KR20110113455A - Surfactant for Nanoparticle Aqueous Dispersion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노입자를 수계에 안정적으로 분산시킬 수 있는 계면활성제에 관한 것으로, 본 발명에 따른 계면활성제는 다양한 종류의 나노입자를 안정적으로 물에 분산시킬 수 있으며, 물성을 그대로 유지시킴으로서 금속, 산화 금속 및 양자점 등 다양한 나노입자에 폭넓게 이용될 수 있다.
The present invention relates to a surfactant capable of stably dispersing nanoparticles in an aqueous system. The surfactant according to the present invention can stably disperse various kinds of nanoparticles in water, and maintains physical properties of metals and oxides. It can be widely used in various nanoparticles such as metal and quantum dots.
Description
본 발명은 나노입자를 수계에 안정적으로 분산시킬 수 있는 계면활성제에 관한 것이다.
The present invention relates to a surfactant capable of stably dispersing nanoparticles in an aqueous system.
나노입자는 그 크기에 따른 효과에 의해 부피 대비 큰 표면적을 가지며, 양자제한(Quantum confinement) 효과로 괴상(塊狀)의 물질과는 전혀 다른 성질을 나타낸다(참조 : Alivisatos, A. P. Science, 271:933(1996)). 다양한 나노입자 중에서 형광이 가능한 양자점(Quantum Dot)과 자성을 띄는 산화철 나노입자는 각각 생물체 내에서의 이미징(Imaging) 용도로 사용되어 질 수 있고, 이를 위해서는 균일한 크기의 나노입자가 필요하며 또한 수용성이어야 한다(참조 : Gao, X. et al., S. Nat. Biotechnol, 22:969-976(2004) ; Bruchez, J. M. et al., A. P. Science, 281: 2013-2016(1998) ; Chan, W. C. W. et al., S. Science, 281:2016-2018(1998) ; 및 Weissleder, R. et al., L. Nat. Biotechnol, 23:1418(1998)). 이 목적에 부합하는 가장 간단한 방법은 물에서 나노입자를 만드는 것이지만 지금까지 알려진 합성법으로는 수용성 방법에 의해 균일한 나노입자를 만드는 것이 불가능하다. 양자점의 경우 물에서 합성하면 양자수율이 너무 낮아 실제 이미징에 적용하기가 어렵고 산화철의 경우에도 균일한 산화철 나노입자의 실례가 보고된 적은 없다.Nanoparticles have a large surface area to volume due to their size, and have a quantum confinement effect that is completely different from the bulk material (see Alivisatos, AP Science, 271: 933). (1996)). Among various nanoparticles, fluorescent quantum dots and magnetic iron oxide nanoparticles can be used for imaging in living organisms. For this purpose, uniformly sized nanoparticles are required and water-soluble. (Gao, X. et al., S. Nat. Biotechnol, 22: 969-976 (2004); Bruchez, JM et al., AP Science, 281: 2013-2016 (1998); Chan, WCW et al., S. Science, 281: 2016-2018 (1998); and Weissleder, R. et al., L. Nat. Biotechnol, 23: 1418 (1998). The simplest method for this purpose is to make nanoparticles from water, but synthetic methods known to date make it impossible to produce uniform nanoparticles by water-soluble methods. In the case of quantum dots, when synthesized in water, the quantum yield is too low to be applied to actual imaging, and even iron oxide has not been reported to have uniform iron oxide nanoparticles.
따라서 유기 용매에서 균일한 양자점 혹은 산화철 나노입자를 합성한 후 이를 물로 옮기는 과정을 일반적으로 거쳐야만 한다.Therefore, it is generally necessary to synthesize uniform quantum dots or iron oxide nanoparticles in an organic solvent and transfer them to water.
최근 들어 CdSe(Cadmium Selenide), CdTe(Cadmium Telluride)와 같은 균일한 양자점과 산화철, 철-백금(FePt), 코발트와 같은 자성 나노입자의 합성법이 개발되었고 이를 수용화 시키기 위한 여러 가지 계면활성제가 보고되었다. Recently, homogeneous quantum dots such as CdSe (Cadmium Selenide) and CdTe (Cadmium Telluride) and the synthesis of magnetic nanoparticles such as iron oxide, iron-platinum (FePt), and cobalt have been developed, and various surfactants for receiving them have been reported. It became.
수용성 양자점을 얻기 위하여 수용성 고분자, 지질(Lipids)이나 티올 덴드리머(Thiol dendrimer), 디티올(Dithiol)과 같은 티올 리간드가 이용되어 왔다. 그 외에도 다양한 금속 나노입자들을 디메틸아미노피리딘(4-(dimethyl-amino) pyridine)을 이용하여 수용액 층으로 보낼 수 있었다. 한편 산화철의 경우 Weissleder 연구팀에서 덱스트란(dextrane)을 이용하여 다양한 크기의 산화철을 물에 용해시킬 수 있었고 이를 MRI에 이용하였다. 이외에 시크로덱스트란이나 무수 말레산(Maleic anhydride)을 주쇄로 이용한 고분자를 이용하여 다양한 나노입자들을 물에 녹인 것도 보고되었다.To obtain water-soluble quantum dots, water-soluble polymers, lipids, thiol ligands such as thiol dendrimers and dithiol have been used. In addition, various metal nanoparticles could be sent to the aqueous solution layer using dimethylaminopyridine (4- (dimethyl-amino) pyridine). In the case of iron oxide, Weissleder's team was able to dissolve iron oxide of various sizes in water using dextrane and used it for MRI. In addition, various nanoparticles were also dissolved in water using a polymer using cyclodextran or maleic anhydride as a main chain.
산화철과 양자점, 각종 금속을 물에 용해시킬 수 있는 계면활성제는 보고된 바 있으나, 양자수율 문제와 안정성 문제는 아직까지 미해결과제로 남아있다.Surfactants that can dissolve iron oxide, quantum dots, and various metals in water have been reported, but quantum yield problems and stability problems remain unresolved.
양자점의 경우, 양자수율이 유기용매에서 50%인 경우 계면활성제를 이용하여 물에 용해시키면 원래 수율의 50 내지 60%(결과적으로는 25 내지 30%의 수율) 정도밖에 얻을 수 없는 문제점이 있었다.In the case of quantum dots, when the quantum yield is 50% in an organic solvent, when dissolved in water using a surfactant, only 50 to 60% of the original yield (as a result, a yield of 25 to 30%) has a problem.
산화철의 경우, 수용화의 필요성에 비해 연구가 잘 이루어지지 않고 있는 편이었으며, 대부분의 경우 포스포리피드(Phospholiphid)나 덱스트란(Dextran)을 사용하여 물에 용해시키는 방법을 이용하였으나, 이는 농도에 따른 소낭(Vesicle)을 이용하는 방법이어서 농도가 묽어지면 응집이 일어나기 쉽다는 문제점이 있었다. 이 현상은 자성 나노입자에서 특히 심하게 나타나는 것으로 자성 나노입자 사이의 인력이 다른 나노입자에 비해 많이 작용하기 때문일 것으로 판단된다.
