KR20100060645A - Method for preparing peptide nanostructures using solid phase self-assembly - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체상 자기조립을 이용한 펩타이드 나노구조체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고체상 자기조립을 이용하여 균일하게 정렬된 단분산 형태의 펩타이드 나노구조체를 대면적 또는 선택적으로 자기조립시키는 펩타이드 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a peptide nanostructure using solid phase self-assembly, and more particularly, to a large-area or selectively self-assembled peptide nanostructures of uniformly dispersed monodisperse form using solid phase self-assembly. It relates to a method for producing a nanostructure.
자기조립(self-assembly)은 나노기술의 원천기술로서, 분자들 간에 서로 밀치거나 당기는 힘을 인위적으로 조작하여 재현 가능한 나노구조를 자발적으로 형성하도록 한 것이며, 이러한 자기조립기술은 질병진단에 응용되는 바이오칩, 나노튜브를 비롯한 전자재료 및 신소재분야, 고집적 반도체의 제조에 필요한 나노구조체 제조 등에서 기술적으로 융합되어 발전될 가능성이 높은 분야이다.Self-assembly is the original technology of nanotechnology, which artificially manipulates the pushing or pulling forces between molecules to spontaneously form reproducible nanostructures. It is a field that is highly likely to be technologically converged and developed in the fields of electronic materials and new materials including biochips and nanotubes, and manufacturing nanostructures required for the manufacture of highly integrated semiconductors.
특히, 생체분자의 일종인 펩타이드의 자기조립을 통한 나노소재의 합성은 치매 등 각종 퇴행성 신경질환 등과의 연관성 때문에 현재까지 주로 의학적인 측면에 연구가 진행되어 왔으나, 최근 들어 이들 이용한 새로운 나노소재의 개발이 많은 관심을 받고 있다(M. R. Ghadiri et al., Nature, 366:324-327, 1993; J. D. Hartgerink et al., Science, 294:1684-1688, 2001; M. Reches and E. Gazit, Science, 300:625-627, 2003; I. Hamley, Angew. Chem. Int. Ed., 46:8128-8147, 2007).In particular, the synthesis of nanomaterials through self-assembly of peptides, which are a kind of biomolecules, has been mainly studied in medical aspects until now because of their association with degenerative neurological diseases such as dementia, but recently, development of new nanomaterials using these materials Much attention is received (MR Ghadiri et al. , Nature, 366: 324-327, 1993; JD Hartgerink et al. , Science, 294: 1684-1688, 2001; M. Reches and E. Gazit, Science, 300 : 625-627, 2003; I. Hamley, Angew. Chem. Int. Ed., 46: 8128-8147, 2007).
펩타이드 기반의 자기조립형 물질들은 특정분자에 대한 뛰어난 인지능력(molecular recognition), 다양한 화학적 특성(functional flexibility)을 지니는 동시에, 생체 및 환경 친화적이라는 장점을 가진다 (X Gao and H. Matsui, Adv. Mater., 17:2037-2050, 2005). 따라서, 펩타이드 기반의 자기조립형 나노소재는 기존의 유기 합성물질 기반 나노소재에 비하여 다양한 분야, 특히 나노바이오 기술분야에 응용이 기대된다.Peptide-based self-assembled materials have the advantages of biomolecular and environmental friendliness, as well as excellent molecular recognition and functional flexibility for specific molecules (X Gao and H. Matsui, Adv. Mater). , 17: 2037-2050, 2005). Accordingly, peptide-based self-assembled nanomaterials are expected to be applied to various fields, particularly nanobiotechnology, as compared to conventional organic synthetic material-based nanomaterials.
그러나, 현재까지 개발된 대부분의 펩타이드 기반 자기조립형 나노소재들은 액상에서의 자기조립을 이용한 방식으로 제조하기 때문에 생성되는 펩타이드 나노구조의 제어가 어렵다는 단점이 있다. 예를 들어, 자기조립으로 펩타이드 나노구조체를 제조하기 위해서는 핵생성(nucleation) 단계와 성장(growth) 단계를 분리시키는 것이 필요하나, 액상에서의 자기조립시에는 상기 두 단계의 분리가 어려워 단분산(monodisperse) 형태의 펩타이드 나노구조체를 얻기가 매우 어렵다. However, most peptide-based self-assembled nanomaterials developed to date have a disadvantage in that it is difficult to control the generated peptide nanostructures because they are manufactured by using self-assembly in a liquid phase. For example, in order to manufacture the peptide nanostructure by self-assembly, it is necessary to separate the nucleation step and the growth step, but when the self-assembly in the liquid phase is difficult to separate the two steps, It is very difficult to obtain monodisperse) peptide nanostructures.
또한, 일반적으로 액상에서 제조된 나노구조체들은 반데르발스 상호작용(van der waals interaction), 소수성 상호작용(hydrophobic interaction) 등을 통해 쉽게 응집되어, 나노크기의 구조를 쉽게 잃어버린다는 단점이 있다(N. Hendler et al., Adv. Mater, 19:1485-1488, 2007).In general, nanostructures prepared in liquid phase are easily aggregated through van der waals interaction, hydrophobic interaction, etc., and have a disadvantage of easily losing nanoscale structure (N Hendler et al. , Adv. Mater, 19: 1485-1488, 2007).
