하는 문제가 있다.
본 발명자들은 낮은 비용과 간단한 공정으로 종이 기재 상에 금속 나노입자가 도입된 SERS 활성 플랫폼을 제조하는 방법을 발굴하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 일련의 수용액 상에서의 연속적인 화학적 반응법을 이용하여 기재의 표면에 균일하게 금속 나노입자를 형성하거나, 금속 나노입자를 포함하는 용액에 소정량의 카르복시메틸 셀룰로오스를 첨가하여 점도를 조절하여 상기 용액을 원하는 패턴이 형성된 종이 기재 상에 코팅하는 경우 패턴의 가장자리에 입자가 집중되는 커피링 현상 없이 SERS-활성 부분에 일정한 간격으로 고르게 분포되어 전체 활성 부분에서 신호 증강효과를 나타낼 수 있으므로 휴대가 용이하여 현장진단에 적합하고 재현성 있는 결과를 제공하는 종이 기반의 SERS 기재를 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 하나의 목적은 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종이 기재를 제1금속 전구체 용액에 담궈 제1금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1단계; 상기 제1금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제1완충액에 담궈 세척하는 제2단계; 상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제1금속 나노입자를 형성시키는 제3단계; 및 상기 제1금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제1'완충액에 담궈 세척하는 제4단계를 포함하는, 상기 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 혼합하여 금속 나노입자 용액을 준비하는 제1단계; 원하는 패턴이 형성된 종이기재를 준비하는 제2단계; 및 상기 종이기재 상에 제1단계의 금속 나노입자 용액을 코팅하는 제3단계를 포함하는, 상기 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 연속적인 화학적 반응법에 의해, 또는 소수성 물질 예컨대, 왁스를 SERS 활성 패턴을 형성하고자 하는 부분 이외에 침투시키고, 균일한 크기의 금속 나노입자를 분산시킨 용액에 카르복시메틸세룰로오스를 더 포함하여 소정의 점도를 갖도록 하여 코팅함으로써 낮은 비용으로 간단한 공정을 통해 용이하게 제조될 수 있다.
나아가 연속적인 화학적 반응법을 이용한 제조방법은 수용액 상에서 간편하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 저렴하고 흡수성이 좋은 종이를 기반으로 하므로 보다 높은 표면적을 제공할 수 있고 반응물의 흡착이 용이하여 고안된 영역 전체에 고르게 분포되어 이를 환원시켜 금속 나노입자를 형성하는 경우 형성된 나노입자들이 활성 부분 전체에 균일하게 분포하므로 재현성있는 SERS 활성을 나타낼 수 있다.
한편, 카르복시메틸세룰로오스를 더 포함하여 소정의 점도를 갖는 금속 나노입자를 분산시킨 용액을 코팅하는 방법에 의해 제조된 기재는 패턴의 경계면에 입자가 집중되는 커피링 현상을 최소화하여 고안된 영역 전체에 고르게 분포되어 균일한 SERS 활성을 나타낼 뿐만 아니라 재현성 있는 결과를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 기재는 모두 추가적인 라만 활성 물질이 존재할 때 시너지적인 신호 증강 효과를 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 종이를 기반으로 하므로 가볍고 취급이 용이하며 휴대가 간편하므로 감도가 향상된 현장진단용 검출키트로써 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 SERS 플랫폼을 개략적으로 나타낸 도이다. (A)는 SERS 플랫폼의 디자인으로써, 회색(소수성)은 왁스 침투로 인해 감소된 규모를 나타낸다. (B)는 종이 기재 상에 형성된 SERS-활성 부분의 단면도를 나타낸다. (C)는 CMC-AuNPs 잉크를 프린트하기 전과 후의 종이 기재의 사진이다. 스케일 바=5 mm.
도 2는 AuNPs 및 CMC 용액의 특성 분석 결과를 나타낸 도이다. (A)는 합성된 AuNPs의 TEM 이미지(스케일 바=50 nm)를, (B)는 AuNPs의 크기 분포를, (C)는 콜로이드성 AuNPs의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을, (D)는 4가지 다른 농도에서의 CMC 용액의 점도를 나타낸다.
도 3은 3가지 상이한 농도의 CMC 용액을 이용하여 제조한 종이 기재 상에서의 AuNPs의 분포를 나타낸 도이다. 스케일 바=500 μm.
도 4는 본 발명에 따른 종이 기재 상에서 AuNPs의 분포를 나타낸 도이다. (A)는 종이 기재 상에 로딩된 CMC-AuNPs 잉크의 SEM 이미지를 나타낸다. 스케일 바=50 μm. (B)는 종이 기재 상에서 AuNPs(화살표)의 분포를 나타낸 도이다. 스케일 바=500 nm.
도 5는 (A) 순수한 종이와 (B) 왁스를 침투시킨 종이의 표면 형태를 나타낸 도이다. 스케일 바=50 μm.
도 6은 CMC-AuNPs-프린트된 종이 기재의 EDX 분광분석 및 맵핑 파인딩 결과를 나타낸 도이다. 스케일 바=500 nm.
도 7은 5:1 비율의 CMC:AuNPs 잉크로 3회 프린팅시 CMC 농도(각각 1 wt% 및 2 wt%)에 따른 1356 cm-1 밴드에서의 라만세기를 나타낸 도이다.
도 8은 CMC-AuNPs 잉크의 최적화 결과를 나타낸 도이다. (A)는 CMC 용액 및 AuNPs를 각각 5:1, 7:1 및 10:1의 3가지 부피비로 혼합한 CMC-AuNPs 잉크 용액의 프린팅 횟수에 따른 라만 세기를 나타내며, (B)는 2-wt% 7:1 CMC-AuNPs 잉크 용액의 높은 재현성을 나타낸 도이다. RSD=상대 표준 편차.
도 9는 SERS-활성(CMC-AuNPs 잉크가 코팅된) 종이 및 순수한(bare) 종이 상에서 1 mM 및 1 M 농도의 RhB의 라만 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 10은 정상인 및 바이러스 감염성 결막염 환자로부터 채취한 눈물시료를 본 발명의 종이 기재에 가하여 측정한 라만 스펙트럼을 나타낸 도이다. (A) 및 (B)는 각각 아데노바이러스 및 헤르페스심플렉스 결막염 환자의 눈물 시료에 대한 라만 스펙트럼이다.
도 11은 본 발명에 따른 연속적인 화학적 반응법을 이용한 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 다양한 기재에 연속적인 화학적 반응법을 적용하여 제조한 표면증강라만산란 기재의 외관 및 미시적인 표면 구조를 나타낸 도이다.
도 13은 각기 다른 방법으로 준비한 기재 상에서 로다민 B(RhB)의 라만 이동에 대한 신호의 세기를 나타낸 도이다. 상기 기재로는 연속적인 화학적 반응법을 적용하여 제조한 금 나노입자를 포함하는 종이 기반 기재, 카르복시메틸셀룰로오스 및 금 나노입자를 포함하는 잉크를 이용하여 스크린 프린트로 제조한 종이 기반 기재, 유리 상에 형성된 금 박막 기재 및 아무런 처리하지 않은 종이 기재를 사용하였다.
도 14는 종이를 비롯하여 알루미늄 호일, 유리, PET 필름(OHP 필름) 및 금 박막을 기본으로 연속적인 화학적 반응법을 수행하여 제조한 금 나노입자를 포함하는 기재에 라만활성물질로서 도포한 1 mM RhB의 라만 이동 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 15는 연속적인 화학적 반응법을 적용하여 제조한 알루미늄 호일, 유리 및 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 이용하여 독립적으로 5회 반복하여 측정한 RhB의 라만 신호의 편차를 나타낸 도이다.
도 16은 연속적인 화학적 반응법의 반복 횟수를 5회로부터 20회까지 5회씩 증가시키면서 수행하여 제조한 은 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재 상에서의 라만 신호 증강 효과를 나타낸 도이다.
도 17은 연속적인 화학적 반응법에 따라 종이 기반 표면증강라만산란 기재 상에 도입된 금-은 복합 이중금속 나노입자(bimetallic nanoparticle, Au@AgNP)의 형성을 TEM 및 제한시야회절(selected area (electron) diffraction; SAD 또는 SAED)로 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 18은 연속적인 화학적 반응법에 따라 금-은 복합 이중금속 나노입자가 도입된 종이 기반 표면증강라만산란 기재에서 (A 및 B) 종이 기재에 대한 이중금속 나노입자의 결합을 XPS로, (C) 각 성분의 결정구조를 XRD로 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 19는 연속적인 화학적 반응법에 따라 금-은 복합 이중금속 나노입자가 도입된 종이 기반 표면증강라만산란 기재 상에서 SERS 프로브인 로다민 6G(rhodamine 6G, R6G)의 라만 신호 증강 효과를 나타낸 도이다. (A)는 1361 cm-1에서 R6G의 농도에 따른 라만 세기를, (B 및 C)는 농도에 따른 라만 스펙트럼에서 세기변화를, (D)는 시간 경과에 따른 금속 나노입자의 산화에 따른 라만 세기 감소를, (E)는 Au@AgNP의 시간에 따른 라만 스펙트럼을, (F)는 은 나노입자의 시간에 따른 라만 스펙트럼을 나타낸다.
도 20은 연속적인 화학적 반응법에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자가 도입된 종이 기반 표면증강라만산란 기재 제조시 금 나노입자 형성 과정의 반복 횟수에 따른 라만 세기 변화를 나타낸 도이다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 제1양태는 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 제공한다.
본 발명의 제2양태는 상기 본 발명의 제1양태에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트를 제공한다.
본 발명의 제3양태는 종이 기재를 제1금속 전구체 용액에 담궈 제1금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1단계; 상기 제1금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제1완충액에 담궈 세척하는 제2단계; 상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제1금속 나노입자를 형성시키는 제3단계; 및 상기 제1금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제1'완충액에 담궈 세척하는 제4단계를 포함하는, 상기 본 발명의 제1양태에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제4양태는 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 혼합하여 금속 나노입자 용액을 준비하는 제1단계; 원하는 패턴이 형성된 종이기재를 준비하는 제2단계; 및 상기 종이기재 상에 제1단계의 금속 나노입자 용액을 코팅하는 제3단계를 포함하는, 상기 본 발명의 제1양태에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 낮은 비용으로도 손쉽게 확보 가능한 종이를 기반으로 하는 표면증강라만산란 기재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 예컨대, 종이는 섬유질로 구성되어 있어 미시적인 규모에서 섬유질의 거친 질감을 갖는다. 일반적으로 표면증강라만산란이 거친 표면에서 라만 산란 신호가 증강되는 효과를 나타내는 것임에 착안하여 상기 종이의 질감을 활용하는 방법을 고려해볼 수 있다. 그러나, 상기 종이 표면의 질감은 불규칙하게 배열된 섬유질로 인한 것으로, 그 불규칙성으로 인해 표면에 도입되는 금속 나노입자의 불균일한 분포 예컨대, 함몰부에 높은 밀도로 집적되고 돌출부에는 성기게 존재하게 되어 재현성있는 신호 검출이 어렵거나, 발생하는 신호의 위상 불일치로 인한 상쇄로 오히려 신호가 감소할 수 있다. 따라서, 종이 기재의 이로운 점을 취하되 상기 불규칙적인 표면 구조로 인해 발생할 수 있는 단점을 배제하기 위해서는 금속 나노입자를 균일하게 분포시킬 수 있는 방법을 발굴할 필요가 있다.
