KR102025271B1 - 폴리스티렌 비즈와 탄소양자점을 포함하는 형광입자 및 그 응용방법 - Google Patents

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이혜진
고은서
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 폴리스티렌 비즈 및 탄소 양자점을 포함하는 형광입자에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 유도체와 탄소 양자점이 공유결합을 형성하여 제조되는 형광입자 및 금속 나노입자와의 연결을 통한 응용방법에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 탄소 양자점은 친환경적이고 독성이 없어 생체시료에 적합하며 합성과정이 간단하고 수용성인 기존의 탄소 양자점의 특성을 유지하고 있다. 또한, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌의 유도체와의 공유결합으로 인한 입자형태에 의해 일정한 크기과 무게를 가져 취급이 용이하고, 형광 수명이 길며, 탄소 양자점의 농도에 따라 밝기를 조절할 수 있어 광학적 성질의 제어가 가능한 효과가 있다.

Description

폴리스티렌 비즈와 탄소양자점을 포함하는 형광입자 및 그 응용방법 {Fluorescent particles containing polystyrene beads and carbon quantum dots and their application methods}
본 발명은 폴리스티렌 비즈와 탄소 양자점을 포함하는 형광입자에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 유도체와 탄소 양자점이 공유결합을 형성하여 제조되는 형광입자와 항체 또는 금속 나노입자와의 연결을 통한 응용방법에 관한 것이다.
형광물질은 형광을 발하는 물질의 총칭으로 이 물질은 빛을 받으면 어떤 상에서든 형광을 발한다. 형광물질은 단순히 브라운관이나 형광염료 등의 일용품과 X선, 전자현미경 등에 쓰여왔으며, 최근에는 빛에너지를 물질 안의 전자가 흡수하고 방출하여 발광효과를 나타내는 광전자를 활용한 광에너지 분야에도 활용되고 있다. 이러한 형광물질은 그 광학적 성질을 제어할 수 있는 연구가 현재 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 형광표지물질을 사용하는 바이오, 의학 분야 등까지 그 활용 범위가 넓어지고 있다.
가시광이나 자외선광으로 형광을 발하는 형광물질인 형광염료(fluoroescent dye)는 색을 선명하게하거나 하얗게 보이게 하기 위한 용도로 사용되어 왔으며, 현재에도 디아미노스틸벤계, 쿠마린계, 벤티딘계 등이 사용되고 있으나, 형광 탈색 및 실험조건에 따라 광학적으로 안정적이지 못하며, 독성문제로 인해 식품이나 세제 등에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 자제적으로 발광이 가능한 나노미터 단위의 반도체 결정인 양자점(quantum dot)은 색을 세밀하고 정교하게 표현이 가능하여 LCD, LED, OLED와 같은 디스플레이 장치에 많이 활용되고 있으나, 합성 시 환경오염의 문제가 있고, 독성으로 인해 생체시료에는 사용할 수 없으며, 그 합성과정 또한 복잡하다는 단점이 있다.
이에 따라, 종래의 양자점(quantum dot, QD) 나노입자를 대체할 수 있는 물질로서, 최근 발광성, 광안정성, 전자 전이성 등의 특성을 갖는 탄소 양자점(carbon quantum dot 또는 carbon dot)이 주목을 받고 있다. 탄소양자점(carbon dot, C-dot)은 기존의 양자점이 무기물 기반으로 이루어진 것과 달리 주원소가 탄소로 구성되어 있으며, 부원소로 수소와 산소, 그리고 합성원료에 따라서 질소 등의 기타 원소들이 추가적으로 함유된 유기물 기반의 탄소나노소재로서 무기계 양자점과 유사하게 형광 및 반도체적 특성을 나타낸다는 점에서 바이오 이미징, 센서, 발광다이오드, 조명, 유기태양전지 및 광촉매 등의 분야에서 최근 많은 응용이 이루어지고 있다.