In the case of iron oxide, research has been poorly performed compared to the need for solubilization, and in most cases, a method of dissolving in water using phospholipid or dextran was used. Since there is a method using the vesicles (Vesicle), there was a problem that aggregation tends to occur when the concentration is diminished. This phenomenon is particularly severe in magnetic nanoparticles, and it may be because the attraction between the magnetic nanoparticles is more active than other nanoparticles.
이에 본 발명자들은 양자수율 문제와 안정성 문제와 같은 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위해서 연구한 결과, 신규한 수계 분산용 계면활성제를 발견하고 이 신규한 수계 분산용 계면활성제를 사용하는 경우 다양한 종류의 나노 입자들을 안정적으로 물에 분산시킬 수 있고 응집현상이 발생하지 않으며, 상온에서 용매치환이 가능하게 됨으로써 양자점에서의 양자수율 문제를 극복할 수 있다는 사실을 밝혀내고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have studied to overcome the problems of the prior art, such as the quantum yield problem and stability problem, and found a novel aqueous dispersion surfactant and using various kinds of nano It was found that the particles can be stably dispersed in water, no aggregation phenomenon occurs, and solvent substitution at room temperature can overcome the quantum yield problem in quantum dots, thereby completing the present invention.
따라서 본 발명의 목적은 나노 입자의 양자수율 및 안정성 문제를 해결한 신규한 나노입자 수계 분산용 계면활성제를 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel nanoparticle aqueous dispersion for solving the quantum yield and stability problems of nanoparticles.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 나노입자 수계 분산용 계면활성제를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a surfactant for dispersing the aqueous nanoparticles represented by the following Chemical Formula 1.
상기 화학식 1 에서 n은 1 내지 500이며; R1은 C1 내지 C30의 알킬이며; R2는 수소 또는 C1 내지 C50의 알킬이며; R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬이다.
In Formula 1 n is 1 to 500; R 1 is C 1 to C 30 alkyl; R 2 is hydrogen or C 1 to C 50 alkyl; R 3 is hydrogen or C 1 to C 30 alkyl.
본 발명에 따른 나노입자 수계 분산용 계면활성제에 의해 다양한 종류의 나노입자를 안정적으로 물에 분산시킬 수 있으며 물성을 유지시킴으로서 금속, 산화금속 및 양자점 등 다양한 나노입자에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.The surfactant for dispersing the aqueous nanoparticles according to the present invention can stably disperse various kinds of nanoparticles in water and is expected to be widely used for various nanoparticles such as metals, metal oxides and quantum dots by maintaining physical properties. .
본 발명에 따른 수용화된 양자점을 생물체에 투입하여 거시적으로는 생물 대사 작용의 관찰, 암을 비롯한 각종 병에 대한 진단이 가능하고 미시적으로는 세포내에 투입하여 세포내에서의 작용 메카니즘 추적이 가능하다. 또한 전체적인 합성과정이 매우 경제적이며 대량생산이 가능하여 현재 수용성 나노입자를 얻기 위해 사용되고 있는 고가의 포스포리피드(phospholipid)를 대체하여 사용이 가능하므로 산업화에 의한 매출 창출도 가능할 것으로 기대된다. By accepting the quantum dots of the present invention into living organisms, macroscopic observation of biological metabolism and diagnosis of various diseases including cancer are possible. . In addition, the overall synthesis process is very economical and mass production is possible, so it is possible to replace the expensive phospholipid that is currently used to obtain water-soluble nanoparticles, so it is expected to generate sales by industrialization.
또한 자성 나노입자의 수용화를 이용한 MRI를 통해 보다 많은 연구에 다양하게 적용될 수 있으며, 특히 MRI 조영제 시장에서 큰 경제적 효과를 창출할 것으로 예상된다.
In addition, MRI using magnetic nanoparticles can be widely applied to more research, and it is expected to create a great economic effect, especially in the MRI contrast medium market.
도 1은 Gel filteration에 의한 결과(좌)와 Light scattering에 의한 수화지름(우)을 나타낸 사진이다.
도 2는 나노입자를 디클로로메탄(MC) 용매 하에서 계면활성제를 사용하여 물로 이동시켰을 때의 모양을 도식화한 것이며(상); Oleic acid, Oleylamine 및 TOP/TOPO가 각각 안정제로 사용된 나노입자를 물로 이동시켰을 때의 모양을 나타낸 그림이다(하).
도 3은 위로부터 mPEG(Mn2000), 1단계 중간체 및 최종생성물의 MALDI-TOF 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 4는 1단계 중간체(상) 및 최종생성물(하)의 1H NMR 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 헥산에 녹인 Fe2O3 나노입자이며, (b)는 본 발명에 의해 만들어진 계면활성제(Mn5000 mPEG사용)를 사용한 물 용매에 들어 있는 Fe2O3 나노입자이며, (c)는 본 발명에 의해 만들어진 계면활성제(Mn2000 mPEG사용)를 사용한 물 용매에 들어 있는 Fe2O3 나노입자이며, (d)는 계면활성제(Mn750 mPEG사용)를 사용한 물 용매에 들어 있는 Fe2O3 나노입자이며, (e)는 Fe2O3 나노입자를 물에서의 다이(mPEG)-모노(알킬) 형태의 계면활성제와 사용한 것이며, (f)는 Fe2O3 나노입자를 물에서 모노(mPEG)-다이(알킬) 형태의 계면활성제와 사용한 것을 나타낸 그림이다.
도 6은 헥산에 녹아있는 나노입자(좌)와 물에 녹아 있는 나노입자(우)를 각각 나타낸 사진이다. (a)는 CdSe/ZnS 나노입자를 UV 광선 아래에서 관찰한 사진이며; 좌측 하단에 삽입된 사진은 일반 광선 아래에서의 나노입자를 나타낸 사진이며; 우측 하단에 삽입된 사진은 물에서의 나노입자의 TEM 이미지이다. (b)는 InP/ZnS 나노입자를 나타낸 사진이며; 우측 하단에 삽입된 그래프는 헥산과 물에서의 나노입자의 형광을 나타낸 것이다. (c)는 금 나노입자의 사진이며; 우측 상단에 삽입된 사진은 나노입자의 TEM 이미지이며; 좌측 하단에 삽입된 그래프는 물(빨간색)과 헥산(파란색)에서의 나노입자의 흡광도 그래프를 나타낸다. (d) Fe2O3 나노입자의 사진이며; 좌측 상단에 삽입된 사진은 물에서의 나노입자의 TEM 이미지이며; 우측 하단에 삽입된 사진은 마그네틱 필드 아래에서 물에서의 나노입자를 나타낸 사진이다.
도 7은 MRI 조영제로 사용되는 나노입자를 계면활성제를 이용하여 물 용매에 분산시킨 다음 MRI 조영제로서의 역할을 잃지 않았음을 확인하기 위해 실험한 사진이다.
도 8은 유기 용매 하에서 합성한 금 나노입자를 물 용매에 분산 시킨 후 측정한 흡광스펙트럼이다.
