KR20110000297A - Hollow mesoporous silica capsule and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중공형 메조다공성 실리카 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매크로다공성 및 높은 표면적 특성을 가지며, 크기가 비교적 큰 효소, 단백질, 다양한 약물 및 기타 생체물질을 중공 내에 용이하게 담지할 수 있어 효소 및 촉매의 담지체, 또는 약물전달 시스템으로서 최적의 성능을 발휘할 수 있고, 메조다공성 기벽에 다양한 단백질 및 비타민류 화합물 등을 도입하기가 용이하여 표적인지 약물전달 시스템이나 바이오센서 분야에서의 활용도를 크게 향상시켰다. 또한, 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조방법에 의하면 별도의 전처리 과정이 없이도 세포내 침투가 가능한 다양한 크기의 생체물질을 캡슐 내에 담지할 수 있고, 기존 캡슐 형태의 나노입자 합성에서 요구되던 까다로운 조건들을 간편화하여 합성시간 단축을 통한 대량생산이 가능하다.The present invention relates to a hollow mesoporous silica capsule and a method for manufacturing the same, and more particularly, macroporous and high surface area characteristics, and easily carries enzymes, proteins, various drugs, and other biomaterials having a relatively large size in the hollow. It can be used as a carrier for enzymes and catalysts, or as a drug delivery system, and it is easy to introduce various proteins and vitamin compounds into mesoporous walls. Significantly improved the utilization. In addition, according to the method for manufacturing a hollow mesoporous silica capsule according to the present invention, it is possible to support various sizes of biomaterials that can penetrate into cells without a separate pretreatment process, which is required for synthesizing nanoparticles in a conventional capsule form. It is possible to mass-produce by reducing the synthesis time by simplifying the difficult conditions.
메조다공성 (mesoporous) 물질은 제올라이트를 능가하는 높은 비표면적과 메조 영역의 기공 크기로 인하여 오래전부터 지속적으로 촉매, 흡착제 또는 담체 물질로 응용되어 왔으며, 최근에는 다양한 분야에 적용되어 그 중요성과 관심이 증가 되고 있는 물질이다. 구체적으로, 메조다공성 물질은 약물전달 시스템이나 생화학 반응검출 등의 바이오 센서분야, 특정 물질의 선택적 분리 및 흡착반응, 연료전지 및 에너지 관련 사업 등 메조다공성의 높은 비표면적이 최대로 요구되는 분야들에서 그 필요성이 더욱 부각되고 있다.Mesoporous materials have been used as catalysts, adsorbents or carrier materials for a long time because of their high specific surface area over zeolites and the pore size of mesospheres. Recently, mesoporous materials have been applied in various fields to increase their importance and interest. It is a substance becoming. Specifically, mesoporous materials are used in biosensor fields such as drug delivery systems and biochemical reaction detection, in areas where the highest specific surface area of mesoporosity is required, such as selective separation and adsorption reactions of specific substances, fuel cells and energy related projects. The need is even more highlighted.
메조다공성 물질들 중에서도 중앙이 비어있는 구형 또는 중공형 구조의 매크로다공성을 갖는 캡슐형 입자는 중심 부분에 특정하게 큰 표면적을 형성하고 낮은 밀도를 갖는 등의 특별한 성질을 지니고 있다. 특히, 이러한 중공형 메조다공성 캡슐은 높은 비표면적을 캡슐 형태로 유지함과 동시에, 크기에 관대한 매크로다공을 갖기 때문에 뛰어난 흡착력을 지니고, 캡슐형이기 때문에 약물전달 시스템에 채용되는 경우에 담지 내용물질을 보호하는 등의 실용적인 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 캡슐을 형성하는 껍질에 금속, 금속산화물, 양자점, 자성체 등의 다양한 입자들을 담지시키게 되면, 기존의 단순 메조다공성 물질들보다도 더욱 폭 넓은 분야에 응용할 수도 있게 된다. 따라서, 캡슐형 메조다공성 물질은 이러한 이점들 때문에 기존의 물질들 보다 더욱더 많은 관심이 대두되고 있다.Among mesoporous materials, the capsule particles having a macroporous spherical or hollow structure having an empty center have special properties such as forming a particularly large surface area in the central portion and having a low density. In particular, such hollow mesoporous capsules have a high specific surface area in the form of capsules and have macroporosity in size, and thus have excellent adsorptive power. It has practical advantages such as protection. In addition, when various particles such as metals, metal oxides, quantum dots, and magnetic bodies are supported on the shell forming the capsule, it may be applied to a wider range of fields than conventional simple mesoporous materials. Therefore, encapsulated mesoporous materials are attracting more and more attention than conventional materials because of these advantages.
종래에 중공형 메조다공성 캡슐을 합성하는 데에는 초음파를 이용하여 결정핵 생성을 촉진하는 음향 공동화 (acoustic cavitation) 방법, 초임계유체 내에서의 화학적 겔화 또는 에멀젼 템플레이팅 (emulsion templating) 등을 이용하는 초임계유체 (supercritical fluid) 방법, 그리고 연성 또는 경성 주형을 사용하는 방법 등이 개발되어 있다. 일반적으로, 주형사용법은 주형의 물질을 중심으로 무기물, 폴리머, 금속 등의 다양한 물질들을 층층 (layer-by-layer) 형태로 적층시킴으 로써 수행되며, 캡슐을 형성하는 껍질의 두께는 합성의 과정에서 코팅이 되는 물질의 농도나 층을 형성하는 합성 싸이클의 시간에 따라서 조절된다. 그러나, 적층에 많은 시간이 소요되고 공정이 복잡하다는 단점이 존재하며, 또한 무기물질을 껍질로 형성하는 캡슐 형태의 물질은 콜로이드 폴리머 주형에 의해 합성이 가능하지만 합성 조건이 매우 까다롭다는 문제점이 있다.Conventionally, in synthesizing hollow mesoporous capsules, supercritical methods using an ultrasonic cavitation method for promoting crystal nucleation, chemical gelation or emulsion templating in a supercritical fluid, etc. Supercritical fluid methods and methods of using flexible or rigid molds have been developed. In general, the mold usage method is carried out by laminating various materials such as inorganic materials, polymers, metals, etc. in a layer-by-layer form around the material of the mold, and the thickness of the shell forming the capsule is determined in the process of synthesis. It is controlled by the concentration of the material to be coated or the time of the synthesis cycle to form the layer. However, there are disadvantages in that it takes a long time for the lamination and a complicated process, and a capsule-type material that forms an inorganic material as a shell can be synthesized by a colloidal polymer template, but the synthesis conditions are very difficult. .
