KR100779008B1 - Ph-sensitive luminescent single-wall carbon nanotube derivative and preparation thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 pH-감응 발광물질로서 유용한, 높은 수용해성과 분산성을 지닌 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT) 유도체와 그 제조 방법에 관한 것이다. 리소자임 및 히스톤 등의 양쪽성 천연 단백질과 SWNT가 비공유 결합된 구조의 본 발명의 pH-감응 발광물질은 제조가 간단할 뿐 아니라 재생산성 및 효율이 높아 약학 및 생물학 분야에 있어 미소 광학 장치 개발에 매우 유용하다.The present invention relates to single-walled carbon nanotube (SWNT) derivatives having high water solubility and dispersibility, useful as pH-sensitive luminescent materials, and methods for their preparation. The pH-sensitive luminescent material of the present invention having a non-covalently bonded structure of an amphoteric natural protein such as lysozyme and histone and SWNT is not only simple to manufacture but also has high reproducibility and efficiency, and thus is very useful for microscopic optical device development in pharmaceutical and biological fields useful.

Description

ｐＨ-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브 유도체 및 그 제조 방법{ｐＨ-SENSITIVE LUMINESCENT SINGLE-WALL CARBON NANOTUBE DERIVATIVE AND PREPARATION THEREOF}pH-sensitive luminescent single-walled carbon nanotube derivatives and a method for preparing the same {HO-SENSITIVE LUMINESCENT SINGLE-WALL CARBON NANOTUBE DERIVATIVE AND PREPARATION THEREOF}

도 1은 본 발명에 따라 단일벽 나노튜브를 리소자임으로 안정화하는 과정을 나타내는 모식도이고;1 is a schematic diagram showing a process of stabilizing single-walled nanotubes with lysozyme according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 리소자임-단일벽 나노튜브 복합체의 흡수(회색) 및 방출(흑색) 스펙트럼을 나타내는 그래프이고;2 is a graph showing the absorption (gray) and emission (black) spectra of the lysozyme-single wall nanotube composite according to the present invention;

도 3은 다양한 pH에서의 본 발명에 따른 리소자임-단일벽 나노튜브 복합체의 제타 포텐셜을 나타내는 그래프이며;3 is a graph showing the zeta potential of lysozyme-single wall nanotube composites according to the invention at various pHs;

도 4는 본 발명에 따른 리소자임-단일벽 나노튜브 복합체(L-SWNT)의 광발광 스펙트럼을 나타내는 도이고;4 is a diagram showing a photoluminescence spectrum of the lysozyme-single wall nanotube composite (L-SWNT) according to the present invention;

도 5는 L-SWNT와 리소자임(LSZ)의 원거리 UV-CD 스펙트럼 데이터를 나타낸 그래프이며;5 is a graph showing remote UV-CD spectral data of L-SWNT and lysozyme (LSZ);

도 6은 L-SWNT와 LSZ의 근거리 UV-CD 스펙트럼 데이터를 나타낸 그래프이다. 6 is a graph showing short-range UV-CD spectrum data of L-SWNT and LSZ.

본 발명은 pH-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT) 유도체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to pH-sensitive luminescent single-walled carbon nanotubes (SWNT) derivatives and methods for their preparation.

수용해성이 높고 pH에 따라 발광성을 지니는 신규한 물질의 개발은 생의학 장치 개발 및 신규한 광학기기 제작에 필수적이다. 본 발명에 따른 pH-감응 발광 SWNT 유도체는 그 제조방법이 간단하고, 재생산성이 높으며, 효율이 높을 뿐 아니라, 단백질들의 수용액을 이용하므로, IT 분야뿐 아니라 분자 전자학 및 생물학적 적용에 있어서도 유용하다.The development of novel materials that are highly soluble and luminescent with pH are essential for the development of biomedical devices and the manufacture of new optics. The pH-sensitive luminescent SWNT derivative according to the present invention is simple in its preparation method, high in reproducibility, high in efficiency, and is useful in molecular electronics and biological applications as well as in the field of IT because it uses an aqueous solution of proteins.

