WO2023149748A1 - 형광 자성 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조되는 형광 자성 나노입자 - Google Patents

형광 자성 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조되는 형광 자성 나노입자 Download PDF

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silica
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김성일
이재범
황다정
원유광
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Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing fluorescent magnetic nanoparticles and fluorescent magnetic nanoparticles prepared through the method.
  • magnetic iron oxide nanoparticles especially magnetite-Fe 3 O 4
  • MRI magnetic resonance imaging
  • multifunctional materials have attractive advantages because they can play a key role in various application fields by combining the characteristics of manipulation of chemical functions.
  • the use of multifunctional materials can save on the number of parts needed and in some cases reduce the need for connected operations.
  • the present invention has been devised in view of the above points, and a method for manufacturing fluorescent magnetic nanoparticles capable of expressing high PL intensity and quantum yield by increasing the loading amount of a fluorescent material on the surface of a magnetic core, and through this
  • An object of the present invention is to provide prepared fluorescent magnetic nanoparticles.
  • the present invention is a fluorescent material loaded in the magnetic core is prevented from being detached due to physical and / or chemical external factors during use of the fluorescent magnetic nanoparticles or the magnetic core is prevented from collapsing. Another object is to provide magnetic nanoparticles.
  • Another object of the present invention is to provide fluorescent magnetic nanoparticles that can broaden the range of applications in various diagnostic and detection fields by improving the flowability by adjusting the weight and size of the magnetic core. .
  • another object of the present invention is to provide a fluorescent nanoprobe for biomolecular imaging that is useful for detecting a target substance through fluorescent magnetic nanoparticles according to the present invention.
  • the present invention provides (1) preparing a magnetic body that is a core part, and (2) forming a first silica layer by treating a first silica forming component to surround the core part, and then forming the first silica layer.
  • Fluorescent magnetic nanoparticles comprising the step of forming a silica layer including a first silica layer and a fluorescent shell containing a fluorescent material doped in the silica layer by treating a fluorescent material that is a lanthanum complex and a second silica forming component on the phase.
  • the magnetic body in step (1), may be a porous magnetic body treated with an etchant for 5 to 60 minutes.
  • the magnetic material is Fe 3 O 4 , MFe 2 O 4 (where M is Co or Ni) or ⁇ -Fe 2 O 3 .
  • the magnetic material may have a particle diameter of 100 to 800 nm.
  • the step (2) is 2-1) processing the first silica forming component to the magnetic body to prepare the first particles on which the first silica layer is formed to surround the magnetic body, 2-2) treating the surface of the first silica layer with amine 2-3) a silica layer having a second silica layer formed on the first silica layer by treating the first particle whose surface is functionalized with an amine group with a fluorescent material that is a lanthanide complex and a second silica forming component;
  • the method may include forming a fluorescent shell portion doped with a fluorescent material in the silica layer.
  • step 2-2 (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS), 3-(2-aminoethyl)-aminopropyl trimene It may be performed by treating with at least one amine functionalized material selected from the group consisting of toxysilane and (4-aminobutyl)triethoxysilane (ABTES).
  • APTES 3-aminopropyl)triethoxysilane
  • APITMS (3-aminopropyl)trimethoxysilane
  • ABTES 4-aminobutyl)triethoxysilane
  • the fluorescent material may be doped on both the first silica layer and the second silica layer.
  • first silica-forming component and the second silica-forming component are each independently 1 selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS) and tetrapropyl orthosilicate (TPOS). May include more than one species.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • TMOS tetramethyl orthosilicate
  • TPOS tetrapropyl orthosilicate
  • the lanthanide-based complex may be a material represented by Chemical Formula 1 below.
  • the fluorescent material may be treated so that the weight ratio between the magnetic material and the fluorescent material is 1:0.8 to 1:2.5.
  • step (3) after step (2), the step of repeating step (2) at least once to form a plurality of fluorescent shells sequentially surrounding the core part is further included, more preferably a total of 2 to Step (2) may be repeated 1 to 2 more times in total so that three fluorescent shells are formed.
  • the present invention provides fluorescent magnetic nanoparticles including a magnetic core portion, and a fluorescent shell portion surrounding the core portion and including a silica layer and a fluorescent material doped on the silica layer.
  • the first silica layer provides a space in which the fluorescent material is doped
  • the second silica layer provides a space in which the fluorescent material is doped and performs a function of preventing the fluorescent material from being detached.
  • the magnetic body is a porous magnetic body having a porous structure
  • the silica layer may include a surface portion formed on the surface of the porous magnetic body and an anchor portion disposed in a flow path extending from the surface portion and extending from the surface of the porous magnetic body to the inside. there is.
  • the fluorescent shell portion may include 2 to 3 pieces.
  • porous magnetic material and the fluorescent material may be provided in a weight ratio of 1:0.8 to 1:2.5.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles may have a diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the present invention provides a fluorescent nanoprobe for biomolecular imaging diagnosis comprising the fluorescent magnetic nanoparticles according to the present invention.
  • the prepared fluorescent magnetic nanoparticles can be very uniform and prevent agglomeration by solving the problems of non-uniformity and agglomeration between particles that occur in conventional synthesis methods.
  • high PL intensity and quantum yield can be expressed by increasing the loading amount of fluorescent material on the surface of the magnetic core, and at the same time, the loaded fluorescent material is physically and/or chemically external factors It has excellent durability to prevent detachment or collapse of the magnetic core.
  • the range of applications in various diagnostic and detection fields can be broadened, and biomolecular imaging useful for high-sensitivity in vitro diagnostic kits and detection of target substances It can be widely applied in various fields of diagnosis and detection, such as fluorescent nanoprobes for diagnosis.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a process for manufacturing fluorescent magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of fluorescent magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a photograph taken after irradiating UV to a dispersion solution in which fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to various embodiments of the present invention are dispersed;
  • 4a to 4d are SEM pictures of fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to various embodiments of the present invention.
  • 5 is a PL intensity graph for each wavelength of fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to various embodiments of the present invention.
  • 6a to 6c are graphs measuring PL intensity over time of a dispersion in which fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to various embodiments of the present invention are dispersed in ethanol;
  • 7a to 7d are SEM pictures of fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to various embodiments of the present invention.
  • 8a to 8e are TEM pictures of the fluorescent magnetic nanoparticles taken in FIGS. 7a to 7d;
  • 9a and 9b are SEM images of porous magnetic bodies prepared according to various embodiments of the present invention.
  • 10a and 10b are TEM images of first particles prepared according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a TEM photograph of fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to an embodiment of the present invention.
  • 12a and 12b are TEM images of fluorescent magnetic nanoparticles obtained according to an embodiment of the present invention.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles 100 include (1) preparing a magnetic material as a core part and (2) forming a silica layer 20 and the silica layer 20 to surround the core part. It is prepared by including a step of forming a fluorescent shell portion 41 containing a fluorescent material 31 doped in the silica layer 20 (see Fig. 1 (a) to (e)).
  • the magnetic body that is the core in step (1) may be the non-porous magnetic body 10 (FIG. 1(a)) or the porous magnetic body 10' processed so that the non-porous magnetic body 10 has a porous structure. (Fig. 1 (b)).
  • another fluorescent shell can be formed on the surface on which the one-layer fluorescent shell 41 is formed to produce multi-layered fluorescent magnetic nanoparticles 100', the fluorescent magnetic nanoparticles 100' Step (2) may be repeated at least once more to form a plurality of fluorescent shell parts 41 and 42 sequentially surrounding the core part (see (f) of FIG. 1).
  • step (1) a step of preparing a magnetic body as a core part is performed (Fig. 1 (a)).
  • the magnetic material constitutes the core of the fluorescent magnetic nanoparticles 100 and 100', and functions to separate and recover the fluorescent magnetic nanoparticles 100 and 100' through magnetic separation under a magnetic field by being magnetized.
  • the magnetic material may include a known material exhibiting magnetism, and preferably may exhibit ferromagnetism, superparamagnetism, or ferrimagnetism.
  • the magnetic material 10 is Fe 3 O 4 , MFe 2 O 4 (where M is Co or Ni) Or ⁇ -Fe 2 O 3 It may be, but is not limited thereto, and it is easy to manufacture fluorescent magnetic nanoparticles with improved uniformity and removes the residual peak of the fluorescence peak to improve the accuracy of the probe. In the case of a magnetic material implemented by a manufacturing method, it can be used without limitation.
  • the magnetic body may be a non-porous magnetic body 10 having a non-porous structure, or a porous magnetic body 10' post-processed so that the non-porous magnetic body 10 has a porous structure.
  • the porous magnetic material 10' has a porous structure morphology, the specific surface area is increased compared to the non-porous magnetic material 10, so that the loading amount of the fluorescent material 31 can be increased, and through this, improved PL intensity can be expressed.
  • the weight and size of the magnetic material or the weight ratio to the size can be reduced, and the flowability of the fluorescent magnetic nanoparticles implemented through this can be improved, which expands the range of applications that can be used for sensing. There are benefits to expanding.
  • the particle size distribution of each of the magnetic bodies can be widened by etching performed on the non-porous magnetic bodies 10, and through this, the effect of preventing aggregation of the magnetic bodies can be expressed.
  • the surface of the porous magnetic body 10' increases the contact area with the first silica layer 21, and the hollow space on the surface of the porous magnetic body 10' or the flow path formed inside from the surface of the porous magnetic body 10'
  • the portions of the first silica layer 21 filling the void function as anchors that physically bind the first silica layer 21 to the porous magnetic body 10', and thus between the porous magnetic body 10' and the fluorescent shell 41 described later. bonding strength can be further improved.
  • the silica layer 20 includes a surface portion formed on the surface of the porous magnetic body 10 and an anchor portion disposed in a flow path extending from the surface portion and extending from the surface of the porous magnetic body to the inside, through which the silica layer 20
  • the porous magnetic material 10 is damaged or peeled off due to physical external factors, for example, external force applied during ultrasonic or centrifugal separation, directly or due to collision between fluorescent magnetic nanoparticles caused by external force, and thereby the silica layer 20 It is possible to prevent or minimize the desorption of the fluorescent material doped therein.
  • the porous magnetic body 10' may be manufactured through a known method for manufacturing a porous structure using the non-porous magnetic body 10, and for example, manufactured by treating the non-porous magnetic body 10 with an etchant for 5 to 60 minutes. It may be (Fig. 1 (b)).
  • the etchant a known etchant capable of transforming the non-porous magnetic body 10 into a porous structure may be used in consideration of the material of the non-porous magnetic body 10.
  • the etchant may be oxalic acid.
  • the etching may be performed by impregnating the non-porous magnetic body 10 in an etching solution, and may be appropriately changed in consideration of the type/concentration of the etching solution used, the material of the magnetic body 10, and the like. For example, etching may be performed for 5 to 60 minutes.
  • the porous magnetic material obtained by adding oxalic acid to the Fe 3 O 4 magnetic material for 60 minutes is porous enough to form a cavity in the center, and when etched for a longer period of time, the magnetic material can be expected to collapse.
