KR101015469B1 - Silica nanotube selective to nucleotide, preparation method of the same, and biosensor including of the same - Google Patents

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Abstract

뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 바이오 센서가 개시된다. 본 발명의 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브는 원통형으로 형성된 주형의 일측면이 주기율표상의 7족 원소 또는 하이드록실기로 포화되어 있고, 상기 주형의 타측면이 뉴클레오티드로 포화되어 있으며, 상기 주형은 실리카를 포함한다. 본 발명에 따르면, 뉴클레오티드에 대해서 선택적으로 반응하는 실리카 나노튜브를 제공함으로써 생체 의학적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. Nucleotide selective silica nanotubes and methods for their preparation, and biosensors using the same, are disclosed. In the nucleotide-selective silica nanotubes of the present invention, one side of a template formed in a cylindrical shape is saturated with a group 7 element or a hydroxyl group on the periodic table, and the other side of the template is saturated with nucleotides, and the template includes silica. . According to the present invention, there is an effect that can be used biomedical by providing silica nanotubes that selectively react with nucleotides.

실리카 나노튜브 Silica nanotubes

Description

뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 바이오 센서{Silica nanotube selective to nucleotide, preparation method of the same, and biosensor including of the same}Silica nanotube selective to nucleotide, preparation method of the same, and biosensor including of the same}

본 발명은 실리카 나노튜브에 대한 것으로, 더욱 상세하기로는 표적 뉴클레오티드를 선택적으로 탐지할 수 있는 실리카 나노튜브 및 이의 제조방법과 이 실리카 나노튜브를 포함하는 바이오 센서에 대한 것이다. The present invention relates to silica nanotubes, and more particularly, to silica nanotubes capable of selectively detecting a target nucleotide, a method for preparing the same, and a biosensor including the silica nanotubes.

최근 산업계에서는 초소형화, 초정밀화되고 있는 부품들의 개발에 맞추어 나노미터 크기의 기능성 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, research on nanometer-sized functional materials has been actively conducted in accordance with the development of miniaturized and ultra-precise parts.

나노미터 크기의 기능성 물질 개발을 위해서 나노미터 크기의 튜브, 즉, 나노튜브를 사용하는 기술이 많이 응용되고 있다. 나노튜브는 일반적으로 탄소 나노튜브가 많이 이용되고 있는데, 탄소 나노튜브는 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형 벌집 무늬로 결합되어 있는 튜브 형태를 이루고 있는 물질이다. In order to develop nanometer-sized functional materials, many technologies using nanometer-sized tubes, that is, nanotubes, have been applied. In general, carbon nanotubes are widely used, and carbon nanotubes are materials in the form of tubes in which carbon atoms are bonded to other carbon atoms in a hexagonal honeycomb pattern.

그러나, 탄소는 생체 친화적이지 않기 때문에, 의학 및/또는 약학과 같은 분야에서는 응용되는 범위가 좁다. However, since carbon is not biocompatible, its application is narrow in fields such as medicine and / or pharmacy.

한편, 실리카(silicon dioxide, SiO2)로 제조되는 실리카 나노튜브에 대한 관심이 높아지고 있다. 실리카 나노튜브는 그 제조가 용이하고 제조 단가가 저렴하며, 수용액 중에서 쉽게 현탁화할 수 있는 점 때문에 응용 범위가 넓은 장점이 있다. Meanwhile, interest in silica nanotubes made of silica (SiO 2 ) is increasing. Silica nanotubes have advantages in that they are easy to manufacture, inexpensive to manufacture, and can be easily suspended in aqueous solution.

또한, 실리카 나노튜브는 생체 적합성이 우수하여 최근 의약 분야에서도 연구 개발이 시급히 요구되고 있다. In addition, silica nanotubes have excellent biocompatibility, and thus research and development are urgently required in the medical field.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실리카 나노튜브를 이용하여 표적 뉴클레오티드를 검출할 수 있는 실리카 나노튜브를 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been made in view of the above requirements, and an object of the present invention is to provide silica nanotubes capable of detecting target nucleotides using silica nanotubes.

본 발명의 두번째 목적은 표적 뉴클레오티드를 검출할 수 있는 실리카 나노튜브의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다. It is a second object of the present invention to provide a method for preparing silica nanotubes capable of detecting a target nucleotide.

본 발명의 세번째 목적은 표적 뉴클레오티드를 검출할 수 있는 실리카 나노튜브를 포함하는 바이오 센서를 제공하고자 하는 것이다. It is a third object of the present invention to provide a biosensor comprising silica nanotubes capable of detecting a target nucleotide.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브는 원통형으로 형성된 주형의 일측면이 주기율표상의 7족 원소 또는 하이드록실기로 포화되어 있고,Nucleotide selective silica nanotubes according to the present invention for achieving the above object is that one side of the template formed in a cylindrical shape is saturated with a Group 7 element or a hydroxyl group on the periodic table,

상기 주형의 타측면이 뉴클레오티드로 포화되어 있으며, The other side of the template is saturated with nucleotides,

상기 주형은 실리카를 포함한다. The template includes silica.

상기 7족 원소는 염소 또는 불소인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 염소이다. It is preferable that the said Group 7 element is chlorine or fluorine, More preferably, it is chlorine.

상기 염소는 상기 주형의 외측면에 포화되는 것이 바람직하다. The chlorine is preferably saturated on the outer surface of the mold.

상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드는 구아닌, 아데노신, 티미딘 또는 시토신이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 티미딘이다. The nucleotides that saturate the template are preferably guanine, adenosine, thymidine or cytosine, more preferably thymidine.

상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드가 티미딘인 경우, 실리카 나노 튜브는 아데노신 선택적이다. If the nucleotide that saturates the template is thymidine, the silica nanotubes are adenosine selective.

본 발명의 두번째 목적을 달성하기 위한 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브의 제조 방법은,Method for producing a nucleotide selective silica nanotubes to achieve the second object of the present invention,

겔형성제를 이용하여 유기 겔 섬유를 제조하는 단계;Preparing an organic gel fiber using a gel former;

상기 유기 겔 섬유에 테트라에톡시실란을 첨가하여 반응시켜서 원통형의 실리카 나노 튜브 주형을 제조하는 단계;Adding tetraethoxysilane to the organic gel fibers and reacting to prepare a cylindrical silica nanotube template;

상기 실리카 나노 튜브 주형의 외측면에 염소를 고정시키는 단계; 및Fixing chlorine to an outer surface of the silica nanotube template; And

상기 실리카 나노 튜브 주형의 내측면에 뉴클레오티드를 고정시키는 단계;Immobilizing nucleotides on the inner side of the silica nanotube template;

를 포함한다. It includes.

상기 실리카 나노 튜브 주형의 외측면에 염소를 고정시키는 단계는 (3-클로로)트리메톡시실란을 이용하는 것이 바람직하다. Fixing the chlorine on the outer surface of the silica nanotube template is preferably using (3-chloro) trimethoxysilane.

상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드는 구아닌, 아데노신, 티미딘 또는 시 토신인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 티미딘이다. The nucleotides that saturate the template are preferably guanine, adenosine, thymidine or cytosine, more preferably thymidine.

본 발명의 세번째 목적을 달성하기 위한 바이오 센서는,Biosensor for achieving the third object of the present invention,

기재; 및materials; And

상기 기재 상에 코팅된 센서층;을 포함하고, And a sensor layer coated on the substrate.

상기 센서층은 실리카를 포함하는 원통형의 나노튜브를 포함하며,The sensor layer comprises a cylindrical nanotube containing silica,

상기 나노튜브의 일측면이 뉴클레오티드로 포화되어 있으며, One side of the nanotube is saturated with nucleotides,

상기 뉴클레오티드는 티미딘, 구아닌, 시토신 또는 아데노신이다. The nucleotide is thymidine, guanine, cytosine or adenosine.