따라서 'US 등록특허 8357507 B2'에서는 카본 수트로부터 분리되었고 여과과정을 통해 단리 및 세척되었으며, 크기의 변화와 표면의 카르복실산 그룹의 위치에 따라 색이 변화하는 특성을 가진 수용성 자가 형광성 탄소 양자점(self fluorescent quantum carbon dots)을 제공하고 있으나, 이를 활용하는 방법에 대한 명확한 예시가 없으므로 실제 응용하기에 문제점이 있다.
US 8357507 B2 KR 10-2016-0122540 A
상기 문제점을 해결하기 위하여, 폴리스티렌 비즈 및 탄소 양자점을 포함하는 형광입자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리스티렌 비즈 및 탄소 양자점을 포함하는 형광입자, 가교제 및 항체를 포함하는 형광복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리스티렌 비즈 및 탄소 양자점을 포함하는 형광입자, 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물 및 금속 나노입자를 포함하는 형광복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 형광복합체 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈; 및
상기 폴리스티렌 비즈의 상에 결합되고, 아민기를 갖는 탄소 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광입자를 제공한다.
폴리스티렌 비즈는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112019008830665-pat00001
상기 n은 1 내지 2×102의 정수이다.
탄소 양자점은 상기 폴리스티렌 비즈와 공유결합을 형성한다.
탄소 양자점은 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가교제를 이용하여 상기 폴리스티렌 비즈의 표면에 결합된다.
상기 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
형광입자;
가교제; 및
항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체를 제공한다.
가교제는 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
상기 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
형광입자;
메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물; 및
금속 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체를 제공한다.
금속 나노입자는 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물의 메르캅토기와 연결된다.
금속 나노입자는 금 나노 막대 (Gold nano rod, GNR), 금 나노 구형입자 (Gold nano sphere), 금 나노 스타 (Gold nano star, GNS), 금 나노 큐브 (Gold nano cube, AuNC), 금 나노 쿼지 파티클 (Gold nano quasi particle, qsNP), 금 나노 케이지 (Gold nano cage), 금 나노 프리즘 (Gold nano prism), 금 나노 바이피라미드 (Gold nano bipyramid), 은으로 코팅된 금(Au@Ag core shell), 및 금으로 코팅된 은(Ag@Au core shell)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다.
상기 또 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
표면에 아민기를 갖는 탄소 양자점을 합성하는 단계;
상기 합성된 탄소 양자점으로 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈를 코팅하여 표면에 아민기를 갖는 형광입자를 생성하는 단계;
금속 나노입자에 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물을 결합하여 표면에 카르복실기를 갖는 금속 나노입자를 생성하는 단계; 및
상기 표면에 아민기를 갖는 형광입자 및 상기 표면에 카르복실기를 갖는 금속 나노입자를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체 제조방법을 제공한다.
메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물은 2-머캅토프로피온산 (2-Mercaptopropionic acid), 3-메르캅토프로피온산 (3-Mercaptopropionic acid, MPA), 6-머캅토헥산산 (6-Mercaptohexanoic acid, MHA), 8-머캅토옥타노익 산 (8-Mercaptooctanoic acid, MOA), 11-메르캅토운데카노산 (11-Mercaptoundecanoic acid, MUA), 16-머캅토헥사데칸산 (16-Mercaptohexadecanoic acid, MHDA), 및 싸이올 폴리에틸렌 글리콜3 산 (Thiol-PEG3-acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
본 발명에서 제공하는 탄소 양자점은 친환경적이고 독성이 없어 생체시료에 적합하며 합성과정이 간단하고 수용성인 기존의 탄소 양자점의 특성을 유지하고 있다.
또한, 폴리스티렌 또는 폴리스티렌의 유도체와의 공유결합으로 인한 입자형태에 의해 일정한 크기과 무게를 가져 취급이 용이하고, 형광 수명이 길며, 탄소 양자점의 농도에 따라 밝기를 조절할 수 있어 광학적 성질의 제어가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 형광방출 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈; 및 상기 폴리스티렌 비즈의 상에 결합되고, 아민기를 갖는 탄소 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광입자를 제공한다.
폴리스티렌 비즈는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112019008830665-pat00002
상기 n은 1 내지 2×102의 정수이다.