이러한 노력의 일환으로, 본 발명에서는 연속적인 화학적 반응법 예컨대, 일련의 반응 용액에 차례로 침지시키고 완충액으로 세척하는 과정을 반복하여 반응시키는 방법을 이용하여 수용액 상에서 간편하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 흡수성이 좋은 종이를 기반으로 하므로 보다 높은 표면적을 제공할 수 있고 반응물의 흡착이 용이하여 고안된 영역 전체에 고르게 분포되어 이를 환원시켜 금속 나노입자를 형성하는 경우 형성된 나노입자들이 활성 부분 전체에 균일하게 분포하므로 재현성있는 SERS 활성을 나타낼 수 있음을 발견하였다. 또한, 소수성 물질 예컨대, 왁스를 SERS 활성 패턴을 형성하고자 하는 부분 이외에 침투시키고, 카르복시메틸세룰로오스를 더 포함하여 소정의 점도를 갖는 금속 나노입자를 분산시킨 용액을 코팅하는 방법을 사용하면 카르복시메틸세룰로오스가 불균일한 종이 표면을 채워 거칠기를 완화하는 효과를 나타내는 동시에 패턴의 경계면에 입자가 집중되는 커피링 현상을 최소화하여 고안된 영역 전체에 고르게 분포되도록 하여 균일한 SERS 활성을 나타낼 뿐만 아니라 재현성 있는 결과를 제공할 수 있음을 발견하였다.
본 발명은 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 제공한다.
종래 이미 형성된 소정의 크기의 금속 나노입자를 기재에 도포하여 흡착시키는 방법이나 박막 형태로 제작하는 경우, 일반적으로 수십 nm 크기의 나노입자를 이용하거나 수십 nm 두께로 금속 박막층을 형성하게 되는 데 비해, 본 발명과 같이 기재 상에 금속 전구체를 흡착시킨 후 환원제를 처리하여 환원시킴으로써 나노입자를 성장시키는 방법은 반응시간 및 반복수행 횟수를 조절함으로써 수 nm 수준으로 입자를 형성할 수 있으므로 보다 우수한 표면 플라즈몬 공명 효과에 의해 현저히 향상된 표면증강라만산란을 제공할 수 있다.
구체적으로 상기 금속 나노입자는 1 내지 30 nm의 직경을 갖는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 1 내지 10 nm의 직경을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 카르복실메틸셀룰로오스를 추가로 포함할 수 있다. 상기 카르복실메틸셀룰로오스는 종이 기재 자체에 존재하는 섬유질에 의해 형성된 불규칙한 거친 표면을 채워 상대적으로 균일한 표면을 갖도록 하여 라만 활성 부분 전체 면적에서 균일한 표면증강라만산란 효과를 나타내도록 할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재에 포함된 금속 나노입자는 평균직경 10 내지 100 nm, 보다 구체적으로는 10 내지 50 nm의 균일한 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 제2양태는 상기 본 발명의 제1양태에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트를 제공한다.
상기 현장진단용 키트는 각족 질병의 진단 또는 검사를 비롯하여, 의학, 농업, 축산업, 식품, 군사, 환경 등 다양한 분야에서 표적 분석물질의 정성 및/또는 정량 분석에 사용될 수 있다. 예컨대, 포유류, 구체적으로 인간으로부터 분리된 전혈, 혈구, 혈청, 혈장, 골수액, 땀, 오줌, 눈물, 침, 피부, 점막, 모발 등의 생체시료로부터 표적 분석물질을 검출하기 위하여 사용할 수 있다. 또는 환경 오염 물질, 특히 폐수 및 하수 중의 화합 물질 검출에 사용할 수 있으나, 그 적용예는 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 본 발명의 현장진단용 키트는 라만 분광법에 의해 시료 중의 표적 분석물질을 정성 및/또는 정량적으로 검출 가능한 것이 특징이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트는 추가적인 라만 활성 물질이 존재할 때 시너지적인 신호 증강 효과를 나타낼 수 있다. 이때, 라만 스펙트럼은 변하지 않으며 즉, 동일한 피크 위치에서 증가된 세기의 스펙트럼을 제공할 수 있다. 상기 라만 활성 물질은 당업계에 공지된 라만 활성 물질을 제한없이 포함한다. 구체적으로, 로다민 B, 로다민 6G, 2-나프탈렌티올(2-naphthalenethiol; 2-NAT)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 카르복실메틸셀룰로오스를 추가로 포함하는 종이 기반 표면증강산란 기재 상에 라만활성 분자 예컨대, 로다민 B를 도포한 경우 1/1000의 농도로 사용하여도 순수한 종이 기재에 도포한 경우에 비해 현저히 증가된 라만 신호를 나타내었다. 본 발명의 실험예 5에서는 로다민 B의 1356 cm-1 밴드의 세기는 순수한 종이에 1 M 농도로 처리한 경우 328인 반면, 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재에 1 mM 농도로 처리한 경우 5858로 1/1000 농도로 사용하였음에도 약 18배 증가된 세기의 라만 신호를 나타냄을 확인하였다.
본 발명의 다른 구체적인 실시예에 따르면, 연속적인 화학적 반응법에 따라 제조된 표면증강산란 기재 상에 라만활성분자로서, 로다민 B를 도포한 경우 동일한 농도로 처리하여도 순수한 종이 기재에 도포한 경우에 비해 1000배 가까이 증가된 라만 신호를 나타내었다. 본 발명의 실험예 8에서는 로다민 B를 1 mM 농도로 처리한 경우 로다민 B의 1201 cm-1 밴드의 세기는 순수한 종이에서 31인 반면, 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재에 동일한 농도로 처리한 경우 29328로 약 1000배에 가까운 증가된 세기의 라만 신호를 나타냄을 확인하였다.
뿐만 아니라, 연속적인 화학적 반응법을 종이 기재가 아닌 다른 기재 상에 적용한 경우 표면 형태를 관찰하였을 때 동일한 조건으로 반응시키더라도 종이 기재 상에는 형성된 금속 나노입자가 균일하게 분포되어 재현성 있는 신호증강효과를 나타내는 반면, 알루미늄 호일이나 유리를 기재로 하여 반응시킨 경우 금속 나노입자가 불균일하게 분포되었으며, 이에 따라 측정되는 라만신호는 동일한 시료에 대해 측정 회차에 따라 각기 다른 값을 나타내어 측정의 재현성이 현저히 낮은 것을 확인하였다(도 12 및 도 15).
이와 같이, 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트는 라만 세기를 현저하기 증가시키는 효과를 나타낼 수 있고, 재현성 있는 결과를 제공할 수 있으므로, 라만 분광법과 결합시켜 미량 시료 분석에 유용하게 사용될 수 있다.
상기 현장진단용 키트로 분석 가능한 시료는 눈물, 혈액 부속물, 땀 소변 등의 생체시료 또는 각종 화학 물질, 환경 오염 물질 등일 수 있다. 표적 분석물질이 라만 활성 분자를 포함하는 경우 별도의 표지물질 없이 직접 분석할 수 있으며, 이외의 경우 시료 중의 표적 분석물질에 라만 활성 물질을 표지하여 분석할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 종이 기재를 제1금속 전구체 용액에 담궈 제1금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1단계; 상기 제1금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제1완충액에 담궈 세척하는 제2단계; 상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제1금속 나노입자를 형성시키는 제3단계; 및 상기 제1금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제1'완충액에 담궈 세척하는 제4단계를 포함하는 방법에 의해 제공될 수 있다.
예컨대, 적정한 크기의 입자를 형성하기 위하여 상기 제1단계 내지 제4단계를 2회 내지 10회 반복하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 제4단계로부터 수득한 종이 기재를 제2금속 전구체 용액에 담궈 제2금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1'단계; 상기 제2금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제2완충액에 담궈 세척하는 제2'단계; 상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제2금속 나노입자를 형성시키는 제3'단계; 및 상기 제2금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제2'완충액에 담궈 세척하는 제4'단계를 추가로 수행함으로써 제1금속 및 제2금속을 포함하는 복합 나노입자가 형성된 기재를 제공할 수 있다.
예컨대, 적정한 크기의 입자를 형성하기 위하여 상기 제1'단계 내지 제4'단계를 2회 내지 5회 반복하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 제1단계 및 제1'단계는 각각 독립적으로 10초 내지 120초 동안 수행할 수 있으며, 상기 제3단계 및 제3'단계는 각각 독립적으로 10초 내지 120초 동안 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제1단계 내지 제4단계를 하나의 세트로 간주할 때, 상기 제1단계(또는 제1'단계) 및/또는 제3단계(또는 제3'단계)를 10초 미만으로 수행하는 경우 금속 전구체가 충분히 흡착되지 못하거나 환원제에 의한 반응이 제대로 완료되지 못하여 나노입자 형성이 불완전하여 재현성을 기대하기 어려울 수 있다. 한편, 각 단계를 120초 가량 수행하면 금속 전구체의 흡착이나 환원제에 의한 금속입자 형성이 완료되기에 충분하므로 이를 초과하여 수행하는 경우 불필요한 시간의 낭비를 초래할 수 있고, 부반응을 야기할 수 있다.
상기 제1단계 내지 제4단계 및 제1‘단계 내지 제4’단계의 반복 횟수는 사용하는 전구체 용액 및/또는 환원제 용액의 농도 및 각 단계를 수행하는 시간 등을 고려하여 SERS 효과를 극대화하는 수준에서 당업자가 적절히 선택할 수 있다.