상기 바이오 센서는 상기 나노튜브에 포화되어 있는 뉴클레오티드가 표적 뉴클레오티드와 반응하여 발광하는 것을 탐지하는 것이 바람직하다. The biosensor preferably detects that the nucleotides saturated in the nanotubes react with the target nucleotides to emit light.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 특정 뉴클레오티드에 대해서 선택적으로 반응하는 실리카 나노튜브 및 그 제조 방법과 이를 응용한 바이오 센서를 제공하여, 질병의 진단이나 세포적 사건을 모니터링하는 데에 중요한 도구로서 개발될 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, by providing a silica nanotube that selectively reacts to a specific nucleotide, a method of manufacturing the same and a biosensor using the same, to be developed as an important tool for the diagnosis of disease or monitoring cellular events It can be effective.

이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명은 표적 뉴클레오티드를 탐지하기 위하여 뉴클레오티드를 담지하는 실리카 나노튜브에 대한 것이다. The present invention is directed to silica nanotubes carrying nucleotides for detecting target nucleotides.

실리카 나노튜브는 그 생체 적합성으로 인하여 잠재적으로 바이오분리(bioseparation), 약물 전달, 화상 형성 및 생체 의학과 같은 분야에서 널리 사 용될 것이 기대되는 새로운 무기 구조물의 한 종류이다. Silica nanotubes are a type of new inorganic structure that, due to their biocompatibility, is potentially expected to be widely used in fields such as bioseparation, drug delivery, imaging and biomedical medicine.

본 발명은 이러한 실리카 나노튜브에 신규한 작용기를 친관성 구조와 결합시켜서 상용화가 가능하도록 기능화시키고자 한 것으로, 특히, 실리카 나노튜브에 소정의 뉴클레오티드를 결합시켜서 표적 뉴클레오티드를 탐지하는 바이오센서로 응용할 수 있도록 제공하고자 한다. The present invention intends to functionalize the silica nanotubes to enable commercialization by combining a novel functional group with an affinity structure. In particular, the present invention can be applied as a biosensor for detecting a target nucleotide by binding a predetermined nucleotide to the silica nanotube. We want to provide it.

본 명세서에서 사용하는 용어인 뉴클레오티드는 핵산을 구성하는 단위체로서, 염기-당-인산의 결합으로 이루어지는 것을 의미한다. As used herein, the term nucleotide is a unit constituting the nucleic acid, and means that the base-sugar-phosphoric acid binding.

염기는 DNA의 경우, 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)이 있으며, RNA의 경우 티민 대신 우라실(U)이 들어 간다. 이 중에서, 아데닌은 티민과 상보적 수소 결합을 하고, 구아닌은 시토신과 상보적 수소 결합을 한다. The base is adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) in the case of DNA, and uracil (U) instead of thymine in the RNA. Among them, adenine has a complementary hydrogen bond with thymine, and guanine has a complementary hydrogen bond with cytosine.

당은 5탄당을 포함한다. The sugar contains five tantalum.

먼저, 본 발명의 뉴클레오티드가 결합된 실리카 나노튜브, 즉, 뉴클레오티드-실리카 나노튜브는, 원통형으로 형성된 주형의 실리카 나노튜브의 내측 또는 외측면이 뉴클레오티드로 결합하고 있고, 다른 측면은 주기율표상의 7족 원소와 결합하고 있다. First, in the silica nanotubes, ie, nucleotide-silica nanotubes, to which the nucleotides of the present invention are bound, inner or outer surfaces of the silica nanotubes of a template formed in a cylindrical shape are bound by nucleotides, and the other side is a Group 7 element on the periodic table. Combined with.

주기율표상의 7족 원소 중에서는 염소와 결합시키는 것이 바람직하며, 원통형의 실리카 나노튜브 주형의 외측 표면을 염소와 결합시키는 것이 바람직하다. Among the Group 7 elements on the periodic table, it is preferable to bond with chlorine, and it is preferable to bond the outer surface of the cylindrical silica nanotube template with chlorine.

실리카 나노튜브 주형의 외측 표면을 먼저 염소로 포화시킨 후에 내측의 빈 공간을 뉴클레오티드로 포화시키는 것이 공정상 유리할 수 있기 때문인데, 편의에 따라서 외측 표면을 뉴클레오티드로 포화시키고 내측 표면을 염소로 포화시킬 수도 있다. It may be advantageous to process to saturate the outer surface of the silica nanotube template with chlorine first and then to saturate the inner empty space with nucleotides, for convenience the outer surface may be saturated with nucleotides and the inner surface may be saturated with chlorine. have.

시료 물질 중의 탐지하고자 하는 뉴클레오티드에 따라서 반응하는 뉴클레오티드를 포화시킨 실리카 나노튜브를 이용할 수 있다. Depending on the nucleotide to be detected in the sample material, silica nanotubes saturated with nucleotides reacting may be used.

즉, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 실리카 나노튜브의 주형과 결합하는 뉴클레오티드는 탐지하고자 하는 표적 뉴클레오티드와 결합할 수 있는 뉴클레오티드이다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이, A-T, G-C의 DNA 염기의 상보적 결합 관계를 고려할 수 있다. That is, in one embodiment according to the present invention, the nucleotide that binds to the template of silica nanotubes is a nucleotide capable of binding to the target nucleotide to be detected. As described above, the complementary binding relationship between the DNA bases of A-T and G-C may be considered.

본 발명의 뉴클레오티드-실리카 나노튜브를 제조하는 과정은 다음과 같다. The process for preparing the nucleotide-silica nanotubes of the present invention is as follows.

먼저, 겔형성제를 이용하여 유기 겔 섬유를 제조하고, 이 유기 겔 섬유에 테트라에톡시실란을 첨가하여 반응시켜서 원통형의 실리카 나노 튜브의 주형을 제조한다. First, an organic gel fiber is prepared using a gel forming agent, and tetraethoxysilane is added to the organic gel fiber and reacted to prepare a mold of a cylindrical silica nanotube.

겔형성제는 공지의 겔화제를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 겔화제로는 예를 들면, 카르복시폴리메틸렌, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시프로필 셀룰로오스, 폴록사머(poloxamer), 카라겐안(carrageenan), 비이검(Beegum), 카르복시비닐, 카라얀고무, 크산고무, 구아검, 아라비아고무, 트라가칸트고무와 같은 제품을 이용할 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. The gelling agent may use a known gelling agent. As the gelling agent that can be used in the present invention, for example, carboxypolymethylene, carboxymethyl cellulose, carboxypropyl cellulose, poloxamer, carrageenan, beegum, carboxyvinyl, carayan rubber, xan Products such as rubber, guar gum, gum arabic and tragacanth rubber may also be used, but are not limited thereto.

본 발명에서는 겔형성제로서, 다음의 화학식을 갖는 화합물을 혼합하여 사용한다. In the present invention, as a gel forming agent, a compound having the following chemical formula is mixed and used.

[화학식 A][Formula A]

Figure 112009015421219-pat00001
Figure 112009015421219-pat00001

[화학식 B][Formula B]

Figure 112009015421219-pat00002
Figure 112009015421219-pat00002

상기 화학식 A 및 화학식 B의 화합물을 혼합하여 겔 시료를 준비한 다음, 여기에 테트라에톡시실란(TEOS)을 첨가하여 반응시켜서 원통형의 실리카 나노 튜브의 주형을 제조한다. A gel sample is prepared by mixing the compounds of Formulas A and B, and then tetraethoxysilane (TEOS) is added thereto and reacted to prepare a template of cylindrical silica nanotubes.

상기 화학식 A의 겔형성제는 다음과 같은 반응식을 통해서 제조할 수 있다. Gel-forming agent of Formula A can be prepared through the following reaction scheme.