폴리스티렌 입자는 음전화로 안정화된 콜로이달 입자로서, 항제, 항원, 단백질, 및 각종 생화학물질이 표면에 흡착될 수 있다. 또한, 직접적인 흡착이 불가능할 경우, 카르복실화, 아민화 등을 통한 폴리스티렌 입자 표면의 변화에 따라, 카르복실기, 아민기 등과의 공유결합을 통해 연결할 수 있다.
이러한 폴리스티렌 입자의 특성을 이용하여, 탄소양자점을 폴리스티렌 비즈에 코팅하여 입자화할 경우, 일정한 크기와 형태를 가지게 되어 기존 탄소양자점의 취급이 어려운 단점을 보완할 수 있으며, 폴리스티렌 입자에 코팅되는 탄소양자점의 농도에 따라 밝기 조절이 가능하여 광학적 성질의 제어가 용이하게 될 수 있다.
탄소 양자점은 상기 폴리스티렌 비즈와 공유결합을 형성하며, 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가교제를 이용하여 폴리스티렌 비즈의 표면에 결합될 수 있다.
바람직하게는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC) 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS) 중에서 선택된 하나 이상의 가교제를 이용하여 폴리스티렌 비즈의 표면에 결합할 수 있다.
EDC는 수용성으로 아민과의 아미드 결합을 위한 카르복실 활성화제로 사용될 수 있다. 펩타이드 합성에서도 주로 사용되며, 단백질을 핵산에 가교 결합시키거나 면역 접합체의 제조에 사용될 수 있다. 또한, 포스포디에스테르 및 포스포모노에스테르를 형성하기 위하여 포스페이트기를 활성화 하는데 사용할 수 있다.
NHSS는 N-하이드록시설포석시이미드의 수용성 술폰화 유도체로서, EDC와 같은 카르보디이미드의 존재하에 카르복실산과 커플링 반응하여 친수성의 N-하이드록시설포석시이미드 활성 에스테르를 형성할 수 있으며, 이러한 에스테르 단백질 가교 실험에서도 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 형광입자, 가교제, 및 항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체를 제공한다.
가교제는 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC) 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
EDC는 수용성으로 아민과의 아미드 결합을 위한 카르복실 활성화제로 사용될 수 있다. 펩타이드 합성에서도 주로 사용되며, 단백질을 핵산에 가교 결합시키거나 면역 접합체의 제조에 사용될 수 있다. 또한, 포스포디에스테르 및 포스포모노에스테르를 형성하기 위하여 포스페이트기를 활성화 하는데 사용할 수 있다.
NHSS는 N-하이드록시설포석시이미드의 수용성 술폰화 유도체로서, EDC와 같은 카르보디이미드의 존재하에 카르복실산과 커플링 반응하여 친수성의 N-하이드록시설포석시이미드 활성 에스테르를 형성할 수 있으며, 이러한 에스테르 단백질 가교 실험에서도 사용될 수 있다.
또한, 항체는 IgM, IgG, IgA, IgE, IgD로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 형광입자, 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물, 및 금속 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체를 제공한다.
금속 나노입자는 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물의 메르캅토기와 연결되며, 금속 나노입자는 금 나노 막대 (Gold nano rod, GNR), 금 나노 구형입자 (Gold nano sphere), 금 나노 스타 (Gold nano star, GNS), 금 나노 큐브 (Gold nano cube, AuNC), 금 나노 쿼지 파티클 (Gold nano quasi particle, qsNP), 금 나노 케이지 (Gold nano cage), 금 나노 프리즘 (Gold nano prism), 금 나노 바이피라미드 (Gold nano bipyramid), 은으로 코팅된 금(Au@Ag core shell), 및 금으로 코팅된 은(Ag@Au core shell)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 또 다른 측면에 따르면, 표면에 아민기를 갖는 탄소 양자점을 합성하는 단계; 상기 합성된 탄소 양자점으로 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈를 코팅하여 표면에 아민기를 갖는 형광입자를 생성하는 단계; 금속 나노입자에 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물을 결합하여 표면에 카르복실기를 갖는 금속 나노입자를 생성하는 단계; 및 상기 표면에 아민기를 갖는 형광입자 및 상기 표면에 카르복실기를 갖는 금속 나노입자를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체 제조방법을 제공한다.