한편, 캡슐 내부가 비어있는 중공형의 캡슐을 유지하면서 그 기벽이 메조다공성 특성을 보유하도록 하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있는데, 통상적으로, 계면활성제를 용매에 응집시킨 주형을 이용한 방법이 사용되어 왔다. 최근에는 에멀젼 합성법도 사용되는데, 이 방법에서는 에멀젼화되는 작은 방울들이 중공형 캡슐의 주형으로, 기둥형의 마이셀들 (micelles)은 메조다공성 기벽의 주형으로 작용한다. 일반적으로 이러한 물질들은 주형으로 형성되는 에멀젼의 크기 변화가 다양하게 나타나기 때문에 결과물인 캡슐 형태의 물질도 다양한 크기로 합성된다. 또한, 제조된 중공형 캡슐을 약품 전달 물질로 활용하고자 하는 경우에, 기벽이 메조다공성을 갖기는 하지만 전달하고자 하는 약품을 기벽을 통하여 통과시키거나 또는 제조된 기벽을 제한적으로 제거하기가 어렵기 때문에, 캡슐 내부 공간에 전달 물질을 내포시키기가 어렵고, 또한 특정 환경 하에서 전달 물질 방출을 조절하기가 어렵다는 문제점이 있다. 더욱이, 주형 제조에 사용되는 물질로서 고독성의 계면활성제 및 고분자 폴리머들을 적정 비율로 조합하여 사용하기 때문에 바이오센서 분야나 약물전달 등과 같이 세포독성 (cytotoxicity)이 중요시되는 분야에 적용하기에 치명적인 한계점을 갖는다.On the other hand, it is known that it is very difficult for the base wall to retain mesoporous properties while maintaining a hollow capsule with an empty inside of the capsule. Typically, a method using a mold in which a surfactant is aggregated in a solvent has been used. Recently, emulsion synthesis has also been used, in which small droplets to be emulsified act as the molds of hollow capsules and columnar micelles act as the molds for mesoporous base walls. In general, these materials vary in the size of the emulsion formed into the template, so the resulting capsule-like material is synthesized in various sizes. In addition, in the case of using the manufactured hollow capsule as a drug delivery material, since the wall has mesoporosity, it is difficult to pass the drug to be delivered through the wall or to restrict the removal of the manufactured wall. However, there is a problem that it is difficult to contain the delivery material in the capsule inner space, and also difficult to control the delivery material release under a specific environment. Furthermore, since the materials used in the manufacture of molds are used in combination with high-toxic surfactants and polymer polymers in an appropriate ratio, they have a critical limitation in application in areas where cytotoxicity is important, such as biosensors or drug delivery. .
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 매크로다공성 및 높은 표면적 특성을 가지면서도, 중공내 물질 담지가 용이하며, 별도의 전처리 과정이 없이도 기존 캡슐 형태의 나노입자 합성에서 요구되던 까다로운 조건들을 간편화하여 합성시간 단축을 통한 대량생산이 가능한 중공형 메조다공성 실리카 캡슐 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to have a macroporosity and high surface area characteristics, easy to support the material in the hollow, and to simplify the difficult conditions required for the synthesis of nanoparticles in the conventional capsule form without a separate pretreatment process synthesis time It is to provide a hollow mesoporous silica capsule capable of mass production through a single axis and a method of manufacturing the same.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위해서,In order to achieve the first object of the present invention,
메조다공성 (mesoporous) 실리카 기벽; 및 상기 실리카 기벽에 형성된 하나 이상의 매크로기공을 포함하는 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 제공한다.Mesoporous silica base walls; And it provides a hollow mesoporous silica capsule comprising one or more macropores formed on the silica base wall.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캡슐의 평균 직경은 20nm 내지 1㎛일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the average diameter of the capsule may be 20nm to 1㎛.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 매크로기공의 평균 직경은 1nm 내지 500nm일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the average diameter of the macropores may be 1nm to 500nm.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 실리카 기벽의 외면에는 암세포 특이적 결합 펩티드 서열 또는 비타민류 화합물이 유기작용기를 통하여 부착될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the cancer cell specific binding peptide sequence or vitamin compound may be attached to the outer surface of the silica base wall through an organic functional group.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 암세포 특이적 결합 펩티드 서열은 Arg-Gly-Asp이고, 상기 비타민류 화합물은 엽산 (folic acid)일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the cancer cell specific binding peptide sequence is Arg-Gly-Asp, and the vitamin compound may be folic acid.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위해서,In order to achieve the second object of the present invention,
(a) 하기 화학식 1을 가지는 계면활성제를 친수성 용매에 용해시키는 단계;(a) dissolving a surfactant having Formula 1 in a hydrophilic solvent;
상기 식에서 R1, R2 및 R3는 서로 같거나 다르게 CH3- 또는 CH2CH3- 이고, R4는 12 내지 22의 탄소수를 갖는 알킬기이고, X는 음이온이다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other CH 3 -or CH 2 CH 3- , R 4 is an alkyl group having 12 to 22 carbon atoms, and X is an anion.
(b) 상기 (a) 단계에서 제조된 용액에 실리카 전구체를 혼합하여 반응시키는 단계;(b) mixing and reacting a silica precursor with the solution prepared in step (a);
(c) 상기 반응 혼합물을 냉각시킨 후 여과하여 생성물을 회수하는 단계;(c) cooling the reaction mixture and then filtering to recover the product;
(d) 상기 생성물을 세척하고 건조시키는 단계; 및(d) washing and drying the product; And
(e) 상기 건조물을 소성시키는 단계를 포함하는 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조 방법을 제공한다.(e) it provides a method for producing a hollow mesoporous silica capsule comprising the step of firing the dried material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서 스테로이드 화합물을 더 첨가해줄 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the steroid compound may be further added in the step (a).