Figure 112009015421219-pat00003
Figure 112009015421219-pat00003

상기에서 (a) 에서는 11-브로모운데칸산, DCC, DMAP, THF의 용매가 사용되고, (b)에서는 TMA, THF/DMF와 같은 용매가 사용될 수 있다. In the above (a), a solvent of 11-bromodecanoic acid, DCC, DMAP, THF is used, and in (b) a solvent such as TMA, THF / DMF may be used.

또한, 화학식 B의 겔형성제는 다음과 같은 반응식을 통해서 제조할 수 있다. In addition, the gel-forming agent of Formula B can be prepared through the following reaction scheme.

Figure 112009015421219-pat00004
Figure 112009015421219-pat00004

상기 식에서 (a)에서는 도데실이소시아네이트, 톨루엔과 같은 용매가 사용되고, (b)에서는 DCM이 사용되며, (c)에서는 디에틸에테르와 같은 용매가 사용될 수 있다. In the above formula, in (a), a solvent such as dodecyl isocyanate and toluene is used, in (b) DCM is used, and in (c) a solvent such as diethyl ether may be used.

이렇게 해서 형성된 실리카 나노 튜브 주형은 원통형이면서 그 내부가 비어있지 않은 구조이다. The silica nanotube template thus formed is cylindrical and non-empty inside.

그 다음, 이렇게 해서 형성된 실리카 나노 튜브 주형의 외측면에 염소를 고정시킨다. The chlorine is then fixed to the outer surface of the silica nanotube mold thus formed.

염소를 고정시키기 위해서, (3-클로로프로필)트리메톡시실란을 실리카 나노 튜브에 접촉시켜서 염소가 실리카 나노 튜브에 고정되도록 한다. 실리카 나노 튜브의 주형이 그 내부가 비어 있지 않은 구조이기 때문에 염소는 실리카 나노 튜브의 외측면에 고정되게 된다. To fix the chlorine, (3-chloropropyl) trimethoxysilane is contacted with the silica nanotubes so that the chlorine is fixed to the silica nanotubes. Since the template of the silica nanotubes is not hollow inside, the chlorine is fixed to the outer surface of the silica nanotubes.

그 다음, 실리카 나노 튜브 주형의 내부를 세척해 내고, 이 내측면에 뉴클레오티드를 고정시킨다. The inside of the silica nanotube template is then washed away and the nucleotides are immobilized on this inner side.

상기와 같은 방법으로 제조되는 뉴클레오티드-실리카 나노튜브를 이용하여 바이오 센서를 제조할 수 있다. Biosensors may be prepared using nucleotide-silica nanotubes prepared in the same manner as described above.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 기재 상에 상기 제조되는 뉴클레오티드-실리카 나노튜브를 포함하는 코팅용액을 코팅하여 바이오 센서를 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a biosensor may be prepared by coating a coating solution including the nucleotide-silica nanotubes prepared above on a predetermined substrate.

이렇게 제조되는 바이오 센서는 특정 뉴클레오티드에 대해서 반응하게 되며, 이 반응에 의해서 발광을 하면 시료 중에 특정 뉴클레오티드의 존재 유무와 그 함량의 정도를 파악할 수 있다. The biosensor manufactured as described above reacts to a specific nucleotide, and when the light is emitted by this reaction, the presence of a specific nucleotide in the sample and the degree of its content can be determined.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 참고하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the embodiment according to the present invention will be described in more detail.

{실시예}{Example}

실리카 나노 튜브의 제조Preparation of Silica Nanotubes

상기 화학식 A 및 화학식 B를 갖는 화합물을 1:1의 중량%로 혼합하여 겔형성제를 준비하였다. The gel-forming agent was prepared by mixing the compound having Formula A and Formula B in a weight ratio of 1: 1.

이 겔형성제 30mg을 에탄올 2ml에 넣고 가열하여 용해시켜 겔 시료를 준비하였다. 30 mg of this gel-forming agent was added to 2 ml of ethanol and dissolved by heating to prepare a gel sample.

이 겔 시료에 테트라에톡시실란(TEOS) 120mg, 물 40mg, 벤질아민 40mg을 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 승온하였다. 그 다음, 이 반응 혼합물을 3일 동안 정지 상태로 실온에 방치하였다. 120 mg of tetraethoxysilane (TEOS), 40 mg of water, and 40 mg of benzylamine were added to this gel sample, and it heated up until the solution became transparent. This reaction mixture was then left at room temperature for 3 days at rest.

그 다음, 생성물을 톨루엔으로 세정하였다. The product was then washed with toluene.

이렇게 하여 실리카 나노튜브의 백색의 고형분을 수득하였다. This gave the white solid of the silica nanotubes.

한편, (3-클로로프로필)트리메톡시실란(100mg, 0.50 mmol)을 무수 톨루엔 10ml에 용해시켰다. 그 다음, 상기에서 수득된 백색 고형분의 실리카 나노튜브에 100mg을 첨가하여 현탁액을 제조하였다. 그 다음, 이 실리카 나노튜브 현탁액을 24시간 동안 60℃에서 교반하였다. On the other hand, (3-chloropropyl) trimethoxysilane (100 mg, 0.50 mmol) was dissolved in 10 ml of anhydrous toluene. Then, a suspension was prepared by adding 100 mg to the white solid silica nanotubes obtained above. This silica nanotube suspension was then stirred at 60 ° C. for 24 hours.

그 다음, 고형분을 수집하고 이를 뜨거운 에탄올로 세정하여 유기 겔 형성제와 잉여분의 (3-클로로프로필)트리메톡시실란을 제거하였고, 진공 하에서 건조시켰다. The solids were then collected and washed with hot ethanol to remove organic gel former and excess (3-chloropropyl) trimethoxysilane and dried under vacuum.

이렇게 하여 외측 표면이 염소로 포화된 실리카 나노튜브를 제조하였다. This produced silica nanotubes whose outer surface was saturated with chlorine.

티미딘Thymidine 화합물의 제조 Preparation of compounds

티미딘(1.0g, 4.12mmol)을 무수물 DMF(10ml) 중에 용해하였다. Thymidine (1.0 g, 4.12 mmol) was dissolved in anhydride DMF (10 ml).

트리에틸아민(3g, 29.6mmol) 및 트리에톡시실릴프로필 이소시아네이트(2.5g, 10.1mmol)을 티미딘 용액에 첨가하였다. 이 용액을 환류 조건하에서 24시간 동안 교반한 후 실온으로 냉각하였다. Triethylamine (3 g, 29.6 mmol) and triethoxysilylpropyl isocyanate (2.5 g, 10.1 mmol) were added to the thymidine solution. The solution was stirred for 24 hours under reflux conditions and then cooled to room temperature.

그 다음, 물을 첨가하였고, 에틸아세테이트 50ml로 추출하였다. 유기층을 MgSO4 로 건조하였다. 진공에서 유기 용매를 제거하여 흰색 고체를 수득하였다.Then water was added and extracted with 50 ml of ethyl acetate. The organic layer was dried over MgSO 4 . The organic solvent was removed in vacuo to yield a white solid.

이 조생성물을 에틸아세테이트/헥산(1/3 v/v)의 크로마토그래피 칼럼으로 정제하여 하기 화학식 C의 최종 생성물을 수득하였다. 수득율은 70%였다. This crude product was purified by chromatography column with ethyl acetate / hexane (1/3 v / v) to afford the final product of formula (C). Yield was 70%.

[화학식 C][Formula C]

Figure 112009015421219-pat00005
Figure 112009015421219-pat00005

이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다. This can be expressed as a reaction equation as follows.