한편, 펩타이드 나노구조체를 다양한 분야에 활용하기 위해서는 나노구조체를 원하는 영역에 위치시키거나 원하는 영역에서만 성장시킬 수 있는 기술이 필수적이다. 이러한 측면에서 펩타이드와 대상영역을 서로 강한 특이적 결합반응을 나타내는 항원과 항체로 개질시키는 방법(H. Matsui et al., Nano Lett., 1:461-464, 2001; N. Nuraje et al., J. Am. Chem. Soc., 126:8088-8089, 2004), 대상영역을 친수성 또는 소수성으로 개질시키는 방법(N. Hendler et al., Adv. Mater, 19:1485-1488, 2007) 등이 제시되었으나, 이러한 방식에 첨가되는 화학물질의 사용 및 공정의 도입은 나노물질 생산 공정상의 단가상승, 펩타이드의 화학적 개질로 인한 자기조립 거동변화 등의 문제를 유발시킬 수 있다.Meanwhile, in order to utilize the peptide nanostructures in various fields, a technology capable of locating the nanostructures in a desired region or growing only in a desired region is essential. In this respect, a method of modifying a peptide and a target region with an antigen and an antibody exhibiting a strong specific binding reaction (H. Matsui et al. , Nano Lett., 1: 461-464, 2001; N. Nuraje et al., J. Am. Chem. Soc., 126: 8088-8089, 2004), and methods for modifying the subject region to be hydrophilic or hydrophobic (N. Hendler et al., Adv. Mater, 19: 1485-1488, 2007). Although proposed, the use of chemicals and the introduction of the process in this manner may cause problems such as the increase in the unit cost of the nanomaterial production process, the change of self-assembly behavior due to the chemical modification of the peptide.
따라서, 최근에는 휘발성이 강한 용매를 사용하여 펩타이드 용액을 고체 기판상에서 환경제어 없이 건조시킴으로서, 매우 간편하게 고체상태의 펩타이드 나노구조체를 제조하는 동시에, 전술된 액상 펩타이드 나노구조체 제조방법의 문제점 중 일부를 해결할 수 있는 방법이 보고되었으나(M. Reches and E. Gazit, Nat. Nanotechnol., 1:195-200, 2006), 이 방법 역시 외부 환경조건에 매우 민감하여 대면적에 균일한 펩타이드 나노구조체를 형성시키는데 어려움이 있다.Therefore, in recent years, by using a highly volatile solvent to dry the peptide solution on a solid substrate without environmental control, it is very easy to prepare a solid-state peptide nanostructure, and at the same time solve some of the problems of the liquid peptide nanostructure manufacturing method described above. Although a method has been reported (M. Reches and E. Gazit, Nat. Nanotechnol., 1: 195-200, 2006), this method is also very sensitive to external environmental conditions to form uniform peptide nanostructures in large areas. There is difficulty.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 휘발성 유기용매를 이용하여 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시킨 펩타이드 용액을 대면적 또는 선택적으로 기판상에 도포시켜 비정질 펩타이드 박막을 형성한 다음, 상기 형성된 비정질 펩타이드 박막의 주변환경을 펩타이드 나노구조체 가 성장하도록 열적, 화학적 및/또는 물리학적으로 처리한 결과, 균일하게 정렬된 단분산 형태의 펩타이드 나노구조체를 대면적 또는 선택적으로 자기조립시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to improve the problems of the prior art. As a result, the peptide solution in which the peptide is dissolved, which causes the self-assembly, is dissolved using a volatile organic solvent to form an amorphous peptide thin film. Then, the surrounding environment of the formed amorphous peptide thin film is thermally, chemically and / or physically treated to grow the peptide nanostructures, and as a result, large-area or selectively self-assembly of uniformly aligned monodisperse peptide nanostructures is obtained. It was confirmed that the present invention can be achieved, and the present invention was completed.
본 발명의 목적은 균일하게 정렬된 단분산 형태의 펩타이드 나노구조체를 대면적 또는 선택적으로 자기조립시키는 펩타이드 나노구조체의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for preparing a peptide nanostructure that large-area or selectively self-assembles peptide nanostructures in a uniformly distributed monodisperse form.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 휘발성 유기용매에 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시킨 다음, 기판에 도포하여 비정질 펩타이드 박막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 비정질 펩타이드 박막을 열처리 방식, 화학적처리 방식, 물리학적처리 방식 및 이들의 혼합처리 방식으로 구성된 군에서 선택되는 방식으로 처리하여 상기 펩타이드의 자기조립을 통해 펩타이드 나노구조체로 성장되도록 하는 단계를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) dissolving a peptide causing self-assembly in a volatile organic solvent, and then applying to a substrate to form an amorphous peptide thin film; And (b) treating the amorphous peptide thin film in a manner selected from the group consisting of a heat treatment method, a chemical treatment method, a physical treatment method, and a mixed treatment method thereof to grow into a peptide nanostructure through self-assembly of the peptide. Provide steps.
본 발명은 또한, (a) 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올에 다이페닐알라닌을 용해시킨 다음, 기판에 도포하여 비정질 다이페닐알라닌 박막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 비정질 다이페닐알라닌 박막을 100℃에서 아닐린 증기로 처리하여 상기 다이페닐알라닌의 자기조립을 통해 대면적 영역에서 다이페닐알라닌 나노구조체로 성장되도록 하는 단계를 포함하는 다이페닐알라닌 나노구조체의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of (a) dissolving diphenylalanine in 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, and then applying to a substrate to form an amorphous diphenylalanine thin film; And (b) treating the amorphous diphenylalanine thin film with aniline vapor at 100 ° C. to grow the diphenylalanine nanostructure in a large area through self-assembly of the diphenylalanine. to provide.