메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물은 2-머캅토프로피온산 (2-Mercaptopropionic acid), 3-메르캅토프로피온산 (3-Mercaptopropionic acid, MPA), 6-머캅토헥산산 (6-Mercaptohexanoic acid, MHA), 8-머캅토옥타노익 산 (8-Mercaptooctanoic acid, MOA), 11-메르캅토운데카노산 (11-Mercaptoundecanoic acid, MUA), 16-머캅토헥사데칸산 (16-Mercaptohexadecanoic acid, MHDA), 및 싸이올 폴리에틸렌 글리콜3산 (Thiol-PEG3-acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 메르캅토기를 갖는 화합물은 황을 포함하고 있어 금속입자들과 잘 결합할 수 있는 성질을 가지고 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예>
실시예 1 - C-dot 합성
100 ml의 증류수에 50 w/w% ethylenediamine 10 ml를 첨가하여 교반한 용액 30 ml에 citric acid 10 g을 첨가하여 교반하면서 가열하였다. 용액이 끓어 노란색의 겔 상태가 되면 증류수를 3 ml 첨가한 후 계속 가열하는 과정을 10회 반복하였다. 최종적으로 생성된 겔 상태의 생성물을 증류수 50 ml를 넣고 잘 섞은 후 상온에서 식혀 0.45 ㎛ 나일론 필터를 이용하여 부유물을 제거하였으며, 아민기(NH3)가 붙어있는 C-dot(carbon nanodot)을 제조하여 4℃에서 보관하였다.
실시예 2 - 폴리스티렌 비즈에 C-dot 코팅
pH 6.0의 0.05 M의 MES (2-morpholinoethanesulfonic acid, C6H13NO4S) 버퍼 10 ml에 카르복실기가 붙어있는 폴리스티렌 비즈 11 mg를 첨가한 후 2 mM의 EDC 및 5 mM NHSS를 첨가하여 15분 동안 sonication하였다. 폴리스티렌과 반응 후 남은 EDC와 복합체 형성을 유도하기 위하여 20 mM의 2-mercaptoethanol를 첨가하여 10분 동안 sonication하였다. 여기에 실시에 1에 따라 제조된 아민기를 작용기로 가지는 C-dot 110 mg 및 10 M의 NaOH 290 ㎕를 첨가하여 2 시간 동안 sonication하였으며, 원심분리 후 5번의 washing 과정을 거쳐 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈 (형광입자)를 제조하였다.
명세서 상의 기재를 용이하게 하기 위하여 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈를 A로 명명한다.
제조예 1 - C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 MUA로 코팅된 금 나노입자의 연결
5 nm의 금 나노입자 990 ㎕ 및 4.2 mg/ml의 MUA(11-Mercaptoundecanoic acid, C11H22O2S)10 ㎕를 혼합하여 30분간 50℃에서 sonication하였으며, 그 후 상온에서 2시간 동안 sonication하였다. 이렇게 제조된 MUA가 코팅된 금 나노입자 1 ml에 10 mM의 EDC 10 ㎕와 5 mM의 NHSS 10 ㎕를 첨가하여 10분간 교반하였으며, 상시 실시예 1 내지 2에 따라 제조된 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈를 980 ㎕ 첨가하여 2시간 동안 sonication하였다. 이 후 11,000 g에서 15분간 원심분리하였으며, 증류수에서 반응시켜 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 금 나노입자를 MUA를 이용하여 연결하였다.
명세서 상의 기재를 용이하게 하기 위하여 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 금 나노입자를 MUA를 이용하여 연결하여 생성된 형광물질을 B로 명명한다.