Figure 112009015421219-pat00006
Figure 112009015421219-pat00006

1H NMR(300MHz, DMSO-d6)δ= 11.3(s, 1H), 7.47(s, 1H), 7.4~7.0(m, 3H), 6.2(t, 1H, J=6Hz), 5.36~5.06(m, 1H), 4.23~4.09(m, 3H), 3.93(q, 12H, J=3.6Hz), 2.96(d, 2H, J=3Hz), 2.50~2.15(m, 2H), 1.46(m, 4H), 1.13(t, 18H, J=6.9Hz), 0.55(t, 4H, J=7.5Hz); 1 H NMR (300MHz, DMSO-d 6 ) δ = 11.3 (s, 1H), 7.47 (s, 1H), 7.4 ~ 7.0 (m, 3H), 6.2 (t, 1H, J = 6Hz), 5.36 ~ 5.06 (m, 1H), 4.23 to 4.09 (m, 3H), 3.93 (q, 12H, J = 3.6 Hz), 2.96 (d, 2H, J = 3 Hz), 2.50 to 2.15 (m, 2H), 1.46 (m , 4H), 1.13 (t, 18H, J = 6.9 Hz), 0.55 (t, 4H, J = 7.5 Hz);

13C NMR(300MHq, DMSO-d6):164.0, 156.2, 155.7, 150.9, 136.0, 110.2, 84.2, 82.5, 74.8, 64.3, 59.7, 43.4, 36.5, 23.4, 18.5, 15.5, 12.5, 7.6; 13 C NMR (300MHq, DMSO-d 6 ): 164.0, 156.2, 155.7, 150.9, 136.0, 110.2, 84.2, 82.5, 74.8, 64.3, 59.7, 43.4, 36.5, 23.4, 18.5, 15.5, 12.5, 7.6;

IR(KBr 플레이트 상에서, cm-1): 3340(m), 2980(s), 2922(s), 2885(s), 1705(s), 1536(m);IR (on KBr plate, cm −1 ): 3340 (m), 2980 (s), 2922 (s), 2885 (s), 1705 (s), 1536 (m);

EI+ MS m/z (M) 736; EI + MS m / z (M) 736;

C30H56N4O13Si2에 대한 Anal. Calcd. : C,48.89; H,7.66; N,7.60; O,28.22; Si, 7.62; 확인: C, 47.73, H, 7.74; N, 7.42.Anal for C 30 H 56 N 4 O 13 Si 2 . Calcd. : C, 48.89; H, 7.66; N, 7.60; 0,28.22; Si, 7.62; Found: C, 47.73, H, 7.74; N, 7.42.

티미딘Thymidine -실리카 나노튜브의 제조Preparation of Silica Nanotubes

상기에서 제조된 실리카 나노튜브와 화학식 C의 티미딘 화합물을 결합시킨 티미딘-실리카 나노튜브를 제조하였다. A thymidine-silica nanotube was prepared by combining the silica nanotubes prepared above with the thymidine compound of Formula C.

먼저 상기 제조된 실리카 나노튜브의 내면에 선택적으로 티미딘 화합물을 고정하기 위해서, 화학식 C의 상기 제조된 티미딘 화합물(100mg, 0.13mmol)을 무수 톨루엔 10ml에 용해시켰다. 그 다음, 실리카 나노튜브 100mg을 첨가하여 반응시켰다. First, in order to selectively fix the thymidine compound to the inner surface of the prepared silica nanotubes, the prepared thymidine compound (100 mg, 0.13 mmol) of Formula C was dissolved in 10 ml of anhydrous toluene. Then, 100 mg of silica nanotubes were added and reacted.

그 다음, 이 반응 혼합물을 24시간 동안 환류 조건에서 교반하였다. The reaction mixture was then stirred at reflux for 24 hours.

그 다음, 고형분을 수집하고 과량의 THF로 세정하여 잉여분의 티미딘 화합물을 제거하였고, 진공하에서 건조시켰다. The solids were then collected and washed with excess THF to remove excess thymidine compound and dried under vacuum.

이렇게 하여 티미딘-실리카 나노튜브를 수득하였다. This gave thymidine-silica nanotubes.

이렇게 해서 수득된 티미딘-실리카 나노튜브의 TEM(전자주사 현미경) 이미지 를 도 1a에 나타내고, 13C CP/MAS를 도 6에 나타내며, TOF-SIMS9이차이온질량 분석기) 스펙트럼을 도 7에 나타내었다. The TEM (electroscanning microscope) image of the thymidine-silica nanotubes thus obtained is shown in FIG. 1A, 13 C CP / MAS in FIG. 6, and a TOF-SIMS9 secondary ion mass spectrometer) spectrum is shown in FIG. 7. .

도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 티미딘-실리카 나노튜브에서 티미딘이 공유 결합으로 고정되어 있는 것으로 이해할 수 있다. Referring to Figure 1b, it can be understood that thymidine is covalently fixed in the thymidine-silica nanotubes prepared according to one embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 티미딘은 티미딘-실리카 나노튜브에서 그 내부 지름의 20nm 지점에서 잘 드러나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1A, it can be seen that thymidine is well revealed at 20 nm of its inner diameter in thymidine-silica nanotubes.

도 6을 참조하면, 13C CP/MAS 관측에 따르면, 탄소 피크가 117, 159, 179ppm에서 나타나는데, 이들은 티미딘 화합물의 탄소임을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, according to 13 C CP / MAS observation, carbon peaks appear at 117, 159, and 179 ppm, which can be seen as carbon of the thymidine compound.

또한, 도 7에서 알 수 있듯이, 티미딘 화합물의 분절은 이차이온질량분석기로 확인할 수 있는데, 이들에 의해서, 티미딘 화합물이 실리카 나노튜브의 내부 표면에 부착되어 있음을 알 수 있다. In addition, as can be seen in Figure 7, the segment of the thymidine compound can be confirmed by a secondary ion mass spectrometer, which indicates that the thymidine compound is attached to the inner surface of the silica nanotubes.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라서 티미딘-실리카 나노튜브를 제조하는 과정이 잘 도시되어 있다. Referring to FIG. 5, a process of preparing thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention is well illustrated.

{테스트}{Test}

다음 화학식들로 표현되는 시료들을 각각 준비하였다. Samples represented by the following formulas were prepared, respectively.

Figure 112009015421219-pat00007
Figure 112009015421219-pat00007

편의상 상기 화학식 1을 갖는 시료를 이하에서 화합물 1이라고 칭한다. For convenience, the sample having Formula 1 will be referred to as Compound 1 below.

Figure 112009015421219-pat00008
Figure 112009015421219-pat00008

편의상 상기 화학식 2을 갖는 시료를 이하에서 화합물 2라고 칭한다. For convenience, the sample having Chemical Formula 2 is referred to as Compound 2 below.

Figure 112009015421219-pat00009
Figure 112009015421219-pat00009

편의상 상기 화학식 3을 갖는 시료를 이하에서 화합물 3이라고 칭한다. For convenience, the sample having Chemical Formula 3 is referred to as Compound 3 below.

Figure 112009015421219-pat00010
Figure 112009015421219-pat00010

편의상 상기 화학식 4을 갖는 시료를 이하에서 화합물 4라고 칭한다. For convenience, the sample having Chemical Formula 4 is referred to as Compound 4 below.

Figure 112009015421219-pat00011
Figure 112009015421219-pat00011

편의상 상기 화학식 5을 갖는 시료를 이하에서 화합물 5라고 칭한다. For convenience, the sample having Chemical Formula 5 is referred to as Compound 5 below.

Figure 112009015421219-pat00012
Figure 112009015421219-pat00012

식 중 n이 6, m이 12인 경우는 화합물 6, n이 3, m이 15인 경우는 화합물 7로, n이 1, m이 17인 경우는 화합물 8이라고 한다. In the formula, when n is 6 and m is 12, compound 6, n is 3, and m is 15, it is compound 7, and when n is 1 and m is 17, it is called compound 8.

