KR102410201B1 - Manufacturing method of carbon-nitrogen alternating material and photoacoustic contrast agent - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 카본 나이트라이드 소재를 포함하는 조영제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따라 제조된 결함이 있는 카본 나이트라이드는 고분산성 및 고안정성의 분산액으로 제조될 수 있다.
따라서, 시험관 내 형광 이미징 뿐만 아니라, 종래 기술로는 불가능했던 생체 내 형광 이미징을 구현할 수 있는 바, 질병 진단용 조영제, 세포 추적용 조영제 등의 조영제 의약품에 제공될 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a contrast agent comprising a carbon nitride material emitting high-dispersion and long-wavelength fluorescence light and a method for manufacturing the same. can be manufactured.
Accordingly, in vitro fluorescence imaging as well as in vivo fluorescence imaging, which was not possible with the prior art, can be implemented, and thus, there is an effect that can be provided to pharmaceutical products such as a contrast agent for disease diagnosis and a contrast agent for tracking cells.
Description
본 발명은 고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 카본 나이트라이드 소재를 포함하는 광음향 조영제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoacoustic contrast agent comprising a carbon nitride material emitting high-dispersion and long-wavelength fluorescence light and a method for manufacturing the same.
질화탄소(C3N4)는 탄소와 질소가 교대로 배열되면서 트라이아진(triazine) 또는 트리-에스-트라이아진(tri-s-triazine) 형태가 2차원으로 펼쳐진 구조를 갖는 물질이며, 고분자 탄소 질화물(g-C3N4 또는 p-C3N4)은 sp 2 탄소-질소 결합이 층층이 쌓인 구조로 매우 안정한 그래파이트 형태의 구조를 갖는다.Carbon nitride (C 3 N 4 ) is a material having a structure in which carbon and nitrogen are alternately arranged and a triazine or tri-s-triazine form is spread in two dimensions, and polymeric carbon The nitride (gC 3 N 4 or pC 3 N 4 ) has a very stable graphite-type structure in which sp 2 carbon-nitrogen bonds are stacked layer by layer.
이론상 다이아몬드보다 더 큰 강도를 가지는 소재로 알려져 있으며, 다이아몬드를 대체할 물질로서 많은 연구자로부터 연구되어 왔다. 고분자 탄소 질화물은 유기물 중 질소의 함량이 가장 높고(~60 wt%), 높은 열적 안정성(< 700 ℃), 전기 전도성 등의 특성을 나타내는 것이 발견되어, 최근에는 g-C3N4가 내마모성이 요구되는 각종 부품류 뿐만 아니라 전자방출재료, 변환 밴드갭 반도체 재료, 촉매 등 그 응용범위가 매우 다양할 수 있음이 보고되고 있다. In theory, it is known as a material with greater strength than diamond, and has been studied by many researchers as a material to replace diamond. Polymer carbon nitride has been found to have the highest nitrogen content among organic materials ( ~ 60 wt%), high thermal stability (< 700 ° C), and characteristics such as electrical conductivity. It has been reported that not only various parts, but also the range of applications such as electron-emitting materials, conversion bandgap semiconductor materials, and catalysts can be very diverse.
한편, g-C3N4 기반 물질들은 가시광선 영역에서 형광 특성을 보여주는 것으로 알려져 있는데, 기존 연구들은 대부분 3차원 소재들을 이용한 광촉매, 흡착제, 형광 센서 연구이다.On the other hand, gC 3 N 4 based materials are known to show fluorescence properties in the visible light region. Existing studies have mostly focused on photocatalysts, adsorbents, and fluorescent sensors using 3D materials.
g-C3N4 기반 물질들은 비금속 소재이기 때문에 생체에서 저독성 및 생체적합성(biocompatibility)이 좋을 것이라 생각되어서 본 발명자들은 g-C3N4를 화학적 표면 개질법을 이용해 기존 층 내 트리-에스-트라이아진 구조에서 인위적으로 결함을 만들어 고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 신물질을 제조하였고, 암세포 등에 대한 형광 생체 조영제로 이용하고자 한다.Since gC 3 N 4 based materials are non-metallic materials, low toxicity and biocompatibility in the living body are thought to be good, so the present inventors artificially created gC 3 N 4 in the tri-S-triazine structure in the existing layer using a chemical surface modification method. A new material that emits high-dispersion and long-wavelength fluorescence light by making defects with it is intended to be used as a fluorescence biocontrast for cancer cells, etc.
광음향 효과(photoacoustic effect)는 조영제 물질이 빛을 흡수하였을 때, 일부는 빛의 형태로 방출되지만 일부는 열 에너지의 형태로 에너지가 방출되는데, 이 때 발생한 열이 소리를 만들게 되는 현상을 의미한다. 이러한 광음향 효과는 특정 질병(암 세포 등)의 위치에 조영제가 투여된 다음, 외부에서 빛을 조사하였을 때, 이러한 광음향 효과가 발생하게 되고, 이를 외부에서 초음파를 통하여 해당 질병의 진단이 가능하게 된다.The photoacoustic effect refers to a phenomenon in which when a contrast medium absorbs light, some is emitted in the form of light, but some energy is released in the form of heat energy, and the heat generated at this time makes sound. . This photoacoustic effect occurs when a contrast agent is administered to the location of a specific disease (cancer cells, etc.) and then irradiated with light from the outside, and it is possible to diagnose the disease through ultrasound from the outside will do
조영제란 위, 장관, 혈관, 뇌척수강, 관절강 등에 투입하여 자기공명영상(MRI) 촬영이나 컴퓨터단층(CT) 촬영과 같은 방사선 검사 때에 조직이나 혈관을 잘 볼 수 있도록 각 조직의 X선 흡수차를 인위적으로 크게 함으로써 영상의 대조도를 크게 해주는 약품이다. 따라서 조영제를 사용함으로써 생체 구조나 병변을 주위와 잘 구별할 수 있게 해 주어 진단적 가치를 향상시켜준다.Contrast agent is injected into the stomach, intestinal tract, blood vessels, cerebrospinal cavity, joint cavity, etc. It is a drug that increases the contrast of an image by artificially enlarging it. Therefore, by using a contrast agent, it is possible to distinguish the biological structure or lesion well from the surroundings, thereby improving the diagnostic value.
먼저, 생체 내에서 형광 조영제로 쓰기 위해서는 생체 매질에서 발광체들이 안정하게 분산되어 있는 소재의 합성이 중요한데, 기존 3차원 소재들은 분산성이 매우 떨어지기 때문에 조영제로 사용하기에 적합한 분산액 확보가 사실상 불가하였다.First, in order to be used as a fluorescence contrast agent in vivo, it is important to synthesize a material in which the luminous substances are stably dispersed in a biological medium. However, since the existing three-dimensional materials have very poor dispersibility, it was virtually impossible to secure a dispersion suitable for use as a contrast agent. .