제조예 2 - C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 MPA로 코팅된 금 나노입자의 연결
MUA(3-Mercaptopropionic acid, C3H6O2S)가 코팅된 10 nm의 금 나노입자 1 ml 및 4.2 mg/ml의 10 ㎕를 혼합하여 30분간 50℃에서 sonication하였으며, 그 후 상온에서 2시간 동안 sonication하였다. 이렇게 제조된 MUA가 코팅된 금 나노입자 1 ml에 10 mM의 EDC 10 ㎕와 25 mM의 NHSS 10 ㎕를 첨가하여 15분간 교반하였고, 2-mercaptoethanol 1.4 ㎕을 첨가하여 10분간 교반하였으며, MES 버퍼에 첨가한 상시 실시예 1 내지 2에 따라 제조된 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈 1 ml을 첨가하여 3시간 동안 반응시켰다. 이 후 12,000 rpm에서 30분간 원심분리하였으며, MES 버퍼에서 반응시켜 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 금 나노입자를 MPA를 이용하여 연결하였다.
명세서 상의 기재를 용이하게 하기 위하여 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 금 나노입자를 MPA를 이용하여 연결하여 생성된 형광물질을 C로 명명한다.
실시예 3 - C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈와 IgG 항체의 연결
IgG 항체 100 μg이 담긴 pH 6.0의 0.05 M의 MES (2-morpholinoethanesulfonic acid, C6H13NO4S) 버퍼 1 mL에 2 mM의 EDC 및 5 mM NHSS를 첨가하여 15분 동안 sonication하였으며, 항체의 카르복실기와 반응 후 남은 EDC와 복합체 형성을 유도하기 위하여 20 mM의 2-mercaptoethanol를 첨가하여 10분 동안 sonication하였다. 여기에 실시예 1 내지 2에 따라 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈를 1.6 mg 및 10 M의 NaOH 29 ㎕를 첨가하여 2 시간 동안 sonication하여 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈-항체 복합체를 제조하였다.
명세서 상의 기재를 용이하게 하기 위하여 C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈-항체 복합체를 E로 명명한다.
실시예 4 - UV spectrophotometer 측정
상기 실시예 2의 A와 실시예 3의 E를 셀에 넣고 190 nm - 1100 nm 파장 범위에서 흡광도를 측정하였다.
실시예 5 - PL emission 측정
상기 실시예 2의 A와 실시예 3의 E를 셀에 넣고 300 nm - 900 nm 파장 범위, 365 nm excitation에서 형광 emission을 측정하였다.
비교예 1 - 폴리스티렌 비즈 - C-dot 혼합
5.5 mg의 latex beads와 3.2 mg C-dots 각각을 40 mL 증류수에 혼합하여 같은 농도의 혼합액을 만들었다.
명세서 상의 기재를 용이하게 하기 위하여 폴리스티렌 및 C-dot을 단순히 혼합한 혼합물을 D로 명명한다.
비교예 2 - UV spectrophotometer 측정
상기 비교예 1의 D를 셀에 넣고 190 nm - 1100 nm 파장 범위에서 흡광도를 측정한다.
비교예 3 - PL emission 측정
상기 비교예 1의 D를 셀에 넣고 300 nm - 900 nm 파장 범위, 365 nm excitation에서 형광 emission을 측정한다.
<평가 및 결과>
결과 1 - 폴리스티렌 및 C-dot의 결합 유무에 따른 UV 스펙트럼 비교
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 A 및 D의 UV 스펙트럼을 비교하여 도 1에 도시하였다.
그 결과, A에서는 C-dot에 의한 흡광도 피크가 249 nm, 388 nm로, 결합하지 않은 D에 비하여 각각 8 nm (241 nm → 249 nm), 37 nm (351 nm → 388 nm) 적색편이(red-shift)가 일어났음을 관찰하였으며, 이를 통해 폴리스티렌 비즈와 다수의 C-dot이 결합하였음을 확인할 수 있었다.
결과 2 - 폴리스티렌 및 C-dot의 결합 유무에 따른 형광방출 비교
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 A 및 D의 형광방출을 비교하여 도 2에 도시하였다.
그 결과, A에서는 C-dots에 의한 형광 방출(emission) 피크가 452 nm로, 결합하지 않은 D에 비하여 2 nm (450 nm → 452 nm) 적색편이(red-shift)가 일어났음을 관찰하였다. 이를 통해 폴리스티렌 비즈와 C-dot이 연결되었음을 추정할 수 있으며, 이러한 연결에 의한 shift가 2 nm로, 비즈와의 결합이 고유 C-dot이 가지고 있던 원래의 형광색깔에는 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있었다. Polystyrene latex beads에 의한 형광방출 피크는 A, D모두 728 nm로, 별다른 차이를 나타내지 않았다.