본 발명에서 기재로 사용되는 종이는 낮은 비용으로도 손쉽게 확보 가능한 기재로서, 섬유질로 구성되어 미시적으로 관찰하면 불규칙하게 배열된 섬유질의 거친 질감을 가짐을 알 수 있다. 다른 금속성 또는 무기물 소재의 기재와는 달리, 예컨대, 종이 표면은 섬유질이 서로 얽혀 형성된 미세 기공들을 포함하며 이와 같은 구조로 인해 모세관력에 의해 유체가 단순히 기재 표면에 흡착되는 것이 아니라 기재에 스며들 수 있고, 이를 저장할 수 있으므로, 종이 기재에 반응액을 흡수시켜 반응을 수행하는 경우 높은 표면적을 제공할 수 있다(도 5A).
예컨대, 상기 종이 기재에는 반응에 앞서 형성하고자 하는 표면증강라만산란 활성 부분 이외의 부분에 소수성 물질을 처리하여 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성 물질은 왁스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 표면증강라만산란 기재를 이용하여 시료를 분석하는 경우 분광학적 검출방법의 특성상 단일 회차에 분석되는 유효면적은 광원이 집중되는 직경 수 mm 이내의 면적으로 제한된다. 따라서 필요 이상으로 넓게 라만활성 부분을 형성하는 경우 시료가 넓게 퍼지므로 동일한 양의 시료를 사용하는 경우 단위 면적당 존재하는 분석물질의 양이 감소되어 미량으로 존재하는 분석물질의 검출이 어려울 수 있다. 따라서, 이와 같은 시료의 낭비를 방지하고 검출의 효율성을 향상시키기 위해서는 제한된 영역으로 라만 활성 부분을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 고안된 라만 활성 부분 이외의 영역에 금속 나노입자가 코팅되는 것을 차단하기 위해서는 해당 영역에 소수성 물질을 침투시켜 또는 코팅하여 금속 나노입자와의 상호작용을 차단하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 소수성 물질의 예로 사용가능한 것이 왁스이다. 본 발명의 기재가 종이를 기반으로 함을 고려할 때, 종이 기재 상에 라만 활성 부분을 표시한 후 이외의 부분에 왁스를 칠함으로써 원하는 패턴의 표면증강라만산란 활성 부분을 형성할 수 있다. 예컨대, 종이는 왁스를 흡수할 수 있으므로 어느 한쪽면에만 칠하더라도 양면이 모두 차단되는 효과를 나타낼 수 있다. 상기 왁스를 칠하여 패턴을 형성하는 것은 하나의 구현예일 뿐, 본 발명의 범주가 이에 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 제1금속 및 제2금속은 서로 상이하며, 각각 독립적으로 금, 은, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 주석, 청동, 황동, 니켈 또는 이들의 합금일 수 있다. 예컨대, 입자 형태로 균일하게 분포되어 표면증강라만산란 효과를 나타낼 수 있는 금속이면 제한없이 사용할 수 있다.
예컨대, 제1금속으로는 은을 선택하고 제2금속으로는 금을 선택하거나, 또는 역으로 선택하여 금과 은을 모두 포함하는 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 기재를 제조할 수 있다. 상기 은은 단독으로 사용시 SERS 효과는 우수하나 쉽게 산화되는 단점이 있는 반면, 금은 단독으로 사용시 은에 비해 SERS 효과는 다소 낮으나 우수한 산화 안정성을 갖는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서는 제1금속으로 은을, 제2금속으로 금을 각각 선택하여 순차적으로 연속적인 화학적 반응법을 수행함으로써 은 나노입자에 금 나노입자가 둘러싼 형태의 복합 이중금속 나노입자가 결합된 기재를 제조하였으며, 상기 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 기재의 경우 단순 은 나노입자를 포함하는 기재에 비해 증가된 SERS 효과를 나타낼 뿐만 아니라, 산화에 대한 안정성이 현저히 향상되어 30일까지 경과하여도 라만 세기가 거의 감소하지 않는 것을 확인하였다(도 19).
예컨대, 상기 제1금속 전구체 용액 및 제2금속 전구체 용액은 서로 상이하며, 각각 이온 형태의 금속을 포함하는 수용액일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1금속 전구체 용액 및 제2금속 전구체 용액은 각각 독립적으로 HAuCl4, NaAuCl4 또는 AgNO3 수용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 기재에 흡착된 금속 전구체로서 금속 이온을 환원시켜 입자화하기 위한 환원제를 포함하는 상기 제1환원제 용액 및 제2환원제 용액은 서로 같거나 상이하며, 소디움 보로하이드라이드(NaBH4), 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO), 소디움 시트레이트, 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(HTAC), 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), NH4OH 또는 이들의 조합을 포함하는 수용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 제1완충액, 제1'완충액, 제2완충액 및 제2'완충액으로는 모두 물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 기재에 흡착된 금속 전구체 및/또는 환원제를 변형시키거나 이들과 반응거나, 또는 이들의 반응을 저해하지 않고, 기재의 표면에 느슨하게 부착된 금속 전구체 및/또는 금속 나노입자를 제거할 수 있는 수용액이면 제한없이 사용할 수 있다.
상기 제1완충액 및/또는 제2완충액은 각각 독립적으로 금속의 종류에 따라 상이할 수 있다. 예컨대, 에탄올, 클로로포름 등의 유기용매를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 제1단계로부터 제4단계를 순차적으로 하나의 세트로 수행하되 1세트 이상 반복하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 금속 전구체를 흡착-세척-환원에 의한 금속 나노입자의 형성-세척의 과정을 반복하여 수행함으로써 기재 상에 형성되는 나노입자의 크기, 밀도 및 입자층의 두께를 조절함으로써 표면증강라만산란 효과가 극대화되는 최적의 조건을 탐색할 수 있다.
또한 상기 본 발명에 따른 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 혼합하여 금속 나노입자 용액을 준비하는 제1단계; 원하는 패턴이 형성된 종이기재를 준비하는 제2단계; 및 상기 종이기재 상에 제1단계의 금속 나노입자 용액을 코팅하는 제3단계를 포함하는 방법에 의해 제공될 수 있다.
예컨대, 상기 금속 나노입자 용액의 점도는 500 내지 10,000 cP일 수 있다. 보다 구체적으로는, 700 내지 9,000 cP, 보다 더 구체적으로는 900 내지 8,500 cP일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 용액의 점도가 500 cP 미만인 경우, 점도가 낮아 종이 기재 상에 코팅할 때 금속 나노입자의 불균일한 분포를 유발할 수 있다. 특히, 패턴이 형성된 경계선에 입자들이 주로 분포하는 커피링 현상이 나타날 수 있다. 반면, 점도가 10,000 cP를 초과하는 용액은 취급이 어렵고 용기나 기재의 불필요한 부분에 다량 잔류하여 낭비될 수 있다.
예컨대, 상기 금속 나노입자로는 평균직경 10 내지 100 nm, 보다 구체적으로는 10 내지 50 nm의 균일한 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 금속 나노입자는 크기별로 제조되어 상용화된 것을 구매하여 사용할 수 있다. 또는 당업계에 공지된 금속 나노입자의 제조방법을 이용하여 제조한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 금 나노입자의 경우 전구체인 HAuCl4로부터 화학적 환원을 통한 터케비치법을 기초로 한 구연산 캡핑에 의해 제조하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 카르복실메틸셀룰로오스 수용액은 0.7 내지 2.5 중량% 농도의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 1 내지 2 중량% 농도의 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 카르복실메틸셀룰로오스 수용액의 농도가 0.7 중량% 미만인 경우, 금속 나노입자와 혼합하여 금속 나노입자 용액을 제조하였을 때 충분한 점도를 부여하지 못하여, 종이 기재 상에 코팅할 때 금속 나노입자의 불균일한 분포를 유발할 수 있다. 전술한 바와 마찬가지로 점도가 낮을 때 나타나는 현상인 커피링 현상으로 인해 패턴이 형성된 경계선에 입자들이 주로 분포하게 되어 입자들의 불균일한 분포로 인해 이를 이용하여 분석을 수행하는 경우 재현성 있는 결과를 제공하기 어려울 수 있다. 반면, 농도가 2.5 중량%를 초과하는 용액은 취급이 어렵고 용기나 기재의 불필요한 부분에 금속 나노입자를 포함하는 용액이 다량 잔류하여 낭비될 수 있다.
예컨대, 상기 금속 나노입자 용액은 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 1:5 내지 1:10의 부피비로 혼합하여 제조할 수 있다. 보다 구체적으로는 1:5 내지 1:8의 부피비로, 보다 더 구체적으로는 1:6 내지 1:8의 부피비로 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 금속 나노입자는 원심분리하여 농축한 후 대부분의 상층액을 제거한 농축된 상태로 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 원심분리는 5000 내지 8000 rpm에서 5 내지 15분 동안 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또는 농축되지 않은 금속 나노입자 분산액을 사용할 경우 상기 부피비를 고려하여 카르복실메틸셀룰로오스 수용액의 농도 및/또는 혼합 부피비를 조절하여 사용할 수 있다.
한편, 제2단계는 종이 기재를 준비하는 단계로서, 원하는 패턴이 고안된 종이 기재의 상기 패턴을 제외한 부분을 왁스로 코팅함으로써 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 표면증강라만산란 기재를 이용하여 시료를 분석하는 경우 분광학적 검출방법의 특성상 단일 회차에 분석되는 유효면적은 광원이 집중되는 직경 수 mm 이내의 면적으로 제한된다. 따라서 필요 이상으로 넓게 라만활성 부분을 형성하는 경우 시료가 넓게 퍼지므로 동일한 양의 시료를 사용하는 경우 단위 면적당 존재하는 분석물질의 양이 감소되어 미량으로 존재하는 분석물질의 검출이 어려울 수 있다. 따라서, 이와 같은 시료의 낭비를 방지하고 검출의 효율성을 향상시키기 위해서는 제한된 영역으로 라만 활성 부분을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 고안된 라만 활성 부분 이외의 영역에 금속 나노입자가 코팅되는 것을 차단하기 위해서는 해당 영역에 소수성 물질을 침투시켜 또는 코팅하여 금속 나노입자와의 상호작용을 차단하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 소수성 물질의 예로 사용가능한 것이 왁스이다. 본 발명의 기재가 종이를 기반으로 함을 고려할 때, 종이 기재 상에 라만 활성 부분을 표시한 후 이외의 부분에 왁스를 칠함으로써 상기 제2단계를 수행할 수 있다. 종이는 왁스를 흡수할 수 있으므로 어느 한쪽면에만 칠하더라도 양면이 모두 차단되는 효과를 나타낼 수 있다. 상기 왁스를 칠하여 패턴을 형성하는 것은 하나의 구현예일 뿐, 본 발명의 범주가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 금속 나노입자 용액을 코팅하는 제3단계 이후 가열하여 건조하는 제4단계를 추가로 포함하여 수행할 수 있다. 상기 코팅 및/또는 건조는 당업계에 공지된 방법을 제한없이 이용하여 수행할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 코팅은 코팅하고자 하는 영역에 용액 방울을 가하고 블레이드로 균일하게 도포하는 방식으로 수행할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 가열하여 건조하는 단계는 핫플레이트를 이용하여 40 내지 60℃로 100 내지 200초 동안 유지하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 건조는 5분 이내, 보다 구체적으로는 3분 이내, 보다 더 구체적으로는 2분 이내의 빠른 시간 내에 완료함으로써 용액 중의 금속 나노입자가 가장자리로 퍼지는 것을 차단하여 원하는 영역 내에 고르게 분포되도록 유도할 수 있다.