본 발명은 또한, (a) 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올에 다이페닐알라 닌을 용해시킨 다음, 마이크로 컨택프린팅(microcontact printing) 방식 또는 용매 보조 마이크로몰딩(solvent assisted micro molding) 방식을 이용하여 선택적으로 기판에 도포하여 비정질 다이페닐알라닌 박막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 비정질 다이페닐알라닌 박막을 100℃에서 아닐린 증기로 처리하여 상기 다이페닐알라닌의 자기조립을 통해 선택적 영역에서 다이페닐알라닌 나노구조체로 성장되도록 하는 단계를 포함하는 다이페닐알라닌 나노구조체의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to (a) dissolving diphenylalanine in 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, followed by microcontact printing or solvent assisted micromolding. selectively coating the substrate using a solvent assisted micro molding method to form an amorphous diphenylalanine thin film; And (b) treating the amorphous diphenylalanine thin film with aniline vapor at 100 ° C. to grow the diphenylalanine nanostructure in a selective region through self-assembly of the diphenylalanine. do.
본 발명에 따른 펩타이드 나노구조체의 제조방법은 고체상에서 생체분자의 자기조립 공정을 이용하므로 다양한 화학적 특성을 지니는 동시에 생체 및 친환경적이고, 나노구조의 제어가 용이할 뿐만 아니라, 펩타이드 나노구조체를 액상에서 제조시에 사용되는 추가적인 화학물질과 공정의 도입이 필요없어 생산공정상의 단가상승과 자기조립거동 변화 등의 문제점을 해결할 수 있는 바, 다양한 나노소재의 합성 등에 매우 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.Since the method for preparing a peptide nanostructure according to the present invention uses a self-assembly process of biomolecules in a solid phase, it has various chemical properties and is biocompatible and eco-friendly, and it is easy to control nanostructures, and also prepare peptide nanostructures in a liquid phase. There is no need for the introduction of additional chemicals and processes used in the city can solve problems such as unit cost rise and self-assembly behavior in the production process, there is an effect that can be very useful for the synthesis of various nanomaterials.
본 발명은 (a) 휘발성 유기용매에 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시킨 다음, 기판에 도포하여 비정질 펩타이드 박막을 형성시키는 단계; 및 (b) 상기 비정질 펩타이드 박막을 열처리 방식, 화학적처리 방식, 물리학적처리 방식 및 이들의 혼합처리 방식으로 구성된 군에서 선택되는 처리방식에 의해 비정질 펩타이드 박막으로부터 펩타이드를 자기조립시켜 펩타이드 나노구조체를 성장시키는 단계를 포함하는 펩타이드 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of (a) dissolving a peptide causing self-assembly in a volatile organic solvent, and then applying to a substrate to form an amorphous peptide thin film; And (b) growing the peptide nanostructure by self-assembling the peptide from the amorphous peptide thin film by a treatment method selected from the group consisting of heat treatment method, chemical treatment method, physical treatment method and mixed treatment method of the amorphous peptide thin film. It relates to a method for producing a peptide nanostructure comprising the step of.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 펩타이드 나노구조체의 제조방법은 휘발성 유기용매를 이용하여 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시킨 펩타이드 용액을 기판상에 도포시켜 비정질 펩타이드 박막을 형성한 다음, 상기 비정질 펩타이드 박막의 주변환경을 펩타이드 나노구조체가 성장하도록 열적, 화학적 및/또는 물리학적으로 제어시킴으로써 다양한 화학적 특성을 지니는 동시에 생체 및 친환경적이고, 나노구조의 제어가 용이할 뿐만 아니라, 펩타이드 나노구조체를 액상에서 제조시에 사용되는 추가적인 화학물질 및 공정의 도입이 없다는 장점이 있다.As shown in FIG. 1, in the method for preparing a peptide nanostructure according to the present invention, a peptide solution in which a peptide inducing self-assembly is dissolved using a volatile organic solvent is applied onto a substrate to form an amorphous peptide thin film. By thermally, chemically and / or physically controlling the surrounding environment of the amorphous peptide thin film to grow the peptide nanostructures, they have various chemical properties and are biocompatible and environmentally friendly, and facilitate the control of the nanostructures. There is no advantage in introducing additional chemicals and processes used in manufacturing.
본 발명에 따른 비정질 펩타이드 박막의 제조는 휘발성 유기용매에 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시켜 기판상에 도포하고, 수증기를 포함하는 어떤 종류의 화합물 증기도 존재하지 않은 조건 또는 극미량의 화합물 증기만이 존재하는 조건하에서 휘발성 유기용매를 증발시켜 제조할 수 있다.The preparation of the amorphous peptide thin film according to the present invention dissolves a peptide that causes self-assembly in a volatile organic solvent and applies it to a substrate, and only a very small amount of compound vapor or a condition in which no compound vapor containing water vapor exists. It can be prepared by evaporating the volatile organic solvent under the conditions present.
본 발명에 있어서, 기판은 결정질 또는 비정질의 금속, 세라믹, 유기분자 등의 통상적인 기판을 사용할 수 있고, 결정방향과는 무관한 모든 고체를 사용할 수 있다.In the present invention, the substrate may be a conventional substrate such as crystalline or amorphous metals, ceramics, organic molecules, etc., and all solids irrespective of the crystal orientation may be used.