최근에 화학 개질법 등을 통해 수십 nm 크기의 g-C3N4 양자점(nanodot)의 분산액을 확보하고 세포내에서 in-vitro 이미징 결과를 보고한 예들이 있으나, 역시 낮은 분산성과 낮은 발광 효율 때문에 동물 실험(in vivo)에서 이미징을 성공한 예는 아직까지 전무하다.Recently, there have been examples of obtaining a dispersion of tens of nm in size of gC 3 N 4 quantum dots (nanodot) through chemical modification, etc. and reporting the results of in-vitro imaging in cells. There are no examples of successful imaging in vivo.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 탄소-질소가 교대 배열하여 생성되는 g-C3N4 합성법 개발을 통해 화학적 표면 개질법을 통하여 분산성이 뛰어난 안정한 분산액을 제조하고, 이 물질에서는 최초로 광음향 효과가 발생하는 현상 및 조영제로 응용이 가능하다는 것을 제시하여 본 발명을 완성하였다.Under this background, the present inventors prepared a stable dispersion with excellent dispersibility through chemical surface modification through the development of a gC 3 N 4 synthesis method in which carbon-nitrogen is alternately arranged, and the first photoacoustic effect occurs in this material And the present invention was completed by suggesting that it can be applied as a contrast agent.
본 발명의 일 측면에서의 목적은,The object of one aspect of the present invention is,
고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 카본 나이트라이드 소재를 포함하는 조영제 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a contrast agent composition comprising a carbon nitride material emitting fluorescence light in a high dispersibility and long wavelength region.
본 발명의 다른 측면에서의 목적은,The object of another aspect of the present invention is,
상기 조영제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.To provide a method for preparing the contrast agent composition.
본 발명의 또 다른 측면에서의 목적은,Another object of the present invention is to
질병의 발병 또는 진행상황을 진단하기 위한 정보를 제공하기 위하여, 상기 조영제 조성물을 사용하여 조직을 영상화하는 방법을 제공하는 것이다.To provide information for diagnosing the onset or progress of a disease, to provide a method of imaging a tissue using the contrast medium composition.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,
카본 나이트라이드 전구체를 준비하는 단계;preparing a carbon nitride precursor;
상기 카본 나이트라이드 전구체를 1차 열처리하여 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하는 단계;preparing bulk carbon nitride (CN520-A) by first heat-treating the carbon nitride precursor;
상기 벌크 탄소 질화물(CN520-A)를 Hummers' method를 통하여 산화시켜 탄소 질화물(OCN)을 제조하는 단계; 및oxidizing the bulk carbon nitride (CN520-A) through Hummers' method to prepare carbon nitride (OCN); and
탄소 질화물(OCN)을 질소 분위기에서 열처리하여 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하는 단계;를 포함하는 고분산성 카본 나이트라이드의 제조방법으로부터 제조되는, 고분산성 카본 나이트라이드를 포함하는 조영제 조성물이 제공된다.Contrast agent containing high-dispersity carbon nitride, prepared from a method for producing high-dispersity carbon nitride comprising; producing defective carbon nitride (OCN610-N) by heat-treating carbon nitride (OCN) in a nitrogen atmosphere A composition is provided.
본 발명의 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
카본 나이트라이드 전구체를 준비하는 단계;preparing a carbon nitride precursor;
상기 카본 나이트라이드 전구체를 1차 열처리하여 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하는 단계;preparing bulk carbon nitride (CN520-A) by first heat-treating the carbon nitride precursor;
상기 벌크 탄소 질화물(CN520-A)를 Hummers' method를 통하여 산화시켜 탄소 질화물(OCN)을 제조하는 단계; 및oxidizing the bulk carbon nitride (CN520-A) through Hummers' method to prepare carbon nitride (OCN); and
탄소 질화물(OCN)을 질소 분위기에서 열처리하여 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하는 단계;를 포함하는 조영제 조성물의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for producing a contrast agent composition comprising the; heat-treating carbon nitride (OCN) in a nitrogen atmosphere to prepare defective carbon nitride (OCN610-N).
본 발명의 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
질병의 발병 또는 진행상황을 진단하기 위한 정보를 제공하기 위하여, 상기 조영제 조성물을 사용하여 조직을 영상화하는 방법이 제공된다.In order to provide information for diagnosing the onset or progression of a disease, a method of imaging a tissue using the contrast agent composition is provided.
본 발명에 따라 제조된 고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 카본 나이트라이드는 고분산성 및 고안정성의 분산액으로 제조될 수 있어, 시험관 내(In vitro) 형광 이미징 뿐 아니라, 특히, 종래 기술로는 사실상 불가했던 생체 내(In vivo) 형광 이미징을 구현할 수 있는 바, 질병 진단용 조영제, 세포 추적용 조영제 등의 조영제 의약품이 제공될 수 있는 유용한 효과가 있다.The carbon nitride prepared according to the present invention, which emits fluorescence light in the high dispersibility and long wavelength region, can be prepared as a dispersion having high dispersibility and high stability. Since it is possible to implement in vivo fluorescence imaging, which was virtually impossible, there is a useful effect that contrast agents such as contrast agents for disease diagnosis and contrast agents for cell tracking can be provided.
도 1은 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드 제조방법의 개략도이다.
도 2는 카본 나이트라이드의 표면 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 3은 카본 나이트라이드(Carbon film grid)의 형상을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 4는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N을 분석한 XRD 스펙트럼이다.
도 5는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 FT-IR 스펙트럼이다.
도 6 및 도 7은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 XPS 스펙트럼이다.
도 8은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 NEXAFS 스펙트럼이다.
도 9는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 UV-visible 스펙트럼이다.
도 10은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 PL 스펙트럼이다.
도 11은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N을 분석한 TR-PL 스펙트럼이다.
도 12는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 BET 스펙트럼이다.
도 13은 광음향 영상 촬영 기 모식도를 나타낸 그림이다.
도 14는 벌크 탄소 질화물(OCN610-N) 및 ICG를 분석한 UV-visible 스펙트럼이다.
도 15는 산화된 탄소 질화물(OCN610-N), 3 μg/ml의 ICG, 30 μg/ml의 ICG의 조사한 빛의 파장에 따른 광음향적 신호 세기를 분석한 그림이다.1 is a schematic diagram of a carbon nitride manufacturing method according to the manufacturing method of the present invention.
2 is an image of the surface shape of carbon nitride observed with a scanning electron microscope (SEM).
3 is an image of observation of the shape of carbon nitride (Carbon film grid) with a transmission electron microscope (TEM).
4 is an XRD spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, and OCN610-N.
5 is an FT-IR spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N.
6 and 7 are XPS spectra obtained by analyzing bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N.
8 is a NEXAFS spectrum obtained by analyzing bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N.
9 is a UV-visible spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N.
10 is a PL spectrum obtained by analyzing bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N.
11 is a TR-PL spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, and OCN610-N.
12 is a BET spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N.
13 is a diagram showing a schematic diagram of a photoacoustic imaging device.
14 is a UV-visible spectrum of bulk carbon nitride (OCN610-N) and ICG analysis.