  • the magnetic materials 10 and 10' prepared in step (1) may have a particle diameter of 100 to 800 nm. If the particle size is less than 100 nm, the magnetic characteristics of each fluorescent magnetic nanoparticle are not sufficient, so it is difficult to perform magnetic separation or there is a concern that the time for magnetic separation may be prolonged. In addition, if the particle diameter exceeds 800 nm, the size of the fluorescent magnetic nanoparticles realized increases and they sink easily, resulting in poor flowability. There is a risk of becoming
  • step (2) a step of forming a silica layer 20 and a fluorescent shell part 41 containing a fluorescent material 31 doped in the silica layer 20 to surround the core part carry out
  • the above step (2) is specifically 2-1) processing the first silica forming component on the magnetic body to prepare the first particles having the first silica layer formed thereon so as to surround the magnetic body, 2-2) treating the surface of the first silica layer with amine Functionalization with a group, and 2-3) a silica layer in which a second silica layer is formed on the first silica layer by treating the first particle whose surface is functionalized with an amine group with a fluorescent material that is a lanthanum complex and a second silica forming component and forming a fluorescent shell portion doped with a fluorescent material in the silica layer.
  • step (2) will be described as a manufacturing method using the porous magnetic body 10' with reference to FIG.
  • step 2-1 in order to manufacture the first particles 100a in which the shell portion, which is the first silica layer 21, is formed to surround the porous magnetic body 10', the porous magnetic body 10' is a first silica forming component. is processed (Fig. 1 (c)).
  • the present invention uses silica as a component forming the shell, which has the advantage of not causing physical or chemical transformation of magnetic particles and doped fluorescent materials, and having excellent biocompatibility because it is harmless to the living body.
  • the first silica layer 21 functions as a matrix providing a space in which a fluorescent material described later can be doped. In other words, it is not easy to directly load the fluorescent material on the porous magnetic material 10' without the first silica layer 21, and even when the fluorescent material is loaded, the loading amount is small and can be easily detached.
  • the surface to be loaded is modified with an amine group. Since it is difficult to modify or even if modified, it is partially non-uniformly modified, so even if the silica shell containing the fluorescent material is directly formed on the porous magnetic body 10' using the fluorescent material and the second silica forming component, the loading amount of the fluorescent material will be insignificant.
  • the formed fluorescent shell portion may be damaged or easily peeled off.
  • the loading amount of the fluorescent material can be increased and the loading amount of the fluorescent material can be further increased because it is easily modified with an amine group.
  • the first silica forming component may be used without limitation in the case of a known material capable of forming a conventional silica layer, and preferably tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS) and tetrapropyl It may contain at least one selected from the group consisting of orthosilicate (TPOS), and more preferably tetraethyl orthosilicate in that the first silica layer 21 can be easily formed to have a certain thickness or more. (TEOS) can be used.
  • the amount of the first silica-forming component to be treated may be appropriately treated considering the desired thickness of the silica layer, magnetic material content, and magnetic material particle diameter, and the present invention is not particularly limited thereto.
  • a catalyst may be further included to more easily and quickly form the first silica layer 21, and the catalyst may be, for example, ammonia.
  • step 2-1 ultrasonic waves are applied to a mixed solution of the porous magnetic body 10' and the catalyst to uniformly disperse the porous magnetic body 10', and then the first silica forming component is introduced and reacted for a predetermined time. It is possible to form the first silica layer 21 with a predetermined thickness on the porous magnetic body 10' by inducing.
  • the formed first silica layer 21 may have a thickness of 40 nm or less, for example, 3 to 15 nm, and if the thickness of the first silica layer 21 is less than 3 nm, the first silica layer ( 21) is not uniformly coated on the surface of the porous magnetic material 10, so there is a possibility that there will be a region that has not been functionalized with an amine group through step 2-2) described later, and finally, there is a concern that the amount of fluorescent material loaded will decrease there is In addition, when the thickness of the first silica layer 21 exceeds 40 nm, it is not easy to form the corresponding thickness.
  • the effect of increasing the specific surface area due to the porous magnetic body 10 and the loading of the fluorescent material through it may be insignificant, and there is a concern that the PL intensity may rather decrease compared to the case where the first silica layer is formed to a desired thickness.
  • the first particles obtained by performing step 2-1) according to an embodiment of the present invention have a thickness of about 14.8 nm in the core part for the porous magnetic material etched for 10 minutes.
  • step 2-2 a step of functionalizing the surface of the first silica layer 21 with an amine group may be performed ((d) of FIG. 1).
  • the first silica layer 21 provides a space for introducing a fluorescent material to be described later.
  • the fluorescent material is treated without functionalizing the surface with an amine group, the fluorescent material is present on the surface of the first silica layer 21.
  • the fluorescent material may be aggregated and introduced into the first silica layer 21 or the loading amount of the fluorescent material may decrease. It may be advantageous to more easily and uniformly introduce a large amount into the 1 silica layer 21.
  • Step 2-2) may be performed by treating the first particle 100a with an amine-functionalized material
  • the amine-functionalized material may be, for example, (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), ( 1 species selected from the group consisting of 3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS), 3-(2-aminoethyl)-aminopropyl trimethoxysilane, and (4-aminobutyl)triethoxysilane (ABTES) may be ideal
  • the amine group-functionalized material may be (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), through which the second silica-forming component as well as the fluorescent material in step 2-3) to be described below may be first silica
  • the second silica layer 22 can be formed on the first silica layer 21 more easily by being guided toward the layer 21 .
  • step 2-2) may be performed by adding an amine-functionalized material to the solution containing the first particles 100a and then stirring at a temperature of 20 to 30 ° C for 1 to 10 hours.
  • Specific temperature and time conditions are It may be appropriately changed in consideration of the size of the first particle 100a, the type of amine functionalized material, and the like.
  • step 2-3) the first particle 100b whose surface is functionalized with an amine group is treated with a fluorescent material, which is a lanthanide complex, and a second silica forming component, so that the first silica layer 21 and the above Forming a silica layer 20 including a second silica layer 22 formed on the first silica layer and a fluorescent shell portion 41 including a fluorescent material 31 doped in the silica layer 20 It is performed (Fig. 1 (e)).
  • a fluorescent material which is a lanthanide complex
  • a second silica forming component so that the first silica layer 21 and the above Forming a silica layer 20 including a second silica layer 22 formed on the first silica layer and a fluorescent shell portion 41 including a fluorescent material 31 doped in the silica layer 20 It is performed (Fig. 1 (e)).
  • step 2-3 in addition to introducing the fluorescent material 31 into the first particles 100b, the introduced fluorescent material 31 is prevented from being detached and a larger amount of the fluorescent material 31 is introduced.
  • This is a step of implementing the fluorescent shell part 41 by forming the second silica layer 22 serving as an introduction space on the first silica layer 21 .
  • fluorescent magnetic nanoparticles have been prepared by introducing a fluorescent material into core-shell particles composed of silica surrounding a magnetic material, but the introduced fluorescent material can be easily detached, making it difficult to express a desired level of PL intensity.
  • the amount of fluorescent material introduced due to the already implemented volume limitation of silica.
  • a larger amount of the fluorescent material 31 can be introduced into the silica layer 20 by treating the second silica forming component in addition to the fluorescent material 31, and the introduced fluorescent material 31 is desorbed. can be prevented, and it is possible to implement the fluorescent magnetic nanoparticles 100 stably emitting high PL intensity.
  • the fluorescent material 31 may be introduced into both the first silica layer 21 and the second silica layer 22.
  • the second silica layer The content of the fluorescent material distributed in (22) may be higher.
  • some of the fluorescent materials 31 may be located in pores or hollows inside the porous magnetic material 10'.
  • step 2-3) may be performed by treating the first particle 100b with the fluorescent material 31 and the second silica forming component, but preferably, the fluorescent material 31 is applied to the first particle 100a.
  • the second silica-forming component can be introduced, and through this, the fluorescent material 31 is uniformly distributed for each first particle 100b. ) can be introduced.
  • the fluorescent material 31 is a complex containing a lanthanide element, and the known element used as a fluorescent material may be used without limitation.
  • the known element used as a fluorescent material may be used without limitation.
  • Eu europium
  • Ce cerium
  • Nd neodymium
  • Sm samarium
  • Tb terbium
  • Y yttrium
  • the fluorescent material may be represented by the following formula (1) Through this, there is an advantage of expressing more improved physical properties in the fluorescent magnetic nanoparticle structure according to the present invention.
  • the fluorescent material 31 is mixed with a solution in which the first particle 100b functionalized with an amine group is dispersed. It may be performed through stirring after introduction, and preferably, ultrasonic waves may be applied for 1 to 5 hours to introduce the fluorescent material 31 into the first particle 100b whose surface is functionalized with an amine group.
  • a second silica-forming component is introduced, and at this time, a catalyst may be further included to increase the formation of the second silica layer 22, and the catalyst may be, for example, ammonia water.
  • the second silica-forming component is the same as the description of the above-described first silica-forming component, but the same type of component as the first silica-forming component or a different type of component may be used.
  • ultrasonic wave may be applied again for 1 to 5 hours to perform formation of the second silica layer 22 and doping of the fluorescent material 32 .
  • the obtained fluorescent magnetic nanoparticles 100 can aggregate and bind between particles. To prevent this, dispersibility of the fluorescent magnetic nanoparticles 100 can be maintained through additional methods such as shaking.
  • the weight ratio of the magnetic material 10 and the fluorescent material 31 in the first particle 100b whose surface is functionalized with an amine group is 1:0.5 to 1:5, preferably 1:0.8
  • the fluorescent material may be treated so as to have a weight ratio of from 1:5 to 1:0.8 to 1:2.5 as another example, and from 1:1.2 to 1:2.5 as another example. If the weight of the fluorescent material compared to the weight of the magnetic material is less than 0.5 times, the implemented fluorescent magnetic nanoparticles may not express sufficient PL intensity and quantum yield.
  • the weight of the fluorescent material compared to the weight of the magnetic material is treated in excess of 5 times, the amount of the fluorescent material that cannot be introduced into the first particle increases, which may increase the cost, and even when introduced, the amount washed out by washing As this increases, the degree of improvement in PL intensity may be insignificant.
  • an excessively added fluorescent material may react with the second silica-forming component to form a separate thin film, which makes it difficult to obtain uniformly dispersed fluorescent magnetic nanoparticles (see FIG. 11).
  • the fluorescent magnetic nanoparticles 100 prepared through the above-described manufacturing method include a core portion comprising the non-porous magnetic body 10 or the porous magnetic body 10', and a core comprising the non-porous magnetic body 10 or the porous magnetic body 10'.
  • some of the fluorescent material 31 may also be positioned inside the porous magnetic material 10'.
  • the silica layer 20 is formed on the surface of the porous magnetic body 10' and a channel connected to the surface portion and extending from the surface of the porous magnetic body 10' to the inside.
  • An anchor portion may be included, and a physical bonding force between the silica layer 20 and the porous magnetic material 10' may be improved through the anchor portion.
  • the size of the fluorescent magnetic nanoparticles implemented through the above-described manufacturing method can be uniformly implemented.
  • the fluorescent material is eluted by physical desorption or chemical solution under the physical / chemical environment in which the fluorescent magnetic nanoparticles 100 are placed.
  • fluorescent magnetic nanoparticles can be implemented by configuring a multi-layer structure such that two or more fluorescent shell parts are provided.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles 100' and 100" include two or more fluorescent shell parts 41, 42, and 43 surrounding a core part of a magnetic material 10 and 10', respectively.
