KR102869322B1

KR102869322B1 - Nanobars for measuring intracellular viscosity and method for manufacturing the same

Info

Publication number: KR102869322B1
Application number: KR1020230048630A
Authority: KR
Inventors: 박성호; 정인섭; 이성우
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2023-04-13
Filing date: 2023-04-13
Publication date: 2025-10-14
Anticipated expiration: 2043-04-13
Also published as: KR20240152524A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대는 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대를 이용하여, 세포 내의 점도를 측정할 수 있어 추후 세포 단계에서의 암진단을 위한 기술로 활용이 될 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention provides a metal nanorod for measuring intracellular viscosity and a method for manufacturing the same. The metal nanorod for measuring intracellular viscosity according to one embodiment of the present invention utilizes a metal nanorod that simultaneously possesses plasmonic properties and the property of responding to an external magnetic field, thereby being capable of measuring intracellular viscosity, and thus has the effect of being utilized as a technology for diagnosing cancer at the cellular level in the future.

Description

Metal nanorods for measuring intracellular viscosity and method for manufacturing the same

본 발명은 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal nanorod for measuring intracellular viscosity and a method for manufacturing the same.

살아있는 세포들은 세포 내의 분자의 수송 또는 거대분자 (지질, 단백질, 핵산 등) 사이의 상호작용을 물질의 확산을 통해서 조절한다. 이때, 물질의 확산은 물질 주변 용액의 점도를 이용해 조절할 수 있다.Living cells regulate the transport of molecules within the cell or the interactions between macromolecules (lipids, proteins, nucleic acids, etc.) through diffusion. This diffusion can be controlled by utilizing the viscosity of the surrounding solution.

또한, 세포의 성장, 증식, 등의 생명 활동은 세포 내 점도와 연관이 있으며, 비정상적인 세포의 점도는 세포 내 생리 기능 장애를 유발하며 이는 당뇨, 알츠하이머 병 등의 발생으로 이어질 수 있다.In addition, cell growth, proliferation, and other vital activities are related to intracellular viscosity, and abnormal cell viscosity causes intracellular physiological dysfunction, which can lead to the development of diabetes, Alzheimer's disease, etc.

따라서, 세포 내 점도를 측정할 수 있는 분석 방법을 고안하는 것은 세포 내 상태를 이해하기 위한 방법으로서 중요하다.Therefore, developing an analytical method that can measure intracellular viscosity is important as a way to understand intracellular conditions.

종래에는 세포 내 점도를 측정하기 위해서 세포 내 형광 특성을 가지는 분자 모터를 넣고 형광 수명 이미징 방법을 이용해 분석하거나, 원자 힘 현미경 탐침을 이용해 세포 표면의 강성을 측정하거나, 세포의 내부 또는 외부에 자성 비드를 붙이고 외부 자기장을 이용해 자성 비드의 움직임을 유발한 뒤 세포의 특성에 따라 달라지는 자성 비드의 움직임을 현미경으로 관찰하는 방법들이 이용되어 왔다.In the past, methods have been used to measure intracellular viscosity, such as inserting a molecular motor with intracellular fluorescence properties and analyzing it using a fluorescence lifetime imaging method, measuring the stiffness of the cell surface using an atomic force microscope probe, or attaching magnetic beads to the inside or outside of the cell and inducing the movement of the magnetic beads using an external magnetic field, and then observing the movement of the magnetic beads, which varies depending on the characteristics of the cell, under a microscope.

그러나, 이들 방법의 주된 문제점은 형광 특성을 가지는 분자 모터의 친수성 또는 소수성 성질에 따라 분자 모터가 세포 내 위치가 달라짐에 따라 세포 내 점도 측정값이 달라지는 점, 원자 힘 현미경 탐침의 물리적 손상으로 인한 세포 내 점도 측정 값 재현성이 떨어지는 점, 상기 자성 비드를 이용한 세포 내 점도 측정 시 상대적으로 큰 자성 비드의 크기로 인해 세포 내 점도 측정 시 민감도가 떨어지는 문제가 있었다.However, the main problems of these methods are that the intracellular viscosity measurement values change depending on the intracellular location of the molecular motor depending on the hydrophilic or hydrophobic properties of the molecular motor with fluorescent properties, the reproducibility of the intracellular viscosity measurement values is low due to physical damage to the atomic force microscope probe, and the sensitivity of the intracellular viscosity measurement is low due to the relatively large size of the magnetic beads when measuring intracellular viscosity using the magnetic beads.

또한, 수십 마이크로미터의 크기를 가지는 세포의 세포 내 점도 측정은 상업적으로 판매되는 점도계를 이용해서는 더욱 측정하기 어려운 문제가 있었다.In addition, measuring intracellular viscosity of cells with a size of tens of micrometers was difficult using commercially available viscometers.

따라서, 세포 내 점도 측정 방법을 위한 여전히 많은 도전 과제가 남아 있다.Therefore, many challenges still remain for methods for measuring intracellular viscosity.

대한민국 공개특허공보 제 10-2018-0018378 호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0018378

