KR101495194B1 - 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온 정성/정량적 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온 정성/정량적 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펩타이드 결합과 카르복실기를 포함하는 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 란타나이드(lanthanide) 이온과 카르복실기 간의 정전기적 결합과정으로 형성되는 란타나이드 복합구조체가 양이온 환경에서 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 발광특성이 감소하는 성질을 이용하여 피검출물 내 양이온의 정성적·정량적 검출 분석이 가능한 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온 정성/정량적 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펩타이드 결합과 카르복실기를 포함하는 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 란타나이드(lanthanide) 이온과 카르복실기 간의 정전기적 결합과정으로 형성되는 란타나이드 복합구조체가 양이온 환경에서 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 발광특성이 감소하는 성질을 이용하여 피검출물 내 양이온의 정성적·정량적 검출 분석이 가능한 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법에 관한 것이다.
자성과 전도성을 갖는 나노 복합구조체는 세포 이미징 등의 의료기술, 진단 및 병원균 검출을 위한 바이오 센서 기술, 전기회로 등에 사용될 수 있어 주목받고 있는 기술분야이다. 한편, 기존의 나노 복합체와는 달리 생체모방분자를 사용한 나노 복합구조체의 제조방법은 환경 친화적이고 단백질 결합 혹은 DNA 이중 나선 구조 등에서 발견되는 자기조립 특성, 효소나 단백질 등에서 관찰되는 특정 물질에 대한 반응 활성, 생물 분자의 변형 및 개질 등의 장점을 갖는다.
대표적인 펩타이드 구조의 자기조립 단위체(building block)로는 다이페닐알라닌(diphenylalanine)을 들 수 있으며, 이러한 디펩타이드 또는 그의 유도체가 자기조립된 발광 펩타이드 나노구조체가 가시광선 영역에서 다양한 발광색을 가질 수 있음이 알려져 있다. 하지만 이 경우, 나노 복합구조체를 제조하는데 있어 두 가지 이상의 공정단계가 필요하고, 열처리 과정이 요구되므로, 제조방법이 복잡하며 시간이 많이 소요되는 문제점이 있어, 간단하고 단순하며 상온에서 수행 가능한 방법으로 견고한 구조와 내구성을 갖는 나노 복합구조체를 만드는 제조방법이 요구되는 실정이다.
이에 대하여 한국등록특허 제1121556호에서는 환원제를 고감도로 검출하는 방법에 관한 것으로, 금 나노입자의 성장과정에서 형광염료의 형광신호 저하를 이용하여 고감도로 분석물을 검출하는 방법에 관한 발명을 개시하였으며, 이는 효소반응 시 생성된 전자에 의해 성장한 금 나노입자와 형광염료가 동시에 존재할 때, 형광염료의 방출밴드와 성장한 금 나노입자의 흡수밴드가 중첩되면서, 형광염료의 형광이 저하되는 현상을 이용하여 금 나노입자의 성장을 유도하는 효소기질을 검출하는 원리를 기반으로 하고 있다.
또한, 한국등록특허 제1102984호에서는 완충용액 내에서 생물모방분자를 자기조립함으로써, 금속자성입자를 포함하는 나노 복합구조체를 상온에서 간단한 방법으로 나노 복합구조체를 제조하는 방법을 개시하고 있고, 한국등록특허 제1093202호에서는 펩타이드를 자기조립시키고, 이를 란탄계 이온 분산의 주형(template)으로 작용하도록 하면서, 동시에 상기 란탄계 이온의 발광력을 향상시키는 감광제의 역할을 동시에 수행하도록 함으로써 바이오 이미징 및 바이오 센서 등의 다양한 분야에 적용될 수 있는 발명이 개시되어 있으며, 이를 pH 측정용 센서로 적용하는 예가 제시되어 있다.
