KR102153950B1 - Core-satellite Nanostructures with Stimuli-responsiveness, method thereof and its uses - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자극 반응성 코어-위성 나노구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자극 반응성 코어-위성 나노구조체는 라만 강도가 향상된 표면-증강 라만 산란(SERS) 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브로 적용할 수 있다.The present invention relates to a stimulus-responsive core-satellite nanostructure, a method for manufacturing the same, and a method for detecting a target substance based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) using the same. The stimulus-responsive core-satellite nanostructure according to the present invention can be applied as a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering (SERS) image with improved Raman strength.
Description
본 발명은 자극 반응성 코어-위성 나노구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stimulus-responsive core-satellite nanostructure, a method for manufacturing the same, and a method for detecting a target substance based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) using the same.
라만 분광법은 병원체의 검출 및 확인을 위해 연구되어 왔다. 구체적으로, 표면 강화 라만 산란(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)은 주로 초고감도, 좁은 대역폭 및 중요한 다중화 능력으로 인해 분광학적 검출 및 작은 분자, 핵산, 단백질 및 세포의 식별에 있어 큰 관심을 받고 있다(비특허문헌 1). SERS는 다양한 금속 나노 입자(metallic nanoparticles, MNP) 기질에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 표적 분자의 분광 검출을 위한 고유한 플라즈몬 특성을 제공한다. 현저히 진보된 새로운 MNP를 개발함에 있어, 플라즈몬 어셈블리는 플라즈몬의 입자 간 커플링으로 인한 현저한 SERS 증진을 나타냄으로써 SERS 기반 바이오 센싱에 있어 큰 관심을 받고 있다. Raman spectroscopy has been studied for detection and identification of pathogens. Specifically, surface-enhanced Raman scattering (SERS) has attracted great interest in spectroscopic detection and identification of small molecules, nucleic acids, proteins and cells mainly due to its ultra-high sensitivity, narrow bandwidth, and important multiplexing capabilities. (Non-patent document 1). SERS has been extensively studied on a variety of metallic nanoparticles (MNP) substrates, and provides unique plasmon properties for spectroscopic detection of target molecules. In the development of remarkably advanced new MNPs, plasmon assembly has attracted great interest in SERS-based biosensing as it exhibits remarkable SERS enhancement due to plasmon interparticle coupling.
신규한 금속 나노입자 (metallic nanoparticle, MNP)는 이의 구조- 및 크기-의존적 전기적, 화학적 및 광학적 특성으로 인해 전자공학, 촉매작용, 생물학적 이미지화 및 표면 증강 라만 분광법을 포함하여 다양한 응용 분야에서 광범위하게 연구되어 왔다(비특허문헌 2).Due to their structure- and size-dependent electrical, chemical and optical properties, the novel metallic nanoparticles (MNPs) are extensively studied in a variety of applications including electronics, catalysis, biological imaging and surface-enhanced Raman spectroscopy. It has been (Non-Patent Document 2).
자극-반응성 나노구조체는 구조적 상태의 상 전이를 거쳐 물리적 또는 화학적 트리거 (trigger)에 반응한다. 이러한 나노구조체의 가역적 상 전이는 바이오-엑추에이터, 생물화학적 센서, 조직 공학, 및 약물 전달에 유용하다. 자극-반응성 중합체가 플라스모닉 나노구조체의 표면에 접합될 때, 플라스모닉 커플링 및 전자기장 향상은 온도, pH 및 이온 강도를 비롯한 환경 인자에 반응하여 중합체의 3차원적 구조 변화에 의해 제어된다(비특허문헌 3). 플라스모닉 나노구조체 상의 자극-반응성 중합체의 구조는 콜로이드성 나노입자의 입체 장애, 용해도, 또는 빛 산란 특성을 가역적으로 변경할 수 있다. Stimulus-responsive nanostructures respond to physical or chemical triggers through phase transitions of structural states. The reversible phase transition of these nanostructures is useful for bio-actuators, biochemical sensors, tissue engineering, and drug delivery. When stimulus-reactive polymers are bonded to the surface of plasmonic nanostructures, plasmonic coupling and electromagnetic field enhancement are controlled by changes in the three-dimensional structure of the polymer in response to environmental factors including temperature, pH and ionic strength. (Non-Patent Document 3). The structure of the stimulus-responsive polymer on the plasmonic nanostructure can reversibly alter the steric hindrance, solubility, or light scattering properties of the colloidal nanoparticles.
이에, 본 발명자들은 자극반응성 나노구조체에 대한 연구를 계속하여 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 개발하였다.Accordingly, the present inventors have developed a stimulus-responsive core-satellite nanostructure by continuing research on the stimulus-responsive nanostructure.
본 발명의 목적은 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a stimulus-responsive core-satellite nanostructure.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering (SERS) image using a stimulus-responsive core-satellite nanostructure according to the present invention.
본 발명의 또 다른 목적은 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a target material based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) using the stimulus-responsive core-satellite nanostructure.
본 발명은 하기로 구성되는 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 제공한다:The present invention provides a stimulus-responsive core-satellite nanostructure consisting of:
티올 말단기를 가지는 양으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체가 접합된 금속 나노막대의 코어 구조; 및 A core structure of a metal nanorod in which a diblock copolymer composed of a positively charged polymer block having a thiol end group and a stimulus-reactive polymer block are bonded to each other; And
티올 말단기를 가지는 음으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체가 접합된 금속 나노입자의 위성 구조.Satellite structure of metal nanoparticles in which a negatively charged polymer block having a thiol end group and a diblock copolymer composed of a stimulation-reactive polymer block are conjugated.
상기 양으로 대전된 고분자 블럭은, 알릴아민(allyamine), 2-디메틸아미노에틸메타크릴레이트(2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate), 에틸렌이민(ethyleneimine), 비닐아민(vinyl amine), 2-비닐피리딘(2-vinyl pyridine), 및 4-비닐피리딘(4-vinyl pyridine) 중 1 이상의 단량체를 포함할 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 블럭 내 양전하를 부여할 수 있는 화합물이라면, 제한없이 포함될 수 있다.The positively charged polymer block is allyamine, 2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate, ethyleneimine, vinyl amine, 2-vinylpyridine (2-vinyl pyridine), and 4-vinyl pyridine (4-vinyl pyridine) may include one or more monomers, but is not necessarily limited to this, If a compound that can impart a positive charge in the block, it may be included without limitation have.
상기 음으로 대전된 고분자 블럭은, 아크릴릭 액시드(acrylic acid), 메타크릴릭 액시드 (metacrylic acid), 이타코닉 액시드(itaconic acid), 및 말레익 액시드(maleic acid) 중 1 이상의 단량체를 포함할 수 있으나 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 블럭 내 음전하를 부여할 수 있는 화합물이라면, 제한없이 포함될 수 있다.The negatively charged polymer block contains one or more monomers of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid. It may be included, but is not limited thereto, and any compound capable of imparting a negative charge in a block may be included without limitation.
상기 자극 반응성 고분자 블럭은, 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)[poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], 폴리(N-디에틸 아크릴아마이드)[poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm], 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴레이트)[poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], 폴리(N-하이드록시메틸 프로필 메타아크릴아마이드)[poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide)], 폴리[올리고(에틸렌글리콜)메틸에테르메타크릴레이트] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], 폴리(2-비닐 피리딘)[poly(2-vinyl pyridine): P2VP], 및 폴리(4-비닐 피리딘) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] 중 1 이상의 단량체을 포함할 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.The stimulation-reactive polymer block is poly(N-isopropylacrylamide) [poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], poly(N-diethyl acrylamide) [poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm] , Poly (dimethylamino ethyl methacrylate) [poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], poly (N-hydroxymethyl propyl methacrylamide) [poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide) ], poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], poly(2-vinyl pyridine) [poly(2-vinyl pyridine): P2VP], And poly(4-vinyl pyridine) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] may include one or more monomers, but is not limited thereto.
상기 자극반응성 코어-위성 나노구조체는, 상기 금속 막대에 접합된 양으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체와 금속 나노입자에 접합된 음으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 형성될 수 있다.The stimulus-responsive core-satellite nanostructure prevents an electrostatic interaction between a diblock copolymer of a positively charged polymer bonded to the metal rod and a diblock copolymer of a negatively charged polymer bonded to the metal nanoparticles. It can be formed through.
상기 코어-위성 나노구조체의 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상에서 상기 금속 나노막대와 상기 금속 나노입자 사이의 간극이 감소할 수 있다.A gap between the metal nanorods and the metal nanoparticles may decrease above the lower limit critical solution temperature (LCST) of the core-satellite nanostructure.
상기 자극은 열일 수 있다.The stimulation may be heat.
상기 금속 막대의 코어 구조는 라만 염료를 더 포함할 수 있다.The core structure of the metal rod may further include a Raman dye.
상기 라만 염료는 라만 활성 유기 화합물을 의미하며, 이 기술분야에서 널리 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, MGITC(Malachite green isothiocyanate), RBITC(rhodamine B isothiocyanate), 로다민6G, 아데닌, 4-아미노-피라졸(3,4-d)피리미딘, 2-루오로아데닌, N6-벤조일아데닌, 키네틴, 디메틸-알릴-아미노-아데닌, 제아틴(zeatin), 브로모-아데닌, 8-아자-아데닌, 8-아자구아닌, 4-머캅토피리딘, 6-머캅토퓨린, 4-아미노-6-머캅토피라졸로(3,4-d)피리민딘, 8-머캅토아데닌, 9-아미노-아크리딘 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.The Raman dye means a Raman active organic compound, and any one that is widely used in the art may be used without limitation. Specific examples include MGITC (Malachite green isothiocyanate), RBITC (rhodamine B isothiocyanate), rhodamine 6G, adenine, 4-amino-pyrazole (3,4-d) pyrimidine, 2-luoroadenin, N6-benzoyl Adenine, kinetine, dimethyl-allyl-amino-adenine, zeatin, bromo-adenine, 8-aza-adenine, 8-azaguanine, 4-mercaptopyridine, 6-mercaptopurine, 4-amino- 6-mercaptopyrazolo(3,4-d)pyrimidine, 8-mercaptoadenin, 9-amino-acridine, and mixtures thereof may be selected from the group consisting of, but are not limited thereto.
본 발명에서 용어 "자극반응성"이란, 자극(예를 들면, 열 등)에 반응하여 행동이 변하는 성질을 말한다.In the present invention, the term "irritation responsiveness" refers to a property in which behavior changes in response to a stimulus (eg, heat).
본 발명에서 사용되는 용어, "자극 반응성 고분자 블럭"은 자극에 반응하여 그 특성이 변화되는 구획으로서, 상기 자극은 바람직하게 온도(열) 조건이며, 자극에 의해 변화되는 특성은 온도에 의한 겔화 (gelatioin) 또는 기계적 강도의 변화를 의미한다. 즉, 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상의 조건에서 수축되어 공중합체의 구조를 변화시킨다.The term "stimulation-reactive polymer block" used in the present invention is a compartment whose properties are changed in response to a stimulus, and the stimulus is preferably a temperature (heat) condition, and the property changed by the stimulus is gelation due to temperature ( gelatioin) or mechanical strength. In other words, it shrinks under conditions equal to or higher than the lower limit critical solution temperature (LCST) to change the structure of the copolymer.
본 발명에서 상기 "코어-위성 나노 구조체"란, 코어 구조와 그 주변의 위성 구조로 구성된 나노 구조체를 말한다. 본 발명에서 상기 코어-위성 나노구조체는 금속 막대 코어 구조에 금속 나노입자가 위성 구조를 형성한 것을 나타낸다. In the present invention, the "core-satellite nanostructure" refers to a nanostructure composed of a core structure and a satellite structure around it. In the present invention, the core-satellite nanostructure represents that metal nanoparticles form a satellite structure in a metal rod core structure.
구체적으로, 금속 막대에 접합된 양으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체와 금속 나노입자에 접합된 음으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 자극반응성 코어-위성 나노구조체가 형성된다. Specifically, a stimulation-responsive core-satellite nanostructure through an electrostatic interaction between a diblock copolymer of a positively charged polymer bonded to a metal rod and a diblock copolymer of a negatively charged polymer bonded to a metal nanoparticle. Is formed.
본 명세서에서는 상기 정전기적 상호작용을 "고분자전해질 복합체화" (polyelectrolyte complexation)라고 표현하기도 한다.In this specification, the electrostatic interaction is also referred to as "polyelectrolyte complexation".
다른 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따른 자극 반응성 코어-위성 나노구조체를 이용한 표면-증강 라만 산란(SERS) 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering (SERS) image using a stimulus-responsive core-satellite nanostructure according to the present invention.
본 발명에 따른 자극 반응성 코어-위성 나노구조체는 라만 염료를 포함함으로써, 표면-증강 라만 산란 이미지를 측정하기 위한 금속 나노 프로브로 제공될 수 있다.The stimulation-responsive core-satellite nanostructure according to the present invention may be provided as a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering image by including a Raman dye.
본 발명에서 "프로브"란, 검출하고자 하는 표적(타겟) 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 물질을 의미하며, 상기 결합을 통하여 표적 물질의 존재를 확인할 수 있는 물질을 의미한다. In the present invention, "probe" means a substance capable of specifically binding to a target (target) substance to be detected, and means a substance capable of confirming the presence of a target substance through the binding.
본 발명에서 "나노프로브"란, 나노 크기의 프로브를 의미한다.In the present invention, "nanoprobe" means a nano-sized probe.
상기 "나노"란 이 기술분야의 통상의 기술자들이 이해하는 정도의 크기 범위를 포함한다. 구체적으로 상기 크기 범위는 0.1 에서 1000 nm의 크기일 수 있으며, 더 구체적으로는 10 에서 1000 nm, 더욱 바람직하게는 20 에서 500 nm, 더 더욱 바람직하게는 40 에서 250 nm 일 수 있다.The term "nano" includes a size range that is understood by those skilled in the art. Specifically, the size range may be 0.1 to 1000 nm, more specifically 10 to 1000 nm, more preferably 20 to 500 nm, and even more preferably 40 to 250 nm.