15 is a diagram illustrating the analysis of the photoacoustic signal intensity according to the wavelength of the irradiated light of oxidized carbon nitride (OCN610-N), 3 μg/ml ICG, and 30 μg/ml ICG.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,
카본 나이트라이드 전구체를 준비하는 단계;preparing a carbon nitride precursor;
상기 카본 나이트라이드 전구체를 1차 열처리하여 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하는 단계;preparing bulk carbon nitride (CN520-A) by first heat-treating the carbon nitride precursor;
상기 벌크 탄소 질화물(CN520-A)를 Hummers' method를 통하여 산화시켜 탄소 질화물(OCN)을 제조하는 단계; 및oxidizing the bulk carbon nitride (CN520-A) through Hummers' method to prepare carbon nitride (OCN); and
상기 탄소 질화물(OCN)을 질소 분위기에서 열처리하여 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하는 단계;를 포함하는 카본 나이트라이드의 제조방법으로부터 제조되는, 고분산성 및 장파장 영역의 형광 빛을 내는 카본 나이트라이드를 포함하는 조영제 조성물이 제공된다.Manufacturing the defective carbon nitride (OCN610-N) by heat-treating the carbon nitride (OCN) in a nitrogen atmosphere. A contrast agent composition comprising carbon nitride is provided.
이에 제한되지 않으나, 본 발명의 상기 조영제 조성물은 포함되는 카본 나이트라이드가 종래 기술로는 달성할 수 없었던 특성인 용매 중에서의 고분산성, 장시간 경과에도 고안정성의 특성을 달성한다.Although not limited thereto, the contrast medium composition of the present invention achieves characteristics of high dispersibility in a solvent and high stability even after a long period of time, which are characteristics that carbon nitride contained cannot be achieved with prior art.
또한 이에 제한되지 않으나, 상기 조영제 조성물은 종래에 일반적으로 우레아를 열처리하여 삼차원 C3N4 소재를 제조한 것과는 다른 방법으로 카본 나이트라이드를 제조하는 것으로부터, 상기한 고분산성 및 고안정성의 특성이 달성되는 것으로 이해될 수 있다.In addition, although not limited thereto, the contrast agent composition has the characteristics of high dispersibility and high stability because carbon nitride is prepared by a method different from that of conventionally heat-treating urea to prepare a three-dimensional C 3 N 4 material. can be understood to be achieved.
본 발명의 일 구체예로서, 상기 본 발명의 그래피틱 카본 나이트라이드의 제조방법은, 다음과 같은 제조방법일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the manufacturing method of the graphic carbon nitride of the present invention may be the following manufacturing method.
그래피틱 카본 나이트라이드의 제조방법Method for producing graphic carbon nitride
도 1은 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드 제조방법의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a carbon nitride manufacturing method according to the manufacturing method of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법은 카본 나이트라이드 전구체를 준비하는 단계; 상기 카본 나이트라이드 전구체를 1차 열처리하여 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하는 단계; 상기 벌크 탄소 질화물(CN520-A)를 Hummers' method를 통하여 산화시켜 탄소 질화물(OCN)을 제조하는 단계; 및 상기 탄소 질화물(OCN)을 질소 분위기에서 열처리하여 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하는 단계;를 포함한다.Referring to Figure 1, the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention comprises the steps of preparing a carbon nitride precursor; preparing bulk carbon nitride (CN520-A) by first heat-treating the carbon nitride precursor; oxidizing the bulk carbon nitride (CN520-A) through Hummers' method to prepare carbon nitride (OCN); and manufacturing defective carbon nitride (OCN610-N) by heat-treating the carbon nitride (OCN) in a nitrogen atmosphere.
이하, 본 발명의 실시예를 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다. Hereinafter, a method for producing carbon nitride according to an embodiment of the present invention will be described in detail for each step.
먼저, 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법의 첫 번째 단계는 카본 나이트라이드 전구체를 준비하는 단계이다. First, the first step of the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention is the step of preparing a carbon nitride precursor.
상기 그래피틱 카본 나이트라이드 전구체는 요소(Urea), 싸이오요소(Thiourea), 다이시안 다이아마이드(dicyandiamide), 시안아마이드(cyanamide) 및 멜라민(Melamine) 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 멜라민(Melamine) 일 수 있다. The graphitic carbon nitride precursor may be at least one of urea, thiourea, dicyandiamide, cyanamide and melamine, preferably melamine ( Melamine).
다음으로, 본 발명의 실시예를 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법의 두 번째 단계는 상기 그래피틱 카본 나이트라이드 전구체를 1차 열처리하여 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하는 단계이다.Next, the second step of the method for producing carbon nitride according to an embodiment of the present invention is a step of preparing bulk carbon nitride (CN520-A) by primary heat treatment of the graphic carbon nitride precursor.
상기 1차 열처리 온도는 300 내지 600℃, 350 내지 600℃, 400 내지 600℃, 450 내지 600℃, 또는 500 내지 540℃의 범위에서 수행될 수 있고, 또는 520℃의 온도에서 수행될 수 있다.The first heat treatment temperature may be carried out in the range of 300 to 600 ℃, 350 to 600 ℃, 400 to 600 ℃, 450 to 600 ℃, or 500 to 540 ℃, or may be performed at a temperature of 520 ℃.
상기 열처리의 온도가 300℃ 미만이면, 상기 카본 나이트라이드의 전구체가 카본 나이트라이드로 합성되지 않을 수 있다. 상기 열처리의 온도가 650℃를 초과하면 합성된 카본 나이트라이드의 구조가 불안정해질 수 있고, 분해될 수 있다. When the temperature of the heat treatment is less than 300° C., the precursor of the carbon nitride may not be synthesized as carbon nitride. When the temperature of the heat treatment exceeds 650° C., the structure of the synthesized carbon nitride may become unstable and may be decomposed.
다음으로, 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법의 세 번째 단계는 상기 1차 열처리하여 제조된 벌크 탄소 질화물(CN520-A)에 황산, 과망간산 칼륨을 교반하여 Hummers' method를 통해 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 산화시켜 박리된 탄소 질화물(OCN)을 제조하는 단계이다.Next, in the third step of the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention, sulfuric acid and potassium permanganate are stirred in the bulk carbon nitride (CN520-A) prepared by the first heat treatment, and bulk through Hummers' method. This is a step of preparing exfoliated carbon nitride (OCN) by oxidizing carbon nitride (CN520-A).
허머스 방법(Hummers' method)은 흑연, 질산 나트륨 및 황산 용액에 과망간산 칼륨을 첨가하여 산화 흑연을 생성하는 데 사용할 수 있는 화학 공정이다. 이 기술은 엔지니어링 및 실험실 기술자가 산화 흑연을 대량으로 생산하는 신뢰할 수있는 방법으로 일반적으로 사용된다.The Hummers' method is a chemical process that can be used to produce graphite oxide by adding potassium permanganate to a solution of graphite, sodium nitrate and sulfuric acid. This technique is commonly used by engineering and laboratory technicians as a reliable way to produce graphite oxide in large quantities.