한편, 논문 Small 2011, 7(6), pp.718-722에는 생체 모방분자의 자기조립에 널리 사용되는 다이페닐알라닌을 사용하여 나노튜브를 제조하고, 이러한 나노튜브 내에 란탄계열의 이온을 결합시킴으로써 발광특성을 가지는 란탄 복합 구조체를 제조하여, 발광 정도가 파라옥손과 같은 신경독성 물질의 존재로 인해서 감소하는 현상을 이용하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상술한 선행기술문헌들은 생체모방분자와 란탄이온이 결합된 란탄복합구조체의 발광 특성을 이용하여 피검출물 내 함유된 양이온을 분석하기 위한, 특히 정량적으로 분석하기 위한 검출 센서 또는 검출 방법은 제시하지 못하고 있다.
Small 2011, 7(6) pp.718-722 (2011.01.02 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 란타나이드 복합구조체가 양이온 환경에서 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 발광특성이 감소하는 성질을 이용하여 피검출물 내 양이온의 정성적·정량적 검출 분석이 가능한 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 란타나이드(lanthanide) 이온을 포함하는 물질, 광증감제(photosensitizer)및 펩타이드(peptide) 결합과 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 단위체(building block)가 혼합된 상온의 수용액 상에서, 상기 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 상기 란타나이드 이온과 상기 단위체의 카르복실기와의 정전기적 결합과정으로 형성되는 란타나이드 복합구조체를 포함하고, 피검출물에 포함된 양이온과 상기 카르복실기에 결합된 란타나이드 이온과의 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도가 감소하는 정도를 분석하기 위한, 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서을 제공한다.
이때 상기 피검출물에 포함된 양이온은 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 중 적어도 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 알칼리 금속 이온은, 리튬 이온(Lithium ion), 나트륨 이온(Natrium ion) 및 포타슘 이온(Potassium ion) 중 적어도 어느 하나 이상이고, 상기 알칼리 토금속 이온은, 마그네슘 이온(Magnesium ion), 칼슘 이온(Calcium ion) 및 스트론튬 이온(Strontium ion) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 란타나이드 이온을 포함하는 물질은, 염화유로퓸(Ⅲ)(Europium(Ⅲ) chloride) 또는 염화테르븀(Ⅲ)(Terbium(Ⅲ) choloride)을 포함하는 란탄계열 염화물인 것이 바람직하며, 상기 란타나이드 이온은 유로퓸(Europium) 이온 및 테르븀(Terbium) 이온 중 적어도 어느 하나 이상이고, 상기 광증감제는 살리실산(Salicylic acid), 메틸렌블루(Methylene blue), 톨루이딘블루오(Toluidine blue O), 및 5,10,15,20-tetrakis-(1-methyl-4-pyridinio)-porphyrin tetra(p-toluenesulfonate)(TPO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위체는 디카르복실계(dicarboxyl) 화합물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 디카르복실계 화합물은 bis(N-alpha-amido-tyrosine)-1,7-heptane dicarboxylate(Tyr-C7)일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 란타나이드(lanthanide) 이온을 포함하는 물질, 광증감제(photosensitizer)및 펩타이드(peptide) 결합과 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 단위체(building block)가 혼합된 상온의 수용액 상에서, 상기 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 상기 란타나이드 이온과 상기 카르복실기와의 정전기적 결합과정이 이루어져 란타나이드 복합구조체를 형성하는 단계, 상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도를 측정하는 단계, 상기 란타나이드 복합구조체를 피검출물과 혼합하는 단계 및 란타나이드 복합구조체와 피검출물의 혼합물의 발광 강도를 측정하고, 상기 피검출물에 포함된 양이온과 상기 카르복실기에 결합된 란타나이드 이온과의 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도가 감소하는 정도를 분석하여 상기 피검출물 내 양이온의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법을 제공한다.