본 발명에 있어서, 펩타이드는 1차원 나노구조체를 형성할 수 있는 다이페닐 알라닌(diphenylalanine) 등과 같은 소수성의 디펩타이드(hydrophobic dipeptide) 또는 그의 화학적 유도체(chemical derivative)로, 하기 표 1에 나타난 화합물 또는 (pentafluro-phenylalanine)-(pentafluro-phenylalanie) dipeptide, (iodo-phenylalanine)-(iodo-phenylalanine) dipeptide, (4-phenyl phenylalanine)-(4-phenyl phenylalanine) dipeptide, (p-nitro-phenylalanine)-(p-nitro-phenylalanine) dipeptide, phenylalanine-phenylalanine dipeptide, fluorenylmethoxycarbonyl(FMOC)- phenylalanine-phenylalanine dipeptide, phenylalanine-phenylalanine-cystein tripeptide 등을 예시할 수 있으나, 이에 국한되지 않고 자기조립을 유발시킬 수 있는 펩타이드는 모두 사용가능하다.In the present invention, the peptide is a hydrophobic dipeptide or a chemical derivative thereof, such as diphenylalanine or the like, which can form a one-dimensional nanostructure, and a compound shown in Table 1 below (( pentafluro-phenylalanine)-(pentafluro-phenylalanie) dipeptide, (iodo-phenylalanine)-(iodo-phenylalanine) dipeptide, (4-phenyl phenylalanine)-(4-phenyl phenylalanine) dipeptide, (p-nitro-phenylalanine)-(p -nitro-phenylalanine) dipeptide, phenylalanine-phenylalanine dipeptide, fluorenylmethoxycarbonyl (FMOC)-phenylalanine-phenylalanine dipeptide, phenylalanine-phenylalanine-cystein tripeptide, and the like, but are not limited to all peptides that can cause self-assembly. It is possible.
[표 1]TABLE 1
Valine(Val)
Isoleucine(Ile)
Leucine(Leu)
Phenylalanine(Phe)
Tryptophan(Trp)Alanine (Ala)
Valine (Val)
Isoleucine (Ile)
Leucine (Leu)
Phenylalanine (Phe)
Tryptophan (Trp)
Valine(Val)
Isoleucine(Ile)
Leucine(Leu)
Phenylalanine(Phe)
Tryptophan(Trp)Alanine (Ala)
Valine (Val)
Isoleucine (Ile)
Leucine (Leu)
Phenylalanine (Phe)
Tryptophan (Trp)
Alanine(Ala)
Leucine(Leu)
Phenylalanine(Phe)
Lysine(Lys)Glycine (Gly)
Alanine (Ala)
Leucine (Leu)
Phenylalanine (Phe)
Lysine (Lys)
Alanine(Ala)
Leucine(Leu)
Phenylalanine(Phe)
Lysine(Lys)Glycine (Gly)
Alanine (Ala)
Leucine (Leu)
Phenylalanine (Phe)
Lysine (Lys)
본 발명에 따른 펩타이드는 분자량과 크기가 작고, 분자간 상호작용의 세기가 크기 때문에 펩타이드 등과 같은 생체분자의 자기조립은 고온에서 수일 동안 진행되는 화학적 자기조립시스템과 달리 빠른 시간에 이루어질 수 있고, 자기조립에 의해 제조된 1차원적 나노구조체는 복잡한 기능성을 가지면서도 고도의 질서를 갖 춘 복합구조(hierarchical structure)를 이룰 수 있다. Since the peptide according to the present invention has a small molecular weight and a small size, and the strength of intermolecular interactions is large, self-assembly of biomolecules, such as peptides, can be accomplished in a short time, unlike chemical self-assembly systems that proceed for several days at high temperature. The one-dimensional nanostructures produced by the present invention can form a hierarchical structure with a high degree of order while having complex functionalities.
본 발명에 있어서, 휘발성 유기용매는 자기조립을 유발하는 펩타이드를 용해시킬 수 있는 것으로, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올(1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol), 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid), 벤젠, 톨루엔 등과 같이 펩타이드를 단량체 형태로 완전히 용해시킬 수 있는 동시에 휘발성이 강한 용매를 모두 사용할 수 있다.In the present invention, the volatile organic solvent is capable of dissolving a peptide that causes self-assembly, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (1,1,1,3, 3,3-hexafluoro-2-propanol), trifluoroacetic acid, benzene, toluene and the like can completely dissolve the peptide in the monomer form, and at the same time can be used both volatile solvents.
본 발명에 있어서, 펩타이드의 사용량은 휘발성 유기용매 100중량부에 대하여, 0.05중량부 내지 20중량부인 것이 바람직하다. 상기 펩타이드의 첨가량이 휘발성 유기용매 100중량부에 대하여, 0.05중량부 미만인 경우에는 비정질 박막형태를 유지하기 어렵고, 20중량부를 초과할 경우에는 펩타이드를 단량체 형태로 완전히 용해시킬 수 없다.In the present invention, the amount of the peptide is preferably 0.05 parts by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the volatile organic solvent. When the amount of the peptide added is less than 0.05 part by weight based on 100 parts by weight of the volatile organic solvent, it is difficult to maintain an amorphous thin film form. When the amount of the peptide exceeds 20 parts by weight, the peptide cannot be completely dissolved in monomer form.
본 발명에 있어서, 휘발성 유기용매에 용해된 펩타이드를 기판상에 도포시키는 방법은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스프레이코팅(spray coating) 등과 같이 통상적인 막 또는 필름을 제조시 사용되는 방법으로 사용할 수 있다.In the present invention, a method of applying a peptide dissolved in a volatile organic solvent on a substrate is used to prepare a conventional film or film such as spin coating, dip coating, spray coating, or the like. Can be used in the way used.