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플라즈몬 성질과 외부 자기장 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a metal nanorod for measuring intracellular viscosity having both plasmonic properties and properties capable of responding to an external magnetic field, and a method for manufacturing the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the description below.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대를 제공한다.To achieve the above technical task, one embodiment of the present invention provides a metal nanorod for measuring intracellular viscosity.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대는, 나노 막대의 양단부에 위치하되, 플라즈몬 활성을 감지하는 제1금속으로 구성된 플라즈몬 진동 감지 영역;및 상기 나노 막대의 중앙부에 위치하되, 외부 자기장 반응 가능한 자성을 띄는 제2금속으로 구성된 외부 자기장 반응 영역을 포함하되, 상기 제1금속과 황 원자는 공유 결합된 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the present invention, the metal nanorod for measuring intracellular viscosity comprises a plasmon vibration detection region formed of a first metal that detects plasmon activity and is located at both ends of the nanorod; and an external magnetic field response region formed of a second metal that has a magnetism capable of responding to an external magnetic field and is located at the center of the nanorod, wherein the first metal and the sulfur atom are covalently bonded.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1금속은 금(Au) 및 은(Ag)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the first metal may include one or more metals selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2금속은 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the second metal may include one or more metals selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 플라즈몬 진동 감지 영역은 전체 금속 나노 막대 대비 60.9 wt% 내지 78.7 wt%만큼 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the plasmon vibration sensing region may comprise 60.9 wt% to 78.7 wt% of the entire metal nanorod.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 외부 자기장 반응 영역은 전체 금속 나노 막대 대비 21.3 wt% 내지 39.1 wt%만큼 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the external magnetic field response region may comprise 21.3 wt% to 39.1 wt% of the entire metal nanorod.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노막대의 길이는 472nm 내지 522nm일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the length of the metal nanorod may be 472 nm to 522 nm.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노막대의 폭은 69nm 내지 79nm 일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the width of the metal nanorod may be 69 nm to 79 nm.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical task, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a metal nanorod for measuring intracellular viscosity.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 제조방법은, 나노 크기의 기공이 형성된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일측 말단에 은 박막을 증착시키는 단계; 상기 증착된 은 박막 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속을 형성하는 단계; 상기 제1금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제2금속을 형성하는 단계; 상기 제2금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속층을 형성하여 금속 나노막대 전구체를 제조하는 단계;및 표면개질을 위하여 상기 금속 나노막대 전구체를 에탄올에 투입한 후, 강한 진동을 통한 혼합 반응을 수행하여 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 화합물과 상기 금속 나노막대를 반응시켜 금 원자와 황 원자가 공유결합된 금속 나노막대를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing metal nanorods for measuring intracellular viscosity may include the steps of: depositing a silver thin film on one end of a porous cathodic aluminum oxide mold having nano-sized pores formed therein; forming a first metal on the surface of the deposited silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition; forming a second metal on the surface of the first metal layer by electrochemical chemical vapor deposition; forming a first metal layer on the surface of the second metal layer by electrochemical chemical vapor deposition to manufacture a metal nanorod precursor; and adding the metal nanorod precursor to ethanol for surface modification, and then performing a mixing reaction through strong vibration to react the metal nanorod with a compound having a sulfur functional group and a cationic functional group, thereby manufacturing a metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노막대 전구체를 제조하는 단계와 금 원자와 황 원자가 공유결합된 금속 나노막대를 제조하는 단계 사이에서, 상기 은 박막을 선택적으로 식각한 후, 다공성 음극 산화 알루미늄 주형을 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, between the step of manufacturing the metal nanorod precursor and the step of manufacturing the metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded, the method may further include a step of selectively etching the porous cathode aluminum oxide mold after selectively etching the silver thin film.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1금속은 금(Au) 및 은(Ag)로 구성된 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the first metal may include at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2금속은 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the second metal may include one or more metals selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 화합물은 (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB), Cysteamine, Polyamidoamine 및 Polyethyleneimine로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, the compound having the sulfur functional group and the cationic functional group may include at least one selected from the group consisting of (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB), Cysteamine, Polyamidoamine, and Polyethyleneimine.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대를 이용한 세포 내 점도 측정 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical task, another embodiment of the present invention provides a method for measuring intracellular viscosity using a metal nanorod for measuring intracellular viscosity.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대를 이용한 세포 내 점도 측정 방법은 상술한 금속 나노막대를 세포내에 혼합 방법(stirring)을 수행하여 세포 내 섭취시키는 단계; 상기 금속 나노막대가 섭취된 세포에 외부 회전 자기장을 인가하는 단계;및 가시광선 분광광도계를 이용한 나노입자의 동역학 분석을 수행하여 상기 세포의 점도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.A method for measuring intracellular viscosity using metal nanorods for measuring intracellular viscosity according to another embodiment of the present invention may include the steps of stirring the metal nanorods described above into cells to cause them to be taken up into cells; applying an external rotating magnetic field to cells into which the metal nanorods have been taken up; and measuring the viscosity of the cells by performing dynamic analysis of nanoparticles using a visible light spectrophotometer.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인가되는 외부 회전 자기장은 15 rpm 내지 550 rpm 일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the applied external rotating magnetic field may be from 15 rpm to 550 rpm.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대는 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대를 이용하여, 세포 내의 점도를 측정할 수 있어 추후 세포 단계에서의 암진단을 위한 기술로 활용이 될 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, a metal nanorod for measuring intracellular viscosity utilizes a metal nanorod having both plasmonic properties and properties that can respond to an external magnetic field, thereby being capable of measuring intracellular viscosity, and thus has the effect of being utilized as a technology for diagnosing cancer at the cellular level in the future.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the composition of the invention described in the claims.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대와 외부 회전 자기장을 이용하여 세포 내 점도를 측정하는 분석방법을 나타낸 모식도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 합성 과정을 나타낸 모식도이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 SEM 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 표면에 황 작용기와 양이온성 작용기를 동시에 가지는 분자를 코팅한 것을 확인하기 위한 제타 전위 측정 결과이다.
도5는 물에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 이들을 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 나타낸 결과이다.
도6은 물에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 도5의 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 것에 대한 결과이다.
도7은 다양한 점도의 글리세롤-물 용액에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 결과이다.
도8은 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 얻어낸 종결 주파수를 글리세롤-물 용액의 점도의 함수에 따라 그려낸 검정 곡선 결과이다.
도9는 세포 내 섭취된 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 것에 대한 결과이다.Figure 1 is a schematic diagram showing an analysis method for measuring intracellular viscosity using metal nanorods and an external rotating magnetic field according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a synthesis process of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is an SEM image of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a zeta potential measurement result for confirming that a molecule having both a sulfur functional group and a cationic functional group is coated on the surface of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer when an external rotating magnetic field is applied to metal nanorods dispersed in water.
Figure 6 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of the sine function of Figure 5 using a visible light spectrophotometer while applying an external rotating magnetic field to metal nanorods dispersed in water, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.
Figure 7 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer while applying an external rotating magnetic field to metal nanorods dispersed in glycerol-water solutions of various viscosities, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.
Figure 8 is a black curve showing the termination frequency obtained by converting information about the dynamics of metal nanorods into information about light as a function of the viscosity of a glycerol-water solution.
Figure 9 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer in a state where an external rotating magnetic field is applied to a metal nanorod taken up into a cell, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms and is therefore not limited to the embodiments described herein. In the drawings, irrelevant parts have been omitted for clarity of description, and similar parts have been designated with similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, or coupled)" to another part, this includes not only cases where it is "directly connected," but also cases where it is "indirectly connected" with another member in between. Furthermore, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is merely used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, it should be understood that the terms "comprises" or "has" indicate the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

종래의 세포 내 점도를 측정하기 위해서 세포 내 형광 특성을 가지는 분자 모터를 넣고 형광 수명 이미징 방법을 이용해 분석하거나, 원자 힘 현미경 탐침을 이용해 세포 표면의 강성을 측정하거나, 세포의 내부 또는 외부에 자성 비드를 붙이고 외부 자기장을 이용해 자성 비드의 움직임을 유발한 뒤 세포의 특성에 따라 달라지는 자성 비드의 움직임을 현미경으로 관찰하는 방법들은 형광 특성을 가지는 분자 모터의 친수성 또는 소수성 성질에 따라 분자 모터가 세포 내 위치가 달라짐에 따라 세포 내 점도 측정값이 달라지는 점, 원자 힘 현미경 탐침의 물리적 손상으로 인한 세포 내 점도 측정 값 재현성이 떨어지는 점, 상기 자성 비드를 이용한 세포 내 점도 측정 시 상대적으로 큰 자성 비드의 크기로 인해 세포 내 점도 측정 시 민감도가 떨어지는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 472 nm 내지 522 nm 길이를 가지고, 플라즈몬 성질과 외부 자기장 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 세포내 점도 측정용 금속 나노막대를 제공한다.Conventional methods for measuring intracellular viscosity, such as inserting a molecular motor with fluorescent properties into a cell and analyzing it using a fluorescence lifetime imaging method, measuring the stiffness of the cell surface using an atomic force microscope probe, or attaching a magnetic bead inside or outside a cell and inducing the movement of the magnetic bead using an external magnetic field and then observing the movement of the magnetic bead, which varies depending on the characteristics of the cell, have problems in that the intracellular viscosity measurement value varies depending on the hydrophilic or hydrophobic properties of the molecular motor with fluorescent properties as the intracellular location of the molecular motor changes, the reproducibility of the intracellular viscosity measurement value is low due to physical damage to the atomic force microscope probe, and the sensitivity is low due to the relatively large size of the magnetic bead when measuring intracellular viscosity using the magnetic bead. In order to solve these problems, the present invention provides a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, which has a length of 472 nm to 522 nm and has both plasmonic properties and properties capable of responding to an external magnetic field.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대를 설명한다.Referring to FIG. 1, a metal nanorod for measuring intracellular viscosity according to one embodiment of the present invention is described.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대는,Metal nanorods for measuring intracellular viscosity according to one embodiment of the present invention,

나노 막대의 양단부에 위치하되, 플라즈몬 활성을 감지하는 제1금속으로 구성된 플라즈몬 진동 감지 영역;및 상기 나노 막대의 중앙부에 위치하되, 외부 자기장 반응 가능한 자성을 띄는 제2금속으로 구성된 외부 자기장 반응 영역을 포함하되, 상기 제1금속과 황 원자는 공유 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.A plasmonic vibration detection region located at both ends of a nanorod and composed of a first metal that detects plasmonic activity; and an external magnetic field response region located at the center of the nanorod and composed of a second metal having a magnetism capable of responding to an external magnetic field, wherein the first metal and a sulfur atom are covalently bonded.

이때, 상기 제1금속은 금(Au) 및 은(Ag)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.At this time, the first metal may include one or more metals selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

이때, 본 발명에서 상기 제1금속으로서 금(Au), 및 은(Ag)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하되, 플라즈몬 활성을 감지하는 특성이 있는 물질인 경우 제한 없이 사용가능하다.At this time, in the present invention, the first metal comprises at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag), but can be used without limitation if it is a material having the property of detecting plasmon activity.

이때, 상기 플라즈몬이란 빛을 하나의 입자인 광자(Photon)로 나타내듯 플라즈마 진동의 한 양자(Quantum)을 뜻하며, 상기 플라즈몬은 플라즈마 주파수(Plasma frequency)라 하는 고유의 주파수를 가질 수 있다. 또한, 두 물질 사이의 계면에서 전자들이 집단적으로 진동하는 것을 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)이라 한다.Here, the plasmon refers to a quantum of plasma vibration, just as light is represented by a single particle, a photon, and the plasmon can have a unique frequency called the plasma frequency. In addition, the collective vibration of electrons at the interface between two materials is called a surface plasmon.