또 다른 측면에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a method for preparing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure comprising the following steps:
i) 음으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(A), 및 양으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(B)를 각각 제조하고; i) preparing a diblock copolymer (A) composed of a negatively charged polymer block and a stimulus reactive polymer block, and a diblock copolymer (B) composed of a positively charged polymer block and a stimulus reactive polymer block, respectively;
ii) 아미노분해를 통해 상기 각각의 다이블록 공중합체(A) 및 다이블록 공중합체(B) 말단에 티올기를 도입하여 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(A-SH) 및 다이블록 공중합체(B-SH) 를 각각 제조하고; ii) Diblock copolymer (A-SH) and diblock copolymer (B) in which thiol groups are introduced by introducing thiol groups at the ends of each of the diblock copolymers (A) and diblock copolymers (B) through amino decomposition -SH) respectively;
iii) 금속 나노입자에 상기 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(A-SH)를 접합시켜서, 음으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(A)가 접합된 금속 나노입자를 제조하고;iii) Metal nanoparticles in which the diblock copolymer (A-SH) into which the thiol group is introduced is bonded to the metal nanoparticles, and the diblock copolymer (A) consisting of a negatively charged polymer block and a stimulation-reactive polymer block is bonded To prepare;
iv) 금속 나노막대에 상기 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(B-SH)를 접합시켜서, 양으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(B)가 접합된 금속 나노막대를 제조하고; 그리고iv) A metal nanorod in which the diblock copolymer (B-SH) into which the thiol group is introduced is bonded to a metal nanorod, and a diblock copolymer (B) composed of a positively charged polymer block and a stimulus-reactive polymer block is bonded. To prepare; And
v)상기 (A)가 접합된 금속 나노입자 및 (B)가 접합된 금속 나노막대를 혼합하여 교반하는;v) mixing and stirring the metal nanoparticle to which (A) is bonded and the metal nanorod to which (B) is bonded;
단계.step.
상기 양으로 대전된 고분자 블럭, 음으로 대전된 고분자 블럭, 자극반응성 고분자 블럭 및 자극에 대한 구체적인 설명은 앞과 동일하다.Detailed descriptions of the positively charged polymer block, negatively charged polymer block, stimulus-responsive polymer block, and stimulus are the same as above.
상기 v) 단계에서, 상기 금속 막대에 접합된 (B)와 금속 나노입자에 접합된 (A) 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 코어-위성 나노구조체가 형성될 수 있다.In step v), a core-satellite nanostructure may be formed through an electrostatic interaction between (B) bonded to the metal rod and (A) bonded to the metal nanoparticles.
상기 코어-위성 나노구조체의 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상에서 상기 금속 나노막대와 상기 금속 나노입자 사이의 간극이 감소할 수 있다.A gap between the metal nanorods and the metal nanoparticles may decrease above the lower limit critical solution temperature (LCST) of the core-satellite nanostructure.
상기 iv) 단계에서 금속 나노막대에 라만 염료를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step iv) may further include attaching a Raman dye to the metal nanorod.
상기 라만 염료에 대한 설명은 앞과 동일하다.The description of the Raman dye is the same as before.
본 발명은 하기 단계를 포함하는 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법을 제공한다.The present invention provides a method for detecting a target material based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) comprising the following steps.
a) 검출하고자 하는 표적 물질이 포함된 시료액을 준비하고;a) preparing a sample solution containing a target substance to be detected;
b) 자성 나노입자에 상기 표적에 대한 제1 항체를 고정하여 준비하고;b) preparing the magnetic nanoparticles by immobilizing the first antibody against the target;
c) 본 발명에 따른 금속 나노 프로브에 상기 표적에 대한 제2 항체를 고정하여 준비하고;c) preparing by immobilizing a second antibody against the target on the metal nanoprobe according to the present invention;
d) 상기 제1 항체가 고정된 자성 나노입자를 상기 시료액에 첨가하여 상기 표적과 상기 자성 나노입자의 제1항체가 접합된 면역복합체를 형성하고;d) adding the magnetic nanoparticles to which the first antibody is immobilized to the sample solution to form an immunocomplex in which the target and the first antibody of the magnetic nanoparticles are conjugated;
e) 상기 제2 항체가 고정된 금속 나노 프로브를 상기 제1 항체가 접합된 면역복합체가 포함된 용액에 첨가하여 금속 나노 프로브 제2 항체-표적-자성 나노입자의 제1 항체의 샌드위치 면역복합체를 형성하고;e) The metal nano-probe to which the second antibody is immobilized is added to the solution containing the immunocomplex to which the first antibody is conjugated to obtain a sandwich immunocomplex of the first antibody of the second antibody-target-magnetic nanoparticle. To form;
f) 자기장을 이용하여 상기 샌드위치 면역복합체를 형성하지 않은 자성 나노입자 및 금속 나노 프로브를 분리하고; 그리고f) separating magnetic nanoparticles and metal nanoprobes that do not form the sandwich immunocomplex using a magnetic field; And
g) 상기 샌드위치 면역복합체의 라만 신호를 측정하는;g) measuring the Raman signal of the sandwich immunocomplex;
단계.step.
상기 표적 물질은 단백질 또는 병원균인 것일 수 있다.The target substance may be a protein or a pathogen.
상기 단백질은 항원, 생물학적 압타머(biological aptamer), 수용체, 효소 및 리간드로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. The protein may be selected from the group consisting of antigens, biological aptamers, receptors, enzymes and ligands.
본 발명에서 "샌드위치형 면역 복합체"란 항체-항원(타겟)-항체 반응을 통해 결합된 면역복합체를 의미한다. 항원이 항체 중간에 삽입되어 샌드위치 모양을 나타냄에 따라 명명되었다.In the present invention, "sandwich-type immune complex" refers to an immunocomplex bound through an antibody-antigen (target)-antibody reaction. It was named as the antigen was inserted in the middle of the antibody to give it a sandwich shape.
본 발명에서 보여준 블록 공중합체-매개된 조립 접근법은, 제어된 공간적 간극을 갖는 플라스모닉 코어-위성 나노구조체의 제조에 유용하다. 가역적 첨가-분절 연쇄 이동 (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer, RAFT) 중합화는 다양한 중합화 조건 하에 상이한 종류의 단량체 및 연쇄 이동제 (chain transfer agent, CTA)를 사용하여 제어된 몰 질량 및 낮은 다분산도를 갖는 블록 공중합체의 합성을 용이하게 하다. 잘-설계된 블록 공중합체의 제조에 있어서 RAFT 중합화의 주요 이점은 티오카보닐티오 기가 티올계 커플링 화학에 대해 차폐된(masked) 티올로서 작용한다는 것이고, 이는 친핵성 시약으로 티오카보닐티올-작용화된 중합체의 말단 기를 처리함으로써 용이하게 접근할 수 있다. 또한, RAFT 중합화는 각각의 블록 길이가 제어된 자극-반응성 공중합체의 제조를 가능하게 한다.The block copolymer-mediated assembly approach shown in the present invention is useful for the production of plasmonic core-satellite nanostructures with controlled spatial gaps. Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) polymerization is a controlled molar mass and low polydispersity using different types of monomers and chain transfer agents (CTA) under various polymerization conditions. It facilitates the synthesis of a block copolymer having. The major advantage of RAFT polymerization in the preparation of well-designed block copolymers is that the thiocarbonylthio group acts as a masked thiol against thiol-based coupling chemistry, which is a nucleophilic reagent as a thiocarbonylthiol- It can be easily accessed by treating the end groups of the functionalized polymer. In addition, RAFT polymerization allows the preparation of stimulus-responsive copolymers with each block length controlled.
본 발명의 일 실시예에서는, 음으로 대전된 폴리(아크릴산)[ poly(acrylic acid), 폴리(AAc)] 또는 양으로 대전된 폴리(N,N-디메틸아미노에틸 메트아크릴레이트)[poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate, 폴리(DMAEMA)) 및 열-반응성 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)[thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide), 폴리(NIPAM)]로 구성된 2개의 상이한 다이블록 공중합체를 RAFT 중합화로 제조한 후, 아미노분해(aminolysis)하여 다이블록 공중합체 각각의 말단에 티올 기를 갖도록 하였다. 티올-말단을 포함하는 이러한 다이블록 공중합체를 티올 결합을 통해 금속 나노로드(AuNRs) 및 금속 나노입자(AuNPs)에 접합시켜 음으로 대전된 p(AAc-b-NIPAM)-코팅된 AuNP (AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)) 및 양으로 대전된 p(DMAEMA-b-NIPAM)-코팅된 AuNR (AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM))을 형성하였다. 양으로 대전된 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 및 음으로 대전된 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)의 고분자전해질 복합체(polyelectrolyte complexation)화 (polyelectrolyte complexation)에 의해 플라스모닉 코어-위성 나노구조체를 형성하였다. In one embodiment of the present invention, negatively charged poly(acrylic acid) [poly(acrylic acid), poly(AAc)] or positively charged poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate)[poly(N ,N-dimethylaminoethyl methacrylate, poly(DMAEMA)) and heat-reactive poly(N-isopropylacrylamide) [thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide), poly(NIPAM)] two different diblock copolymers After preparation by RAFT polymerization, aminolysis was performed to have a thiol group at each end of the diblock copolymer. This diblock copolymer containing a thiol-terminus was conjugated to metal nanorods (AuNRs) and metal nanoparticles (AuNPs) through thiol bonds to negatively charged p(AAc-b-NIPAM)-coated AuNPs (AuNPs). -p(AAc-b-NIPAM)) and positively charged p(DMAEMA-b-NIPAM)-coated AuNR (AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)) were formed. Plasmonic core-satellite by polyelectrolyte complexation of positively charged AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) and negatively charged AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) A nanostructure was formed.
코어-위성 형태로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 이러한 복합체화된 나노구조체는 개별적인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 것들과 비교하여 매우 향상된 물리화학적 및 광학적 성능을 나타냈고, 이는 잠재적으로 AuNP와 AuNR 사이의 틈새에서의 전자기장의 향상에 기인한다. These complexed nanostructures of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) as a core-satellite form are individual AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) and AuNRs-p( DMAEMA-b-NIPAM) showed significantly improved physicochemical and optical performance, potentially due to the enhancement of the electromagnetic field in the gap between AuNP and AuNR.
또한 본 발명에서는 면역글로불린 G (IgG)의 표면 증강 라만 산란(SERS)-기반 바이오센싱은 이러한 코어-위성 나노구조체를 나노태그로 사용하여 수행하였다. IgG에 대한 다클론 항체 (pAb)를 SERS 나노태그를 사용하여 화학적으로 접합시켰다. 다른 한편으로는, IgG에 대한 단클론 항체 (mAb)를 자성 비드 (MB)를 사용하여 화학적으로 부착시켰다. 우리는 SERS 나노태그, IgG 및 자성 비드로 이루어진 샌드위치형 면역복합체가 형성되었고, 항원 농도와 라만 강도 사이에 선형 관계가 있음을 입증하였다. 이러한 복합체화된 나노구조체는 매우 민감한 바이오센싱 분야에서 SERS 나노프로브로 이용할 수 있다.In addition, in the present invention, surface-enhanced Raman scattering (SERS)-based biosensing of immunoglobulin G (IgG) was performed using such a core-satellite nanostructure as a nanotag. Polyclonal antibodies to IgG (pAb) were chemically conjugated using SERS nanotags. On the other hand, a monoclonal antibody (mAb) against IgG was chemically attached using magnetic beads (MB). We demonstrated that a sandwich-type immunocomplex consisting of SERS nanotags, IgG and magnetic beads was formed, and that there was a linear relationship between antigen concentration and Raman intensity. These complexed nanostructures can be used as SERS nanoprobes in highly sensitive biosensing fields.
본 발명에 따른 자극반응성 코어-위성 나노 구조체는, 라만 강도가 향상된 표면-증강 라만 산란(SERS) 이미지(image) 측정용 금속 나노 프로브로 적용할 수 있다.The stimulus-responsive core-satellite nanostructure according to the present invention can be applied as a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering (SERS) image with improved Raman strength.
도 1은 열-반응성 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 코어-위성 나노구조체의 형태로 제조하기 위한 도면. 복합체화된 나노구조체로서 (a) AuNPs-p(AAc-b-NIPAM), AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 및 (c) AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 합성을 위한 개략도. 라만 스펙트럼에 나타난 바와 같이, 코어-위성 나노구조체로서 복합체화된 나노구조체는 열-반응성 다이블록 공중합체의 가역적 LCST 상 전이를 통해 매우 강한 SERS 신호를 나타냈다. 복합체 나노구조체의 TEM 이미지에서의 스케일 바는 20 nm이다.
도 2는 CTA로서 CDTPA 및 개시제로서 AIBN을 사용하여 RAFT 중합화를 통한 (A) 음으로 대전된 폴리(AAc-b-NIPAM) 다이블록 공중합체 및 (B) 양으로 대전된 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 다이블록 공중합체의 합성을 위한 화학반응식.
도 3은 (A) CDCl3에서의 폴리(DMAEMA111) 및 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273)의 1H NMR 스펙트럼. (B) 각각, D2O 및 DMSO-d6에서의 폴리(AAc131) 및 폴리(AAc131-b-NIPAM272)의 1H NMR 스펙트럼. (C) 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 및 (D) 폴리(AAc-b-NIPAM)의 GPC 추적.
도 4는 (A, B) 탁도 측정 및 동적 광 산란에 의한 PBS 중의 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 및 폴리(AAc-b-NIPAM)의 열 프로파일. 아미노분해 전후의 (C) 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 및 (D) 폴리(AA-b-NIPAM)의 UV 프로파일. 아미노분해 후, 약 307 nm에서 트리티오카보네이트 기의 흡수 피크가 감소하였다.
도 5는 AuNR, AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p(AAc-b-NIPAM), 및 (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284:1, (IV) 0.568:1및 (V) 2.273:1 범위의 AuNP-p(AAc-b-NIPAM) 대 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 5개의 상이한 몰 농도 비율을 갖는 AuNP-p(AAc-b-NIPAM)-AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 UV-Vis 흡수 스펙트럼 및 유체역학 직경.