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계에서 유기작용기로 치환된 실리카 전구체를 더 첨가해줄 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, the silica precursor substituted with the organic functional group in step (b) may be further added.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 유기작용기로 치환된 실리카 전구체는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-시아노프로필트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-[2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로 필트리메톡시실란, 유레이도프로필트리메톡시실란 및 3-이소시아노에이토프로필트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the silica precursor substituted with the organofunctional group is 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-cyanopropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-amino Propyltrimethoxysilane, consisting of 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane, ureidopropyltrimethoxysilane and 3-isocyanoetherpropyltriethoxysilane It may be one or more compounds selected from the group.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계의 반응온도가 80℃ 내지 100℃일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the reaction temperature of step (b) may be 80 ℃ to 100 ℃.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 계면활성제와 상기 친수성 용매의 혼합 몰비가 1:100 내지 1:20,000일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the mixing mole ratio of the surfactant and the hydrophilic solvent may be 1: 100 to 1: 20,000.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 계면활성제와 상기 스테로이드 화합물의 혼합 몰비가 1:0.05 내지 1:0.50일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the mixing molar ratio of the surfactant and the steroid compound may be 1: 0.05 to 1: 0.50.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 친수성 용매는 증류수 또는 탄소수 1 내지 2인 알콜을 포함하는 수용액일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the hydrophilic solvent may be an aqueous solution containing distilled water or alcohol having 1 to 2 carbon atoms.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (e) 단계의 소성 온도는 300℃ 내지 800℃일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the firing temperature of step (e) may be 300 ℃ to 800 ℃.
본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐은 매크로다공성 및 높은 표면적 특성을 가지며, 크기가 비교적 큰 효소, 단백질, 다양한 약물 및 기타 생체물질을 중공 내에 용이하게 담지할 수 있어 효소 및 촉매의 담지체, 또는 약물전달 시스템으로서 최적의 성능을 발휘할 수 있고, 메조다공성 기벽에 다양한 단백질 및 비타민류 화합물 등을 도입하기가 용이하여 표적인지 약물전달 시스템이나 바이오센서 분야에서의 활용도를 크게 향상시켰다. 또한, 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조방법에 의하면 별도의 전처리 과정이 없이도 세포내 침투 가 가능한 다양한 크기의 생체물질을 캡슐 내에 담지할 수 있고, 기존 캡슐 형태의 나노입자 합성에서 요구되던 까다로운 조건들을 간편화하여 합성시간 단축을 통한 대량생산이 가능하다.Hollow mesoporous silica capsules according to the present invention have macroporosity and high surface area characteristics, and can easily support enzymes, proteins, various drugs, and other biomaterials having a relatively large size in the hollow, so that the carriers of enzymes and catalysts, In addition, it is possible to exert optimal performance as a drug delivery system, and it is easy to introduce various proteins and vitamin compounds into mesoporous walls, thereby greatly improving the utilization in the field of drug delivery system or biosensor. In addition, according to the method for manufacturing a hollow mesoporous silica capsule according to the present invention, it is possible to support various sizes of biomaterials that can penetrate into cells without a separate pretreatment process, which is required for synthesizing nanoparticles in a conventional capsule form. It is possible to mass-produce by reducing the synthesis time by simplifying the difficult conditions.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 첫 번째 과제는 메조다공성 (mesoporous) 실리카 기벽; 및 상기 실리카 기벽에 형성된 하나 이상의 매크로기공을 포함하는 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에 의해서 달성된다.The first object of the present invention is a mesoporous silica base wall; And hollow mesoporous silica capsules comprising one or more macropores formed on the silica base wall.
도 1에는 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐 입자 1개에 대한 투과전자현미경 사진을 도시하였으며, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 캡슐은 실리카 기벽으로 둘러싸인 내부 공간을 포함하는 중공형 캡슐 형태를 지니고, 특히 구형의 모양을 유지하면서 그 기벽이 매우 잘 정돈된 메조다공성 기공들로 구성되어 있음을 알 수 있다.1 shows a transmission electron microscope photograph of one hollow mesoporous silica capsule particle according to the present invention. As can be seen from FIG. 1, the capsule includes a hollow capsule including an inner space surrounded by a silica base wall. It can be seen that the wall is composed of mesoporous pores which have a shape, in particular while maintaining a spherical shape.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조된 복수 개의 중공형 메조다공성 실리카 입자들에 대한 주사전자현미경 사진 및 투과전자현미경 사진을 도시하였으며, 더불어 입자 1개에 대한 개략도를 도시하였다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐은 통상적인 메조다공성 캡슐과는 달리 일반적 메조다공성 기벽 이외에도 상기 메조다공성 기벽에 형성된 하나 이상의 매크로기공을 포함한다. 본 발명에 따른 캡슐에 있어서 이러한 매크로기공의 존재는 약물전달 분야에서의 종래 메조다공성 캡슐의 대표적 한계점인 전달 물 질의 기벽 통과 문제를 효과적으로 극복하기 위해서 채택된 구조로서, 본 발명에서는 이러한 매크로기공을 통해서 전달하고자 하는 약물을 효과적으로 캡슐 내부에 담지시킬 수 있으므로 종래기술에 따른 메조다공성 캡슐의 문제점을 해결할 수 있게 된다.2 shows a scanning electron micrograph and a transmission electron micrograph of a plurality of hollow mesoporous silica particles prepared according to an embodiment of the present invention, and a schematic diagram of one particle is shown. As can be seen from Figure 2, the hollow mesoporous silica capsule according to the present invention, unlike conventional mesoporous capsules, includes one or more macropores formed on the mesoporous base wall in addition to the general mesoporous base wall. The presence of such macropores in the capsule according to the present invention is a structure adopted to effectively overcome the problem of passage of the delivery material, which is a representative limitation of the conventional mesoporous capsules in the field of drug delivery, in the present invention through such macropores Since the drug to be delivered can be effectively carried in the capsule, it is possible to solve the problem of the mesoporous capsule according to the prior art.
한편, 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 캡슐의 평균 직경은 전달하고자 하는 물질의 종류 및 함유량 등에 따라서 다양하게 변화시킬 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 20nm 내지 1㎛ 범위의 값을 가질 수 있다. 상기 평균 직경이 20nm 미만인 경우에는 본 발명에 따른 캡슐이 전달하고자 하는 다양한 전달 물질, 즉 크기가 비교적 큰 효소, 단백질, 다양한 약물 및 기타 생체물질 등을 담지하기에 적합하지 않다는 문제점이 있고, 1㎛를 초과하는 경우에도 캡슐의 크기가 너무 커져서 세포내 물질 전달 등과 같은 다양한 생물학적 응용에 제한이 가해진다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.On the other hand, the average diameter of the hollow mesoporous capsule according to the present invention can be variously changed depending on the type and content of the material to be delivered, but is not limited thereto, it may have a value in the range of 20nm to 1㎛. If the average diameter is less than 20nm, there is a problem that the capsule according to the present invention is not suitable for supporting various delivery materials to be delivered, that is, enzymes, proteins, various drugs, and other biomaterials having a relatively large size. Even if it exceeds the size of the capsule is too large to limit the various biological applications, such as intracellular mass transfer is not preferred because there is a problem.