이때, 상기 플라즈마 진동이란 플라즈마가 전하를 띈 입자들로 구성되어 있기 때문에, 각각의 전하를 띈 입자들이 움직이면서 전자기장이 발생하는데, 이때 발생된 입자의 장(Field)들 간의 상호작용으로 인해 전하를 띈 입자들은 집단적인 행동(Collective behavior)의 특성을 갖으며, 이러한 집단적인 행동 중 하나가 플라즈마 진동(Plasma oscillation)이다.At this time, the plasma oscillation is because the plasma is composed of charged particles, and as each charged particle moves, an electromagnetic field is generated. Due to the interaction between the fields of the particles generated at this time, the charged particles have the characteristic of collective behavior, and one of these collective behaviors is plasma oscillation.

이때, 상기 플라즈마 진동이란 전하를 띈 입자들이 외부의 힘에 의해 전기장이 변하게 되면, 양전하를 띄는 중심 이온에 비해 작고 가벼운 전자들이 움직이며, 이러한 전자들은 중심 이온에서 멀어진다. 이 전자들은 인력(Attraction force)에 의해 다시 중심 이온 근처로 돌아가려 하고, 입자의 중심부에 간 전자는 움직이던 관성에 의해 다시 중심 이온에서 멀어지게 된다. 이 움직임이 반복되어 전자들이 집단적으로 진동하는 현상을 플라즈마 진동 또는 국부적 표면 플라즈몬(Localized surface plasmon)이라 한다.At this time, the plasma vibration refers to when the electric field of charged particles changes due to an external force, electrons that are smaller and lighter than the positively charged central ion move, and these electrons move away from the central ion. These electrons try to return to the vicinity of the central ion due to the attraction force, and the electrons that went to the center of the particle move away from the central ion again due to the inertia of the movement. The phenomenon in which this movement is repeated and electrons collectively vibrate is called plasma vibration or localized surface plasmon.

이때, 상기 국부적 표면 플라즈몬(Localized surface plasmon)이란 금속 나노입자 표면과 유전체(Dielectric) 사이에 빛이 입사될 때, 빛의 주파수와 전자들의 집단적 진동으로 인한 플라즈마 주파수가 특정 유전 조건을 만족하며 광자와 플라즈몬이 공명하는 것을 의미한다.At this time, the localized surface plasmon means that when light is incident between the surface of a metal nanoparticle and a dielectric, the frequency of the light and the plasma frequency due to the collective vibration of electrons satisfy specific dielectric conditions and the photons and plasmons resonate.

본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대는 상기 금(Au), 및 은(Ag) 로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하므로 외부 회전 자기장을 가해준 경우, 이러한 플라즈몬 진동에 의한 활성을 감지하여 회전 운동을 하는 것을 특징으로 한다.A metal nanorod according to one embodiment of the present invention comprises at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag), and is characterized in that when an external rotating magnetic field is applied, it detects activity caused by plasmon vibration and performs a rotational movement.

이때, 상기 제1금속은 나노 막대의 양단부에 위치하는 것을 특징으로 하는데, 상기 나노 막대가 양단부에 위치하도록 한 이유는 나노크기의 기공이 형성된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일측 말단에 존재하는 은 박막을 제거할 때 사용하는 식각 용액에 제2금속이 노출되는 것을 막아 제1금속 및 제 2금속으로 이루어진 나노막대를 합성해야 하기 때문이다.At this time, the first metal is characterized by being located at both ends of the nanorod. The reason for the nanorod being located at both ends is to prevent the second metal from being exposed to the etching solution used when removing the silver film present at one end of the porous cathode aluminum oxide mold in which nano-sized pores are formed, so that a nanorod composed of the first metal and the second metal must be synthesized.

상기 플라즈몬 진동 감지 영역은 전체 금속 나노 막대 대비 60.9 wt% 내지 78.7 wt%만큼 포함할 수 있다.The above plasmonic vibration sensing region can comprise 60.9 wt% to 78.7 wt% of the entire metal nanorod.

이때, 상기 플라즈몬 진동 감지 영역의 함량이 전체 금속 나노 막대 대비 60.9wt% 미만인 경우, 빛을 이용해 나노막대의 거동을 분석하기 어려워지는 문제가 있을 수 있고, 78.7 wt%을 초과하는 경우, 외부 자기장을 이용해 나노막대의 거동을 제어하기 어려워지는 문제가 있을 수 있다.At this time, if the content of the plasmon vibration detection region is less than 60.9 wt% of the total metal nanorod, there may be a problem that it becomes difficult to analyze the behavior of the nanorod using light, and if it exceeds 78.7 wt%, there may be a problem that it becomes difficult to control the behavior of the nanorod using an external magnetic field.

또한, 본 발명의 외부 자기장 반응 영역은 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 제2금속을 포함할 수 있다.Additionally, the external magnetic field response region of the present invention may include at least one second metal selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

이때, 상기 제2금속으로서 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하되, 외부 자기장에 반응 가능한 자성을 띄는 물질인 경우 제한 없이 사용가능하다.At this time, the second metal may be used without limitation if it is a material that is magnetic and can react to an external magnetic field, including at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

이때, 상기 외부 자기장에 반응은 상기 니켈(Ni), 철(Fe), 또는 코발트(Co) 강자성체가 자석에 반응하는 원리에 의해 외부에서 인가되는 외부 회전 자기장에 반응하는 것을 의미할 수 있다.At this time, the reaction to the external magnetic field may mean that the nickel (Ni), iron (Fe), or cobalt (Co) ferromagnetic material reacts to a magnet by the principle of reacting to an external rotating magnetic field applied from the outside.

이때, 상기 제2금속은 나노 막대의 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는데, 상기 나노 막대가 중앙부에 위치하도록 한 이유는 나노막대가 회전할 때 균형을 이루어 지속적으로 나노막대가 회전 운동을 할 수 있도록 해야하기 때문이다.At this time, the second metal is characterized by being located at the center of the nanorod. The reason why the nanorod is located at the center is to maintain balance when the nanorod rotates so that the nanorod can continuously rotate.

이때, 상기 외부 자기장 반응 영역은 전체 금속 나노 막대 대비 21.3 wt% 내지 39.1 wt%만큼 포함할 수 있다.At this time, the external magnetic field response region may comprise 21.3 wt% to 39.1 wt% of the entire metal nanorod.

이때, 상기 외부 자기장 반응 영역이 전체 금속 나노 막대 대비 21.3 wt% 미만인 경우, 나노막대가 외부 자기장에 반응하지 않는 문제가 있을 수 있고, 전체 금속 나노 막대 대비 39.1 wt% 초과하는 경우, 자화된 나노막대가 무거워져 가라앉아 외부 회전 자기장에 거동하지 않는 문제가 있을 수 있다.At this time, if the external magnetic field response area is less than 21.3 wt% of the entire metal nanorod, there may be a problem that the nanorod does not respond to the external magnetic field, and if it exceeds 39.1 wt% of the entire metal nanorod, there may be a problem that the magnetized nanorod becomes heavy and sinks and does not respond to the external rotating magnetic field.

이때, 본 발명의 금속 나노막대의 길이는 472nm 내지 522nm일 수 있다.At this time, the length of the metal nanorod of the present invention may be 472 nm to 522 nm.

이때, 상기 금속 나노막대의 길이가 472nm 미만인 경우, 빛을 이용해 나노막대의 거동을 관찰하기 어려워지는 문제가 있을 수 있고, 522nm 초과하는 경우, 나노막대가 무거워져 외부 회전 자기장을 이용해 거동을 제어하기 어려워지는 문제가 있을 수 있다.At this time, if the length of the metal nanorod is less than 472 nm, there may be a problem that it becomes difficult to observe the behavior of the nanorod using light, and if it exceeds 522 nm, there may be a problem that the nanorod becomes heavy and it becomes difficult to control the behavior using an external rotating magnetic field.

이때, 상기 금속 나노막대의 길이는 나노막대 성장 과정에서 전기 중합 장치에 흐른 총 전하량으로 조절할 수 있다.At this time, the length of the metal nanorod can be controlled by the total amount of charge flowing in the electropolymerization device during the nanorod growth process.