계면 활성제를 이용하여 나노튜브를 수용액 상에서 분산 시 발광성을 띈다는 것은 비교적 최근에 밝혀진 사실이다. 나노튜브를 생의학용으로 사용할 수 있다는 것은 과거에도 알려져 있었으나, 나노튜브의 광학적 성질을 생의학 연구에 응용하는 것은 전혀 알려져 있지 않았다.It is a relatively recent fact that surfactants are used to luminesce nanotubes in aqueous solutions. It was known in the past that nanotubes could be used for biomedical applications, but the application of the optical properties of nanotubes to biomedical research is not known at all.

분자 감지에 있어 사용되는 0.9 내지 1.3 eV의 근적외선(near-infrared) 광은, 그 높은 조직 투과성 및 두꺼운 조직 또는 전체-혈청 내의 감소된 자동-발광성 배경 때문에, 생의학적 적용에 있어서 중요한 의미를 갖는다. 따라서 수용액상에 근적외선 광을 양호하게 방출하는 신규한 물질의 개발이 요구되어 왔다.Near-infrared light of 0.9 to 1.3 eV used for molecular sensing has important significance for biomedical applications because of its high tissue permeability and reduced auto-luminescent background in thick tissue or whole-serum. Therefore, there has been a need for the development of a novel material that emits good near infrared light in an aqueous solution.

SWNT는 그 독특한 구조적, 기계적 및 전자적 특성에 의해 다양한 분야에서 촉망받는 물질로서 연구되어 왔다. SWNT는 특히 국부적인 유전 기능(dielectric function)의 조절을 통해 근적외선 광 방출의 조절이 가능한 물질이다. 하지만 SWNT는 그 축 형상과 튜브 간의 반데르발스 인력에 의한 강한 결합력으로 인해 자연 상태에서는 뭉친 상태로만 존재하여 그 발광성이 저하된다는 단점이 있다. 따라서 SWNT 각각의 나노튜브를 수용액 상에서 안정하게 분산시켜 주는 것이 대단히 중요하다.SWNTs have been studied as promising materials in various fields due to their unique structural, mechanical and electronic properties. SWNT is a material that is capable of controlling near-infrared light emission, in particular, through the regulation of local dielectric functions. However, SWNTs have a disadvantage in that their luminescence is degraded because they exist only in a solid state in a natural state due to the strong coupling force between the shaft shape and the van der Waals attraction force between the tubes. Therefore, it is very important to stably disperse the nanotubes of each SWNT in an aqueous solution.

나노튜브의 엉킨 상태를 풀어주기 위해서 다양한 기술이 이용되어 왔으며 이 중에는 다양한 기능성 잔기를 부착하는 공유 결합 방법 및 비공유 결합 방법이 있으나 공유 결합 방법은 일차원(one-dimensional) 전자 구조이고 원하는 광학적 특성을 훼손한다는 단점이 있다.Various techniques have been used to solve the tangled state of nanotubes. Among them, there are covalent and non-covalent coupling methods for attaching various functional residues, but covalent coupling methods are one-dimensional electronic structures and impair desired optical properties. The disadvantage is that.

SWNT의 뭉침을 풀어주고 개별적으로 분산된 SWNT의 가장 바람직한 전자구조를 갖게 해주는 비공유 접근방식에서는, 합성 중합체 또는 계면활성제, 맞춤 DNA 서열, 특정 펩티드 및 몇몇 다른 생체중합체(biopolymers)와 같은 다양한 물질들을 이용한다. 이중 특히 생체중합체는 자연의 섭리상 생의학적 특정 목적의 적용에 있어서 최적화 설계된 것이다. 이들 분자들을 나노튜브에 활용함으로써, 다양한 원료 풀(pool)을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 생중합체 자체의 특성을 이용하여 나노튜브에 기반한 장치의 개발에 큰 도움이 될 수 있다.In a non-covalent approach that unpacks SWNTs and gives the most desirable electronic structure of individually dispersed SWNTs, various materials such as synthetic polymers or surfactants, custom DNA sequences, specific peptides and some other biopolymers are used. . Biopolymers, among other things, are optimally designed for applications in nature's providential biomedical specific purposes. By utilizing these molecules in nanotubes, not only can we secure a variety of raw material pools, but also the properties of biopolymers themselves can be very helpful in the development of nanotube-based devices.