본 발명에 따른 중공형 메조다공성 캡슐에 형성된 매크로기공의 평균 직경은 나노입자의 담지 및 전달물질의 통과를 위해서 적당한 크기를 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 1nm 내지 500nm일 수 있다. 매크로기공의 평균직경이 1nm 미만인 경우에는 캡슐 외부로부터 캡슐 내부로의 매크로기공을 통한 물질 통과가 용이하지 않다는 문제점이 있고, 50nm를 초과하는 경우에는 캡슐 내에 담지된 물질이 쉽게 매크로기공을 통하여 다시 캡슐 외부로 방출되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.The average diameter of the macropores formed in the hollow mesoporous capsule according to the present invention may have a suitable size for the carrying of the nanoparticles and the passage of the transfer material, but is not limited thereto, and may be 1 nm to 500 nm. When the average pore size of the macropores is less than 1 nm, there is a problem in that it is not easy to pass the material through the macropores from the outside of the capsule to the inside of the capsule, and when it exceeds 50 nm, the material contained in the capsule is easily recapsulated through the macropores. It is not preferable because there is a problem that is emitted to the outside.
한편, 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 캡슐을 형성하는 실리카 기벽의 외 면, 즉 캡슐 외부를 향하는 면에는 특정 암세포 등과 특이적으로 결합하는 펩티드 서열 또는 비타민류 화합물 등을 부착시키기 위한 유기작용기를 실란 화학반응을 사용하여 부착시킬 수도 있다. 상기 펩티드 서열로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 특정 암세포에서 과발현되는ανβ3 integrin 등과 매우 강하게 결합하는 Arg-Gly-Asp 펩티드 서열을 예로 들 수 있고, 상기 비타민류 화합물은 특정 암세포를 인지할 수 있는 엽산 (folic acid) 등을 예로 들 수 있다.On the other hand, the outer surface of the silica base wall forming the hollow mesoporous capsule according to the present invention, that is, the surface facing toward the outside of the capsule, an organic functional group for attaching a peptide sequence or vitamin compound or the like specifically binding to specific cancer cells, etc. It can also be attached using a chemical reaction. The peptide sequence may include, but is not limited to, an Arg-Gly-Asp peptide sequence that binds strongly to α ν β 3 integrin and the like, which are overexpressed in specific cancer cells, and the vitamin compounds may recognize specific cancer cells. Folic acid, which may be mentioned.
본 발명의 두 번째 과제는,The second object of the present invention,
(a) 하기 화학식 1을 가지는 계면활성제를 친수성 용매에 용해시키는 단계;(a) dissolving a surfactant having Formula 1 in a hydrophilic solvent;
[화학식 1][Formula 1]
R1R2R3R4NXR 1 R 2 R 3 R 4 NX
상기 식에서 R1, R2 및 R3는 서로 같거나 다르게 CH3- 또는 CH2CH3- 이고, R4는 12 내지 22의 탄소수를 갖는 알킬기이고, X는 음이온이다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other CH 3 -or CH 2 CH 3- , R 4 is an alkyl group having 12 to 22 carbon atoms, and X is an anion.
(b) 상기 (a) 단계에서 제조된 용액에 실리카 전구체를 혼합하여 반응시키는 단계;(b) mixing and reacting a silica precursor with the solution prepared in step (a);
(c) 상기 반응 혼합물을 냉각시킨 후 여과하여 생성물을 회수하는 단계;(c) cooling the reaction mixture and then filtering to recover the product;
(d) 상기 생성물을 세척하고 건조시키는 단계; 및(d) washing and drying the product; And
(e) 상기 건조물을 소성시키는 단계를 포함하는 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조 방법에 의해서 달성된다.(e) is achieved by a process for the preparation of hollow mesoporous silica capsules comprising calcining the dry matter.
본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조 방법은 양이온성 계 면활성제를 친수성 용매에 용해시킨 다음, 소정 온도 조건 하에서 실리카 전구체를 첨가함으로써 합성된다. 일정 시간 열을 가하여 졸-겔 반응을 진행한 다음에는, 용액 중에 침전된 고체물질을 여과하여 증류수 등으로 충분히 세척한 후 건조시키고, 상기 건조생성물을 공기 중에서 가열하여 포함된 유기물을 제거하면 최종 생성물인 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 얻을 수 있다.The method for producing hollow mesoporous silica capsules according to the present invention is synthesized by dissolving a cationic surfactant in a hydrophilic solvent and then adding a silica precursor under predetermined temperature conditions. After the sol-gel reaction is performed by applying heat for a predetermined time, the solid substance precipitated in the solution is filtered, washed sufficiently with distilled water, and then dried, and the dried product is heated in air to remove the organic substances contained therein. Phosphorus hollow mesoporous silica capsules can be obtained.
본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에서 사용되는 계면활성제는 양이온성 계면활성제로서 하기 화학식 1의 형태로 표시되는데;The surfactant used in the hollow mesoporous silica capsule according to the present invention is a cationic surfactant, which is represented by the following formula (1);
[화학식 1][Formula 1]
R1R2R3R4NXR 1 R 2 R 3 R 4 NX
상기 식에서 R1, R2 및 R3는 서로 같거나 다르게 CH3- 또는 CH2CH3- 이고, R4는 12 내지 22의 탄소수를 갖는 알킬기이고, X는 음이온이다.Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same as or different from each other CH 3 -or CH 2 CH 3- , R 4 is an alkyl group having 12 to 22 carbon atoms, and X is an anion.