다음으로, 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법의 네번째 단계는 상기 제조된 산화 및 박리된 탄소 질화물(OCN)을 불활성 분위기에서 2차 열처리하여 산소 작용기 제거 및 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하는 단계이다. 상기 불활성 분위기는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게 질소(N2)분위기일 수 있다. Next, in the fourth step of the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention, the prepared oxidized and exfoliated carbon nitride (OCN) is subjected to secondary heat treatment in an inert atmosphere to remove oxygen functional groups and defective carbon nitride ( OCN610-N) is prepared. The inert atmosphere is not particularly limited, but preferably a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
앞선 단계에서 카본 나이트라이드의 표면에 흡착되어 불순물로 작용할 수 있는 물질의 영향을 배제하기 위해 불활성 분위기에서 열처리하여 제거할 수 있다. 또한, 상기 2차 열처리를 수행함으로써, 본 발명의 제조방법에 따르는 그래피틱 카본 나이트라이드의 표면적이 상승할 수 있다. In the preceding step, it may be removed by heat treatment in an inert atmosphere in order to exclude the influence of substances that are adsorbed on the surface of carbon nitride and may act as impurities. In addition, by performing the secondary heat treatment, the surface area of the graphic carbon nitride according to the manufacturing method of the present invention can be increased.
상기 2차 열처리 온도는 400 내지 600℃, 450 내지 600℃, 500 내지 600℃, 550 내지 620℃, 580 내지 620℃, 또는 600 내지 620℃의 범위에서 수행될 수 있고, 또는 약 610℃의 온도에서 수행될 수 있다.The secondary heat treatment temperature may be performed in the range of 400 to 600 °C, 450 to 600 °C, 500 to 600 °C, 550 to 620 °C, 580 to 620 °C, or 600 to 620 °C, or a temperature of about 610 °C. can be performed in
상기 열처리의 온도가 400℃ 미만이면, 불안정한 불순물이 충분히 제거되지 않을 수 있다. 상기 열처리의 온도가 620℃를 초과하면 상기 합성된 그래피틱 카본 나이트라이드의 구조가 불안정해질 수 있고, 분해될 수 있다. If the temperature of the heat treatment is less than 400° C., unstable impurities may not be sufficiently removed. When the temperature of the heat treatment exceeds 620° C., the structure of the synthesized graphic carbon nitride may become unstable and may be decomposed.
본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법에 의해 준비된 카본 나이트라이드의 비표면적은 10 내지 300, 10 내지 250, 10 내지 200, 10 내지 150, 10 내지 100 m2/g일 수 있다.The specific surface area of the carbon nitride prepared by the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention may be 10 to 300, 10 to 250, 10 to 200, 10 to 150, 10 to 100 m 2 /g.
상기 카본 나이트라이드의 비표면적은 10 m2/g 미만인 경우 상기 카본 나이트라이드의 경도 또는 단단한 정도가 상승할 수 있고, 분산을 위한 용액에 분산이 어려울 수 있다. 상기 카본 나이트라이드의 비표면적이 300 m2/g 을 초과하는 경우에는 상기 카본 나이트라이드에 존재하는 미세 세공에 의한 캐필러리 효과에 의해 미세 기공에 흡착된 불순물의 제거가 어려울 수 있다.When the specific surface area of the carbon nitride is less than 10 m 2 /g, hardness or hardness of the carbon nitride may increase, and dispersion in a solution for dispersion may be difficult. When the specific surface area of the carbon nitride exceeds 300 m 2 /g, it may be difficult to remove impurities adsorbed to the micropores due to the capillary effect of micropores present in the carbon nitride.
본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드의 제조방법에 의해 준비된 카본 나이트라이드 입자의 크기는 10 내지 1000 nm, 10 내지 800 nm, 10 내지 600 nm, 10 내지 500 nm, 10 내지 300 nm, 10 내지 200 nm, 20 내지 150 nm, 20 내지 120 nm, 20 내지 100 nm, 또는 30 내지 60 nm일 수 있고, 또는 20 내지 40 nm일 수 있다.The size of the carbon nitride particles prepared by the method for producing carbon nitride according to the production method of the present invention is 10-1000 nm, 10-800 nm, 10-600 nm, 10-500 nm, 10-300 nm, 10- 200 nm, 20 to 150 nm, 20 to 120 nm, 20 to 100 nm, or 30 to 60 nm, or 20 to 40 nm.
상기 카본 나이트라이드 입자의 크기가 10 nm 미만이면 유기 용매에 분산성이 저하될 수 있고, 상기 카본 나이트라이드의 크기가 1000 nm를 초과하면 상기 카본 나이트라이드의 미세기공에 잔존하는 불순물의 제거가 어려울 수 있다.If the size of the carbon nitride particles is less than 10 nm, dispersibility may be reduced in an organic solvent, and if the size of the carbon nitride exceeds 1000 nm, it is difficult to remove impurities remaining in the micropores of the carbon nitride. can
본 발명의 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
상기 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드는 트라이아진 구조를 포함하는 것일 수 있다. 특히, 종래의 제조방법으로는, 트리-에스-트라이아진 구조를 포함하는 카본 나이트라이드가 제조되었던 반면, 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드는 트리-에스-트라이아진 구조과 트라이아진 구조를 모두 갖는 것으로 확인되었다.The carbon nitride according to the manufacturing method of the present invention may have a triazine structure. In particular, in the conventional manufacturing method, carbon nitride having a tri-S-triazine structure has been prepared, whereas the carbon nitride according to the present invention has both a tri-S-triazine structure and a triazine structure. confirmed to have
본 발명이 특정 이론으로 제한되는 것은 아니나, 상기와 같이 구조 차이를 나타내는 것은 본 발명의 신규한 제조방법에 따라 도출되는 효과로서 이해될 수 있고, 이로부터 고분산성과 고안정성의 분산액, 즉 본 발명의 조영제 조성물이 제조되는 것으로 이해될 수 있다.Although the present invention is not limited to a specific theory, it can be understood as an effect derived according to the novel manufacturing method of the present invention to show a structural difference as described above, and from this, a dispersion of high dispersibility and high stability, that is, the present invention It can be understood that the contrast agent composition of
본 발명의 또 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
상기 본 발명의 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드를 포함하는 조영제 조성물은, 이에 제한되지 않으나, 상기 카본 나이트라이드가 1종 이상의 용매에 분산되어 있는 현탁액 또는 분산액을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.The contrast medium composition comprising carbon nitride according to the production method of the present invention is not limited thereto, but may be understood to include a suspension or dispersion in which the carbon nitride is dispersed in one or more solvents.
여기서, 상기 용매는, 예를 들어, 상기 본 발명의 카본 나이트라이드의 적어도 일부가 분산 또는 현탁될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 본 발명에 포함되고, 다른 예를 들어, 상기 본 발명의 카본 나이트라이드가 상기 용매 중에 분산 또는 현탁되어 조영제로서 기능할 수 있는 용매라면 본 발명에 제한 없이 포함되고, 또 다른 예를 들어, 상기 본 발명의 카본 나이트라이드의 적어도 일부가 분산 또는 현탁되는 것이되, 생체 적합한 용매일 수 있다.Here, the solvent, for example, is not particularly limited as long as at least a part of the carbon nitride of the present invention can be dispersed or suspended, and is included in the present invention without particular limitation, and for another example, the carbon nitride of the present invention Any solvent that can function as a contrast agent by being dispersed or suspended in the solvent is included without limitation in the present invention, and as another example, at least a portion of the carbon nitride of the present invention is dispersed or suspended in a biocompatible It may be a solvent.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 용매는 일반적으로 조영제 의약품에 적용될 수 있는 용매일 수 있고, 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제에 사용되는 용매일 수 있다. 또한, 선택적으로 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면, 트윈 80) 및 현탁화제를 더 사용할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사용액 또는 현탁액(예를 들면, 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일을 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent may be a solvent that can be generally applied to contrast medium pharmaceuticals, or a solvent used for sterile injectable preparations of aqueous or oleaginous suspensions. In addition, optionally suitable dispersing or wetting agents (eg Tween 80) and suspending agents may further be used. The sterile injectable preparation may also be a sterile injectable solution or suspension (eg, a solution in 1,3-butanediol) in a non-toxic parenterally acceptable diluent or solvent. Vehicles and solvents that can be used include mannitol, water, Ringer's solution and isotonic sodium chloride solution. In addition, sterile, non-volatile oils are conventionally employed as the solvent or suspending medium. For this purpose, non-volatile, less irritating oils can be used, including synthetic mono or diglycerides.