  • the fluorescent shell parts 41, 42, and 43 of may include a silica layer including a first silica layer and a second silica layer and a fluorescent material doped in the silica layer. Describing, it is formed on the outside of the first fluorescent shell part 41, and the first silica layer 23 of the second fluorescent shell part 42 surrounds the second silica layer 22 of the first fluorescent shell part 41,
  • the second silica layer 24 includes a silica layer 25 formed to surround it again and a fluorescent material 32 doped in the silica layer 25.
  • the fluorescent material provided in the second fluorescent shell portion 42 (32) indicates that the fluorescent material 32b contained in the second silica layer 24 may be greater than the fluorescent material 32a contained in the first silica layer 23, which is It can be identified by the degree of shading.
  • the PL intensity of the multi-layered fluorescent shell parts 41, 42, and 43 is not further improved even if the number continues to increase.
  • the number of fluorescent shell parts may be 2 to 3.
  • the improvement of the PL intensity is insignificant, and the amount of the fluorescent material desorbed under the physical/chemical environment increases, which may decrease durability (see FIG. 6A).
  • the entire shell becomes thicker, and as a result, it is difficult to emit light emitted from a fluorescent material disposed close to the surface of a magnetic material to the outside, so that the improvement of the PL intensity is insignificant or rather the PL intensity is lowered. It can be.
  • it can be manufactured in a form in which fluorescent magnetic nanoparticles are coupled (see FIG. 7d), and mass production may be disadvantageous due to the extension of the fluorescent shell formation time.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles 100' having the above-described multi-layered fluorescent shell parts 41 and 42 are the obtained fluorescent magnetic nanoparticles 100 as shown in FIG. 1 ((e) of FIG. 1) It can be prepared by repeating steps 2-1) to 2-3) as many times as the desired number of fluorescent shells.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles (100, 100', 100") may have a particle diameter of less than 1 ⁇ m, preferably 100 to 650 nm, but is not limited thereto, and the fluorescent magnetic nanoparticles are not limited thereto. Particles (100, 100', 100 ") may be appropriately changed depending on the intended use.
  • Fluorescent magnetic nanoparticles (100, 100', 100") are capable of high-sensitivity fluorescence analysis, and can control the behavior of the particles using a magnetic field, so they are easy to disperse and collect in an aqueous solution, and size control It can be easily adjusted to have good flowability, so it can be widely used in various diagnostic and detection fields.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles (100, 100', 100") according to an embodiment of the present invention are fluorescent nanoprobes for biomolecular imaging diagnosis.
  • the type of the biomolecule is not particularly limited as long as it is a bio-related material that can be diagnosed by the probe, and examples thereof include disease-related cancer cells and viral molecules.
  • An Fe 3 O 4 magnetic material having an average particle diameter of about 451 ⁇ 194.8 nm was prepared. Thereafter, 6 mL of Fe 3 O 4 aqueous solution of 25 mg/mL was added to 40 mL of ethanol, and then 2 mL of 28% ammonia was additionally added to prepare a mixture.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • APTES aminopropyl triethoxysilane
  • a solution was prepared by mixing 6 mmol of dibenzoylmethane (DBM), 2 mmol of 1,10-phenanthroline, and 8 mL of 1M sodium hydroxide in 25mL ethanol. To this solution, 2 mmol Eu(NO 3 ) 3 .5H 2 O dissolved in 10 mL of distilled water was added, and the mixture was stirred constantly at 70° C. for 2 hours. The precipitate was washed with ethanol, collected by centrifugation, and dried in a vacuum oven to prepare a fluorescent material represented by Formula 1 below.
  • DBM dibenzoylmethane
  • 1M 1M sodium hydroxide
  • dispersion solution 1 and dispersion solution 2 are mixed so that the weight ratio of the magnetic material and the fluorescent material in the first particle is 25:20, and then ultrasonic waves are sufficiently dispersed for 10 minutes or more so that each material is uniformly dispersed, and then the second 0.1 mL TEOS of 99% purity, which is a silica-forming component, 0.9 mL deionized water, and 0.1 mL aqueous ammonia solution as a catalyst are continuously added to form a fluorescent shell portion in which a fluorescent material is doped into the first and second silica layers. nanoparticles were prepared.
  • the prepared mixture was sonicated for 2 hours, and then shaken at room temperature at 230 rpm for 12 hours to maintain particle dispersion in the mixture.
  • the final product was obtained with a magnet, washed several times with ethanol, and then dried in a vacuum oven at 60° C. for 6 hours to prepare fluorescent magnetic nanoparticles.
  • Fluorescent magnetic nanoparticles as shown in Table 1 were prepared by performing the same procedure as in Example 1, but changing the mixed weight of the magnetic material and the fluorescent material as shown in Table 1 below.
  • the quantum yields of the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 1 to 5 were measured using an integrating sphere and calculated using a program in the measuring device, and are shown in Table 1 below.
  • Example 1 Fluorescent substance (mg) Fe 3 O 4 (mg) Fluorescent material/ Fe 3 O 4 weight ratio Quantum yield (%) Example 1 20 25 0.8 6.68 Example 2 20 15 1.33 12.0 Example 3 40 25 1.6 15.0 Example 4 40 20 2.0 19.5 Example 5 50 20 2.5 24.1
  • the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 1 to 5 achieve excellent quantum yield, so it can be expected that they can be used in various diagnostic and detection fields.
  • the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 1 to 3 have excellent luminous efficiency even with the naked eye, and in particular, the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 2 and 3 have excellent luminous properties. can be visually confirmed.
  • Example 6 It was prepared in the same manner as in Example 1, but the magnetic material was changed to Fe 3 O 4 magnetic material (Amo Life Science Co., Ltd.) having an average particle diameter of about 300 nm, and the weight of the fluorescent material relative to the weight (mg) of the magnetic material was 10 mg, respectively.
  • Example 6 20 mg (Example 7), 30 mg (Example 8), and 40 mg (Example 9) were treated to prepare fluorescent magnetic nanoparticles.
  • Example 6 Example 7 Example 8 Example 9 Magnetic material weight (mg): Fluorescent material weight (mg) 25:10 (1:0.4) 25:20 (1:0.8) 25:30 (1:1.2) 25:40 (1:1.6) Particle size range (nm) 370.7 ⁇ 28.9 374.3 ⁇ 26.2 378.9 ⁇ 31.3 385.5 ⁇ 17.8
  • Example 6 As can be confirmed through FIG. 5 , in the case of the fluorescent magnetic nanoparticles according to Example 6, it can be seen that the PL intensity is not good compared to the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 7 to 9. In addition, it can be seen that Examples 7 to 9 have a narrower peak width with higher PL intensity compared to Example 6, and through this, it can be confirmed that fluorescent magnetic nanoparticles having high sensitivity in a narrow wavelength range are prepared.
  • Dispersion solution 1 was prepared by ultrasonic treatment for 3 hours if possible.
  • dispersion solution 1 and dispersion solution 2 are mixed so that the weight ratio of the magnetic material and the fluorescent material in the first particle is 25:20, and then ultrasonic waves are sufficiently dispersed for 10 minutes or more so that each material is uniformly dispersed, and then the second 0.1 mL TEOS of 99% purity as a silica forming component, 0.9 mL deionized water, and 0.1 mL ammonia aqueous solution as a catalyst are continuously added to form a second fluorescent shell portion in which a fluorescent material is doped into the first silica layer and the second silica layer.
  • 1 Fluorescent magnetic nanoparticles formed on the fluorescent shell were prepared.
  • the prepared mixture was sonicated for 2 hours, and then shaken at room temperature at 230 rpm for 12 hours to maintain particle dispersion in the mixture.
  • the final product was obtained with a magnet, washed several times with ethanol, and then dried in a vacuum oven at 60° C. for 6 hours to prepare fluorescent magnetic nanoparticles.
  • Example 11 Manufactured in the same manner as in Example 10, but repeating the method of forming the fluorescent shell again for the fluorescent magnetic nanoparticles having the two-layer fluorescent shell, the fluorescent magnetic nanoparticles having the three-layer fluorescent shell (Example 11) and fluorescent magnetic nanoparticles (Example 12) having a four-layer fluorescent shell.
  • the quantum yields of the fluorescent magnetic nanoparticles according to Examples 7 and 10 to 12 were measured using an integrating sphere and calculated using a program in the measuring device, and are shown in Table 3 below.
  • Example 12 As can be seen from Table 3, it can be seen that the quantum yield of Examples 10 and 11, in which the fluorescent shell was formed in multiple layers, was greatly improved compared to Example 7, in which the fluorescent shell was formed in a single layer. However, in the case of Example 12, it can be seen that the quantum yield is lowered compared to Example 3 despite the increase in the number of fluorescent shell parts and the high total fluorescent material content.
  • Example 10 In order to evaluate the chemical durability of the fluorescent magnetic nanoparticles according to Example 7, Example 10 and Example 12, each example was changed to ethanol and PBS (10 ⁇ phosphate buffered saline) at a concentration of 10 ⁇ g / ml. Fluorescent magnetic nanoparticles Samples were taken hourly in the dispersion medium while continuously shaking the dispersion prepared by introducing the particles, and the PL intensity at a wavelength of 610.9 nm was measured in the collected samples, and the results are shown in Table 4 below.
  • the PL intensity of the sample taken after 240 minutes was calculated as a relative value based on the PL intensity at the initial dispersion (0 minute) as 100% for each example. The closer the PL intensity of the sample collected after 240 minutes is to 100%, the less the elution of the fluorescent substance in the dispersion medium occurs, and the chemical durability can be evaluated as excellent.
  • FIGS. 6A Example 7
  • 6B Example 10
  • 6C Example 12
  • Example 7 Example 10
  • Example 12 Number of fluorescent shells One 2 4 PL intensity (%) after 240 minutes compared to the initial dispersion by type of dispersion medium deionized water 79.84 81.39 108.85 ethanol 4.67 80.97 103.74 PBS 57.55 100.81 93.66
  • Example 7 having only one layer of the fluorescent shell, the amount of fluorescent material eluted after being dispersed in three kinds of dispersion media is larger than that of Examples 10 and 12, and durability You can see that this is not good.
  • the PL intensity of Example 7 rapidly decreases after about 25 minutes after being dispersed in ethanol.
  • the amount of fluorescent substance eluted over time in the dispersed state is small, so it is very useful when detection or analysis is required for a long time using fluorescent magnetic nanoparticles, and high sensitivity is maintained for a long time Accordingly, it can be expected that recycling of fluorescent magnetic nanoparticles is possible.
  • the prepared fluorescent magnetic nanoparticles have a uniform size even though the shell portion is formed in multi-layers.
  • Example 7 TEM pictures were taken for the fluorescent magnetic nanoparticles according to Example 7 and Examples 10 to 12, and the results are shown in FIGS. 8a (Example 7), 8b (Example 10), and 8c (Example 11) and Fig. 8d/Fig. 8e (Example 12).
  • FIGS. 8A to 8D As can be seen from FIGS. 8A to 8D , as the number of fluorescent shell parts increases, it can be confirmed that there is an edge outline within the shell like a growth ring, and through this, it can be seen that the fluorescent shell parts are multi-layered.
  • each shell has a lighter shade than the side closer to the magnetic material than the far side, and through this, the second silica layer has a higher concentration of fluorescence than the first silica layer of each shell. It can be seen that the material is doped.
  • the magnetic material, oxalic acid and distilled water were mixed and dispersed in a weight ratio of 15:25:20, and then reacted in an incubator for 10 minutes to prepare a porous magnetic material. , and prepared fluorescent magnetic nanoparticles using this. At this time, the prepared porous magnetic body had a particle diameter of 415.4 ⁇ 194.8 nm.