도 6은 (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284:1, (IV) 0.568:1및 (V) 2.273:1의 범위의 AuNP-p(AAc-b-NIPAM) 대 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 상이한 몰 농도 비율을 갖는 코어-위성 나노구조체, AuNP-p(AAc-b-NIPAM)-AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 (a) 라만 스펙트럼, (b) 일정한 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM) 몰 농도에 다른 몰 농도의 AuNP-p(AAc-b-NIPAM)를 변화시켜 (I)-(V)의 범위로 코어-위성 나노구조체를 형성했을 때의 라만 세기, (c-g) (I)-(V)의 범위로 AuNP-p(AAc-b-NIPAM) 대 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM) 의 상이한 몰 농도 비율을 갖는 코어-위성 나노구조체의 온도에 따른 라만 스펙트럼. (h) AuNR, AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNPs-p(AAc-b-NIPAM), 및 AuNP 대 AuNR의 상이한 몰 농도 비율을 갖는 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 ξ-전위 그래프.
도 7은 상이한 배율 비율의 (a, b) 시트레이트-캡핑된 AuNP 및 (c, d) CTAB-캡핑된 AuNR의 TEM 이미지. 스케일 바는 (a)에서 50 nm, (b)에서 10 nm, (c)에서 200 nm, 및 (d)에서 100 nm이다.
도 8은 AuNR에 대한 AuNP의 상이한 밀도를 갖는 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 일련의 복합체화된 나노구조체의 TEM 이미지, 상기 밀도는 AuNP/AuNR 몰 농도 비율이 (a, b) 0.057:1에서 (c, d) 0.114:1로 증가한 다음 (e, f) 0.284:1로 증가함에 따라 증가한다. 스케일 바는 (a)에서 100 nm, (b)에서 20 nm, (c, e)에서 200 nm, 및 (d, f)에서 50 nm이다.
도 9는 (a) 항-인간 IgG pAb-접합된 코어-위성 나노구조체 및 항-인간 IgG mAb-접합된 MB의 제조 개략도. (b) 바이오센싱을 위한 SERS 나노탐침으로서 복합체화된 나노구조체를 사용하는 SERS-기반 면역 분석법의 개략적인 도면. IgG 농도의 함수로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM), IgG, 및 MB로 이루어진 3차 면역복합체의 (c) 상대 라만 스펙트럼 및 (d) 라만 강도.1 is a diagram for preparing a core-satellite nanostructure of heat-reactive AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM). As a complexed nanostructure, (a) AuNPs-p (AAc-b-NIPAM), AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) and (c) AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA -b-NIPAM) schematic diagram for the synthesis. As shown in the Raman spectrum, the nanostructure complexed as a core-satellite nanostructure exhibited a very strong SERS signal through the reversible LCST phase transition of the heat-reactive diblock copolymer. The scale bar in the TEM image of the composite nanostructure is 20 nm.
Figure 2 shows (A) negatively charged poly(AAc- b- NIPAM) diblock copolymer and (B) positively charged poly(DMAEMA- b ) through RAFT polymerization using CDTPA as CTA and AIBN as initiator. -NIPAM) Chemical reaction formula for the synthesis of diblock copolymer.
Figure 3 (A) 1 H NMR spectra of poly(DMAEMA 111 ) and poly(DMAEMA 111 - b- NIPAM 273 ) in CDCl 3 . (B) 1 H NMR spectra of poly(AAc 131 ) and poly(AAc 131 -b -NIPAM 272 ) in D 2 O and DMSO-d 6 , respectively. (C) GPC trace of poly(DMAEMA- b- NIPAM) and (D) poly(AAc- b- NIPAM).
Figure 4 (A, B) Thermal profiles of poly(DMAEMA- b- NIPAM) and poly(AAc- b- NIPAM) in PBS by turbidity measurement and dynamic light scattering. UV profiles of (C) poly(DMAEMA- b- NIPAM) and (D) poly(AA- b- NIPAM) before and after aminolysis. After aminolysis, the absorption peak of the trithiocarbonate group decreased at about 307 nm.
5 is AuNR, AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p (AAc-b-NIPAM), and (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284:1, (IV ) AuNP-p (AAc-b) with five different molar concentration ratios of AuNP-p (AAc-b-NIPAM) to AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) ranging from 0.568:1 and (V) 2.273:1 UV-Vis absorption spectrum and hydrodynamic diameter of -NIPAM)-AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM).
6 shows AuNP-p (AAc-b-NIPAM) in the range of (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284:1, (IV) 0.568:1 and (V) 2.273:1. (A) Raman of the core-satellite nanostructure, AuNP-p(AAc-b-NIPAM)-AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM) with different molar concentration ratios of AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM) Spectrum, (b) Core-satellite nanoparticles in the range of (I)-(V) by varying AuNP-p (AAc-b-NIPAM) of different molar concentrations to a constant AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) molar concentration. Raman intensity when the structure was formed, with different molar concentration ratios of AuNP-p (AAc-b-NIPAM) to AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) in the range of (cg) (I)-(V) Raman spectrum as a function of temperature of core-satellite nanostructures. (h) AuNR, AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNPs-p (AAc-b-NIPAM), and AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) with different molar ratios of AuNP to AuNR -AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) ξ-potential graph.
7 is a TEM image of (a, b) citrate-capped AuNP and (c, d) CTAB-capped AuNR at different magnification ratios. Scale bars are 50 nm in (a), 10 nm in (b), 200 nm in (c), and 100 nm in (d).
8 is TEM image of a series of complexed nanostructures of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) having different densities of AuNPs for AuNR, the density is AuNP/AuNR molar concentration It increases as the ratio increases from (a, b) 0.057:1 to (c, d) 0.114:1 and then (e, f) 0.284:1. Scale bars are 100 nm in (a), 20 nm in (b), 200 nm in (c, e), and 50 nm in (d, f).
9 is (a) Schematic of preparation of anti-human IgG pAb-conjugated core-satellite nanostructure and anti-human IgG mAb-conjugated MB. (b) Schematic diagram of a SERS-based immunoassay using complexed nanostructures as SERS nanoprobes for biosensing. (C) Relative Raman spectrum and (d) Raman intensity of the tertiary immunocomplex consisting of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM), IgG, and MB as a function of IgG concentration .
이하 본 발명을 하기 실시예에서 보다 상세하게 기술한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 또한 본 발명에서 인용하고 있는 참고문헌은 본 발명의 명세서의 일부로 통합된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following examples. The following examples of the present invention are for embodiing the present invention and are not intended to limit or limit the scope of the present invention. What can be easily inferred by those skilled in the art from the detailed description and examples of the present invention is construed as belonging to the scope of the present invention. In addition, references cited in the present invention are incorporated as part of the specification of the present invention.
<실시예 1> 재료 <Example 1> Materials
금 (III) 클로라이드 트리히드레이트 (HAuCl4.3H2O), 소듐 보로히드리드 (순도 98.0%), 질산은, 헥사데실트리메틸암모늄브로마이드 (CTAB, 98%), 히드로퀴논, 소듐 히드록시드, 4-시아노-4-[(도데실설파닐티오카보닐) 설파닐]펜타논산 (CDTPA), 인산염 완충된 염수 (PBS), 헥실아민, 디메틸페닐포스핀 (DMPP), 트리스(2-카복시에틸)포스핀 히드로클로라이드 (TCEP), 염소에서 생산된 항-인간 IgG (γ-쇄 특이적) pAb, 마우스에서 생산된 항-인간 IgG (Fc-특이적) mAb, 인간 혈청 유래 IgG 및 설포-N-히드록시숙신이미드 에스터 (설포-NHS)를 Sigma-Aldrich (세인트 루이스, 미주리주, 미국)에서 구입하였다. Thermo Fisher Scientific (월섬, 매사추세츠주, 미국)에서 제공한 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴 (AIBN)을 메탄올로부터 재결정화하여 정제하였다. N-이소프로필아크릴아미드 (NIPAM)를 Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (일본 도쿄)로부터 구입하고, 사용 전 헥산으로부터 재결정화하였다. N,N-디메틸아미노에틸 메트아크릴레이트 (DMAEMA) 및 아크릴산 (AAc)을 Sigma Aldrich (세인트 루이스, 미주리주, 미국)에서 구입하고, 감압 하에 증류하여 정제하였다. 헥산 중의 (트리메틸실릴)디아조메탄 2.0 M (Acros Organics), 1,4-디옥산 (Kanto Chemical Co., Inc), 디에틸 에터 (Samchun), 테트라히드로퓨란 (Daejung), 클로로폼 (Daejung), N-헥산 (Daejung), 트리에틸아민 (Junsei Chemical Co., Ltd.) 및 디메틸 설폭시드 (DMSO) (Junsei Chemical Co., Ltd)를 입수한 그대로 사용하였다. 말라카이트 그린 이소티오시아네이트 (MGITC)를 Invitrogen Corporation (그랜드 아일랜드, 뉴욕주)에서 입수하였다. 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필) 카보다이이미드 (EDC)를 Thermo Scientific (락포드, 일리노이주, 미국)에서 구입하였다. 카복실 표면 작용 기가 있는 자성 비드를 Bioneer Corporation (Daejon, 대한민국)에서 구입하였다. Millipore Milli-Q 탈이온수를 모든 실험에서 사용하였다.Gold (III) chloride trihydrate (HAuCl 4 .3H 2 O), sodium borohydride (purity 98.0%), silver nitrate, hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB, 98%), hydroquinone, sodium hydroxide, 4- Cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanyl]pentanoic acid (CDTPA), phosphate buffered saline (PBS), hexylamine, dimethylphenylphosphine (DMPP), tris(2-carboxyethyl) Phosphine hydrochloride (TCEP), anti-human IgG (γ-chain specific) pAb produced in goat, anti-human IgG (Fc-specific) mAb produced in mice, IgG from human serum and sulfo-N- Hydroxysuccinimide ester (Sulfo-NHS) was purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri, USA). 2,2'-azobis(2-methylpropionitrile (AIBN) provided by Thermo Fisher Scientific (Walsom, Massachusetts, USA) was purified by recrystallization from methanol. N-isopropylacrylamide (NIPAM) was obtained. Purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Tokyo, Japan) and recrystallized from hexane prior to use N,N -dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and acrylic acid (AAc) were prepared by Sigma Aldrich (St. Louis, Mo. (Trimethylsilyl) diazomethane 2.0 M in hexane (Acros Organics), 1,4-dioxane (Kanto Chemical Co., Inc), diethyl ether ( Samchun), tetrahydrofuran (Daejung), chloroform (Daejung), N-hexane (Daejung), triethylamine (Junsei Chemical Co., Ltd.) and dimethyl sulfoxide (DMSO) (Junsei Chemical Co., Ltd) Malachite Green Isothiocyanate (MGITC) was obtained from Invitrogen Corporation (Grand Island, NY) 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) was used. Purchased from Thermo Scientific (Rockford, Illinois, USA) Magnetic beads with carboxyl surface functional groups were purchased from Bioneer Corporation (Daejon, Korea) Millipore Milli-Q deionized water was used in all experiments.
<실시예 2> AuNPs 및 AuNRs의 제조 <Example 2> Preparation of AuNPs and AuNRs
시트레이트-안정화된 금 나노입자(gold nanoparticles, AuNPs를 Turkevich (Turkevich, J.; Stevenson, P. C.; Hillier, J. (1951). "A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold". Discuss. Faraday. Soc. 11: 55-75.)에 의해 기술된 방법에 따라 소듐 시트레이트를 사용하여 HAuCl4 환원에 의해 제조하고 Frens( Frens, G., Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions. Nature 1973, 241 (105), 20-22.)를 약간 변형하여 정제하였다. 대표적인 실험에서, 0.5 mM의 금 (III) 클로라이드 트리히드레이트의 수용액 100.0 ml을 급속 교반하에 가열하여 끓였다. 이어서, 5 %의 소듐 시트레이트 트리베이직 탈수물 1.5 mL을 첨가하였다. 상기 용액을 15분간 끓이고, 실온으로 냉각하고, 추가 실험을 위해 저장하였다.Citrate-stabilized gold nanoparticles (AuNPs) were converted to Turkevich (Turkevich, J.; Stevenson, PC; Hillier, J. (1951). "A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold". Discuss.Faraday.Soc. 11: 55-75.), prepared by HAuCl 4 reduction using sodium citrate according to the method described by Frens ( Frens, G., Controlled nucleation for the regulation of the particle size in). monodisperse gold suspensions. Nature 1973, 241 (105), 20-22.) and purified by a slight modification. in a typical experiment, 0.5 mM of gold (III) chloride tree boiled by heating an aqueous solution of 100.0 ml of a hydrate under rapid stirring Then 1.5 mL of 5% sodium citrate tribasic dehydration was added The solution was boiled for 15 minutes, cooled to room temperature, and stored for further experiments.
고 종횡비를 갖는 금 나노막대(Gold nanorods, AuNRs) 를 위한 씨드를 다른 문헌에서 설명된 바와 같은 씨앗-매개 성장법을 통해 합성하였다(Vigderman, L.; Zubarev, E. R., High-yield synthesis of gold nanorods with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent. Chemistry of Materials 2013, 25 (8), 1450-1457.). 요컨대, 0.50 mL의 0.010 M 금 (III) 클로라이드 트리히드레이트 용액을 9.5 mL의 0.10 M CTAB에 첨가하였다. 0.010 M의 소듐 히드록시드 중의 빙냉된, 신선하게 제조된 0.46 mL의 0.010 M 소듐 보로히드리드 용액을 격렬하게 교반하면서 금 용액에 신속하게 첨가하였다. 10분 동안 교반한 후, 상기 용액을 밤새 두었다. 6 내지 8의 범위의 종횡비를 갖는 AuNR을 합성하기 위해, 0.50 mL의 0.010 M 금 (III) 클로라이드 트리히드레이트 및 8.0 mL의 0.10 M CTAB를 함유하는 용액을 제조하였다. 다음으로, 40 μL의 0.10 M 질산은을 성장 용액에 첨가하고, 상기 용액을 교반하였다. 이어서, 0.50 mL의 0.10 M 히드로퀴논을 첨가하고, 상기 용액을 부드럽게 뒤집어 섞었다(inverted). 상기 용액이 투명해지면, 2.0 mL의 씨앗 용액을 첨가하고, 상기 용액을 교반하지 않고 밤새 두었다.Seeds for gold nanorods (AuNRs) with high aspect ratio were synthesized through the seed-mediated growth method as described in other literatures (Vigderman, L.; Zubarev, ER, High-yield synthesis of gold nanorods). with longitudinal SPR peak greater than 1200 nm using hydroquinone as a reducing agent.Chemistry of Materials 2013, 25 (8), 1450-1457.). Briefly, 0.50 mL of 0.010 M gold (III) chloride trihydrate solution was added to 9.5 mL of 0.10 M CTAB. An ice-cooled, freshly prepared 0.46 mL of 0.010 M sodium borohydride solution in 0.010 M sodium hydroxide was rapidly added to the gold solution with vigorous stirring. After stirring for 10 minutes, the solution was left overnight. To synthesize AuNR with an aspect ratio ranging from 6 to 8, a solution containing 0.50 mL of 0.010 M gold (III) chloride trihydrate and 8.0 mL of 0.10 M CTAB was prepared. Next, 40 μL of 0.10 M silver nitrate was added to the growth solution, and the solution was stirred. Then 0.50 mL of 0.10 M hydroquinone was added, and the solution was gently inverted to mix (inverted). When the solution became clear, 2.0 mL of the seed solution was added, and the solution was left overnight without stirring.