이때 상기 피검출물에 포함된 양이온은 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 중 적어도 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 알칼리 금속 이온은, 리튬 이온(Lithium ion), 나트륨 이온(Natrium ion) 및 포타슘 이온(Potassium ion) 중 적어도 어느 하나 이상이고, 상기 알칼리 토금속 이온은, 마그네슘 이온(Magnesium ion), 칼슘 이온(Calcium ion) 및 스트론튬 이온(Strontium ion) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 란타나이드 이온을 포함하는 물질은, 염화유로퓸(Ⅲ)(Europium(Ⅲ) chloride) 또는 염화테르븀(Ⅲ)(Terbium(Ⅲ) choloride)을 포함하는 란탄계열 염화물인 것이 바람직하며, 상기 란타나이드 이온은 유로퓸(Europium) 이온 및 테르븀(Terbium) 이온 중 어느 하나 이상이고, 상기 광증감제는 살리실산(Salicylic acid), 메틸렌블루(Methylene blue), 톨루이딘블루오(Toluidine blue O), 및 5,10,15,20-tetrakis-(1-methyl-4-pyridinio)-porphyrin tetra(p-toluenesulfonate)(TPO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위체는 디카르복실계(dicarboxyl) 화합물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 디카르복실계 화합물은 bis(N-alpha-amido-tyrosine)-1,7-heptane dicarboxylate(Tyr-C7)일 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온 정성/정량적 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법은, 디카르복실계 및 디하이드록실계 화합물을 단위체로 활용하여 친수성 및 자기조립성이 향상된 복합구조체를 제공하고, 이러한 새로운 구조의 복합구조체와 정전기적으로 결합된 란타나이드 이온보다 전기음성도가 보다 작은 양이온을, 이온교환에 의해 란타나이드 복합구조체의 발광 특성이 감소하는 것을 이용하여 정성적·정량적으로 검출 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체를 이용하여 다양한 리튬 이온 농도를 갖는 피검출물 조건에서의 파장별 발광강도를 나타낸 그래프이고, 도 1b는 도 1a의 그래프를 기초로 545nm를 기준파장으로 하여 그 내외에서의 그래프 형태를 확대하여 도시한 그래프이다.
도 2a와 2b, 3a와 3b, 5a와 5b, 6a와 6b, 7a와 7b는 각각 나트륨 이온, 칼륨 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온 및 스트론튬 이온에 대하여 도 1a와 1b와 마찬가지로 도시한 그래프이다.
도 4는 리튬 이온, 나트륨 이온 및 칼륨 이온에 대하여, 도 8은 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 스트론튬 이온에 대하여 545nm를 기준파장으로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체를 이용하여 농도별 상기 양이온 피검출물 조건에서 발광 강도가 감소되는 정도(%)를 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체의 초기 발광 정도를 형광 현미경으로 촬영한 사진이며, 도 9b는 1M의 염화나트륨 용액을 피검출물로 하여 혼합시킨 후, 도 9c는 2M의 염화나트륨 용액을 피검출물로 하여 혼합시킨 후 감소된 발광 정도를 형광 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2a와 2b, 3a와 3b, 5a와 5b, 6a와 6b, 7a와 7b는 각각 나트륨 이온, 칼륨 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온 및 스트론튬 이온에 대하여 도 1a와 1b와 마찬가지로 도시한 그래프이다.
도 4는 리튬 이온, 나트륨 이온 및 칼륨 이온에 대하여, 도 8은 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 스트론튬 이온에 대하여 545nm를 기준파장으로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체를 이용하여 농도별 상기 양이온 피검출물 조건에서 발광 강도가 감소되는 정도(%)를 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체의 초기 발광 정도를 형광 현미경으로 촬영한 사진이며, 도 9b는 1M의 염화나트륨 용액을 피검출물로 하여 혼합시킨 후, 도 9c는 2M의 염화나트륨 용액을 피검출물로 하여 혼합시킨 후 감소된 발광 정도를 형광 현미경으로 촬영한 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
먼저 본 발명은 바람직한 일 실시예에 따라 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서를 제공한다. 란타나이드 복합구조체는 본 발명의 일 실시예에 따라 란타나이드(lanthanide) 이온을 포함하는 물질, 광증감제(photosensitizer)및 펩타이드(peptide) 결합과 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 단위체(building block)를 전구체(precursor)로 하여 제조된다.
란타나이드(lanthanide)란, 희토류원소 중 원자번호 57번의 란탄(La)에서 71번 루테튬(Lu)까지의 15개 원소의 총칭을 의미하는 용어로, 란탄을 제외한 나머지 14개 원소를 란타나이드라 하여「란탄과 유사한 것」이라는 뜻으로 부르는 학자도 있으나, 란탄 자체를 포함시키는 것이 보통이다. 란탄족 원소가 모두 본 발명의 란타나이드 복합구조체를 제조하는 전구체로 활용될 수 있으나, 본 발명은 일 실시예에 따라 유로퓸(Europium) 이온 및 테르븀(Terbium) 이온 중 적어도 어느 하나 이상을 사용한다.