한편, 상기 본 발명의 조영제 조성물은 특히 고분산성 및 고안정성의 카본 나이트라이드의 특성으로부터, 시험관 내 이미징뿐 아니라, 종래 기술로는 달성이 어려웠던, 생체 내(In-vivo) 이미징이 구현 가능한 효과가 달성된다.On the other hand, the contrast agent composition of the present invention has, in particular, from the characteristics of carbon nitride having high dispersibility and high stability, not only in vitro imaging, but also in vivo imaging, which has been difficult to achieve with the prior art, has an effect that can be implemented. is achieved
이에, 본 발명 조영제 조성물은, 조영제 의약품으로서 사용될수 있고, 예를 들어, 질병 진단용 또는 세포 추적용으로 사용될 수 있다.Accordingly, the contrast agent composition of the present invention may be used as a contrast agent pharmaceutical, for example, for disease diagnosis or cell tracking.
여기서, 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어, 암 또는 암 전이의 진단용으로 본 발명의 조영제 조성물을 사용할 수 있다.Here, although not particularly limited, for example, the contrast agent composition of the present invention may be used for diagnosis of cancer or cancer metastasis.
또한, 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어, 암세포 추적용 조영제 조성물로서 사용될 수 있다.In addition, although not particularly limited, for example, it may be used as a contrast agent composition for tracking cancer cells.
한편, 상기 조영제 조성물은 형광 영상화(fluorescence imaging), 광학 영상화(optical imaging), 방사선 영상화, 컴퓨터 단층(CT) 촬영 또는 MRI(magnetic resonance imaging) 영상화에 사용되기 위한 것일 수 있다.Meanwhile, the contrast agent composition may be used for fluorescence imaging, optical imaging, radiation imaging, computed tomography (CT) imaging, or magnetic resonance imaging (MRI) imaging.
일 측면에서, 상기 본 발명의 조영제 조성물은, 특히 본 발명 제조방법에 따르는 카본 나이트라이드를 통하여 이미징되는 것이되, 선택적으로, 무기 또는 유기 염료(dye), 형광체, 동위원소, 자성체, 상자성 나노입자 또는 초상자성 나노입자로 표시된 것일 수도 있다.In one aspect, the contrast medium composition of the present invention is, in particular, to be imaged through the carbon nitride according to the method of the present invention, optionally, an inorganic or organic dye, a phosphor, an isotope, a magnetic material, a paramagnetic nanoparticles Alternatively, it may be marked with superparamagnetic nanoparticles.
예를 들어, 상기 무기 또는 유기 염료는 기존의 염료를 포함하여 형광 또는 광학 영상, 컴퓨터 단층(CT) 촬영과 같은 방사선 영상화, 초음파 또는 MRI와 같은 비방사선 영상화에 있어서 영상의 대조도를 증가시키기 위하여 사용되는 것으로서, 예컨대 디아트리조에이트(Diatrizoate), 메트리조에이트(Metrizoate), 이옥사글레이트(Ioxaglate), 이오파미돌(Iopamidol), 이오헥솔(Iohexol), 이옥실란(Ioxilan), 이오프로미드(Iopromide), 이오딕산올(Iodixanol), 바륨 설페이트와 같은 바륨계 염료, 가스트로그라핀(Gastrografin)®등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the inorganic or organic dyes include conventional dyes to increase contrast of images in fluorescence or optical imaging, radiographic imaging such as computed tomography (CT), and non-radiation imaging such as ultrasound or MRI. As used, for example, Diatrizoate, Metrizoate, Ioxaglate, Iopamidol, Iohexol, Ioxilan, Iopromide ( Iopromide), iodixanol (Iodixanol), barium-based dyes such as barium sulfate, Gastrografin®, etc. may be used, but are not necessarily limited thereto.
상기 형광 표지자로는, 예컨대 인도시아닌, NIR(근적외선) 염료, 플루오레신(fluorescein), 피코에리트린(phycoerythrin), 로다민, 리사민(lissamine), Cy3, Cy5(Pharmacia), 발색단, 화학발광단, 매스 표지, 전자밀집입자, 효소(알칼린 포스파타아제 또는 호스래디쉬 퍼옥시다아제) 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the fluorescent marker include indocyanine, NIR (near infrared) dye, fluorescein, phycoerythrin, rhodamine, lissamine, Cy3, Cy5 (Pharmacia), chromophore, chemical A luminophore, a mass label, an electron-dense particle, an enzyme (alkaline phosphatase or horseradish peroxidase) may be used, but the present invention is not necessarily limited thereto.
한편, 방사성 동위 원소로 표지될 수도 있는데, 사용 가능한 방사성 동위 원소의 예는 10C, 11C, 12N, 13N가 있다.On the other hand, it may be labeled with a radioisotope. Examples of usable radioisotopes include 10 C, 11 C, 12 N, and 13 N.
본 발명의 조영제 조성물은 약제학적으로 허용되는 담체를 포함할 수 있고, 상기 약제학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적합한 약제학적으로 허용되는 담체 및 제제는 Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995)에 상세히 기재되어 있다.The contrast medium composition of the present invention may include a pharmaceutically acceptable carrier, and the pharmaceutically acceptable carrier is commonly used in formulation, and is lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, acacia. Gum, calcium phosphate, alginate, gelatin, calcium silicate, microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methyl cellulose, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil, and the like, but are not limited thereto. Suitable pharmaceutically acceptable carriers and agents are described in detail in Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).
본 발명의 조영제 조성물은 비경구 또는 경구 방식으로 투여될 수 있다. 비경구 투여를 하는 경우, 정맥내 주입, 근육내 주입, 관절내(intra-articular) 주입, 활액내(intra-synovial) 주입, 수망강내 주입, 간내(intrahepatic) 주입, 병변내(intralesional) 주입 또는 두개강내(intracranial) 주입 등으로 투여할 수 있다.The contrast agent composition of the present invention may be administered parenterally or orally. For parenteral administration, intravenous injection, intramuscular injection, intra-articular injection, intra-synovial injection, intrathecal injection, intrahepatic injection, intralesional injection, or It can be administered by intracranial injection.