  • Example 14 It was prepared in the same manner as in Example 13, but the treatment time of oxalic acid was changed to 30 minutes (Example 14) and 60 minutes (Example 15), respectively. Fluorescent magnetic nanoparticles were prepared using a porous magnetic material prepared .
  • Example 13 SEM pictures were taken for each of the porous magnetic materials, which are intermediate materials prepared by treating oxalic acid, and the results are shown in FIGS. 9A (Example 13) and 9B (Example 15).
  • the first silica layer formed on the surface of the porous magnetic body had a thickness of about 14.8 nm in Example 13 and about 33.3 nm in Example 14, and the outer contour was uneven. It can be confirmed that the specific surface area increased.
  • Example 16 in which the content of the fluorescent material was excessively added, it was confirmed that a thin film was formed independently of the implemented fluorescent magnetic nanoparticles.
  • the thin film is formed by reacting the excessively contained fluorescent material with the second silica forming component, and the excessively contained fluorescent material does not help improve physical properties such as PL intensity, but rather forms a separate thin film to obtain a uniform and independent fluorescent magnetic nanoparticle. It can be expected that the yield of particles may be impaired.

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Abstract

형광 자성 나노입자 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 자성 나노입자는 (1) 코어부인 자성체를 준비하는 단계, 및 (2) 상기 코어부를 둘러싸도록 제1실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층을 형성시킨 후 상기 제1실리카층 상에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 실리카층 및 상기 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 함유하는 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 제조된 형광 자성 나노입자는 매우 균일하고 뭉침이 방지되며, 높은 PL 강도 및 양자수율을 발현할 수 있는 동시에 우수한 내구성을 갖는다. 또한, 흐름성을 개선할 수 있어서 각종 진단, 검출분야에서 응용의 폭을 더 넓힐 수 있고, 고감도 체외 진단키트, 타겟하는 물질의 탐지에 유용한 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브 등 각종 진단, 검출 분야에 널리 응용될 수 있다.

Description

형광 자성 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조되는 형광 자성 나노입자
본 발명은 형광 자성 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조되는 형광 자성 나노입자에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 자성 산화철 나노 입자(특히 마그네타이트-Fe3O4)는 표적 약물의 전달, 자기 공명 영상(MRI) 및 자기 고열(magnetic hyperthermia) 등의 생의학 응용 분야에 집중적으로 활용되어 왔다. 이와 같은 다기능 물질은 화학적 기능의 조작이 가능한 특징을 결합하여 다양한 응용 분야에서 핵심적 역할을 수행할 수 있어 매력적인 장점이 있다. 다기능 물질을 사용하면 필요한 부품(parts)의 수를 절약할 수 있고, 일부 경우에는 연결된 작업의 필요성을 감소시킬 수 있다.
또한, 자기 특성과 발광 특성을 모두 나타내는 물질이 개발됨으로써, 생물학적 분자 또는 세포의 이미징, 추적 및 분리 등의 생명공학 공정에 활용되어 왔다. 다기능 물질에서 상기 두 가지 특성을 모두 얻는 방법으로는 자성 금속 코어를 능동 형광 재료로 코팅하여 코어-쉘 구조의 나노 물질을 제조하는 방법을 일 예로 들 수 있다.
그러나 현재까지 공개된 자성 금속 물질을 이용한 코어-쉘 구조의 나노 물질의 경우, 형태가 균일하지 못하고, 자성 금속 물질인 코어에 로딩되는 형광 재료의 양이 적어 충분한 PL 강도나 양자수율을 발현하지 못하는 문제가 있다. 또한, 로딩된 형광재료가 여러 용도로 사용 중에 탈리될 수 있어서 감도가 급격히 저하될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 자성을 띠는 코어의 표면에 형광재료의 로딩량을 증가시켜서 높은 PL 강도 및 양자수율을 발현할 수 있는 형광 자성 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조된 형광 자성 나노입자를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자성을 띠는 코어에 로딩된 형광재료가 형광 자성 나노입자의 사용 중에 물리적 및/또는 화학적인 외부 요인으로 탈리되거나 자성을 띠는 코어가 붕괴되는 것이 방지되는 내구성이 담보된 형광 자성 나노입자를 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 자성을 띠는 코어의 중량과 크기를 조절해 흐름성을 개선함을 통해서 각종 진단, 검출분야에서 응용의 폭을 더 넓힐 수 있는 형광 자성 나노입자를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 본 발명에 따른 형광 자성 나노입자를 통해서 타겟하는 물질의 탐지에 유용한 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
한편, 본 발명은 아래와 같은 국가연구개발사업의 지원을 받아 연구된 것임을 밝힌다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호]1425155097 [과제번호]S3085726
[부처명] 중소벤처기업부 [과제관리(전문)기관명] 중소기업기술정보진흥원
[연구사업명] 중소기업기술개발지원사업
[연구과제명] 고감도 형광면역진단기기를 위한 희토류 나노형광체 개발
[과제수행기관명] (주)아모라이프사이언스, 충남대학교 산학협력단
[기여율] 1/1 [연구기간] 2021.04.30 ~ 2023.04.29
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 코어부인 자성체를 준비하는 단계, 및 (2) 상기 코어부를 둘러싸도록 제1실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층을 형성시킨 후 상기 제1실리카층 상에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층을 포함하는 실리카층 및 상기 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 함유하는 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 포함하는 형광 자성 나노입자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, (1) 단계에서 상기 자성체는 에칭액에 5 ~ 60분간 처리된 다공성 자성체일 수 있다.
또한, 상기 자성체는 Fe3O4, MFe2O4(여기서 M은 Co 또는 Ni임) 또는 γ-Fe2O3일 수 있다.
또한, 상기 자성체는 입경이 100 ~ 800㎚일 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계는 2-1) 자성체에 제1실리카 형성성분을 처리해 자성체를 둘러싸도록 제1실리카층이 형성된 제1입자를 제조하는 단계, 2-2) 제1실리카층 표면을 아민기로 관능화시키는 단계 및 2-3) 표면이 아민기로 관능화된 제1입자에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 상기 제1실리카층 상에 제2실리카층이 형성된 실리카층 및 상기 실리카층에 형광성 물질이 도핑된 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 2-2) 단계는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS), 3-(2-아미노에틸)-아미노프로필 트리메톡시실란, 및 (4-아미노부틸)트리에톡시실란(ABTES)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민기 관능화 물질을 처리하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 형광성 물질은 상기 제1실리카층 및 제2실리카층 모두에 도핑될 수 있다.
또한, 상기 제1실리카 형성성분 및 제2실리카 형성성분은 각각 독립적으로 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS), 테트라메틸 오르소실리케이트(TMOS) 및 테트라프로필 오르소실리케이트(TPOS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 란탄계 착물은 하기 화학식 1로 표시되는 물질일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023001583-appb-img-000001
또한, 상기 (3) 단계에서 코어부인 자성체와 형광성 물질이 1:0.8 내지 1:2.5의 중량비가 되도록 형광성 물질이 처리될 수 있다.
또한, (2) 단계 후 (3) 단계로서, (2) 단계를 적어도 1회 반복 수행하여 코어부를 순차적으로 둘러싸는 다수 개의 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 더 포함하며, 보다 바람직하게는 총 2 ~ 3개의 형광성 쉘부가 형성되도록 (2) 단계는 총 1 ~ 2회 더 반복 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 자성체인 코어부, 및 상기 코어부를 둘러싸며 실리카층 및 상기 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 포함하는 형광성 쉘부를 포함하는 형광 자성 나노입자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1실리카층은 형광성 물질이 도핑되는 공간을 제공하며, 제2실리카층은 형광성 물질이 도핑되는 공간을 제공하고 형광성 물질의 탈리를 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 자성체는 다공성 구조를 가지는 다공성 자성체이며, 상기 실리카층은 다공성 자성체의 표면 상에 형성된 표면부와 상기 표면부로부터 이어지며, 다공성 자성체 표면으로부터 내부로 이어지는 유로에 배치된 앵커부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 형광성 쉘부는 2 ~ 3개 포함할 수 있다.
또한, 다공성의 자성체와 형광성 물질은 1:0.8 내지 1:2.5의 중량비로 구비될 수 있다.
또한, 상기 형광 자성 나노입자는 직경이 1㎛ 미만일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 형광 자성 나노입자를 포함하는 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브를 제공한다.
본 발명에 의하면, 제조된 형광 자성 나노입자는 종래 합성 방법에 의할 때 발생하는 불균일성 및 입자간 뭉침 문제를 해결하여 매우 균일하고 뭉침을 방지할 수 있다. 또한, 자성을 띠는 코어의 표면에 형광재료의 로딩량을 증가시켜서 높은 PL 강도 및 양자수율을 발현할 수 있는 동시에 로딩된 형광재료가 형광 자성 나노입자의 사용 중에 물리적 및/또는 화학적인 외부요인으로 탈리되거나 자성을 띠는 코어가 붕괴되는 것이 방지되는 우수한 내구성을 갖는다. 나아가 자성을 띠는 코어의 중량과 크기를 조절해 흐름성을 개선함을 통해서 각종 진단, 검출분야에서 응용의 폭을 더 넓힐 수 있고, 고감도 체외 진단키트, 타겟하는 물질의 탐지에 유용한 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브 등 각종 진단, 검출 분야에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 자성 나노입자를 제조하는 공정 모식도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 자성 나노입자의 단면 모식도,
도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자가 분산된 분산용액에 UV를 조사한 뒤 촬영한 사진,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 여러 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자에 대한 SEM 사진,
도 5는 본 발명의 여러 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자의 파장별 PL 강도 그래프,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 여러 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자가 에탄올에 분산된 분산액의 시간별 PL 강도를 측정한 그래프,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 여러 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자의 SEM 사진,
도 8a 내지 도 8e는 도 7a 내지 도 7d에 촬영된 형광 자성 나노입자에 대한 TEM 사진,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 여러 실시예에 따라서 준비된 다공성의 자성체에 대한 SEM 사진,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 준비된 제1입자에 대한 TEM 사진,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자에 대한 TEM 사진, 그리고
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 수득된 형광 자성 나노입자에 대한 TEM 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 형광 자성 나노입자(100)는 (1) 코어부인 자성체를 준비하는 단계 및 (2) 상기 코어부를 둘러싸도록 실리카층(20) 및 상기 실리카층(20)에 도핑된 형광성 물질(31)을 함유하는 형광성 쉘부(41)를 형성시키는 단계를 포함하여 제조된다(도 1의 (a) 내지 (e) 참조). 이때, (1) 단계에서 코어부인 자성체는 비다공성 자성체(10)(도 1의 (a)) 또는 비다공성 자성체(10)가 다공성의 구조를 가지도록 처리된 다공성 자성체(10')일 수 있다(도 1의 (b)). 또한, 1층인 형광성 쉘부(41)가 형성된 표면 위로 다른 형광성 쉘부를 형성시켜서 형광성 쉘부가 멀티레이어를 이룬 형광 자성 나노입자(100')를 제조할 수 있으며, 상기 형광 자성 나노입자(100')는 (2) 단계를 적어도 1회 더 반복수행하여 코어부를 순차적으로 둘러싸는 다수 개의 형광성 쉘부(41,42)를 형성시킬 수 있다(도 1의 (f) 참조).
먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로서 코어부인 자성체를 준비하는 단계를 수행한다(도 1의 (a)).
상기 자성체는 형광 자성 나노입자(100,100')의 코어부를 이루는 것으로서 자성을 띰으로써 자기장 하에서 형광 자성 나노입자(100,100')를 자력선별을 통해서 분리회수 되도록 기능한다. 상기 자성체는 자성을 띠는 공지의 재료를 포함할 수 있고, 바람직하게는 강자성, 초상자성, 페리자성을 띠는 것일 수 있다. 일 예로 상기 자성체(10)는 Fe3O4, MFe2O4(여기서 M은 Co 또는 Ni임) 또는 γ-Fe2O3일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 균일성이 향상된 형광 자성 나노입자의 제조에 용이하고 형광 피크의 잔여 피크를 제거해 프로브로써의 정확도를 향상시킬 수 있는 역할을 하는 공지된 제조방법으로 구현된 자성체의 경우 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 자성체는 비다공성 구조를 가지는 비다공성 자성체(10)이거나, 또는 비다공성 자성체(10)가 다공성 구조를 가지도록 후처리된 다공성 자성체(10')일 수 있다.
상기 다공성 자성체(10')는 다공성 구조의 모폴로지를 가지므로 비다공성 자성체(10)에 대비해 비표면적이 증가해 형광성 물질(31)의 로딩량을 증가시킬 수 있고 이를 통해 개선된 PL 강도를 발현시킬 수 있다. 또한, 에칭을 통해 자성체의 중량과 크기 또는 크기에 대비한 중량비율이 작아질 수 있고 이를 통해서 구현된 형광 자성 나노입자의 흐름성이 개선될 수 있으며, 이로 인해 센싱 시 활용될 수 있는 응용범위가 확대되는 이점이 있다. 또한, 비다공성 자성체(10)들에 수행되는 에칭에 의해서 자성체들 각각의 입도분포는 넓어질 수 있는데 이를 통해서 자성체들의 응집방지 효과를 발현할 수 있다.
또한, 다공성 자성체(10') 표면은 제1실리카층(21)과의 접촉 면적을 증가시키며, 다공성 자성체(10') 표면의 움푹 패인 빈 공간이나 다공성 자성체(10') 표면으로부터 내부로 형성된 유로를 채우는 제1실리카층(21)의 부분들은 제1실리카층(21)을 다공성 자성체(10')에 물리적으로 결합시키는 앵커로써 기능해 다공성 자성체(10')와 후술하는 형광성 쉘부(41) 간의 결합력을 보다 개선시킬 수 있다. 따라서 실리카층(20)은 다공성 자성체(10)의 표면 상에 형성된 표면부와, 상기 표면부로부터 이어지며 다공성 자성체 표면으로부터 내부로 이어지는 유로에 배치된 앵커부를 구비하며, 이를 통해 실리카층(20)이 다공성 자성체(10)로부터 물리적인 외부요인, 예를 들어 초음파나 원심분리 시 가해지는 외력에 의해서 직접 또는 외력에 의한 형광 자성 나노입자 간 부딪침으로 인해 손상되거나 박리 되고, 이에 의해 실리카층(20)에 도핑된 형광성 물질이 탈리되는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.
상기 다공성 자성체(10')는 비다공성 자성체(10)를 이용해 다공성 구조를 제조하는 공지의 방법을 통해 제조된 것일 수 있고, 일 예로 비다공성 자성체(10)를 에칭액으로 5 ~ 60분간 처리해 제조된 것일 수 있다(도 1의 (b)).
또한, 상기 에칭액은 비다공성 자성체(10)의 재질을 고려해 비다공성 자성체(10)를 다공질 구조로 변형시킬 수 있는 공지의 에칭액을 사용할 수 있고, 일 예로 상기 에칭액은 옥살산일 수 있다. 또한, 상기 에칭은 에칭액에 비다공성 자성체(10)를 함침시켜서 수행할 수 있고, 사용되는 에칭액의 종류/농도, 자성체(10)의 재질 등을 고려해 적절히 변경될 수 있다. 일 예로 5 ~ 60분 동안 에칭이 수행될 수 있다. 만일 에칭이 5분 미만으로 수행될 경우 목적하는 수준으로 모폴로지 변형이 이루어지지 않아 상술한 다공성 구조에 따른 효과를 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 만일 에칭이 60분을 초과해 수행될 경우 다공질화가 심화되어 다공성 자성체(10')가 본래 형상을 유지하지 못하고 손상될 우려가 있다. 구체적으로 도 9b를 통해 알 수 있듯이 Fe3O4 자성체에 옥살산을 60분간 가해 수득된 다공성의 자성체는 중앙부에도 공동이 형성될 정도로 다공질화 된 것을 알 수 있고, 이 보다 더 오랜 기간 에칭 시 자성체가 붕괴될 수 있음을 예상할 수 있다.
한편, (1) 단계에서 준비된 자성체(10,10')는 입경이 100 ~ 800㎚일 수 있다. 만일 입경이 100㎚ 미만일 경우 형광 자성 나노입자 각각의 자기적 특성이 충분하지 못해 자력선별을 수행하기 어렵거나 자력선별되는 시간이 연장될 수 있는 우려가 있다. 또한, 만일 입경이 800㎚를 초과 시 구현되는 형광 자성 나노입자의 크기가 커지고 이로 인해 쉽게 가라앉음에 따라서 흐름성이 좋지 못할 수 있고, 크기가 커 자성체가 형광을 가릴 수 있어서 형광특성이 낮게 측정될 우려가 있다.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로서, 상기 코어부를 둘러싸도록 실리카층(20) 및 상기 실리카층(20)에 도핑된 형광성 물질(31)을 함유하는 형광성 쉘부(41)를 형성시키는 단계를 수행한다.
상기 (2) 단계는 구체적으로 2-1) 자성체에 제1실리카 형성성분을 처리해 자성체를 둘러싸도록 제1실리카층이 형성된 제1입자를 제조하는 단계, 2-2) 제1실리카층 표면을 아민기로 관능화시키는 단계, 및 2-3) 표면이 아민기로 관능화된 제1입자에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 상기 제1실리카층 상에 제2실리카층이 형성된 실리카층 및 상기 실리카층에 형광성 물질이 도핑된 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
이하 (2) 단계는 도 1을 참조하여 다공성 자성체(10')를 이용하는 제조하는 방법으로 설명한다.
먼저, 2-1) 단계로서 다공성 자성체(10')를 둘러싸도록 제1실리카층(21)인 쉘부가 형성된 제1입자(100a)를 제조하기 위해서 다공성 자성체(10')에 제1실리카 형성성분을 처리한다(도 1의 (c)). 본 발명은 쉘부를 형성하는 성분으로 실리카를 사용하는데, 이를 통해서 자성 입자, 도핑되는 형광성 물질에 물리, 화학적인 변형을 일으키지 않으며, 생체에 무해해 뛰어난 생체적합성을 가지는 이점이 있다.
상기 제1실리카층(21)은 후술하는 형광성 물질이 도핑될 수 있는 공간을 제공하는 매트릭스로써 기능을 갖는다. 달리 말하면 제1실리카층(21) 없이 다공성 자성체(10') 상에 직접 형광성 물질을 로딩시키는 것은 용이하지 않으며, 형광성 물질이 로딩되는 경우에도 로딩량이 적고, 쉽게 탈리될 수 있다. 또한, 후술하는 2-3) 단계를 통해 형광성 물질의 로딩량을 개선하기 위해서는 로딩되는 표면이 아민기로 개질되는 것이 유리한데 제1실리카층(21) 없이는 다공성 자성체(10') 표면이 아민기를 갖도록 개질시키기 어렵거나 개질되더라도 부분 적으로만 불균일 개질됨에 따라서 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 이용해 형광성 물질을 포함하는 실리카 쉘부를 다공성 자성체(10') 상에 직접 형성시키더라도 형광성 물질의 로딩량이 미미할 수 있고, 형성된 형광성 쉘부가 손상되거나 쉽게 벗겨질 우려가 있다. 그러나 다공성 자성체(10')를 둘러싸도록 제1실리카층(21)이 형성될 경우 형광성 물질의 로딩량을 증가시킬 수 있으면서 아민기로 개질이 용이해 형광성 물질의 로딩량을 더욱 크게 증가시킬 수 있다.
상기 제1실리카 형성성분은 통상적으로 실리카층을 형성시킬 수 있는 공지의 물질의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 바람직하게는 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS), 테트라메틸 오르소실리케이트(TMOS) 및 테트라프로필 오르소실리케이트(TPOS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일정 두께 이상을 갖도록 제1실리카층(21)을 용이하게 형성시킬 수 있는 점에서 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS)를 사용할 수 있다. 이때 처리되는 제1실리카 형성성분의 양은 목적하는 실리카층의 두께, 자성체 함량, 자성체 입경을 함께 고려해 적절히 처리될 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 제1실리카층(21)을 보다 용이하고 빠르게 형성하도록 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 촉매는 일 예로 암모니아일 수 있다.
구체적으로 2-1) 단계는 다공성 자성체(10') 및 촉매가 혼합된 용액에 초음파를 인가하여 다공성 자성체(10')를 균일하게 분산시킨 뒤 제1실리카 형성성분을 투입하고 소정의 시간 동안 반응을 유도해 다공성 자성체(10') 상에 소정의 두께로 제1실리카층(21)을 형성시킬 수 있다.
또한, 형성된 제1실리카층(21)은 두께가 40㎚ 이하, 다른 일 예로 3 ~ 15㎚로 형성될 수 있으며, 만일 제1실리카층(21)의 두께가 3㎚ 미만일 경우 제1실리카층(21)이 다공성 자성체(10) 표면에 균일하게 코팅되지 못해 후술하는 2-2) 단계를 통해서 아민기로 관능화 되지 못한 영역이 존재할 우려가 있으며, 종국적으로는 로딩되는 형광성 물질의 양이 감소할 우려가 있다. 또한, 제1실리카층(21)의 두께가 40㎚를 초과 시 해당 두께로 형성시키기 용이하지 않다. 또한, 다공성 자성체(10) 표면에 의도적으로 형성시킨 러프니스가 두껍게 형성된 제1실리카층(21)으로 인하여 겉으로 드러나지 않음에 따라서 다공성 자성체(10)로 인한 비표면적 증가 효과 및 이를 통한 형광성 물질의 로딩량 증가 효과가 미미할 수 있고, 제1실리카층이 바람직한 두께로 형성된 경우에 대비해 PL 강도가 오히려 저하될 우려가 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라서 2-1) 단계를 수행해 수득된 제1입자는 10분간 에칭된 다공성의 자성체에 대해서는 코어부에 약 14.8㎚의 두께로 제1실리카층인 쉘부가 형성되었고(도 10a), 30분간 에칭된 다공성의 자성체에 대해서는 코어부에 약 33.3㎚의 두께로 제1실리카층인 쉘부가 형성되었고(도 10b), 자성체의 다공질화에 따라서 제1실리카층의 윤곽선이 매끄럽지 않아 비표면적이 넓어졌음을 확인할 수 있고, 다공질화된 정도에 따라서 구현된 제1실리카층의 윤곽선의 울퉁불퉁한 정도가 달라짐을 알 수 있다.
다음으로 2-2) 단계로써, 제1실리카층(21) 표면을 아민기로 관능화시키는 단계를 수행할 수 있다(도 1의 (d)).