도 9는 좌측부터 CdSe/ZnS, InP/ZnS, Au, Fe2O3 나노입자가 헥산에 분산되어 있는 모습을 나타낸 것이다(좌). 이 나노입자들을 계면활성제를 사용하여 물 용매에 분산시킨 사진이 오른쪽 사진이다(우). 각 사진의 아래쪽은 물 용매층이고, 위쪽은 헥산 용매층이다.Figure 1 is a photograph showing the result of the gel filteration (left) and the hydration diameter (right) by light scattering.
Figure 2 is a schematic of the shape when the nanoparticles are moved to water using a surfactant under a dichloromethane (MC) solvent (phase); This figure shows the shape of oleic acid, Oleylamine and TOP / TOPO when they were transferred to water.
FIG. 3 is a graph showing MALDI-TOF data of mPEG (Mn2000), one step intermediate and final product from above.
Figure 4 is a graph showing the 1 H NMR data of the intermediate step (top) and the final product (bottom).
Figure 5 (a) is Fe 2 O 3 nanoparticles dissolved in hexane, (b) is Fe 2 O 3 nanoparticles contained in a water solvent using a surfactant (using Mn5000 mPEG) made by the present invention, ( c) is Fe 2 O 3 nanoparticles contained in a water solvent using a surfactant (using Mn2000 mPEG) made by the present invention, (d) Fe 2 in a water solvent using a surfactant (using Mn750 mPEG) O 3 nanoparticles, (e) using Fe 2 O 3 nanoparticles with a surfactant in the form of a di (mPEG) -mono (alkyl) in water, and (f) using Fe 2 O 3 nanoparticles in water Shown for use with surfactants in mono (mPEG) -di (alkyl) form.
6 is a photograph showing nanoparticles (left) dissolved in hexane and nanoparticles (right) dissolved in water, respectively. (a) is a photograph of the CdSe / ZnS nanoparticles observed under UV light; The picture inserted at the bottom left is a picture of the nanoparticles under normal light; Inserted at the bottom right is a TEM image of the nanoparticles in water. (b) is a photograph showing InP / ZnS nanoparticles; The graph inserted at the bottom right shows the fluorescence of the nanoparticles in hexane and water. (c) is a photograph of gold nanoparticles; The picture inserted at the top right is a TEM image of the nanoparticles; The graph inserted at the bottom left shows a graph of absorbance of nanoparticles in water (red) and hexane (blue). (d) a photograph of Fe 2 O 3 nanoparticles; The picture inserted at the top left is a TEM image of the nanoparticles in water; Inserted at the bottom right is a picture of nanoparticles in water under the magnetic field.
Figure 7 is a photograph experiment to confirm that the nanoparticles used as MRI contrast agent was dispersed in a water solvent using a surfactant and then lost the role as MRI contrast agent.
8 is an absorption spectrum measured after dispersing the gold nanoparticles synthesized in an organic solvent in a water solvent.
9 shows a state in which CdSe / ZnS, InP / ZnS, Au, and Fe 2 O 3 nanoparticles are dispersed in hexane from the left side (left). The right picture shows the photo of these nanoparticles dispersed in a water solvent using a surfactant. The lower part of each photograph is a water solvent layer, and the upper part is a hexane solvent layer.
본 발명은 나노입자의 수계 분산용 신규 계면활성제에 관한 것으로서 더욱 구체적으로는 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 제공하는 것을 그 특징으로 한다.The present invention relates to a novel surfactant for aqueous dispersion of nanoparticles, and more particularly, to provide a surfactant represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1 에서 n은 1 내지 500 이며; R1은 C1 내지 C30의 알킬이며; R2는 수소 또는 C1 내지 C50의 알킬이며; R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬이다. In Formula 1 n is 1 to 500; R 1 is C 1 to C 30 alkyl; R 2 is hydrogen or C 1 to C 50 alkyl; R 3 is hydrogen or C 1 to C 30 alkyl.
본 발명에서 나노입자는 일반적인 나노입자를 의미하는 것으로 예를 들면 금(Au), 팔라듐(Pd)과 같은 금속, Fe2O3, Fe3O4와 같은 자성 산화물 또는 CdSe, InP/ZnS, CdSe/ZnS Core-shell과 같은 양자점을 의미한다.
In the present invention, the nanoparticles refer to general nanoparticles, for example, metals such as gold (Au) and palladium (Pd), magnetic oxides such as Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , or CdSe, InP / ZnS, and CdSe. / ZnS Refers to the same quantum dot as Core-shell.
이와 같은 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제는 하기 화학식 2 내지 7로 표시되는 화합물을 이용하여 합성되며 제조방법은 하기 반응식 1과 같다.Such a surfactant represented by the formula (1) according to the present invention is synthesized using a compound represented by the following formula (2) to 7 and the preparation method is the same as
[반응식 1]
상기 화학식 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 상기 반응식 1에서 n은 1 내지 500이며; R1은 C1 내지 C30의 알킬이며; R2는 수소 또는 C1 내지 C50의 알킬이며; R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬을 나타내며; X는 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.
N is 1 to 500 in Formulas 2, 3, 4, 5, 6, 7 and
본 발명의 화학식 1로 표현되는 나노입자 수계 분산용 계면활성제는Surfactant for aqueous dispersion of nanoparticles represented by
(a) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 질소분위기 하에서 10℃ 내지 200℃로 1 내지 24시간 반응시켜 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 제조하는 단계;(a) preparing a compound represented by Chemical Formula 6 by reacting the compound represented by Chemical Formula 2 with the compound represented by Chemical Formula 3 at 10 ° C. to 200 ° C. for 1 to 24 hours under a nitrogen atmosphere.
(b) 상기 (a)에서 얻어진 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 상기 화학식 4로 표시되는 화합물과 질소분위기 하에서 10℃ 내지 200℃로 0.5 내지 48시간 반응시켜 상기 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및(b) reacting the compound represented by Chemical Formula 6 obtained in (a) with a compound represented by Chemical Formula 4 at a temperature of 10 ° C. to 200 ° C. for 0.5 to 48 hours under a nitrogen atmosphere to prepare a compound represented by Formula 7 step; And
(c) 상기 (b)에서 얻어진 상기 화학식 7로 표시되는 화합물을 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 질소분위기 하에서 10℃ 내지 200℃로 1 내지 48시간 반응시키는 단계를 거쳐 제조되며, 상기 모든 과정은 친핵성 치환반응을 이용하여 진행된다.
(c) the compound represented by the formula (7) obtained in (b) is prepared through the step of reacting the compound represented by the formula (5) with a nitrogen atmosphere at 10 ℃ to 200 ℃ for 1 to 48 hours, all the above process is It proceeds using a nucleophilic substitution reaction.