본 발명에 있어서, 펩타이드 박막의 두께는 휘발성 유기용매에 용해되는 펩타이드의 첨가량 조절 방법과 스핀코팅시 분당회전속도(rpm) 조절 방법을 통해서 조절할 수 있다. 예를 들어, 스프레이코팅이나 딥코팅 등을 이용하여 펩타이드 용액을 도포시킬 경우에는 기판 상에 서로 다른 농도의 펩타이드 용액을 일정양으로 분사시킨 다음, 건조시켜 박막의 두께를 조절할 수 있고, 스핀코팅을 이용하는 경 우에는 펩타이드 용액을 기판상에 분사한 후에 스핀코터(spin-coater)의 분당회전속도를 조절하여 펩타이드 박막의 두께를 조절할 수 있다.In the present invention, the thickness of the peptide thin film can be controlled through the method of controlling the amount of peptide dissolved in the volatile organic solvent and the method of adjusting the rotational speed per minute (rpm) during spin coating. For example, when the peptide solution is applied by spray coating or dip coating, the peptide solution of different concentrations may be sprayed on the substrate and then dried to adjust the thickness of the thin film, and spin coating may be performed. In the case of use, after the peptide solution is injected onto the substrate, the thickness of the peptide thin film can be controlled by controlling the rotation speed per minute of the spin coater.
본 발명에 따른 선택적 영역에서의 펩타이드 나노구조체 제조방법은 비정질 고체상 펩타이드 박막 형성과정과 소프트 리소그라피(soft lithography)를 접목시켜 선택적 영역에만 비정질 펩타이드 박막을 형성(패터닝)할 수 있다. 상기 소프트 리소그라피(soft lithography)는 폴리디메틸실록산 스템프(PDMS stamp)를 이용하여 기판위에 자기조립을 유발하는 펩타이드가 용해된 펩타이드 용액을 전사한 다음, 건조시키는 마이크로 컨택프린팅(microcontact printing) 방식과, 모세관력을 이용하여 펩타이드 용액을 미세채널에 채운 다음, 건조시키는 용매 보조 마이크로몰딩(solvent assisted micro-molding, SAMIM)방식을 사용할 수 있다. In the method for producing a peptide nanostructure in the selective region according to the present invention, the amorphous peptide thin film formation process and soft lithography may be combined to form (pattern) the amorphous peptide thin film only in the selective region. The soft lithography is a microcontact printing method using a polydimethylsiloxane stamp (PDMS stamp) to transfer a peptide solution in which peptides causing self-assembly are dissolved on a substrate, and then dried, and a microcontact printing method, and a capillary tube. The solvent assisted micro-molding (SAMIM) method may be used in which the peptide solution is filled into the microchannels using a force, followed by drying.
이러한, 소프트 리소그라피를 통한 비정질상 펩타이드 박막은 선택적 영역에서만 펩타이드 나노구조체 성장을 가능케함으로써, 종래 기술이 가지고 있던 문제점인 추가적인 화학물질의 사용이나, 공정의 도입 없이 선택적 영역에 펩타이드 나노구조체를 위치시킬 수 있다.Such an amorphous peptide thin film through soft lithography enables the growth of peptide nanostructures only in selective regions, so that the peptide nanostructures can be positioned in selective regions without the use of additional chemicals or the introduction of a process, which is a problem of the prior art. .
전술된 바와 같은 방법으로 대면적 또는 선택적 영역에 형성된 비정질 펩타이드 박막은 열적처리 방식, 화학적처리 방식, 물리적처리 방식 또는 이들의 복합적처리 방식을 통하여 비정질 펩타이드 박막으로부터의 펩타이드 나노구조체의 성장을 유도시킬 수 있다. As described above, the amorphous peptide thin film formed in the large area or the selective region may induce the growth of peptide nanostructures from the amorphous peptide thin film through thermal treatment, chemical treatment, physical treatment, or a combination thereof. have.
본 발명에 있어서, 비정질 펩타이드 박막의 열처리 방식은 펩타이드 종류에 따라 펩타이드가 열분해 되지 않은 온도 범위내에서 비정질 펩타이드 박막을 처리 하는 것으로, 바람직하게는 50℃~200℃에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 50℃ 미만의 온도로 비정질 펩타이드 박막을 처리할 경우, 상전이가 일어나지 않아 나노구조가 생성되지 않는다는 문제가 발생하고, 200℃를 초과한 온도로 비정질 펩타이드 박막을 처리할 경우에는 펩타이드 박막이 기판으로부터 쉽게 떨어져나간다는 문제가 발생될 수 있다.In the present invention, the heat treatment method of the amorphous peptide thin film is to treat the amorphous peptide thin film within a temperature range in which the peptide is not pyrolyzed according to the peptide type, preferably, it may be characterized in that it is carried out at 50 ℃ ~ 200 ℃. . This is because when the amorphous peptide thin film is treated at a temperature below 50 ° C., no phase transition occurs and nanostructures are not generated. When the amorphous peptide thin film is treated at a temperature above 200 ° C., the peptide thin film is removed from the substrate. The problem of falling off easily can occur.
본 발명에 있어서, 비정질 펩타이드 박막의 화학적처리 방식은 화합물 증기를 비정질 펩타이드 박막에 접촉시키는 것으로, 상기 화합물은 물, 아닐린, 벤젠, 톨루엔, 자일렌(xylene), 톨루이딘(toluidine), 크레졸(cresol), 이황화탄소, 에탄올, 프로판올, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethyl formamide), 이들 화합물의 화학적 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. In the present invention, the chemical treatment method of the amorphous peptide thin film is to contact the vapor of the compound with the amorphous peptide thin film, the compound is water, aniline, benzene, toluene, xylene, toluidine (creuidine), cresol (cresol) , Carbon disulfide, ethanol, propanol, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethyl formamide, chemical derivatives of these compounds, and mixtures thereof.