상술한 것과 같이 제1실리카층(21)은 후술하는 형광성 물질을 도입시키는 공간을 제공하는데, 아민기로 표면을 관능화시키지 않고 형광성 물질을 처리 시 형광성 물질이 제1실리카층(21)의 표면에 균일하게 도입되지 못하여 형광성 물질이 뭉쳐서 제1실리카층(21)에 도입되거나 형광성 물질의 로딩량 자체가 감소할 수 있는데, 제1실리카층(21) 표면이 아민기로 관능화될 경우 형광성 물질을 제1실리카층(21)에 보다 용이하고 많은 양으로 균일하게 도입시키기에 유리할 수 있다.
상기 2-2) 단계는 제1입자(100a)에 아민기 관능화 물질을 처리해 수행될 수 있고, 상기 아민기 관능화 물질은 일 예로 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS), 3-(2-아미노에틸)-아미노프로필 트리메톡시실란, 및 (4-아미노부틸)트리에톡시실란(ABTES)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 아민기 관능화 물질은 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES)일 수 있으며, 이를 통해서 후술하는 2-3) 단계에서 형광성 물질뿐만 아니라 제2 실리카 형성성분이 제1실리카층(21) 쪽으로 유도되어 보다 용이하게 제1실리카층(21) 상에 제2실리카층(22)을 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 2-2) 단계는 제1입자(100a) 함유 용액에 아민기 관능화 물질을 투입 후 20 ~ 30℃ 온도에서 1 ~ 10시간 동안 교반을 통해서 수행될 수 있으며, 구체적인 온도 및 시간조건은 제1입자(100a)의 크기, 아민기 관능화 물질의 종류 등을 고려해 적절히 변경될 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 2-3) 단계로, 표면이 아민기로 관능화된 제1입자(100b)에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층(21)과 상기 제1실리카층 상에 형성된 제2실리카층(22)을 포함하는 실리카층(20) 및 상기 실리카층(20)에 도핑된 형광성 물질(31)을 포함하는 형광성 쉘부(41)를 형성시키는 단계를 수행한다(도 1의 (e)).
2-3) 단계는 제1입자(100b)에 형광성 물질(31)을 도입하는 것과 더불어, 도입된 형광성 물질(31)의 탈리를 방지하고, 더 많은 양의 형광성 물질(31)이 도입되도록 추가적인 도입공간이 되는 제2실리카층(22)을 제1실리카층(21) 상에 형성시켜서 형광성 쉘부(41)를 구현하는 단계이다.
종래에도 자성체를 둘러싸는 실리카로 구성되는 코어-쉘 입자에 형광성 물질을 도입시켜서 형광 자성 나노입자를 제조해왔으나, 도입된 형광성 물질은 쉽게 탈리될 수 있어서 목적하는 수준의 PL 강도를 발현하기 어려웠다. 또한 이미 구현된 실리카의 부피제한으로 도입되는 형광성 물질의 양에도 한계가 있었다. 그러나 본 발명은 형광성 물질(31) 이외에도 제2실리카 형성성분을 처리함을 통해서 보다 많은 양의 형광성 물질(31)을 실리카층(20)으로 도입시킬 수 있고, 도입된 형광성 물질(31)의 탈리를 방지할 수 있으며, 안정적으로 높은 PL 강도를 발광하는 형광 자성 나노입자(100)를 구현가능하다.
한편, 형광성 물질(31)은 제1실리카층(21)과 제2실리카층(22) 모두에 도입될 수 있는데, 일 예로 제1실리카층(21)에 분포하는 형광성 물질에 대비해 제2실리카층(22)에 분포하는 형광성 물질의 함량이 더 많을 수 있다. 또한, 일부 형광성 물질(31)은 다공성인 자성체(10') 내부 기공이나 중공에 위치할 수 있다.
구체적으로 2-3) 단계는 형광성 물질(31)과 제2실리카 형성성분을 함께 제1입자(100b)에 처리하여 수행할 수도 있으나 바람직하게는 제1입자(100a)에 형광성 물질(31)을 선 처리하여 형광성 물질(31)과 제1입자(100b)를 충분히 균일하게 분산시킨 뒤 제2실리카 형성성분을 투입할 수 있고, 이를 통해 각각의 제1입자(100b) 마다 균일하게 형광성 물질(31)을 도입시킬 수 있다.
상기 형광성 물질(31)은 란탄계 원소를 함유하는 착물로서, 상기 란탄계 원소는 형광성 물질로 사용되는 공지의 원소는 제한없이 사용할 수 있고, 일 예로 유로퓸(Eu), 세륨(Ce), 네오디듐(Nd), 사마륨(Sm), 터븀(Tb) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있는데, 바람직하게는 유로퓸(Eu)을 함유할 수 있고, 이를 통해 다른 종류의 원소에 대비해 높은 PL 강도를 발현하는 이점이 있다.
또한, 형광성 물질로 란탄계 원소가 착물을 형성한 것을 사용함을 통해서 백그라운드 노이즈가 감소된 상태로 고 감도로 측정이 가능한 이점이 있는데, 보다 바람직하게는 상기 형광성 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있고, 이를 통해서 본 발명에 따른 형광성 자성 나노입자 구조에서 보다 개선된 물성을 발현하는 이점이 있다.
[화학식 1]
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한편, 형광성 물질(31)을 표면이 아민기로 관능화된 제1입자(100b)에 처리하는 구체적인 방법으로서, 형광성 물질(31)을 아민기로 관능화된 제1입자(100b)가 분산된 용액에 투입 후 교반을 통해 수행될 수 있고, 바람직하게는 초음파를 1 ~ 5시간 동안 가해 형광성 물질(31)을 표면이 아민기로 관능화된 제1입자(100b)에 도입시킬 수 있다.
이후 제2실리카 형성성분을 투입하게 되는데, 이때 제2실리카층(22)의 형성성을 높이기 위해서 촉매를 더 포함할 수 있으며, 상기 촉매는 일 예로 암모니아수 일 수 있다. 또한, 상기 제2실리카 형성성분은 상술한 제1실리카 형성성분의 설명과 동일한데, 제1실리카 형성성분과 동일한 종류의 성분을 사용하거나 또는 다른 종류의 성분을 사용할 수도 있다. 제2실리카 형성성분을 투입 후 다시 1 ~ 5시간 동안 초음파를 가해서 제2실리카층(22) 형성과 형광성 물질(32)의 도핑을 수행할 수 있다.
또한, 수득된 형광성 자성 나노입자(100)는 입자 간 뭉쳐서 결합할 수 있는데, 이를 방지하기 위해서 추가적으로 쉐이킹 등의 방법을 통해서 형광성 자성 나노입자(100)의 분산성을 유지시킬 수 있다.
한편, 상기 2-3) 단계에서 표면이 아민기로 관능화된 제1입자(100b) 내 자성체(10)와 형광성 물질(31)이 1:0.5 내지 1:5의 중량비, 바람직하게는 1:0.8 내지 1: 5의 중량비, 다른 일 예로 1: 0.8 내지 1:2.5, 또 다른 일 예로 1:1.2 ~ 1:2.5가 되도록 형광성 물질이 처리될 수 있다. 만일 자성체 중량 대비 형광성 물질의 중량이 0.5배 미만으로 처리 시 구현된 형광성 자성 나노입자가 충분한 PL 강도와 양자수율을 발현하지 못할 수 있다. 또한, 만일 자성체 중량 대비 형광성 물질의 중량이 5배를 초과해 처리될 경우 제1입자에 도입되지 못하는 형광성 물질의 양이 증가해 원가상승의 우려가 있고, 도입되는 경우에도 세척에 의해 씻겨져 나가는 양이 많아져 PL 강도의 개선정도가 미미할 수 있다. 또한, 과도하게 첨가된 형광성 물질이 제2실리카 형성성분과 반응해 별도의 엷은 막을 형성할 수 있고, 이로 인해 균일하게 분산된 형광 자성 나노입자의 수득이 어려울 수 있다(도 11 참조).
상술한 제조방법을 통해 제조된 형광 자성 나노입자(100)는 비다공성 자성체(10) 또는 다공성 자성체(10')인 코어부, 및 상기 비다공성 자성체(10) 또는 다공성 자성체(10')인 코어부를 둘러싸며, 제1실리카층(21)과 상기 제1실리카층(21) 상에 형성된 제2실리카층(22)을 포함하는 실리카층(20) 및 실리카층(20)에 도핑된 형광성 물질(31)을 포함하는 형광성 쉘부(41)를 포함한다. 또한, 자성체가 다공성 구조를 가지는 경우 일부 형광성 물질(31)은 다공성 자성체(10') 내부에도 위치할 수 있다. 또한, 코어부가 다공성 자성체(10')인 경우 상기 실리카층(20)은 다공성 자성체(10') 표면 상에 형성된 표면부 및 상기 표면부로부터 이어지며 다공성 자성체(10') 표면으로부터 내부로 이어지는 유로에 배치된 앵커부를 포함할 수 있고, 상기 앵커부를 통해서 실리카층(20)과 다공성 자성체(10') 간 물리적 결합력을 개선할 수 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b에 도시된 것과 같이 상술한 제조방법을 통해서 구현된 형광 자성 나노입자는 크기가 균일하게 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 보다 개선된 PL 강도 및 양자수율을 달성하면서도 형광 자성 나노입자(100)가 놓이게 되는 물리적/화학적 환경 하에서 형광성 물질이 물리적 탈리나 화학적 용액에 의해 용출되어 발생하는 탈리를 방지 또는 최소화하기 위하여 형광성 쉘부를 2개 이상 구비되도록 멀티레이어로 구성해 형광 자성 나노입자를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 형광 자성 나노입자(100', 100")는 자성체(10,10')인 코어부를 둘러싸는 2개 이상의 형광성 쉘부(41,42,43)를 포함하며, 각각의 형광성 쉘부(41,42,43)는 제1실리카층 및 제2실리카층을 포함하는 실리카층과 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 구비할 수 있다. 일 예로 제2형광성 쉘부(42)에 대해 설명하면 제1형광성 쉘부(41)의 외각에 형성된 것으로서, 제1형광성 쉘부(41)의 제2실리카층(22)을 제2형광성 쉘부(42)의 제1실리카층(23)이 둘러싸고, 제2실리카층(24)이 이를 다시 둘러싸도록 형성된 실리카층(25) 및 상기 실리카층(25)에 도핑된 형광성 물질(32)을 포함한다. 또한, 제2형광성 쉘부(42)에 구비된 형광성 물질(32)은 제2실리카층(24)에 함유된 형광성 물질(32b)이 제1실리카층(23)에 함유된 형광성 물질(32a)보다 많을 수 있고, 이는 형광 자성 나노입자에 대한 TEM 사진에서 음영의 정도를 통해 식별할 수 있다.
다만, 멀티레이어를 형성한 형광성 쉘부(41,42,43)는 개수가 계속 커진다고 PL 강도가 더욱 개선되지는 않으며, 바람직하게는 형광성 쉘부의 개수는 2 ~ 3개 일 수 있다. 만일 형광성 쉘부가 단층으로 구비되는 경우 PL 강도의 개선이 미미하고, 물리/화학적 환경 하에서 탈리되는 형광성 물질의 양이 증가해 내구성이 저하될 수 있다(도 6a 참조). 또한, 만일 형광성 쉘부가 3개를 초과하여 구비될 경우 전체 쉘부가 두꺼워지고 이로 인해서 자성체 표면에 가까이 배치되는 형광성 물질에서 발광된 광의 외부출사가 어려워져서 PL 강도의 개선이 미미하거나 오히려 PL 강도가 저하될 수 있다. 또한, 형광 자성 나노입자 간에 결합된 형태로 제조될 수 있으며(도 7d 참조), 형광성 쉘부 형성시간의 연장으로 대량생산이 불리할 수 있다.