최근에는, 계면 활성제를 이용하여 안정화시킨 개개의 나노튜브를 글루코스 산화제(glucose oxidase)와 같은 효소와 반응시킨 후 레독스(redox) 분자와 반응하게 하여 광학적 신호를 발생하게 하는 SWNT에 기반한 근적외선 광학 센서가 연구되고 있다.Recently, SWNT-based near-infrared optical sensors that react individual nanotubes stabilized with surfactants with enzymes such as glucose oxidase and then react with redox molecules to generate optical signals Is being studied.

따라서 본 발명의 목적은 생의학 장비에서 유용한, 새로운 pH-감응 발광성의 SWNT 유도체 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide novel pH-sensitive luminescent SWNT derivatives useful in biomedical equipment and methods of making them.

본 발명에서는 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)와 양쪽성 천연 단백질(amphoteric natural protein)이 비공유 결합된 구조를 갖는 pH-감응 발광성 SWNT 유도체를 제공한다.The present invention provides a pH-sensitive luminescent SWNT derivative having a structure in which a single-walled carbon nanotube (SWNT) and an amphoteric natural protein are non-covalently bound.

또한 본 발명에서는 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)를 양쪽성 중합체(amphoteric polymer)의 수용액에 가하고 균질화기로 균질화한 후 고형분을 제거하는 것을 포함하는 pH-감응 발광성 SWNT 유도체의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a pH-sensitive luminescent SWNT derivative comprising adding a single-walled carbon nanotube (SWNT) to an aqueous solution of an amphoteric polymer and homogenizing with a homogenizer to remove solids.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 사용되는 양쪽성 천연 단백질(amphoteric natural protein)은 소수성 기 및 친수성 기를 둘 다 포함하는 것으로, 예를 들면 염기성 단백질인 리소자임, 히스톤, 미오글로빈, 헤모글로빈, 소혈청 알부민(bovine serum albumin) 등과 같은 천연 단백질을 들 수 있으며(이에 한정되지는 않는다), 그 친수성도가 아미노산 서열 및 pH에 의존한다.Amhoteric natural protein used in the present invention includes both hydrophobic and hydrophilic groups, for example, basic proteins such as lysozyme, histones, myoglobin, hemoglobin, bovine serum albumin, and the like. Natural proteins include, but are not limited to, their hydrophilicity depends on the amino acid sequence and pH.

단백질로 안정화된 나노튜브의 형상을 모식도로 나타내면 도 1에 개시된 바와 같다(이때, 단백질은 리소자임이다). Schematic diagram of the shape of the protein stabilized nanotubes are as shown in Figure 1 (wherein the protein is lysozyme).

본 발명에 따라 단백질 내 분산된 SWNT는 pH의 변화에 따라 뭉치거나 흩어질 수 있으며, SWNT가 뭉칠 경우 그 발광성이 감소하게 된다. 본 발명의 SWNT의 이 같은 성질은 제타 포텐셜(ζ)의 변화와 밀접한 관련이 있으며, 콜로이드 용액 분산에 있어서의 DLVO 이론(Deraguin, Landau, Verwey and Overbeek theory)으로 쉽게 설명이 된다. According to the present invention, the SWNTs dispersed in the protein may be aggregated or scattered according to a change in pH, and when the SWNTs are aggregated, their luminescence is reduced. This property of SWNTs of the present invention is closely related to the change in zeta potential (ζ) and is easily explained by the DLVO theory (Deraguin, Landau, Verwey and Overbeek theory) in colloidal solution dispersion.

즉, 콜로이드는 반데르발스 인력과 정전기적 척력의 합에서 발생하는 힘의 상호 작용에 따라 뭉칠지 흩어질지가 결정이 된다. 제타 포텐셜(ζ)이 등전점(isoelectric point) 근처일 경우, 단백질은 전하를 띠지 않게 되고 리소자임으로 안정화된 나노튜브 간에 반데르발스 인력이 우세하게 된다. 따라서 튜브 간 인력이 작용하여 SWNT는 응집하게 된다.In other words, the colloid is determined by the interaction of van der Waals attraction force and the force generated from the electrostatic repulsive force to be united or dispersed. When the zeta potential is near the isoelectric point, the protein becomes uncharged and van der Waals attraction predominates between the lysozyme-stabilized nanotubes. The attraction between the tubes thus acts to cause the SWNTs to agglomerate.