본 발명에 있어서, 비정질 펩타이드 박막의 물리학적처리 방식은 전기장, 자기장, 전자기장 등과 같은 포스필드(force field)을 이용하여 비정질 펩타이드 박막에 가하여 펩타이드 비정질 펩타이드 박막으로부터 펩타이드의 자기조립을 유도시켜 펩타이드 나노구조체를 성장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 펩타이드 나노구조체의 배열 및 배향을 조절할 수 있다. In the present invention, the physical treatment method of the amorphous peptide thin film is a peptide nanostructure by inducing self-assembly of the peptide from the peptide amorphous peptide thin film by adding to the amorphous peptide thin film using a force field such as an electric field, a magnetic field, an electromagnetic field, etc. Not only can it be grown, it can also control the alignment and orientation of the peptide nanostructures.
본 발명에 따른 펩타이드 나노구조체는 전술된 바와 같이 비정질 펩타이드 박막의 자기조립 환경을 열적, 화학적 및/또는 물리학적으로 처리하여 다양한 형태의 나노구조체를 형성할 수 있다.As described above, the peptide nanostructure according to the present invention may thermally, chemically and / or physically process the self-assembly environment of the amorphous peptide thin film to form various types of nanostructures.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시에는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only to illustrate the invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.
실시예 1: 대면적에서의 펩타이드 나노구조체의 제조Example 1 Preparation of Peptide Nanostructures in Large Areas
1-1: 비정질 펩타이드 박막 형성1-1: Amorphous Peptide Thin Film Formation
다이페닐알라닌 1mg, 2mg, 5mg, 7.5mg, 10mg, 15mg, 50mg을 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 1ml에 용해시켜 펩타이드 파우더에 포함되어 있을 수 있는 사전 생성된 나노구조체를 펩타이드 단량체 형태로 완전히 용해시켰다. 이렇게 용해된 펩타이드 용액 10㎕를 무수조건(anhydrous condition)하에 10mm×10mm 크기의 실리콘웨이퍼 기판상에 25℃로 건조시켜 비정질 펩타이드 박막을 수득하였다. 상기 수득된 비정질 펩타이드 박막의 결정구조를 확인하기 위하여 주사전자현미경(Hitachi S-4800) 및 엑스선 회절(Rigaku D/MAX-IIIC)을 사용하여 측정하였다.1 mg, 2 mg, 5 mg, 7.5 mg, 10 mg, 15 mg, 50 mg of diphenylalanine is dissolved in 1 ml of 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol to generate pre-formed peptides The nanostructures were completely dissolved in the form of peptide monomers. 10 μl of the dissolved peptide solution was dried at 25 ° C. on a 10 mm × 10 mm silicon wafer substrate under anhydrous conditions to obtain an amorphous peptide thin film. In order to confirm the crystal structure of the obtained amorphous peptide thin film was measured using a scanning electron microscope (Hitachi S-4800) and X-ray diffraction (Rigaku D / MAX-IIIC ) .
그 결과, 도 2a에 나타난 바와 같이, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올 1ml에 다이페닐알라닌 50mg을 용해시켜 수득된 비정질 펩타이드 박막이 어떠한 결정구조도 지니지 않는 비정질 형태의 박막임을 확인할 수 있었고, 도 2b에 나타난 바와 같이, 생성된 박막의 두께는 박막 형성에 사용되는 펩타이드 용액의 농도를 조절함으로서 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 2A, the amorphous peptide thin film obtained by dissolving 50 mg of diphenylalanine in 1 ml of 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol had no crystal structure. It was confirmed that the thin film in the form, as shown in Figure 2b, it can be seen that the thickness of the resulting thin film can be easily prepared by adjusting the concentration of the peptide solution used in forming the thin film.
1-2: 자기조립 환경제어를 이용한 펩타이드 나노구조체 제조1-2: Preparation of Peptide Nanostructures Using Self-Assembly Environmental Control
실시예 1-1에서 수득된 비정질 펩타이드 박막을 사용하여 후술되는 화학적 처리 방식, 열처리 방식, 물리적처리 방식 및 이들의 복합처리 방식을 통해 펩타이드 나노구조체를 제조하였다.Using the amorphous peptide thin film obtained in Example 1-1, a peptide nanostructure was prepared through a chemical treatment method, a heat treatment method, a physical treatment method, and a combination treatment method described below.
1-2-1: 화학적처리 방식을 통한 펩타이드 나노구조체 제조1-2-1: Preparation of Peptide Nanostructures by Chemical Treatment
온도에 의한 영향을 배제하기 위해 온도는 25℃를 유지한 상태에서 물(water), 아닐린(aniline), 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아미드(dimethylformamide)를 증기형태로 실시예 1-1에서 수득된 비정질 펩타이드 박막에 접촉시켜 펩타이드 나노구조체를 제조하였다. 상기 제조된 펩타이드 나노구조체를 주사전자현미경(Hitachi S-4800)을 통하여 측정하였다.Temperature, water, aniline, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide in vapor form while maintaining the temperature at 25 ° C. in order to exclude the effect of temperature. Example 1-1 Peptide nanostructures were prepared by contacting the amorphous peptide thin film obtained in. The prepared peptide nanostructures were measured through a scanning electron microscope (Hitachi S-4800).
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 화학적처리 방식을 통하여 다양한 형태의 펩타이드 나노구조체가 형성됨을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Figure 3, it was confirmed that the peptide nanostructures of various forms are formed through the chemical treatment method.