먼저 상기 (a) 단계의 경우, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물에서 X는 할로겐족 원소로 F, Cl, Br 또는 I가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Cl을 사용하는 것이 좋다. First, in the step (a), in the compound represented by Formula 2, X, F, Cl, Br or I may be used as the halogen group element, and preferably Cl is used.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 경우 R1은 C1 내지 C30의 알킬로 치환된 것을 사용하며, 바람직하게는 C1 내지 C5의 알킬로 치환된 것을 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 화학식 3으로 표시되는 화합물로는 methoxy-PEG 또는 ethoxy-PEG 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 n은 1 내지 500정도가 되도록 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 10 내지 200 정도가 되도록 사용되는 것이 좋다.In the case of the compound represented by Formula 3, R 1 is C 1 To substituted with C 30 alkyl, preferably C 1 It is preferable to use those substituted with alkyl of C to C 5 . For example, methoxy-PEG or ethoxy-PEG may be used as the compound represented by Formula 3. In addition, the n is preferably used to be about 1 to 500, preferably used to be about 10 to 200.
상기 (a) 단계의 경우, 1 : 1 반응을 유도하기 위하여 화학식 2로 표시되는 화합물을 과량으로 넣어주는 것이 좋으며, 그렇지 않을 경우 화학식 3으로 표시되는 화합물이 화학식 2로 표시되는 화합물에 두 번 이상 치환되어 다음 단계로 반응이 쉽게 진행되지 못한다는 문제점이 생긴다.
In the case of step (a), in order to induce a 1: 1 reaction, it is preferable to add an excess of the compound represented by the formula (2), otherwise the compound represented by the formula (3) is more than two times to the compound represented by the formula (2) There is a problem that the substitution does not proceed easily to the next step.
상기 (b) 단계의 경우, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 경우 R2는 수소 또는 C1 내지 C50의 알킬로 치환된 것을 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 C1 내지 C20의 알킬로 치환된 것을 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 화학식 4로 표시되는 화합물로는 헥사데실아민(Hexadecylamine, HDA), 옥타데실아민 (Octadecylamine, ODA) 등이 사용될 수 있다.
In the case of step (b), in the case of the compound represented by Formula 4, R 2 is hydrogen or C 1 It is preferable to use those substituted with C to C 50 alkyl, preferably C 1 It is preferable to use those substituted with C- 20 to alkyl. For example, hexadecylamine (HDA), octadecylamine (Octadecylamine, ODA) may be used as the compound represented by Formula 4.
상기 (c)단계의 경우, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 경우 R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬로 치환된 것을 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 C1 내지 C5의 알킬로 치환된 것을 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 화학식 5로 표시되는 화합물로는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올 등을 사용할 수 있다. In the case of step (c), in the case of the compound represented by Formula 5, R 3 is hydrogen or C 1 It is preferable to use those substituted with alkyl of C to 30 , preferably C 1 It is preferable to use those substituted with alkyl of C to C 5 . For example, methanol, ethanol, propanol or butanol, etc. may be used as the compound represented by the formula (5).
상기 (c)단계를 거침으로써, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물로 상기 화학식 7로 표시되는 화합물의 할로겐 원소를 치환할 수 있게 되어 독성이 없는 나노입자 수계 분산용 계면활성제를 만들 수 있게 된다.By going through the step (c), it is possible to replace the halogen element of the compound represented by the formula (7) with the compound represented by the formula (5) to make a non-toxic surfactant for nano-based aqueous dispersion.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물을 상기 화학식 7로 표시되는 화합물에 높은 비율로 치환시키기 위해 상기 (c)단계의 반응과정을 여러 번 반복할 수도 있다. 이는 상기 화학식 4로 표시되는 물질의 알킬체인이 길 경우 비극성이 강하여 상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 치환이 쉽게 일어나지 않기 때문이다.The reaction process of step (c) may be repeated several times in order to replace the compound represented by Chemical Formula 5 at a high ratio with the compound represented by Chemical Formula 7. This is because when the alkyl chain of the material represented by the formula (4) is long, the nonpolarity is strong, so that the substitution of the compound represented by the formula (5) does not occur easily.
본 발명의 모든 과정은 30℃ 내지 60℃의 질소 조건 하에서 진행되는데 이는 공기 중의 수분 역시 친핵체로 작용하여 다른 물질보다 반응성이 뛰어나기 때문에 이를 미연에 방지하기 위함이다. 상기 반응에서 용매로는 비양성자성 용매가 사용될 수 있으며, 예를 들어 테트라하이드로퓨란(THF)이 사용될 수 있다.
All the process of the present invention is carried out under nitrogen conditions of 30 ℃ to 60 ℃ This is to prevent this in advance because the water in the air also acts as a nucleophile is more reactive than other materials. In the reaction, an aprotic solvent may be used as the solvent, for example, tetrahydrofuran (THF) may be used.
본 발명에 의해 제조된 나노입자 수계 분산용 계면활성제는 다른 수계 분산성 계면활성제와 다르게 상온에서 용매치환이 가능하다. 양자점의 경우 유기용매에서 물로 치환시킬 경우 고온 가열에 의해 양자수율의 감소가 나타나지만, 본 발명에 의한 계면활성제의 경우 상온에서 치환 반응을 함으로 양자수율의 변화가 적다.
Surfactant for dispersing the aqueous nanoparticles prepared by the present invention, unlike other aqueous dispersible surfactants, solvent substitution is possible at room temperature. In the case of quantum dots, when the organic solvent is substituted with water, the quantum yield decreases due to high temperature heating. However, in the case of the surfactant according to the present invention, the quantum yield is less changed by the substitution reaction at room temperature.
이하, 본 발명의 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated further more concretely based on the Example of this invention. However, the following examples are only for illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<< 실시예Example 1> 나노입자 수계 분산용 계면활성제의 제조 1> Preparation of Surfactant for Aqueous Dispersion of Nanoparticles
250ml 플라스크에 수분을 제거한 mPEG(Polyethylene glycol methylether (Mn2000)) 2g(1mmol)과 POCl3 0.5ml를 무수 THF 20ml에 녹인 후 40℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 이때 mPEG에 5mmol의 POCl3를 반응시켜 1:1 반응을 유도하였다. 그리고 반응하지 않은 POCl3 및 반응에서 생성된 HCl을 제거하기 위해 40℃에서 2시간 동안 진공건조 시킨 후 15ml 무수 THF에 녹였다.2 g (1 mmol) of mPEG (polyethylene glycol methylether (Mn2000)) and 0.5 ml of POCl 3 were removed in 250 ml flask and reacted at 40 ° C. for 12 hours. At this time, 5 mmol of POCl 3 was reacted with mPEG to induce a 1: 1 reaction. In order to remove unreacted POCl 3 and HCl produced in the reaction, the resultant was vacuum dried at 40 ° C. for 2 hours and then dissolved in 15 ml anhydrous THF.