상기 테르븀은 란타노이드에 속하는 원소의 하나로서, 원자번호 65. 원소기호는 Tb, 원자량 158.9 은회색의 금속으로, 비중 8.23 녹는점 1360℃ 자외선이나 X선을 받으면 녹색이나 백색으로 빛나는 형광체이며, 상기 유로퓸은 주기율표 란타넘 족에 속하는 희토류원소이며 희토류원소 중 가장 반응성이 크고 원소기호는 Eu, 원자번호는 63, 원자량은 151.965인 원소이다.
상기 '란타나이드 이온을 포함하는 물질'이란, 란타나이드 복합구조체를 제조하기 위하여 란타나이드 이온을 제공하는 전구체 물질(precursor)를 의미하며, 란타나이드 이온을 포함하는 다양한 화합물이 차용될 수 있으나 바람직하게는 염화유로퓸(Ⅲ)(Europium(Ⅲ) chloride) 또는 염화테르븀(Ⅲ)(Terbium(Ⅲ) choloride)을 포함하는 란탄계열 염화물일 수 있다.
란타나이드 복합구조체의 전구체로서 '광증감제(photosensitizer)'는 광화학 반응에서의 촉매의 일종으로서, 빛을 흡수하여 여기상태가 된 후 들뜬 에너지의 이동으로 기질분자를 들뜬 상태로 하거나 기질분자와의 전자 이동으로 라디칼 이온종을 생성하는 것 등으로 기질에 반응을 일으키는 물질이다. 엄밀하게 반응완료 후에 변화하지 않는 물질을 지칭한다. 본 발명에서 광화학 반응이 일어나 전자 이동시 호스트로 작용함으로써 란타나이드 복합구조체의 발광효과를 더욱 강화시키는 역할을 수행한다. 상술한 기능을 발휘하기 위하여 여러 광증감제를 복합구조체의 전구체로 사용할 수 있으나, 살리실산(Salicylic acid), 메틸렌블루(Methylene blue), 톨루이딘블루오(Toluidine blue O), 및 5,10,15,20-tetrakis-(1-methyl-4-pyridinio)-porphyrin tetra(p-toluenesulfonate)(TPO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 바람직한 일 실시예로 살리실산(salicylic acid)를 사용하며 살리실산의 화학구조는 아래의 [화학식 1]과 같다.
본 발명의 란타나이드 복합구조체의 자기조립(self-assembly)을 위한 단위체(building block)로는 생모방분자로 펩타이드 결합과 카르복실기를 포함하는 다양한 단위체가 사용될 수 있으나, 바람직한 일 실시예에 따라 디카르복실계(dicarboxyl) 화합물인 bis(N-alpha-amido-tyrosine)-1,7-heptane dicarboxylate(이하 'Tyr-C7'이라 한다.)를 사용할 수 있다. Try-C7의 화학 구조는 아래의 [화학식 2]과 같다.
상기 Tyr-C7은 bis(N-R-amidoglycylglycine)-1,7-heptane dicarboxylate의 구조와 유사하지만 좀 더 친수성을 부여하여 자기조립성을 향상시킨 생모방분자의 일종이다.Tyr-C7은 분자구조 내에 펩타이드 결합을 지니고 있으며 기존 물질과는 다른 히드록실 작용기를 양끝에 지니고 있다.
자기조립성을 가지는 물질들은 나노스케일 장치들을 개발하는데 크게 기여하고 있다. 특히 생물계에서는 자기조립성을 가진 여러 물질들이 있으며 대표적으로 펩타이드의 자기조립을 예로 들 수 있다. 한편, 펩타이드 구조를 포함하고 자기조립성을 갖는 물질에는 다이페닐알라닌(diphenylalanine)이 대표적이다.