본 발명의 조영제 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다.A suitable dosage of the contrast medium composition of the present invention may be prescribed variously depending on factors such as formulation method, administration method, age, weight, sex, medical condition, food, administration time, administration route, excretion rate, and response sensitivity of the patient. can
본 발명의 또 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
질병의 발병 또는 진행상황을 진단하기 위한 정보를 제공하기 위하여, 제1항에 따른 조영제 조성물을 사용하여 조직을 영상화하는 방법이 제공된다.In order to provide information for diagnosing the onset or progression of a disease, a method for imaging a tissue using the contrast agent composition according to
본 발명의 조영제 조성물은 고분산성과 고안정성을 가지는 장파장 영역의 형광 빛을 내는 본 발명 제조방법에 따르는 그래피틱 카본 나이트라이드를 포함하기 때문에, 시험관내 이미징뿐 아니라, 특히 종래 그래피틱 카본 나이트라이드로는 불가하였던, 인 비보(in vivo) 이미징, 예를 들어 생체 조직 이미징에 유용하게 사용될 수 있다.Since the contrast agent composition of the present invention contains the graffiti carbon nitride according to the manufacturing method of the present invention, which emits fluorescence light in a long wavelength region having high dispersibility and high stability, not only in vitro imaging, but especially as conventional graffiti carbon nitride can be usefully used for in vivo imaging, for example, in vivo tissue imaging, which was not possible.
본 발명의 일 측면에서, 본 발명에 따라 제조된 카본 나이트라이드는 기존 카본 나이트라이드보다 표면적이 증가하는 것으로 확인되었다.In one aspect of the present invention, it was confirmed that the carbon nitride prepared according to the present invention has an increased surface area than the conventional carbon nitride.
또한, 본 발명의 카본 나이트라이드는 XPS 분석을 이용해 크기(grain size)가 줄어들었고, 단위 구조의 개수가 작아지면 그만큼 에지(edge)의 NHx 작용기의 수가 커지기 때문에 분산성 또한 증가한 것으로 볼 수 있다.In addition, the carbon nitride of the present invention has a reduced grain size using XPS analysis, and as the number of unit structures decreases, the dispersibility is also increased because the number of NH x functional groups at the edge increases. .
이하 본 발명을 제조예, 실시예, 및 실험예를 통하여 상세히 설명한다. 단, 하기 제조예, 실시예, 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Preparation Examples, Examples, and Experimental Examples. However, the following Preparation Examples, Examples, and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
<제조예> 카본 나이트라이드(OCN610-N)의 제조<Preparation Example> Preparation of carbon nitride (OCN610-N)
1. 벌크 탄소 질화물(CN520-A)의 제조1. Preparation of bulk carbon nitride (CN520-A)
석영 도가니에 멜라민(Melamine) 5 g을 배치하였다. 상기 멜라민이 배치된 석영 도가니를 관형 전기로의 중앙에 넣고, 공기 가스 분위기에서 520℃까지 3℃/min의 온도로 승온하고 2시간 동안 유지하였다. 열처리 과정이 끝나면, 황색의 고체 생성물을 막자사발에 넣고 곱게 갈아 벌크 탄소 질화물(CN520-A)을 제조하였다. 5 g of melamine was placed in a quartz crucible. The quartz crucible in which the melamine was placed was placed in the center of the tubular electric furnace, and the temperature was raised to 520°C in an air gas atmosphere at a temperature of 3°C/min and maintained for 2 hours. After the heat treatment process, the yellow solid product was put in a mortar and finely ground to prepare bulk carbon nitride (CN520-A).
2. 산화된 탄소 질화물(OCN)의 제조2. Preparation of Oxidized Carbon Nitride (OCN)
삼각 플라스크에 상기 제조된 벌크 탄소 질화물(CN520-A) 1.5 g을 넣고, 핫 플레이트 위에 배치하였다. 상기 삼각 플라스크에 황산(H2SO4) 75 ml을 넣고 교반하였다. 얼음 바스를 핫 플레이트 위에 설치한 후, 상기 삼각 플라스크에 과망간산 칼륨(potassium permanganate) 3.5 g을 천천히 넣었다. 혼합액이 든 삼각 플라스크를 물 바스에 넣고, 35℃에서 2시간 동안 교반하고, 반응이 끝나면 얼음 바스를 핫 플레이트 위에 설치한 후 삼각 플라스크를 넣고 증류수를 연기가 안 날 때까지 천천히 넣어주었다. 산화반응의 종결을 위해 얼음 바스 안에서 과산화수소를 혼합액이 흰 색으로 변할 때까지 넣어준 후, 12시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 0.2 μm 기공 크기의 멤브레인 필터를 이용해 여과한 후, pH 7이 될 때까지 여러 번 증류수로 헹구고, 헹군 샘플을 진공 펌프기에 넣어 12시간 동안 건조시켜 산화된 탄소 질화물(OCN)을 제조하였다.1.5 g of the prepared bulk carbon nitride (CN520-A) was placed in an Erlenmeyer flask, and placed on a hot plate. 75 ml of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was added to the Erlenmeyer flask and stirred. After the ice bath was placed on the hot plate, 3.5 g of potassium permanganate was slowly added to the Erlenmeyer flask. The Erlenmeyer flask containing the mixture was placed in a water bath, stirred at 35° C. for 2 hours, and when the reaction was completed, an ice bath was installed on a hot plate, the Erlenmeyer flask was put, and distilled water was slowly added until no smoke. To complete the oxidation reaction, hydrogen peroxide was added in an ice bath until the mixture turned white, and then stirred for 12 hours. After the reaction was completed, it was filtered using a 0.2 μm pore size membrane filter, rinsed with distilled water several times until pH 7, and the rinsed sample was placed in a vacuum pump and dried for 12 hours to prepare oxidized carbon nitride (OCN). .
3. 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)의 제조3. Preparation of defective carbon nitride (OCN610-N)
석영 도가니에 상기 제조한 산화된 탄소 질화물(OCN) 500 mg을 배치하였다. 상기 산화된 탄소 질화물(OCN)이 배치된 석영 도가니를 관형 전기로의 중앙에 넣고, 질소 가스 분위기에서 610℃까지 5℃/min의 온도로 승온하고 2시간 동안 유지하였다. 열처리 과정이 끝나면, 붉은 황색의 고체 생성물을 막자사발에 넣고 곱게 갈아 결함이 있는 탄소 질화물(OCN610-N)을 제조하였다.500 mg of the oxidized carbon nitride (OCN) prepared above was placed in a quartz crucible. The quartz crucible in which the oxidized carbon nitride (OCN) was disposed was placed in the center of the tubular electric furnace, and the temperature was raised to 610° C. in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 5° C./min and maintained for 2 hours. At the end of the heat treatment process, the red-yellow solid product was put in a mortar and finely ground to prepare defective carbon nitride (OCN610-N).
<실험예 1> 카본 나이트라이드 분석<Experimental Example 1> Analysis of carbon nitride
(1) 주사전자현미경(SEM) 관찰(1) Scanning electron microscope (SEM) observation
상기 제조예에 의해 준비된 카본 나이트라이드의 표면 형상을 주사전자현미경으로 관찰하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The surface shape of the carbon nitride prepared in Preparation Example was observed with a scanning electron microscope, and the results are shown in FIG. 2 .