상기 양이온성 계면활성제의 구체적인 예로는 수산화도데실트리메틸암모늄 (dodecyltrimethylammonium hydroxide), 수산화테트라데실트리메틸암모늄 (tetradecyltrimethylammonium hydroxide), 수산화헥사데실트리메틸암모늄 (hexadecyltrimethyl ammonium hydroxide), 수산화옥타데실트리메틸암모늄 (octadecyltrimethylammonium hydroxide), 수산화도코실트리메틸암모늄(docosyltrimethylammonium hydroxide), 수산화아이코실트리메틸암모늄 (eicosyltrimethylammonium hydroxide) 또는 수산화헥사데실트리에틸암모늄 (hexadecyltrimethylammonium hydroxide) 등을 들 수 있다. 또한, X는 계면활성제 의 짝이온으로서 Cl-, Br-, OH- 등과 같은 다양한 음이온일 수 있다. 한편, 상기 계면활성제와 상기 친수성 용매의 혼합 몰비는 1:100 내지 1:20,000일 수 있는데, 상기 몰비 범위를 벗어나서 계면활성제가 지나치게 소량으로 첨가되는 경우에는 캡슐 기벽에 메조다공들이 형성되기 어렵다는 문제점이 있고, 과량으로 첨가되는 경우에는 실리카 물질의 기벽이 너무 얇게 형성된다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.Specific examples of the cationic surfactants include dodecyltrimethylammonium hydroxide, tetradecyltrimethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethyl ammonium hydroxide, and octadecyltrimethylammonium hydroxide, and octadecyltrimethylammonium hydroxide. Docosyltrimethylammonium hydroxide, icosyltrimethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, and the like. In addition, X may be various anions such as Cl − , Br − , OH − and the like as a counterion of the surfactant. On the other hand, the mixing molar ratio of the surfactant and the hydrophilic solvent may be 1: 100 to 1: 20,000, if the surfactant is added in an excessively small amount out of the molar ratio range it is difficult to form mesopores in the capsule base wall In addition, when added in excess, there is a problem that the base wall of the silica material is formed too thin, which is not preferable.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 계면활성제는 친수성 용매에 용해되어 사용되며, 상기 친수성 용매로는 증류수, 또는 에탄올, 메탄올 등과 같은 탄소수 1 내지 2인 알콜을 포함하는 수용액을 예로 들 수 있다.In the method according to the present invention, the surfactant is used dissolved in a hydrophilic solvent, the hydrophilic solvent is an example of distilled water or an aqueous solution containing an alcohol having 1 to 2 carbon atoms, such as ethanol, methanol and the like.
바람직하게는, 상기 계면활성제 용액에는 스테로이드 화합물이 더 첨가될 수도 있는데, 첨가된 스테로이드 화합물은 반응에 있어서 캡슐 형태의 입자 모양 형성을 유도하는 역할을 수행하며, 그 첨가량은 상기 계면활성제와 상기 스테로이드 화합물의 혼합 몰비가 1:0.05 내지 1:0.50가 되도록 조절될 수 있다. 상기 몰비 범위를 벗어나서 스테로이드 화합물이 지나치게 소량으로 첨가되는 경우에는 내부가 채워진 비캡슐형의 입자, 즉 중공을 지니지 않는 일반적인 입자들이 형성된다는 문제점이 있고, 과량으로 첨가되는 경우에는 계면활성제의 기공 형성 작용을 방해한다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.Preferably, the steroid compound may be further added to the surfactant solution, and the added steroid compound plays a role in inducing the formation of a capsule form in the reaction, and the amount of the steroid compound is added to the surfactant and the steroid compound. The mixing mole ratio of can be adjusted to 1: 0.05 to 1: 0.50. When the steroid compound is added in an excessively small amount outside the molar ratio range, there is a problem in that non-capsule-type particles filled inside, that is, general particles having no hollow, are formed, and in the case of being added in excess, the pore-forming action of the surfactant It is not preferable because there is a problem that disturbs.
다음으로, 계면활성제 용액에 실리카 전구체를 혼합하여 반응시키게 되는데, 상기 실리카 전구체로는 테트라에톡시실란 등과 같은 다양한 실리카 전구체가 사용될 수 있고, 이때 반응 온도는 80℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 반응 온도가 80℃ 미만인 경우에는 실리카 형성을 위한 축합 반응이 완결되지 않는다는 문제점이 있고, 100℃를 초과하는 경우에는 반응이 친수성 용매 내에서 수행되므로 용액의 실제 온도는 더 이상 상승하지 않으면서 과열 반응을 초래할 문제점이 있어서 바람직하지 않다. 따라서, 100℃를 초과하는 온도에서의 반응을 수행하고자 하는 경우에는 고압반응기를 이용한 수열반응을 수행하여야 한다.Next, the silica precursor is mixed and reacted with the surfactant solution. As the silica precursor, various silica precursors such as tetraethoxysilane may be used, and the reaction temperature may be 80 ° C to 100 ° C. If the reaction temperature is less than 80 ℃, there is a problem that the condensation reaction for the formation of silica is not completed, if the reaction temperature is higher than 100 ℃ because the reaction is carried out in a hydrophilic solvent, the actual temperature of the solution does not rise any more and does not overheat It is not preferable because there is a problem that will cause a reaction. Therefore, when the reaction is to be carried out at a temperature exceeding 100 ℃ must be carried out a hydrothermal reaction using a high pressure reactor.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 실리카 전구체 이외에도 유기작용기로 치환된 실리카 전구체를 더 첨가해줄 수도 있는데, 이러한 공정의 추가에 의해서 결과물로서 실리카 기벽의 외면에 암세포 특이적 결합 펩티드 서열 또는 비타민류 화합물을 부착시키기 위한 유기작용기를 형성할 수 있게 된다. 상기 유기작용기로 치환된 실리카 전구체로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-시아노프로필트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-[2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노]프로필트리메톡시실란, 유레이도프로필트리메톡시실란 및 3-이소시아노에이토프로필트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다.Meanwhile, according to a preferred embodiment of the present invention, in addition to the silica precursor, a silica precursor substituted with an organic functional group may be further added. As a result, the cancer cell specific binding peptide sequence or vitamin may be added to the outer surface of the silica base wall as a result. It is possible to form an organic functional group for attaching the same kind of compound. Examples of the silica precursor substituted with the organic functional group include, but are not limited to, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-cyanopropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltri Methoxysilane, 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyltrimethoxysilane, ureidopropyltrimethoxysilane, and 3-isocyanoeitopropyltriethoxysilane One or more compounds may be used.
이어서, 상기 반응 혼합물을 냉각시킨 후 여과하여 생성물을 회수하고, 얻어진 생성물을 세척 및 건조한 다음, 최종적으로 상기 건조물을 소성시킴으로써 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 제조하게 된다. 상기 최종 소성 단계에서의 소성 온도는 300℃ 내지 800℃인 것이 바람직한데, 소성 온도가 300℃ 미만인 경우에는 유기물 템플레이트 제거가 완전히 수행되지 않는다는 문제점이 있고, 800℃를 초과하는 경우에는 형성된 기공구조가 붕괴될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.The reaction mixture is then cooled and filtered to recover the product, the product obtained is washed and dried, and finally the dried product is calcined to produce a hollow mesoporous silica capsule according to the present invention. In the final firing step, the firing temperature is preferably 300 ° C to 800 ° C. When the firing temperature is less than 300 ° C, there is a problem in that the removal of the organic template is not completely performed. It is not preferable because it may collapse.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해서 제한되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention should not be construed as being limited by the following Examples.