<실시예 3> 폴리(AAc-<Example 3> Poly(AAc- bb -NIPAM) 및 폴리(DMAEMA--NIPAM) and poly (DMAEMA- bb -NIPAM)의 합성-NIPAM) synthesis
개시제로서 AIBN, 단량체로서 NIPAM, 및 CTA로서 폴리(AAc)-macro CDTPA를 사용하여 폴리(AAc-b-NIPAM)을 제조하였다. 우선, 폴리(AAc)- macro CDTPA를 이전에 보고된 방법을 약간 변형하여 제조하였다(Pelet, J. M.; Putnam, D., Poly(acrylic acid) Undergoes Partial Esterification During RAFT Synthesis in Methanol and Interchain Disulfide Bridging Upon NaOH Treatment. Macromolecular Chemistry and Physics 2012, 213 (23), 2536-2540.). 대표적인 실험에서, AAc (0.9 g, 12.5 mmol) 및 CDTPA (0.0202 g, 0.05 mmol)을 자석 교반 막대가 장착된 100 ml 2-목 둥근 바닥 플라스크 중의 4 ml 1,4-디옥산에 첨가하고, N2 기체로 퍼지하였다. 퍼지 15분 후에, 1,4-디옥산 중의 AIBN (0.0021 g, 0.0125 mmol) 용액 1 ml을 혼합물에 첨가하고, 70℃에서 15시간 동안 가열하기 전에 질소 퍼지를 추가 15분 동안 계속하였다. 중합화를 냉수로 급랭하여 종결하였다. 생성된 폴리(AAc166)- macro CDTPA를 에틸 아세테이트 중에 침전시키고 탈이온수 중에 재용해하였다. 탈이온수에 대해 2일 동안 투석하여 유리 단량체를 폐기하고, 중합체를 동결 건조시켰다. 두 번째로, 폴리(AAc-b-NIPAM)의 합성을 유사한 방법으로 수행하였다. 요컨대, 0.445 g 폴리(AAc166)- macro CDTPA 및 0.81 g NIPAM 단량체를 11 ml의 에탄올: 물 (3:1) 혼합물 중에 용해하고, 혼합물을 자석 교반 막대가 장착된 100 ml 2-목 둥근 바닥 플라스크에 두었다. N2 기체 퍼징 동안, 1 ml 에탄올:물 혼합물 (3:1) 중의 0.0015 g AIBN을 첨가하고, 플라스크를 고무 마개로 밀봉하였다. 중합화를 수조에서 70 °C에서 15시간 동안 수행하였다. 플라스크를 개봉하고 냉수에 침지시켜 반응을 종결시켰다. 폴리(AAc166-b-NIPAM162)을 에틸 아세테이트 중에 침전시키고 pH 10의 인산염 완충액 중에 재용해하였다. 이어서, 중합체 용액을 탈이온수에 대해 2일 동안 투석하여 염을 제거하고 추가 사용을 위해 동결 건조하였다.Poly(AAc- b- NIPAM) was prepared using AIBN as initiator, NIPAM as monomer, and poly(AAc)-macro CDTPA as CTA. First, poly(AAc)-macro CDTPA was prepared by slightly modifying the previously reported method (Pelet, JM; Putnam, D., Poly(acrylic acid) Undergoes Partial Esterification During RAFT Synthesis in Methanol and Interchain Disulfide Bridging Upon NaOH. Treatment.Macromolecular Chemistry and Physics 2012, 213 (23), 2536-2540.). In a representative experiment, AAc (0.9 g, 12.5 mmol) and CDTPA (0.0202 g, 0.05 mmol) were added to 4
폴리(DMAEMA)- macro CDTPA를 이전에 보고된 방법을 약간 변형하여 합성하였다(Sahnoun, M.; Charreyre, M.-T.; Veron, L.; Delair, T.; D'Agosto, F., Synthetic and characterization aspects of dimethylaminoethyl methacrylate reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2005, 43 (16), 3551-3565.). 요컨대, DMAEMA (3.77 g, 24 mmol) 및 CDTPA (0.0484 g, 0.12 mmol)을 자석 교반 막대가 장착된 100 ml 2-목 둥근 바닥 플라스크 중의 11 ml 1,4-디옥산 중에 용해하고, N2 기체로 퍼지하였다. 퍼지 15분 후에, 1,4-디옥산 중의 AIBN (0.0066 g, 0.04 mmol) 용액 1 ml을 혼합물에 첨가하고, 90℃에서 5시간 동안 가열하기 전에 질소 퍼지를 추가 15분 동안 계속하였다. 중합화를 냉수로 급랭하여 중단하고 외기에 노출시켰다. 폴리(DMAEMA111)-macro CDTPA를 헥산 중에 침전시키고 동결 건조 전에 탈이온수 중에 재용해하였다. 다음으로, 0.5 g 폴리(DMAEMA111)-macro CDTPA, 0.98 g NIPAM 단량체 및 8.3 ml 1,4-디옥산을 자석 교반 막대가 장착된 100 ml 2-목 둥근 바닥 플라스크에 두어 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273)를 합성하였다. 이어서, 혼합물을 N2 기체로 30분 동안 퍼지하여 용액 중의 임의의 산소를 제거하였다. 퍼지 동안, 1 ml 1,4-디옥산 중의 0.0012 g AIBN을 혼합물에 첨가하고, 플라스크를 고무 마개로 밀봉하였다. 중합화를 수조에서 70℃에서 10시간 동안 수행한 다음 반응을 종결시키기 위해 플라스크를 외기에 노출시켰다. 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273)를 헥산 중에 침전시키고 탈이온수 중에 재용해하기 전에 농축된 염을 사용하여 정제하였다. 투석하여 염을 제거한 후, 추가 사용을 위해 중합체를 건조시켰다.Poly(DMAEMA)-macro CDTPA was synthesized with some modifications of the previously reported method (Sahnoun, M.; Charreyre, M.-T.; Veron, L.; Delair, T.; D'Agosto, F., Synthetic and characterization aspects of dimethylaminoethyl methacrylate reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization.Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2005, 43 (16), 3551-3565.). In short, DMAEMA (3.77 g, 24 mmol) and CDTPA (0.0484 g, 0.12 mmol) were dissolved in 11
<실시예 4> 폴리(AAc-<Example 4> Poly(AAc- bb -NIPAM) 및 폴리(DMAEMA--NIPAM) and poly (DMAEMA- bb -NIPAM)의 CTA의 아미노분해-NIPAM) Aminolysis of CTA
폴리(AAc-b-NIPAM)의 트리티오카보네이트 기의 아미노분해를 이전에 보고된 것과 유사한 절차로 수행하였다(Boyer, C.; Granville, A.; Davis, T. P.; Bulmus, V., Modification of RAFT-polymers via thiol-ene reactions: A general route to functional polymers and new architectures. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2009, 47 (15), 3773-3794.). 300 mg 폴리(AAc137-b-NIPAM272) (MnNMR = 41,055 g/mol)을 7 ml 탈이온수 중에 용해하고, 트리에틸아민 (4.5 mg; 0.044 mmol)을 첨가하고 15분 동안 교반하였다. 다음으로, 헥실아민 (2.2 mg; 0.022 mmol)을 혼합물에 적하하고, 생성된 혼합물을 N2 기체로 30분 동안 퍼지하였다. 반응을 N2 기체 하에 24시간 동안 실온에서 유지하였다. 생성된 폴리(AAc137-b-NIPAM272)-SH를 농축된 염 용액 중에 침전시켜 정제하고 pH 10의 인산염 완충액 중에 재용해하였다. 중합체를 동결 건조 전에 탈이온수에 대해 투석하였다. 아미노분해 후에, 중합체의 UV 흡광도를 측정하였다. 트리티오카보네이트 기의 절단은 약 307 nm에서 흡광도를 감소시켰다.Aminolysis of the trithiocarbonate group of poly(AAc- b- NIPAM) was performed with a procedure similar to that previously reported (Boyer, C.; Granville, A.; Davis, TP; Bulmus, V., Modification of RAFT -polymers via thiol-ene reactions: A general route to functional polymers and new architectures.Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2009, 47 (15), 3773-3794.). 300 mg poly(AAc 137 - b- NIPAM 272 ) (M nNMR = 41,055 g/mol) was dissolved in 7 ml deionized water, triethylamine (4.5 mg; 0.044 mmol) was added and stirred for 15 minutes. Next, hexylamine (2.2 mg; 0.022 mmol) was added dropwise to the mixture, and the resulting mixture was purged with N 2 gas for 30 minutes. The reaction was maintained at room temperature for 24 hours under N 2 gas. The resulting poly(AAc 137 - b- NIPAM 272 )-SH was purified by precipitation in a concentrated salt solution, and redissolved in a phosphate buffer solution of
폴리(DMAEMA-b-NIPAM)의 트리티오카보네이트 기의 아미노분해를 이전에 보고된 절차를 약간 변형하여 수행하였다(Ho, T. H. Synthesis of thermoresponsive copolymers by RAFT polymerization : characterization and study of their interaction with proteins. Universitι du Maine, 2012.). 예컨대, 0.35 g 폴리(DMAEMA111-NIPAM273) (MnNMR = 48,746 g/mol) 및 DMPP (1.4 mg, 0.01 mmol) 를 5 ml THF 중에 용해하고, 혼합물을 자석 막대가 장착된 100 ml 2-목 둥근 바닥 플라스크 중에서 15분 동안 교반하였다. 헥실아민 (2.5 mg, 0.025 mmol)을 혼합물에 첨가하고 플라스크를 N2 기체로 30분 동안 퍼지하였다. 용액을 N2 기체 하에 실온에서 4시간 동안 교반하였다. 헥산 내로 용액을 부어 반응을 중단하고, 침전물을 헥산으로 3회 세척하여 과량의 헥실아민 및 DMPP를 제거하였다. 무색의 폴리(DMAEMA111-NIPAM273)-SH를 탈이온수 중에서 재용해한 다음, 추가의 특성분석을 위해 동결건조기 내에서 건조하였다.Aminolysis of the trithiocarbonate group of poly(DMAEMA- b- NIPAM) was performed with a slight modification of the previously reported procedure (Ho, TH Synthesis of thermoresponsive copolymers by RAFT polymerization: characterization and study of their interaction with proteins. du Maine, 2012.). For example, 0.35 g poly(DMAEMA 111 -NIPAM 273 ) (M nNMR = 48,746 g/mol) and DMPP (1.4 mg, 0.01 mmol) are dissolved in 5 ml THF, and the mixture is 100 ml 2-neck equipped with a magnetic bar. Stir in a round bottom flask for 15 minutes. Hexylamine (2.5 mg, 0.025 mmol) was added to the mixture and the flask was purged with N 2 gas for 30 minutes. The solution was stirred for 4 hours at room temperature under N 2 gas. The reaction was stopped by pouring the solution into hexane, and the precipitate was washed three times with hexane to remove excess hexylamine and DMPP. Colorless poly(DMAEMA 111- NIPAM 273 )-SH was redissolved in deionized water and then dried in a freeze dryer for further characterization.
<실시예 5> 코어-위성 나노구조체의 제조<Example 5> Preparation of core-satellite nanostructure
p(AAc-b-NIPAM)-SH의 티올 말단 기가 MNPs 표면에 대해 강한 친화도를 나타냄에 따라, p(AAc-b-NIPAM)-SH를 AuNPs에 부착시켰다. 요컨대, 탈이온수 중에 용해된 p(AAc-b-NIPAM)-SH 용액을 AuNPs 용액에 첨가하여 최종 농도가 0.858 μM이 되게 하고, 1시간 동안 교반하였다. 다음으로, 비접합된 p(AAc-b-NIPAM)-SH 및 다른 불순물을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 제거하였다. As the thiol end group of p(AAc- b- NIPAM)-SH showed strong affinity for the surface of MNPs, p(AAc- b- NIPAM)-SH was attached to the AuNPs. In short, a p(AAc- b- NIPAM)-SH solution dissolved in deionized water was added to the AuNPs solution so that the final concentration became 0.858 μM, and stirred for 1 hour. Next, unconjugated p(AAc-b-NIPAM)-SH and other impurities were removed by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes.
AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)를 제조하기 위해, CTAB-캡핑된 AuNRs을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였고, 2회 반복한 다음 탈이온수에 재현탁하였다. DMSO 중에 용해된 MGITC의 저장 용액을 최종 농도가 10-7 M인 AuNRs 용액에 첨가하고, 3.225 mM의 p(DMAEMA-b-NIPAM)-SH 용액을 상기 용액에 첨가하여 최종 농도가 8.58 μM이 되게 한 후, 2시간 동안 인큐베이션 하였다. 비접합된 MGITC 및 p(DMAEMA-b-NIPAM)-SH를 10,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 제거하고, 잔여 펠릿을 탈이온수 중에 재현탁하였다.To prepare AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), CTAB-capped AuNRs were centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes, repeated twice, and then resuspended in deionized water. A stock solution of MGITC dissolved in DMSO was added to the AuNRs solution with a final concentration of 10 -7 M, and a 3.225 mM p(DMAEMA-b-NIPAM)-SH solution was added to the solution so that the final concentration became 8.58 μM. After that, it was incubated for 2 hours. Unconjugated MGITC and p(DMAEMA-b-NIPAM)-SH were removed by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes, and the remaining pellet was resuspended in deionized water.
일련의 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)을 코어-위성 나노구조체의 형태로 제조하기 위해, 상이한 몰 농도 비율의 AuNPs/AuNRs을 사용하였다. 10 pM, 20 pM, 50 pM, 100 pM 및 400 pM의 5개의 상이한 농도의 AuNP를 176 pM의 동일한 AuNRs 농도 하에 사용하였다. 요컨대, 10 pM 내지 400 pM 범위의 5개의 상이한 농도의 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)을 176 pM의 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 용액에 첨가하고, 혼합물 용액을 부드럽게 뒤섞은 후 교반하지 않고 1시간 동안 유지시켰다. In order to prepare a series of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) in the form of a core-satellite nanostructure, AuNPs/AuNRs of different molar concentration ratios were used. Five different concentrations of AuNPs of 10 pM, 20 pM, 50 pM, 100 pM and 400 pM were used under the same AuNRs concentration of 176 pM. In short, 5 different concentrations of AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) ranging from 10 pM to 400 pM were added to 176 pM AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) solution, and the mixture solution was gently stirred. It was kept for 1 hour without stirring.
<실시예 6> 대전된 블록 중합체 및 나노구조체의 특성 분석<Example 6> Characterization of charged block polymers and nanostructures
폴리(DMAEMA) 및 p(DMAEMA-b-NIPAM)의 수 평균 분자량 (Mn), 중량 평균 분자량 (Mw) 및 다분산도 (PDI)를 굴절률 (RI) 검출기를 사용하고 Shodex GPC 컬럼 SB-804HQ (Shodex GPC 시스템-21; Showa Denko Co., 도쿄, 일본)가 장착된 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC) 1260 시리즈 장비 (Agilent Technologies, 팔로 알토, 캘리포니아주, 미국)를 사용하여 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)로 분석하였다. 20 ℃에서 0.1 M NaNO3 및 0.5 M CH3COOH의 수용액을 용리액으로서 0.5 ml/분의 유속에서 사용하였다. GPC 컬럼을 5,900 내지 200,000 g/mol의 범위의 저분산도 풀루란으로 보정하고 컬럼 온도를 20 ℃로 유지하였다. 폴리(AAc) 및 폴리(AAc-b-NIPAM)을 GPC 측정 전에 (트리메틸실릴)디아조메탄을 사용하여 변형하였다(McHale, R.; Aldabbagh, F.; Carroll, W. M.; Yamada, B., Polymerization of N-isopropylacrylamide in the presence of poly(acrylic acid) and poly(methacrylic acid) containing ω-unsaturated end-groups. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2007, 45 (18), 4394-4400.). 헥산 중의 (트리메틸실릴)디아조메탄 2.0 M 을 적하하여 첨가하기 전에 5 mg 폴리(AAc-b-NIPAM)을 THF:메탄올 (3:2)의 1 ml 혼합물 중에 용해하였다. 첨가 시, 기포가 생성되었고 용액은 자연스럽게 무색이 되었다. (트리메틸실릴)디아조메탄을 황색이 유지될 때까지 과량으로 첨가하였다. 용액을 실온에서 추가의 6시간 동안 계속해서 교반하였다. THF, 메탄올 및 과량의 메틸화제를 주위 온도에서 증발시키고 생성된 중합체성 막을 THF 중에 용해하였다. 이의 Mn, Mw 및 PDI를 고정상으로서 20℃로 유지된 Shodex GPC 컬럼 KF-804 (Shodex GPC 시스템-21; Showa Denko Co., 도쿄, 일본) 및 이동상으로서 1 ml/분의 유속의 THF가 장착되어 있는 동일한 GPC 시스템으로 분석하였다. GPC 컬럼을 3,180 내지 333,000 g/mol의 범위의 저분산도 폴리스티렌으로 보정하고 컬럼 온도를 20℃로 유지하였다. 400 MHz의 주파수에서 작동하는 1H 핵 자기 공명 (1H NMR) 기기 (AVANCE III 400, Bruker BioSpin AG, 팔란든, 스위스)를 사용하여 각각의 중합체의 블록 길이를 측정하였다. 폴리(AAc) 모노블록을 D2O 중에 용해시키는 동시에 폴리(AAc-b-NIPAM)을 5 mg/ml의 농도로 DMSO-D6 중에 용해하였다. 폴리(DMAEMA) 모노블록 및 폴리(DMAEMA-b-NIPAM)을 동일한 농도로 CDCl3 중에 용해하였다. 저임계 용액 온도 (LCST)를 펠티어 써모스타티드 (Peltier thermostatted) 온도 제어 및 0.5 ℃/분의 가열 속도를 갖는 UV-Vis 분광계 Cary-100 Bio (Varian Biotech, 미국)를 사용하여 350 nm에서 탁도 분석으로 특성분석하였다. LCST 지점을 MATLAB 프로그램 (SI)을 사용하여 계산하였으며, 이는 온도의 함수로서 흡광도의 1차 미분의 최고 값에 의해 결정된다. 농도 0.05 w/v %에서 상이한 pH 값을 갖는 PBS 또는 인산염 완충액 중에 블록 공중합체를 용해하여 샘플을 제조하였다. 트리티오카보네이트 기의 절단을 UV-Vis 분광계 (Shimadzu UV-1800 시리즈, 일본)를 통해 샘플의 UV 흡광도를 스캐닝하여 분석하였다. 폴리(AAc-b-NIPAM)-SH를 농도 0.5 w/v %로 pH 8.8의 10 mM 트리스 완충액 중에 용해시키고 폴리(DMAEMA-b-NIPAM)-SH를 농도 0.5 w/v %의 CHCl3 중에 용해하였다. 각각의 샘플을 200 내지 700 nm의 파장에서 스캐닝하였다. The number average molecular weight (M n ), weight average molecular weight (M w ) and polydispersity (PDI) of poly(DMAEMA) and p(DMAEMA- b- NIPAM) were determined using a refractive index (RI) detector and a Shodex GPC column SB- Gel Permeation Chromatography (HPLC) 1260 series equipment (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) equipped with 804HQ (Shodex GPC system-21; Showa Denko Co., Tokyo, Japan) GPC). An aqueous solution of 0.1 M NaNO 3 and 0.5 M CH 3 COOH at 20° C. was used as an eluent at a flow rate of 0.5 ml/min. The GPC column was calibrated with pullulan with a low dispersion in the range of 5,900 to 200,000 g/mol and the column temperature was maintained at 20°C. Poly(AAc) and poly(AAc- b- NIPAM) were modified with (trimethylsilyl)diazomethane prior to GPC measurement (McHale, R.; Aldabbagh, F.; Carroll, WM; Yamada, B., Polymerization) of N-isopropylacrylamide in the presence of poly(acrylic acid) and poly(methacrylic acid) containing ω-unsaturated end-groups.Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2007, 45 (18), 4394-4400.). Before adding 2.0 M of (trimethylsilyl) diazomethane in hexane dropwise, 5 mg poly(AAc- b- NIPAM) was dissolved in a 1 ml mixture of THF:methanol (3:2). Upon addition, air bubbles were formed and the solution naturally turned colorless. (Trimethylsilyl)diazomethane was added in excess until the yellow color remained. The solution was continued to stir at room temperature for an additional 6 hours. THF, methanol and excess methylating agent were evaporated at ambient temperature and the resulting polymeric membrane was dissolved in THF. Shodex GPC column KF-804 (Shodex GPC system-21; Showa Denko Co., Tokyo, Japan) maintained at 20°C as a stationary phase with its M n , M w and PDI and THF at a flow rate of 1 ml/min as a mobile phase It was analyzed with the same installed GPC system. The GPC column was calibrated with low-dispersity polystyrene in the range of 3,180 to 333,000 g/mol and the column temperature was maintained at 20°C. The block length of each polymer was measured using a 1 H nuclear magnetic resonance ( 1 H NMR) instrument (
AuNPs, AuNRs, AuNPs-p(AAc-b-NIPAM), AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM), 및 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 콜로이드성 용액 특성을 이해하기 위해, 동적 광 산란 (DLS) 및 제타 전위 측정을, 633 nm의 파장, 및 90°의 산란 각을 갖는 Ne-He 레이저가 장착된 Zeta sizer Nano ZS 기기 (Malvern Instruments, 멜버른, 영국)를 사용하여 수행하였다. 샘플을 탈이온수를 사용하여 10:1로 희석하였다. 투과 전자 현미경 (TEM) 이미지화를 탄소 (Ted Pella Inc. 미국)의 초박막 층으로 코팅된 구리 격자를 사용하여 200 kV의 가속 전압에서 작동하는 투과 전자 현미경 JEM-2100F FE-STEM (JEOL, 독일)을 사용하여 개별 및 복합체화된 나노구조체를 조사하였다. UV-Vis 흡광도 분광법을 사용하여 나노구조체의 광학 특성을 특성분석하였다. UV-Vis 흡광도 측정을 실온에서 중간 스캔 속도를 갖는 단일 10 스캔 모드에서 1 nm의 고정된 슬릿 폭을 갖는 UV-1800 (Shimadzu, 일본)을 사용하여 300 내지 1200 nm 파장에서 측정하였다. 또한, 현미경 시스템이 있는 라만 분광기 (Renishaw 2000, 레니쇼, 영국)를 사용하여 라만 측정을 수행하고 홀로그램 노치 필터를 사용하여 수집된 스펙트럼에서 레일리 선을 제거하였다. 633 nm에서 여기하는 He/Ne 레이저 빔을 사용하여 최대 레이저 파워에서 1초의 노출 시간으로 라만 리포터로서 MGITC를 여기시켰다. 레이저 지점을 20 X의 대물 렌즈에서 가시 광선을 사용하여 모세관에 초점을 맞췄다.Colloids of AuNPs, AuNRs, AuNPs-p (AAc-b-NIPAM), AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), and AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) To understand the properties of the solution, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential measurements were taken on a Zeta sizer Nano ZS instrument equipped with a Ne-He laser with a wavelength of 633 nm and a scattering angle of 90° (Malvern Instruments, Melbourne). , UK). The sample was diluted 10:1 with deionized water. Transmission electron microscopy (TEM) imaging was performed on a transmission electron microscope JEM-2100F FE-STEM (JEOL, Germany) operating at an acceleration voltage of 200 kV using a copper grating coated with an ultra-thin layer of carbon (Ted Pella Inc. USA). Were used to investigate individual and complexed nanostructures. The optical properties of the nanostructures were characterized using UV-Vis absorbance spectroscopy. UV-Vis absorbance measurements were measured at 300 to 1200 nm wavelength using a UV-1800 (Shimadzu, Japan) with a fixed slit width of 1 nm in a single 10 scan mode with an intermediate scan rate at room temperature. In addition, Raman measurements were performed using a Raman spectroscopy with a microscope system (Renishaw 2000, Renishaw, UK) and Rayleigh lines were removed from the collected spectra using a holographic notch filter. The MGITC was excited as a Raman reporter with an exposure time of 1 second at maximum laser power using a He/Ne laser beam excited at 633 nm. The laser spot was focused on the capillary using visible light from a 20X objective.
SERS 나노프로브로서 새로운 부류의 자극-반응성 플라스모닉 코어-위성 나노구조체인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 제조를 위한 개략도를 도 1에 나타냈다. 도 1 (a)는 티올 결합을 통한 음으로 대전된 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 양으로 대전된 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 합성을 나타낸다. 음으로 대전된 폴리(AAc) 또는 양으로 대전된 폴리(DMAEMA) 및 열-반응성 폴리(NIPAM) 블록으로 이루어진 2개의 상이한 다이블록 공중합체를 RAFT 중합화에 의해 제조한 후, 아미노분해하여 다이블록 공중합체 각각의 말단에 티올 기를 갖도록 하였다. 티올-말단을 포함하는 p(AAc-b-NIPAM)의 음으로 대전된 다이블록 공중합체를 AuNPs에 접합시키는 한편, 양으로 대전된 p(DMAEMA-b-NIPAM)을 MGITC-표지된 AuNR에 접합하였다. MGITC 분자를 라만 리포터로서 도입하였다. 도 1 (b)는 도 1 (c)의 TEM 이미지에 도시된 바와 같이 p(AAc-b-NIPAM) 및 p(DMAEMA-b-NIPAM)의 반대로 대전된 다이블록 공중합체 사이의 고분자전해질 복합체화를 통한 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 자극-반응성 플라스모닉 코어-위성의 형성을 나타낸다. 우리는 비-공유 정전기적 상호작용이 개별적인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)이 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)을 코어-위성 나노구조체의 형태로 형성하기 위해 제어된 방식으로 조립하게 한다는 것을 알았다. 또한, 코어-위성 나노구조체 내에서 고분자전해질 복합체의 p(NIPAM) 블록이 열적으로 트리거되어 수축되면 코어로서 AuNRs과 껍질 (shell)로서 AuNPs 사이의 간극을 극적으로 감소시켰다. 이는 AuNPs와 AuNRs 사이의 간극에서 증가된 전기장 때문에 개별적인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 것과 비교하여 플라스모닉 코어-위성의 SERS 강도를 크게 향상시킬 수 있었다. 이러한 코어-위성 나노구조체는 고분자전해질 복합체의 수화된 형태에서의 팽창된 상태에서 탈수된 형태에서의 수축된 상태로의 가역적 상 전이를 통해 스마트 SERS 나노탐침으로서 전자기 커플링의 온도 의존적인 유도를 할 수 있었다. 따라서, 코어와 위성의 입자 간 간극은 LCST 초과로 감소하였고, 이는 도 1 (d)의 라만 스펙트럼에서 볼 수 있듯이 SERS 강도를 매우 증가시켰다.A schematic diagram for the preparation of a new class of stimulation-responsive plasmonic core-satellite nanostructures AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) as SERS nanoprobes is shown in FIG. 1. . Figure 1 (a) shows the synthesis of negatively charged AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) and positively charged AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) through thiol bonding. Two different diblock copolymers consisting of negatively charged poly(AAc) or positively charged poly(DMAEMA) and heat-reactive poly(NIPAM) blocks were prepared by RAFT polymerization, followed by aminolysis to diblock It was made to have a thiol group at each end of the copolymer. Negatively charged diblock copolymer of p (AAc-b-NIPAM) containing thiol-terminus was conjugated to AuNPs, while positively charged p (DMAEMA-b-NIPAM) was conjugated to MGITC-labeled AuNR I did. The MGITC molecule was introduced as a Raman reporter. Figure 1 (b) is a polymer electrolyte complex between the oppositely charged diblock copolymer of p (AAc-b-NIPAM) and p (DMAEMA-b-NIPAM) as shown in the TEM image of Figure 1 (c) The stimulation of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) through the formation of a plasmonic core-satellite is shown. We found that the non-covalent electrostatic interactions were individual AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) and AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) and AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA- b-NIPAM) was found to be assembled in a controlled manner to form a core-satellite nanostructure. In addition, when the p(NIPAM) block of the polymer electrolyte complex was thermally triggered and contracted in the core-satellite nanostructure, the gap between AuNRs as cores and AuNPs as shells was dramatically reduced. This significantly improves the SERS intensity of the plasmonic core-satellite compared to that of the individual AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) and AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) due to the increased electric field in the gap between AuNPs and AuNRs. I could have it. These core-satellite nanostructures are smart SERS nanoprobes that can induce temperature-dependent induction of electromagnetic coupling through the reversible phase transition from the expanded state in the hydrated form of the polymer electrolyte complex to the contracted state in the dehydrated form. Could Therefore, the gap between the particles of the core and the satellite was reduced to exceed the LCST, which greatly increased the SERS intensity as seen in the Raman spectrum of FIG. 1 (d).
도 2는 (A) 음으로 대전된 폴리(AAc-b-NIPAM) 다이블록 공중합체 및 (B) 양으로 대전된 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 다이블록 공중합체의 제조를 위한 화학 반응식을 나타낸다. 2개의 상이한 종류의 열반응성 다이블록의 p(AAc-b-NIPAM) 및 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 다이블록 공중합체를 CTA로서 CDTPA 및 개시제로서 AIBN을 사용하여 연속적인 RAFT 중합화에 의해 합성하였다. CDTPA는 트리티오카보네이트-유형 CTA이며, 이는 부가-단편화 단계 동안 안정한 3차 탄소를 제공하여 중합화를 능숙하게 제어할 수 있다. 다음으로, 폴리(DMAEMA) 및 폴리(AAc) 동종중합체를 거대-CTA로서 사용하여 다이블록 공중합체를 제조하였다. 모노블록 및 다이블록 공중합체 합성을 위한 실험적인 조건 및 이의 중합체 특성분석을 표 1에 나타냈다. Figure 2 shows a chemical reaction formula for the preparation of (A) negatively charged poly (AAc-b-NIPAM) diblock copolymer and (B) positively charged poly (DMAEMA-b-NIPAM) diblock copolymer. . Synthesis of two different types of thermally reactive diblock p(AAc-b-NIPAM) and poly(DMAEMA-b-NIPAM) diblock copolymers by continuous RAFT polymerization using CDTPA as CTA and AIBN as initiator. I did. CDTPA is a trithiocarbonate-type CTA, which provides a stable tertiary carbon during the addition-fragmentation step, allowing skillful control of polymerization. Next, a diblock copolymer was prepared using poly(DMAEMA) and poly(AAc) homopolymers as macro-CTA. Experimental conditions for the synthesis of monoblock and diblock copolymers and their polymer characterization are shown in Table 1.
[표 1][Table 1]
도 3은 (A, C) 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 및 (B, D) 폴리(AAc-b-NIPAM)의 (A, B) 1H NMR 및 (C, D) GPC 플롯을 나타낸다. 폴리(NIPAM)의 아미드 양성자에 기인한 δ ∼ 6 - 7 ppm (CDCl3 중에서) 및 δ ∼ 7 - 8 ppm (DMSO-d6 중에서)의 피크는 RAFT 중합화를 통해 거대-CTA로서 폴리(AAc) 또는 폴리(DMAEMA)로부터 폴리(NIPAM) 블록의 연속적인 합성을 나타낸다. 또한, GPC 추적은 폴리(NIPAM) 블록이 제어된 방식으로 합성되었음을 나타낸다. 3 shows (A, B) 1 H NMR and (C, D) GPC plots of (A, C) poly(DMAEMA-b-NIPAM) and (B, D) poly(AAc-b-NIPAM). Peaks of δ-6-7 ppm (in CDCl3) and δ-7-8 ppm (in DMSO-d6) due to the amide proton of poly(NIPAM) are poly(AAc) or as macro-CTA via RAFT polymerization It shows the continuous synthesis of poly(NIPAM) blocks from poly(DMAEMA). In addition, GPC tracking indicates that the poly(NIPAM) block was synthesized in a controlled manner.
도 4는 이의 자극-반응성 예컨대 LCST 거동 및 자가-조립된 미셀의 유체역학적 반경을 특성분석하기 위한 온도 함수로서 (A) 폴리(DMAEMA-b-NIPAM) 및 (B) 폴리(AAc-b-NIPAM)의 (A, B) UV 흡수- 및 DLS 프로파일을 나타낸다. 폴리(AAc-b-NIPAAM) 및 폴리(DMAEMA-b-NIPAAM) 둘 모두는 폴리(NIPAM) 블록으로 인해 열-반응성이었다. UV 분광법 및 DLS로 수득한 상 전이 거동의 시작 온도는 가열 속도의 차이로 인한 차이를 보여준다. 표 1에 나타난 바와 같이, 폴리(DMAEMA111) 모노블록의 LCST 는 67.3 ℃ 이었으며, 그 이유는 폴리(DMAEMA)가 50℃ 초과의 전이 온도를 갖는 열-반응성 중합체이기 때문이다. 또한, 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273)의 LCST는 제 1 및 제2 LCST에 대해 35.4 ℃ 및 71℃였고, 각각 폴리(NIPAM) 및 폴리(DMAEMA) 둘 모두의 2개의 상이한 상 전이 거동을 나타낸다. 폴리(NIPAM)의 폴리(DMAEMA)로의 다이블록 구조 형태로의 혼입은 폴리(DMAEMA)의 전이 온도가 더 높은 값을 갖도록 하였으며, 이는 폴리(DMAEMA)가 보다 친수성이 되었음을 나타낸다. 폴리(AAc166-b-NIPAM162)의 전이 온도는 38.1℃였다. LCST 초과로 온도가 증가함에 따라, 폴리(NIPAM) 블록이 응집되기 때문에 폴리(AAc166-b-NIPAM162) 및 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273)은 미셀 구조로 자가 조립되었다. 37℃에서 PBS 중의 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273) 및 폴리(AAc166-b-NIPAM162) 미셀의 유체역학 반경은 각각 91 ± 0.4 nm 및 103 ± 3 nm이었다. 도 4 (C) 및 (D)는 아미노분해 전후의 폴리(DMAEMA111-b-NIPAM273) 및 폴리(AAc166-b-NIPAM162)의 UV 프로파일을 나타낸다. 약 307 nm에서의 트리티오카보네이트 기의 흡수 피크는 아미노분해 후에 크게 감소하였다. 4 shows (A) poly(DMAEMA-b-NIPAM) and (B) poly(AAc-b-NIPAM) as a function of temperature for characterizing their stimulus-responsiveness such as LCST behavior and hydrodynamic radius of self-assembled micelles. ) (A, B) UV absorption- and DLS profiles are shown. Both poly(AAc-b-NIPAAM) and poly(DMAEMA-b-NIPAAM) were heat-reactive due to the poly(NIPAM) block. The onset temperature of the phase transition behavior obtained by UV spectroscopy and DLS shows the difference due to the difference in heating rate. As shown in Table 1, the LCST of the poly(DMAEMA111) monoblock was 67.3°C, because poly(DMAEMA) is a heat-reactive polymer having a transition temperature of more than 50°C. In addition, the LCST of poly(DMAEMA111-b-NIPAM273) was 35.4°C and 71°C for the first and second LCST, showing two different phase transition behaviors of both poly(NIPAM) and poly(DMAEMA), respectively. The incorporation of poly(NIPAM) into poly(DMAEMA) in the form of a diblock structure caused the transition temperature of poly(DMAEMA) to have a higher value, indicating that poly(DMAEMA) became more hydrophilic. The transition temperature of poly(AAc166-b-NIPAM162) was 38.1°C. As the temperature increased above LCST, poly(AAc166-b-NIPAM162) and poly(DMAEMA111-b-NIPAM273) self-assembled into micelle structures because poly(NIPAM) blocks agglomerated. The hydrodynamic radii of poly(DMAEMA111-b-NIPAM273) and poly(AAc166-b-NIPAM162) micelles in PBS at 37° C. were 91±0.4 nm and 103±3 nm, respectively. 4(C) and (D) show the UV profiles of poly(DMAEMA111-b-NIPAM273) and poly(AAc166-b-NIPAM162) before and after aminolysis. The absorption peak of the trithiocarbonate group at about 307 nm decreased significantly after aminolysis.
도 5는 AuNR, AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p(AAc-b-NIPAM), 및 AuNP-p(AAc-b-NIPAM) 대 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 상이한 몰 농도를 갖는 코어-위성 나노구조체의 AuNP-p(AAc-b-NIPAM)-AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 UV-Vis 흡수 스펙트럼 및 유체역학 직경을 나타낸다. 10 pM, 20 pM, 50 pM, 100 pM 및 400 pM의 5개의 상이한 농도의 AuNP를 사용하였고, 동시에 AuNR 농도를 176 pM으로 유지하였다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, AuNP의 여기 스펙트럼은 p(AAc-b-NIPAM) 결합 시 발생하였다. 520 nm 에서 시트레이트-캡핑된 AuNPs의 UV-vis 흡수 스펙트럼이 적색으로 이동되어 524 nm였으며, 이는 티올 결합을 통해 AuNPs에 성공적으로 부착되었음을 뒷받침한다. 도 5(b)는 AuNR의 종방향의 LSPR 피크의 911 nm에서 908 nm로의 청색-이동을 나타낸다. AuNP 및 AuNP-p(AAc-b-NIPAM)의 평균 직경은 도 5(c)에 나타난 바와 같이 각각 29.5 ± 0.2 nm 및 35.9 ± 1.0 nm 였다. 또한, AuNRs의 횡축의 평균 직경은 98.3 ± 20.6 nm에서 295.5 ± 23.2 nm로 이동하였고, 종축의 평균 직경은 p(DMAEMA-b-NIPAM)의 양으로 대전된 AuNRs로의 도입에 의해 9.1 ± 11.1 nm에서 59.4 ± 1.8 nm로 증가하였다. 도 5 (e) 및 (f)는 AuNP 대 AuNR의 다양한 몰 농도 비율을 갖는 UV-Vis 흡수 스펙트럼 및 유체역학 직경을 나타낸다. 코어로서 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)를 갖는 위성으로서의 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)의 고분자전해질 복합체화가 (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284:1, (IV) 0.568:1 및 (V) 2.273:1의 AuNPs 대 AuNRs의 상이한 몰 농도 비율로 인큐베이션 할 때 발생하였다. 정전기적 상호작용을 통한 이러한 복합체화된 나노구조체를 "플라스모닉 코어-위성 나노구조체"로 명명하였다. AuNPs 농도가 증가함에 따라, 종방향 LSPR 피크가 점차 적색 쪽으로 이동하였고, 평균 크기가 증가하였다. 표 2는 AuNR, AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p(AAc-b-NIPAM), 및 AuNP 대 AuNR의 상이한 몰 비율을 갖는 AuNP-p(AAc-b-NIPAM)-AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 유체역학 직경을 나타낸다.5 is Different of AuNR, AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p (AAc-b-NIPAM), and AuNP-p (AAc-b-NIPAM) versus AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) It shows the UV-Vis absorption spectrum and hydrodynamic diameter of AuNP-p (AAc-b-NIPAM)-AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) of the core-satellite nanostructure having a molar concentration. Five different concentrations of AuNPs of 10 pM, 20 pM, 50 pM, 100 pM and 400 pM were used, while maintaining the AuNR concentration at 176 pM. As shown in Figure 5 (a), the excitation spectrum of AuNP was generated when p (AAc-b-NIPAM) binding. The UV-vis absorption spectrum of the citrate-capped AuNPs at 520 nm shifted to red to 524 nm, which supports the successful attachment to AuNPs through thiol bonding. 5(b) shows the blue-shift of the LSPR peak in the longitudinal direction of AuNR from 911 nm to 908 nm. The average diameters of AuNP and AuNP-p (AAc-b-NIPAM) were 29.5 ± 0.2 nm and 35.9 ± 1.0 nm, respectively, as shown in FIG. 5(c). In addition, the average diameter of the horizontal axis of AuNRs shifted from 98.3 ± 20.6 nm to 295.5 ± 23.2 nm, and the average diameter of the vertical axis was at 9.1 ± 11.1 nm by the introduction of positively charged AuNRs of p (DMAEMA-b-NIPAM). Increased to 59.4 ± 1.8 nm. 5 (e) and (f) show UV-Vis absorption spectra and hydrodynamic diameters with various molar ratios of AuNP to AuNR. Polymer electrolyte complexation of AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) as a satellite with AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM) as a core (I) 0.057:1, (II) 0.114:1, (III) 0.284: 1, (IV) 0.568:1 and (V) 2.273:1 occurred when incubating with different molar ratios of AuNPs to AuNRs. These complexed nanostructures through electrostatic interactions were termed “plasmonic core-satellite nanostructures”. As the AuNPs concentration increased, the longitudinal LSPR peak gradually shifted toward red, and the average size increased. Table 2 shows AuNR, AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM), AuNP, AuNP-p (AAc-b-NIPAM), and AuNP-p (AAc-b-NIPAM) with different molar ratios of AuNP to AuNR- Shows the hydrodynamic diameter of AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM).
[표 2][Table 2]
도 6(a)는 176pM의 AuNR-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 동일한 조건 하에 AuNP-p(AAc-b-NIPAM) 농도를 0 pM에서 400 pM로 증가시키면 라만 리포터로서 MGITC의 SERS 강도가 보다 높아짐을 보여주며, 이는 AuNP 농도가 정전기적 상호작용을 통해 AuNR 주위의 AuNPs의 특정 조립 정도와 직접적으로 관련이 있음을 시사한다. 코어-위성 나노구조체로서 이러한 복합화된 나노구조체는 잠재적으로 AuNPs와 AuNRs 사이의 틈새에서 전기장의 향상으로 인해 개별적인 AuNR과 비교하여 매우 향상된 SERS 강도를 나타냈다. 그러나, 400 pM의 AuNPs에서 감소된 SERS 강도가 관찰되었으며, 이는 잠재적으로 복합체 나노구조체의 부분적인 침전에 기인한다. 도 6(b)는 복합체화된 나노구조체의 SERS 신호의 온도-유도된 향상을 나타낸다. 도 6(c) 내지 (g)에 나타난 바와 같이, LCST 초과의 물 중에서 폴리(AAc-b-NIPAM) 및 폴리(DMAEMA-b-NIPAM)의 폴리(NIPAM) 블록의 온도-트리거된 수축이 LCST 미만에서 관찰된 것보다 높은 SERS 스펙트럼을 생성시켰으며, 이는 잠재적으로 AuNP와 AuNR 사이의 간극이 감소했기 때문이다. 특히, AuNP 대 AuNR의 몰 농도 비율이 (IV) 0.568:1 및 (V) 2.273:1일 때 SERS 강도의 현저한 향상은 없었다. 이는 LCST 초과에서 복합체 나노구조체의 낮은 콜로이드성 안전성 때문이었고, 비가역적 응집이 발생했기 때문이다. 이러한 관찰은 도 6(h) 및 표 2에 나타난 바와 같이 ξ-전위 값과 잘 일치한다.Figure 6(a) shows the SERS intensity of MGITC as a Raman reporter when the concentration of AuNP-p (AAc-b-NIPAM) is increased from 0 pM to 400 pM under the same conditions of 176 pM AuNR-p (DMAEMA-b-NIPAM). Higher, suggesting that the AuNP concentration is directly related to the specific degree of assembly of AuNPs around AuNR through electrostatic interactions. As core-satellite nanostructures, these complexed nanostructures exhibited significantly improved SERS strength compared to individual AuNRs, potentially due to the enhancement of the electric field in the gap between AuNPs and AuNRs. However, a reduced SERS intensity was observed at 400 pM AuNPs, potentially due to partial precipitation of the composite nanostructures. 6(b) shows the temperature-induced enhancement of the SERS signal of the complexed nanostructure. 6(c) to (g), the temperature-triggered shrinkage of the poly(NIPAM) block of poly(AAc-b-NIPAM) and poly(DMAEMA-b-NIPAM) in water exceeding LCST is LCST It produced a higher SERS spectrum than was observed at <below, because the gap between AuNP and AuNR was potentially reduced. In particular, when the molar ratio of AuNP to AuNR was (IV) 0.568:1 and (V) 2.273:1, there was no significant improvement in SERS strength. This was due to the low colloidal stability of the composite nanostructure above the LCST, and because irreversible aggregation occurred. This observation is in good agreement with the ξ-potential value as shown in Fig. 6(h) and Table 2.
도 7은 상이한 배율에서 AuNPs 및 AuNRs의 TEM 이미지를 나타낸다. 코어-위성 나노구조체로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 일련의 복합체화된 나노구조체를 도 8에 나타냈다. AuNRs 상의 AuNPs의 밀도는 AuNP/AuNR 몰 비가 0.057:1에서 0.114:1로 증가한 다음 0.284:1로 증가했다. 7 shows TEM images of AuNPs and AuNRs at different magnifications. A series of complexed nanostructures of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) as core-satellite nanostructures are shown in FIG. 8. The density of AuNPs on AuNRs increased to 0.284:1 after the AuNP/AuNR molar ratio increased from 0.057:1 to 0.114:1.
<실시예 7> 항체와 코어-위성 나노구조체 및 자성 비드의 바이오접합<Example 7> Bioconjugation of antibody and core-satellite nanostructure and magnetic beads
AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 및 자성 비드 (magnetic beads, MBs)의 코어-위성 나노구조체를 면역글로불린 G (IgG)에 대한 2개의 상이한 셋트의 단클론 항체 (mAb) 및 다클론 항체 (pAb)와 각각 개별적으로 접합시켰다. 첫 번째로, 항-인간 IgG 다클론 항체 (항-인간 IgG pAb)와 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 카복실 기와의 바이오접합을 아미드 커플링 반응을 통해 수행하였다. 이러한 접합 반응은 EDC 및 설포-NHS 화학에 기초하였다. 요컨대, 1.0 mg/ml의 항-인간 IgG pAb 5 μl을 pH 7.4의 10 mM의 PBS 중의 1 mM의 EDC 및 1 mM의 설포-NHS와 함께 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)에 첨가하고, 1시간 동안 교반하였다. 항-인간 IgG pAb-접합된 나노구조체를 3,000 rpm에서 원심분리하여 세척하고 PBS로 재현탁하였다. 또한, MB를 항-인간 IgG 단클론 항체 (항-인간 IgG mAb)와 화학적으로 접합하였다. 전형적인 실험에서, 균질하게 현탁된 MB를 5.0 mM의 EDC 및 5.0 mM의 설포-NHS와 혼합하고 1시간 동안 교반하였다. 2.96 mg/ml의 항-인간 IgG mAb 용액을 100 μL의 PBS 완충액 중에 희석한 다음 7.4 μg/ml의 최종 농도까지 적하 방식으로 MB 용액에 서서히 첨가한 후, 1시간 동안 교반하였다. 비접합된 항-인간 IgG를 자기장을 사용하여 분리하고, IgG 의 SERS-기반 바이오센싱을 위해 항-인간 IgG mAb-접합된 MB를 PBS 로 재현탁하였다.AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) And core-satellite nanostructures of magnetic beads (MBs) were individually conjugated with two different sets of monoclonal antibodies (mAb) and polyclonal antibodies (pAb) against immunoglobulin G (IgG), respectively. First, bioconjugation of the carboxyl group of anti-human IgG polyclonal antibody (anti-human IgG pAb) and AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) was amide coupling. It was carried out through the reaction. This conjugation reaction was based on EDC and sulfo-NHS chemistry. In short, 5 μl of 1.0 mg/ml anti-human IgG pAb was added to AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p with 1 mM EDC and 1 mM Sulfo-NHS in 10 mM PBS, pH 7.4. (DMAEMA-b-NIPAM) was added and stirred for 1 hour. Anti-human IgG pAb-conjugated nanostructures were washed by centrifugation at 3,000 rpm and resuspended in PBS. In addition, MB was chemically conjugated with an anti-human IgG monoclonal antibody (anti-human IgG mAb). In a typical experiment, homogeneously suspended MB was mixed with 5.0 mM EDC and 5.0 mM Sulfo-NHS and stirred for 1 hour. 2.96 mg/ml of anti-human IgG mAb solution was diluted in 100 μL of PBS buffer and then slowly added dropwise to the MB solution to a final concentration of 7.4 μg/ml, followed by stirring for 1 hour. Unconjugated anti-human IgG was separated using a magnetic field, and anti-human IgG mAb-conjugated MB was resuspended in PBS for SERS-based biosensing of IgG.
<실시예 8> IgG의 SERS-기반 바이오센싱<Example 8> SERS-based biosensing of IgG
항-인간 IgG pAb-접합된 코어-위성 나노구조체인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)을 표적 단백질인 IgG 의 정량적 분석을 위한 SERS 나노태그로서 사용하였다. 다른 한편으로는, 항-인간 IgG mAb와 접합된 MB를 사용하여 샌드위치형 면역복합체의 형성을 통한 분리 도구로서 면역복합체를 특이적으로 단리하였다. 우선, 항-인간 IgG mAb-접합된 MB를 0.083 μg/ml 내지 83 ng/ml 범위의 4가지 상이한 농도의 IgG를 함유하는 완충 용액에 첨가하고 1시간 동안 인큐베이션 하였다. 이어서, 표적 단백질을 외부 자기장으로 세척하고 신선한 PBS 완충액으로 재현탁하였다. 이어서, SERS 나노탐침으로서 항-인간 IgG pAb-접합된 코어-위성 나노구조체를 면역복합체에 첨가하고, 1시간 동안 인큐베이션하여 자성 비드, IgG 및 SERS 나노탐침으로 이루어진 샌드위치형 면역복합체의 형성을 유도하였다. 비부착된 SERS 나노탐침을 자기장을 사용하여 제거하여고 생성된 샌드위치형 면역복합체를 SERS 측정을 위해 PBS로 재현탁하였다. 대조 실험을 또한 표적으로 IgG 없이 수행하였다.Anti-human IgG pAb-conjugated core-satellite nanostructure, AuNPs-p (AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), as a SERS nanotag for quantitative analysis of target protein IgG I did. On the other hand, immunocomplexes were specifically isolated as a separation tool through the formation of sandwich-type immunocomplexes using MB conjugated with anti-human IgG mAb. First, anti-human IgG mAb-conjugated MB was added to a buffer solution containing four different concentrations of IgG ranging from 0.083 μg/ml to 83 ng/ml and incubated for 1 hour. Subsequently, the target protein was washed with an external magnetic field and resuspended in fresh PBS? buffer. Subsequently, as a SERS nanoprobe, an anti-human IgG pAb-conjugated core-satellite nanostructure was added to the immunocomplex, and incubated for 1 hour to induce the formation of a sandwich-type immunocomplex consisting of magnetic beads, IgG, and SERS nanoprobes. . The unattached SERS nanoprobe was removed using a magnetic field, and the resulting sandwich-type immunocomplex was resuspended in PBS for SERS measurement. Control experiments were also performed without IgG as target.
SERS 나노프로브로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 복합체화된 나노구조체를, 도 9(a)에 나타난 바와 같이 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 표면 상에 존재하는 -COOH 기를 활성화시켜 항-인간 IgG pAb에 화학적으로 접합시켰다. 유사하게, 정제 도구로서 자성비드(MB)를 보고된 바와 같이 (Ali, A.; Hwang, E. Y.; Choo, J.; Lim, D. W., Nanoscale graphene oxide-induced metallic nanoparticle clustering for surface-enhanced Raman scattering-based IgG detection. Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 255 (Part 1), 183-192. ) IgG의 존재 하에 샌드위치형 면역복합체의 형성을 위해 중합체 쇄 상에 남아있는 -COOH 기를 사용하여 항-인간 IgG mAb에 접합시켰다. 도 9(b)는 면역복합체가 2 단계 공정을 통해 생성되는 방법의 개략도를 도시한다. 먼저, 항-인간 IgG mAb-접합된 MB를 인간 IgG 용액과 혼합하여 모델로서 IgG를 특이적으로 포획하고, 항-인간 IgG mAb-접합된 MB와 IgG 사이의 복합체를 자기장을 사용하여 분리한 다음 상기 용액을 세척하고 재현탁하였다. 두 번째로, 준비된 복합체를 SERS 나노탐침으로서 항-인간 IgG pAb-접합된 코어-위성 나노구조체 와 추가로 혼합하였다. 항-인간 IgG pAb-접합된 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM), IgG 및 항-인간 IgG mAb-접합된 MB는 특이적 분자 상호작용을 통해 항-IgG pAb, IgG, 및 항-IgG mAb 사이에서 샌드위치형 면역복합체를 형성하였다. 샌드위치형 면역복합체를 자기장을 사용하여 분리하고, IgG 농도에 정비례하는 라만 강도를 발생시켰다. 도 9(c)는 면역복합체가 자기장에 의해 분리될 때 IgG 농도의 함수로서 3차 면역복합체의 상대적인 라만 스펙트럼 및 라만 강도를 나타낸다. IgG 농도가 증가함에 따라, 면역복합체의 라만 강도가 증가하였다. 반면, 대조 실험으로서 IgG가 없을 때 무시할 수 있을 정도의 라만 강도가 관찰되었으며, 그 이유는 IgG 가 없이는 면역복합체가 형성되지 않았기 때문이다. 3차 면역복합체의 라만 강도는 IgG와 선형적으로 상관되어 이의 SERS 신호가 IgG 농도에 정비례함을 의미한다. SERS 나노탐침으로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 장점 중 하나는 용액 중의 SERS 나노탐침, 바이오마커 및 MB 사이의 신속한 분자 상호작용을 가능케 한다는 것이며, 이는 SERS-기반 바이오센싱을 위한 임의의 광표백 및 긴 분석 시간이 없는 높은 민감도를 보여준다.As a SERS nanoprobe, the complexed nanostructures of AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) and AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), as shown in Fig. 9 (a), were AuNPs-p (AAc-b- NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) It was chemically conjugated to anti-human IgG pAb by activating the -COOH group present on the surface. Similarly, magnetic beads (MB) as a refining tool were reported as (Ali, A.; Hwang, EY; Choo, J.; Lim, DW, Nanoscale graphene oxide-induced metallic nanoparticle clustering for surface-enhanced Raman scattering- based IgG detection.Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 255 (Part 1), 183-192.) Anti-human IgG using -COOH groups remaining on the polymer chain for the formation of sandwich-type immunocomplexes in the presence of IgG Conjugated to mAb. 9(b) shows a schematic diagram of a method in which an immunocomplex is produced through a two-step process. First, the anti-human IgG mAb-conjugated MB was mixed with a human IgG solution to specifically capture IgG as a model, and the complex between the anti-human IgG mAb-conjugated MB and the IgG was separated using a magnetic field. The solution was washed and resuspended. Second, the prepared complex was further mixed with an anti-human IgG pAb-conjugated core-satellite nanostructure as a SERS nanoprobe. Anti-human IgG pAb-conjugated AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM), IgG, and anti-human IgG mAb-conjugated MBs are anti-conjugated through specific molecular interactions. A sandwich type immunocomplex was formed between -IgG pAb, IgG, and anti-IgG mAb. The sandwich-type immunocomplex was isolated using a magnetic field, and Raman intensity was generated which is directly proportional to the IgG concentration. 9(c) shows the relative Raman spectrum and Raman intensity of the tertiary immunocomplex as a function of the IgG concentration when the immunocomplex is separated by a magnetic field. As the IgG concentration increased, the Raman intensity of the immunocomplex increased. On the other hand, as a control experiment, a negligible Raman intensity was observed in the absence of IgG, because the immune complex was not formed without IgG. The Raman intensity of the tertiary immunocomplex was linearly correlated with IgG, indicating that its SERS signal is directly proportional to the IgG concentration. One of the advantages of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) as a SERS nanoprobe is that it enables rapid molecular interactions between SERS nanoprobes, biomarkers and MBs in solution. , Which shows high sensitivity without any photobleaching and long assay times for SERS-based biosensing.
본 발명에서는 정전기적 상호작용을 통해 양으로 대전된, 열-반응성 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) 및 음으로 대전된, 열-반응성 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)으로 이루어진 형상-맞춤형 플라스모닉 코어-위성 나노구조체를 보여주었다. 음으로 대전된 폴리(AAc) 또는 양으로 대전된 폴리(DMAEMA) 및 열-반응성 폴리(NIPAM)의 2개의 상이한 다이블록 공중합체를 RAFT 중합화에 의해 제조한 다음 아미노분해하여 각각의 다이블록 공중합체의 티올 말단 기를 갖도록 하였다. 티올-말단을 함유하는 이러한 다이블록 공중합체를 티올 결합을 통해 AuNRs 또는 AuNPs에 부착시켜 음으로 대전된 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 양으로 대전된 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)을 형성하였다. 코어-위성 나노구조체로서 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)의 복합체화된 나노구조체는 개별적인 AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) 및 AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM)과 비교하여 매우 향상된 물리화학적 및 광학적 성능을 나타냈으며, 이는 잠재적으로 AuNP와 AuNR 사이의 틈새에서 전기장의 향상에 기인한다. 결론적으로, 이러한 코어-위성 나노구조체는 단일-분자 인식, 플라스모닉, 및 바이오센싱과 같은 생물의학 응용을 갖는다.In the present invention, a shape consisting of positively charged, heat-reactive AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) and negatively charged, heat-reactive AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) through electrostatic interaction- Custom plasmonic core-satellite nanostructures were shown. Two different diblock copolymers of negatively charged poly (AAc) or positively charged poly (DMAEMA) and heat-reactive poly (NIPAM) were prepared by RAFT polymerization, followed by aminolysis to obtain each diblock copolymer. It was made to have the thiol end group of the coalescence. By attaching this diblock copolymer containing a thiol-terminus to AuNRs or AuNPs through thiol bonds, negatively charged AuNPs-p (AAc-b-NIPAM) and positively charged AuNRs-p (DMAEMA-b-NIPAM) ) Was formed. As core-satellite nanostructures, the complexed nanostructures of AuNPs-p(AAc-b-NIPAM)-AuNRs-p(DMAEMA-b-NIPAM) are individual AuNPs-p(AAc-b-NIPAM) and AuNRs-p( DMAEMA-b-NIPAM) showed significantly improved physicochemical and optical performance, potentially due to the enhancement of the electric field in the gap between AuNP and AuNR. In conclusion, these core-satellite nanostructures have biomedical applications such as single-molecule recognition, plasmonics, and biosensing.
Claims (19)
티올 말단기를 가지는 음으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체가 접합된 금속 나노입자의 위성 구조;
로 구성된 자극 반응성 코어-위성 나노구조체로서,
상기 자극반응성 코어-위성 나노구조체는,
상기 금속 나노막대에 접합된 양으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체와 금속 나노입자에 접합된 음으로 대전된 고분자의 다이블록 공중합체 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 형성되는 것인, 자극반응성 코어-위성 나노구조체.
A core structure of a metal nanorod in which a diblock copolymer composed of a positively charged polymer block having a thiol end group and a stimulus-reactive polymer block are bonded to each other; And
A satellite structure of metal nanoparticles in which a negatively charged polymer block having a thiol end group and a diblock copolymer composed of a stimulation-reactive polymer block are bonded;
As a stimulus-responsive core-satellite nanostructure composed of,
The stimulation-responsive core-satellite nanostructure,
A stimulation-responsive core formed through an electrostatic interaction between a diblock copolymer of a positively charged polymer bonded to the metal nanorod and a diblock copolymer of a negatively charged polymer bonded to a metal nanoparticle -Satellite nanostructures.
상기 양으로 대전된 고분자 블럭은, 알릴아민(allyamine), 2-디메틸아미노에틸메타크릴레이트(2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate), 에틸렌이민(ethyleneimine), 비닐아민(vinyl amine), 2-비닐피리딘(2-vinyl pyridine), 및 4-비닐피리딘(4-vinyl pyridine) 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
The positively charged polymer block is allyamine, 2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate, ethyleneimine, vinyl amine, 2-vinylpyridine (2-vinyl pyridine), and 4-vinyl pyridine (4-vinyl pyridine) that contains one or more monomers, stimulation-responsive core-satellite nanostructure.
상기 음으로 대전된 고분자 블럭은, 아크릴릭 액시드(acrylic acid), 메타크릴릭 액시드 (metacrylic acid), 이타코닉 액시드(itaconic acid), 및 말레익 액시드(maleic acid) 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
The negatively charged polymer block contains one or more monomers of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid. The stimulus-responsive core-satellite nanostructure comprising.
상기 자극 반응성 고분자 블럭은, 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)[poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], 폴리(N-디에틸 아크릴아마이드)[poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm], 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴레이트)[poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], 폴리(N-하이드록시메틸 프로필 메타아크릴아마이드)[poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide)], 폴리[올리고(에틸렌글리콜)메틸에테르메타크릴레이트] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], 폴리(2-비닐 피리딘)[poly(2-vinyl pyridine): P2VP], 및 폴리(4-비닐 피리딘) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
The stimulation-reactive polymer block is poly(N-isopropylacrylamide) [poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], poly(N-diethyl acrylamide) [poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm] , Poly (dimethylamino ethyl methacrylate) [poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], poly (N-hydroxymethyl propyl methacrylamide) [poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide) ], poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], poly(2-vinyl pyridine) [poly(2-vinyl pyridine): P2VP], And poly(4-vinyl pyridine) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] that contains one or more monomers, stimulation-responsive core-satellite nanostructures.
상기 코어-위성 나노구조체의 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상에서 상기 금속 나노막대와 상기 금속 나노입자 사이의 간극이 감소하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
Wherein the gap between the metal nanorod and the metal nanoparticles decreases above the lower limit critical solution temperature (LCST) of the core-satellite nanostructure, the stimulation-responsive core-satellite nanostructure.
상기 자극은 열인 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
The stimulation is heat, stimulation responsive core-satellite nanostructure.
상기 금속 나노막대의 코어 구조는 라만 염료를 더 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체.
The method of claim 1,
The core structure of the metal nanorod further includes a Raman dye, stimulation-responsive core-satellite nanostructure.
The stimulus-responsive core of claim 8-a metal nanoprobe for measuring a surface-enhanced Raman scattering (SERS) image using a satellite nanostructure.
ii) 아미노분해를 통해 상기 각각의 다이블록 공중합체(A) 및 다이블록 공중합체(B) 말단에 티올기를 도입하여 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(A-SH) 및 다이블록 공중합체(B-SH) 를 각각 제조하고;
iii) 금속 나노입자에 상기 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(A-SH)를 접합시켜서, 음으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(A)가 접합된 금속 나노입자를 제조하고;
iv) 금속 나노막대에 상기 티올기가 도입된 다이블록 공중합체(B-SH)를 접합시켜서, 양으로 대전된 고분자 블럭과 자극반응성 고분자 블럭으로 구성된 다이블록 공중합체(B)가 접합된 금속 나노막대를 제조하고; 그리고
v) 상기 (A)가 접합된 금속 나노입자 및 (B)가 접합된 금속 나노막대를 혼합하여 교반하는;
단계를 포함하는, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
i) preparing a diblock copolymer (A) composed of a negatively charged polymer block and a stimulus reactive polymer block and a diblock copolymer (B) composed of a positively charged polymer block and a stimulus reactive polymer block, respectively;
ii) Diblock copolymer (A-SH) and diblock copolymer (B) in which thiol groups are introduced by introducing thiol groups at the ends of each of the diblock copolymers (A) and diblock copolymers (B) through amino decomposition -SH) respectively;
iii) Metal nanoparticles in which the diblock copolymer (A-SH) into which the thiol group is introduced is bonded to the metal nanoparticles, and the diblock copolymer (A) consisting of a negatively charged polymer block and a stimulation-reactive polymer block is bonded To prepare;
iv) A metal nanorod in which the diblock copolymer (B-SH) into which the thiol group is introduced is bonded to a metal nanorod, and a diblock copolymer (B) composed of a positively charged polymer block and a stimulus-reactive polymer block is bonded. To prepare; And
v) mixing and stirring the metal nanoparticles to which (A) is bonded and the metal nanorods to which (B) is bonded;
A method for producing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure comprising the step.
양으로 대전된 고분자 블럭은, 알릴아민(allyamine), 2-디메틸아미노에틸메타크릴레이트(2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate), 에틸렌이민(ethyleneimine), 비닐아민(vinyl amine), 2-비닐피리딘(2-vinyl pyridine), 및 4-비닐피리딘(4-vinyl pyridine) 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
Positively charged polymer blocks include allyamine, 2-(dimethyl amino)ethylmethacrylate, ethyleneimine, vinyl amine, and 2-vinylpyridine ( 2-vinyl pyridine), and 4-vinyl pyridine (4-vinyl pyridine) that contains one or more monomers, stimulation-reactive core-a method for producing a satellite nanostructure.
상기 음으로 대전된 고분자 블럭은, 아크릴릭 액시드(acrylic acid), 메타크릴릭 액시드 (metacrylic acid), 이타코닉 액시드(itaconic acid), 및 말레익 액시드(maleic acid) 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
The negatively charged polymer block contains one or more monomers of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid. The method for producing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure containing.
상기 자극 반응성 고분자 블럭은, 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)[poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], 폴리(N-디에틸 아크릴아마이드)[poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm], 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴레이트)[poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], 폴리(N-하이드록시메틸 프로필 메타아크릴아마이드)[poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide)], 폴리[올리고(에틸렌글리콜)메틸에테르메타크릴레이트] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], 폴리(2-비닐 피리딘)[poly(2-vinyl pyridine): P2VP], 및 폴리(4-비닐 피리딘) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] 중 1 이상의 단량체를 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
The stimulation-reactive polymer block is poly(N-isopropylacrylamide) [poly(N-isopropylacrylamide): polyNIPAM], poly(N-diethyl acrylamide) [poly (N,N'-diethyl acrylamide): polyDEAAm] , Poly (dimethylamino ethyl methacrylate) [poly (dimethylamino ethyl methacrylate): polyDMAEMA], poly (N-hydroxymethyl propyl methacrylamide) [poly (N-(L)-(1-hydroxymethyl) propyl methacrylamide) ], poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] [Poly[oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]: POEGMA], poly(2-vinyl pyridine) [poly(2-vinyl pyridine): P2VP], And poly(4-vinyl pyridine) [poly(4-vinyl pyridine): P4VP] that contains one or more monomers, stimulation-responsive core-satellite nanostructure manufacturing method.
상기 iv) 단계에서,
상기 금속 나노막대에 라만 염료를 부착하는 단계를 더 포함하는 것인, 자극 반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
In step iv),
The method of manufacturing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure, further comprising attaching a Raman dye to the metal nanorod.
상기 v) 단계에서,
상기 금속 나노막대에 접합된 (B)와 금속 나노입자에 접합된 (A) 사이의 정전기적 상호 작용을 통해 코어-위성 나노구조체가 형성되는 것인, 자극반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
In step v),
Through the electrostatic interaction between (B) bonded to the metal nanorod and (A) bonded to the metal nanoparticles, a core-satellite nanostructure is formed, a stimulation-responsive core-satellite nanostructure manufacturing method.
상기 코어-위성 나노구조체의 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상에서 상기 금속 나노막대와 상기 금속 나노입자 사이의 간극이 감소하는 것인, 자극반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
A method of manufacturing a stimulus-responsive core-satellite nanostructure, wherein the gap between the metal nanorod and the metal nanoparticle decreases above the lower limit critical solution temperature (LCST) of the core-satellite nanostructure.
상기 자극은 열인 것인, 자극반응성 코어-위성 나노구조체의 제조방법.
The method of claim 10,
The stimulation is heat, the stimulation-responsive core-satellite nanostructure manufacturing method.
b) 자성 나노입자에 상기 표적에 대한 제1 항체를 고정하여 준비하고;
c) 제9항의 금속 나노 프로브에 상기 표적에 대한 제2 항체를 고정하여 준비하고;
d) 상기 제1 항체가 고정된 자성 나노입자를 상기 시료액에 첨가하여 상기 표적과 상기 자성 나노입자의 제1항체가 접합된 면역복합체를 형성하고;
e) 상기 제2 항체가 고정된 금속 나노 프로브를 상기 제1 항체가 접합된 면역복합체가 포함된 용액에 첨가하여 금속 나노 프로브 제2 항체-표적-자성 나노입자의 제1 항체의 샌드위치 면역복합체를 형성하고;
f) 자기장을 이용하여 상기 샌드위치 면역복합체를 형성하지 않은 자성 나노입자 및 금속 나노 프로브를 분리하고; 그리고
g) 상기 샌드위치 면역복합체의 라만 신호를 측정하는;
단계를 포함하는, 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법.
a) preparing a sample solution containing a target substance to be detected;
b) preparing the magnetic nanoparticles by immobilizing the first antibody against the target;
c) preparing by immobilizing a second antibody against the target to the metal nanoprobe of claim 9;
d) adding the magnetic nanoparticles to which the first antibody is immobilized to the sample solution to form an immunocomplex in which the target and the first antibody of the magnetic nanoparticles are conjugated;
e) The metal nano-probe to which the second antibody is immobilized is added to the solution containing the immunocomplex to which the first antibody is conjugated to obtain a sandwich immunocomplex of the first antibody of the second antibody-target-magnetic nanoparticle. To form;
f) separating magnetic nanoparticles and metal nanoprobes that do not form the sandwich immunocomplex using a magnetic field; And
g) measuring the Raman signal of the sandwich immunocomplex;
Including the step of, surface-enhanced Raman scattering (SERS)-based target material detection method.
상기 표적 물질은 단백질 또는 병원균인, 표면-증강 라만 산란(SERS) 기반의 표적 물질 검출 방법.
The method of claim 18,
The target material is a protein or a pathogen, surface-enhanced Raman scattering (SERS)-based target material detection method.
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