반면 제타 포텐셜이 등전점 이하를 나타내는 pH에서는 양자를 얻은 아민 때문에 양 전하(cationic charge)의 밀도가 우세해져서 나노튜브간의 척력이 작용하게 되고 결국 시스템 내에서 분산성이 양호하게 된다. 마찬가지로 제타 포텐셜이 등전점 이상인 pH에서는 카르복실레이트 음이온(carboxylate anion) 때문에 음 전하(anionic charge)의 밀도가 우세해져서 나노튜브간의 척력이 작용하게 되고 결국 시스템 내에서 분산성이 양호하게 된다.On the other hand, at pHs where the zeta potential is below the isoelectric point, the amines obtained from the protons dominate the cationic charge, leading to repulsive forces between the nanotubes, resulting in good dispersibility within the system. Similarly, at pHs above the isoelectric point of zeta potential, the density of anionic charge prevails due to carboxylate anions, leading to repulsion between nanotubes, resulting in good dispersibility within the system.

이러한 반응은 가역적이고, 따라서 적당한 양쪽성 천연 단백질을 이용하여 나노튜브를 제조시 pH-감응 발광성 탄소 나노튜브 유도체를 확보할 수 있게 된다.This reaction is reversible, thus making it possible to obtain pH-sensitive luminescent carbon nanotube derivatives when preparing nanotubes using suitable amphoteric natural proteins.

본 발명에 따른 나노튜브 유도체는 pH 변화에 따라 SWNT가 뭉쳐지거나 풀어져서 그 발광성에 변화가 생기는 점을 이용해 용액상 광학 센서 등 수많은 분야에서 이용이 가능하다.Nanotube derivatives according to the present invention can be used in a number of fields, such as solution-phase optical sensor by using the point that the change in the luminescence of the SWNT is agglomerated or loosened according to the pH change.

본 발명에 따른 나노튜브 유도체는 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)를 양쪽성 천연 단백질의 수용액에 가하고 균질화기로 균질화한 후 예를 들면 원심 분리에 의해 고형분을 제거하여 제조될 수 있다.Nanotube derivatives according to the present invention can be prepared by adding single-walled carbon nanotubes (SWNT) to an aqueous solution of amphoteric natural protein and homogenizing with a homogenizer and then removing solids by, for example, centrifugation.

상기 균질화는 초음파 처리를 통해 이루어질 수 있다. 초음파 처리 시간은 대략 30분 정도이나 처리 용량에 따라 변화할 수 있다. 사용되는 나노튜브의 길이는 500 nm 내지 2 ㎛ 범위일 수 있고, 사용량은 고형분 기준으로 단백질에 대해 바람직하게 3-10 중량% 범위일 수 있다. The homogenization may be made through sonication. The sonication time is approximately 30 minutes but can vary depending on the treatment volume. The length of the nanotubes used may range from 500 nm to 2 μm, and the amount used may preferably range from 3-10% by weight with respect to the protein on a solids basis.

상기 원심 분리는 10,000 g 내지 200,000 g 범위로 수행될 수 있으며 저속에서 고속으로 변화시켜 가며 다단계로 수행하는 것이 바람직하다.The centrifugation may be performed in the range of 10,000 g to 200,000 g, and is preferably performed in a multistage manner from low speed to high speed.

본 발명의 핵심은 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT) 유도체를 pH-감응 발광의 용도로 사용하는 것이며, 이러한 성질을 이용한 의학용 소자의 개발이 가능하다. 또한, 하기 실시예에서 살펴보듯이 본 발명의 유도체에 사용되는 기본 단백질의 2차 구조 내지 3차 구조가 유지되므로 생의학 연구에 있어서 이러한 구조를 추가로 이용하는 제품을 개발하는 데에도 매우 유용하다. The core of the present invention is to use a single-walled carbon nanotube (SWNT) derivative for the use of pH-sensitive light emission, it is possible to develop a medical device using this property. In addition, since the secondary structure to the tertiary structure of the basic protein used in the derivative of the present invention is maintained as shown in the following examples, it is also very useful for developing products that further use the structure in biomedical research.

이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Test Examples.