상술한 세 가지 전구체를 수용액 상에서 혼합하여 단위체의 자기조립 과정 및 란타나이드 이온과 단위체의 카르복실기와의 정전기적 결합과정을 통해 란타나이드 복합구조체를 형성할 수 있다. 이렇게 제조된 란타나이드 복합구조체의 카르복실기에 정전기적으로 이온 결합된 란타나이드 이온은 보다 전기음성도가 낮은 양이온이 포함된 피검출물 조건 하에서 전기음성도 차이에 따른 이온교환이 이루어지게 된다. 이러한 이온 교환이 이루어짐에 따라 란타나이드 이온의 결합 수가 줄게 되면서 란타나이드 복합구조체의 광발광적 특성이 감소된다. 상술한 원리를 이용하여 피검출물 내에 포함된 양이온을 정성적 및 정량적으로 검출할 수 있다.
본 발명에서 검출 대상이 되는 양이온은 란타나이드 복합 구조체에 이온결합된 란타나이드 이온보다 전기음성도가 낮은 다양한 양이온이 될 수 있으나, 바람직하게는 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 중 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 리튬 이온(Lithium ion), 나트륨 이온(Natrium ion), 포타슘 이온(Potassium ion), 마그네슘 이온(Magnesium ion), 칼슘 이온(Calcium ion) 및 스트론튬 이온(Strontium ion) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상술한 바와 같이 란타나이드 복합구조체를 형성하는 단계를 거치고, 제조된 란타나이드 복합구조체의 초기 발광 강도를 측정한 후, 란타나이드 복합구조체를 피검출물과 혼합하는 단계를 거치게 된다. 이렇게 만들어진 란타나이드 복합구조체와 피검출물의 혼합물의 말기 발광 강도를 측정하여 초기 발광 강도로부터 감소한 정도를 분석하여 피검출물 내의 양이온 농도를 결정하게 된다.
이하 본 발명의 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온 정성/정량적 검출 분석용 센서 및 이를 이용한 검출 분석 방법에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<Tyr-C7을 포함하는 란타나이드 복합구조체의 제조>
타이로신을 포함하고 자기조립이 가능한 양친매성 분자인 Tyr-C7을 합성하는 방법은 본 출원인의 논문인 Langmuir, 2013.03.18, pp 4477~4484에 제시되어 있으며, 간략히 설명하면 EDAC/NHS 반응을 통한 타이로신 소스(source)와 디카르복실레이트(dicarboxylate) 간의 컨쥬게이션(conjugation) 반응에 의하여 합성된다. 상기 EDAC란 N-[3-(diethylamino)propyl]-N'-ethylacarbodiimide hydrochloride을 의미하는 용어이며, 상기 NHS는 N-hydroxysuccinimide를 의미하는 용어이다. 상술한 반응 물질에 추가로 아젤라산(Azelaic acid), L-tyrosine-benzyl ester-p-toluenesulfonate(TCl), 트리에틸아민(Triethylamine) 등을 투입하여 교반 및 반응시키고, 최종적으로 염기가수분해(base hydrolysis) 및 산성화(acidification) 반응을 통해 Tyr-C7을 합성한다.
합성된 Tyr-C7을 2 mg/ml의 농도로 광증감제인 살리실산 10mM과 테르븀 이온 10mM 농도(Terbium(Ⅲ) chloride hexahydrate (TbCl3·6H2O)를 전구체로 제조함)를 갖는 증류수 용액에 녹인 후 강하게 교반시키게 되면, Tyr-C7이 자기조립되면서 벤젠고리를 갖는 살리실산과 Tyr-C7의 페놀그룹이 π-π stacking 결합으로 결합되고, 테르븀 이온은 카르복실기와 이온결합됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체가 형성된다.
<제조된 란타나이드 복합구조체를 이용한 양이온 검출>
상술한 [실시예 1]의 방법으로 제조된 란타나이드 복합구조체 1.9ml를 피펫을 통해 새로운 바이알에 담고 초기 발광 강도를 형광분광광도계를 통해 측정한다. 그 후, 각각 0.5M, 1.0M, 1.5M, 2.0M의 양이온 농도를 갖는 피검출물 100μl를 상기 란타나이드 복합구조체 용액에 투입한다. 혼합된 2.0ml의 용액이 담겨진 바이알을 10초 정도 강하게 교반시킨 후, 형광분광광도계를 통하여 발광 강도를 측정한다.
상술한 실시예에 따른 결과를 나타낸 그래프가 도 1a 내지 도 8에 도시되어 있다. 각각 조사된 초기 광원의 파장은 330nm이고, 도 1a, 도 2a 및 도 3a는 피검출물의 양이온으로 각각 알칼리 금속이온인 리튬 이온, 나트륨 이온 및 칼륨 이온을 사용한 실험의 결과 그래프이다. 도 1b, 도 2b 및 도 3c는 545nm를 기준파장으로 하여 기준파장 내외 일정 파장 범위 내의 값을 확대하여 도시한 그래프이며, 도 4는 545nm를 기준으로 각각의 양이온 피검출물에 대해 양이온 농도에 따라 발광특성이 감소하는 정도를 도시한 종합 그래프이다.
한편, 도 5a, 도 6a 및 도 7a는 피검출물의 양이온으로 각각 알칼리 토금속 이온인 칼슘 이온, 마그네슘 이온 및 스트론튬 이온을 사용한 실험의 결과 그래프이고 초기 광원의 파장, 기준파장, 확대 그래프 및 종합 그래프는 상술한 알칼리 금속 이온 실험의 경우와 동일하다.
한편, 도 9a 내지 도 9c는 제조된 란타나이드 복합구조체에 염화나트륨(NaCl)을 1M 또는 2M의 농도로 가하여 교반시킨 후 나타나는 발광 강도의 감소를 보여주는 형광 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 9a는 초기 사진이며, 도 9b와 9c는 각각 1M, 2M의 농도로 염화나트륨을 가한 후의 사진이다.
상기 도 1 내지 도 9을 볼 때, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 갖는 피검출물과 본 발명의 일 실시예에 따른 란타나이드 복합구조체를 혼합시키게 되면 란타나이드 이온과 피검출물의 양이온 간의 전기음성도 차이에 의해 이온교환이 이루어지고, 이에 따라 란타나이드 복합구조체에 결합된 란타나이드 이온의 수가 감소하게 되어 피검출물 내 양이온의 농도가 높을수록 발광 강도의 감소 폭이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 피검출물 내 포함되어 있는 양이온의 존재 여부나 개략적인 양을 정성적으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 양이온 농도에 따라 발광 특성이 선형적으로 감소하는 점을 이용하여 구체적인 양이온의 함유량을 정량적으로도 검출할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
Claims (16)
- 란타나이드(lanthanide) 이온을 포함하는 물질, 광증감제(photosensitizer)및 펩타이드(peptide) 결합과 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 단위체(building block)가 혼합된 상온의 수용액 상에서, 상기 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 상기 란타나이드 이온과 상기 단위체의 카르복실기와의 정전기적 결합과정으로 형성되는 란타나이드 복합구조체를 포함하고,
피검출물에 포함된 양이온과 상기 카르복실기에 결합된 란타나이드 이온과의 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도가 감소하는 정도를 분석하기 위한,
란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제1항에 있어서,
상기 피검출물에 포함된 양이온은 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속 이온은, 리튬 이온(Lithium ion), 나트륨 이온(Natrium ion) 및 포타슘 이온(Potassium ion) 중 적어도 어느 하나 이상이고,
상기 알칼리 토금속 이온은, 마그네슘 이온(Magnesium ion), 칼슘 이온(Calcium ion) 및 스트론튬 이온(Strontium ion) 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제1항에 있어서,
상기 란타나이드 이온을 포함하는 물질은,
염화유로퓸(Ⅲ)(Europium(Ⅲ) chloride) 또는 염화테르븀(Ⅲ)(Terbium(Ⅲ) choloride)을 포함하는 란탄계열 염화물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제1항에 있어서,
상기 란타나이드 이온은 유로퓸(Europium) 이온 및 테르븀(Terbium) 이온 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제1항에 있어서,
상기 광증감제는 살리실산(Salicylic acid), 메틸렌블루(Methylene blue), 톨루이딘블루오(Toluidine blue O), 및 5, 10, 15, 20 - tetrakis - (1 - methyl - 4 - pyridinio) - porphyrin tetra (p - toluenesulfonate)(TPO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제1항에 있어서,
상기 단위체는 디카르복실계(dicarboxyl) 화합물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 제7항에 있어서,
상기 디카르복실계 화합물은 bis(N-alpha-amido-tyrosine)-1,7-heptane dicarboxylate(Tyr-C7)인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 포함하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석용 센서. - 란타나이드(lanthanide) 이온을 포함하는 물질, 광증감제(photosensitizer)및 펩타이드(peptide) 결합과 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 단위체(building block)가 혼합된 상온의 수용액 상에서, 상기 단위체의 자기조립(self-assembly)과정 및 상기 란타나이드 이온과 상기 카르복실기와의 정전기적 결합과정이 이루어져 란타나이드 복합구조체를 형성하는 단계;
상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도를 측정하는 단계;
상기 란타나이드 복합구조체를 피검출물과 혼합하는 단계; 및
란타나이드 복합구조체와 피검출물의 혼합물의 발광 강도를 측정하고, 상기 피검출물에 포함된 양이온과 상기 카르복실기에 결합된 란타나이드 이온과의 전기음성도 차이에 따른 이온교환에 의해 상기 란타나이드 복합구조체의 발광 강도가 감소하는 정도를 분석하여 상기 피검출물 내 양이온의 농도를 결정하는 단계;를 포함하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제9항에 있어서,
상기 피검출물에 포함된 양이온은 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제10항에 있어서,
상기 알칼리 금속 이온은, 리튬 이온(Lithium ion), 나트륨 이온(Natrium ion) 및 포타슘 이온(Potassium ion) 중 적어도 어느 하나 이상이고,
상기 알칼리 토금속 이온은, 마그네슘 이온(Magnesium ion), 칼슘 이온(Calcium ion) 및 스트론튬 이온(Strontium ion) 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제9항에 있어서,
상기 란타나이드 이온을 포함하는 물질은,
염화유로퓸(Ⅲ)(Europium(Ⅲ) chloride) 또는 염화테르븀(Ⅲ)(Terbium(Ⅲ) chloride)을 포함하는 란탄계열 염화물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제9항에 있어서,
상기 란타나이드 이온은 유로퓸(Europium) 이온 및 테르븀(Terbium) 이온 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제9항에 있어서,
상기 광증감제는 살리실산(Salicylic acid), 메틸렌블루(Methylene blue), 톨루이딘블루오(Toluidine blue O), 및 5,10,15,20-tetrakis-(1-methyl-4-pyridinio)-porphyrin tetra(p-toluenesulfonate)(TPO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제9항에 있어서,
상기 단위체는 디카르복실계(dicarboxyl) 화합물인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법. - 제15항에 있어서,
상기 디카르복실계 화합물은 bis(N-alpha-amido-tyrosine)-1,7-heptane dicarboxylate(Tyr-C7)인 것을 특징으로 하는 란타나이드 복합구조체를 사용하는 양이온의 정성/정량적 검출 분석 방법.
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| CN108593609A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-28 | 南昌大学 | 一种高灵敏高选择性荧光检测镁离子的方法 |
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| US5464587A (en) | 1993-06-09 | 1995-11-07 | Avl Medical Instruments Ag | Luminescence-optical indicator for determining the activity of alkali metal ions in a sample solution |
| KR20110012964A (ko) * | 2009-07-31 | 2011-02-09 | 한국과학기술원 | 발광 펩타이드 나노구조체 및 그 제법 |
| KR20110024015A (ko) * | 2009-09-01 | 2011-03-09 | 연세대학교 산학협력단 | 완충용액 상에서 생물모방분자 자기조립 구조체 및 금속자성입자를 포함하는 나노 복합구조체의 제조방법 |
| KR20120070236A (ko) * | 2010-12-21 | 2012-06-29 | 한국생명공학연구원 | 란타나이드 금속착체를 이용한 형광 나노입자 및 그 제조방법 |
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