결과 3 - C-dot이 코팅된 폴리스티렌 비즈의 항체 결합 유무에 따른 UV 스펙트럼 비교
상기 실시예 따라 제조한 A 및 E의 UV-vis 스펙트럼을 비교하여 도 3에 도시하였다.
그 결과, E에서는 항체(단백질)에 의한 것으로 추정되는 A에서는 나타나지 않은 234 nm 파장의 sharp한 흡수 피크가 나타났으며, 항체가 결합하지 않은 A에 비하여 24 nm의(388 nm → 412 nm) 적색편이(red-shift)가 일어났음을 관찰하였으며, 이를 통해 C-dot에 비해 상대적으로 크기가 큰 항체의 결합에 의한 광학적 변화가 일어났음을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈와 아민기를 갖는 탄소 양자점의 아미드 결합에 의해 형성된 형광입자; 및
    상기 형광입자와 연결되고, 카르복실기를 갖는 항체;를 포함하고,
    상기 항체와 형광입자의 연결에 의해 광학적 변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 형광복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리스티렌 비즈는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광복합체:
    [화학식 1]
    Figure 112019054781818-pat00003

    상기 n은 1 내지 2×102의 정수이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 양자점은 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가교제를 이용하여 상기 폴리스티렌 비즈의 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는 형광복합체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 항체는 IgM, IgG, IgA, IgE, IgD로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광복합체.
  5. 항체 수용액에 가교제를 첨가하고 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물에 초음파를 인가하여 반응물을 형성하는 단계; 및
    상기 반응물에 형광입자를 첨가하고 초음파를 인가하는 단계;를 포함하고,
    상기 형광입자는 표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈와 아민기를 갖는 탄소 양자점의 아미드 결합에 의해 형성되며,
    상기 항체는 상기 형광입자와 연결되는 것을 특징으로 하는 형광복합체의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가교제는 디시클로헥실 카르보디이미드 (dicyclohexyl carbodiimide, DCC), 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 하이드로클로라이드 (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, EDC), 1-시클로헥실-3-(2-모르폴리노에틸) 카르보디이미드 (1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, CMC), 디이소프로필 카르보디이미드 (diisopropyl carbodiimide, DIC), N-하이드록시석신이미드 (N-Hydroxysuccinimide, NHS), 및 N-하이드록시술포석신이미드(N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt, NHSS)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광복합체의 제조방법.
  7. 표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈와 아민기를 갖는 탄소 양자점의 아미드 결합에 의해 형성된 형광입자;
    금속 나노입자; 및
    상기 금속 나노입자의 표면을 코팅하는 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물;을 포함하고,
    상기 형광입자의 아민기와 상기 화합물이 코팅된 금속 나노입자 표면의 카르복실기가 연결되는 것을 특징으로 하는 형광복합체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 금 나노 막대 (Gold nano rod, GNR), 금 나노 구형입자 (Gold nano sphere), 금 나노 스타 (Gold nano star, GNS), 금 나노 큐브 (Gold nano cube, AuNC), 금 나노 쿼지 파티클 (Gold nano quasi particle, qsNP), 금 나노 케이지 (Gold nano cage), 금 나노 프리즘 (Gold nano prism), 금 나노 바이피라미드 (Gold nano bipyramid), 은으로 코팅된 금(Au@Ag core shell), 및 금으로 코팅된 은(Ag@Au core shell)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광복합체.