<실시예 1><Example 1>

SWNT 3 mg을 1 mg/ml 농도의 리소자임 용액 10 ml에서 초음파 처리하였다. 이 초음파 처리는 빙조(ice bath) 내에서 30분간 이루어졌으며, 분산 후 2 단계 초음속 원심 분리(1단계: 18,000 g, 3시간; 2단계: 150,000 g, 4시간)하여 고형분을 제거하고 최종 생성물(L-SWNT)을 부유물로부터 수득하였다.3 mg of SWNTs were sonicated in 10 ml of lysozyme solution at a concentration of 1 mg / ml. This sonication took place in an ice bath for 30 minutes, and after dispersion, two stages of supersonic centrifugation (1st stage: 18,000 g, 3 hours; 2nd stage: 150,000 g, 4 hours) removed solids and the final product ( L-SWNT) was obtained from the suspension.

<실시예 2><Example 2>

단백질로 히스톤을 사용한다는 것을 제외하고는 제조예 1의 과정을 반복하여 최종 생성물(H-SWNT)를 수득하였다. Except for using histone as a protein, the procedure of Preparation Example 1 was repeated to obtain the final product (H-SWNT).

<시험예 1><Test Example 1>

상기 실시예 1에서 얻은 L-SWNT의 흡수 방출 스펙트럼을 분석하여 도 2에 나타내었다.The absorption emission spectrum of L-SWNT obtained in Example 1 was analyzed and shown in FIG. 2.

단백질이 나노튜브 주위를 둘러싸서 SWNT의 뭉침 현상을 방지하여 주면, 금속 및 반도체 SWNT의 반-호브 전이 현상(Van-Hove Transitions)에 의해 뭉치지 않거나 독립한 SWNT가 가시영역 및 적외선 영역의 광흡수지역에서 날카로운 피크를 가지게 된다. 반면, 튜브간 반데르발스 힘에 의해 튜브가 뭉치게 되면 SWNT의 전기적 구조를 방해하므로 그 흡수대가 넓고 약하게 된다. When proteins surround the nanotubes to prevent aggregation of SWNTs, the SWNTs do not coalesce or become independent due to van-hove transitions of metal and semiconductor SWNTs. Has a sharp peak at. On the other hand, when the tubes are agglomerated by van der Waals forces between the tubes, the absorption band becomes wider and weaker because it interferes with the electrical structure of the SWNT.

도 2에 나타난 바와 같이 흡수 스펙트럼은 440 nm 내지 600 nm, 550 nm 내지 800 nm 및 800 nm 내지 1400 nm 대에서 잘 발달된 피크를 나타내었으며, 이는 각각 금속 SWNT의 제1차 반-호브 전이 현상(M₁₁), 반도체 SWNT의 제2차 반-호브 전이 현상(S₂₂) 및 반도체 SWNT의 제1차 반-호브 전이 현상(S₁₁)에 해당된다. 특히, 각각 개별의 반도체 나노튜브는 900 nm 내지 1400 nm 대에서 S₁₁ 전이에 해당하는 방출 스펙트럼을 나타내어 근적외선 발광성을 띠었다. SWNT가 뭉칠 경우 인접 SWNT에 의해 발광성이 상쇄된다는 것을 감안할 때 이러한 방출 스펙트럼은 L-SWNT가 뭉치지 않고 각각 독립되었다는 것을 나타낸다.As shown in FIG. 2, the absorption spectra showed well developed peaks in the 440 nm to 600 nm, 550 nm to 800 nm, and 800 nm to 1400 nm bands, respectively, indicating the first half-hob transition phenomenon of the metal SWNTs. M ₁₁ ), the second half-hob transition phenomenon S ₂₂ of the semiconductor SWNT and the first half-hob transition phenomenon S ₁₁ of the semiconductor SWNT. In particular, each individual semiconductor nanotube exhibited near infrared luminescence with emission spectra corresponding to the S ₁₁ transition in the 900 nm to 1400 nm band. Given that the luminescence is canceled by adjacent SWNTs when the SWNTs agglomerate, these emission spectra indicate that the L-SWNTs are independent of each other without agglomeration.

실시예 2에서 얻은 H-SWNT에 대해서도 마찬가지 분석 결과를 얻을 수 있었다. The same analysis result was obtained also about H-SWNT obtained in Example 2.