HDA(Hexadecyl amine) 0.241g(1mmol)을 120℃에서 2시간 동안 진공 건조하여 수분을 제거한 후 3ml THF에 녹여 기본 반응이 진행되던 250ml 플라스크에 넣고 24시간 동안 반응시켰다. HCl과 THF를 제거하기 위해 진공건조를 2시간 동안 하고, MeOH 5ml를 넣어 60℃에서 1시간 반응시키고 제거하길 3회 반복하여 MeOH의 완벽한 치환을 유도하였다. HDA의 알킬체인이 비극성이기 때문에 MeOH의 치환이 쉽지 않아서 완전히 치환하는데 어려움이 있기 때문이다. 그리고 마지막으로 HCl의 제거를 위해 Ethylene diamine(EDA)을 1ml 첨가한 다음 30분 동안 교반하여 염을 형성시킨 후 진공 건조를 통해 THF 및 EDA를 제거하였다. 그리고 THF보다 극성이 적은 디클로로메탄(MC)에 녹인 후 원심 분리하여 HCl염을 제거하고 상층액에 녹아 있는 최종 생성물만을 취하였다. 각각의 반응물의 구조를 분석하기 위해 31P NMR, 1H NMR, MALDI-TOF 등을 이용하였다. 0.241 g (1 mmol) of HDA (Hexadecyl amine) was dried under vacuum at 120 ° C. for 2 hours to remove moisture, and then dissolved in 3 ml THF and placed in a 250 ml flask where the basic reaction proceeded. Vacuum drying was performed for 2 hours to remove HCl and THF, 5 ml of MeOH was added and reacted at 60 ° C. for 1 hour, followed by three times of removal to induce complete substitution of MeOH. This is because the substitution of MeOH is difficult because the alkyl chain of HDA is non-polar and it is difficult to completely substitute. Finally, 1 ml of Ethylene diamine (EDA) was added to remove HCl, followed by stirring for 30 minutes to form a salt, followed by vacuum drying to remove THF and EDA. The resultant was dissolved in dichloromethane (MC) having less polarity than THF and centrifuged to remove the HCl salt, and only the final product dissolved in the supernatant was taken. 31 P NMR, 1 H NMR, MALDI-TOF, and the like were used to analyze the structure of each reactant.
상기 실험의 반응식을 하기 반응식 2에 나타내었으며, 본 실시예의 MALDI-TOF 결과를 도 3에 나타냈으며, 1H NMR의 결과를 도 4에 나타내었다. 도 3의 경우 위에서부터 각각 mPEG(Mn2000), mPEG와 POCl3의 반응이 일어난 중간체 및 최종생성물의 MALDI-TOF 결과를 나타낸다. 질량의 peak가 각각의 단계에서 이동된 것으로 보아 치환반응이 성공적으로 일어난 것을 알 수 있었다. 첫 번째 반응 단계에서 POCl3가 mPEG에 비해 과량으로 쓰였기 때문에 모노-mPEG 치환된 중간체가 생성되었다. 두 번째 반응 단계에서는 마지막 클로라이드(Cl)의 낮은 반응성 때문에 다이-알킬 치환된 중간체가 생기지 않고 모노-알킬 치환된 중간체만 생기게 된다.The reaction scheme of the experiment is shown in Scheme 2 below, the MALDI-TOF results of this example are shown in FIG. 3, and the results of 1 H NMR are shown in FIG. 4. 3 shows the results of MALDI-TOF of mPEG (Mn2000), the intermediate of the reaction between mPEG and POCl 3 and the final product from above. It was found that the substitution reaction was successful because the peak of mass was shifted in each step. POCl 3 was used in excess of mPEG in the first reaction step, resulting in a mono-mPEG substituted intermediate. In the second reaction step, due to the low reactivity of the last chloride (Cl), no di-alkyl substituted intermediates are formed, only mono-alkyl substituted intermediates.
도 4의 경우 최종 생성물의 1H NMR 스펙트럼을 분석결과 모노-mPEG 및 모노-알킬 치환된 화합물을 확인할 수 있었다. mPEG의 에틸렌 그룹 peak는 3.6ppm에서 관찰되었으며, mPEG의 말단 -OCH3의 경우 3.382ppm에서 관찰되었다. 1.76ppm, 1.23ppm 및 0.88ppm의 넓은 세 개의 peak는 HDA의 -CH2NHP-, -CH2-, 및 말단 -CH3을 각각 나타내었다.In the case of Figure 4 1 H NMR spectrum of the final product was confirmed that the mono-mPEG and mono-alkyl substituted compounds. The ethylene group peak of mPEG was observed at 3.6 ppm and at the terminal -OCH 3 of mPEG at 3.382 ppm. Three broad peaks of 1.76 ppm, 1.23 ppm and 0.88 ppm showed -CH 2 NHP-, -CH 2- , and terminal -CH 3 of HDA, respectively.
이 외에 31P NMR 데이터로도 역시 반응이 성공적으로 일어났음을 확인하였다. In addition, 31 P NMR data also confirmed that the reaction was successful.
[반응식 2] Scheme 2
<< 실시예Example 2> 2> mPEGmPEG 분자량에 따른 나노입자 수계 분산용 계면활성제의 성능 비교 Performance Comparison of Surfactants for Aqueous Dispersion of Nanoparticles by Molecular Weight
나노입자 수계 분산용 계면활성제의 성능을 최적화하기 위하여 mPEG의 분자량을 조절하여 실험을 수행하였다. mPEG의 분자량을 750, 2000, 5000 등으로 변화시켜 가면서 계면활성제를 합성하여 각각의 성능을 비교해 보았다. mPEG750을 사용한 계면활성제의 경우 250ml 플라스크에 수분을 제거한 mPEG(Polyethylene glycol methylether (Mn750)) 0.75g(1mmol)과 POCl3 0.5ml를 무수 THF 10ml에 녹인 후 상온에서 12시간 동안 반응시켰다. 그 뒤의 합성과정은 상기 실시예 1에 나타난 방법과 동일하다. mPEG2000을 사용한 계면활성제의 합성은 상기 실시예 1에 따라 합성하였다. mPEG5000을 사용한 계면활성제의 경우 250ml 플라스크에 수분을 제거한 mPEG(Polyethylene glycol methylether (Mn5000)) 5g(1mmol)과 POCl3 0.5ml를 무수 THF 20ml에 녹인 후 60℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 그 뒤의 합성과정은 상기 실시예 1에 나타난 방법과 동일하다. 동일한 양의 Fe2O3 나노입자와 합성한 각각의 계면활성제를 5 당량만큼 디클로로메탄 유기용매에서 섞은 후 상온에서 15~20분간 용매를 모두 증발시킨 뒤 남은 혼합물에 물을 넣어 다시 분산시켰다. 각각의 계면활성제를 위에 제시한 동일한 방법으로 물에 재 분산시켰을 때 mPEG 5000과 mPEG 2000을 사용한 경우의 나노입자는 물에서 재분산이 잘 일어났으나 mPEG 750을 사용한 경우는 잘 일어나지 않았다. Experiments were performed by controlling the molecular weight of mPEG in order to optimize the performance of the nanoparticle aqueous dispersion. Surfactant was synthesized by changing the molecular weight of mPEG to 750, 2000, 5000, etc., and the performances were compared. In the case of the surfactant using mPEG750, 0.75 g (1 mmol) of mPEG (polyethylene glycol methylether (Mn750)) having been dehydrated in a 250 ml flask was dissolved in 0.5 ml of POCl 3 and reacted at room temperature for 12 hours. The subsequent synthesis process is the same as the method shown in Example 1 above. The synthesis of surfactant using mPEG2000 was synthesized according to Example 1 above. In the case of the surfactant using mPEG5000, 5 g (1 mmol) of mPEG (polyethylene glycol methylether (Mn5000)) and 0.5 ml of POCl 3 were removed in a 250 ml flask and dissolved in 20 ml of anhydrous THF, and then reacted at 60 ° C. for 12 hours. The subsequent synthesis process is the same as the method shown in Example 1 above. Same amount of Fe 2 O 3 Each surfactant synthesized with the nanoparticles was mixed in 5 equivalents of dichloromethane organic solvent, and the solvent was evaporated at room temperature for 15-20 minutes, and water was added to the remaining mixture and dispersed again. When the surfactants were redispersed in water using the same method described above, the nanoparticles of mPEG 5000 and mPEG 2000 were re-dispersed in water, but not of mPEG 750.