또한, 본 발명의 금속 나노막대의 폭은 69nm 내지 79nm 일 수 있다.Additionally, the width of the metal nanorod of the present invention may be 69 nm to 79 nm.

이때, 상기 금속 나노막대의 폭이 69nm 미만인 경우, 나노막대의 크기가 작아 빛을 이용해 나노막대의 거동을 관찰하기 어려워지는 문제가 있을 수 있고, 79nm 초과하는 경우, 나노막대가 무거워져 쉽게 가라앉아 외부 회전 자기장을 이용해 거동을 제어하기 어려워지는 문제가 있을 수 있다.At this time, if the width of the metal nanorod is less than 69 nm, there may be a problem that it is difficult to observe the behavior of the nanorod using light due to the small size of the nanorod, and if it exceeds 79 nm, there may be a problem that the nanorod becomes heavy and easily sinks, making it difficult to control the behavior using an external rotating magnetic field.

또한, 본 발명의 금속 나노막대는 분산력이 우수한 특성이 있으므로, 세포 내에서 분산되어 세포 내 점도의 측정 시 민감도가 우수할 수 있다.In addition, since the metal nanorods of the present invention have excellent dispersibility, they can be dispersed within cells and have excellent sensitivity when measuring intracellular viscosity.

따라서, 세포 내의 점도를 측정할 수 있어 이후 세포 단계에서의 암진단을 위한 기술로 활용이 될 수 있다.Therefore, it is possible to measure the viscosity within a cell, which can be used as a technique for cancer diagnosis at the cell level.

이하 도1에 대해서 설명한다.The following describes Fig. 1.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대와 외부 회전 자기장을 이용하여 세포 내 점도를 측정하는 분석방법을 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing an analysis method for measuring intracellular viscosity using metal nanorods and an external rotating magnetic field according to one embodiment of the present invention.

도1(a)를 참조하면, 금속 나노막대의 양 단부(플라즈몬 진동 감지 영역)에서 강한 광 흡수(또는 산란)이 가능한 플라즈몬 금 영역으로 인해 Au/Ni/Au 나노막대의 플라즈몬 밴드는 실시간 자기 회전 하에서 기계적 운동을 빛으로 효과적으로 전달하여 사인 함수를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 1(a), it can be confirmed that the plasmon band of the Au/Ni/Au nanorod effectively transfers the mechanical motion into light under real-time magnetic rotation, exhibiting a sine function, due to the plasmonic gold region capable of strong light absorption (or scattering) at both ends (plasmon vibration detection region) of the metal nanorod.

이때, 이러한 변동은 퓨리에 변환 분석에 의해 주파수 영역으로 변환될 수 있으며 하나의 날카로운 피크를 표시하여 퓨리에 변환 표면 플라즈몬 공명(FTSPR)으로 정의하는 나노막대의 지배적인 집단 진동을 나타낼 수 있다.At this time, these fluctuations can be converted into the frequency domain by Fourier transform analysis and show a single sharp peak, which represents the dominant collective vibration of the nanorods, defined as the Fourier transform surface plasmon resonance (FTSPR).

이때, 나노유변학을 위한 퓨리에 변환 표면 플라즈몬 공명(FTSPR)의 작동 원리는 외부 자기장 또는 용액 점도로 인한 외부 압력에 의해 교란되는 나노 막대의 동적 회전을 이용하는 것이다.Here, the working principle of Fourier transform surface plasmon resonance (FTSPR) for nanorheology is to utilize the dynamic rotation of nanorods perturbed by external pressure due to an external magnetic field or solution viscosity.

또한, 도1(b)를 참조하면, 나노막대는 낮은 외부 자기장에서 적용된 구동 자기 주파수에 따라 회전하고 따라가는 것을 확인할 수 있다.Also, referring to Fig. 1(b), it can be seen that the nanorods rotate and follow the applied driving magnetic frequency in a low external magnetic field.

즉, 나노막대가 동기식으로 움직인다는 것을 의미할 수 있다.That is, it could mean that the nanorods move synchronously.

또한, 주파수가 증가하고 임계 주파수 이상에 도달하면 나노 막대가 효과적으로 회전할 수 없어 비동기 상태(Asynchronous motion)인 앞뒤 움직임을 보이는데, 이 현상은 우리가 "종단 주파수"로 정의하는 임계점 지점에서 주파수 영역에서 퓨리에 변환 표면 플라즈몬 공명(FTSPR) 피크가 사라지는 현상으로 이어질 수 있다.Additionally, as the frequency increases and reaches a critical frequency, the nanorods cannot rotate effectively and exhibit asynchronous back-and-forth motion, which can lead to the disappearance of the Fourier transform surface plasmon resonance (FTSPR) peak in the frequency domain at a critical point, which we define as the "terminal frequency".

또한, 이러한 비동기 상태는 높은 자기 주파수를 적용하거나 주변 매체의 점도와 밀접하게 관련된 플라즈몬, 자기 구성 요소의 상대적 기여도를 변조하여 생성 및 제어할 수 있다.Furthermore, these asynchronous states can be generated and controlled by applying high magnetic frequencies or by modulating the relative contributions of the plasmonic and magnetic components, which are closely related to the viscosity of the surrounding medium.

또한, 도1(c)를 참조하면, 세포내 점도 측정을 위해 표적 세포는 그림 1(c)와 같이 인산염 완충 식염수(PBS)에 분산될 수 있다.Additionally, referring to Figure 1(c), for intracellular viscosity measurement, target cells can be dispersed in phosphate buffered saline (PBS) as shown in Figure 1(c).

이때, 상기 도1(c)는 각 세포의 세포내 점도는 글리세롤과 물의 혼합물로부터 계산된 점도와 상업용 점도계로 실험적으로 측정된 점도를 주의 깊게 비교한 후 말단 주파수를 측정하여 결정되었다.At this time, the intracellular viscosity of each cell in the above Fig. 1(c) was determined by measuring the terminal frequency after carefully comparing the viscosity calculated from a mixture of glycerol and water and the viscosity experimentally measured with a commercial viscometer.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 제조방법을 설명한다.A method for manufacturing metal nanorods for measuring intracellular viscosity according to another embodiment of the present invention is described.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 합성 과정을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a synthesis process of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 제조방법은, 나노 크기의 기공이 형성된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일측 말단에 은 박막을 증착시키는 단계(S100); 상기 증착된 은 박막 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속층을 형성하는 단계(S200); 상기 제1금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제2금속층을 형성하는 단계(S300); 상기 제2금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속층을 형성하여 금속 나노막대 전구체를 제조하는 단계(S400);및 표면개질을 위하여 상기 금속 나노막대 전구체를 에탄올에 투입한 후, 강한 진동을 통한 혼합 반응을 수행하여 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 화합물과 상기 금속 나노막대를 반응시켜 금 원자와 황 원자가 공유결합된 금속 나노막대를 제조하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a method for manufacturing metal nanorods for measuring intracellular viscosity according to an embodiment of the present invention may include a step of depositing a silver thin film on one end of a porous cathodic aluminum oxide mold having nano-sized pores formed therein (S100); a step of forming a first metal layer on the surface of the deposited silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition (S200); a step of forming a second metal layer on the surface of the first metal layer by electrochemical chemical vapor deposition (S300); a step of forming the first metal layer on the surface of the second metal layer by electrochemical chemical vapor deposition to manufacture a metal nanorod precursor (S400); and a step of adding the metal nanorod precursor to ethanol for surface modification, and then performing a mixing reaction through strong vibration to react the metal nanorod with a compound having a sulfur functional group and a cationic functional group, thereby manufacturing a metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded (S500).

첫째 단계에서, 나노 크기의 기공이 형성된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일측 말단에 은 박막을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다. (S100)In the first step, a step of depositing a silver thin film on one end of a porous cathode aluminum oxide mold in which nano-sized pores are formed may be included. (S100)

상기 나노기공이 형성된 다공성 주형의 일 표면에 열 증착법, 전해 도금법 등을 사용하여 은 박막을 형성할 수 있다.A silver thin film can be formed on one surface of the porous mold in which the above nanopores are formed using a thermal deposition method, electrolytic plating method, etc.

이때, 상기 제1금속층과 제2금속층을 형성하기 전에, 은 박막을 증착하는 이유는 전기화학적 증착법을 활용하기 위해 전도성이 있는 은 박막을 다공성 주형의 일 말단에 형성시켜줘야 하기 때문이다.At this time, the reason for depositing the silver thin film before forming the first metal layer and the second metal layer is that a conductive silver thin film must be formed at one end of the porous mold in order to utilize the electrochemical deposition method.