예컨대, 상기 금속 나노입자 용액을 코팅하고 건조하는 제3단계 및 제4단계는 단회 수행하거나 2회 내지 5회까지 반복하여 수행할 수 있다. 일반적으로 일정한 간격으로 이격되어 균일하게 분포된 금속 나노입자들은 표면증강라만산란을 유도할 수 있다. 또한, 상기 표면증강라만산란 정도는 금속 나노입자의 간격을 조절함으로써 극대화할 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 표면증강라만산란 기재의 제조방법에서는 소정의 농도의 금속 나노입자 용액을 코팅하는 과정을 반복하여 수행함으로써 주어진 면적 내에 존재하는 입자수를 일정하게 증가시키면서 금속 나노입자 간의 간격을 감소시킬 수 있다.
구체적으로 상기 금속 나노입자 용액을 코팅하는 단계는 총 1회 내지 5회 반복하여 수행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2회 내지 3회 반복하여 수행할 수 있다. 예컨대, 5회 이상 반복하여 수행하는 경우 금속 나노입자 간의 간격이 필요 이상으로 좁아져서 오히려 신호를 감소시키거나 서로 간섭하여 파장을 이동시키는 효과를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 반복 횟수는 금속 나노입자의 농도 즉, 금속 나노입자 용액에서 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액의 혼합 비율에 따라 조절될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<시약 및 물질>
사염화금(III)산 수소(Hydrogen tetrachloroaurate, HAuCl4, >99%), 구연산 삼나트륨 무수물(trisodium citrate dehydrate, 99%), 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(sodium carboxymethylcellulose; CMC), 및 로다민 B(Rhodamine B, RhB, >95%)를 시그마-알드리치사(St. Louis, MO, USA)로부터 구입하였다. 모든 시약은 분석용 등급을 사용하였으며, 모든 용액은 18.3 MΩ·cm-1 증류수를 사용하여 제조하였다. 두께 0.18 mm 및 선형 유속 72.22 μm/sec의 와트만® 셀룰로오스 크로마토그래피용지(Grade 1)는 시그마-알드리치사로부터 구입하였다.
<기기>
금 나노입자(AuNPs)의 크기 및 형태를 200 kV 가속전압에서 구동되는 JEM-2100F 전계방사형 투과전자현미경(field emission transmission electron microscopy; FE-TEM, JEOL, Tokyo, Japan)으로 확인하였다. 콜로이드성 AuNPs의 UV-Vis 흡수 스펙트럼은 1 cm 쿼츠 셀을 이용하여 CARY 300 UV-Vis 분광광도계 (Agilent, Santa Clara, CA, USA)로 측정하였다. CMC 용액의 점도는 DV-II+Pro 점도계(Brookfield, Middleboro, MA, USA)로 실온에서 측정하였다.
5 kV 가속전압에서 S-4700 전계방사형 투과전자현미경(FE-SEM; Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 본 발명에 따른 CMC-AuNPs를 코팅한 종이기재의 형태적 특성을 확인하였다. 7200-H 에너지 분산형(energy-dispersive) X-선 분광계(EDX; HORIBA, Northampton, England)를 사용하여 합성된 생성물의 원소 조성을 확인하였다.
SENTERRA 공초점 라만 시스템(Bruker Optics, Billerica, MA, USA)을 이용하여 라만 스펙트럼을 획득하였다. 10 mW 전력을 갖는 785 nm 다이오드 레이저 광원을 20× 대물렌즈(N.A.=0.4)로 약 2.4 μm 스팟 크기로 초점화하였다. 각 포인트에서의 스펙트럼을 417-1782 cm-1 범위에서 5 cm-1 분광해상도로 기록하였다. 상기 스펙트럼의 기록은 실온에서 30초 수집시간으로 2회 수행하였다. 각 시료의 라만 스펙트럼을 SERS-활성 영역 상의 10개의 임의의 프린트된 스팟에서 측정하여 신뢰도(reliability)를 확인하였다. 2 μL 분석용 용액방울(analytic droplet)을 사용하여 라만 스펙트럼을 평가하였다.
실시예 1: CMC-AuNPs 잉크의 제조
화학적 환원을 통한 터케비치법(Turkevich method)을 기초로 한 구연산 캡핑에 의해 AuNPs를 획득하였다. 1 mL의 38.8 mM 구연산 삼나트륨 무수물을 10 mL의 1 mM HAuCl4에 첨가하고 자석교반하면서 핫플레이트 상에서 90℃에서 20분 동안 가열하였다. 용액의 색상은 옅은 노란색으로부터 짙은 보라색으로 변화하였다. 이후 반응 플라스크를 핫플레이트로부터 즉시 제거하였다. 용액이 실온으로 냉각될 때까지 교반은 유지하였다.
스크린 프린팅 잉크를 제조하기 위하여, 1 mL 콜로이드성 AuNP를 6000 rpm에서 10분 동안 농축하고, 상층액의 99%를 제거하였다. 농축된 AuNPs는 나트륨 CMC와 함께 증류수에 분산시켰다. CMC의 농도 및 AuNPs의 비율을 조절하여 최적의 스텐실 잉크를 구현하였다.
실시예 2: SERS 플랫폼의 제조
SERS-활성 부분 및 라벨링 부분과 같은 2개 부분을 포함하도록 SERS 종이 플랫폼을 구성하였다. 제록스 ColorQube 8570N 프린터(Fuji Xerox, Tokyo, Japan)를 이용하여 8×20 mm2 크기의 종이에 프린트한 오토캐드(Autodesk, San Rafael, CA, USA)에 의해 디자인된 2 mm 친수성 원형 부분과 라벨링 부분을 도 1A에 나타내었다. 건조오븐에서 130℃에서 45초 동안 종이의 SERS-활성 부분 및 라벨링 부분을 제외한 영역에 왁스를 균일하게 침투시키고, 실온에서 건조하였다.
3 mm 직경 및 180 μm 두께의 스텐실의 구멍(cut-out hole)을 조정하였다. 친수성 SERS-활성 부분은 2 mm 직경을 가지므로, 고른 SERS 신호를 얻기 위하여 스텐실 구멍의 크기는 이보다 더 넓게 되도록 고안하였다. 이는 잉크와 소수성 왁스 부분인 마스크벽의 측면에서 작용하는 외부로 유도되는 표면장력으로 인한 커피링 효과에 기인하였다(도 1B). 4 μL CMC-AuNPs 잉크를 스텐실 구멍에 적가하고 블레이드를 스텐실을 가로질러 이동시켰다. 핫플레이트 상에서 50℃로 120초 동안 건조시켰다(단회). 왁스를 침투시킨 종이 상에 CMC-AuNPs 잉크를 프린트하여 SERS-기능화된 기재를 사진으로 찍어 도 1C에 나타내었다.
실험예
1:
AuNPs의
특성분석
구연산 캡핑된 AuNPs의 특성을 TEM 이미지와 UV-Vis 스펙트럼으로 분석하였다(도 2). FE-TEM 이미지로부터, AuNPs은 평균 직경 25±8 nm의 안정한 단분산성(monodispersity)을 나타내었다. AuNP 콜로이드의 UV-Vis 스펙트럼은 525 nm의 최대 흡수 파장(λ0)을 가졌다. 일반적으로, 25 내지 100 nm 범위에서 입자의 크기는 하기 방정식에 의해 결정된다;
여기서 λ0은 최대 흡수 파장을 나타내고, λmax는 λ0의 최대값을 나타내며, d는 입자 크기를 나타낸다(L1=6.53 및 L2=2.16×10-2는 실험 플롯으로부터의 상수로 설정됨). 계산된 평균 입자 크기는, AuNPs의 피크 파장이 525 nm일 때, 31.9 nm였다(도 2C). AuNPs는 콜로이드에서 다소 응집되었으나, 계산된 입자 크기는 TEM으로 측정된 입자 크기 범위 내에 있었다. AuNPs의 크기는 SERS 향상을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다.
실험예 2: CMC 용액의 점도
농축된 AuNPs 콜로이드만의 직접 프린팅은 낮은 점도로 인해 균일한 분산에 적합하지 못하므로, 수 가용성이며 농도에 따라 상이한 점도를 갖는 기존의 점성 시약인 CMC 용액에 AuNPs를 첨가하여 프린팅 잉크의 적합한 점도로 조절하였다. CMC는 물보다 훨씬 더 높은 점도를 가지므로, 종이 기재 상에 균일하게 AuNPs를 지지하는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대되었다. 4가지 다른 농도의 CMC 용액의 점도를 점도계로 측정하였다. CMC의 점도는 농도가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가하였다(도 2D). 3-wt% CMC 용액은 점도가 너무 높아 잉크를 제조하는 과정에서 취급이 어려운 반면, 0.5-wt% CMC 용액은 점도가 너무 낮아 종이 기재 상에 AuNPs의 불균일한 분산을 유발하였다(도 3). 한편, 1-wt% 및 2-wt% CMC 용액은 모두 종이 기재 상에 AuNPs를 고르게 분포 및 부착시키기에 적합하였다. 또한, 종이 기재의 높은 표면 거칠기는 CMC 용액이 접착제로서 역할을 하는데 시너지적 효과를 부여하였다. 1-wt% 및 2-wt% CMC 농도를 주된 스크린 프린팅 잉크의 조건으로 선택하였다.