본 실험의 결과를 도 5의 (b)Mn 5000, (c)Mn 2000 및 (d)Mn 750에 나타내었다.The results of this experiment are shown in (b) Mn 5000, (c) Mn 2000 and (d) Mn 750 of FIG.
각각의 샘플의 Fe양을 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 통해서 측정하였으며, ICP에 의해 측정된 양은 (b), (c), (d) 각각 0.203mg/ml, 0.148mg/ml 및 0.010mg/ml로 나타났다. 즉 mPEG의 분자량이 증가할수록 물에 분산되는 Fe2O3의 양이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 긴 친수성기가 나노 입자를 물에 분산시키기 위해서 필수적이라는 것을 알 수 있다.The amount of Fe in each sample was measured by ICP (Inductively Coupled Plasma), and the amount measured by ICP was 0.203 mg / ml, 0.148 mg / ml and 0.010 mg / ml, respectively (b), (c) and (d). Appeared. That is, it was confirmed that the amount of Fe 2 O 3 dispersed in water increases as the molecular weight of mPEG increases. As a result, it can be seen that a long hydrophilic group is necessary to disperse the nanoparticles in water.
(mg/ml)The amount of Fe measured by ICP
(mg / ml)
<< 실시예Example 3> 나노입자 수계 분산용 계면활성제 구조의 차이에 따른 성능 비교 3> Comparison of the performance according to the difference of surfactant structure for aqueous dispersion of nanoparticles
계면활성제 구조에 따른 성능을 확인 해 보기 위해서, 일반적인 모노(mPEG)-모노(알킬) 치환형태가 아닌 다이(mPEG)-모노(알킬) 및 모노(mPEG)-다이(알킬) 형태의 계면활성제를 합성해 테스트를 진행하였다. mPEG2000을 사용하였으며 형태에 따른 각 계면활성제는 상기 실시예 1에 제시된 실험방법으로 합성하였다. 동일한 양의 Fe2O3 나노입자와 합성한 형태가 다른 각각의 계면활성제를 5 당량만큼 디클로로메탄 유기용매에서 섞은 후, 상온에서 15 ~ 20분간 용매를 모두 증발시킨 뒤 남은 혼합물에 물을 넣어 다시 분산시켰다.In order to verify the performance according to the surfactant structure, surfactants in the form of di (mPEG) -mono (alkyl) and mono (mPEG) -di (alkyl) rather than the general mono (mPEG) -mono (alkyl) substituted forms The synthesis was carried out and tested. mPEG2000 was used and each surfactant according to the form was synthesized by the experimental method shown in Example 1. Same amount of Fe 2 O 3 Each of the different types of surfactants synthesized with the nanoparticles were mixed in an organic solvent of dichloromethane by 5 equivalents. After evaporating all the solvents at room temperature for 15-20 minutes, water was added to the remaining mixture and dispersed again.
상기 실험의 결과를 도 5의 (c), (e) 및 (f)에 나타내었다. 측정 결과 (e)와 (f)는 나노입자를 수계로 이동시키는 능력이 매우 떨어지는 것으로 나타났다. The results of the experiment are shown in FIGS. 5 (c), (e) and (f). Measurements (e) and (f) show very poor ability to move nanoparticles into water.
실시예 2와 실시예 3을 종합해 볼 때 가장 나노입자를 수계에 분산시키는 능력이 가장 우수한 계면활성제는 Mn5000을 사용한 모노(mPEG)-모노-(알킬) 치환된 계면활성제라는 것을 알 수 있다.
Combining Example 2 and Example 3, it can be seen that the surfactant having the best ability to disperse the nanoparticles in the water system is a mono (mPEG) -mono- (alkyl) substituted surfactant using Mn5000.
<< 실시예Example 4> 나노입자의 고유안정제 종류에 따른 수계 분산용 계면활성제 성능 비교 4> Comparison of Surfactant Performance for Aqueous Dispersion According to Intrinsic Stabilizers of Nanoparticles
계면활성제가 물에서 나노입자 주위에 마이셀(Micelle)을 형성하는 것은 31P-NMR(ESI 물 용매와 헥산 용매에서 phosphate가 같은 peak를 나타낸다)에 의해서 확인된다. 이러한 현상의 원인은 계면활성제의 알킬 부분과 유기용매에서 나노입자를 안정화시키는 목적으로 사용된 고유 안정제(original stabilizer, 나노입자의 표면에 있는 안정제를 뜻하며 나노입자는 표면에너지가 커서 나노입자들간의 응집(aggregation)이 잘 일어나게 되는데 유기용매 내에서 안정제(stabilizer)는 나노입자의 표면을 안정화시켜서 응집을 막아주는 역할을 한다)인 oleic acid, oleylamine 및 trioctylphosphine oxide (TOPO)와의 인력 때문이다. 그러므로 계면활성제의 다목적성(versatility)은 고유 안정제(original stabilizer)의 구조에 의존한다.Surfactant formation of micelles around nanoparticles in water is confirmed by 31 P-NMR (phosphate shows the same peak in ESI water and hexane solvents). The cause of this phenomenon is the original stabilizer used to stabilize the nanoparticles in the alkyl portion of the surfactant and in the organic solvent, which is a stabilizer on the surface of the nanoparticles. Aggregation occurs well because of the attraction of oleic acid, oleylamine and trioctylphosphine oxide (TOPO), which stabilizes the surface of nanoparticles and stabilizes them in organic solvents. Therefore, the versatility of the surfactant depends on the structure of the original stabilizer.