이때, 본 발명은 예를 들어 상기 은 박막층을 200nm 두께로 형성할 수 있다.At this time, the present invention can form the silver thin film layer with a thickness of, for example, 200 nm.

둘째 단계에서, 상기 증착된 은 박막 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S200)In the second step, a step of forming a first metal layer on the surface of the deposited silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition may be included. (S200)

또한, 상기 은 박막 층이 일면에 형성된 후, 전해 도금법을 사용하여 상기 은 박막 층 상에 기공이 존재하는 공간을 채워, 상기 나노기공의 일 말단을 폐쇄할 수 있다.In addition, after the silver thin film layer is formed on one surface, the space where pores exist on the silver thin film layer can be filled using an electroplating method, thereby closing one end of the nanopore.

예를 들어, 일정 전위기를 갖춘 전기 중합 장치에, 은 용액이 채워진 은 박막이 증착된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형을 연결시키고, 대향 전극으로 백금 메쉬, 기준 전극으로 은/염화은 전극을 사용하여 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일 말단을 은 박막으로 폐쇄시켰다.For example, in an electropolymerization device having a constant potential, a porous cathodic aluminum oxide mold filled with a silver solution and having a silver thin film deposited thereon was connected, and one end of the porous cathodic aluminum oxide mold was closed with the silver thin film at a constant voltage of -0.95 V (vs. the silver/silver chloride electrode) using a platinum mesh as a counter electrode and a silver/silver chloride electrode as a reference electrode.

이어서, 전기화학적 화학증착법으로 은 박막 표면 상에 제1금속층을 형성할 수 있는데, 예를 들어, 금 용액을 전기 중합 장치에 연결된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형 내에 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 금 박막을 전착하였다.Next, a first metal layer can be formed on the surface of the silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition, for example, by depositing a gold thin film at a constant voltage of -0.95 V (vs. silver/silver chloride electrode) in a porous cathode aluminum oxide mold connected to an electropolymerization device using a gold solution.

이때, 상기 제1금속은 금(Au) 및 은(Ag) 로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.At this time, the first metal may include one or more metals selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

이때, 본 발명에서 상기 제1금속으로서 금(Au) 및 은(Ag)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하되, 플라즈몬 활성을 감지하는 특성이 있는 물질인 경우 제한 없이 사용가능하다.At this time, in the present invention, the first metal comprises at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag), but can be used without limitation if it is a material having the property of detecting plasmon activity.

셋째 단계에서, 상기 제1금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제2금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S300)In the third step, a step of forming a second metal layer on the surface of the first metal layer by electrochemical chemical vapor deposition may be included. (S300)

전기화학적 화학증착법으로 제1금속층 상에 제2금속층을 형성할 수 있는데, 예를 들어, 니켈 용액을 전기 중합 장치에 연결된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형 내에 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 니켈 박막을 전착하였다.A second metal layer can be formed on a first metal layer by electrochemical chemical vapor deposition, for example, a nickel thin film is deposited at a constant voltage of -0.95 V (vs. silver/silver chloride electrode) in a porous cathode aluminum oxide mold connected to an electropolymerization device using a nickel solution.

이때, 상기 제2금속은 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종이상의 금속을 포함할 수 있다.At this time, the second metal may include one or more metals selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

이때, 상기 제2금속으로서 니켈(Ni), 철(Fe), 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하되, 외부 자기장에 반응 가능한 성질이 있는 물질인 경우 제한 없이 사용가능하다.At this time, the second metal may be used without limitation if it includes at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co), but is a material having a property of reacting to an external magnetic field.

넷째 단계에서, 상기 제2금속층의 표면 상에 전기화학적 화학증착법에 의해서 제1금속층을 형성하여 금속 나노막대 전구체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. (S400)In the fourth step, a step of manufacturing a metal nanorod precursor by forming a first metal layer on the surface of the second metal layer by electrochemical chemical vapor deposition may be included. (S400)

전기화학적 화학증착법으로 제2금속층 상에 제1금속층을 형성할 수 있는데, 예를 들어, 니켈 용액을 전기 중합 장치에 연결된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형 내에 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 니켈 박막을 전착하였다.A first metal layer can be formed on a second metal layer by electrochemical chemical vapor deposition, for example, a nickel thin film is deposited at a constant voltage of -0.95 V (vs. silver/silver chloride electrode) in a porous cathode aluminum oxide mold connected to an electropolymerization device using a nickel solution.

이로써, 양 단부에 제1금속으로 구성된 플라즈몬 진동 감지 영역을 포함하고, 중앙부에 제2금속으로 구성된 외부 자기장 반응 영역을 포함하는 금속 나노막대 전구체를 제조할 수 있다.In this way, a metal nanorod precursor can be manufactured that includes a plasmon vibration sensing region composed of a first metal at both ends and an external magnetic field response region composed of a second metal at the center.

다섯째 단계에서, 표면개질을 위하여 상기 금속 나노막대 전구체를 에탄올에 투입한 후, 강한 진동을 통한 혼합 반응을 수행하여 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 화합물과 상기 금속 나노막대를 반응시켜 금 원자와 황 원자가 공유결합된 금속 나노막대를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. (S500)In the fifth step, a step may be included in which the metal nanorod precursor is added to ethanol for surface modification, and then a mixing reaction is performed through strong vibration to react the metal nanorod with a compound having a sulfur functional group and a cationic functional group, thereby manufacturing a metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded. (S500)

이때, 상기 금속 나노막대 전구체를 제조하는 단계와 금 원자와 황 원자가 공유결합된 금속 나노막대를 제조하는 단계 사이에, 상기 은 박막을 선택적으로 식각한 후, 다공성 음극 산화 알루미늄 주형을 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.At this time, between the step of manufacturing the metal nanorod precursor and the step of manufacturing the metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded, a step of selectively etching the silver thin film and then selectively etching the porous cathode aluminum oxide mold may be further included.

예를 들어, 본 발명의 금속 나노막대 전구체를 60 % 질산 용액에 담궈 상기 나노 기공의 일 말단에 형성된 은 박막을 부분적으로 식각할 수 있다.For example, the metal nanorod precursor of the present invention can be immersed in a 60% nitric acid solution to partially etch the silver thin film formed at one end of the nanopore.

이때, 상기 식각 과정을 통해 금속 나노막대 전구체가 음극 산화 알루미늄 주형 내부에 갇혀 있는 상태가 될 수 있다.At this time, the metal nanorod precursor can be trapped inside the cathode aluminum oxide mold through the above etching process.

다음으로, 음극 산화 알루미늄 주형을 1 M 수산화나트륨 용액을 이용해 선택적으로 식각시켜 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대 전구체들을 수용액에 분산시킬 수 있다.Next, the cathode aluminum oxide mold can be selectively etched using a 1 M sodium hydroxide solution to disperse metal nanorod precursors having both plasmonic properties and properties responsive to an external magnetic field in the aqueous solution.

다음으로, 수용액에 분산된 금속 나노막대 전구체들은 표면개질을 위하여 에탄올에 분산시킨다. 에탄올에 분산된 나노입자들은 양말단에 각각 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB) 분자들과 섞여 금 원자-황 원자 공유결합을 통해 나노막대 표면에 코팅되어, 표면에 양전하를 띄는 금속 나노막대를 제조할 수 있다.Next, the metal nanorod precursors dispersed in an aqueous solution are dispersed in ethanol for surface modification. The nanoparticles dispersed in ethanol are mixed with (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB) molecules, which have sulfur and cationic functional groups at each terminal, respectively, to coat the surface of the nanorods through gold-sulfur atom covalent bonds, thereby producing metal nanorods with a positive surface charge.

이때, 상기 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 화합물은 (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB), Cysteamine, Polyamidoamine 및 Polyethyleneimine로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 경우 제한없이 사용 가능하다.At this time, the compound having the sulfur functional group and the cationic functional group may include at least one selected from the group consisting of (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB), Cysteamine, Polyamidoamine, and Polyethyleneimine, and may be used without limitation if it has the sulfur functional group and the cationic functional group.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대를 이용한 세포 내 점도 측정 방법을 설명한다.A method for measuring intracellular viscosity using a metal nanorod for measuring intracellular viscosity according to another embodiment of the present invention is described.

첫째 단계에서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대를 세포 내에 혼합 방법(stirring)을 수행하여 세포 내 섭취시키는 단계를 포함할 수 있다.In the first step, a step of stirring the metal nanorod according to one embodiment of the present invention into the cell may be included to allow the metal nanorod to be taken up into the cell.

이때, 상기 세포 내 섭취시키는 방법은 세포 내에 혼합 방법(stirring)뿐 만 아니라, 강한 진동을 통한 혼합 방법을 통하여 수행할 수 있다.At this time, the method of intracellular uptake can be performed not only through a mixing method (stirring) within the cell, but also through a mixing method using strong vibration.

둘째 단계에서, 상기 금속 나노막대가 섭취된 세포에 외부 회전 자기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.In the second step, a step of applying an external rotating magnetic field to the cells ingested with the metal nanorods may be included.

이때, 상기 인가되는 외부 회전 자기장은 15 rpm 내지 550 rpm 인 것을 특징으로 한다.At this time, the external rotating magnetic field applied is characterized by being 15 rpm to 550 rpm.

이때, 상기 외부 회전 자기장이 15 rpm 내지 550 rpm 인 이유는 15rpm 보다 회전 자기장의 속도가 작은 경우 나노막대가 회전 운동을 제대로 하기 힘들어 나노막대가 가라앉아 나노막대에 회전 운동을 유발하기 어렵고, 550 rpm 보다 회전 자기장의 속도가 큰 경우 속도가 너무 빨라 나노막대에 회전 운동을 제대로 유발하기 힘들기 때문이다.At this time, the reason why the external rotating magnetic field is 15 rpm to 550 rpm is that when the speed of the rotating magnetic field is smaller than 15 rpm, it is difficult for the nanorods to properly rotate, so the nanorods sink and it is difficult to induce rotational motion in the nanorods, and when the speed of the rotating magnetic field is larger than 550 rpm, the speed is too fast, making it difficult to properly induce rotational motion in the nanorods.

셋째 단계에서, 가시광선 분광광도계를 이용한 나노입자의 동역학 분석을 수행하여 상기 세포의 점도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.In the third step, a step of measuring the viscosity of the cell by performing a dynamic analysis of the nanoparticles using a visible light spectrophotometer may be included.

예를 들어, 외부 회전 자기장은 15 rpm으로 가해주고 광학 신호는 6.325 초간 25 밀리초의 간격으로 얻어낼 수 있으며, 상기 얻어진 광학신호를 퓨리에 변환을 하면 주파수 영역에서 금속 나노막대의 회전운동에 관한 주파수에 해당하는 위치에서 피크를 얻을 수 있다.For example, an external rotating magnetic field is applied at 15 rpm, and optical signals can be obtained at intervals of 25 milliseconds for 6.325 seconds. When the obtained optical signals are Fourier transformed, a peak can be obtained at a position corresponding to the frequency of the rotational motion of the metal nanorod in the frequency domain.

이를 통해, 상기 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 점도를 다양하게 가지는 글리세롤-물 용액을 이용한 검정 곡선을 얻었을 수 있으며, 이에 관한 설명은 하기 실험예에서 자세히 하도록 한다.Through this, a calibration curve using glycerol-water solutions with various viscosities could be obtained by using a process of converting information about the dynamics of metal nanorods that simultaneously have plasmonic properties and properties that can respond to an external magnetic field into information about light, and this will be described in detail in the experimental examples below.

이하, 제조예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 제조예 및 실험예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 제조예 및 실험예에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through manufacturing examples and experimental examples. These manufacturing examples and experimental examples are intended solely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these manufacturing examples and experimental examples.

제조예1: 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 제조Manufacturing Example 1: Manufacturing of metal nanorods for measuring intracellular viscosity.

먼저, 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대는 금과 니켈로 구성된 나노구조체로 다공성 음극 산화 알루미늄 주형을 이용하여 합성한다.First, metal nanorods having both plasmonic properties and the ability to respond to external magnetic fields are synthesized using a porous cathode aluminum oxide template as nanostructures composed of gold and nickel.

이때, 상기 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 한 말단에 200 nm 두께의 은 박막을 증착시켰다.At this time, a 200 nm thick silver film was deposited on one end of the porous cathode aluminum oxide mold.

다음으로, 일정 전위기를 갖춘 전기 중합 장치에, 은 용액이 채워진 은 박막이 증착된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형을 연결시키고, 대향 전극으로 백금 메쉬, 기준 전극으로 은/염화은 전극을 사용하여 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 다공성 음극 산화 알루미늄 주형의 일 말단을 은 박막으로 폐쇄시켰다.Next, a porous cathodic aluminum oxide mold filled with a silver solution and having a silver thin film deposited thereon was connected to an electropolymerization device having a constant potential, and one end of the porous cathodic aluminum oxide mold was closed with the silver thin film at a constant voltage of -0.95 V (vs. the silver/silver chloride electrode) using a platinum mesh as a counter electrode and a silver/silver chloride electrode as a reference electrode.

다음으로, 금 용액, 니켈 용액, 그리고 금 용액을 순서대로 전기 중합 장치에 연결된 다공성 음극 산화 알루미늄 주형 내에 -0.95 V (vs.은/염화은 전극)의 정전압에서 금 박막, 니켈 박막, 금 박막을 순서대로 전착하였다.Next, a gold solution, a nickel solution, and a gold solution were sequentially electrodeposited into a porous cathode aluminum oxide mold connected to an electropolymerization device at a constant voltage of -0.95 V (vs. silver/silver chloride electrode) to form a gold thin film, a nickel thin film, and a gold thin film, respectively.

다음으로, 상기 박막을 성장시킨 음극 산화 알루미늄 주형을 60 % 질산 용액에 담궈 은을 선택적으로 식각하였다.Next, the cathode aluminum oxide mold on which the above thin film was grown was immersed in a 60% nitric acid solution to selectively etch the silver.

이때, 이 과정을 통해 금-니켈-금 나노막대가 음극 산화 알루미늄 주형 내부에 갇혀 있는 상태가 된다.At this time, through this process, the gold-nickel-gold nanorods are trapped inside the cathode aluminum oxide mold.

다음으로, 음극 산화 알루미늄 주형을 1 M 수산화나트륨 용액을 이용해 선택적으로 식각시켜 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응 가능한 성질을 동시에 가지는 금-니켈-금 나노막대들을 수용액에 분산시켰다.Next, the cathode aluminum oxide mold was selectively etched using a 1 M sodium hydroxide solution to disperse gold-nickel-gold nanorods having both plasmonic properties and the ability to respond to an external magnetic field in the aqueous solution.

다음으로, 수용액에 분산된 금-니켈-금 나노막대들은 표면개질을 위하여 에탄올에 분산시켰다.Next, the gold-nickel-gold nanorods dispersed in the aqueous solution were dispersed in ethanol for surface modification.

다음으로, 상기 에탄올에 분산된 나노입자들은 양말단에 각각 황 작용기와 양이온성 작용기를 가지는 (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB) 분자들과 섞여 금-니켈-금 나노막대의 표면의 금 원자 들과의 금 원자-황 원자 공유결합을 통해 금-니켈-금 나노막대 표면에 코팅되었다.Next, the nanoparticles dispersed in the ethanol were mixed with (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB) molecules having sulfur functional groups and cationic functional groups at both ends, respectively, and coated on the surface of the gold-nickel-gold nanorods through gold atom-sulfur atom covalent bonding with the gold atoms on the surface of the gold-nickel-gold nanorods.

이때, 상기 금-니켈-금 나노막대 표면은 양전하를 띠게 된다.At this time, the surface of the gold-nickel-gold nanorods becomes positively charged.

실험예1: 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대 합성 확인 실험Experimental Example 1: Synthesis and Verification Experiment of Metal Nanorods for Intracellular Viscosity Measurement

도3 내지 도4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대의 합성을 확인한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the synthesis of metal nanorods for measuring intracellular viscosity according to one embodiment of the present invention is confirmed.

도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 SEM 이미지이다.Figure 3 is an SEM image of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.

상기 도3을 참조하면, 직경이 74nm이고, 총 길이가 497nm이고, 중앙부의 니켈 영역의 길이가 145nm인 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above Figure 3, it can be confirmed that the diameter is 74 nm, the total length is 497 nm, and the length of the nickel region in the center is 145 nm.