실험예 3: CMC-AuNPs 잉크 프린트된 종이의 표면
종이 기재 상에 프린트된 CMC-AuNPs의 형태를 SEM으로 관찰하고 획득한 이미지를 도 4에 나타내었다. 정렬되지 않은 셀룰로오스 섬유들의 존재가 관찰되었고(도 4A), 셀룰로오스 섬유들 사이의 다공성 구조는 순수한 또는 왁스를 침투시킨 종이와 달리(도 5) 점성을 나타내는 나트륨 CMC 용액으로 채워졌다(도 4B). AuNPs는 라만 스펙트럼을 측정할 수 있는 2.4 μm 초점크기(focal spot size)의 범위 이내에서 셀룰로오스 섬유 상에 잘 분포되었다(도 4B). CMC-AuNPs-프린트된 종이 표면의 흐릿한 SEM 이미지는 나트륨 CMC와의 혼합에 기인하였다. 다음으로, 이들 입자들이 AuNPs인지 아닌지 여부를 결정하기 위하여, 이들 입자들의 조성에 대한 EDX-기반 분자 관찰을 수행하였다(도 6). EDX 맵핑 파인딩(mapping finding) 결과는 CMC-AuNPs-로딩된 종이가 SERS 기재로 사용될 수 있음을 나타내었다.
실험예 4: AuNPs 및 CMC 용액의 혼합 비율에 따른 효과
AuNPs와 CMC 용액의 비율에 따른 라만 신호 세기 변화를 확인하기 위하여, 2 μL의 1 mM RhB(라만 분광분석을 위한 탐침 분자)를 SERS-활성 부분에 적하하여 CMC-AuNPs 잉크의 조건을 탐색하였다. RhB의 우세한 라만 피크는 620 cm-1(방향족 굽힘), 1201 cm-1(방향족 C-H 굽힘), 및 1356 cm-1(방향족 C-C 신장)에서 나타나며, 1356 cm-1에서의 현저한 라만 피크를 RhB 분석을 위한 참조 피크로 선택하였다.
최대 라만 세기를 나타내는 최적의 CMC 농도를 1-wt% 및 2-wt% CMC 농도에서 평가하였다. CMC 용액과 AuNPs의 부피비가 5:1(CMC:AuNPs=5:1)인 잉크 용액을 상기 2가지 농도의 CMC 용액을 이용하여 제조하였다. CMC-AuNPs 잉크를 3회 반복 프린팅한 기재에서 라만 신호를 측정하고 그 세기를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, 1-wt% CMC 용액에 비해 2-wt% CMC 용액과의 조합이 더 우수한 SERS 신호 및 낮은 분광 편차를 나타내었다. 이는 CMC 용액의 보다 높은 점도로 인해 외부로 이동하려는 장력을 저해하고 AuNPs를 수용하기 때문일 수 있다(도 3). 또한, 프린팅을 반복하여 수행하는 동안 50℃에서 CMC-AuNPs의 빠른 건조 과정은 AuNPs가 가장자리로 퍼지는 것을 차단하고 SERS-활성 부분에 잘 분포하도록 유도하였다. 따라서, 2-wt% CMC-AuNP를 최적의 프린팅 잉크 조합으로 선택하였다.
다음으로, 스크린 프린팅 잉크 용액에서 AuNPs의 부피비를 변화시키면서 라만 세기에 대한 AuNPs의 양의 효과를 확인하였다. 이를 위하여, 2-wt% CMC 용액을 하기 3가지 부피비로 AuNPs와 혼합하였다: CMC 용액:AuNPs 부피비=각각 5:1, 7:1 및 10:1. 상기 3가지 상이한 부피비로 제조한 CMC-AuNPs 잉크 용액의 라만 세기를 프린팅 횟수에 따라 측정하여 도 8A에 나타내었다. 이들 중 7:1 CMC-AuNPs 잉크 용액이 다른 부피비로 제조한 용액에 비해 우수한 SERS 효과를 나타내었다. 최대 SERS 세기는 해당 부피비의 용액을 2회 프린팅하였을 때 관찰되었다. 기본적으로, 종이의 표면에서 NPs의 공명은 입자들 사이의 수 나노미터 공간으로의 입사 에너지에 의해 야기된다. 반사되는 에너지는 공명에 따른 산란에 의해 증폭되며, 이 에너지는 SERS에 현저한 효과를 나타낼 수 있다. 입자들 사이의 공간은 입자 수에 의해 영향을 받는다. 나노입자의 크기가 일정하고 제한된 면적에서 입자의 수가 증가할 때, 입자들 간의 거리는 감소하며 라만 산란은 증가한다. 그러나, 입자의 수가 과도하게 증가할 때, AuNPs는 개별 입자라기보다 필름의 특성을 갖는다. 이에 따라, NPs의 공명은 약해지고 라만 세기는 감소한다. 본 발명의 결과 역시 이러한 현상과 일치하였다; 2회 반복하여 프린팅한 경우 단회 프린팅한 경우에 비해 2배의 SERS 세기 증가를 유도하였다. 그러나, 종이 기재 상에서 추가적인 반복 프린팅은 SERS 세기의 감소 및 라만 피크의 보다 큰 편차를 유발하였다. SERS 스펙트럼의 신뢰도를 검증하기 위하여, 최적화된 조건인 7:1 CMC-AuNPs 잉크 용액으로 2회 반복 프린팅하여 제조한 종이 기재의 SERS-활성 부분 내의 10개 다른 위치에서 임의로 SERS 스펙트럼을 측정하였다. 1356 cm-1에서 SERS 피크의 지점-대-지점의 평균 세기 및 편차는 5858±279였으며(표 1), 상응하는 상대 표준 편차(RSD)는 4.77%였다. SERS 신호의 세기는 SERS 효과, 레이저 광원 초점화, 생물시료 및 서너가지 다른 변수에 의해 조절되었다. 라만 세기는 검출 사이트 간에 변화하였음에도 불구하고 5% 미만의 전체적인 변이(variance)는 SERS 기법의 높은 재현성을 나타내는 것이다. 따라서, SERS 분광 신호의 잡음-의존성, 균일성 및 재현성은 본 발명에서 제안하는 평가법이 생물학적 유체에 대한 높은 민감성과 선택성을 갖는 평가방법일 수 있음을 뒷받침한다.
표 1
| 2 wt% CMC:AuNPs 잉크 | 라만 세기 | |||
| 부피비 | 프린팅 횟수 | 평균 | SD | RSD @1356 cm-1 (%) |
| CMC:AuNPs(5:1) | 1 | 3416.7 | 540.4 | 15.82 |
| 2 | 3456.4 | 366.4 | 10.60 | |
| 3 | 3655.8 | 505.5 | 13.83 | |
| 4 | 3409.3 | 590.8 | 17.33 | |
| 5 | 3233.0 | 529.3 | 16.37 | |
| CMC:AuNPs (7:1) | 1 | 3331.7 | 310.3 | 9.31 |
| 2 | 5858.4 | 279.4 | 4.77 | |
| 3 | 5442.7 | 313.4 | 5.76 | |
| 4 | 4492.1 | 421.0 | 9.37 | |
| 5 | 3619.2 | 587.9 | 16.24 | |
| CMC:AuNPs(10:1) | 1 | 2501.3 | 434.3 | 17.36 |
| 2 | 2310.5 | 241.2 | 10.44 | |
| 3 | 2840.4 | 395.6 | 13.93 | |
| 4 | 2804.8 | 583.9 | 20.82 | |
| 5 | 2553.8 | 718.6 | 28.14 | |
| *SD; 표준 편차(standard deviation), RSD; 상대 표준 편차(relative standard deviation) | ||||
실험예 5: CMC-AuNPs 잉크 프린트된 종이의 SERS 활성의 정량적 비교
스크린 프린팅 잉크의 SERS 활성을 정량하기 위하여, 1 mM 및 1 M RhB를 이용하여 CMC-AuNPs 잉크가 프린트된 SERS 종이와 처리되지 않은 순수한 종이의 라만 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 도 9에 나타내었다. SERS 종이에서 1 mM RhB의 1356 cm-1 밴드에서의 라만 세기(5,858)는 순수한 종이에서 1 M RhB에 대한 측정값(328)의 약 18배였다. 따라서, 증강인자(enhancement factor; EF)는 2개 상이한 기재 간의 라만 세기 차이로부터 하기 방정식에 의해 계산되었다;
상기 식에서 ISERS 및 Ibare는 각각 SERS 종이와 순수한 종이에서 측정된 분자의 라만 세기를 나타내며, NSERS 및 Nbare는 각각 SERS 및 비-SERS 부분에 대한 산란 부피 내에 흡착된 분자의 평균 갯수를 나타낸다. 기재 상에 탐침 분자가 고르게 분포함을 가정할 때, 흡착된 분자의 갯수는 다음과 같이 계산될 수 있다.
상기 식에서, NA는 아보가드로 상수를, c는 탐침 분자의 농도를, V는 분자 방울의 부피를, Aspot은 기재의 크기를, 그리고 Alaser는 레이저 스팟의 크기를 나타낸다. 라만 측정을 평가하기 위하여 동일한 방법을 2개 기재에 적용하였으므로, RhB의 NA, V, Aspot, 및 Alaser 관련 변수들은 서로 동일하였다. 따라서, 상기 식 (2)는 다음과 같이 작성될 수 있다:
상기 식에서, cSERS 및 cbare는 각각 SERS 종이와 순수한 종이 상의 RhB 농도를 나타낸다. 1356 cm-1 밴드에서 최종 EF는 1.8×104였다. 상기 EF 값은 CMC-AuNPs 잉크 프린트된 종이 상에 SERS 활성이 존재함을 나타내는 것이다.
실험예 6: 생체 물질 분석에의 적용
상기 본 발명의 SERS 기재에 눈물시료를 가하고 라만 스펙트럼을 측정하여 바이러스 감염여부를 분석하였다. 획득한 라만 스펙트럼의 분석은 본 발명자들의 선행논문에 개시된 방법으로 수행하였다(Anal.
Chem
., 2014, 86(22): 11093-11099). 구체적으로, 측정한 라만 스펙트럼을 1003 cm-1에서의 피크에 대해 정상화한 결과, 정상인으로부터 채취한 눈물과 바이러스 감염자로부터 채취한 눈물에서 라만 피크의 이동은 관찰되지 않았으나, 1242 및 1342 cm-1에서의 라만 피크의 비율이 변화하는 것으로 나타났다. 따라서, 하기 방정식으로 도출되는 값을 비교하여 눈물시료로부터 바이러스 감염여부를 확인할 수 있었다:
상기 I1242와 I1342는 각각 아미드 III -시트 및 C-H 변형에 상응하는 피크의 라만 세기에 해당한다.