본 실시예에서는 세 가지 자주 쓰이는 안정제(stabilizer)로 Oleic acid, Oleylamine 및 TOP/TOPO를 선택하였다. 일반적으로 팔라듐, Fe2O3, InP/ZnS 나노입자는 Oleic acid를 사용하며, 금 나노입자는 Oleylamine을 사용하며, CdSe/ZnS는 TOP/TOPO를 사용한다. 이들은 인용문헌들을 참고하여 합성되었다((a) N. R. Jana, Y. Chen and X. Peng, Chem. Mater., 2004, 16, 3931; (b) J. Park, K. An, Y. Hwang, J.-G. Park, H.-J. Noh, J.-Y. Kim, J.-H. Park, N.-M. Hwang and T. Hyeon, Nat. Mater., 2004, 3, 891; (c) F. X. Redl, C. T. Black, G. C. Papaefthymiou, R. L. Sandstorm, M. Yin, H. Zeng, C. B. Murray and S. P. O'Brien, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 14583). 각각의 나노입자는 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로 유기용매에서 물로 이동되었다. 상기 실험의 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6의 결과는 각각의 경우에 있어 헥산 용매로부터 물 용매로의 이동이 성공적이라는 것을 보여주었다. 물 용매 속의 각각의 나노입자는 물성이 변하지 않았으며 잘 분산되어 있었다. 도 6의 (a)와 (b)의 경우 Photoluminescence peak는 물 용매로 이동 후에도 변하지 않았다. 그리고 물에서의 양자수율은 헥산용매에 있었을 때를 기준으로 65%정도가 나왔으며, mPEG Mn5000의 계면활성제가 사용되었을 경우 양자수율이 70%정도 까지 올라가는 것으로 나타났다.In this example, Oleic acid, Oleylamine and TOP / TOPO were selected as three commonly used stabilizers. Generally, palladium, Fe 2 O 3 , InP / ZnS nanoparticles use oleic acid, gold nanoparticles use oleylamine, and CdSe / ZnS use TOP / TOPO. These were synthesized with reference to the citations ((a) NR Jana, Y. Chen and X. Peng, Chem. Mater., 2004, 16, 3931; (b) J. Park, K. An, Y. Hwang, J .-G. Park, H.-J. Noh, J.-Y. Kim, J.-H. Park, N.-M. Hwang and T. Hyeon, Nat. Mater., 2004, 3, 891; ( c) FX Redl, CT Black, GC Papaefthymiou, RL Sandstorm, M. Yin, H. Zeng, CB Murray and SP O'Brien, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 14583). Each nanoparticle was transferred from the organic solvent to water in the same manner as in Example 2. The results of the experiment are shown in FIG. 6. The results in FIG. 6 showed that in each case the migration from hexane solvent to water solvent was successful. Each nanoparticle in the water solvent did not change its physical properties and was well dispersed. In the case of (a) and (b) of FIG. 6, the photoluminescence peak did not change even after moving to a water solvent. The quantum yield in water was 65% based on hexane solvent, and the quantum yield was increased to 70% when mPEG Mn5000 surfactant was used.
양자수율은 CdSe/ZnS 나노입자를 헥산 용매에 있을 때와 물에 분산되어 있을 때의 흡광스펙트럼과 형광스펙트럼을 이용하여 계산하였다. 흡광스펙트럼은 UV-vis 분광광도계를 이용하여 측정하였고, 형광스펙트럼은 형광분광광도계를 이용하여 측정하였다. 기준이 되는 유기염료는 로다민 590(Rodamine 590)을 사용하였고 이 염료의 양자수율은 에탄올 용매에서 95%이다. 다음과 같은 식으로 양자수율을 계산하였다. (Q=양자수율, A=형광스펙트럼의 면적, I=여기파장의 흡광스펙트럼, n=용매의 유전율 a=CdSe/ZnS, b=유기염료)Quantum yields were calculated using the absorption spectra and fluorescence spectra of CdSe / ZnS nanoparticles in hexane solvent and dispersed in water. Absorption spectra were measured using a UV-vis spectrophotometer, and fluorescence spectra were measured using a fluorescence spectrophotometer. As a reference organic dye, Rodamine 590 was used, and the quantum yield of the dye was 95% in ethanol solvent. Quantum yield was calculated as follows. (Q = quantum yield, A = area of fluorescence spectrum, I = absorption spectrum of excitation wavelength, n = dielectric constant of solvent a = CdSe / ZnS, b = organic dye)
도 6의 (c)의 안쪽 그래프는 금 나노입자의 optical absorption그래프로 물에 있을 때(붉은색 그래프)와 헥산 용매(파란색 그래프)에 있을 때 동일하게 530nm의 Surface plasmon resonance를 보여준다. 도 6의 (d)는 높은 농도의 물에 분산된 Fe2O3 나노입자가 ferro-fluid상태로 다양한 분야에 적용될 수 있음을 보여준다.
The inner graph of (c) of FIG. 6 shows the surface plasmon resonance of 530 nm in the water absorption (red graph) and hexane solvent (blue graph) in the optical absorption graph of gold nanoparticles. 6 (d) shows that Fe 2 O 3 nanoparticles dispersed in a high concentration of water can be applied to various fields in a ferro-fluid state.
<< 실시예Example 5> 나노입자 수계 분산용 계면활성제 사용 시의 양자수율 측정 5> Quantum yield measurement when using surfactant for aqueous dispersion of nanoparticles
동일한 양의 Fe2O3 나노입자와 합성한 각각의 계면활성제를 5 당량만큼 디클로로메탄 유기용매에서 섞은 후 상온에서 15 ~ 20분간 용매를 모두 증발시킨 뒤 남은 혼합물에 물을 넣어 다시 분산시켰다. 양자수율은 CdSe/ZnS 나노입자를 헥산 용매에 있을 때와 물에 분산되어 있을 때의 흡광스펙트럼과 형광스펙트럼을 이용하여 계산하였다. 흡광스펙트럼은 UV-vis 분광광도계를 이용하여 측정하였고, 형광스펙트럼은 형광분광광도계를 이용하여 측정하였다. 기준이 되는 유기염료는 로다민 590(Rodamine 590)을 사용하였고 이 염료의 양자수율은 에탄올 용매에서 95%이다. 다음과 같은 식으로 양자수율을 계산하였다. (Q=양자수율, A=형광스펙트럼의 면적, I=여기파장의 흡광스펙트럼, n=용매의 유전율 a=CdSe/ZnS, b=유기염료(로다민 (590)) 본 발명의 계면활성제를 사용하면 양자수율이 헥산용매에 있었을 때를 기준으로 70 ~ 80% 정도로 나타났다.Same amount of Fe 2 O 3 Each surfactant synthesized with the nanoparticles was mixed in 5 equivalents of dichloromethane organic solvent, and the solvent was evaporated at room temperature for 15-20 minutes, and water was added to the remaining mixture to disperse. Quantum yields were calculated using the absorption spectra and fluorescence spectra of CdSe / ZnS nanoparticles in hexane solvent and dispersed in water. Absorption spectra were measured using a UV-vis spectrophotometer, and fluorescence spectra were measured using a fluorescence spectrophotometer. As a reference organic dye, Rodamine 590 was used, and the quantum yield of the dye was 95% in ethanol solvent. Quantum yield was calculated as follows. (Q = quantum yield, A = area of fluorescence spectrum, I = absorption spectrum of excitation wavelength, n = dielectric constant of solvent a = CdSe / ZnS, b = organic dye (rhodamine (590)) using the surfactant of the present invention The quantum yield was about 70-80% based on the hexane solvent.