  9. 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물과 금속 나노입자의 혼합액에 초음파를 인가하여 반응물을 형성하는 단계;
    상기 반응물에 가교제를 첨가하고 교반하여 교반액을 형성하는 단계; 및
    상기 교반액에 형광입자를 첨가하고 반응시키는 단계;를 포함하고,
    상기 형광입자는 표면에 카르복실기를 갖는 폴리스티렌 비즈와 아민기를 갖는 탄소 양자점의 아미드 결합에 의해 형성되며,
    상기 금속 나노입자의 표면에 상기 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물이 코팅되는 것을 특징으로 하는 형광복합체의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 형광입자는 상기 화합물이 코팅된 금속 나노입자 표면의 카르복실기와 연결되는 것을 특징으로 하는 형광복합체의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 메르캅토기 및 카르복실기를 갖는 화합물은 2-머캅토프로피온산 (2-Mercaptopropionic acid), 3-메르캅토프로피온산 (3-Mercaptopropionic acid, MPA), 6-머캅토헥산산 (6-Mercaptohexanoic acid, MHA), 8-머캅토옥타노익 산 (8-Mercaptooctanoic acid, MOA), 11-메르캅토운데카노산 (11-Mercaptoundecanoic acid, MUA), 16-머캅토헥사데칸산 (16-Mercaptohexadecanoic acid, MHDA), 및 싸이올 폴리에틸렌 글리콜3산 (Thiol-PEG3-acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형광복합체 제조방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113336883A (zh) * 2021-06-15 2021-09-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种石墨烯量子点掺杂的吸附树脂及其制备方法和应用
CN115109411A (zh) * 2022-07-01 2022-09-27 郑州轻工业大学 一种增强碳量子点荧光的碳量子点/硫醇-烯复合材料及其制备方法和应用
CN115433565A (zh) * 2022-09-22 2022-12-06 苏州卫生职业技术学院 用于核酸扩增产物检测的比率型荧光探针的制备方法
CN116284519A (zh) * 2023-02-20 2023-06-23 北京市计量检测科学研究院 石墨烯量子点修饰单分散聚苯乙烯荧光微球及其制备方法
CN115433565B (zh) * 2022-09-22 2024-06-04 苏州卫生职业技术学院 用于核酸扩增产物检测的比率型荧光探针的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100030264A (ko) * 2008-09-10 2010-03-18 연세대학교 산학협력단 형광 자성 나노복합체 및 그 제조방법
KR20120111698A (ko) * 2011-04-01 2012-10-10 한국과학기술연구원 도전성 입자 및 그의 제조방법
US8357507B2 (en) 2010-03-08 2013-01-22 Cromoz Inc. Water soluble fluorescent quantum carbon dots
KR20160122540A (ko) 2015-04-14 2016-10-24 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 탄소점 함유 형광 메조다공성 나노입자, 이의 제조방법 및 이의 용도

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100030264A (ko) * 2008-09-10 2010-03-18 연세대학교 산학협력단 형광 자성 나노복합체 및 그 제조방법
US8357507B2 (en) 2010-03-08 2013-01-22 Cromoz Inc. Water soluble fluorescent quantum carbon dots
KR20120111698A (ko) * 2011-04-01 2012-10-10 한국과학기술연구원 도전성 입자 및 그의 제조방법
KR20160122540A (ko) 2015-04-14 2016-10-24 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 탄소점 함유 형광 메조다공성 나노입자, 이의 제조방법 및 이의 용도

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113336883A (zh) * 2021-06-15 2021-09-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种石墨烯量子点掺杂的吸附树脂及其制备方法和应用
CN113336883B (zh) * 2021-06-15 2022-09-02 中国科学院兰州化学物理研究所 一种石墨烯量子点掺杂的吸附树脂及其制备方法和应用
CN115109411A (zh) * 2022-07-01 2022-09-27 郑州轻工业大学 一种增强碳量子点荧光的碳量子点/硫醇-烯复合材料及其制备方法和应用
CN115109411B (zh) * 2022-07-01 2023-08-11 郑州轻工业大学 一种增强碳量子点荧光的碳量子点/硫醇-烯复合材料及其制备方法和应用
CN115433565A (zh) * 2022-09-22 2022-12-06 苏州卫生职业技术学院 用于核酸扩增产物检测的比率型荧光探针的制备方法
CN115433565B (zh) * 2022-09-22 2024-06-04 苏州卫生职业技术学院 用于核酸扩增产物检测的比率型荧光探针的制备方法
CN116284519A (zh) * 2023-02-20 2023-06-23 北京市计量检测科学研究院 石墨烯量子点修饰单分散聚苯乙烯荧光微球及其制备方法

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