도 2를 참조하면, 제조예에 의해 준비된 카본 나이트라이드는 많은 숫자의 작은 기공(다공성)이 형성된 것을 알 수 있고, 다층 구조의 카본 나이트라이드가 적층된 형태인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that a large number of small pores (porosity) are formed in the carbon nitride prepared by Preparation Example, and it can be seen that the carbon nitride having a multilayer structure is stacked.
또한, 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), 결함이 있는 탄소 질화물(OCN580-N, OCN610-N)로 반응이 진행될수록 많은 숫자의 작은 기공이 형성된 것도 알 수 있다.In addition, it can be seen that a large number of small pores are formed as the reaction proceeds with bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), and defective carbon nitride (OCN580-N, OCN610-N).
(2) 투과전자현미경(TEM) 관찰(2) Transmission electron microscope (TEM) observation
상기 제조예에 의해 준비된 카본 나이트라이드의 상을 투과전자현미경으로 관찰하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The phase of the carbon nitride prepared in Preparation Example was observed with a transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 3 .
도 3을 참조하면,Referring to Figure 3,
제조예에 의해 준비된 카본 나이트라이드는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), 결함이 있는 탄소 질화물(OCN580-N, OCN610-N)로 반응이 진행될수록 입자의 크기가 감소하여, OCN610-N에서는 입자의 크기가 약 0.5 ㎛로 측정되었다.The carbon nitride prepared by Preparation Example is bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), defective carbon nitride (OCN580-N, OCN610-N) as the reaction proceeds, the particle size decreases, In OCN610-N, the particle size was measured to be about 0.5 μm.
(3) XRD 분석(3) XRD analysis
도 4는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N을 분석한 XRD 스펙트럼이다.4 is an XRD spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, and OCN610-N.
(4) FT-IR 분석(4) FT-IR analysis
도 5는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 FT-IR 스펙트럼이다.5 is an FT-IR spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N.
(5) XPS 분석(5) XPS analysis
도 6 내지 도 7 및 표 1 내지 표 3은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 XPS 스펙트럼이다.6 to 7 and Tables 1 to 3 are XPS spectra of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N analyzed.
(398.8 eV)(398.8 eV)
(400.1 eV)(400.1 eV)
(401.4 eV)(401.4 eV)
(6) X선 흡수 미세구조 스펙트럼(NEXAFS) 분석(6) X-ray absorption microstructure spectrum (NEXAFS) analysis
도 8은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 NEXAFS 스펙트럼이다.8 is a NEXAFS spectrum obtained by analyzing bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N.
(7) UV-visible 분석(7) UV-visible analysis
도 9는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 UV-visible 스펙트럼이다.9 is a UV-visible spectrum of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N.
도 9를 참조하면,Referring to Figure 9,
본 발명의 카본 나이트라이드는 200 내지 400 nm의 파장에서 높은 흡광도를 나타내는 것을 확인하였다.It was confirmed that the carbon nitride of the present invention exhibits high absorbance at a wavelength of 200 to 400 nm.
(8) 형광(PL) 분석(8) Fluorescence (PL) analysis
도 10은 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, CN-610-N을 분석한 PL 스펙트럼이다.10 is a PL spectrum obtained by analyzing bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, and CN-610-N.
도 10을 참조하면,Referring to Figure 10,
본 발명의 카본 나이트라이드는 400 내지 550 nm의 파장에서 main peak가 나타나는 것을 확인하였다.In the carbon nitride of the present invention, it was confirmed that the main peak appeared at a wavelength of 400 to 550 nm.
(9) TR-PL 분석(9) TR-PL analysis
도 11 및 표 4는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N을 분석한 TR-PL 스펙트럼이다. 이 때, CN은 478 nm, OCN은 414 nm, OCN580-N및 OCN610-N은 530 nm의 파장으로 여기시켜서 측정한 결과이다.11 and Table 4 are TR-PL spectra analyzed for bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, and OCN610-N. At this time, CN is 478 nm, OCN is 414 nm, and OCN580-N and OCN610-N are measured by excitation with a wavelength of 530 nm.
(10) BET 분석(10) BET analysis
도 12 및 표 5는 벌크 탄소 질화물(CN), 산화된 탄소 질화물(OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, CN-610-N을 분석한 BET 스펙트럼이다.12 and Table 5 are BET spectra of bulk carbon nitride (CN), oxidized carbon nitride (OCN), OCN580-N, OCN610-N, OCN630-N, and CN-610-N analyzed.
(m(m
22
/g)/g)
도 12 및 표 5를 참조하면,12 and Table 5,
OCN, OCN610-N, OCN580-N, CN 샘플 순으로 표면적이 증가하는 것을 확인하였고, 흡탈착 등온선에서 흡착된 양이 표면적 증가 경향과 마찬가지로 증가하는 것으로 보아, 본 물질을 porous한 촉매인 것을 확인하였다.It was confirmed that the surface area increased in the order of OCN, OCN610-N, OCN580-N, and CN samples, and it was confirmed that the adsorbed amount in the adsorption/desorption isotherm increased in the same manner as the surface area increase, confirming that this material was a porous catalyst. .
위와 같은 실험 결과를 통하여,Through the above experimental results,
본 발명의 카본 나이트라이드는 조영제의 발광 물질로 사용될 수 있음을 확인하였다.It was confirmed that the carbon nitride of the present invention can be used as a light emitting material for a contrast agent.
<실험예 2> 광음향 조영제의 성능 확인<Experimental Example 2> Confirmation of performance of photoacoustic contrast agent
(1) 실험 방법(1) Experimental method
제작된 C-N 닉토젠을 농도가 0.02 mg/ml이 되도록 DW로 희석한다. 내경이 0.5 인치인 tygon tube에 C-N 닉토젠, 3 μg/ml의 ICG(용매: DW), 30 μg/ml의 ICG를 100 μl 가량 주입하고, 450, 550, 620 nm의 레이저(pulse: 7 ns, 10 Hz, energy: 10 mJ/cm2)를 조사하면서 발생하는 광음향 신호를 L7-4 초음파 변환자를 사용하여 영상화하였다.The prepared CN nictogen is diluted with DW so that the concentration becomes 0.02 mg/ml. 100 μl of CN nictogen, 3 μg/ml ICG (solvent: DW), and 30 μg/ml ICG were injected into a tygon tube with an inner diameter of 0.5 inches, and lasers of 450, 550, and 620 nm (pulse: 7 ns) , 10 Hz, energy: 10 mJ/cm 2 ) The photoacoustic signal generated while irradiating was imaged using an L7-4 ultrasonic transducer.
도 13은 광음향 영상 촬영 기 모식도를 나타낸 그림이다.13 is a diagram showing a schematic diagram of a photoacoustic imaging device.
(2) UV-visible 분석(2) UV-visible analysis
도 14는 벌크 탄소 질화물(OCN610-N) 및 ICG를 분석한 UV-visible 스펙트럼이다.14 is a UV-visible spectrum of bulk carbon nitride (OCN610-N) and ICG analysis.