나노입자를 물에 분산시키기 위하여 기존에 사용하는 mercaptopropionic acid나 포스포리피드(phospholipid) 등을 사용하면 양자수율이 헥산용매에 있었을 때를 기준으로 50%정도 밖에 되지 않는다. 그에 비해 본 발명의 계면활성제를 사용하면 양자수율이 헥산용매에 있었을 때를 기준으로 70 ~ 80%정도로 나타났다. 이는 계면활성제를 사용하여 물에 분산시키는 과정 중에 열을 가하지 않고 상온에서 실시하기 때문이다.
In order to disperse nanoparticles in water, mercaptopropionic acid or phospholipid, which is used in the past, is only about 50% based on hexane solvents. In comparison, when the surfactant of the present invention was used, the quantum yield was about 70 to 80% based on the hexane solvent. This is because it is carried out at room temperature without applying heat during the process of dispersing in water using a surfactant.
<< 실시예Example 6> 나노입자 수계 분산용 계면활성제의 나노 6> Nanoparticles of Surfactant for Aqueous Dispersion 이미징Imaging 분야에서 In the field 활용성시험Usability test
본 발명에 의한 나노입자 수계 분산용 계면활성제를 나노바이오 이미징 응용 분야에 이용할 수 있는지 여부를 알아보기 위하여 Light scattering과 Gel filtration 방법으로 수화반지름을 측정하였다. 측정한 결과 도 1에서 Gel filteration에 의해 12 nm의 수화 반지름을 보이며, Light scattering에 의해 15 nm의 수화 반지름을 보였다. 나노 이미징 분야에 이용되는 경우 수화 반지름이 매우 중요한 요인으로 작용하며, 감시림프절(Sentinel Lymph Node) 맵핑의 경우 5nm미만일 때 혈관 속으로 나노입자가 퍼져 버리고, 5 내지 10 nm일 경우 감시림프절(Sentinel Lymph Node)에 서지 않고 다음 림프절(Lymph Node)까지 지나가 버리며, 300 nm보다 클 때에는 이동하지 않는다. MRI 이미징에서 셀(Cell)안으로 주입할 경우 30 nm 미만의 크기를 요구한다. 수화반지름은 나노입자의 크기와 물에서의 계면활성제 크기를 합친 것으로 단순한 각각의 크기보다는 상대적인 결합력과 삼차원적인 구조에 의존하며 수화반지름의 측정을 위해서는 크게 Light scattering과 Gel filtration 방법을 사용한다.Hydration radius was measured by light scattering and gel filtration methods to determine whether the surfactant for aqueous dispersion of nanoparticles according to the present invention can be used in nanobio imaging applications. As a result of the measurement, a hydration radius of 12 nm was shown by gel filtering in FIG. 1, and a hydration radius of 15 nm was shown by light scattering. When used in the field of nano-imaging, the hydration radius is a very important factor, and in the case of Sentinel Lymph Node mapping, nanoparticles spread into blood vessels at less than 5 nm, and Sentinel Lymph at 5 to 10 nm. It passes to the next lymph node without standing on the node, and does not move when it is larger than 300 nm. Injecting into the cell in MRI imaging requires a size of less than 30 nm. Hydration radius is a combination of nanoparticle size and surfactant size in water. It depends on the relative bonding strength and three-dimensional structure rather than the size of each one.
또한 도 7은 MRI 조영제로 사용되는 나노입자를 계면활성제를 이용하여 물 용매에 분산시킨 다음 MRI 조영제로서의 역할을 잃지 않았음을 확인하기 위해 실험한 사진이다. 도 7은 T2-강화이미지를 나타낸 것으로 실제 임상 진찰, 치료에 사용되는 1.5T로 상온에서 측정하였다. In addition, Figure 7 is a photograph experiment to confirm that the nanoparticles used as MRI contrast agent was dispersed in a water solvent using a surfactant, and then the role of MRI contrast agent is not lost. Figure 7 shows the T 2 -enhanced image was measured at room temperature to 1.5T used in the actual clinical examination, treatment.
따라서 본 발명에 따른 나노입자 수계 분산용 계면활성제의 경우 MRI 조영제 등 나노바이오 이미징 응용 분야에서 사용될 수 있을 것으로 예상된다.Accordingly, the surfactant for dispersing the aqueous nanoparticles according to the present invention is expected to be used in nanobio imaging applications such as MRI contrast agents.
Claims (5)
[화학식 1]
상기 화학식 1 에서 n은 1 내지 500이며; R1은 C1 내지 C30의 알킬이며; R2는 수소 또는 C1 내지 C50의 알킬이며; R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬이다.
Surfactant for dispersing the aqueous nanoparticles represented by the formula (1).
[Formula 1]
In Formula 1 n is 1 to 500; R 1 is C 1 to C 30 alkyl; R 2 is hydrogen or C 1 to C 50 alkyl; R 3 is hydrogen or C 1 to C 30 alkyl.
The nanoparticle aqueous dispersion interface according to claim 1, wherein the nanoparticles are gold (Au), palladium (Pd), Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CdSe, InP / ZnS, or CdSe / ZnS. Active agent.
The compound of claim 1, wherein in Formula 1, n is 10 to 200; R 1 is C 1 to C5 alkyl; R 2 is C 1 to C 20 alkyl; R 3 is a C 1 to C 5 alkyl, characterized in that the surfactant for aqueous dispersion of nanoparticles.
(b) 상기 (a)에서 얻어진 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 10℃ 내지 200℃로 0.5 내지 48시간 반응시켜 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 얻는 단계; 및
(c) 상기 (b)에서 얻어진 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 10℃ 내지 200℃로 1 내지 48시간 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 1로 표현되는 나노입자 수계 분산용 계면활성제의 제조방법.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
상기 화학식 1 내지 7에서, n은 1 내지 500이며; R1은 C1 내지 C30의 알킬이며; R2는 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬이며; R3은 수소 또는 C1 내지 C30의 알킬을 나타내며; X는 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.
(a) reacting the compound represented by the following Chemical Formula 2 with the compound represented by the following Chemical Formula 3 at 10 ° C to 200 ° C for 1 to 24 hours to obtain a compound represented by the following Chemical Formula 6;
(b) reacting the compound represented by the following Chemical Formula 6 obtained in (a) with the compound represented by the following Chemical Formula 4 at 10 ° C. to 200 ° C. for 0.5 to 48 hours to obtain a compound represented by the following Chemical Formula 7; And
(c) a compound represented by the following formula (7) obtained in (b) is represented by the following formula (1) comprising the step of reacting the compound represented by the following formula (5) at 10 ℃ to 200 ℃ for 1 to 48 hours Method for producing a nanoparticles aqueous dispersion for water.
[Formula 1]
(2)
(3)
[Chemical Formula 4]
[Chemical Formula 5]
[Formula 6]
[Formula 7]
In Formulas 1 to 7, n is 1 to 500; R 1 is C 1 to C 30 alkyl; R 2 is hydrogen or C 1 to C 30 alkyl; R 3 represents hydrogen or alkyl of C 1 to C 30 ; X represents F, Cl, Br or I.
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