먼저, 화합물 1, 화합물 2 및 화합물 3을 다음과 같은 방법으로 제조하여 준비하였다. First, Compound 1, Compound 2, and Compound 3 were prepared by the following method.

화합물 1의 제조Preparation of Compound 1

8-브로모아데노신(50mg, 0.14mmol), 피렌보론산(pyrene boronoic acid)(40mg, 0.16mmol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(30mg, 0.08mmol)을 진공에서 30분 동안 건조시켰다. 8-bromoadenosine (50 mg, 0.14 mmol), pyrene boronoic acid (40 mg, 0.16 mmol) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (30 mg, 0.08 mmol) were dried in vacuo for 30 minutes. .

그 다음, 혼합물을 DMF(10ml)에 용해시켰다. 그 다음, Na2CO3(22mg, 0.21mmol) 수용액을 부어 24시간 동안 60℃에서 교반하였다. The mixture was then dissolved in DMF (10 ml). Then, an aqueous Na 2 CO 3 (22 mg, 0.21 mmol) solution was poured and stirred at 60 ° C. for 24 hours.

이 반응 혼합물을 여과하고, 여과물을 에틸아세테이트로 세정하여 화학식 1의 화합물을 제조하였다. The reaction mixture was filtered, and the filtrate was washed with ethyl acetate to prepare a compound of formula 1.

이 반응을 반응식으로 도식화하면 다음과 같다. Scheme of this reaction is as follows.

Figure 112009015421219-pat00013
Figure 112009015421219-pat00013

수득율: 50%Yield: 50%

1H NMR(300MHz, DMSO-d6)δ= 8.47(d, 1H), 8.42(d, 1H), 8.39(d, 1H), 8.34(d, 1H), 8.29(d, 1H), 8.25(s, 1H), 8.21(bm, 1H), 8.12(t, 1H), 7.61(s, 2H), 5.41(d, 2H), 5.0~5.2(bm, 1H), 4.78(bs, 1H), 4.04(m, 1H), 3.81(s, 1H), 3.68(m, 1H); 1 H NMR (300MHz, DMSO-d 6 ) δ = 8.47 (d, 1H), 8.42 (d, 1H), 8.39 (d, 1H), 8.34 (d, 1H), 8.29 (d, 1H), 8.25 ( s, 1H), 8.21 (bm, 1H), 8.12 (t, 1H), 7.61 (s, 2H), 5.41 (d, 2H), 5.0 to 5.2 (bm, 1H), 4.78 (bs, 1H), 4.04 (m, 1 H), 3.81 (s, 1 H), 3.68 (m, 1 H);

IR(KBr 플레이트 상에서, cm-1): 3414(s), 1641(s), 1576(w), 1538(m), 1454(w);IR (on KBr plate, cm −1 ): 3414 (s), 1641 (s), 1576 (w), 1538 (m), 1454 (w);

EI+MSm/z(M)467;EI + MS m / z (M) 467;

C26H21N4O5에 대한 Anal. Calcd. : C,66.80; H,4.53; N, 14.98; O, 13.69; 확인: C, 64.32, H, 4.78; N, 14.43.Anal for C 26 H 21 N 4 O 5 . Calcd. : C, 66.80; H, 4.53; N, 14.98; 0, 13.69; Found: C, 64.32, H, 4.78; N, 14.43.

C26H21N4O5에 대한 Anal. Calcd. : C,66.80; H,4.53; N, 14.98; O, 13.69; 확 인: C, 64.32, H, 4.78; N, 14.43.Anal for C 26 H 21 N 4 O 5 . Calcd. : C, 66.80; H, 4.53; N, 14.98; 0, 13.69; Found: C, 64.32, H, 4.78; N, 14.43.

화합물 2의 제조Preparation of Compound 2

화합물 2는 상기 화합물 1의 제조에 있어서 8-브로모아데노신 대신에 8-브로모구아노신을 사용하는 것을 제외하고는 화합물 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하였다. Compound 2 was prepared in the same manner as in the preparation of Compound 1, except that 8-bromoguanosine was used instead of 8-bromoadenosine in the preparation of Compound 1.

이 반응을 반응식으로 도식화하면 다음과 같다. Scheme of this reaction is as follows.

Figure 112009015421219-pat00014
Figure 112009015421219-pat00014

수득율: 50%Yield: 50%

1H NMR(300MHz, DMSO-d6)δ= 7.5~8.5(m, 9H), 6.78(s, 2H), 5.67(m, 1H), 5.41(s, 1H), 4.78~5.0(m, 1H); 1 H NMR (300MHz, DMSO-d 6 ) δ = 7.5 ~ 8.5 (m, 9H), 6.78 (s, 2H), 5.67 (m, 1H), 5.41 (s, 1H), 4.78 ~ 5.0 (m, 1H );

IR(KBr 플레이트 상에서, cm-1): 3336(s), 1683(s), 1646(s), 1595(s), 1507(w), 1463(s);IR (on KBr plate, cm −1 ): 3336 (s), 1683 (s), 1646 (s), 1595 (s), 1507 (w), 1463 (s);

EI+MSm/z(M)483.48;EI + MS m / z (M) 483.48;

C26H21N5O5에 대한 Anal. Calcd. : C,64.59; H,4.38; N, 14.49; O, 16.55; 확인: C, 64.70, H, 4.35; N, 14.25.Anal for C 26 H 21 N 5 O 5 . Calcd. : C, 64.59; H, 4.38; N, 14.49; 0, 16.55; Found: C, 64.70, H, 4.35; N, 14.25.

화합물 3의 제조Preparation of Compound 3

화합물 3는 상기 화합물 1의 제조에 있어서 8-브로모아데노신 대신에 6-브로모시토신을 사용하는 것을 제외하고는 화합물 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 제조하였다. Compound 3 was prepared in the same manner as in the preparation of Compound 1, except that 6-bromocytosine was used instead of 8-bromoadenosine in the preparation of Compound 1.

이 반응을 반응식으로 도식화하면 다음과 같다. Scheme of this reaction is as follows.

Figure 112009015421219-pat00015
Figure 112009015421219-pat00015

수득율: 50%Yield: 50%

1H NMR(300MHz, DMSO-d6)δ= 6.98~7.73(m, 10H), 6.88(s, 2H); 1 H NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ) δ = 6.98-7.73 (m, 10H), 6.88 (s, 2H);

IR(KBr 플레이트 상에서, cm-1): 3448(m), 3368(w), 3287(w), 3059(m), 1698(s), 1654(s), 1610(m), 1537(w), 1457(s);IR (on KBr plate, cm −1 ): 3448 (m), 3368 (w), 3287 (w), 3059 (m), 1698 (s), 1654 (s), 1610 (m), 1537 (w) , 1457 (s);

EI+MSm/z(M) 311.34;EI + MS m / z (M) 311.34;

C20H13N3O에 대한 Anal. Calcd. : C,77.16; H,4.21; N, 13.50; O, 5.14; 확인: C, 77.25, H, 4.25; N, 5.18.Anal for C 20 H 13 N 3 O. Calcd. : C, 77.16; H, 4.21; N, 13.50; 0, 5.14; Found: C, 77.25, H, 4.25; N, 5.18.

티미딘Thymidine -실리카 나노튜브의 선택적 탐지 능력Selective detection of silica nanotubes

각각의 시료 분자에 대한 티미딘-실리카 나노튜브의 선택적 탐지 및 분리 능력을 확인하기 위해서, 티미딘-실리카 나노튜브(2.5mg)을 화합물 1 내지 화합물 8의 각각의 시료 분자(2.5×10-6M)를 함유하는 수용액(1mL, 0.1M 포스페이트 완충 식염수, pH=7.4) 에 첨가하였다. To confirm the ability of selective detection and separation of thymidine-silica nanotubes for each sample molecule, thymidine-silica nanotubes (2.5 mg) were added to each sample molecule of compounds 1 to 8 (2.5 × 10 −6). To an aqueous solution containing M) (1 mL, 0.1 M phosphate buffered saline, pH = 7.4).