도 14를 참조하면,Referring to Figure 14,
벌크 탄소 질화물(OCN610-N)은 300 내지 400 nm의 파장에서 높은 흡광도를 나타내고, ICG는 750 내지 850 nm의 파장에서 높은 흡광도를 나타내는 것을 확인하였다. 다만, 두 물질 모두에서 400 내지 700 nm의 파장에서는 흡광도가 상대적으로 낮은 것을 확인하였다.It was confirmed that bulk carbon nitride (OCN610-N) exhibits high absorbance at a wavelength of 300 to 400 nm, and ICG exhibits high absorbance at a wavelength of 750 to 850 nm. However, in both materials, it was confirmed that the absorbance was relatively low at a wavelength of 400 to 700 nm.
(3) 광음향 신호 세기 분석(3) Optoacoustic signal strength analysis
표 6은 벌크 탄소 질화물(OCN610-N), 3 μg/ml의 ICG, 30 μg/ml의 ICG의 조사한 빛의 파장에 따른 광음향적 신호 세기를 분석한 표이다.Table 6 is a table analyzing the photoacoustic signal intensity according to the wavelength of the irradiated light of bulk carbon nitride (OCN610-N), 3 μg/ml ICG, and 30 μg/ml ICG.
표 6을 참조하면,Referring to Table 6,
광음향 물질로 알려진 ICG와 광음향 신호를 비교하였을 때, OCN610-N에서 상대적으로 강한 세기의 신호가 발생함을 알 수 있었고,When comparing the photoacoustic signal with ICG, known as an optoacoustic material, it was found that a relatively strong signal was generated in OCN610-N,
보다 구체적으로,More specifically,
450 nm의 빛을 조사한 경우, 3 μg/ml의 ICG 대비 약 17.4배, 30 μg/ml의 ICG 대비 약 4배 강한 세기의 신호가 발생하였고,When light of 450 nm was irradiated, a signal with an intensity of about 17.4 times that of 3 μg/ml ICG and about 4 times stronger than that of ICG of 30 μg/ml was generated,
550 nm의 빛을 조사한 경우, 3 μg/ml의 ICG 대비 약 39.5배, 30 μg/ml의 ICG 대비 약 5.6배 강한 세기의 신호가 발생하였으며,When light of 550 nm was irradiated, a signal with an intensity of about 39.5 times that of 3 μg/ml ICG and about 5.6 times stronger than that of ICG of 30 μg/ml was generated.
620 nm의 빛을 조사한 경우, 3 μg/ml의 ICG 대비 약 17.2배, 30 μg/ml의 ICG 대비 약 2.9배 강한 세기의 신호가 발생하였음을 확인하였다.When light of 620 nm was irradiated, it was confirmed that a signal with an intensity of about 17.2 times that of 3 μg/ml ICG and about 2.9 times stronger than that of ICG of 30 μg/ml was generated.
(4) 광음향 영상 촬영 결과(4) Photoacoustic imaging result
도 15는 산화된 탄소 질화물(OCN610-N), 3 μg/ml의 ICG, 30 μg/ml의 ICG의 조사한 빛의 파장에 따른 광음향적 신호 세기를 분석한 그림이다.15 is a diagram illustrating the analysis of the photoacoustic signal intensity according to the wavelength of the irradiated light of oxidized carbon nitride (OCN610-N), 3 μg/ml ICG, and 30 μg/ml ICG.
도 15를 참조하면,15 ,
광음향 물질로 알려진 ICG와 광음향 신호를 비교하였을 때, C-N 닉토젠에서 광음향 신호가 발생하여 영상화가 가능함을 알 수 있다. 또한, 각 파장에서의 흡광량에 따라 광음향 신호의 세기 차이가 발생하는 것을 확인하였다.When comparing the photoacoustic signal with ICG, which is known as an optoacoustic material, it can be seen that the C-N nictogen generates a photoacoustic signal so that imaging is possible. In addition, it was confirmed that the intensity difference of the photoacoustic signal occurred according to the amount of light absorption at each wavelength.
상기 표 6과 도 15를 종합한 결과,As a result of combining Table 6 and Figure 15,
450 nm, 550 nm, 620 nm의 빛을 조사한 경우, 종래 광음향 물질로 알려진 ICG와 비교하여 강한 세기의 광음향 신호가 발생하여 이를 영상화 할 수 있음을 확인하였다.When light of 450 nm, 550 nm, and 620 nm was irradiated, it was confirmed that a photoacoustic signal with a stronger intensity was generated compared to ICG, which is known as a conventional photoacoustic material, and it was confirmed that it could be imaged.
Claims (14)
상기 산화시키는 단계 후 불활성 분위기에서 열처리하는 단계;를 포함하는 결함을 가진 카본 나이트라이드의 제조방법.
oxidizing the carbon nitride prepared from the melamine precursor; and
A method for producing carbon nitride having defects, comprising: heat-treating in an inert atmosphere after the oxidizing step.
상기 열처리는 550℃ 내지 620℃ 범위에서 수행되는, 제조방법.
According to claim 1,
The heat treatment is carried out in the range of 550 ℃ to 620 ℃, the manufacturing method.
상기 결함을 가진 카본 나이트라이드의 크기는 10 내지 1000 nm 인 것을 특징으로 하는, 제조방법.
The method of claim 1,
The size of the carbon nitride with the defect is characterized in that 10 to 1000 nm, the manufacturing method.
상기 결함을 가진 카본 나이트라이드의 비표면적은 10 내지 300 m2/g 인 것을 특징으로 하는, 제조방법.
According to claim 1,
The specific surface area of the carbon nitride having the above defects is 10 to 300 m 2 /g, characterized in that the manufacturing method.
상기 결함을 가진 카본 나이트라이드는 s-트리아진 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon nitride having the above defects is characterized in that it comprises an s-triazine structure, the manufacturing method.
상기 열처리는 질소 분위기하에서 수행되는, 제조방법.
According to claim 1,
The heat treatment is performed under a nitrogen atmosphere, the manufacturing method.
상기 결함을 가진 카본 나이트라이드는 400 내지 550 nm 에서 발광 피크를 갖는, 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon nitride having the above defects has an emission peak at 400 to 550 nm, a manufacturing method.
A contrast medium composition comprising, as an active ingredient, defective carbon nitride prepared by the method of claim 1 .
상기 조영제 조성물은 형광 특성을 나타내는, 조영제 조성물.
9. The method of claim 8,
The contrast agent composition exhibits fluorescence properties.
상기 조영제 조성물은 광음향 효과를 나타내는, 조영제 조성물.
9. The method of claim 8,
The contrast agent composition exhibits a photoacoustic effect.
상기 조영제 조성물은 형광 특성과 광음향 효과를 나타내는, 조영제 조성물.
9. The method of claim 8,
The contrast agent composition exhibits a fluorescence property and a photoacoustic effect.
상기 조영제 조성물은 초음파용 조영제 조성물인, 조영제 조성물.
9. The method of claim 8,
The contrast agent composition is a contrast agent composition for ultrasound, a contrast agent composition.
상기 조영제 조성물은 광음향용 조영제 조성물인, 조영제 조성물.
9. The method of claim 8,
The contrast agent composition is a contrast agent composition for photoacoustic, a contrast agent composition.
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| KR101667222B1 (en) | 2014-12-29 | 2016-10-18 | 한국화학연구원 | Rh-C3N4 Heterogeneous catalyst for acetic acid synthesis by carbonylation reaction |
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|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |