KR20230092464A - 단일 광자 광원을 이용한 표면 기능화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 단일 광자 광원을 이용하여 표면을 선택적으로 기능화하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 단일 광자 광원을 감광응제(photosensitizer) 및 단량체(monomer)를 포함하는 용액에 투입하는 제 1 단계; 및 상기 단일 광자 광원으로부터 단일 광자를 방출시키는 제 2 단계를 포함하는, 단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법이다.
Description
본 명세서는 단일 광자 광원을 이용하여 표면을 선택적으로 기능화하는 방법에 관한 것이다.
* 이 발명을 지원한 연구개발 사업
(1) 본 연구는 과학기술정보통신부 주관, 중견연구자지원사업에 의해 이루어진 것으로, 연구과제명은 '나노진동자에 의한 쿠퍼 페어의 결맞은 이동 연구' (과제번호: 2N61020; 연구기간: 2021.03.01~2022.02.28)이다.
(2) 본 연구는 과학기술정보통신부 주관, 양자컴퓨팅기술개발사업에 의해 이루어진 것으로, 연구과제명은 '확장 가능한 점결함 기반 양자프로세서 모듈 개발' (과제번호: 2N62340; 연구기간: 2021.05.01~2022.02.28)이다.
단일 광자 광원(single photon source)은 광자가 뭉쳐서 나오는 고전적인 광원과는 달리 한 번에 한 개의 광자만 방출하는 양자 소자이다. 이상적인 단광자 광원은 외부 트리거에 의해 단 한 개의 광자가 방출 될 확률이 1인, 즉 한 개의 광자 보다 많거나 적을 확률이 없는 광원이다.
단일 광자 광원은 비선형 매개체 내에서 광자쌍을 생성하는 비선형 광원과 원자나 이온 트랩, 분자, 색 중심, 양자점 등과 같은 단일 양자 방출체 기반의 광원 두 종류로 분류 된다.
그 중 색 중심은 무기물 결정 내에 존재하는 결함들로, 이들 결함에 생기는 전자의 에너지준위 차이를 통해 발광을 한다. 매우 다양한 종류의 색 중심들이 연구되어왔는데, 양자광학에서 가장 널리 쓰이는 것은 다이아몬드 내에 존재하는 질소공동센터(nitrogen vacancy center, NV center)이다.
다이아몬드 내 결정 결함은 매우 안정한 광학적 성질을 지니고 있어 최근 다양한 분야에서 매우 활발하게 응용되고 있다. 예를 들어 나노 크기의 결정 결함을 이용하여 단일 광자 제공 물질로 이용할 수 있으며, 또는 독성이 없고 광학적 안정도가 매우 높은 형광 바이오마커로도 이용될 수 있다.
그 중 가장 많은 관심을 받는 결정 결함 구조는 다이아몬드의 질소-빈자리(Nitrogen-vacancy) 중심으로서, 미세한 전기장 및 자기장을 포함한 많은 물리학적 성질을 탐지 및 측정할 수 있는 성질을 지니고 있다. 이러한 성질은 결함 내 스핀 상태와 양자역학적인 상호작용 때문에 가능한 것이다. 질소-빈자리 중심은 532 nm 이하의 파장을 조사할 경우, 적색 파장 대역대의 형광을 방출하며, 이러한 광학적 특성을 이용하여 전자 스핀 상태를 읽을 수 있다. 이 스핀 상태는 상온에서 그 스핀 상태가 오래 유지된다. 이러한 다이아몬드의 질소-빈자리 중심을 이용한 퀀텀 센서(Quantum sensor)가 연구되어 왔고, 센서의 크기가 원자 단위의 크기이므로 타겟 물질에 센서를 나노 미터(nm) 규모의 거리까지 근접시킬 수 있다는 장점이 있다.
이렇게 다이아몬드의 질소-빈자리 중심 가까이에 타겟 물질을 결합(conjugation)하기 위해서는 다이아몬드 표면의 기능화 공정이 필요하다. 기존 개발된 기능화 공정은 산처리 또는 자외선 오존 처리 등을 활용하여 다이아몬드 전면에 카복실(carboxyl), 하이드록실(hydroxyl) 또는 아민(amine) 그룹을 만드는 방법들이 있다. 그러나 이러한 공정 방법은 다이아몬드 표면의 질소-빈자리 중심 위치와 상관 없이 무작위한 영역에 기능화가 일어난다는 단점이 존재한다.
한편, 폴리도파민(polydopamine) 표면 개질 기술은 홍합의 접착 단백질에서 접착력을 나타내는 화학적 작용기인 카테콜(catechol)과 아민(amine)을 모두 가지고 있는 도파민(dopamine)의 산화 중합(oxidative polymerization)에 기반한 것이다. 폴리도파민은 기판의 종류와 상관 없이 뛰어난 접착력을 가지고 있고, 코팅된 표면 위에 추가적으로 2차 기능성 분자 또는 소재의 도입이 가능하다는 장점이 있다.
이에, 본 발명은 단일 광자 광원을 이용하여 표면을 고분자로 국소적이고 선택적으로 개질하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 물질을 개시한다.
일 측면에서, 본 발명은 단일 광자 광원(single photon source)을 이용하여 표면을 선택적으로 기능화하는 방법으로서, 상기 방법은 단일 광자 광원을 감광응제(photosensitizer) 및 단량체(monomer)를 포함하는 용액에 투입하는 제 1단계; 및 상기 단일 광자 광원으로부터 단일 광자를 방출시키는 제 2단계를 포함하는, 단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법을 제공한다.
다른 일 측면에서, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 단일 광자 광원 표면에 고분자가 국소적으로 기능화된 것을 특징으로 하는, 선택적으로 기능화된 단일 광자 광원을 제공한다.
본 발명에 의해 제공되는 단일 광자 광원의 선택적 기능화 방법을 이용하여 결함이 존재하는 무기물 결정 표면의 국소영역에 자기분자 또는 자기나노입자 등의 자기물질 또는 항체, DNA, RNA 등의 바이오프로브를 선택적으로 결합시킬 수 있다. 질소-빈자리 중심 가까이에 타겟이 근접할 수 있기 때문에 타겟의 자기 쌍극자에 대해 강한 자기장 신호를 얻을 수 있어 센서의 민감도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 다이아몬드의 질소-빈자리 중심 및 질소-빈자리 중심의 광학적 특성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 메틸렌블루를 이용한 도파민의 광-제어 중합 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3A는 파장대별 메틸렌블루의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 3B는 적색광, 청색광 조사 조건 및 어두운 환경에서의 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4A는 광원의 조사 시간별 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 480 nm에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4B는 용액의 pH별 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 480 nm에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 다이아몬드의 질소-빈자리 중심에 국소적으로 폴리도파민이 개질되었음을 확인하는 형광이미지이다.
도 2는 메틸렌블루를 이용한 도파민의 광-제어 중합 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3A는 파장대별 메틸렌블루의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 3B는 적색광, 청색광 조사 조건 및 어두운 환경에서의 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4A는 광원의 조사 시간별 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 480 nm에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 4B는 용액의 pH별 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 480 nm에서의 흡광도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 다이아몬드의 질소-빈자리 중심에 국소적으로 폴리도파민이 개질되었음을 확인하는 형광이미지이다.
용어의 정의
본 명세서의 “기능화(functionalization)”란, 물질 표면 특성을 변경하여 물질에 새로운 기능, 특징, 성능 또는 물성을 추가하는 과정을 의미하고, 상기 물질 표면 특성의 변경은 물리적, 화학적, 생물학적 변경을 포함할 수 있다. 예컨대, 표면 코팅을 포함할 수 있으며, 또한 예시적으로, 단일 광자 광원의 표면을 고분자로 표면 개질(surface modification) 또는 코팅 하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서의 “선택적 기능화”란, 물질의 표면에 사용자가 의도하는 국소적인 부분에만 개질을 하는 것을 의미한다.
본 명세서의 “감광응제(photosensitizer)”는 빛을 흡수하여 입사광의 에너지를 근처의 다른 분자로 전달하는 분자를 의미하며, 빛을 흡수하여 일중항 산소를 방출시키는 물질을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
일 측면에서, 본 발명은 단일 광자 광원(single photon source) 표면을 선택적으로 기능화하는 방법으로서, 상기 방법은 단일 광자 광원을 감광응제(photosensitizer) 및 단량체(monomer)를 포함하는 용액에 투입하는 제 1단계; 및 상기 단일 광자 광원으로부터 단일 광자를 방출시키는 제 2단계를 포함하는, 단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법을 제공한다. 예시적으로, 상기 제 2단계는 단일 광자 광원이 단일 광자를 방출할 수 있는 에너지를 가진 광원을 조사하거나 전압을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 상기 단량체로부터 중합된 고분자가 상기 단일 광자 광원 표면에 국소적으로 기능화되는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단일 광자 광원은 무기물 결정 또는 무기물 결정 내 결함일 수 있다. 상기 단일 광자 광원의 예로 다이아몬드, 퀀텀닷(Quantum dots, QDs), 육각형 질화 붕소(hexagonal boron nitration, hBN) 및 탄화규소(Silicon carbide) 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단량체로부터 중합된 고분자는 상기 무기물 결정 또는 무기물 결정 내의 결함에서 방출된 단일 광자에 의해 국소적으로 기능화되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 무기물 결정 또는 무기물 결정 내의 결함에서 단일 광자가 방출되는 국소적인 부분에 고분자가 기능화되는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 무기물 결정은 다이아몬드이고, 상기 고분자가 상기 다이아몬드 표면의 질소-빈자리 중심(nitrogen-vacancy center, NVC)에 국소적으로 기능화되는 것일 수 있다. 다이아몬드 표면 전체적으로 고분자를 코팅하는 것이 아닌, 다이아몬드의 질소-빈자리 중심 영역에만 국소적으로 고분자를 코팅, 개질 또는 기능화하여 다이아몬드의 선택적인 기능화가 가능하게 하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 감광응제는 특정 파장대의 광원을 흡수할 경우 일중항 산소를 방출하는 것을 특징으로 하는 감광응제일 수 있다. 예시적으로, 상기 감광응제는 유기 염료 또는 무기 나노입자 일 수 있으나, 특정 파장대의 광원을 흡수하여 일중항 산소를 방출하는 감광응제라면 제한없이 포함된다. 또한 예시적으로, 상기 유기 염료는 메틸렌블루(Methylene blue), 포르피린(Porphyrin), 클로린(Chlorin), 프탈로시아닌(Phthalocyanine), 디스티릴 붕소 디피로메텐(Distyryl boron dipyrromethene, BODIPY), 크산텐(Xanthene) 및 페노티아지늄(Phenothiazinium)으로 구성된 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 예시적으로, 상기 무기 나노입자는 풀러렌(Fullerene), 폴리옥소메탈레이트(Polyoxometalate), 이산화티타늄(Titanium dioxide, TiO2) 및 산화아연(Zinc oxide, ZnO)로 구성된 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단량체는 상기 제 2단계의 단일 광자 방출 시 산화 중합(oxidative polymerization)에 의해 고분자로 중합되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2단계에서 방출된 단일 광자를 흡수한 상기 감광응제가 방출한 일중항 산소(singlet oxygen, 1O2)에 의해 산화 중합하는 것이다. 상기 언급한 바와 같이, 무기물 결정의 예시로서 다이아몬드의 질소-빈자리 중심은 532 nm 이하의 파장을 가진 빛을 조사할 경우, 적색 파장 대역대의 형광을 방출하는 특성이 있다. 한편, 도 2와 같이 감광응제 중 예시적인 메틸렌블루는 적색광에 의해 들뜬 상태의 일중항 산소를 형성하는 양자 수득률이 높은 대표적인 광감응제이다. 따라서 메틸렌블루는 적색광의 존재하에 일중항 산소를 방출한다. 상기 산화 중합은 고분자 중합 반응 중 유기 염료가 형성한 일중항 산소를 활용한 방법으로서, 일중항 산소에 의해 단량체가 산화되어 중합이 개시되는 특성을 가진 단량체라면 제한없이 포함된다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 상기 두 단계를 거친 단일 광자 광원을 탈이온수(D.I. water)로 세척하는 제 3단계; 및 상기 세척된 단일 광자 광원에 질소 가스를 블로잉(blowing)하는 제 4단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단일 광자 광원으로부터 단일 광자를 방출시키기 위한 광원의 파장은 사용하는 감광응제의 흡광 영역에 따라서 조절될 수 있다. 예를 들어, 감광응제 중 메틸렌 블루를 사용하는 경우에는 550 nm 내지 700 nm 영역대의 파장을 갖는 광원을 조사하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광원은 메틸렌블루로부터 일중항 산소를 얻기 위한 것으로서, 더 구체적으로 상기 광원은 400 nm 이상, 405 nm 이상, 410 nm 이상, 415 nm 이상, 420 nm 이상, 425 nm 이상, 430 nm 이상, 435 nm 이상, 440 nm 이상, 445 nm 이상, 또는 450 nm 이상이면서, 455 nm 이하, 460 nm 이하, 465 nm 이하, 470 nm 이하, 475 nm 이하, 480 nm 이하, 485 nm 이하, 490 nm 이하, 495 nm 이하, 500 nm 이하, 505 nm 이하, 510 nm 이하, 515 nm 이하, 520 nm 이하, 525 nm 이하, 또는 532 nm 이하 영역대의 파장을 갖는 광원일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 광원은 0.5 mW 내지 1.5 mW의 전력량으로 조사하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 광원은 0.5 mW 이상, 0.6 mW 이상, 0.7 mW 이상, 0.8 mW 이상, 0.9 mW 이상 또는 1.0 mW 이상이면서, 1.1 mW 이하, 1.2 mW 이하, 1.3 mW 이하, 1.4 mW 이하 또는 1.5 mW 이하일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 광원은 45 내지 75 분 동안 조사하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 용액에 상기 광원을 45분 이상, 50분 이상, 55분 이상 또는 60분 이상이면서, 65분 이하, 70분 이하 또는 75분 이하의 시간 동안 조사할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 용액은 상기 감광응제를 전체 용액의 부피를 기준으로 5 μmol 내지 15 μmol 의 농도로 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 감광응제는 전체 용액의 부피를 기준으로 5 μmol 이상, 6 μmol 이상, 7 μmol 이상, 8 μmol 이상, 9 μmol 이상 또는 10 μmol 이상이면서, 11 μmol 이하, 12 μmol 이하, 13 μmol 이하, 14 μmol 이하 또는 15 μmol 이하일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제 1단계 용액 내의 단량체는 도파민(dopamine)일 수 있다. 감광응제에 특정한 빛이 조사되었을 때 감광응제가 방출하는 일중항 산소를 이용하여 도파민의 중합이 개시되어 폴리도파민으로 중합될 수 있다. 상기 도파민은 홍합의 접착 단백질에서 접착력을 나타내는 화학적 작용기인 카테콜(catechol)과 아민(amine)을 모두 가지고 있으며, 상기 언급한 산화 중합이 가능한 대표적인 단량체이다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단량체가 도파민일 경우, 전체 용액의 부피를 기준으로 도파민을 1.0 mg/ml 내지 3.0 mg/ml의 농도로 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 도파민은 전체 용액의 부피를 기준으로 1.0 mg/ml 이상, 1.1 mg/ml 이상, 1.2 mg/ml 이상, 1.3 mg/ml 이상, 1.4 mg/ml 이상, 1.5 mg/ml 이상, 1.6 mg/ml 이상, 1.7 mg/ml 이상, 1.8 mg/ml 이상, 1.9 mg/ml 이상 또는 2 mg/ml 이상이면서, 2.1 mg/ml 이하, 2.2 mg/ml 이하, 2.3 mg/ml 이하, 2.4 mg/ml 이하, 2.5 mg/ml 이하, 2.6 mg/ml 이하, 2.7 mg/ml 이하, 2.8 mg/ml 이하, 2.9 mg/ml 이하 또는 3.0 mg/ml 이하일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 사용하는 단량체의 중합속도를 늦출 수 있도록 상기 용액의 pH를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단량체가 도파민인 경우, 상기 용액의 pH를 5.5 내지 6.5으로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 상기 아민의 폴리도파민으로의 중합속도는 pH 조건에 따라 달라지고, 중합하는 데 최적화된 용액의 pH는 8.5이다. 본 발명에서는 상기 언급한 무기물 결정 내의 결함에 의해 국소적으로 상기 폴리도파민을 기능화하기 위해, 도파민의 중합 속도를 늦출 필요가 있다. 따라서 용액의 pH를 5.5 내지 6.5로 조절함으로써 중합 반응 속도를 낮추어 원하는 영역에만 기능화가 가능하도록 하는 것이다. 구체적으로, 상기 용액의 pH는 5.5 이상, 5.6 이상, 5.7 이상, 5.8 이상, 5.9 이상 또는 6.0 이상이면서, 6.1 이하, 6.2 이하, 6.3 이하, 6.4 이하 또는 6.5 이하 일 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 단일 광자 광원 표면에 고분자가 국소적으로 기능화된 것을 특징으로 하는, 선택적으로 기능화된 단일 광자 광원을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단일 광자 광원은 무기물 결정이고, 상기 무기물 결정에 고분자가 국소적으로 기능화될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 무기물 결정 내 결함에 의해 고분자가 국소적으로 기능화될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 단일 광자 광원은 다이아몬드이고, 상기 다이아몬드 표면의 질소-빈자리 중심에 고분자가 국소적으로 기능화될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자는 폴리도파민(polydopamine)일 수 있다. 폴리도파민은 표면의 종류와 상관 없이 뛰어난 접착력을 가지고 있고, 코팅된 표면 위에 추가적으로 2차 기능성 분자 또는 소재의 도입이 가능하다는 장점이 있다.
이하, 실시예 등을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용 효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
1.
조사되는 광원의 파장별 메틸렌블루의 흡광도 확인
조사되는 광원의 파장별 메틸렌블루의 흡광도를 확인하기 위해 pH 6 buffer 용액에 도파민 하이드로클로라이드(Dopamine hydrochloride) 2mg/ml과 메틸렌블루 (Methylene blue)용액 10μmol을 넣었다.
3개의 큐벳 중 하나는 적색광(1 mW) 조사, 다른 하나는 청색광(1 mW) 조사, 나머지 하나는 어두운 환경에서 1시간 동안 인큐베이션(incubation)한 후, Uv-vis spectrophotometer를 이용해 각각의 광원 조사 조건에서 흡광도를 측정했다.
그 결과, 도 3B와 같이 적색광을 조사하는 조건에서 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 흡광도가 전반적으로 증가함을 확인할 수 있었다.
2.
광원의 조사 시간에 따른 메틸렌블루의 흡광도 확인
광원의 조사 시간 별 메틸렌블루의 흡광도를 확인하기 위해 pH 6 buffer 용액에 도파민 하이드로클로라이드(Dopamine hydrochloride) 2mg/ml과 메틸렌블루 (Methylene blue)용액 10μmol을 넣었다.
3개의 큐벳 중 하나는 적색광(1 mW) 조사, 다른 하나는 청색광(1 mW) 조사, 나머지 하나는 어두운 환경에서 시간대별 조건에서 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 흡광도를 측정한 결과, 도 4A와 같은 결과를 나타내었다.
3.
용액의 pH에 따른 메틸렌블루의 흡광도 확인
pH 3,4,5 및 6의 용액은 아세트산 나트륨 완충용액 (Sodium acetate buffer)을 이용하여, pH 7 및 8.5의 용액은 Tris buffer를 이용하여 준비하였다.
모든 Buffer용액에 도파민 하이드로클로라이드(Dopamine hydrochloride) 2mg/ml과 메틸렌블루 (Methylene blue)용액 10μmol을 넣었다.
3개의 큐벳 중 하나는 적색광(1 mW) 조사, 다른 하나는 청색광(1 mW) 조사, 나머지 하나는 어두운 환경에서 1시간 동안 인큐베이션(incubation)한 후, Uv-vis spectrophotometer를 이용해 각각의 광원 조사 조건에서 480nm에서의 메틸렌블루가 혼합된 도파민 용액의 흡광도를 측정한 결과, 도 4B와 같이 pH 6 이상의 조건에서 흡광도가 급격하게 증가하였다.
4.
다이아몬드의 질소-빈자리 중심에 폴리도파민으로 개질
pH 6의 Tris buffer용액을 준비하여 도파민 하이드로클로라이드(Dopamine hydrochloride) 2mg/ml과 메틸렌블루 (Methylene blue)용액 10μmol을 추가한 후, 큐벳에 혼합용액 3 ml를 넣고, 1014개의 질소-빈자리 중심이 존재하는 다이아몬드를 함께 넣었다. 이때 다이아몬드의 십자가 패턴에 질소-빈자리 중심이 주입되어 있다.
405 nm의 청색광 조사환경에서 인큐베이션(incubation)한 후, 다이아몬드를 탈이온수(D.I. water)로 세척한 후 질소(N2)가스로 블로잉(blowing)하였다.
5.
다이아몬드 표면에 개질된 폴리도파민의 확인
상기 4번의 과정으로 폴리도파민이 다이아몬드의 질소-빈자리 중심에만 선택적으로 도입되었는지 확인하기 위해, PBS(phosphate buffered saline) 8.5 용액에 10 mM 의 4',6-diamidino-2-phenylindole을 넣고 밤새 인큐베이션 하여 추가로 반응시키고, 450 내지 600 nm의 파장을 방출하는 형광을 측정하여 통해 중합이 일어났는지 여부를 확인하였다.
그 결과, 도 5와 같이 질소-빈자리 중심이 있는 십자가 패턴 부분에서 강한 형광이 나타나는 것을 확인하였고, 이는 다이아몬드의 질소-빈자리 중심에서 나오는 단일 광자인 적색 광원(red photon)에 의해서 질소-빈자리 중심 국소적인 중합이 일어났음을 의미한다.
Claims (12)
- 단일 광자 광원(single photon source)을 이용한 표면 기능화 방법으로서,
상기 방법은 단일 광자 광원을 감광응제(photosensitizer) 및 단량체(monomer)를 포함하는 용액에 투입하는 제 1단계; 및
상기 단일 광자 광원으로부터 단일 광자를 방출시키는 제 2단계
를 포함하는, 단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 방법은 상기 단량체로부터 중합된 고분자가 상기 단일 광자 광원 표면에 국소적으로 기능화되는 것인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 광자 광원은 무기물 결정 또는 무기물 결정 내 결함이고,
상기 무기물 결정 또는 무기물 결정 내 결함에서 방출된 단일 광자에 의해 상기 단량체로부터 중합된 고분자가 국소적으로 기능화되는 것을 특징으로 하는,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제3항에 있어서,
상기 무기물 결정은 다이아몬드이고,
상기 고분자가 상기 다이아몬드 표면의 질소-빈자리 중심(nitrogen-vacancy center, NVC)에 의해 국소적으로 기능화되는 것인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 감광응제는 특정 파장대의 광원을 흡수할 경우 일중항 산소를 방출하는 것을 특징으로 하는 것인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제5항에 있어서,
상기 감광응제는 메틸렌블루(Methylene blue), 포르피린(Porphyrin), 클로린(Chlorin), 프탈로시아닌(Phthalocyanine), 디스티릴 붕소 디피로메텐(Distyryl boron dipyrromethene, BODIPY), 크산텐(Xanthene), 페노티아지늄(Phenothiazinium), 풀러렌(Fullerene), 폴리옥소메탈레이트(Polyoxometalate), 이산화티타늄(Titanium dioxide, TiO2) 및 산화아연(Zinc oxide, ZnO)로 구성된 군에서 선택된 하나인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 방법은 상기 제 2단계 후의 단일 광자 광원을 탈이온수(D.I. water)로 세척하는 제 3단계; 및
상기 세척된 단일 광자 광원에 질소 가스를 블로잉(blowing)하는 제 4단계를 더 포함하는 것인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제 1단계 용액 내의 단량체는 도파민(dopamine)인,
단일 광자 광원을 이용한 선택적 기능화 방법. - 제1항에 따른 방법으로 제조된, 단일 광자 광원 표면에 고분자가 국소적으로 기능화된 것을 특징으로 하는, 선택적으로 기능화된 단일 광자 광원.
- 제9항에 있어서,
상기 단일 광자 광원은 무기물 결정 또는 무기물 결정 내 결함이고,
상기 무기물 결정 또는 무기물 결정 내 결함에서 방출된 단일 광자에 의해 고분자가 국소적으로 기능화된 것을 특징으로 하는,
선택적으로 기능화된 단일 광자 광원. - 제9항에 있어서,
상기 단일 광자 광원은 다이아몬드이고,
상기 다이아몬드 표면의 질소-빈자리 중심에 고분자가 국소적으로 기능화된 것을 특징으로 하는, 선택적으로 기능화된 다이아몬드. - 제9항 내지 제11항 중 어느 하나에 있어서,
상기 고분자는 폴리도파민(polydopamine)인, 선택적으로 기능화된 단일 광자 광원.
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