실시예 1. 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조Example 1 Preparation of Hollow Mesoporous Silica Capsules According to the Present Invention
세틸트리메틸암모늄브로마이드 1.0 g, 2.0 M의 NaOH 3.5 mL, 증류수 400 g, 콜레스테롤 0.25 g을 80℃에서 750 rpm의 일정한 속도로 40 분간 교반하여 잘 섞었다. 상기 교반 용액에 테트라에톡시실란 (TEOS) 5 mL을 교반 상태를 유지하면서 빠르게 주입한 후 80℃, 750rpm으로 2 시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 고체상의 물질을 필터를 사용하여 감압여과한 후, 과량의 물로 세척하였다. 세척된 물질을 80℃ 오븐에서 24 시간 건조시키고, 얻어진 고체를 가열로에서 100℃/20 min의 일정한 속도로 550℃까지 가열한 다음, 이후 5 시간 동안 더 가열하여 유기물을 제거함으로써 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 제조하였다.1.0 g of cetyltrimethylammonium bromide, 3.5 mL of 2.0 M NaOH, 400 g of distilled water, and 0.25 g of cholesterol were stirred at 80 ° C. at a constant speed of 750 rpm for 40 minutes to mix well. 5 mL of tetraethoxysilane (TEOS) was rapidly added to the stirred solution while maintaining the stirring state, followed by further stirring at 80 ° C. and 750 rpm for 2 hours. The obtained solid substance was filtered under reduced pressure using a filter, and then washed with excess water. The washed material was dried in an 80 ° C. oven for 24 hours, and the obtained solid was heated in a furnace to 550 ° C. at a constant rate of 100 ° C./20 min, and then further heated for 5 hours to remove organics. Hollow mesoporous silica capsules were prepared.
실시예 2. 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조Example 2 Preparation of Hollow Mesoporous Silica Capsules According to the Present Invention
세틸트리메틸암모늄브로마이드 1.0 g, 2.0 M의 NaOH 3.5 mL, 증류수 400 g, 콜레스테롤 0.25 g을 80℃에서 750 rpm의 일정한 속도로 40 분간 교반하여 잘 섞었다. 상기 교반 용액에 테트라에톡시실란 (TEOS) 5 mL와 아미노프로필트리메톡시실란 (3-aminopropyltrimethoxysilane, APTMS) 0.47 mL을 교반 상태를 유지하면서 빠르게 주입한 후 80℃, 750rpm으로 2 시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 고체상의 물질을 필터를 사용하여 감압여과한 후, 과량의 물로 세척하였다. 세척된 물질을 80℃ 오븐에서 24 시간 건조시키고, 양이온성 템플레이트를 제거하기 위해서 얻어진 고체생성물 1.0 g, 진한 염산 1.0 mL 및 메탄올 100 mL의 혼합물을 60℃에서 6시간 동안 750rpm으로 교반하였다. 얻어진 고체생성물을 필터를 사용하여 다시 감압여과한 후, 과량의 물로 세척하였다. 세척된 물질을 80℃ 오븐에서 24 시간 건조시킴으로써 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 제조하였다.1.0 g of cetyltrimethylammonium bromide, 3.5 mL of 2.0 M NaOH, 400 g of distilled water, and 0.25 g of cholesterol were stirred at 80 ° C. at a constant speed of 750 rpm for 40 minutes to mix well. 5 mL of tetraethoxysilane (TEOS) and 0.47 mL of 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) were rapidly added to the stirred solution while maintaining the stirring state, followed by further stirring at 80 ° C. and 750 rpm for 2 hours. . The obtained solid substance was filtered under reduced pressure using a filter, and then washed with excess water. The washed material was dried in an 80 ° C. oven for 24 hours and a mixture of 1.0 g of solid product obtained, 1.0 mL of concentrated hydrochloric acid and 100 mL of methanol was stirred at 60 ° C. at 750 rpm for 6 hours to remove the cationic template. The obtained solid product was filtered under reduced pressure again using a filter, and then washed with excess water. The hollow mesoporous silica capsules according to the invention were prepared by drying the washed material in an 80 ° C. oven for 24 hours.
실시예 3. 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 제조Example 3 Preparation of Hollow Mesoporous Silica Capsules According to the Present Invention
세틸트리메틸암모늄브로마이드 1.0 g, 2.0 M의 NaOH 3.5 mL, 증류수 400 g, 콜레스테롤 0.25 g을 80℃에서 750 rpm의 일정한 속도로 40 분간 교반하여 잘 섞었다. 상기 교반 용액에 테트라에톡시실란 (TEOS) 5 mL와 시아노프로필트리에톡시실란 (3-cyanopropyltriethoxysilane, CPTES) 0.67 mL을 교반 상태를 유지하면서 빠르게 주입한 후 80℃, 750rpm으로 2 시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 고체상의 물질을 필터를 사용하여 감압여과한 후, 과량의 물로 세척하였다. 세척된 물질을 80℃ 오븐에서 24 시간 건조시키고, 양이온성 템플레이트 제거 및 시아노 작용기의 카르복실산 작용기로의 변환을 위해서 고체생성물 1.0 g 및 진한 황산 120 mL의 혼합물을 95℃에서 24시간 동안 750rpm으로 교반하였다. 얻어진 고체생성물을 필터를 사용하여 다시 감압여과한 후, 과량의 물로 세척하였다. 세척된 물질을 80℃ 오븐에서 24 시간 건조시킴으로써 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐을 제조하였다.1.0 g of cetyltrimethylammonium bromide, 3.5 mL of 2.0 M NaOH, 400 g of distilled water, and 0.25 g of cholesterol were stirred at 80 ° C. at a constant speed of 750 rpm for 40 minutes to mix well. 5 mL of tetraethoxysilane (TEOS) and 0.67 mL of cyanopropyltriethoxysilane (CPTES) were rapidly added to the stirred solution while maintaining the stirring state, followed by further stirring at 80 ° C. and 750 rpm for 2 hours. It was. The obtained solid substance was filtered under reduced pressure using a filter, and then washed with excess water. The washed material is dried in an 80 ° C. oven for 24 hours, and a mixture of 1.0 g of solid product and 120 mL of concentrated sulfuric acid is 750 rpm at 95 ° C. for 24 hours for cationic template removal and conversion of cyano functional groups to carboxylic acid functional groups. Stirred. The obtained solid product was filtered under reduced pressure again using a filter, and then washed with excess water. The hollow mesoporous silica capsules according to the invention were prepared by drying the washed material in an 80 ° C. oven for 24 hours.