정상인 및 아데노바이러스 또는 헤르페스심플렉스 감염에 의한 결막염 환저의 눈물시료를 채취하여 본 발명의 SERS 기재에 도포하여 라만 스펙트럼을 측정하고(도 10), 상기 수식을 이용하여 δVIRUS 값을 도출하였다. 그 결과, 정상인의 눈물로부터 측정한 라만 스펙트럼에서 도출한 δVIRUS는 0.80인 반면, 아데노바이러스 결막염 환자의 눈물로부터 측정한 라만 스펙트럼에서 도출한 δVIRUS는 1.87, 헤르페스심플렉스 결막염 환자의 눈물로부터 측정한 라만 스펙트럼에서 도출한 δVIRUS는 2.47로 크게 증가하였다. 상기 실험을 복수의 환자에 반복수행하여 재현성 있는 결과를 나타냄을 확인하였다. 이는 상기 δVIRUS이 바이러스 감염에 의한 결막염을 진단하는 마커로 작용할 수 있음을 나타내는 것이다. 즉, 바이러스 감염성 결막염이 의심되는 환자의 눈물시료로부터 측정한 라만 스펙트럼으로부터 도출된 δVIRUS 값이 1을 초과하는 큰 경우 바이러스 감염에 의한 결막염 환자로 판정할 수 있고 나아가 상기 δVIRUS 값이 2를 초과하는 경우 상기 결막염은 헤르페스심플렉스 바이러스 감염에 의한 것으로 판정할 수 있다.
실시예
3: 연속적인 화학적 반응법(successive ionic layer adsorption and reaction;
SILAR
)을 이용한 금 나노입자가 흡착된 종이 기반
표면증강라만산란
기재의 제조
금 전구체 용액으로서 10 mM 농도의 HAuCl4 수용액 10 mL을, 환원제 용액으로는 10 mM 농도의 NaBH4 수용액 10 mL을 준비하였다. 세척을 위한 완충액으로는 증류수를 사용하였다. 금 전구체 용액 및 환원제 용액을 별도의 비이커에 담아 준비하고 세척을 위한 증류수도 2개의 비이커에 준비하였다.
8 mm × 20 mm 크기의 여과지에 2 mm 직경의 원을 그려 표면증강라만산란 활성 부분을 표시하고, 상기 원 안쪽 부분을 제외한 바깥쪽 부분은 왁스를 칠하고 건조오븐에서 130℃에서 45초 동안 처리하여 왁스를 균일하게 침투시키고 실온에서 건조하였다. 상기 왁스를 침투시킨 여과지를 미리 준비한 금 전구체 용액에 30초 동안 담그고 방치하여 금 이온이 종이 기재상에 흡착되도록 하였다. 금 전구체 용액으로부터 여과지를 건저내어 첫번째 증류수 비이커에 담궈 세척하였다. 증류수에 담궈 세척한 종이 기재를 건져 환원제 용액이 담긴 비커에 담그고 30초 동안 유지하여 종이 기재에 흡착된 금 이온으로부터 금 나노입자가 성장하도록 하였다. 반응이 완료된 후 환원제 용액에서 금 나노입자가 형성된 종이 기재를 꺼내어 두번째 증류수 비이커에 담궈 세척하였다. 상기 일련의 과정에서 용액의 수위는 미리 표시한 표면증강라만산란 활성 부분이 용액에 충분히 잠길 수 있도록 조절하였다. 상기 일련의 과정을 1 사이클로 5회 반복하여 수행하였다.
실시예
4: 연속적인 화학적 반응법을 이용한 은 나노입자가 흡착된 종이 기반
표면증강라만산란
기재의 제조
금 전구체 용액으로서 HAuCl4 수용액 대신에 금속 전구체 용액으로서 10 mL 농도의 AgNO3 수용액을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 연속적인 화학적 반응법을 수행하여 금 나노입자 대신에 은 나노입자가 흡착된 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 제조하였다. 반복횟수를 각각 5회, 10회, 15회 및 20회로 증가시켜 4종의 기재를 제조하였다.
비교예
1: 연속적인 화학적 반응법을 이용한 금 나노입자가 흡착된 알루미늄 호일 기반
표면증강라만산란
기재의 제조
기재로서 여과지 대신에 알루미늄 호일을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 시약 및 방법으로 반응을 수행하여 금 나노입자가 흡착된 알루미늄 호일 기반 표면증강라만산란 기재를 제조하였다.
비교예
2: 연속적인 화학적 반응법을 이용한 금 나노입자가 흡착된 유리 기반
표면증강라만산란
기재의 제조
기재로서 여과지 대신에 유리 기재를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 시약 및 방법으로 반응을 수행하여 금 나노입자가 흡착된 유리 기반 표면증강라만산란 기재를 제조하였다.
비교예
3: 연속적인 화학적 반응법을 이용한 금 나노입자가 흡착된 PET 필름 기반 표면증강라만산란 기재의 제조
기재로서 여과지 대신에 PET 필름을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 시약 및 방법으로 반응을 수행하여 금 나노입자가 흡착된 PET 필름 기반 표면증강라만산란 기재를 제조하였다.
비교예
4:
카르복시메틸셀룰로오스와
금 나노입자의 혼합 용액을 이용한 금 나노입자가 흡착된 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조
먼저, 금 나노입자와 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose; CMC)를 포함하는 스크린 프린트용 CMC-AuNPs 잉크를 준비하였다. 구체적으로, 1 mL의 38.8 mM 구연산 삼나트륨 무수물을 10 mL의 1 mM HAuCl4에 첨가하고 자석교반하면서 핫플레이트 상에서 90℃에서 20분 동안 가열하였다. 용액의 색상은 옅은 노란색으로부터 짙은 보라색으로 변화하였다. 이후 반응 플라스크의 가열을 즉시 멈추고 교반을 유지하면서 용액을 실온으로 냉각시켰다.
위와 같이 제조한 콜로이드성 AuNP 1 mL을 취하여 6000 rpm에서 10분 동안 농축하고, 상층액의 99%를 제거하였다. 농축된 AuNPs는 2 wt% 나트륨 CMC 수용액을 1:7의 부피비로 혼합하여 CMC-AuNPs 잉크를 제조하였다.
실시예 3에서와 동일한 방법으로 왁스 처리하여 준비한 여과지에 3 mm 직경 및 180 μm 두께의 스텐실 구멍(cut-out hole)을 미리 표시한 2 mm 직경의 표면증강라만활성 부분과 동일한 중심을 갖도록 조정하여 배치하였다. 4 μL CMC-AuNPs 잉크를 스텐실 구멍에 적가하고 블레이드를 스텐실을 가로질러 이동시켜 도포하고, 핫플레이트 상에서 50℃로 120초 동안 건조시켰다. 상기 CMC-AuNPs 잉크를 도포하고 건조시키는 과정을 한번 더 반복하여 수행하였다.
실험예
7: 연속적인 화학적 반응법 적용시 기재의 종류에 따른 금 나노입자의 흡착력
상기 실시예 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 각각 종이, 알루미늄 호일, 유리 및 PET 필름을 기재로 하여 연속적인 화학적 반응법을 적용하여 금 나노입자를 형성하고 최종적으로 제조된 기재의 외형 및 미시적인 표면 구조를 각각 육안과 ×20 광학 현미경으로 관찰하고 그 결과를 도 12에 나타내었다.
도 12에 나타난 바와 같이, 종이를 기재로 사용한 경우 금 나노입자가 표면에 고르게 분포되어 있는 반면, 알루미늄 호일이나 유리를 사용한 경우 불규칙하게 분포되었으며, PET 필름을 사용한 경우에는 금 나노입자가 전혀 부착되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
실험예
8: 기재의 종류 및 제조방법에 따른 라만 활성 분자의 라만 세기 변화
상기 실시예 3 및 비교예 4에 따른 금 나노입자를 포함하는 종이기재, 금 박막 및 아무런 처리하지 않은 종이에 라만활성분자인 로다민 B(rhodamine B; RhB)를 1 mM 농도로 처리하고 이로부터 라만 스펙트럼을 측정하였다. 상기 측정으로부터 라만 이동(raman shift)에 대한 세기 그래프를 도출하여 그 결과를 도 13에 나타내고, 그래프의 피크 중 RhB의 주요 피크인 3개 라만 이동 파수(620, 1201 및 1356 cm-1)에서의 세기를 표로 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
구체적으로, 라만 스펙트럼은 SENTERRA 공초점 라만 시스템(Bruker Optics, Billerica, MA, USA)를 이용하여 획득하였다. 10 mW 전력으로 785 nm 다이오드 레이저 광원을 20× 대물렌즈(N.A.=0.4)로 약 2.4 μm 스팟 크기에 집중시켰다. 각 지점(point)에서의 스펙트럼을 417 내지 1782 cm-1 범위에서 5 cm-1 광학해상도로 실온에서 30초 수집시간으로 2회 기록하였다. 각 시료의 라만 스펙트럼을 표면증강라만산란 활성 영역 상의 10개 임의로 프린트된 스팟에서 측정하여 신뢰도를 확인하였다. 2 μl 분석 방울의 1 mM RhB를 시료로 사용하여 라만 스펙트럼을 평가하였다.
표 2
| RhB의 라만 피크 | SILAR(실시예 1) | AuNPs+CMC(비교예 4) | Au film | Raw paper |
| 620 cm-1 | 7533 | 4868 | 3186 | 45 |
| 1201 cm-1 | 29328 | 6120 | 2103 | 31 |
| 1356 cm-1 | 22383 | 5680 | 4945 | 75 |
도 13 및 표 2에 나타난 바와 같이, 아무런 처리하지 않은 종이 기재상에 도포한 라만활성분자로부터는 피크 위치에서 조차 거의 신호를 검출하기 어려웠다. 반면, 금 나노입자를 포함하는 종이 기재(실시예 3 및 비교예 4) 또는 금 박막 상에서는 해당 기재에 의한 라만신호 증강효과로 현저히 증가된 세기의 라만신호를 검출할 수 있었다. 특히, 실시예 3의 기재를 사용한 경우 금 나노입자 용액을 스크린 프린트하여 제조한 비교예 4의 기재에 비해 파수에 따라 1.5배 내지 4.8배 높은 세기를 나타내었으며, 금 박막을 사용한 경우에 비해서는 파수에 따라 2.4배 내지 13.9배까지 높은 세기의 라만 신호를 나타내었다. 이는 적절한 파수를 선택할 경우 본 발명의 기재를 이용하면 금 박막을 기재로 이용한 경우에 비해 14배 정도 민감한 검출이 가능함을 나타내는 것이다.
