KR101973846B1 - 고분자-산화철 복합 나노구조체, 이의 이용방법, 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 고분자-산화철 복합 나노구조체는 다수의 산화철 나노입자체가 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 포집되는 산화철 나노입자의 양을 넓은 범위에서 조절할 수 있고, 이입된 산화철 나노입자의 양에 따라 자기장 반응성 및 자성을 정밀하고 용이하게 조절 가능하며, 또한, 산화철 나노입자가 외부 자기장내에서 보이는 특별한 성질인 '물리적 차폐 (physical blocking)'를 이용하여 고분자-산화철 복합체 표면에 처리된 단백질의 활성을 조절할 수 있고, 다양한 자성을 갖는 고분자-산화철 복합 나노입자체를 동시에 사용함으로써 특이적 적층 구조 형성 및 표면 처리된 단백질의 활성 조절이 가능한바, 기존에 사용되던 산화철 기반의 생체 의학적 치료 및 진단에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
Description
본 발명은 고분자-산화철 복합 나노구조체, 이의 이용방법, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산화철 나노입자는 나노크기로 인해 발생하는 전자기적 특성, 생체적합성, 우수한 이미징 효과로 인해 생체 의학적 치료 및 진단 분야에서 주목받는 물질 중 하나이다. 이러한 산화철 나노입자의 다양한 활용은 대부분 나노크기 입자가 갖는 특별한 성질인 '초상자성 (superparamagnetism)'에서 기인한다. 그러나 단일 산화철 나노입자가 갖는 자성의 한계로 인하여 산화철 기반의 약물전달 시스템이나 바이오 이미징 시스템의 응용에 한계가 있다.
상기와 같은 한계를 극복하기 위하여 산화철 나노입자를 다중으로 포획하는 기술들이 개발되어 왔으나, 각 기술마다 포획할 수 있는 산화철 나노입자의 개수 및 자기장 반응성에 대한 한계가 여전히 존재한다. 예를 들어, 메사추세츠 공과대학 화학과의 CHEN, Ou, et al. 연구진에서는 산화철 나노입자의 소수성 효과에 따른 응집 현상을 이용하여 산화철 나노입자들로 이루어진 산화철 나노입자 군집을 합성하였으나, 이 경우 규칙적이고 균일한 형태의 군집이 합성되지만 내부에 포획되는 산화철 나노입자의 개수나 비율을 조절하여 자기장에 대한 반응성을 조절하기에는 어려움이 있었다.
이에, 기존 산화철 기반의 생체 의학적 응용에서 가진 한계, 외부 자기장에 대한 약한 반응성을 극복하여 보다 신속하고 정확한 약물전달 및 바이오 이미징 효과를 나타낼 수 있는 나노구조체가 요구되고 있는 실정이다(한국공개특허 제10-2007-0106412호 참조).
본 발명자들은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 다수의 산화철 나노입자체가 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 포집되는 산화철 나노입자의 양을 넓은 범위에서 조절할 수 있는 고분자 기반 플랫폼을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 고분자-산화철 복합 나노입자; 및 상기 고분자-산화철 복합 나노입자 표면에 코팅된 실리카 코팅층을 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에멀젼을 이루는 유기용매 내에 나노구조체의 지지체로 사용되는 고분자 및 산화철 나노입자를 혼합하고, PVA (poly vinyl alcohol) 수용액을 첨가하고 교반시키며, 상기 유기용매를 증발시켜 반응시키는 단계; 및 고분자-산화철 복합 나노구조체의 표면 개질을 용이하게 하기 위하여 계면활성제로 사용된 PVA 고분자를 기반으로 실리카를 코팅하는 단계를 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 고분자-산화철 복합 나노입자; 및 상기 고분자-산화철 복합 나노입자 표면에 코팅된 실리카 코팅층을 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고분자는 PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 고분자-산화철 복합 나노구조체는 표면에 형광체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 형광체는 플루오레신(fluorescein), 텍사스레드(TexasRed), 로다민(rhodamine), 알렉사(alexa), 시아닌(cyanine), 보디피(BODIPY), 또는 쿠마린(coumarin)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 고분자-산화철 복합 나노구조체의 크기는 200 내지 300 nm일 수 있다.