실험예 1. 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 세포내 전달 실험Experimental Example 1. Intracellular delivery experiment of hollow mesoporous silica capsules according to the present invention
폴리아미노카르복실산의 일종으로서 하기 화학식 2를 가지며 세포내 칼슘에 결합하는 특성을 갖는 1mg의 Fura-2를 1.0 mL의 pH 7.4 PBS 완충용액에 용해시켰다. 상기 완충용액에 실시예 1로부터 제조한 중공형 메조다공성 실리카 캡슐 3 mg을 넣고, 교반 장치를 사용하여 30분 동안 교반하였다. 13,000 rpm으로 10분 동안 원심분리한 후에 상등액을 조심스럽게 따라 내고 얻어진 고체물질을 공기 중에서 건조하였다. HeLa 세포 안으로의 전달 실험은 상기와 같이 건조된 고체물질을 다시 0.5 mL의 pH 7.4 PBS 완충용액에 분산시켜 수행하였다.As a kind of polyaminocarboxylic acid, 1 mg of Fura-2 having the following Formula 2 and having the property of binding to intracellular calcium was dissolved in 1.0 mL of pH 7.4 PBS buffer. 3 mg of the hollow mesoporous silica capsule prepared in Example 1 was added to the buffer solution, and stirred for 30 minutes using a stirring device. After centrifugation at 13,000 rpm for 10 minutes, the supernatant was carefully decanted and the solid material obtained was dried in air. Delivery experiments into HeLa cells were performed by dispersing the dried solid material as described above again in 0.5 mL of pH 7.4 PBS buffer.
실험예 2. 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐의 세포내 전달 실험Experimental Example 2 Intracellular Delivery Experiment of Hollow Mesoporous Silica Capsules According to the Present Invention
실시예 2로부터 제조된 메조다공성 실리카 캡슐을 사용하였다는 점을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법에 의해서 세포내 전달 실험을 수행하였다.Intracellular delivery experiments were performed by the same method as Experimental Example 1, except that the mesoporous silica capsules prepared in Example 2 were used.
도 3에는 실시예 1 및 2에 의해서 제조된 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하여 세포 내로 전달하는 약물전달 시스템에 대한 모식도를 도시하였다. Fura-2는 세포 내 칼슘 이온의 농도에 따라서 형광이 달라지는 화합물로서 세포 내 칼슘 이온의 농도를 측정하는 센서 물질로 널리 사용되며, 음이온성 카르복실레이트기가 5개 존재하기 때문에 통상의 방법으로는 다수의 음전하가 포진된 세포막을 통과하기가 매우 어렵다고 알려져 있다. 따라서, Fura-2는 세포막 투과가 어려운 화합물의 대표적인 예로서 약물전달 시스템 연구에 널리 사용된다.FIG. 3 shows a schematic diagram of a drug delivery system in which Fura-2 is loaded into a hollow mesoporous silica capsule prepared in Examples 1 and 2 and delivered into cells. Fura-2 is a compound whose fluorescence varies depending on the concentration of intracellular calcium ions and is widely used as a sensor material for measuring the concentration of intracellular calcium ions. It is known that the negative charge of is very difficult to pass through the hermetic cell membrane. Therefore, Fura-2 is widely used in drug delivery systems as a representative example of a compound that is difficult to penetrate cell membranes.
도 4에는 실시예 1에 의해서 제조된 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하고, 이를 HeLa 세포 내로 전달한 후 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지이다. 세포 내 핵은 Hoechst Dye로 염색하였다. 구체적으로, 도 4 중, 상단에 위치한 'None'으로 표기된 3개의 사진들은 메조다공성 실리카 캡슐을 사용하지 않고 Fura-2를 세포 시료에 공급해준 경우에 관찰된 사진들이며, 'Fura2-565C'로 표기된 중간에 위치한 6개의 사진들 및 하단에 위치한 6개의 사진들은 본 발명에 따른 메조다공성 실리카 캡슐을 사용하여 Fura-2를 담지시킨 다음 세포 시료에 공급해준 경우에 관찰된 사진들이다 (중간 6개의 사진들 및 하단 6개의 사진들은 동일한 시료의 다른 영역들을 관찰한 사진들이다). 또한, 'Fura2-565C'로 표기된 좌측 열에 위치한 5개의 사진들은 Fura-2 관측을 위한 파장 하에서 얻어진 사진들이고, 'Hoechst'로 표기된 중간 열에 위치한 5개의 사진들은 Hoechst 관측을 위한 파장 하에서 얻어진 사진들이며, 'Merged'로 표기된 우측 열에 위치한 5개의 사진들은 각각 좌측 열 및 중간 열의 사진들을 겹쳐서 함께 나타낸 사진들이다.4 is a fluorescence image observed through a fluorescence microscope after supporting the Fura-2 in the hollow mesoporous silica capsule prepared in Example 1, and transferred it into HeLa cells. Intracellular nuclei were stained with Hoechst Dye. Specifically, in FIG. 4, three photographs labeled 'None' located at the top are photographs observed when Fura-2 is supplied to a cell sample without using a mesoporous silica capsule, and labeled as 'Fura2-565C'. The six photographs in the middle and the six photographs at the bottom are photographs observed when the Fura-2 was loaded using a mesoporous silica capsule according to the present invention and then supplied to a cell sample (six intermediate photographs). And the bottom six pictures are pictures of different areas of the same sample). In addition, the five pictures in the left column labeled 'Fura2-565C' are taken under the wavelength for Fura-2 observation, and the five pictures in the middle column labeled 'Hoechst' are taken under the wavelength for Hoechst observation. The five photos in the right column, labeled 'Merged', are the overlapping photos of the left and middle rows, respectively.
도 4로부터, 입자가 크게 뭉쳐진 상태의 실리카 캡슐 (도면 중 Aggregated particles로 표시)은 세포 내로 전혀 침투하지 못함을 확인할 수 있는데, 이러한 상태의 실리카 캡슐은 원심분리 방법으로 상등액만을 분리 사용하는 방법 등에 의해서 간단히 제거가능하다. 도 4에 도시된 Fura2-565C의 형광으로부터 본 발명에 따른 메조다공성 실리카 캡슐이 약물전달 물질로서 우수한 효능을 갖는다는 사실을 알 수 있다.From FIG. 4, it can be seen that the silica capsule (marked as Aggregated particles in the figure) in which the particles are largely aggregated does not penetrate into the cells at all, and the silica capsule in such a state is separated and used only by the supernatant by centrifugation. Simply removable The fluorescence of Fura2-565C shown in FIG. 4 shows that the mesoporous silica capsules according to the present invention have excellent efficacy as drug delivery materials.