<시험예 2><Test Example 2>

분광기와 육안 검사를 통해 다양한 pH에서의 L-SWNT의 안정성에 대해 살펴보았다. 원 pH가 6.5인 L-SWNT 생성물은 9개월 동안 안정하였다. 하지만 용액의 pH를 8.5 내지 11로 조정한 경우, L-SWNT는 쉽게 뭉쳐서 수용액과 분리되었다. pH를 11 이상으로 서서히 올리자 L-SWNT가 수용액상으로 되돌아갔다. Spectroscopic and visual inspection examined the stability of L-SWNT at various pHs. The L-SWNT product with a raw pH of 6.5 was stable for 9 months. However, when the pH of the solution was adjusted to 8.5 to 11, L-SWNTs easily aggregated and separated from the aqueous solution. The pH was gradually raised to 11 or more and L-SWNT returned to the aqueous phase.

상기 현상의 이해를 위해 L-SWNT의 제타(ζ) 포텐셜을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이 제타 포텐셜은 pH 10.02에서 등전점(isoelectric point)을 나타내었으며, 이는 순수한 리소자임의 등전점과 근사한 것이었다. In order to understand the phenomenon, the zeta (ζ) potential of L-SWNT was measured, and the results are shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, the zeta potential exhibited an isoelectric point at pH 10.02, which is close to the isoelectric point of pure lysozyme.

또한, 실시예 2에서 얻은 H-SWNT에 대해서도 상기 실험 과정을 반복하였다. 용액의 pH가 9 이하 또는 12 이상에서, H-SWNT는 수용액 상에 퍼져서 녹아들어 갔으며, pH 9 내지 12의 범위에서는 뭉쳐져서 수용액과 분리되었다. H-SWNT의 제타 포텐셜은 pH 11.5에서 등전점(isoelectric point)을 나타내었다. In addition, the experimental process was repeated for the H-SWNT obtained in Example 2. When the pH of the solution was 9 or less or 12 or more, H-SWNT was dispersed and dissolved in the aqueous solution, and in the range of pH 9 to 12, the solution aggregated and separated from the aqueous solution. Zeta potential of H-SWNT showed an isoelectric point at pH 11.5.

<시험예 3><Test Example 3>

pH 변화에 따른 L-SWNT 뭉침과 풀림의 가역성을 조사하기 위해 그의 방출 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. pH의 조절은 1N 농도의 NaOH 용액과 1N 농도의 HCl 용액을 사용하여 행하였다. 도 4에서 보듯이, pH 12.95(굵은 실선)에서 pH 9(점선)에 이르기까지 방출 강도가 현격히 줄어들었으며, pH 9에서의 스펙트럼은 별다른 특징이 없었다. 여기서 pH를 다시 11 까지 증가시켰을때는 별다른 변화가 없었으나, pH 11을 넘어가면서 방출 강도가 다시 점점 증가되었고 pH가 12.5(회색 실선)에 이르자 종전의 방출 강도를 거의 회복하였다. In order to investigate the reversibility of L-SWNT aggregation and unwinding with pH change, its emission spectrum was measured, and the results are shown in FIG. 4. The pH was adjusted using a 1N NaOH solution and a 1N HCl solution. As shown in Fig. 4, the emission intensity was significantly reduced from pH 12.95 (thick solid line) to pH 9 (dotted line), and the spectrum at pH 9 was not characteristic. When the pH was increased to 11 again, there was no change, but the emission intensity increased again and again when the pH was reached to 11, and when the pH reached 12.5 (solid gray line), the previous emission intensity was almost recovered.

pH 9이하의 경우에 대해서도 실험을 수행하였다. pH 8 이하에서 pH 9에 이르기까지 방출 강도가 현격히 줄어들었으며, pH 9에서의 스펙트럼은 별다른 특징이 없었다. 여기서 pH를 다시 8 이하로 감소시켰을 때 방출 강도가 다시 점점 증가되어 종전의 방출 강도를 거의 회복하였다.Experiments were also performed for cases below pH 9. The emission intensity decreased significantly from pH 8 below to pH 9, and the spectrum at pH 9 was not characteristic. Here, when the pH was lowered back to 8 or less, the emission intensity gradually increased again to almost recover the previous emission intensity.