또한, 본 발명은 에멀젼을 이루는 유기용매 내에 나노구조체의 지지체로 사용되는 고분자 및 산화철 나노입자를 혼합하고, PVA (poly vinyl alcohol) 수용액을 첨가하고 교반시키며, 상기 유기용매를 증발시켜 반응시키는 단계; 및 고분자-산화철 복합 나노구조체의 표면 개질을 용이하게 하기 위하여 계면활성제로 사용된 PVA 고분자를 기반으로 실리카를 코팅하는 단계를 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 유기용매는 클로로폼 (chloroform)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 고분자는 PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 고분자-산화철 복합 나노구조체는 표면에 형광체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 형광체는 플루오레신(fluorescein), 텍사스레드(TexasRed), 로다민(rhodamine), 알렉사(alexa), 시아닌(cyanine), 보디피(BODIPY), 또는 쿠마린(coumarin)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 고분자-산화철 복합 나노구조체의 크기는 200 내지 300 nm일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자-산화철 복합 나노구조체는 다수의 산화철 나노입자체가 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 포집되는 산화철 나노입자의 양을 넓은 범위에서 조절할 수 있고, 이입된 산화철 나노입자의 양에 따라 자기장 반응성 및 자성을 정밀하고 용이하게 조절 가능하며, 또한, 산화철 나노입자가 외부 자기장내에서 보이는 특별한 성질인 '물리적 차폐 (physical blocking)'를 이용하여 고분자-산화철 복합체 표면에 처리된 단백질의 활성을 조절할 수 있고, 다양한 자성을 갖는 고분자-산화철 복합 나노입자체를 동시에 사용함으로써 특이적 적층 구조 형성 및 표면 처리된 단백질의 활성 조절이 가능한바, 기존에 사용되던 산화철 기반의 생체 의학적 치료 및 진단에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 고분자-산화철 복합 나노구조체 제작방법 및 효과를 나타낸 도이다.
도 2는 동적 광 산란 (DLS)을 통해 측정한 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 크기 (a) 및 2주 후의 크기 변화 (b)를 나타낸 도이다.
도 3은 산화철 나노입자의 비율을 다르게 하여 합성한 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 크기를 동적 광 산란 (DLS)을 통해 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 실리카 코팅된 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 5는 내부의 산화철 양을 다르게 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 6은 산화철 나노입자의 비율을 늘려서 합성한 고분자-산화철 복합체 (PLG-산화철 복합체) 표면에 실리카 코팅 후, 배율을 달리하여 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 7은 내부의 산화철 양을 다르게 (10-100 mg) 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 외부자기장에 대한 반응성을 나타낸 도이다.
도 8은 산화철 나노입자의 비율을 다르게 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 외부자기장에 대한 반응성을 나타낸 도이다.
도 9는 두 가지 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 형광인자인 FITC 및 RBITC를 각각 부착한 뒤, 외부 자기장을 걸었을 때 측정되는 형광세기의 변화를 나타낸 도이다.
도 10은 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 두 종류의 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 형광인자인 FITC 및 RBITC를 각각 부착한 뒤, 외부에 자기장을 가했을 때 형성되는 적층구조를 형광현미경으로 통해 확인한 도이다.
도 2는 동적 광 산란 (DLS)을 통해 측정한 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 크기 (a) 및 2주 후의 크기 변화 (b)를 나타낸 도이다.