또한, 상기 화합물의 증기 중에 수증기를 펩타이드 박막에 처리한 시간에 따른 펩타이드 박막의 변화를 측정한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 초기단계에 무수 펩타이드 박막이 주변으로부터 수분을 흡수하여 박막표면에 펩타이드 나노구조체에 대한 핵(nuclei)이 단분산 형태로 균일하게 생성됨을 확인할 수 있었으며, 그 이후에는 균일하게 생성된 핵으로부터 펩타이드 나노구조체가 성장됨을 확인할 수 있었다.In addition, as a result of measuring the change of the peptide thin film with time of the vapor treatment of the peptide thin film in the vapor of the compound, as shown in Figure 4, the anhydrous peptide thin film absorbs moisture from the surroundings in the initial stage of the peptide on the surface of the thin film It was confirmed that the nuclei (nuclei) for the nanostructures are uniformly produced in monodisperse form, after which the peptide nanostructures were grown from the uniformly generated nuclei.
1-2-2: 열처리 방식을 통한 펩타이드 나노구조체 제조1-2-2: Preparation of Peptide Nanostructures by Heat Treatment
실시예 1-1에서 수득된 비정질 펩타이드 박막을 화합물의 증기공급 없이, 25℃, 50℃, 100℃ 또는 150℃로 12시간 동안 열처리하여 펩타이드 나노구조체를 제조하였다. 상기 제조된 펩타이드 나노구조체를 주사전자현미경(Hitachi S-4800), 시차주사열량계법(NETZSCH DSC 204 F1) 및 엑스선 회절(Rigaku D/MAX-IIIC)을 이용하여 분석하였다.The peptide nanostructure was prepared by heat-treating the amorphous peptide thin film obtained in Example 1-1 at 25 ° C., 50 ° C., 100 ° C. or 150 ° C. for 12 hours without vapor supply of the compound. The prepared peptide nanostructures were analyzed using a scanning electron microscope (Hitachi S-4800), differential scanning calorimetry (NETZSCH DSC 204 F1) and X-ray diffraction (Rigaku D / MAX-IIIC).
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 열처리를 통해 생성된 펩타이드 나노구조체는 실시예 1-2-1에서 제조된 화학적처리 방식을 이용한 펩타이드 나노구조체와는 달리 구부러진 형태로 불균일하게 생성됨을 확인할 수 있었고, 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 비정질상 펩타이드 박막이 130℃ 인접온도에서 비정질상(amorphous phase)에서 전혀 새로운 형태의 결정상(crystalline phase)으로 상전이(phase transition) 거동을 보임을 알 수 있는 바, 이를 통해 새로운 형태의 펩타이드 나노구조체가 제조됨을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 5, the peptide nanostructures generated through heat treatment could be confirmed to be non-uniformly produced in a bent form unlike the peptide nanostructures using the chemical treatment method prepared in Example 1-2-1. 6 and 7, it can be seen that the amorphous peptide thin film exhibits a phase transition behavior from the amorphous phase to the completely new crystalline phase at 130 ° C adjacent temperature. This confirmed that a new type of peptide nanostructure was prepared.
1-2-3: 물리적처리 방식을 통한 펩타이드 나노구조체 제조1-2-3: Preparation of Peptide Nanostructures by Physical Treatment
실시예 1-1에서 수득된 비정질 펩타이드 박막을 통상 가정에서 사용하는 전자레인지를 이용하여 전자기파의 일종인 마이크로파에 5분간 노출시켜 펩타이드 나노구조체를 제조하였고, 상기 제조된 펩타이드 나노구조체를 주사전자현미경 (Hitachi S-4800)을 이용하여 분석하였다.A peptide nanostructure was prepared by exposing the amorphous peptide thin film obtained in Example 1-1 to a microwave, which is a kind of electromagnetic waves, for 5 minutes using a microwave oven commonly used in homes. The peptide nanostructure was prepared by scanning electron microscopy ( Hitachi S-4800).
그 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 마이크로파에 단시간 노출시키는 것만으 로도, 펩타이드 나노구조체가 생성됨을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Figure 8, it was confirmed that only a short exposure to the microwave, the peptide nanostructure is produced.
1-2-4: 열 및 화학적처리 방식을 통한 펩타이드 나노구조체 제조1-2-4: Preparation of Peptide Nanostructures by Thermal and Chemical Treatment
실시예 1-1에서 수득된 비정질 펩타이드 박막을 아닐린 증기와 접촉시키는 동시에 50℃, 100℃ 및 150℃ 온도로 12시간 동안 각각 열처리하여 펩타이드 나노구조체를 제조하였다. 상기 제조된 펩타이드 나노구조체를 주사전자현미경(Hitachi S-4800)을 이용하여 분석하였다.Peptide nanostructures were prepared by contacting the amorphous peptide thin film obtained in Example 1-1 with aniline vapor and simultaneously heat-treating at 50 ° C., 100 ° C. and 150 ° C. for 12 hours. The prepared peptide nanostructures were analyzed using a scanning electron microscope (Hitachi S-4800).
그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 100℃ 이상의 고온에서는 나노선 형태의 펩타이드 나노구조체가 생성됨을 확인할 수 있었고, 특히, 100℃에서 아닐린 증기로 처리한 펩타이드 박막의 경우에는 종횡비(aspect ratio)가 50~100 이상으로 매우 크고, 단분산 형태의 펩타이드 나노선이 대면적에 걸쳐서 균일하게 기판에 수직하게 배열된 형태로 생성됨을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Figure 9, it was confirmed that the nanowire-type peptide nanostructure is produced at a high temperature of 100 ℃ or more, in particular, in the case of a peptide thin film treated with aniline vapor at 100 ℃ (aspect ratio) It was confirmed that the peptide nanowires having a very large and monodisperse form of nanoparticles of 50 to 100 or more were produced in a form arranged vertically perpendicular to the substrate over a large area.