도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 표면에 황 작용기와 양이온성 작용기를 동시에 가지는 분자를 코팅한 것을 확인하기 위한 제타 전위 측정 결과이다.FIG. 4 is a zeta potential measurement result for confirming that a molecule having both a sulfur functional group and a cationic functional group is coated on the surface of a metal nanorod according to one embodiment of the present invention.

상기 도4를 참조하면, Au/Ni/Au금속 나노막대는 -26.4mV 값에서 피크를 나타내고, (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB)로 코팅된 Au/Ni/Au금속 나노막대는 20.4 mV 값에서 피크를 나타내므로 Au/Ni/Au 금속 나노막대가 MUTAB으로 잘 코팅 된 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above Figure 4, the Au/Ni/Au metal nanorods show a peak at a value of -26.4 mV, and the Au/Ni/Au metal nanorods coated with (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB) show a peak at a value of 20.4 mV, so it can be confirmed that the Au/Ni/Au metal nanorods are well coated with MUTAB.

실험예2: 세포내 점도 측정 실험Experimental Example 2: Intracellular Viscosity Measurement Experiment

본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노막대의 세포 내 점도를 측정하기 위하여 하기 실험 단계를 수행하였다.In order to measure the intracellular viscosity of metal nanorods according to one embodiment of the present invention, the following experimental steps were performed.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 황 작용기와 양이온성 작용기를 동시에 가지는 분자가 코팅된 금속 나노막대를 세포내에 혼합 방법(stirring)을 수행하여 세포 내 섭취시켰다.First, a metal nanorod coated with a molecule having both a sulfur functional group and a cationic functional group according to an embodiment of the present invention was stirred into the cell to be taken up into the cell.

다음으로, 상기 세포 내 섭취된 황 작용기와 양이온성 작용기를 동시에 가지는 분자가 코팅된 금 금속과 니켈 금속으로 이루어진 나노막대에 15rpm 강도의 외부 회전 자기장을 걸어주고 이를 가시광선 분광광도계를 이용해 나노입자의 동역학을 분석하는 과정을 수행하여 광학 신호는 6.325 초간 25 밀리초의 간격으로 얻어내고, 상기 얻어진 광학신호를 푸리에 변환을 하여 주파수 영역에서 금-니켈-금 나노막대의 회전운동에 관한 주파수에 해당하는 위치에서 피크를 얻었다.Next, an external rotating magnetic field of 15 rpm was applied to the nanorods made of gold and nickel metal coated with molecules having both sulfur and cationic functional groups that were taken up into the cells, and the dynamics of the nanoparticles were analyzed using a visible light spectrophotometer. Optical signals were obtained at intervals of 25 milliseconds for 6.325 seconds, and the obtained optical signals were Fourier transformed to obtain peaks at positions corresponding to the frequency of the rotational motion of the gold-nickel-gold nanorods in the frequency domain.

도5는 물에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 이들을 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 나타낸 결과이다.Figure 5 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer when an external rotating magnetic field is applied to metal nanorods dispersed in water.

상기 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 내 점도 측정용 금속 나노막대는 외부자기장이 인가된 경우, 강도의 증가와 감소가 규칙적으로 큰 폭으로 나타낸 것을 확인 할 수 있고, 외부자기장이 인가되지 않은 경우, 강도의 증가와 감소가 나타나지 않을 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above FIG. 5, it can be confirmed that the metal nanorod for measuring intracellular viscosity according to one embodiment of the present invention shows a regular and large increase and decrease in intensity when an external magnetic field is applied, and that no increase or decrease in intensity is shown when an external magnetic field is not applied.

도6은 물에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 도5의 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 것에 대한 결과이다.Figure 6 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of the sine function of Figure 5 using a visible light spectrophotometer while applying an external rotating magnetic field to metal nanorods dispersed in water, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.

상기 도6을 참조하면, 나노막대에 15rpm의 외부 회전 자기장을 인가해주었을 때 나노막대가 0.25Hz주파수 영역에서 피크를 나타내는 것으로 보아 외부 회전 자기장에 의해 나노막대가 잘 제어되는 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above Figure 6, when an external rotating magnetic field of 15 rpm is applied to the nanorod, it can be confirmed that the nanorod is well controlled by the external rotating magnetic field as the nanorod shows a peak in the 0.25 Hz frequency range.

도7은 다양한 점도의 글리세롤-물 용액에 분산되어 있는 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 결과이다.Figure 7 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer while applying an external rotating magnetic field to metal nanorods dispersed in glycerol-water solutions of various viscosities, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.

상기 도7을 참조하면, 글리세롤-물 용액의 점도는 글리세롤과 물의 비율을 다르게 하여 1.02cP, 10.32cP, 25.3cP 의 점도를 가지도록 만들었다.Referring to the above Figure 7, the viscosity of the glycerol-water solution was made to have viscosities of 1.02 cP, 10.32 cP, and 25.3 cP by changing the ratio of glycerol and water.

도7은 점도를 다양하게 가지는 글리세롤-물 용액에 분산된 금-니켈-금 나노막대에 외부 회전 자기장을 15, 100, 450 rpm으로 가해주고 이를 상기 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 분석하였다.Figure 7 shows a process of converting information about the dynamics of metal nanorods that have both plasmonic properties and properties that can respond to external magnetic fields into information about light by applying an external rotating magnetic field at 15, 100, and 450 rpm to gold-nickel-gold nanorods dispersed in glycerol-water solutions with various viscosities.

도7을 참조하면, 외부 회전 자기장을 이용해 금-니켈-금 나노막대의 회전각속도를 느리게 하는 경우 주변 글리세롤-물 용액에 변화를 크게 유발하지 않아 이로 인한 저항이 작아 금-니켈-금 나노막대는 외부 회전 자기장의 회전 속도와 동일하게 회전운동을 하는 반면에, 외부 회전 자기장을 이용해 금-니켈-금 나노막대의 회전각속도를 빠르게 하는 경우, 주변 글리세롤-물 용액에 변화를 크게 유발하고 이로 인한 저항이 커져 금-니켈-금 나노막대는 외부 회전 자기장의 회전 속도와 동일하지 않은 운동을 하게 되고 이로 인해 상기 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 금-니켈-금 나노막대의 역학을 분석했을 때 주파수 영역에서 피크를 얻을 수 없다.Referring to FIG. 7, when the rotational velocity of the gold-nickel-gold nanorods is slowed down using an external rotating magnetic field, a large change in the surrounding glycerol-water solution is not induced, and the resulting resistance is small, so that the gold-nickel-gold nanorods rotate at the same speed as the rotational velocity of the external rotating magnetic field. On the other hand, when the rotational velocity of the gold-nickel-gold nanorods is fastened using an external rotating magnetic field, a large change in the surrounding glycerol-water solution is induced, and the resulting resistance is large, so that the gold-nickel-gold nanorods move at a speed that is not equidistant from the rotational velocity of the external rotating magnetic field. Therefore, when analyzing the dynamics of the gold-nickel-gold nanorods using a process that converts information about the dynamics of metal nanorods that simultaneously have plasmonic properties and properties that can respond to an external magnetic field into information about light, no peak can be obtained in the frequency domain.

이때, 금-니켈-금 나노막대에 대해 가해주는 여러 외부 회전 자기장의 속도에 대해 상기 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 주파수 영역에서 피크를 얻을 때 마지막으로 주파수 영역에서 피크를 나타내게 하는 외부 회전 자기장의 회전 주파수는 종결 주파수이다.At this time, when a process of converting information about the dynamics of a metal nanorod having both the plasmonic property and the property of responding to an external magnetic field into information about light is used to obtain a peak in the frequency domain, the rotation frequency of the external rotating magnetic field that finally causes a peak in the frequency domain is the termination frequency.

이에 따라, 도7 내지 도9는 글리세롤-물 용액의 점도의 함수에 따른 종결 주파수의 관계를 이용하여 검정 곡선을 얻은 것을 나타내었다.Accordingly, Figs. 7 to 9 show that a calibration curve was obtained using the relationship between the termination frequency and the viscosity of the glycerol-water solution.