상술한 멀티레이어를 형성한 형광성 쉘부(41,42)를 구비한 형광 자성 나노입자(100')는 도 1에 도시된 것과 같이 수득된 형광 자성 나노입자(100)(도 1의 (e)) 상에 다시 상술한 2-1) 단계 내지 2-3) 단계를 목적하는 형광성 쉘부의 개수만큼 반복 수행하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 자성 나노입자(100,100',100")는 입경이 1㎛ 미만일 수 있고, 바람직하게는 100 ~ 650㎚일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 형광 자성 나노입자(100,100',100")가 사용되는 용도에 따라서 적절히 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 형광 자성 나노입자(100,100',100")는 고감도 형광분석이 가능하고, 자장을 이용하여 입자의 거동을 조절할 수 있어 수용액에의 분산 및 수집이 용이하며, 크기 조절이 용이해 흐름성을 좋게 조절할 수 있어서 각종 진단, 검출 분야에 널리 사용될 수 있다. 일 예로 본 발명의 일 실시예 의한 형광 자성 나노입자(100,100',100")는 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브로 구현될 수 있다. 이때, 상기 생체 분자의 종류는 프로브가 진단 할 수 있는 생체 관련 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 일예로 질병과 관련된 암세포, 바이러스 분자 등을 들 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
* 표면이 아민기로 관능화된 [Fe3O4]@SiO2인 제1입자 제조
평균입경이 약 451±194.8㎚인 Fe3O4 자성체를 준비하였다. 이후 25 mg/mL 농도인 Fe3O4 자성체 수용액 6 mL을 40 mL 에탄올에 첨가한 후, 추가로 28% 암모니아 2mL을 첨가하여 혼합물을 제조하였다.
상기 혼합물을 10분간 초음파 처리한 후 교반하면서 순도 99.0%, 25㎕ TEOS(tetraethyl orthosilicate)을 주입하였다. 4시간 경과 후, 1.25 mL 아미노프로필 트리에톡시실란(APTES)을 첨가하고, 실온에서 추가로 4시간 기계적 교반 하에 반응을 진행하였다. 이후, 90℃에서 1시간 동안 용액을 환류(reflux)시켰다.
최종 생성된 [Fe3O4]@SiO2@APTES를 에탄올로 수차례 세척한 후, 60℃ 진공 하에서 6시간 동안 건조시켜서 제1입자를 제조했다.
* 형광성 물질 제조
25mL 에탄올에 디벤조일메탄(dibenzoylmethane, DBM) 6 mmol, 1,10-페난트롤린(phenanthroline) 2 mmol 및 1M 수산화나트륨 8 mL을 혼합한 용액을 제조하였다. 이 용액에 10 mL의 증류수에 용해된 2 mmol Eu(NO3)3·5H2O를 첨가하 고, 70℃에서 2시간 동인 일정하게 교반하였다. 침전물을 에탄올로 세척한 후, 원심분리하여 수집하고, 진공 오븐에서 건조하여 하기 화학식 1로 표시되는 형광성 물질을 제조했다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023001583-appb-img-000003
* 형광성 쉘부가 형성된 코어-쉘 구조의 형광 자성 나노입자의 제조
상술한 방법으로 제조된 표면이 아민기로 관능화된 제1입자를 5㎖ 에탄올에 분산시켜 분산용액1을 제조하고, 독립적으로 상술한 방법으로 제조된 형광성 물질을 에탄올에 4㎎/㎖농도가 되도록 첨가한 후 균일분산 되도록 3시간 동안 초음파를 처리해 분산용액2를 제조했다.
이후 분산용액1과 분산용액2를 제1입자 내 자성체의 중량과 형광성 물질의 중량비가 25:20이 되도록 혼합 후 각각의 물질이 균일분산 되도록 초음파를 10분 이상 충분히 분산되도록 처리하고, 이어서 제2실리카 형성성분인 99% 순도의 0.1 mL TEOS, 0.9 mL 탈이온수 및, 촉매로써 0.1 mL 암모니아 수용액을 연속적으로 첨가하여 형광성 물질이 제1실리카층과 제2실리카층에 도핑된 형광성 쉘부가 형성된 형광 자성 나노입자를 제조했다. 이후 제조된 혼합물을 2시간 동안 초음파 처리한 후, 실온에서 230 rpm으로 12시간 동안 흔들어 혼합물에서의 입자 분산을 유지하였다. 최종 생성물은 자석으로 수득하였고, 에탄올로 수차례 세척한 다음, 60℃의 진공 오븐에서 6시간 동안 건조하여 형광 자성나노입자를 제조하였다.
<실시예 2 ~ 5>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 자성체와 형광성 물질의 혼합 중량을 변경해 하기 표 1과 같은 형광 자성 나노입자를 제조했다.
<실험예1>
실시예 1 ~ 5에 따른 형광 자성 나노입자의 양자수율을 Integrating sphere 을 이용하여 PL을 측정한 뒤 측정 장치 내 프로그램을 통해 계산해 하기 표 1에 나타냈다.
형광성 물질(mg) Fe3O4(mg) 형광성 물질/ Fe3O4 중량비율 양자수율(%)
실시예1 20 25 0.8 6.68
실시예2 20 15 1.33 12.0
실시예3 40 25 1.6 15.0
실시예4 40 20 2.0 19.5
실시예5 50 20 2.5 24.1
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 실시예 1 ~ 5에 따른 형광 자성 나노입자는 우수한 양자수율을 달성하고 있어서 각종 진단, 검출분야에서 활용이 가능함을 예상할 수 있다.
<실험예2>
실시예1 내지 실시예3에 따른 형광 자성 나노입자를 동일농도로 에탄올에 분산시킨 뒤 UV 램프의 전원을 켜서 촬영한 사진을 도 3에 나타내었다.
도 3을 통해 확인할 수 있듯이 실시예1 ~ 3에 따른 형광 자성 나노입자는 육안으로도 발광효율이 우수한 것을 알 수 있고, 특히 실시예2 및 실시예3에 따른 형광 자성 나노입자는 발광특성이 우수함을 육안으로 확인할 수 있다.
<실시예 6 ~ 9>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 자성체를 평균입경이 약 300㎚인 Fe3O4 자성체(아모라이프사이언스社)로 변경하고, 자성체 중량(mg) 대비 형광성 물질의 중량을 각각 10mg(실시예6), 20mg(실시예7), 30mg(실시예8), 40mg(실시예9)이 되도록 처리해 형광 자성 나노입자를 제조하였다.
<실험예3>
실시예 6 ~ 9에 따른 형광 자성 나노입자에 대해 SEM 사진을 촬영한 후 측정된 이미지에서 각 100 개의 입자에 대한 사이즈를 측정하였고, 그 결과를 도 4a 내지 도 4d 및 하기 표 2에 나타내었다.
실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
자성체 중량(mg):형광성 물질 중량(mg) 25:10(1:0.4) 25:20
(1:0.8)		 25:30
(1:1.2)		 25:40
(1:1.6)
입경범위(㎚) 370.7±28.9 374.3±26.2 378.9±31.3 385.5±17.8
도 4a 내지 도 4d 및 표 2를 통해 확인할 수 있듯이 실시예 6 ~ 9를 통해 제조된 형광 자성 나노입자는 균일한 입경을 갖도록 구현된 것을 확인할 수 있다.
<실험예4>
실시예 6 ~ 9에 따른 형광 자성 나노입자에 대해 Integrating sphere를 이용하여 PL 강도를 측정한 뒤 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5를 통해 확인할 수 있듯이, 실시예 6에 따른 형광 자성 나노입자의 경우 PL 강도가 실시예 7 ~ 9에 따른 형광 자성 나노입자에 대비해 좋지 못한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 7 ~ 9은 실시예 6에 대비해 PL 강도가 높게 나오는 피크의 폭이 좁은 것을 알 수 있고, 이를 통해서 좁은 파장 범위에서 높은 민감도를 가지는 형광 자성 나노입자가 제조된 것을 확인할 수 있다.
<실시예 10>
실시예 7과 동일하게 실시하여 제조하되, 세척을 완료한 상태로 수득된 제1형광성 쉘부가 형성된 형광 자성 나노입자를 25mg/mL 농도가 되도록 Fe3O4 자성체 수용액을 제조한 뒤 Fe3O4 자성체 수용액 6 mL을 40 mL 에탄올에 첨가한 후, 추가로 28% 암모니아 2mL을 첨가하여 혼합물을 제조하였다.
상기 혼합물을 10분간 초음파 처리한 후 교반하면서 순도 99.0%, 25㎕ TEOS(tetraethyl orthosilicate)을 주입하였다. 4시간 경과 후, 1.25 mL 아미노프로필 트리에톡시실란(APTES)을 첨가하고, 실온에서 추가로 4시간 기계적 교반 하에 반응을 진행하였다. 이후, 90℃에서 1시간 동안 용액을 환류(reflux)시켰다. 이후 에탄올로 수차례 세척한 후, 60℃ 진공 하에서 6시간 동안 건조시켜서 형광성 쉘부 상에 아민기로 표면이 관능화된 제1실리카층이 형성된 제1입자를 제조했다.
이후 표면이 아민기로 관능화된 제1입자를 5㎖ 에탄올에 분산시켜 분산용액1을 제조하고, 독립적으로 상술한 방법으로 제조된 형광성 물질을 에탄올에 4㎎/㎖농도가 되도록 첨가한 후 균일분산 되도록 3시간 동안 초음파를 처리해 분산용액2를 제조했다. 이후 분산용액1과 분산용액2를 제1입자 내 자성체의 중량과 형광성 물질의 중량비가 25:20이 되도록 혼합 후 각각의 물질이 균일분산 되도록 초음파를 10분 이상 충분히 분산되도록 처리하고, 이어서 제2실리카 형성성분인 99% 순도의 0.1 mL TEOS, 0.9 mL 탈이온수 및, 촉매로써 0.1 mL 암모니아 수용액을 연속적으로 첨가하여 형광성 물질이 제1실리카층과 제2실리카층에 도핑된 제2형광성 쉘부가 제1형광성 쉘부 상에 형성된 형광 자성 나노입자를 제조했다. 이후 제조된 혼합물을 2시간 동안 초음파 처리한 후, 실온에서 230 rpm으로 12시간 동안 흔들어 혼합물에서의 입자 분산을 유지하였다. 최종 생성물은 자석으로 수득하였고, 에탄올로 수차례 세척한 다음, 60℃의 진공 오븐에서 6시간 동안 건조하여 형광 자성나노입자를 제조하였다.
<실시예 11 ~ 12>
실시예 10과 동일하게 실시하여 제조하되, 2층의 형광성 쉘부를 갖는 형광 자성나노입자에 대해서 다시 형광성 쉘부를 형성시키는 방법을 반복해 3층의 형광성 쉘부를 갖는 형광 자성나노입자(실시예11) 및 4층의 형광성 쉘부를 갖는 형광 자성나노입자(실시예12)를 제조하였다.