각각의 혼합물을 교반하고 10분간 시료 분자가 티미딘-실리카 나노튜브에 침입하도록 방치하였다. Each mixture was stirred and left to allow sample molecules to infiltrate the thymidine-silica nanotubes for 10 minutes.

그 다음, 티미딘-실리카 나노튜브를 여과한 후, 형광분광측정법 및 형광 관찰법을 통해 티미딘-실리카 나노튜브와 화합물 1 내지 화합물 8의 각각의 시료 분자에 대한 결합 능력을 측정하였다. (이와 비교하기 위해서, 각 화합물들의 시료 분자에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하기 전의 각 수용액의 형광분광측정법 및 형광 관찰을 미리 측정하였다.) Then, after filtering the thymidine-silica nanotubes, the binding ability of the thymidine-silica nanotubes with each of the sample molecules of the compounds 1 to 8 was measured by fluorescence spectrometry and fluorescence observation. (To compare with this, fluorescence spectrometry and fluorescence observation of each aqueous solution before adding thymidine-silica nanotubes to the sample molecules of the compounds were measured in advance.)

한편, 티미딘-실리카 나노튜브의 각 시료 분자에 대한 결합을 확인하기 위해서 대조군으로 티미딘이 결합하지 않은 실리카 나노튜브를 상기와 같이 동일한 방법으로 각 시료 분자의 수용액에 첨가하고 이를 형광분광측정법 및 형광 관찰법으 로 측정하였다. On the other hand, in order to confirm the binding of the thymidine-silica nanotubes to each sample molecule, silica nanotubes, in which thymidine is not bound, are added to the aqueous solution of each sample molecule in the same manner as the control, and the fluorescence spectrometry and It was measured by fluorescence observation.

도 2a, 도 8, 도 9를 참조하면, 도 2a는 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가에 따른 아데노신 시료에 있어서의 형광 스펙트라의 변화를 나타내고 있고, 도 8은 티미딘-실리카 나노튜브-아데노신의 결합의 존재를 보이는 형광 현미경 이미지를 나타내고 있으며, 도 9는 도 8의 형광 현미경 이미지를 티미딘-실리카 나노튜브와 아데노신간의 결합관계를 도시한 이미지를 나타내고 있다. 이 이미지에서 아데노신에 의해서 발광이 일어나는 것을 나타낸 것이다. 2A, 8, and 9, FIG. 2A shows the change in fluorescence spectra in adenosine samples with the addition of thymidine-silica nanotubes, and FIG. 8 shows the change of thymidine-silica nanotubes-adenosine. Fluorescence microscopy images showing the presence of binding are shown, and FIG. 9 shows the fluorescence microscopy image of FIG. 8 showing the binding relationship between thymidine-silica nanotubes and adenosine. In this image, luminescence is caused by adenosine.

도 2a를 참조하면, 티미딘-실리카 나노튜브에 대한 형광 관찰 결과, 화합물 1, 즉 아데노신 시료의 수용액에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하기 전에 비해서, 첨가한 후의 수용액 중의 아데노신의 함량이 급격히 감소하여 약 95% 이상이 용액에서 제거되었음을 알 수 있다. 이는, 아데노신이 티미딘-실리카 나노튜브와 결합함에 따라서 수용액 중에 잔존하는 양이 없어졌음을 의미한다. 즉, 화합물 1의 아데노신과 티미딘 모이어티간에 상보적 수소 결합때문에, 화합물 1의 아데노신이 선택적으로 티미딘-실리카 나노튜브와 결합하였기 때문이다. Referring to FIG. 2A, the fluorescence observation of the thymidine-silica nanotubes revealed that the content of adenosine in the aqueous solution after the addition was sharply reduced compared to before adding the thymidine-silica nanotubes to the aqueous solution of the compound 1, that is, the adenosine sample. It can be seen that more than about 95% was removed from the solution. This means that as the adenosine binds to the thymidine-silica nanotubes, the amount remaining in the aqueous solution is lost. That is, because of the complementary hydrogen bonding between the adenosine and thymidine moieties of compound 1, the adenosine of compound 1 selectively binds to the thymidine-silica nanotubes.

또한, 화합물 1의 아데노신 시료의 수용액에서 여과된 티미딘-실리카 나노튜브는 강한 형광(도 8 및 9 참조)을 보이는데 이는 티미딘-실리카 나노튜브의 내부 면에 결합한 아데노신의 형광에 의한 것이다. (형광은 λem=345nm)In addition, the thymidine-silica nanotubes filtered in the aqueous solution of the adenosine sample of Compound 1 show strong fluorescence (see FIGS. 8 and 9) due to the fluorescence of adenosine bound to the inner side of the thymidine-silica nanotubes. (Fluorescence is λ em = 345 nm)

한편, 대조 실험을 통해서, 티미딘 비결합의 실리카 나노튜브를 화합물 1과 반응시키면 탐지가능한 변화가 관찰되지 않았다. 도 10을 참조하면, 도 10은 실리 카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 첨가 후(b)의 시료 용액의 형광 변화를 관찰한 것인데, 첨가 전후에 있어서 형광 변화가 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 이는 실리카-나노튜브가 아데노신 화합물을 흡수하지 못하였기 때문에, 시료 수용액 중에 화합물 1의 아데노신이 실리카 나노튜브의 첨가 후에도 그대로 잔재하여, 시료 용액에서 아데노신에 의해서 발색하는 형광의 강도가 변화가 없는 것이다. On the other hand, in a control experiment, no detectable change was observed when thymidine unbound silica nanotubes reacted with compound 1. Referring to FIG. 10, FIG. 10 illustrates the change in fluorescence of the sample solution before (a) and after (b) addition of silica nanotubes, but it can be seen that the change in fluorescence does not differ before and after addition. have. Since the silica-nanotubes did not absorb the adenosine compound, the adenosine of compound 1 remained in the sample aqueous solution even after the addition of the silica nanotubes, and the intensity of the fluorescence emitted by the adenosine in the sample solution did not change.

또한, 티미딘-실리카 나노튜브의 시료 용액에 대한 반응 실험을 화합물 2(구아노신 화합물) 및 화합물 3(시토신 화합물)에 대해서도 진행하였으며, 이는 도 11a 및 도 11b에 의해서 그래프로 도시하였다. In addition, reaction experiments on the sample solution of thymidine-silica nanotubes were also conducted for compound 2 (guanosine compound) and compound 3 (cytosine compound), which are graphically illustrated by FIGS. 11A and 11B.

도 11a를 참조하면, 화합물 2인 구아노신 화합물을 포함하는 시료의 수용액에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하기 전과 후의 형광 강도에 있어서 별반 차이가 없음을 알 수 있다. 이는, 티미딘-실리카 나노튜브가 구아노신과 결합하지 않았음을 나타내는 것이다. Referring to FIG. 11A, it can be seen that there is no significant difference in fluorescence intensity before and after adding thymidine-silica nanotubes to the aqueous solution of the sample containing the compound of guanosine compound 2. This indicates that the thymidine-silica nanotubes did not bind with guanosine.

또한, 도 11b를 참조하면, 화합물 3인 시토신 화합물을 포함하는 시료의 수용액에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하기 전과 후의 형광 강도에 있어서 별반 차이가 없음을 알 수 있다. 이는, 티미딘-실리카 나노튜브가 시토신과 결합하지 않았음을 나타내는 것이다. 11B, it can be seen that there is no significant difference in fluorescence intensity before and after adding thymidine-silica nanotubes to the aqueous solution of the sample containing the cytosine compound as compound 3. This indicates that the thymidine-silica nanotubes did not bind cytosine.