도 5에는 실시예 2에 따라서 기벽 표면이 아미노 작용기로 개질된 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하고, 이를 HeLa 세포 내로 전달한 후 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지이다. 이 경우 세포 내 핵에 대해서 별도의 염색과정을 수행하지는 않았다. 구체적으로, 좌측 열 2개의 사진들은 Fura-2 관측을 위한 파장 하에서 얻어진 사진들이고, 우측 열 2개의 사진들은 동일 시료의 동일 영역을 광학현미경으로 관찰하여 얻어진 사진들로서, 형광을 나타내는 부분이 세포들이라는 것을 확인해 주는 사진들이다. 또한, 상단 2개의 사진들은 메조다공성 실리카 캡슐을 사용하지 않고 Fura-2만을 세포 시료에 공급해준 경우에 관찰된 사진들이며, 'LSJ005B-Fura2'로 표기된 하단에 위치한 2개의 사진들은 본 발명에 따라서 기벽 표면이 아미노 작용기로 개질된 메조다공성 실리카 캡슐을 사용하여 Fura-2를 담지시킨 다음 세포 시료에 공급해준 경우에 관찰된 사진들이다FIG. 5 is a fluorescence image observed through a fluorescence microscope after supporting Fura-2 in a mesoporous silica capsule in which the base wall surface is modified with an amino functional group according to Example 2, and transferred into HeLa cells. In this case, a separate staining process was not performed for the intracellular nucleus. Specifically, the two left columns are photographs obtained under the wavelength for Fura-2 observation, and the two right columns are photographs obtained by observing the same region of the same sample under an optical microscope, and the fluorescence part is the cells. These are pictures confirming that. In addition, the upper two photographs are photographs obtained when only Fura-2 was supplied to the cell sample without using mesoporous silica capsules, and the two photographs located at the bottom designated as 'LSJ005B-Fura2' are walled according to the present invention. The photographs were observed when Fura-2 was loaded on a surface using a mesoporous silica capsule modified with an amino functional group and then supplied to a cell sample.
도 5로부터, Fura-2만을 세포 시료에 공급해준 경우에는 Fura-2가 세포 안으로 침투하지 못해 형광이미지가 전혀 나타나지 못함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 2에 따라서 제조된 캡슐은 아미노 작용기에 의해 캡슐의 제타 전위가 변화하고 이는 세포막 통과를 더욱 용이하게 하며, 따라서 실시예 1에 따라서 제조된 캡슐보다도 더욱 우수한 약물전달 효능을 갖는다는 사실을 알 수 있다.5, when only Fura-2 was supplied to the cell sample, it could be seen that Fura-2 did not penetrate into the cell and thus no fluorescence image appeared. In addition, the fact that the capsules prepared according to Example 2 changes the zeta potential of the capsules by amino functional groups, which facilitates the passage of cell membranes, and thus has better drug delivery efficacy than the capsules prepared according to Example 1 It can be seen.
도 6은 도 5에서와 동일한 조건의 실험에 대한 데이터를 Multiphoton 공초점 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지이다 (Z-stack: 1 ㎛). 공초점 형광현미경을 사용하면 세포의 외부에서 이미지를 얻은 후 일정한 거리에 위치한 절단면을 관찰할 수 있으며, 도 6은 세포 내부를 일정하게 높이 변화 (1 ㎛)를 주면서 측정한 일련의 이미지로서, 도 6으로부터 전달된 메조다공성 실리카 캡슐 물질이 세포 외부가 아닌 세포 내부에 존재한다는 사실을 명확히 파악할 수 있다.FIG. 6 is a fluorescence image observed through multiphoton confocal fluorescence microscopy for the experiment under the same conditions as in FIG. 5 (Z-stack: 1 μm). Confocal fluorescence microscopy can be used to observe the cut plane located at a certain distance after obtaining an image from the outside of the cell, Figure 6 is a series of images measured while giving a constant height change (1 ㎛) inside the cell, It can be clearly seen that the mesoporous silica capsule material delivered from 6 is present inside the cell and not outside the cell.
도 1은 본 발명에 따른 중공형 메조다공성 실리카 캡슐 입자 1개에 대한 투과전자현미경 사진이다.1 is a transmission electron microscope photograph of one hollow mesoporous silica capsule particle according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조된 복수 개의 중공형 메조다공성 실리카 입자들에 대한 주사전자현미경 사진, 투과전자현미경 사진 및 입자 1개에 대한 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a scanning electron micrograph, a transmission electron micrograph, and one particle of a plurality of hollow mesoporous silica particles prepared according to an embodiment of the present invention.
도 3은 실시예 1 및 2에 의해서 제조된 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하여 세포 내로 전달하는 약물전달 시스템에 대한 모식도이다.FIG. 3 is a schematic diagram of a drug delivery system in which Fura-2 is loaded into a hollow mesoporous silica capsule prepared in Examples 1 and 2 and delivered into cells. FIG.
도 4는 실시예 1에 의해서 제조된 중공형 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하고, 이를 HeLa 세포 내로 전달한 후 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지 사진이다. FIG. 4 is a fluorescence image photograph of Fura-2 loaded in a hollow mesoporous silica capsule prepared according to Example 1 and transferred to HeLa cells, followed by fluorescence microscopy.
도 5는 실시예 2에 따라서 기벽 표면이 아미노 작용기로 개질된 메조다공성 실리카 캡슐에 Fura-2를 담지하고, 이를 HeLa 세포 내로 전달한 후 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지 사진이다.FIG. 5 is a fluorescence image photograph of Fura-2 loaded on a mesoporous silica capsule in which the base wall surface is modified with an amino functional group, and transferred to HeLa cells, followed by fluorescence microscopy.
도 6은 도 5에서와 동일한 조건의 실험에 대한 데이터를 Multiphoton 공초점 형광현미경을 통해 관찰한 형광이미지 사진이다.FIG. 6 is a fluorescence image photograph of data of an experiment under the same conditions as in FIG. 5 observed through a multiphoton confocal fluorescence microscope. FIG.
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