<실험예 5>
실시예 7, 실시예 10 ~ 12에 따른 형광 자성 나노입자의 양자수율을 Integrating sphere 을 이용하여 PL을 측정한 뒤 측정 장치 내 프로그램을 통해 계산해 하기 표 3에 나타냈다.
형광성 물질(mg) /
Fe3O4(mg)		 형광성 쉘부 개수 양자수율(%)
실시예7 20 / 25 1 7.07
실시예10 40 / 25 2 10.03
실시예11 60 / 25 3 8.36
실시예12 80 / 25 4 3.43
표 3을 통해서 확인할 수 있듯이, 형광성 쉘부를 멀티레이어로 구성한 실시예 10 및 11이 단층으로 형광성 쉘부를 형성한 실시예 7에 대비해 양자수율이 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 다만, 실시예 12의 경우 형광성 쉘부의 개수가 많아지고, 포함된 총 형광성 물질 함량이 높음에도 불구하고 양자수율이 실시예 3에 대비해 저하된 것을 알 수 있다.
<실험예 6>
실시예 7, 실시예 10 및 실시예 12에 따른 형광 자성 나노입자의 화학적 내구성을 평가하기 위하여 각 실시예 별로 에탄올, PBS(10× phosphate buffered saline)으로 달리하여 10㎍/㎖ 농도로 형광 자성 나노입자를 투입하여 제조한 분산액을 20℃에서 지속적으로 쉐이킹하면서 분산매에서 시간별로 샘플을 채취하였고, 채취한 샘플에서 610.9nm 파장에서의 PL 강도를 측정하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
이때 각 실시예 별로 분산 초기(0분)의 PL 강도를 100%로 기준해 240분 경과 후 채취한 샘플의 PL 강도를 상대적인 수치로 계산했다. 240 분 경과 후 채취한 샘플의 PL 강도가 100%에 가까울수록 분산매에 형광성 물질의 용출이 적게 일어나고, 화학적 내구성이 우수한 것으로 평가할 수 있다.
또한, 각 실시예 별로 에탄올에 분산시킨 분산액에 대한 시간별 PL 강도 그래프를 도 6a(실시예7), 도 6b(실시예 10) 및 도 6c(실시예 12)에 나타내었다.
실시예7 실시예10 실시예12
형광성 쉘부 개수 1 2 4
분산매 종류별 분산초기 대비 240분 경과 후 PL 강도(%) 탈이온수 79.84 81.39 108.85
에탄올 4.67 80.97 103.74
PBS 57.55 100.81 93.66
표 4 및 도 6a 내지 도 6c를 통해 확인할 수 있듯이, 형광성 쉘부가 1층만 구비된 실시예 7의 경우 3종의 분산매에 분산된 후 용출되는 형광성 물질의 양이 실시예 10 및 12에 대비해 커서 내구성이 좋지 못한 것을 알 수 있다. 특히 도 6a를 통해서 실시예7은 에탄올에 분산된 후 약 25분 경과 시 PL 강도가 급격히 낮아지는 것을 알 수 있다. 이에 반하여 실시예 10 및 12의 경우 분산된 상태에서 시간이 경과해도 용출되는 형광성 물질의 양이 적어서 형광 자성 나노입자를 이용해 오랜 시간 검출이나 분석을 해야하는 경우에 매우 유용하고, 높은 감도를 오랜시간 유지함에 따라서 형광 자성 나노입자의 재활용이 가능하다는 것을 예상할 수 있다.
<실험예 7>
실시예7 및 실시예 10 ~ 12에 따른 형광 자성 나노입자에 대해서 SEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 7a(실시예7), 도 7b(실시예10), 도 7c(실시예11) 및 도 7d(실시예12)에 나타내었다.
도 7a 내지 도 7d를 통해 확인할 수 있듯이, 쉘부가 멀티레이어로 형성되었음에도 제조된 형광 자성 나노입자의 크기가 균일한 것을 알 수 있다. 다만, 실시예12의 경우 일부 형광 자성 나노입자 간에 결합이 발생한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예7 및 실시예 10 ~ 12에 따른 형광 자성 나노입자에 대해서 TEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 8a(실시예7), 도 8b(실시예10), 도 8c(실시예11) 및 도 8d/도 8e(실시예12)에 나타내었다.
도 8a 내지 도 8d를 통해 확인할 수 있듯이, 형광성 쉘부 개수가 증가할수록 나이테와 같이 쉘 내 테두리 윤곽선이 있음을 확인할 수 있고, 이를 통해서 형광성 쉘부가 멀티레이어를 이루고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8e를 통해 확인할 수 있듯이 각각의 쉘에는 자성체에 가까운 쪽이 먼 쪽에 대비해 음영이 옅게 형성된 것을 알 수 있고, 이를 통해 각 쉘의 제1실리카층보다 제2실리카층에 더 높은 농도로 형광성 물질이 도핑된 것을 알 수 있다.
<실시예 13>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 자성체를 다공성 구조로 갖도록 하기 위하여 자성체와 옥산산 및 증류수를 15:25:20 중량비가 되도록 혼합 및 분산시킨 뒤 인큐베이터에서 10분간 반응시켜서 다공성 자성체를 제조했고, 이를 이용해 형광 자성 나노입자를 제조했다. 이때 제조된 다공성 자성체는 입경이 415.4±194.8㎚었다.
<실시예 14 ~ 15>
실시예13과 동일하게 실시하여 제조하되, 자성체에 옥살산의 처리시간을 각각 30분(실시예14) 및 60분(실시예15)으로 변경해 제조된 다공성인 자성체를 이용해 형광 자성 나노입자를 제조했다.
<실시예 16>
실시예13과 동일하게 실시하여 제조하되, 자성체와 형광성 물질의 혼합 중량을 1: 7로 변경해 형광 자성 나노입자를 제조했다.
<실험예2>
실시예13 및 실시예15에서 옥살산을 처리해 제조된 중간물질인 다공성인 자성체 각각에 대해서 SEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 9a(실시예13) 및 도 9b(실시예15)에 나타내었다.
또한, 실시예13 및 실시예 14에서 중간물질로 다공성인 자성체에 제1실리카층이 형성된 제1입자에 대해서 TEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 10a 및 도 10b에 각각 나타내었다.
또한, 실시예 16에서 제조된 형광 자성 나노입자에 대해서 TEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 11에 나타내었다.
또한, 실시예13에서 제조된 형광 자성 나노입자에 대해서 TEM 사진을 촬영해 그 결과를 도 12a 및 도 12b에 나타내었다.
도 9a 및 도 9b에서 알 수 있듯이 옥살산인 에칭액으로 처리한 시간이 증가할수록 자성체의 다공질 정도가 심화되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10a 및 도 10b를 통해 알 수 있듯이, 다공성인 자성체 표면에 형성된 제1실리카층은 두께가 실시예 13은 약 14.8㎚ 및 실시예 14는 약 33.3㎚로 형성되었고, 외각의 윤곽이 울퉁불퉁하게 형성되어 비표면적이 증가한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 11을 통해 알 수 있듯이, 형광성 물질의 함량이 과도하게 투입된 실시예 16의 경우 구현된 형광 자성 나노입자와는 독립적으로 엷은 막이 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기 엷은 막은 과도하게 함유된 형광성 물질이 제2실리카 형성성분과 반응해 형성된 것으로서 과도하게 함유된 형광성 물질은 PL 강도 등의 물성 개선에 도움을 주지 못하고, 오히려 별도로 엷은 막을 형성해 균일하고 독립된 형광 자성 나노입자의 수득율을 저해시킬 수 있음을 예상할 수 있다.
또한, 도 12a 및 도 12b에 도시된 것과 같이 다공성인 자성체를 통해 구현된 형광 자성 나노입자 역시 크기가 균일하게 구현된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. (1) 코어부인 자성체를 준비하는 단계; 및
    (2) 상기 코어부를 둘러싸도록 제1실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층을 형성시킨 후 상기 제1실리카층 상에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 제1실리카층을 포함하는 실리카층 및 상기 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 함유하는 형광성 쉘부를 형성시키는 단계;를 포함하는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (1) 단계에서 상기 자성체는 에칭액에 5 ~ 60분간 처리된 다공성 자성체인 형광 자성 나노입자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성체는 Fe3O4, MFe2O4(여기서 M은 Co 또는 Ni임) 또는 γ-Fe2O3인 형광 자성 나노입자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성체는 입경이 100 ~ 800㎚인 형광 자성 나노입자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (2) 단계는
    2-1) 자성체에 제1실리카 형성성분을 처리해 자성체를 둘러싸도록 제1실리카층이 형성된 제1입자를 제조하는 단계;
    2-2) 제1실리카층 표면을 아민기로 관능화시키는 단계; 및
    2-3) 표면이 아민기로 관능화된 제1입자에 란탄계 착물인 형광성 물질과 제2실리카 형성성분을 처리해 상기 제1실리카층 상에 제2실리카층이 형성된 실리카층 및 상기 실리카층에 형광성 물질이 도핑된 형광성 쉘부를 형성시키는 단계;를 포함하는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2-2) 단계는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS), 3-(2-아미노에틸)-아미노프로필 트리메톡시실란, 및 (4-아미노부틸)트리에톡시실란(ABTES)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 아민기 관능화 물질을 처리하여 수행되는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 형광성 물질은 상기 제1실리카층 및 제2실리카층 모두에 도핑되는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1실리카 형성성분 및 제2실리카 형성성분은 각각 독립적으로 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS), 테트라메틸 오르소실리케이트(TMOS) 및 테트라프로필 오르소실리케이트(TPOS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 란탄계 착물은 하기 화학식 1로 표시되는 물질인 형광 자성 나노입자 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2023001583-appb-img-000004
    .
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (2) 단계에서 코어부인 자성체와 형광성 물질이 1:0.8 내지 1:2.5의 중량비가 되도록 형광성 물질이 처리되는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, (2) 단계 후
    (3) (2) 단계를 적어도 1회 반복 수행하여 코어부를 순차적으로 둘러싸는 다수 개의 형광성 쉘부를 형성시키는 단계를 더 포함하는 형광 자성 나노입자 제조방법.
  12. 자성체인 코어부; 및
    상기 코어부를 둘러싸며, 실리카층 및 상기 실리카층에 도핑된 형광성 물질을 포함하는 형광성 쉘부;를 포함하는 형광 자성 나노입자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 자성체는 다공성 구조를 가지는 다공성 자성체이며,
    상기 실리카층은 다공성 자성체의 표면 상에 형성된 표면부와, 상기 표면부로부터 이어지며 다공성 자성체 표면으로부터 내부로 이어지는 유로에 배치된 앵커부를 구비하는 형광 자성 나노입자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 실리카층은 제1실리카층 및 상기 제1실리카층 상에 형성된 제2실리카층을 포함하며,
    상기 제1실리카층은 형광성 물질이 도핑되는 공간을 제공하며, 제2실리카층은 형광성 물질이 도핑되는 공간을 제공하고 형광성 물질의 탈리를 방지하는 기능을 수행하는 형광 자성 나노입자.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 형광성 쉘부는 2 ~ 3개 구비되는 형광 자성 나노입자.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 형광 자성 나노입자는 직경이 1㎛ 미만인 형광 자성 나노입자.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 형광 자성 나노입자를 포함하는 생체 분자 영상 진단용 형광 나노 프로브.
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