상기 실험 과정을 H-SWNT에 대해 실시하여 마찬가지의 결과를 얻었다. The experimental procedure was carried out on H-SWNT to obtain the same result.

<시험예 4><Test Example 4>

원편광 2색성(circular dichroism; CD)을 이용하여 본 발명에 따라 제조된 SWNT의 단백질의 안정성을 검사하였다. 잘 알려진 바와 같이 짧은 파장은 단백질의 2차 구조를, 긴 파장은 단백질의 3차 구조를 나타낸다. 검사 결과 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이 CD 스펙트럼은 거의 바뀌지 않았으며, 단백질이 거의 변화하지 않은 것을 알 수 있었다. 도 5와 도 6은 각각 근거리 및 원거리 UV-CD 데이터를 나타내 고 짙은 선은 L-SWNT, 흐린 선은 LSZ의 스펙트럼 데이터를 나타낸다.Circular dichroism (CD) was used to examine the stability of the protein of the SWNT prepared according to the present invention. As is well known, short wavelengths represent the secondary structure of proteins and long wavelengths represent the tertiary structures of proteins. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the CD spectrum was hardly changed and the protein was hardly changed. 5 and 6 show near-field and far-field UV-CD data, the dark line shows L-SWNT, and the dim line shows spectral data of LSZ.

본 발명의 pH-감응 발광성 SWNT 유도체는 pH의 변화에 따라 SWNT가 뭉쳐지거나 풀어져서 그 발광성에 변화가 생기는 특성이 있으며, 이 특성을 이용해 광학 센서 등 수많은 분야에서 이용이 가능하다. 또한, 그 제조에 사용되는 기본 단백질의 2차 구조 내지 3차 구조가 유지되므로 생의학 연구에 있어서 이러한 구조를 이용하는 제품을 개발하는 데에도 유용하다.The pH-sensitive luminescent SWNT derivative of the present invention has a characteristic of changing the luminescence by agglomeration or unwinding of SWNTs according to a change in pH, and can be used in many fields such as an optical sensor. In addition, since the secondary to tertiary structure of the basic protein used in the preparation is maintained, it is also useful for developing a product using such a structure in biomedical research.

Claims (9)

단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)와 양쪽성 천연 단백질(amphoteric natural protein)이 비공유 결합된 구조를 가진 pH-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브 유도체.A pH-sensitive luminescent single wall carbon nanotube derivative having a structure in which a single wall carbon nanotube (SWNT) and an amphoteric natural protein are noncovalently bound to each other. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양쪽성 천연 단백질이 염기성의 천연 단백질인 것을 특징으로 하는 pH-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브 유도체.PH-sensitive luminescent single wall carbon nanotube derivative, characterized in that the amphoteric natural protein is a basic natural protein. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 천연 단백질이 리소자임, 히스톤, 미오글로빈, 헤모글로빈, 소혈청 알부민(bovine serum albumin) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 pH-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브 유도체.PH-sensitive luminescent single-walled carbon nanotube derivatives, characterized in that the natural protein is selected from the group consisting of lysozyme, histone, myoglobin, hemoglobin, bovine serum albumin and mixtures thereof. 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT)를 양쪽성 천연 단백질(amphoteric natural protein)의 수용액에 가하고 균질화기로 균질화한 후 고형분을 제거하는 것을 포함하는 제 1 항의 pH-감응 발광성 단일벽 탄소 나노튜브 유도체의 제조 방법. A method for preparing the pH-sensitive luminescent single wall carbon nanotube derivative of claim 1 comprising adding a single wall carbon nanotube (SWNT) to an aqueous solution of amphoteric natural protein, homogenizing with a homogenizer and then removing solids. . 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 균질화가 초음파 처리를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법. The homogenization is carried out by ultrasonication. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 원심 분리를 통해 고형분을 제거하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. A process for producing a solid, characterized in that the removal of the solids by centrifugation. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 탄소 나노튜브가 길이가 500 nm 내지 2 ㎛이고 단백질에 대해 3-10 중량% 범위의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.Wherein the carbon nanotubes are 500 nm to 2 μm in length and are used in amounts ranging from 3-10% by weight relative to the protein. 삭제delete 삭제delete

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