즉, 실험한 결과는 예견한 대로, 화합물 2 및 화합물 3의 시료의 약 3% 이하가 티미딘-실리카 나노튜브에 도입되었는데, 이는 티미딘-구아노신, 티미딘-시토신간 결합이 없기 때문이다. That is, the results of the experiments predicted that up to about 3% of the samples of compounds 2 and 3 were introduced into thymidine-silica nanotubes because there was no thymidine-guanosine, thymidine-cytosine binding. .

따라서, 이 결과는 티미딘-실리카 나노튜브가 미지의 시료 중에 포함되어 있 는 아데노신 유도체에 대해서 선택적으로 결합하기 때문에, 이 아데노신 유도체를 시료로부터 추출해 내는데 효과적으로 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. Thus, these results indicate that thymidine-silica nanotubes selectively bind to adenosine derivatives contained in unknown samples, and thus can be effectively used to extract these adenosine derivatives from samples.

또한, 실제 생분자에 대한 모델 화합물로서 다양한 올리고핵산인 화합물 4 내지 화합물 8을 각각 포함하는 시료 수용액에 대해서도 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가하여 그 선택적 결합 정도를 관찰하였다. In addition, the degree of selective binding was also observed by adding thymidine-silica nanotubes to sample aqueous solutions each containing various oligonucleic acid compounds 4 to 8 as model compounds for the actual biomolecules.

화합물 4의 올리고아데노신은 18 아데노신기를 갖는 화합물이다. 이 화합물 4의 올리고아데노신에 대해서, 티미딘-실리카 나노튜브는 시료 용액으로부터 98%이상의 화합물 4를 흡착하였다. (도 2a, 블루 라인 참조).Oligoadenosine of compound 4 is a compound having 18 adenosine groups. For oligoadenosine of compound 4, thymidine-silica nanotubes adsorbed 98% or more of compound 4 from the sample solution. (See Figure 2A, blue line).

도 2b는 시료 용액과의 반응 후 여과된 티미딘-실리카 나노튜브 중에 존재하는 올리고아데노신 화합물의 발광을 측정한 것이다. Figure 2b is a measure of the emission of the oligoadenosine compound present in the filtered thymidine-silica nanotubes after reaction with the sample solution.

이 결과는 용액 중에서 티미딘-실리카 나노튜브에 고정된 티미딘과 아데노신 모이어티 간의 분자내 상보적 수소 결합 에 의해 티미딘-실리카 나노튜브가 선택적으로 화합물 4와 반응해서 탐지해냈다는 것을 의미한다. This result means that thymidine-silica nanotubes were selectively detected by reacting with compound 4 by intramolecular complementary hydrogen bonding between thymidine and adenosine moieties immobilized on thymidine-silica nanotubes in solution.

반대로, 시료 용액에 대한 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전후에 있어서, 화합물 5의 올리고구아노신의 경우에는 구아노신과 티미딘 모이어티 사이에서 결합이 이루어 지지 않기 때문에, 올리고 구아노신과 티미딘-실리카 나노튜브가 결합하지 않아서 아무런 형광 변화를 관찰하지 못하였다. Conversely, before and after the addition of thymidine-silica nanotubes to the sample solution, oligoguanosine of compound 5 does not form a bond between the guanosine and thymidine moieties, thus oligo guanosine and thymidine-silica nanotubes. No fluorescence change was observed due to no binding.

도 3은 화합물 4의 올리고아데노신과 화합물 5의 올리고구아노신을 1;1의 함량으로 함께 포함하는 시료 용액에 대해서 티미딘-실리카 나노튜브로 추출하기 전(A) 및 후(B)의 시료 용액에서의 HPLC 크로마토그램을 나타낸다. 그래프에서 4는 올리고아데노신을, 5는 올리고구아노신을 나타낸다. Figure 3 is a sample solution containing the oligoadenosine of compound 4 and oligoguanosine of compound 5 in the amount of 1: 1 in the sample solution before (A) and after (B) extraction with thymidine-silica nanotubes HPLC chromatogram is shown. In the graph, 4 represents oligoadenosine and 5 represents oligoguanosine.

시료 용액 중에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하여 반응시킨 후, 이 나노튜브를 여과법으로 여과하였다. After the reaction by adding thymidine-silica nanotubes to the sample solution, the nanotubes were filtered by filtration.

추출 전의 시료 용액 중에 올리고아데노신과 올리고구아노신이 함께 존재하지만, 티미딘-실리카 나노튜브로 시료 용액을 추출한 후에는 시료 용액 중에 올리고아데노신이 거의 존재하지 않음을 알 수 있다. Although the oligoadenosine and oligoguanosine exist together in the sample solution before extraction, it can be seen that the oligoadenosine is hardly present in the sample solution after extracting the sample solution with thymidine-silica nanotubes.

이는 도 4에 나타낸 것과 같이, 올리고아데노신과 올리고구아노신이 함께 존재하는 시료 중에 티미딘-실리카 나노튜브를 첨가하여 올리고아데노신을 추출해 냄으로써, 시료 용액 중에는 올리고구아노신만이 존재하기 때문이다. This is because, as shown in FIG. 4, only oligoguanosine is present in the sample solution by extracting oligoadenosine by adding thymidine-silica nanotubes to the sample containing both oligoadenosine and oligoguanosine.

또한, 화합물 6, 화합물 7 및 화합물 8의 세 개의 다른 올리고뉴클레오티드에 대한 티미딘-실리카 나노튜브의 선택적 흡착 능력을 관찰했다. In addition, the selective adsorption capacity of thymidine-silica nanotubes to three different oligonucleotides of compound 6, compound 7 and compound 8 was observed.

이 올리고뉴클레오티드는 복수의 구아노신 모이어티와 함께 아데노신기를 함유하였는데, 화합물 6은 6개의 아데노신기를, 화합물 7은 3개의 아데노신기를, 화합물 8은 1개의 아데노신기를 함유하였다. This oligonucleotide contained an adenosine group with a plurality of guanosine moieties, compound 6 containing 6 adenosine groups, compound 7 containing 3 adenosine groups, and compound 8 containing 1 adenosine group.

이들에 대한 티미딘-실리카 나노튜브의 흡착능력은 각각에 대해, 화합물 6에 대해서 87.5%, 화합물 7에 대해서 30.5%, 및 화합물 8에 대해서 3%였다. (도 12 내지 도 14 참조). The adsorption capacity of thymidine-silica nanotubes to these was 87.5% for Compound 6, 30.5% for Compound 7, and 3% for Compound 8, respectively. (See FIGS. 12-14).

이 결과들은 티미딘-실리카 나노튜브가 올리고뉴클레오티드의 혼합물로부터 다양한 아데노신 유도체와 올리고아데노신을 선택적으로 분리해낼 수 있다는 것을 의미한다. These results indicate that thymidine-silica nanotubes can selectively separate various adenosine derivatives and oligoadenosines from a mixture of oligonucleotides.

이상과 같은 결과들을 볼 때, 티미딘-실리카 나노튜브는 아데노신 및 아데노신이 풍부한 올리고뉴클레오티드에 대해서 그 반응 선택성이 매우 우수하여 그 적용 효과가 우수함을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that thymidine-silica nanotubes have excellent reaction selectivity with respect to adenosine and adenosine-rich oligonucleotides, and thus have excellent application effect.

이러한 결과는 티미딘-실리카 나노튜브가 앞으로 약물/유전자 전달 담체로서 및 화학적 및 생화학적 분리를 포함하는 다양한 적용에서 사용될 수 있음을 예견할 수 있다. 또한, 신규한 생체의학 나노물질의 제조에 기여할 수 있을 것이다. These results may predict that thymidine-silica nanotubes may be used in future as drug / gene delivery carriers and in a variety of applications including chemical and biochemical separations. It may also contribute to the preparation of novel biomedical nanomaterials.