실험예
9: 기재의 종류에 따른 라만 활성 분자의 라만 세기 변화
연속적인 화학적 반응법에 의해 제조된 표면에 금 나노입자가 분포된 표면증강라만산란 기재에 있어서, 기본이 되는 기재의 재질에 따른 표면증강라만산란 효과의 차이를 확인하기 위하여 실시예 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조한 각각 금 나노입자를 포함하는 종이, 알루미늄 호일, 유리 및 PET 필름에 1 mM 농도의 RhB를 도포하고 라만 스펙트럼을 측정하여 도 14에 나타내었다.
도 14에 나타난 바와 같이, 다른 기재에 비해 종이 기재 상에 연속적인 화학적 반응법을 적용하여 제조한 표면증강라만산란 기재에서 현저하게 증가된 라만 신호 측정이 가능하였다.
실험예
10: 기재의 종류에 따른 라만 신호 측정의 재현성
반복적인 측정에 의한 신호의 재현성을 확인하기 위하여, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 준비한 기재에 1 mM 농도로 RhB를 도포하고 라만 이동 파수에 대한 세기를 관찰하였다. 실험예 9와 동일한 조건으로 5회 반복하여 측정하고 각 측정으로부터 얻은 그래프를 중첩하여 도 15에 나타내었다.
도 15에 나타난 바와 같이, 실시예 3에 따른 기재(도 15에서 Paper로 표기)를 이용한 경우 반복하여 측정하더라도 일정한 피크 세기를 나타내었으나, 비교예 1 및 2의 기재를 사용한 경우(도 15에서 각각 Al foil과 Glass로 표기) 각 측정에서 측정 세기의 편차가 심한 것으로 확인할 수 있었다. 이는 도 12에서 확인된 알루미늄 호일과 유리 기재 상에 금 나노입자가 불균일한 분포로 형성된 것과 일치하는 것이다. 즉, 표면증강라만산란 효과를 나타낼 수 있는 금 나노입자가 기재 상에 불균일하게 분포하므로 동일한 기재 내에서라도 측정 위치에 따라 또는 동일한 방법 및 조건으로 제조하더라도 제조 회차에 따라 생성된 기재로부터의 표면증강라만산란 효과가 다르게 나타나므로 재현성있는 분석이 불가능함을 나타내는 것이다.
실험예
11: 연속적인 화학적 반응법의 반복 횟수에 따른 라만 신호 증강 효과
상기 실시예 2로부터 제조한 연속적인 화학적 반응법의 반복 횟수를 5회로부터 20회까지 5회씩 증가시키면서 제조한 은 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 이용하여 라만 신호를 측정하고 그 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16에 나타난 바와 같이, 반복 횟수가 증가함에 따라 전반적으로 측정된 라만 세기가 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 측정 파수에 따라 그 증가 패턴이 상이한 것을 확인할 수 있었다. 이는 측정하고자 하는 파수 등에 따라 반복 횟수를 조절하여 신호의 증가율이 최대가 되는 조건을 탐색할 수 있음을 나타내는 것이다. 즉, 측정 파수, 연속적인 화학적 반응법의 반복 수행 횟수 등을 적절히 조합하여 라만 신호 증강 효과를 극대화할 수 있는 최적의 조건을 발굴할 수 있음을 나타내는 것이다.
실시예
5: 연속적인 화학적 반응법을 이용한 이중금속 나노입자(bimetallic
nanoparticle, Au@AgNP)가 흡착된 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조
은 전구체로서 20 mM 농도의 AgNO3 수용액과 환원제로서 NABH4 용액을 이용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 종이 기재 상에 은 나노입자를 형성하였다. 각 용액에 30초씩 침지시키고 세척하는 과정을 6회 반복하여 은 나노입자가 소정의 크기를 갖도록 성장시켰다. 이후, 금 전구체로서 1 mM 농도의 HAuCl4 수용액을 사용하여 상기 종이 기재 상에 형성된 은 나노입자와 복합 이중금속 나노입자를 형성하도록 하였다. 은 나노입자에 대해서와 마찬가지로 각 용액에 30초씩 침지시켜 금 전구체 이온을 흡착시키고 환원시켜 금 나노입자를 형성하는 과정을 각각 1 내지 5회 반복하여 5종의 시료를 제조하였다. 대조군으로는 금 전구체 용액 및 환원제로 처리하지 않은 은 나노입자만을 포함하는 기재를 사용하였다.
종이 기재 상에 흡착된 금-은 복합 이중금속 나노입자의 형태는 TEM으로 관찰하고, 결정성은 SAED로 분석하여 그 결과를 도 17에 나타내었다. 도 17에 나타난 바와 같이, 금-은 복합 이중금속 나노입자는 은 나노입자 상에 상대적으로 작은 크기의 금 나노입자가 형성되어 종합적으로 라즈베리같은 형태를 갖는 것을 확인하였다. 이때, 금 및 은 입자들은 각각 0.147 nm(Au 220 격자) 및 0.144 nm(Ag 220 격자)의 격자간격을 갖는 것을 확인하였으며, 나아가 SAED 분석 결과 역시 본 발명에 따른 연속적인 화학적 반응법에 의해 형성된 은 나노입자가 제대로 된 결정구조를 가짐을 나타내었다.
또한, XPS 분석을 통해 금-은 복합 이중금속 나노입자의 종이 기재 상의 결합을 확인하여 그 결과를 도 18A 및 B에, XRD 분석을 통해 금-은 복합 이중금속 나노입자의 각 성분의 결정 구조를 다시 한번 확인하고, 그 결과를 도 18C에 나타내었다.
실험예
12: 이중금속 나노입자에 의한 라만 신호 증강 효과
SERS 프로브로 사용되는 로다민 6G(rhodamine 6G, R6G)를 1 fM(1×10-15 M)로부터 1 mM(1×10-3 M)까지 농도별로 준비하여 상기 실시예 5에 따라 준비한 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재에 처리하고 라만 신호를 측정하여 그 결과를 도 19A 내지 C에 나타내었으며, 이로부터 SERS 효과의 척도인 증강 인자(enhancement factor; EF)를 도출하였다. 도 19B 및 C에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재 상에서 라만 신호를 측정한 경우 1 fM 수준까지 검출가능함을 확인하였으며, 계산된 EF는 약 1012으로, 이는 본 발명에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재에 의한 SERS 효과가 매우 우수함을 나타내는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 안정성을 확인하기 위하여, 제조한 기재를 30일까지 대기 중에 보관하면서 제조 당일과 1일, 3일, 7일, 15일 및 30일 후 각각 라만 신호를 측정하여 세기 변화를 확인하였다. 대조군으로는 단일 은 나노입자가 흡착된 기재를 사용하였다. 상기 각 시점에서 라만 스펙트럼을 측정하고 이를 도 19D 내지 F에 나타내었다. 도 19D 내지 F에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 은 나노입자를 포함하는 기재에 비해 전 측정 시점에서 현저히 높은 라만 세기를 나타내었다. 특히 은 나노입자를 포함하는 기재의 경우 제조 후 3일에 절반 이하로 측정된 라만 신호가 감소하는 등 시간이 경과함에 따라 측정되는 라만 신호의 세기가 급격히 감소하였으나, 본 발명에 따른 금-은 복합 이중금속 나노입자를 포함하는 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 이용하는 경우 30일까지 시간이 경과하더라도 측정되는 신호의 세기 감소가 거의 나타나지 않았다. 이는 금-은 복합 이중금속 나노입자를 이용함으로써 시너지적인 SERS 효과를 나타냄은 물론 산화에 취약한 은의 단점을 극복할 수 있음을 나타내는 것이다.
상기 실시예 5에서 대조군 및 금 나노입자를 형성하는 과정의 반복 횟수를 달리하여 제조한 5종 시료에 R6G를 처리하고 1361 cm-1에서 라만 신호의 세기를 측정하고 그 결과를 도 20에 나타내었다. 도 20에 나타난 바와 같이, 금 나노입자를 형성하는 과정을 2 내지 3회 수행하는 경우 적절한 밀도와 크기로 금 나노입자가 형성되어 최대의 SERS 효과를 나타냄을 확인하였다.
결론적으로, 본 발명에 따른 연속적인 화학적 반응법에 의해 제조한 종이 기반 표면증강라만산란 기재는 현저한 라만 신호 증강 효과를 나타낼 뿐만 아니라 재현성 있는 신호를 제공할 수 있으므로, 라만 분광법을 이용한 분석용 기재로서 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (24)
- 고안된 패턴에 고르게 분포되어 흡착된 1 내지 100 nm의 직경을 갖는 금속 나노입자를 포함하는, 종이 기반 표면증강라만산란 기재.
- 제1항에 있어서, 카르복실메틸셀룰로오스를 추가로 포함하는 것인, 종이 기반 표면증강라만산란 기재.
- 제1항 또는 제2항의 종이 기반 표면증강라만산란 기재를 포함하는 현장진단용 키트.
- 제3항에 있어서, 추가적인 라만 활성 물질의 첨가에 의해 시너지적인 신호 증강 효과를 나타내는 것인 현장진단용 키트.