실시예 2: 선택적 영역에서의 펩타이드 나노구조체의 제조Example 2: Preparation of Peptide Nanostructures in Selective Regions
너비 50㎛, 높이 10㎛의 선형 패턴을 지니는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 마스터를 기판위에 컨포말컨택트(conformal contact)하여 미소유체 채널을 형성시키고, 헥사플루오로-2-프로판올 1ml에 다이페닐알라닌 50mg을 용해시켜 제조된 다이페닐알라닌 용액을 채널 입구에 분사하여 모세관 현상에 의해 펩타이드 용액이 미소채널에 채운 다음, 무수조건하에 헥사플루오로-2-프로판올을 증발시켰다. 상기 헥사플루오로-2-프로판올의 증발이 완료되면, 폴리디메 틸실록산 마스터를 기판으로부터 제거시켜 기판상에 폴리디메틸실록산 마스터 패턴과 동일한 형태의 비정질 펩타이드 박막을 제조하였다(도 10a). 이렇게 제조된 비정질 펩타이드 박막을 100℃에서 아닐린 증기로 12시간 접촉시켜 선택적 영역에서의 펩타이드 나노구조체를 제조하였다. 상기 제조된 선택적 영역에서의 펩타이드 나노구조체를 주사전자현미경(Hitachi S-4800)을 이용하여 분석하였다.A polydimethylsiloxane master having a linear pattern of 50 μm in width and 10 μm in height was conformally contacted on a substrate to form a microfluidic channel, and 50 mg of diphenylalanine was added to 1 ml of hexafluoro-2-propanol. The diphenylalanine solution prepared by dissolution was injected into the channel inlet to fill the peptide solution in the microchannel by capillary action, and then hexafluoro-2-propanol was evaporated under anhydrous conditions. When the evaporation of the hexafluoro-2-propanol was completed, the polydimethylsiloxane master was removed from the substrate to prepare an amorphous peptide thin film having the same shape as the polydimethylsiloxane master pattern on the substrate (FIG. 10A). The amorphous peptide thin film thus prepared was contacted with aniline vapor at 100 ° C. for 12 hours to prepare peptide nanostructures in a selective region. Peptide nanostructures in the selective regions prepared above were analyzed using a scanning electron microscope (Hitachi S-4800).
그 결과, 도 10b에서 나타난 바와 같이, 매우 큰 종회비를 가지는 펩타이드 나노선이 선택적 영역에서만 균일하게 수직 성장하였음을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Figure 10b, it was confirmed that the peptide nanowires having a very large aspect ratio was uniformly vertically grown only in the selective region.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. The specific parts of the present invention have been described in detail above, and it is apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
도 1은 본 발명에 따른 펩타이드 나노구조체의 제조방법의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a method for producing a peptide nanostructure according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 비정질 펩타이드 박막의 주사전자현미경 및 엑스선 회절 그래프로, (a)는 비정질 펩타이드 박막의 측면사진이고, (b)는 펩타이드 용액에 대한 비정질 펩타이드의 두께를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a scanning electron microscope and X-ray diffraction graph of the amorphous peptide thin film according to the present invention, (a) is a side view of the amorphous peptide thin film, (b) is a graph showing the thickness of the amorphous peptide to the peptide solution.
도 3은 본 발명에 따른 화학적처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 주사전자현미경 사진으로, (a)는 수증기를 사용한 것이고, (b)는 아닐린 증기를 사용한 것이며, (c)는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide)를 사용한 것이고, (d)는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethyl formamide)를 사용한 것이다.Figure 3 is a scanning electron micrograph of the peptide nanostructure prepared by the chemical treatment method according to the present invention, (a) is using water vapor, (b) is using aniline vapor, (c) is dimethyl sulfoxide (dimethyl sulfoxide) is used, and (d) is N, N-dimethyl formamide.
도 4는 본 발명에 따른 화학적처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 생성 메카니즘을 나타낸 모식도 및 주사전자현미경 사진이다.Figure 4 is a schematic diagram and scanning electron micrograph showing the production mechanism of the peptide nanostructures prepared by the chemical treatment method according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 열처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 주사전자현미경 사진이다.5 is a scanning electron micrograph of the peptide nanostructures prepared by the heat treatment method according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 열처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 시차주사열량계법을 측정한 그래프이다.Figure 6 is a graph measuring the differential scanning calorimetry of the peptide nanostructures prepared by the heat treatment method according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 열처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 엑스선 회절을 측정한 그래프이다.7 is a graph measuring X-ray diffraction of the peptide nanostructures prepared by the heat treatment method according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 물리적처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노구조체의 주사전자현미경 사진이다.8 is a scanning electron micrograph of the peptide nanostructures prepared by the physical treatment method according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 열 및 화학적처리 방식을 통해 제조된 펩타이드 나노 구조체의 주사전자현미경 사진이다.9 is a scanning electron micrograph of the peptide nanostructures prepared by the thermal and chemical treatment method according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 열 및 화학적처리 방식을 통해 선택적 영역에서만 제조된 펩타이드 나노구조체의 모식도(a) 및 주사전자현미경 사진(b)이다.10 is a schematic diagram (a) and scanning electron micrograph (b) of a peptide nanostructure prepared only in selective regions through thermal and chemical treatment methods according to the present invention.
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