상기 실시예에서는 티미딘-실리카 나노튜브에 대해서 실험하였지만, 역으로 아데노신-실리카 나노튜브, 구아노신-실리카 나노튜브, 시토신-실리카 나노튜브도 제조가 가능할 것이다. In this example, the thymidine-silica nanotubes were tested, but conversely, adenosine-silica nanotubes, guanosine-silica nanotubes, cytosine-silica nanotubes may also be prepared.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 티미딘-실리카 나노튜브의 TEM 이미지,1A is a TEM image of thymidine-silica nanotubes prepared according to one embodiment of the present invention,

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 나노튜브 내측면에 티미딘 화합물이 공유 결합으로 고정되는 것을 간단히 도시한 이미지,Figure 1b is an image simply showing that the thymidine compound is fixed to the inner surface of the silica nanotubes in accordance with an embodiment of the present invention,

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전 후의 각각의 용액에서의 아데노신(1)과 올리고아데노신(4)의 형광 스펙트라, Figure 2a is a fluorescence spectra of adenosine (1) and oligoadenosine (4) in each solution before and after addition of thymidine-silica nanotubes according to one embodiment of the present invention,

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 올리고아데노신의 존재를 나타내는 형광 현미경 이미지,2b is a fluorescence microscope image showing the presence of oligoadenosine of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention,

도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브와 올리고아데노신의 결합을 A-T 염기쌍간의 상보적 수소 결합으로 설명하기 위하여 결합 관계를 도시한 이미지,Figure 2c is an image showing the binding relationship to explain the binding of the thymidine-silica nanotubes and oligoadenosine as complementary hydrogen bonds between the A-T base pairs according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브로 올리고아데노신(4)과 올리고구아노신(5)을 추출하기 전(A)과 후(B)의 HPLC 크로마토그램,3 is an HPLC chromatogram before (A) and after (B) extracting oligoadenosine (4) and oligoguanosine (5) with thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention,

도 4는 도 3을 설명하기 위하여 도시한 이미지,4 is an image shown for explaining FIG. 3;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브를 제조하는 과정을 도식화한 이미지,5 is a diagram illustrating a process of manufacturing thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 13C CP/MAS, 6 is 13 C CP / MAS of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 TOF-SIMS 스 펙트럼,7 is a TOF-SIMS spectrum of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 아데노신 유도체의 존재를 보이는 형광 현미경 이미지,8 is a fluorescence microscope image showing the presence of adenosine derivatives of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention,

도 9는 도 8의 결합관계를 도시한 이미지,9 is an image showing the coupling relationship of FIG.

도 10은 본 발명의 비교예에 따른 실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 아데노신 유도체의 형광 스펙트라 변화를 나타내는 그래프, 10 is a graph showing the fluorescence spectra of the adenosine derivative before (a) and after (b) addition of silica nanotubes according to a comparative example of the present invention;

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 구아노신 유도체의 형광 스펙트라 변화를 나타내는 그래프,11A is a graph showing fluorescence spectra changes of guanosine derivatives before (a) and after (b) addition of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention;

도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 시토신 유도체의 형광 스펙트라 변화를 나타내는 그래프,11B is a graph showing fluorescence spectra changes of cytosine derivatives before (a) and after (b) addition of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention;

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 화학식 6의 올리고뉴클레오티드의 형광 강도 변화를 나타내는 그래프, 12 is a graph showing the change in fluorescence intensity of oligonucleotides of formula (6) before (a) and after (b) addition of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention;

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 화학식 7의 올리고뉴클레오티드의 형광 강도 변화를 나타내는 그래프, FIG. 13 is a graph showing changes in fluorescence intensity of oligonucleotides of Formula 7 before (a) and after (b) addition of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 티미딘-실리카 나노튜브의 첨가 전(a) 및 후(b)의 화학식 8의 올리고뉴클레오티드의 형광 강도 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 14 is a graph showing changes in fluorescence intensity of oligonucleotides of Formula 8 before (a) and after (b) addition of thymidine-silica nanotubes according to an embodiment of the present invention.

Claims (10)

원통형으로 형성된 주형의 일측면이 주기율표상의 7족 원소 또는 하이드록실기로 포화되어 있고,One side of the mold formed into a cylinder is saturated with a group 7 element or a hydroxyl group on the periodic table, 상기 주형의 타측면이 뉴클레오티드로 포화되어 있으며, The other side of the template is saturated with nucleotides, 상기 주형은 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브. A nucleotide selective silica nanotubes, characterized in that the template comprises silica. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 7족 원소는 염소 또는 불소인 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브. The group 7 element is nucleotide selective silica nanotubes, characterized in that chlorine or fluorine. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드는 구아닌, 아데노신, 티미딘 또는 시토신인 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브. Nucleotide saturating the template is a nucleotide selective silica nanotubes, characterized in that guanine, adenosine, thymidine or cytosine. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 7족 원소는 염소이고, 상기 염소는 상기 주형의 외측면에 포화되는 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노 튜브. Wherein said Group 7 element is chlorine and said chlorine is saturated on the outer surface of said template. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드는 티미딘이고, 상기 실리카 나노 튜브는 아데노신 선택적인 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노 튜브. The nucleotide that saturates the template is thymidine and the silica nanotubes are adenosine selective. 겔형성제를 이용하여 유기 겔 섬유를 제조하는 단계;Preparing an organic gel fiber using a gel former; 상기 유기 겔 섬유에 테트라에톡시실란을 첨가하여 반응시켜서 원통형의 실리카 나노 튜브 주형을 제조하는 단계;Adding tetraethoxysilane to the organic gel fibers and reacting to prepare a cylindrical silica nanotube template; 상기 실리카 나노 튜브 주형의 외측면에 염소를 고정시키는 단계; 및Fixing chlorine to an outer surface of the silica nanotube template; And 상기 실리카 나노 튜브 주형의 내측면에 뉴클레오티드를 고정시키는 단계;Immobilizing nucleotides on the inner side of the silica nanotube template; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노 튜브의 제조 방법. Method for producing a nucleotide selective silica nanotubes comprising a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 실리카 나노 튜브 주형의 외측면에 염소를 고정시키는 단계는 (3-클로로)트리메톡시실란을 이용하는 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노 튜브의 제조 방법. Fixing chlorine to the outer surface of the silica nanotube template is a method for producing a nucleotide selective silica nanotubes, characterized in that using (3-chloro) trimethoxysilane. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 주형을 포화시키는 뉴클레오티드는 구아닌, 아데노신, 티미딘 또는 시토신인 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드 선택적 실리카 나노튜브의 제조 방법.The nucleotide saturating the template is guanine, adenosine, thymidine or cytosine manufacturing method of nucleotide selective silica nanotubes. 기재; 및materials; And 상기 기재 상에 코팅된 센서층;을 포함하고, And a sensor layer coated on the substrate. 상기 센서층은 실리카를 포함하는 원통형의 나노튜브를 포함하며,The sensor layer comprises a cylindrical nanotube containing silica, 상기 나노튜브의 일측면이 뉴클레오티드로 포화되어 있으며, One side of the nanotube is saturated with nucleotides, 상기 뉴클레오티드는 티미딘, 구아닌, 시토신 또는 아데노신인 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드를 탐지하는 바이오 센서. The nucleotide is a biosensor for detecting a nucleotide, characterized in that thymidine, guanine, cytosine or adenosine. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 바이오 센서는 상기 나노튜브에 포화되어 있는 뉴클레오티드가 표적 뉴클레오티드와 반응하여 발광하는 것을 탐지하는 것을 특징으로 하는 뉴클레오티드를 탐지하는 바이오 센서. The biosensor for detecting nucleotides, characterized in that for detecting the nucleotides saturated in the nanotubes react with the target nucleotides to emit light.
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