도 3은 산화철 나노입자의 비율을 다르게 하여 합성한 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 크기를 동적 광 산란 (DLS)을 통해 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 실리카 코팅된 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 5는 내부의 산화철 양을 다르게 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 6은 산화철 나노입자의 비율을 늘려서 합성한 고분자-산화철 복합체 (PLG-산화철 복합체) 표면에 실리카 코팅 후, 배율을 달리하여 투과전자현미경 (TEM)을 통해 확인한 도이다.
도 7은 내부의 산화철 양을 다르게 (10-100 mg) 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 외부자기장에 대한 반응성을 나타낸 도이다.
도 8은 산화철 나노입자의 비율을 다르게 조절한 서로 다른 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 외부자기장에 대한 반응성을 나타낸 도이다.
도 9는 두 가지 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 형광인자인 FITC 및 RBITC를 각각 부착한 뒤, 외부 자기장을 걸었을 때 측정되는 형광세기의 변화를 나타낸 도이다.
도 10은 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 두 종류의 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 형광인자인 FITC 및 RBITC를 각각 부착한 뒤, 외부에 자기장을 가했을 때 형성되는 적층구조를 형광현미경으로 통해 확인한 도이다.
본 발명자들은 산화철 나노입자를 다중으로 포획할 수 있는 산화철 나노입자를 개발하기 위해 연구한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 고분자-산화철 복합 나노입자; 및 상기 고분자-산화철 복합 나노입자 표면에 코팅된 실리카 코팅층을 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체을 제공하는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 에멀젼을 이루는 유기용매 내에 나노구조체의 지지체로 사용되는 고분자 및 산화철 나노입자를 혼합하고, PVA (poly vinyl alcohol) 수용액을 첨가하고 교반시키며, 상기 유기용매를 증발시켜 반응시키는 단계; 및 고분자-산화철 복합 나노구조체의 표면 개질을 용이하게 하기 위하여 계면활성제로 사용된 PVA 고분자를 기반으로 실리카를 코팅하는 단계를 포함하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제조방법은 본 발명에 따른 고분자-산화철 복합 나노구조체를 제조할 수 있다면, 적절하게 단계의 순서 및/또는 구성을 변경할 수 있으며 상기 단계에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 고분자-산화철 복합 나노구조체는 질병의 치료 및 진단을 위해 사용될 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 일실시예에서는 산화철 나노입자를 다중으로 포획할 수 있도록 고분자-산화철 나노입자를 제조한 다음 실리카로 상기 나노입자 표면을 코팅하였다 (실시예 2 참조). 이때, 본 발명의 일실시예에서는 지지체로 고분자인 PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)를 이용하였으나, 생체 내 사용가능한 나노사이즈의 고분자라면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 제조된 고분자-산화철 복합체의 크기는 체내에 주입할 수 있는 크기 및 모양이라면 적절하게 조절 가능 하지만, 바람직하게는 직경이 200 nm 내지 300 nm인 구형으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 고분자-산화철 복합 나노구조체는 표면에 형광체를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게 상기 형광체는 플루오레신(fluorescein), 텍사스레드(TexasRed), 로다민(rhodamine), 알렉사(alexa), 시아닌(cyanine), 보디피(BODIPY) 또는 쿠마린(coumarin)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 6-FAM, Texas 615, Alexa Fluor 488, Cy5, 또는 Cy3일 수 있으나, 생체 내 사용 가능한 형광체라면 이에 한정되지 않고 당업자가 적절하게 변경하여 사용할 수 있다.
따라서 본 발명의 고분자-산화철 복합 나노구조체는 다수의 산화철 나노입자체가 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 포집되는 산화철 나노입자의 양을 넓은 범위에서 조절할 수 있고, 이입된 산화철 나노입자의 양에 따라 자기장 반응성 및 자성을 정밀하고 용이하게 조절 가능한 특징을 가지는 것이다.
나아가 본 발명의 고분자-산화철 복합 나노구조체는 산화철 나노입자가 외부 자기장내에서 보이는 특별한 성질인 '물리적 차폐 (physical blocking)'를 이용하여 고분자-산화철 복합체 표면에 처리된 단백질의 활성을 조절할 수 있고, 다양한 자성을 갖는 고분자-산화철 복합 나노입자체를 동시에 사용함으로써 특이적 적층 구조 형성 및 표면 처리된 단백질의 활성 조절이 가능한 특징을 가진다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
본 실시예에서는 효과적인 산화철 기반의 생체 의학적 복합체 제조를 위해, 클로로폼에 녹인 산화철 나노입자와 PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)를 다중 이멀젼 용액 증착법을 통해 PVA (poly vinyl alcohol) 내부에 포획시켜 고분자-산화철 복합체를 합성하였으며, 이때 사용된 산화철 나노입자의 양이나 클로로폼의 부피를 조절하여 고분자-산화철 복합체의 자기장 반응성을 조절하였다.
외부 자기장 내에서 산화철 나노입자의 경우 '초상자성'이 발현되고, 이에 따라 인접한 산화철 나노입자와 전자기적 인력에 의해 뭉치게 되는데, 이때 외부에 노출되는 산화철 나노입자의 표면적이 감소하게 된다. 따라서 산화철 나노입자의 표면에 단백질이 부착된 경우, 기질이 포함된 용액 내에서 외부에 자기장이 걸리면 기질용액으로 노출된 단백질의 면적이 감소하고, 상기 단백질의 발현을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 이와 같은 고분자-산화철 복합체의 '물리적 차폐 (physical blocking)' 효과를 이용하여 단백질의 발현조절의 새로운 방법을 제시하고자 하였다.
실시예 1. 산화철 나노입자의 합성
1-1. 올레산철 (Iron oleate)의 합성
140 ml의 헥산, 80 ml의 에탄올, 60 ml의 증류수를 500 ml 플라스크에 넣고 교반시킨 후, 10.8 g의 FeCl3·6H2O와 36.5 g의 올레산나트륨 (sodium oleate)을 플라스크에 넣고 녹이고, 4 시간 동안 60 ℃로 유지시켰으며, 이때 용액이 끓지 않도록 주의하였다. 4 시간 교반 후, 분별깔때기를 이용해 하층에 분리되는 증류수와 에탄올을 제거하고 2회 세척하였다. 이후 회전 증발 농축기를 이용해 헥산을 증발시켜 올레산철 (iron oleate)을 얻었다.
1-2. 산화철 나노입자의 합성
36 g의 올레산철을 5.7 g의 올레산 (oleic acid), 200 g의 1-옥타데신 (1-octadecene)에 넣고, 빠르게 교반하여 녹이고, 1 분에 3.3 ℃씩 상승시켜 320 ℃까지 가열한 후, 320 ℃에서 30 분간 온도를 유지한 뒤 서서히 식혔다. 합성된 산화철 나노입자 용액을 비커에 옮기고 헥산을 넣은 뒤, 용액의 색이 변할 때까지 아세톤을 넣어주고, 다시 용액의 색이 변할 때까지 에탄올을 넣어준 후, 비커 아래에 자석을 대어 상층액을 버렸다. 상기와 같은 방법으로 2회 세척한 뒤, 소량의 클로로폼을 넣고 분산시켰다.
실시예 2. PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)를 사용한 고분자-산화철 복합체의 합성
2-1. 고분자-산화철 복합 나노입자 합성
2-1-1. 산화철의 비율을 높여 합성하는 방법
PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid) 20 mg 및 산화철 100 mg을 클로로폼 (0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 및 4 ml)에 녹이고, 이어서 3 %의 PVA (poly vinyl alcohol) 수용액 4.5 ml를 넣고 2 분간 볼텍싱 (vortexing) 후, 초음파 분산방법으로 2 분간 분산시켰다. 분산된 용액을 다시 20 ml의 1 % PVA (poly vinyl alcohol) 수용액에 넣고 12 시간동안 자석 교반기 (magnetic stirrer)가 아닌 교반기를 사용하여 교반시키며 클로로폼을 증발시켰다. 12 시간 교반 후 4 ℃, 15000 g에서 30 분씩 3 회 원심분리하여 세척하였으며, 이후 4 ℃에서 보관하였다.
2-1-2. 산화철의 양을 증가시켜 합성하는 방법
PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid) 20 mg 및 산화철 10, 30, 50, 70 또는 100 mg을 클로로폼 2 ml에 녹인 후, 3 %의 PVA (poly vinyl alcohol) 수용액 4.5 ml를 넣고 2 분간 볼텍싱 (vortexing) 후, 초음파 분산방법으로 2 분간 분산시켰다. 분산된 용액을 다시 20 ml의 1 % PVA (poly vinyl alcohol) 수용액에 넣고 12 시간동안 자석 교반기 (magnetic stirrer)가 아닌 교반기를 사용하여 교반시키며 클로로폼을 증발시켰다. 12 시간 교반 후 4 ℃, 15000 g에서 30 분씩 3 회 원심분리하여 세척하였으며, 이후 4 ℃에서 보관하였다.
2-2. 산화철-고분자 복합 나노입자의 실리카 표면 처리 방법
20 ml의 에탄올에 4 mg의 산화철-고분자 복합체를 넣고 700 rpm으로 교반시키면서 3 ml의 증류수를 넣은 후, 1 ml의 30 % 암모니아 수용액과 500 μl의 테트라에틸 오소실리케이트 (tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 순서대로 천천히 넣어주었다. 이후 20 분간 교반시키고 20 ℃, 15000 g에서 30 분씩 3 회 원심분리하여 세척하였으며, 이후 6 시간 동안 magnetic 세척 후, 4 ℃에서 보관하였다.
실시예 3. 고분자-산화철 복합체에 형광인자 부착
3-1. Fluorescein isothiocyanate (FITC)에 silane source 치환
FITC 19.5 mg을 50 ml의 에탄올에 녹인 뒤 800 rpm으로 교반하고, 11.5 μl의 (3-아미노프로필)트라이에톡시실란 ((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES)을 천천히 주입한 후, 빛을 차단한 뒤, 42 ℃에서 24 시간 교반한 후, 빛에 노출되지 않도록 주의하여 보관하였다.
40.4 ml의 에탄올 및 2 ml의 증류수를 800 rpm에서 교반시키고, 250 μl의 아세트산을 천천히 주입한 후, 상기 방법에 의해 합성된 실란 (silane source)으로 치환된 FITC 용액 6.6 ml를 천천히 넣고 5 분간 교반하였다. 이후, 상기 실시예 2-2에서 합성된 실리카 코팅된 고분자-산화철 용액 1 ml를 천천히 넣고 2 시간 교반한 후, 20 ℃, 15000 g에서 에탄올을 이용하여 30 분씩 3 회 원심분리하여 세척하였다.
3-2. Rhodamine b isothiocyanate (RBITC)에 silane source 치환
RBITC 19.5 mg을 15 ml의 에탄올에 녹인 뒤 800rpm으로 교반하고, 50 μl의 (3-아미노프로필)트라이에톡시실란 ((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES)을 천천히 주입한 후, 빛을 차단한 뒤, 상온에서 48 시간 교반한 후, 빛에 노출되지 않도록 주의하여 보관하였다.
40.4 ml의 에탄올 및 2 ml의 증류수를 800 rpm에서 교반시키고, 250 μl의 아세트산을 천천히 주입한 후, 상기 방법에 의해 합성된 실란 (silane source)으로 치환된 FITC 용액 6.6 ml를 천천히 넣고 5 분간 교반하였다. 이후, 상기 실시예 2-2에서 합성된 실리카 코팅된 고분자-산화철 용액 1 ml를 천천히 넣고 2 시간 교반한 후, 20 ℃, 15000 g에서 에탄올을 이용하여 30 분씩 3 회 원심분리하여 세척하였다.
실시예 4. 고분자-산화철 복합체의 크기 변화 확인
동적 광 산란 (Dynamic light scattering, DLS)을 통해, 상기 실시예 2에서 합성한 고분자-산화철 복합체의 크기 및 2주 후의 크기 변화를 확인하였다.
그 결과, 먼저 산화철의 양을 증가시켜 합성하는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 산화철의 양을 10 배까지 증가시켜 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 합성했음에도 불구하고 복합체의 전체 크기는 일정한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 2 주의 시간 후에도 복합체의 크기는 변화 없이 안정하게 구조를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 산화철의 비율을 높여 합성하는 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 에멀젼 용매 증발법 (Emulsion solvent evaporation method)의 특성상, 용매로 사용된 클로로폼의 양을 일정 범위 이상으로 바꾸는 경우, 복합체의 크기가 크게 변하는 것을 확인할 수 있었다.
나아가, 실리카 코팅된 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM)을 통해 확인한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 모든 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)가 실리카로 고르게 코팅되어 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 5. 고분자-산화철 복합체 내의 산화철 크기 변화 확인
투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)을 통해, 상기 실시예 2에서 합성한 고분자-산화철 복합체 내의 산화철의 양 및 복합체의 크기 변화를 확인하였다.
그 결과, 먼저 산화철의 양을 증가시켜 합성하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 왼쪽부터 10, 30, 50, 70, 및 100 mg의 산화철 나노입자를 사용하여 합성한 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 관찰하였으며, 산화철의 양을 증가시킬수록 복합체 내부에 포집된 산화철의 양은 증가함에도 복합체 전체의 크기는 일정한 것을 확인할 수 있었다.
반면, 산화철의 비율을 높여 합성하는 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 에멀젼 용매 증발법 (Emulsion solvent evaporation method)의 특성상, (a)(b)(c)(d)(e)(f) 순으로 유액 내의 산화철 나노입자 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 6. 고분자-산화철 복합체의 외부자기장에 대한 반응성 확인
4.5 ml 큐벳 (cuvette)에 상기에 기재된 방법대로 합성된 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체) 500 μl를 넣고, 4 ml의 물을 넣은 후 충분히 섞어주었다. 기포가 생기지 않도록 주의하면서 큐벳의 캡을 닫고, 분광기 (spectrometer)를 이용해 500 nm 파장에서의 시간에 따른 흡광도 변화를 측정하였다. 초기 10 분간 용액의 흡광도가 일정해질 때까지 기다린 후, 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)가 담긴 큐벳의 위쪽에 자석을 올려 자기장을 가한 후, 2 시간 50 분간 흡광도의 변화를 확인하였다.
그 결과, 먼저 산화철의 양을 증가시켜 합성하는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 내부의 산화철 양을 다르게 (10-100 mg) 조절하면서, 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체) 내부에 포집된 산화철의 양을 늘렸을 때, 포집된 산화철의 양이 증가할수록 자기장에 대한 반응성이 증가함을 확인할 수 있었다.
반면, 산화철의 비율을 높여 합성하는 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)의 내부에 산화철의 비율이 높을수록 자기장에 대한 반응성이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 단순히 산화철의 양만 증가시킨 경우보다 더 확연한 차이를 발생시키는 것을 알 수 있었다.
이때, 상기 결과값은, 자석에 반응하지 않고 남아있는 입자의 수를 시간에 따라 측정하여 초기 입자 수에 대한 상댓값으로 나타내었다.
실시예
7.
형광인자가
부착된 고분자-산화철 복합체를 이용한 외부 자기장에 의한
형광세기
변화 확인
4.5 ml 큐벳 (cuvette)에 상기 실시예 3에서 합성된, 형광인자 부착된 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 두 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 각각 250 μl 씩 넣고 증류수 4 ml를 넣은 후 충분히 섞어주었다. 기포가 생기지 않도록 주의하면서 큐벳의 캡을 닫고, FITC의 형광파장인 520 nm 및 RBITC의 형광파장인 570 nm에서 동시에 형광세기의 시간에 따른 변화를 측정하였다. 초기 10 분간 용액의 흡광도가 일정해질 때까지 기다린 후, 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)가 담긴 큐벳의 위쪽에 자석을 올려 자기장을 가한 후, 2 시간 50 분간 형광세기의 변화를 확인하였다.
그 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, 더 강한 자기장 반응성을 가지는 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 부착된 RBITC의 경우, FITC에 비해 형광의 세기가 빠르게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는, 산화철의 비율을 다르게 하여 합성된 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)를 사용할 경우, 부착된 형광인자도 자석에 딸려오는 속도가 달라질 것인바, 이를 이용하여 특이한 적층구조를 형성할 수 있음을 시사한다.
실시예 8. 형광인자가 부착된 고분자-산화철 복합체를 이용한 적층구조 형성과 확인
이에, 상기 실시예 7의 결과를 바탕으로, 실시예 3에서 합성된, 형광인자 부착된 서로 다른 자기장 반응성을 갖는 두 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체) 각각 100 μl와 15 %의 SDS PAGE gel solution 300 μl를 섞고 끝을 막은 마이크로 피펫 팁에 주입하였다. 이후 외부에 자기장을 걸고 20 분 후에 온도를 올려 SDS PAGE gel solution을 겔로 굳힌 후, 팁을 자르고 겔 속에 형성된 적층구조를 형광현미경을 통해 확인하였다.
그 결과, 도 10에 나타낸 바와 같이, 자기장 반응성이 큰 고분자-산화철 복합체 (PLGA-산화철 복합체)에 부착된 RBITC (도 10a) 및 자기장 반응성이 작은 고분자-산화철 복합체(PLGA-산화철 복합체)에 부착된 FITC (도 10b)를 확인할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
Claims (11)
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- 에멀젼을 이루는 유기용매 내에 나노구조체의 지지체로 사용되는 고분자 및 산화철 나노입자를 혼합하고, PVA (poly vinyl alcohol) 수용액을 첨가하고 교반시키며, 상기 유기용매를 증발시켜 반응시키는 단계; 및
고분자-산화철 복합 나노구조체의 표면 개질을 용이하게 하기 위하여 계면활성제로 사용된 PVA 고분자를 기반으로 실리카를 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 유기용매는 클로로폼 (chloroform)이고,
상기 고분자는 PLGA (Poly lactic-L-glycolic acid)인 것을 특징으로 하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법.
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- 제6항에 있어서,
상기 제조방법은 고분자-산화철 복합 나노구조체 표면에 형광체를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 형광체는 플루오레신(fluorescein), 텍사스레드(TexasRed), 로다민(rhodamine), 알렉사(alexa), 시아닌(cyanine), 보디피(BODIPY), 및 쿠마린(coumarin)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 고분자-산화철 복합 나노구조체의 직경은 200 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는, 고분자-산화철 복합 나노구조체의 제조방법.
Priority Applications (2)
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| US15/901,554 US11306187B2 (en) | 2017-02-21 | 2018-02-21 | Polymer-iron oxide nano-complex, uses thereof and preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170022891A KR101973846B1 (ko) | 2017-02-21 | 2017-02-21 | 고분자-산화철 복합 나노구조체, 이의 이용방법, 및 이의 제조방법 |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130027884A (ko) * | 2011-09-08 | 2013-03-18 | 한국생명공학연구원 | 형광 자성 나노복합체 및 그 제조방법 |
-
2017
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Hybrid Nanoparticles for Detection and Treatment of cancer(Adv. Mater. 2012, 24, 3779-3802)* |
| Hybrid poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles(Drug Discovery Today, Volume 20, Number 1, January 2015)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180096325A (ko) | 2018-08-29 |
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