상기 도7을 참조하면, 1.02 cP 점도 일 때, 15 rpm에서 550 rpm까지 나노막대가 외부 회전 자기장에 잘 거동하는 것을 확인 할 수 있고, 10.32 cP 점도 일 때, 15 rpm에서 400 rpm까지 나노막대가 외부 회전 자기장에 잘 거동하는 것 인 것을 확인 할 수 있고, 25.3 cP 점도 일 때, 15 rpm 에서 200 rpm까지 나노막대가 외부 회전 자기장에 잘 거동하는 것 인 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above FIG. 7, it can be confirmed that when the viscosity is 1.02 cP, the nanorods behave well in an external rotating magnetic field from 15 rpm to 550 rpm, when the viscosity is 10.32 cP, the nanorods behave well in an external rotating magnetic field from 15 rpm to 400 rpm, and when the viscosity is 25.3 cP, the nanorods behave well in an external rotating magnetic field from 15 rpm to 200 rpm.

도8은 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 얻어낸 종결 주파수를 글리세롤-물 용액의 점도의 함수에 따라 그려낸 검정 곡선 결과이다.Figure 8 is a black curve showing the termination frequency obtained by converting information about the dynamics of metal nanorods into information about light as a function of the viscosity of a glycerol-water solution.

상기 도8을 참조하면, 금속 나노막대의 푸리에 변환 표면 플라즈몬 공명(FTSPR)에서 얻은 말단 주파수와 상업용 점도계를 사용하여 측정한 글리세롤 용액의 점도는 선형 관계를 나타낸 것을 확인할 수 있다.Referring to the above Figure 8, it can be confirmed that the terminal frequency obtained from the Fourier transform surface plasmon resonance (FTSPR) of the metal nanorod and the viscosity of the glycerol solution measured using a commercial viscometer show a linear relationship.

이로써, 점도가 높아짐에 따라 외부 회전 자기장의 회전 주파수인 종결 주파수가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.This allows us to confirm that as the viscosity increases, the termination frequency, which is the rotational frequency of the external rotating magnetic field, decreases.

따라서, 글리세롤의 점도가 높아질수록 금속 나노막대로부터 얻어지는 종결 주파수 값이 감소하는 결과를 확인 할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that as the viscosity of glycerol increases, the termination frequency value obtained from the metal nanorod decreases.

도9는 세포 내 섭취된 금속 나노막대에 외부 회전 자기장을 가해준 상태에서 가시광선 분광광도계를 이용하여 사인 함수의 개형과 비슷한 광학 신호를 얻어낸 것을 푸리에 변환을 통해 주파수 영역에서의 피크로 얻어낸 것에 대한 결과이다.Figure 9 shows the results of obtaining an optical signal similar to the shape of a sine function using a visible light spectrophotometer in a state where an external rotating magnetic field is applied to a metal nanorod taken up into a cell, and obtaining the peak in the frequency domain through Fourier transform.

상기 도9(a)는 HeLa 세포, 도9(b)는 HepG2 세포, 도9(c)는 MCF-7 세포, 도9(d)는 HUF 세포 내에 금-니켈-금 나노막대를 넣고 외부 회전 자기장을 가해주고 이를 상기 플라즈몬 성질과 외부 자기장에 반응가능한 성질을 동시에 가지는 금속 나노막대의 역학에 관한 정보를 빛에 관한 정보로 변환하는 과정을 이용하여 분석한 것을 나타내었다The above Fig. 9(a) shows a HeLa cell, Fig. 9(b) a HepG2 cell, Fig. 9(c) a MCF-7 cell, and Fig. 9(d) a HUF cell, in which gold-nickel-gold nanorods were placed and an external rotating magnetic field was applied, and the information about the dynamics of the metal nanorods, which have both the plasmonic properties and the property of responding to an external magnetic field, was analyzed using a process of converting the information about light.

상기 도9를 참조하면, 도9(a)의 세포내 점도는 22.6 ± 2.0cP이고, 도9(b)의 세포내 점도는 24.4 ± 3.0cP이고, 도9(c)의 세포내 점도는 24.0 ± 2.5 cP이고, 도9(d)의 세포내 점도는 16.5 ± 3.4 cP인 것을 확인 할 수 있다.Referring to the above Figure 9, it can be confirmed that the intracellular viscosity of Figure 9(a) is 22.6 ± 2.0 cP, the intracellular viscosity of Figure 9(b) is 24.4 ± 3.0 cP, the intracellular viscosity of Figure 9(c) is 24.0 ± 2.5 cP, and the intracellular viscosity of Figure 9(d) is 16.5 ± 3.4 cP.

따라서, 도9를 참조하면, 금-니켈-금 나노막대를 이용해 세포 내 점도가 측정 가능 한 것을 확인 할 수 있다.Therefore, referring to Figure 9, it can be confirmed that intracellular viscosity can be measured using gold-nickel-gold nanorods.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and those skilled in the art will readily appreciate that the present invention can be readily modified into other specific forms without altering the technical spirit or essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined manner.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims

A plasmonic vibration detection region located at both ends of the nanorod and composed of a first metal that detects plasmonic activity; and
A magnetic field responsive region comprising a second metal having a magnetic property capable of responding to an external magnetic field, located at the center of the nanorod,
The above first metal and sulfur atom are covalently bonded,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the plasmon vibration detection region comprises 60.9 wt% to 78.7 wt% of the entire metal nanorod.

In the first paragraph,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the first metal comprises at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

In the first paragraph,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the second metal comprises at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

delete

A plasmonic vibration detection region located at both ends of the nanorod and composed of a first metal that detects plasmonic activity; and
A magnetic field responsive region comprising a second metal having a magnetic property capable of responding to an external magnetic field, located at the center of the nanorod,
The above first metal and sulfur atom are covalently bonded,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the external magnetic field response region comprises 21.3 wt% to 39.1 wt% of the entire metal nanorod.

In the first paragraph,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the length of the metal nanorod is 472 nm to 522 nm.

In the first paragraph,
A metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the width of the metal nanorod is 69 nm to 72 nm.

A step of depositing a silver thin film on one end of a porous cathode aluminum oxide mold having nano-sized pores formed therein;
A step of forming a first metal on the surface of the above-deposited silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition;
A step of forming a second metal on the surface of the first metal by electrochemical chemical vapor deposition;
A step of manufacturing a metal nanorod precursor by forming a first metal on the surface of the second metal by electrochemical chemical vapor deposition; and
In order to modify the surface, the metal nanorod precursor is added to ethanol, and then a mixing reaction is performed through vibration to react the metal nanorod precursor with a compound having a sulfur functional group and a cationic functional group, thereby manufacturing a metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded.
Between the step of manufacturing the metal nanorod precursor and the step of manufacturing the metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded,
A method for manufacturing metal nanorods for measuring intracellular viscosity, characterized in that it further comprises a step of selectively etching a porous cathode aluminum oxide mold after selectively etching the above silver thin film.

delete

In paragraph 8,
A method for manufacturing a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the first metal comprises at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag).

In paragraph 8,
A method for manufacturing a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the second metal comprises at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co).

A step of depositing a silver thin film on one end of a porous cathode aluminum oxide mold having nano-sized pores formed therein;
A step of forming a first metal on the surface of the above-deposited silver thin film by electrochemical chemical vapor deposition;
A step of forming a second metal on the surface of the first metal by electrochemical chemical vapor deposition;
A step of manufacturing a metal nanorod precursor by forming a first metal on the surface of the second metal by electrochemical chemical vapor deposition; and
In order to modify the surface, the metal nanorod precursor is added to ethanol, and then a mixing reaction is performed through vibration to react the metal nanorod precursor with a compound having a sulfur functional group and a cationic functional group, thereby manufacturing a metal nanorod in which gold atoms and sulfur atoms are covalently bonded.
A method for manufacturing a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the compound having the sulfur functional group and the cationic functional group comprises at least one selected from the group consisting of (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide (MUTAB), Cysteamine, Polyamidoamine, and Polyethyleneimine.

In the method for measuring intracellular viscosity using a metal nanorod for measuring intracellular viscosity of the first clause,
A step of mixing the metal nanorods of the first clause into cells (stirring) to allow them to be taken up into cells;
A step of applying an external rotating magnetic field to the cells ingested with the above metal nanorods; and
A method for measuring intracellular viscosity using a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that it comprises a step of measuring the viscosity of the cell by performing a dynamic analysis of the nanoparticle using a visible light spectrophotometer.

In Article 13,
A method for measuring intracellular viscosity using a metal nanorod for measuring intracellular viscosity, characterized in that the external rotating magnetic field applied above is 15 rpm to 550 rpm.