- 종이 기재를 제1금속 전구체 용액에 담궈 제1금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1단계;상기 제1금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제1완충액에 담궈 세척하는 제2단계;상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제1금속 나노입자를 형성시키는 제3단계; 및상기 제1금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제1'완충액에 담궈 세척하는 제4단계를 포함하는, 제1항의 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제1단계 내지 제4단계를 2회 내지 10회 반복하여 수행하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제4단계로부터 수득한 종이 기재를 제2금속 전구체 용액에 담궈 제2금속 전구체를 기재에 흡착시키는 제1'단계;상기 제2금속 전구체를 흡착시킨 종이 기재를 제2완충액에 담궈 세척하는 제2'단계;상기 세척한 종이 기재를 환원제 용액에 담궈 제2금속 나노입자를 형성시키는 제3'단계; 및상기 제2금속 나노입자를 성장시킨 종이 기재를 제2'완충액에 담궈 세척하는 제4'단계를 추가로 포함하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1'단계 내지 제4'단계를 2회 내지 5회 반복하여 수행하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1단계 및 제1'단계는 각각 독립적으로 10초 내지 120초 동안 수행하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3단계 및 제3'단계는 10초 내지 120초 동안 수행하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종이 기재는 형성하고자 하는 표면증강라만산란 활성 부분 이외의 부분에 소수성 물질을 처리하여 패턴을 형성한 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1금속 및 제2금속은 서로 상이하며, 각각 독립적으로 금, 은, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 주석, 청동, 황동, 니켈 또는 이들의 합금인 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1금속 전구체 용액 및 제2금속 전구체 용액은 서로 상이하며, 각각 이온 형태의 제1금속 및 제2금속을 포함하는 수용액인 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1금속 전구체 용액 및 제2금속 전구체 용액은 각각 독립적으로 HAuCl4, NaAuCl4 또는 AgNO3 수용액인 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1환원제 용액 및 제2환원제 용액은 서로 같거나 상이하며, 소디움 보로하이드라이드(NaBH4), 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO), 소디움 시트레이트, 헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(HTAC), 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), NH4OH 또는 이들의 조합을 포함하는 수용액인 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1완충액, 제1'완충액, 제2완충액 및 제2'완충액은 모두 물인 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 혼합하여 금속 나노입자 용액을 준비하는 제1단계;원하는 패턴이 형성된 종이기재를 준비하는 제2단계; 및상기 종이기재 상에 제1단계의 금속 나노입자 용액을 코팅하는 제3단계를 포함하는, 제2항의 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 나노입자 용액은 500 내지 10,000 cP의 점도를 갖는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 나노입자는 평균직경 10 내지 100 nm의 균일한 크기를 갖는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 카르복실메틸셀룰로오스 수용액은 0.7 내지 2.5 중량% 농도를 갖는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 나노입자 용액은 금속 나노입자와 카르복실메틸셀룰로오스 수용액을 1:5 내지 1:10의 부피비로 혼합한 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 제2단계는 원하는 패턴이 고안된 종이의 패턴을 제외한 부분을 왁스로 코팅하여 수행되는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제17항에 있어서, 제3단계 이후 가열하여 건조하는 제4단계를 추가로 포함하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
- 제23항에 있어서, 제3단계 및 제4단계를 총 1 내지 5회까지 반복하여 수행하는 것인 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/578,795 US10379053B2 (en) | 2015-06-02 | 2016-06-02 | Paper-based surface-enhanced raman scattering substrate, and preparation method therefor |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2015-0078136 | 2015-06-02 | ||
| KR1020150078136A KR101690877B1 (ko) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 종이 기반 표면증강라만산란 플랫폼의 제조방법 |
| KR10-2015-0096158 | 2015-07-06 | ||
| KR20150096158 | 2015-07-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016195389A2 true WO2016195389A2 (ko) | 2016-12-08 |
| WO2016195389A3 WO2016195389A3 (ko) | 2017-01-26 |
Family
ID=57440633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2016/005844 WO2016195389A2 (ko) | 2015-06-02 | 2016-06-02 | 종이 기반 표면증강라만산란 기재 및 이의 제조방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10379053B2 (ko) |
| WO (1) | WO2016195389A2 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10828637B2 (en) | 2017-07-19 | 2020-11-10 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Microfluidic chip with anchored nano particle assembly |
| US10935494B2 (en) | 2017-07-19 | 2021-03-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Matrix with plasmonically active nano structures |
| CN113049567A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-29 | 北京工业大学 | 一种书写式表面增强拉曼散射基底的制备方法及应用 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109060757A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-12-21 | 北京工业大学 | 一种便携式纸基增强快速检测微生物的拉曼散射方法 |
| CN109932354B (zh) * | 2019-05-06 | 2021-10-08 | 中山大学 | 一种用于表面增强拉曼光谱痕量分析的原位分离富集装置及应用 |
| CN110793955A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 江苏师范大学 | 一种化学反应产物的快速分离-定性方法 |
| CN111122538B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-07-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于目标分子分区占位型毛细管的表面增强拉曼光谱基底及制备方法和应用 |
| CN112540070B (zh) * | 2020-09-27 | 2022-04-05 | 西安电子科技大学 | 用于体液中抗癌药物检测的试纸盒及其制备和使用方法 |
| CN112666149A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-16 | 武汉理工大学 | 一种基于金银合金纳米星的胶底纸基sers传感器 |
| CN113786809B (zh) * | 2021-08-31 | 2022-06-17 | 重庆大学 | 纸上sers平台检测生活垃圾臭气含巯基因子的方法 |
| CN113892946B (zh) * | 2021-09-17 | 2023-10-31 | 天津工业大学 | 一种基于sers的汗液传感绑带的制备方法 |
| CN114166818B (zh) * | 2021-11-26 | 2022-11-29 | 太原理工大学 | 一种疏水纸质表面增强拉曼基底及其制备方法和在毒品检测中的应用 |
| WO2023107520A1 (en) * | 2021-12-07 | 2023-06-15 | The Texas A&M University System | Wearable plasmonic paperfluidics for continuous biofluid analysis |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2404739B (en) * | 2003-08-05 | 2006-04-12 | E2V Tech Uk Ltd | Sensor |
| US8383014B2 (en) * | 2010-06-15 | 2013-02-26 | Cabot Corporation | Metal nanoparticle compositions |
| US7638211B2 (en) * | 2005-02-09 | 2009-12-29 | Seagate Technology Llc | Mass storage apparatus using fluorine mediated self-assembly monolayers of nanoparticles recording medium |
| JP2007038643A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-02-15 | Oji Paper Co Ltd | 複合微粒子、分散液、分散液の製造方法、インクジェット記録体及びインクジェット記録体の製造方法 |
| WO2008149192A2 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Pfizer Products Inc. | Nanoparticles comprising a non-ionizable cellulosic polymer and an amphiphilic non-ionizable block copolymer |
| US9410949B2 (en) * | 2010-12-03 | 2016-08-09 | Washington University In St. Louis | Label-free detection of renal cancer |
| PL2714419T3 (pl) * | 2011-06-02 | 2015-12-31 | Fabrica Nac De Moneda Y Timbre Real Casa De La Moneda | Zastosowanie markerów ramanowskich do potwierdzania autentyczności dokumentów zabezpieczonych |
| JP2014529083A (ja) * | 2011-09-27 | 2014-10-30 | ダイアグノスティクス・フォー・オール・インコーポレイテッドＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ Ｆｏｒ Ａｌｌ， Ｉｎｃ． | 定量マイクロ流体デバイス |
| EP2812139B1 (en) * | 2012-02-10 | 2017-12-27 | Lockheed Martin Corporation | Nanoparticle paste formulations and methods for production and use thereof |
| KR101475291B1 (ko) | 2013-04-09 | 2014-12-22 | 한국과학기술원 | 표면증강 라만산란 나노구조가 구비된 크로마토그래피 기판 및 이의 제조방법 |
| US20150240100A1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Xerox Corporation | Silver nanoparticle inks with gelling agent for gravure and flexographic printing |
| WO2015160923A1 (en) * | 2014-04-15 | 2015-10-22 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Gold nanostar substrates for sers sensing in the femtomolar regime |
| SE539366C2 (en) * | 2014-12-18 | 2017-08-15 | Stora Enso Oyj | Process for the production of paper or board coated with a coating comprising microfibrillated cellulose and a water retention agent |
-
2016
- 2016-06-02 WO PCT/KR2016/005844 patent/WO2016195389A2/ko active Application Filing
- 2016-06-02 US US15/578,795 patent/US10379053B2/en active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10828637B2 (en) | 2017-07-19 | 2020-11-10 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Microfluidic chip with anchored nano particle assembly |
| US10935494B2 (en) | 2017-07-19 | 2021-03-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Matrix with plasmonically active nano structures |
| CN113049567A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-29 | 北京工业大学 | 一种书写式表面增强拉曼散射基底的制备方法及应用 |
| CN113049567B (zh) * | 2021-03-04 | 2022-11-04 | 北京工业大学 | 一种书写式表面增强拉曼散射基底的制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10379053B2 (en) | 2019-08-13 |
| WO2016195389A3 (ko) | 2017-01-26 |
| US20180080878A1 (en) | 2018-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016195389A2 (ko) | 종이 기반 표면증강라만산란 기재 및 이의 제조방법 | |
| He et al. | Silver nanosheet-coated inverse opal film as a highly active and uniform SERS substrate | |
| Kim et al. | A low-cost, monometallic, surface-enhanced Raman scattering-functionalized paper platform for spot-on bioassays | |
| Song et al. | Flexible nanocellulose-based SERS substrates for fast analysis of hazardous materials by spiral scanning | |
| Godoy et al. | Ultrasensitive inkjet-printed based SERS sensor combining a high-performance gold nanosphere ink and hydrophobic paper | |
| US11927537B2 (en) | Rapid, low-cost process for the preparation of SERS substrate and SERS substrate prepared thereby | |
| KR101690877B1 (ko) | 종이 기반 표면증강라만산란 플랫폼의 제조방법 | |
| AU2016238768B2 (en) | Metal-polymer composite material | |
| Lee et al. | Invisible-ink-assisted pattern and written surface-enhanced Raman scattering substrates for versatile chem/biosensing platforms | |
| Yu et al. | Multi-functional regenerated cellulose fibers decorated with plasmonic Au nanoparticles for colorimetry and SERS assays | |
| Ma et al. | Precision improvement in dark-field microscopy imaging by using gold nanoparticles as an internal reference: a combined theoretical and experimental study | |
| KR101867670B1 (ko) | 연속적인 화학적 반응법을 이용한 종이 기반 표면증강라만산란 기재의 제조방법 | |
| Weng et al. | Improving the SERS enhancement and reproducibility of inkjet-printed Au NP paper substrates by second growth of Ag nanoparticles | |
| EP2749884B1 (en) | Biochip substrate and method for producing same | |
| Ponlamuangdee et al. | Fabrication of paper-based SERS substrate using a simple vacuum filtration system for pesticides detection | |
| Sciutto et al. | A new integrated TLC/MU-ATR/SERS advanced approach for the identification of trace amounts of dyes in mixtures | |
| Zhao et al. | Silica cladding of Ag nanoparticles for high stability and surface-enhanced Raman spectroscopy performance | |
| Martins et al. | Chitosan coated papers as sustainable platforms for the development of surface-enhanced Raman scattering hydrophobic substrates | |
| Rao et al. | Chemical reduction method for preparation of silver nanoparticles on a silver chloride substrate for application in surface-enhanced infrared optical sensors | |
| Sun et al. | Type I collagen-templated assembly of silver nanoparticles and their application in surface-enhanced Raman scattering | |
| Gomez–Caballero et al. | Cellulose dialysis membrane tubing doped with gold nanoparticles as SERS substrate | |
| CN112229829A (zh) | 表面增强拉曼基底及其制备方法和应用 | |
| TWI803317B (zh) | Sers基質製造方法及sers檢測方法 | |
| Verma et al. | Laser-textured Pd-Au hierarchical superhydrophobic micro-arrays for ultralow SERS detection | |
| CN116855028A (zh) | 一种水凝胶包覆金-银核壳纳米粒子sers基底的制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16803744 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 15578795 Country of ref document: US |
|
| NENP | Non-entry into the national phase in: |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16803744 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |