KR101102002B1 - Nanocomposite for biomolecule binding and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체 분자 결합용 나노 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 고체 지지체 상에 나노 스케일의 다공질성 박막인 금속산화물막과 이온성 고분자막이 순차적으로 형성된 생체 분자 결합용 나노 복합체는 표면뿐만 아니라 내부에까지 생체 분자가 활성을 유지하면서 안정하게 결합할 수 있다.The present invention relates to a nanocomposite for biomolecule binding and a preparation method thereof. The nanocomposite nanocomposite nanocomposite in which a metal oxide film and an ionic polymer film, which are nano-scale porous thin films, are sequentially formed on a solid support, can be stably bonded while the biological molecules maintain activity not only on the surface but also inside.
나노 복합체, 금속산화물, 다공질성, 고분자 전해질, 생체 분자, 효소 Nanocomposites, metal oxides, porous materials, polymer electrolytes, biomolecules, enzymes
Description
본 발명은 생체 분자 결합용 나노 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 나노 복합체 표면뿐만 아니라 내부에까지 생체 분자가 활성을 유지하면서 안정하게 결합 될 수 있는 생체 분자 결합용 나노 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nanocomposite for biomolecule binding and a preparation method thereof. More particularly, the present invention relates to a biomolecule binding nanocomposite and a method for preparing the biomolecule, which can be stably bound to the inside of the nanocomposite surface as well as maintaining the activity.
단백질, 효소 등의 생체 분자를 고정시키는 기술은 지표물질을 이용해서 질병을 진단하는 키트나 단백질 칩, 바이오센서(biosensor)의 개발 등에서 광범위하게 이용되고 있다. 그러나 고정되는 생체 분자의 고정량 자체가 적거나 고정된 생체 분자의 변성에 의한 불활성화로 균일하고 안정한 생체 분자의 분자막을 제조하기 어렵고, 반응기질과의 상호작용 및 인식반응 등을 확인할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 생체분자를 활성을 유지한 채로 충분한 양을 고정시키는 새로운 방법의 개발이 필요하다. Techniques for immobilizing biomolecules such as proteins and enzymes are widely used in the development of kits, protein chips, and biosensors for diagnosing diseases using indicator materials. However, it is difficult to produce a uniform and stable molecular film of biomolecules due to a small amount of fixed biomolecules fixed itself or inactivation due to degeneration of immobilized biomolecules, and cannot confirm interactions and recognition reactions with reactive substances. It has a disadvantage. Therefore, there is a need for the development of a new method of fixing a sufficient amount while maintaining the biomolecule.
현재까지 상술한 목적으로 생체 분자를 고체표면에 고정시키는 방법으로 아미드결합에 의한 공유결합 방법 (M. Zayats, E. Katz, I. Willner, JACS., 2002, 124, 14724)과 표면 졸-겔 방법을 이용한 금속산화물과 효소의 복합적층박막 (I. Ichinose, R. Takaki, K. Kuroiwa, T. Kunitake, Langmuir, 2003, 19, 3883) 등을 주로 이용하였다. 그러나, 아미드결합에 의한 공유결합 방식은 공유결합을 통하여 생체 분자를 반응시켜야 함으로, 반응 중 생체 분자가 활성을 잃을 수 있다는 단점을 안고 있다. 또한, 표면 졸-겔 방법에 의한 적층박막의 제작은 금속산화물과 생체 분자의 정전기적 상호작용을 이용한 간단한 방법으로 표면에 균일하게 고정이 가능하고, 금속산화물과 생체분자의 교호 적층을 통해서 박막의 내부에도 생체분자를 고정시킬 수 있지만, 다층의 적층과정 중 금속산화물의 흡착과정에서 사용하는 유기용매의 영향으로 생체 분자의 변성 가능성이 매우 크다는 단점이 있다.To this end, a covalent bond method by amide bond (M. Zayats, E. Katz, I. Willner, JACS ., 2002, 124, 14724) and surface sol-gel is a method of immobilizing a biomolecule on a solid surface for the aforementioned purpose. The composite laminates of metal oxides and enzymes (I. Ichinose, R. Takaki, K. Kuroiwa, T. Kunitake, Langmuir , 2003, 19, 3883) were mainly used. However, the covalent bond method by amide bond has a disadvantage in that the biomolecule may lose activity during the reaction because the biomolecule must be reacted through the covalent bond. In addition, the fabrication of the laminated thin film by the surface sol-gel method can be uniformly fixed to the surface by a simple method using the electrostatic interaction of the metal oxide and the biomolecule, The biomolecules can be fixed inside, but there is a disadvantage that the denaturation of the biomolecules is very high due to the influence of the organic solvent used in the adsorption process of the metal oxide during the multilayer deposition process.
고체지지체 위에 생체분자를 안정적으로 다량 고정시키기 위해서 정전기적 상호작용을 하는 이온성 고분자의 특성을 이용하여 고분자와 생체 분자를 교호 적층하는 방법이 이용되고 있다. 하지만, 이러한 방법은 생체 분자를 덮고 있는 고분자 층에 의하여 생체분자와 반응기질의 반응이 방해 받기 때문에 반응기질에 효과적으로 작용하지 못하는 문제점이 있다. In order to stably fix a large amount of biomolecules on a solid support, a method of alternately stacking a polymer and a biomolecule using an ionic polymer having an electrostatic interaction is used. However, this method has a problem in that the reaction between the biomolecule and the reactor is prevented by the polymer layer covering the biomolecule, so that it does not work effectively on the reactor.
본 발명은 나노 복합체 표면뿐만 아니라 내부에까지 생체 분자가 활성을 유지하면서 안정하게 고정될 수 있는 생체 분자 결합용 나노 복합체를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a nanocomposite for biomolecule binding that can be stably fixed while maintaining the activity of the biomolecule not only on the surface of the nanocomposite but also inside.
본 발명은 또한 상기 생체 분자 결합용 나노 복합체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is also to provide a method for producing the nanocomposite for biomolecule binding.
본 발명은 고체 지지체, 상기 고체 지지체 위에 순차 형성된 제 1금속산화물막 및 이온성 고분자막을 포함하는 복합 박막 및 상기 복합 박막 위에 형성된 제 2 금속산화물막을 포함하는 생체 분자 결합용 나노 복합체를 제공한다. The present invention provides a nanocomposite for biomolecule binding comprising a solid support, a composite thin film including a first metal oxide film and an ionic polymer film sequentially formed on the solid support, and a second metal oxide film formed on the composite thin film.
또한, 본 발명은 고체 지지체 상에 제 1 금속산화물막을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속산화물막 상에 이온성 고분자막을 형성하는 단계; 및 상기 이온성 고분자막 상에 제 2 금속산화물막을 형성하는 단계를 포함하는 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a first metal oxide film on a solid support; Forming an ionic polymer film on the first metal oxide film; And providing a second metal oxide film on the ionic polymer membrane.
이하 발명의 구현 예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체 및 이의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, a nanocomposite for biomolecule binding and a method for preparing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail.
발명의 일 구현 예에 따라, 고체 지지체, 상기 고체 지지체 위에 순차 형성된 제 1금속산화물막 및 이온성 고분자막을 포함하는 복합 박막 및 상기 복합 박막 위에 형성된 제 2 금속산화물막을 포함하는 생체 분자 결합용 나노 복합체가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a nanocomposite for biomolecule binding comprising a solid support, a composite thin film including a first metal oxide film and an ionic polymer film sequentially formed on the solid support, and a second metal oxide film formed on the composite thin film Is provided.
상기 발명의 일 구현 예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체는 고체 지지체 위에 제 1금속산화물막이 형성되고, 순차적으로 이온성 고분자막과 제 2금속산화물막이 형성된 구조를 포함한다. 이때, 제 1산화물막 및 이온성 고분자막을 포함하는 복합박막은 단일층으로 형성될 수 있지만, 2이상의 다층 복합막으로 형성될 수 있다. 이 경우, 후술하는 바와 같이, 제1금속산화물막 및 이온성 고분자막이 교대로 2층 이상 형성되고, 이러한 다층 복합막 위에 제2금속산화물막이 형성된 구조를 띄게 된다. The nanocomposite for biomolecule binding according to the embodiment of the present invention includes a structure in which a first metal oxide film is formed on a solid support, and an ionic polymer film and a second metal oxide film are sequentially formed. In this case, the composite thin film including the first oxide film and the ionic polymer film may be formed as a single layer, but may be formed as two or more multilayered composite films. In this case, as will be described later, two or more layers of the first metal oxide film and the ionic polymer film are alternately formed, and the second metal oxide film is formed on the multilayer composite film.
이러한 나노 복합체에서, 상기 제 1 또는 제 2금속산화물막은 나노 스케일의 다공질막으로서 안정한 다층박막을 형성하게 하며 생체 분자와 결합하는 역할을 한다. 그리고, 상기 이온성 고분자막은 다층 나노 박막의 층 사이를 정전기적 인력, 수소결합, 공유결합 또는 금속산화물과의 착체형성 등으로 연결시켜 줄 수 있어서, 상기 나노 복합체가 안정한 구조를 가질 수 있게 한다. 또한, 이러한 금속산화물막과 이온성 고분자막은 나노 스케일의 다공질 막이여서 생체 분자가 내부에까지 이동하여 결합할 수 있게 한다. 또한, 나노 복합체를 제조한 후에 유기 용매를 사용하지 않고 생체분자를 결합시키기 때문에 생체분자의 활성을 감소시킬 염려도 없다.In such a nanocomposite, the first or second metal oxide film serves as a nanoscale porous film to form a stable multilayer thin film and binds to biomolecules. In addition, the ionic polymer membrane can connect the layers of the multi-layered nano thin film by electrostatic attraction, hydrogen bonding, covalent bond or complex formation with a metal oxide, so that the nanocomposite can have a stable structure. In addition, the metal oxide film and the ionic polymer film are nano-scale porous membranes, which allow biomolecules to move and bind inside. In addition, since the biomolecules are bonded after the nanocomposite is prepared without using an organic solvent, there is no fear of reducing the activity of the biomolecules.
발명의 일 예에서, 생체 분자 결합용 나노 복합체는 도 1과 같은 구조를 가질 수 있다. 도 1에서는 고체 지지체(substrate)로서 수정결정 미소저울(quartz crystal microbalance, QCM)을 사용하여 효소를 결합한 나노 복합체의 구조를 나타내고 있다. 다만, 도 1은 발명의 일 구현 예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체의 한가지 예일 뿐이며, 상기 나노 복합체가 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the nanocomposite for biomolecule binding may have a structure as shown in FIG. 1 shows the structure of a nanocomposite conjugated with an enzyme using a quartz crystal microbalance (QCM) as a solid support. However, FIG. 1 is only one example of a biocombination nanocomposite according to one embodiment of the invention, and the nanocomposite is not limited thereto.
본 발명자들의 실험 결과, 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체는 금속산화물막과 이온성 고분자 사이의 반응으로 인하여 균일하고 안정한 나노 박막층을 형성하고, 제 1 및 2 금속산화물막과 이온성 고분자막의 적층 박막에 존재하는 나노 스케일의 수많은 구멍으로 인하여 생체 분자가 나노 복합체 표면뿐만 아니라 내부에까지 결합되어 다량의 생체 분자를 안정하게 결합할 수 있는 것으로 나타났다. As a result of the experiments of the present inventors, the nanocomposite for biomolecule binding according to the embodiment forms a uniform and stable nano thin film layer due to the reaction between the metal oxide film and the ionic polymer, and the first and second metal oxide film and the ion Due to the large number of nanoscale pores present in the laminated thin film of the polymer membrane, the biomolecules have been shown to be able to bind large amounts of biomolecules stably, as well as to the inside of the nanocomposite surface.
한편, 발명의 일 예의 생체 분자 결합용 나노 복합체에서, 상기 고체 지지체는 표면활성기를 포함하고 있거나, 금속산화물과 정전기적 상호작용을 할 수 있다. 이러한 표면활성기는 고체지지체 표면에 화학적/물리적 처리를 통하여 도입되고, 활성을 갖는 작용기를 의미한다. 이러한 고체 지지체는 플라즈마 처리, 오존 처리, 알카리 또는 산 용액에서 초음파 처리 또는 알칸티올 분자나 카르복실기 등을 이용한 자기조립박막 형성의 방법 등을 통한 표면활성기를 포함할 수 있다. 그리고, 금속산화물과 정전기적 상호작용을 할 수 있는 것은 제한 없이 사용할 수 있다.On the other hand, in the biocomposite nanocomposite nanocomposite of an example of the invention, the solid support may include a surface active group, or may have an electrostatic interaction with the metal oxide. Such surface-active groups are introduced to the surface of the solid support through chemical / physical treatment, and mean active functional groups. The solid support may include a surface active group through plasma treatment, ozone treatment, ultrasonication in an alkali or acid solution, or a method of forming a self-assembled thin film using an alkane thiol molecule or a carboxyl group. And, the electrostatic interaction with the metal oxide can be used without limitation.
상기 고체지지체의 재질로는 통상적인 비금속 기판 또는 금속 기판 등을 별다른 제한 없이 사용할 수 있는데, 예를 들어, 비금속류의 고체인 석영이나 유리, 실리콘 또는 테프론 등의 기판을 사용할 수 있고, 금속류의 고체 지지체인 금, 은, 구리, 알루미늄 또는 백금의 기판을 사용할 수 있으며, 더 나아가 각종 금속이 고 정된 수정결정미소저울(Quartz crystal microbalance, QCM)이나 금이 증착된 실리콘 기판 또는 전도성 물질이 코팅된 기판 또는 금판 등을 사용할 수도 있다. 그리고, 폴리카보네이트(PC), PET, 아크릴과 같은 고분자 지지체나 금, 은, 백금등을 증착한 고체지지체도 사용할 수 있으며, 천연 셀롤로스인 종이나 솜, 비단등의 천도 고체지지체로 사용가능하다. 이외에도, 생체 분자의 고정용 나노 복합체에서 사용 가능한 것으로 알려진 다양한 고체 지지체를 별다른 제한 없이 사용할 수 있다. As a material of the solid support, a conventional non-metal substrate or a metal substrate may be used without particular limitation. For example, a substrate such as quartz, glass, silicon, or Teflon, which is a solid of nonmetals, may be used, and the solid of metals may be used. Substrates of gold, silver, copper, aluminum or platinum can be used, and further, quartz crystal microbalance (QCM) in which various metals are fixed, silicon substrates on which gold is deposited, or substrates coated with a conductive material Or a gold plate etc. can also be used. In addition, a polymer support such as polycarbonate (PC), PET, or acrylic, or a solid support on which gold, silver, platinum, etc. are deposited may be used, and natural cellulose, such as paper, cotton, or silk, may be used. It can be used as a solid support. In addition, various solid supports known to be usable in the nanocomposite for immobilization of biological molecules may be used without particular limitation.
또한, 상기 제 1금속산화물막은 상기 고체 지지체 상의 표면활성기를 매개로 결합될 수 있다. 이러한 표면활성기는 플라즈마 처리, 오존 처리, 알카리 또는 산 용액에서 초음파 처리 또는 알칸티올 분자나 카르복실기 등을 이용한 자기조립박막 형성의 방법 등을 통해 상기 고체 지지체 표면에 도입될 수 있다. 이러한 표면활성기의 예로는 활성수소, 하이드록실기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 아민기, 이민기, 암모늄기, 피리딘기 또는 기타 전하를 띄는 분자의 작용기 등을 들 수 있다. 다만, 이러한 표면활성기는 상기의 종류에 한정되는 것은 아니고, 고체지지체 표면에 도입되고 금속산화물과 결합할 수 있는 것은 별다른 제한 없이 사용 할 수 있다.In addition, the first metal oxide film may be bonded through a surface active group on the solid support. The surface active group may be introduced to the surface of the solid support through plasma treatment, ozone treatment, ultrasonication in an alkali or acid solution, or a method of forming a self-assembled thin film using an alkane thiol molecule or a carboxyl group. Examples of such surface active groups include active hydrogens, hydroxyl groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, amine groups, imine groups, ammonium groups, pyridine groups, and functional groups of other charged molecules. However, such surface-active groups are not limited to the above-mentioned types, and those which are introduced to the surface of the solid support and may be combined with the metal oxide may be used without particular limitation.
그리고, 상기 제 1또는 제 2 금속산화물막은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 보론, 실리콘, 인듐, 주석, 바륨 및 바나듐으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 산화물 또는 둘 이상의 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 제 1또는 제 2금속산화물막은 고체 지지체, 이온성 고분자 또는 생체 분자와 정전기적 결합을 할 수 있다. 또한, 상기 제 1또는 제 2 금속산화물막은 고체 지지체나 이온성 고분자 가 형성된 결과물을 금속산화물 전구체 용액 내에서 표면 졸-겔 반응시켜 형성될 수 있다.The first or second metal oxide film may include an oxide of a metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, boron, silicon, indium, tin, barium, and vanadium, or two or more composite metal oxides. The first or second metal oxide film may be electrostatically bonded to the solid support, the ionic polymer, or the biomolecule. In addition, the first or second metal oxide film may be formed by surface sol-gel reaction of a solid support or a product on which an ionic polymer is formed in a metal oxide precursor solution.
상기 제 1 및 제 2 금속산화물막의 형성을 위한 금속산화물의 전구체로는 Ti(O- n Bu)4, Zr(O- n Pr)4, Al(O- n Bu)3, B(O- n Et)3, Ti(acac)2, Si(OMe)4, In(OC2H4OMe)3, Sn(O-iPr)4, InSn(OR)4, BaTi(OR)4 또는 VO(O-iPr)4 등의 금속알콕사이드를 사용할 수 있다. 다만, 상기 예 이외에도 생체 분자 또는 고체 지지체의 활성기와 상호작용에 의한 결합을 형성할 수 있고, 금속산화물의 형성을 가능케 하는 다양한 물질을 상기 금속산화물 전구체로 사용할 수 있음은 물론이다. Precursors of the metal oxides for forming the first and second metal oxide layers include Ti (O- n Bu) 4 , Zr (O- n Pr) 4 , Al (O- n Bu) 3 , and B (O- n Et) 3 , Ti (acac) 2 , Si (OMe) 4 , In (OC 2 H 4 OMe) 3 , Sn (O- i Pr) 4 , InSn (OR) 4 , BaTi (OR) 4 or VO (O -metal alkoxides such as i Pr) 4 can be used. However, in addition to the above examples, it is possible to form a bond by interaction with an activator of a biomolecule or a solid support, and various materials enabling the formation of a metal oxide may be used as the metal oxide precursor.
하기 실험예 1-3, 실험예2, 및 실험예3과 도6내지 10에서 뒷받침되는 것과 같이, 상기 제1 및 제 2금속산화물막과 이온성 고분자막은 나노 스케일의 다공질막일 수 있다. 생체 분자 결합용 나노 복합체에 포함되어 있는 각각의 막들은 나노 스케일의 수많은 구멍을 포함하고 있어서, 나노 복합체를 제조한 후에 생체 분자와 반응시켜도 다공질막을 통하여 나노 복합체 내부에까지 생체 분자가 이동하여 결합할 수 있다. 따라서, 유기용매를 사용하며 금속산화물막과 생체 분자막을 교대로 형성시킬 필요가 없어서, 생체 분자의 활성을 유지한 채로 안정하고 균일한 조성을 가지는 나노 복합체를 제조할 수 있다. As shown in Experimental Examples 1-3, Experimental Examples 2, and Experimental Examples 3 and 6 to 10, the first and second metal oxide films and the ionic polymer membrane may be nano-scale porous membranes. Each of the membranes included in the nanocomposite for biomolecule binding contains a large number of pores on the nanoscale, so that even after the nanocomposite is manufactured, the biomolecules can move and bind to the inside of the nanocomposite through the porous membrane. have. Therefore, it is not necessary to alternately form the metal oxide film and the biomolecule film by using an organic solvent, and thus a nanocomposite having a stable and uniform composition can be manufactured while maintaining the activity of the biomolecule.
한편, 발명의 일 예에서, 상기 이온성 고분자막은 금속산화물막과 정전기적 상호작용에 의하여 결합되거나, 활성 작용기를 매개로 착체를 형성하여 결합될 수 있다. 상기 금속산화물막은 부분적으로 (-) 전하를 갖기 때문에 (+)전하를 갖는 양전하 고분자 전해질 (cationic polyelectrolytes)과 정전기적 상호작용에 의하여 결합할 수 있다. 그리고, 이러한 정전기적 상호작용에 의한 결합 이외에도, 활성수소, 하이드록실기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 아민기, 이민기, 암모늄기, 피리딘기 또는 기타 전하를 띄는 분자의 작용기 등의 활성작용기를 가지는 천연 또는 합성 고분자와 금속산화물 사이의 착체 형성을 통하여서도 결합할 수 있다.On the other hand, in one example of the invention, the ionic polymer membrane may be coupled by electrostatic interaction with the metal oxide membrane, or may be bonded by forming a complex via an active functional group. Since the metal oxide film partially has a negative charge, the metal oxide film may be coupled to the positively charged polymer electrolyte having cationic polyelectrolytes by electrostatic interaction. In addition to the bonds caused by electrostatic interactions, natural groups having active functional groups such as active hydrogens, hydroxyl groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, amine groups, imine groups, ammonium groups, pyridine groups, or functional groups of other charged molecules Alternatively, the polymer may be bonded through the formation of a complex between the synthetic polymer and the metal oxide.
상기 이온성 고분자막은 폴리아크릴산과 이의 유도체, 양이온 및 음이온 폴리사카라이드와 이의 유도체, 핵산, 폴리메타아크릴산과 이의 유도체, 말레산 무수물 공중합체, 양이온 아크릴산 에스터와 이의 공중합체, 폴리에틸렌 이민, 폴리아민, 폴리아마이드아민 및 폴리다이알릴다이메틸암모니움 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이외에도 상기 이온성 고분자막은 금속산화물과 상호작용이 가능한 다양한 고분자 등을 포함할 수 있다. The ionic polymer membrane is polyacrylic acid and its derivatives, cationic and anionic polysaccharides and their derivatives, nucleic acids, polymethacrylic acid and its derivatives, maleic anhydride copolymers, cationic acrylic esters and their copolymers, polyethylene imines, polyamines, poly It may include any one or more selected from the group consisting of amideamine and polydiallyldimethylammonium chloride. In addition, the ionic polymer membrane may include various polymers capable of interacting with the metal oxide.
한편, 발명의 일 구현 예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체는 상기 제 1금속산화물막 및 이온성 고분자막을 포함하는 복합박막을 단일층으로 포함할 수도 있지만, 2이상의 복합층으로 포함할 수도 있다. 상기 제1금속산화물막과 이온성 고분자막을 형성하고 난 뒤 제 2금속산화물막을 형성하기 전에, 제 1금속산화물막과 이온성 고분자막을 순차적으로 추가 형성함으로써 상기 복합 박막을 2 이상의 복합층으로 포함할 수 있다. 이를 통해서 생체 분자 결합용 나노 복합체의 두께를 나노 스케일 수준에서 조절할 수 있다.Meanwhile, the nanocomposite for biomolecule binding according to an embodiment of the present invention may include a composite thin film including the first metal oxide film and the ionic polymer film as a single layer, or may include two or more composite layers. After forming the first metal oxide film and the ionic polymer film and before forming the second metal oxide film, the first metal oxide film and the ionic polymer film are sequentially added to include the composite thin film as two or more composite layers. Can be. Through this, the thickness of the nanocomposite for biomolecule binding can be controlled at the nanoscale level.
상기 제 1 또는 제 2금속산화물막은 각각 실질적으로 금속 산화물의 단분자 막으로 이루어질 수 있다. 상기 단분자막은 분자의 고유한 결합 특성과 활성이 유지되며, 분자 박막에서 분자 간의 간격과 배향을 적절히 조절할 수 있어서 분자 소자나 바이오 센서 등의 제조에 유용하다.Each of the first and second metal oxide films may be substantially composed of a single molecule film of a metal oxide. The monomolecular film maintains intrinsic binding properties and activity of molecules, and can be appropriately controlled for the spacing and orientation between molecules in a molecular thin film, which is useful for the manufacture of molecular devices, biosensors, and the like.
또한, 상기 이온성 고분자막은 실질적으로 이온성 고분자의 단분자막으로 이루어질 수 있다. 상기 단분자막은 분자의 고유한 결합 특성과 활성이 유지되며, 분자 박막에서 분자 간의 간격과 배향을 적절히 조절할 수 있어서 분자 소자나 바이오 센서 등의 제조에 유용하다.In addition, the ionic polymer membrane may be substantially composed of a monomolecular membrane of the ionic polymer. The monomolecular film maintains intrinsic binding properties and activity of molecules, and can be appropriately controlled for the spacing and orientation between molecules in a molecular thin film, which is useful for the manufacture of molecular devices, biosensors, and the like.
한편, 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체는 상기 제1또는 2금속산화물막에 생체 분자가 결합된 것으로 될 수 있다. 이러한 나노 복합체는 복수의 나노 스케일 다공질막들을 포함하고 있어서, 생체 분자가 녹아 있는 용액에 담그면 제 2금속산화물막 뿐만 아니라 내부에 위치한 제 1금속산화물막에도 생체 분자가 결합될 수 있다. 또한, 발명의 일 예에서, 생체분자 결합용 나노 복합체는 금속산화물막을 형성할 때마다 유기 용매가 포함된 생체분자 결합단계를 거칠 필요가 없기 때문에 생체 분자의 활성을 유지한 채로 안정하게 결합할 수 있게 한다. Meanwhile, the nanocomposite for biomolecule binding according to an embodiment of the present invention may be a biomolecule coupled to the first or second metal oxide film. Since the nanocomposite includes a plurality of nanoscale porous membranes, the biomolecules may be bonded not only to the second metal oxide film but also to the first metal oxide film located therein when immersed in a solution in which the biomolecule is dissolved. In addition, in one embodiment of the invention, the nanocomposite for biomolecule binding does not need to go through a biomolecule binding step containing an organic solvent each time to form a metal oxide film can be stably bonded while maintaining the activity of the biomolecule To be.
이러한 나노 복합체에 결합되는 생체 분자에는 단백질, 효소, 항원, 항체, 리셉터 및 리간드 등이 있고, 보다 구체적으로 전형적인 생체 분자인 미오글로빈 (Myoglobin), 리소좀 (Lysozyme), 페록시다아제 (Peroxidase), 글로코아밀라아제 (Glucoamylase), 글로코스옥시다아제 (Gluecose oxidase), 카탈라아제 (Catalase) 또는 시토크롬시(Cytochrome c, (Cyt.c)) 등을 들 수 있다. 이외에도 다양한 생체분자들이 상기 나노 복합체에 고정될 수 있다. 이러한 생체 분자는 상기 제2금속산 화물막에 정전기적 상호작용을 통하여 결합될 수 있으며, 다공질 공간(구멍, 세공)의cage안에 고정화 될 수 있다. Biomolecules bound to such nanocomposites include proteins, enzymes, antigens, antibodies, receptors and ligands, and more specifically, typical biomolecules such as myoglobin, lysozyme, peroxidase, and writings. Glucoamylase, glucosose oxidase, catalase, or cytochrome c , Cyt. C ). In addition, various biomolecules may be immobilized on the nanocomposite. Such biomolecules can be bound to the second metal oxide film through electrostatic interaction and can be immobilized in the cage of the porous space (holes, pores).
또한, 상기 제 1또는 2금속산화물막에 결합된 생체 분자는 효소일 수 있다. 발명의 일 예에서, 나노 복합체가 만들어 진 후 효소가 결합되므로 유기 용매와 반응할 염려가 없어서, 활성을 유지하며 안정하게 결합될 수 있다. 이러한 효소는 산화환원효소, 전이효소, 가수분해효소, 리아제(lyase), 이성질화효소 또는 리가아제(ligase)등이 있으며, 이 외에도 다양한 효소들이 상기 나노 복합체에 결합될 수 있다. 이러한 효소는 상기 제2금속산화물막에 정전기적 상호작용을 통하여 결합될 수 있으며, 나노 복합체 내부의 다공질 공간(구멍, 세공)의 케이지(cage)안에 고정될 수 있다. In addition, the biomolecule bound to the first or second metal oxide film may be an enzyme. In one embodiment of the invention, since the nanocomposite is made, the enzyme is bound so that there is no fear of reacting with the organic solvent, it can be stably maintained while maintaining the activity. Such enzymes include oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases or ligases. In addition, various enzymes may be bound to the nanocomposite. The enzyme may be bound to the second metal oxide film through electrostatic interaction and may be immobilized in a cage of a porous space (hole, pore) inside the nanocomposite.
한편, 발명의 다른 구현 예에 따라, 상술한 생체 분자 결합용 나노 복합체의 제조 방법이 제공된다. 이러한 제조방법은 고체 지지체 상에 제 1 금속 산화물막을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속 산화물막 상에 이온성 고분자막을 형성하는 단계; 및 상기 이온성 고분자막 상에 제 2 금속 산화물막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a method of manufacturing the above-mentioned biomolecule binding nanocomposite. Such a manufacturing method includes forming a first metal oxide film on a solid support; Forming an ionic polymer film on the first metal oxide film; And forming a second metal oxide film on the ionic polymer film.
발명의 일 예에 따르면, 상기 고체 지지체(substrate)를 금속산화물 전구체 용액 내에서 표면 졸-겔 방법 등을 통하여 금속산화물막을 형성시킨 후, 물리적으로 과량 흡착한 금속산화물을 용매로 제거하고, 증류수를 이용하여 가수분해시키면, 고체 지지체 위에 활성을 갖는 제 1금속산화물막이 형성될 수 있다. 그 후 상 기 제조된 제 1금속산화물막을 고분자 전해질 용액에서 반응시켜 이온성 고분자막 및 금속산화물막을 포함하는 복합박막을 형성할 수 있다. 상기 형성된 복합박막을 금속산화물 전구체 용액 내에서 표면 졸-겔 방법 등을 통하여 반응시켜서 금속산화물막을 형성한 후, 과량의 물리적으로 흡착한 금속산화물을 용매로 제거하고 증류수를 이용하여 가수분해시키면 제 2금속산화물층이 형성된다. According to an embodiment of the present invention, after forming the metal oxide film in the metal oxide precursor solution through a surface sol-gel method or the like in the metal oxide precursor solution, physically excess metal oxide adsorbed with a solvent and distilled water When hydrolyzed by use, an active first metal oxide film can be formed on the solid support. Thereafter, the prepared first metal oxide film may be reacted in a polymer electrolyte solution to form a composite thin film including an ionic polymer film and a metal oxide film. The formed thin film is reacted in a metal oxide precursor solution through a surface sol-gel method or the like to form a metal oxide film, and then the excess physically adsorbed metal oxide is removed with a solvent and hydrolyzed using distilled water. A metal oxide layer is formed.
상기 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법은 상기 제 1 금속 산화물막의 형성 단계 전에, 상기 고체 지지체 표면에 플라즈마 처리, 오존 처리, 알카리 또는 산 용액에서 초음파 처리 또는 자기조립박막 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계를 통해서 상기 고체지지체에 활성수소, 하이드록실기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 아민기, 이민기, 암모늄기, 피리딘기 또는 기타 전하를 띄는 분자의 작용기 등의 표면 활성기를 도입할 수 있다. 상기 고체 지지체가 비 금속류인 경우는 초음파 세척 후 플라즈마, 오존 처리를 하거나 알칼리 또는 산 용액에서 초음파 처리를 하여 활성을 갖는 분자를 도입할 수 있다. 그리고, 상기 고체 지지체가 금속류인 경우는 표면 세척 후 산성 용액으로 표면에 존재하는 불순물을 제거하고 나서, 한쪽 말단이 수식된 알칸티올(alkanethiol)분자나 카르복실기 등을 포함하는 용액에 담가두어서 자기조립박막 (self-assembled monolayer, SAM)을 수득함으로써 표면 활성이 도입될 수 있다. Nanocomposite nanocomposite manufacturing method according to an embodiment of the present invention, before the step of forming the first metal oxide film, the ultrasonic treatment or self-assembled thin film formed in a plasma treatment, ozone treatment, alkali or acid solution on the surface of the solid support It may include the step. Through this step, the surface active groups such as active hydrogen, hydroxyl group, carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, amine group, imine group, ammonium group, pyridine group or other charged molecule can be introduced into the solid support. In the case where the solid support is a non-metal, it is possible to introduce a molecule having activity by performing an ultrasonic cleaning in a plasma, ozone treatment or ultrasonication in an alkali or acid solution. In the case where the solid support is a metal, after washing the surface, impurities are removed from the surface by an acidic solution, and then immersed in a solution containing an alkanehiol molecule or a carboxyl group whose one end is modified and self-assembled. Surface activity can be introduced by obtaining a self-assembled monolayer (SAM).
또한, 상기 제 1또는 제 2 금속산화물을 형성하는 단계는 고체 지지체나 이온성 고분자막이 형성된 결과물을 금속산화물 전구체 용액 내에서 표면 졸-겔 반응을 시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 표면 졸-겔 반응시키는 단계에서는 상기 고체 지지체나 이온성 고분자막이 형성된 결과물을 금속산화물 전구체가 용해된 용액 내에서 반응시킨 후, 에탄올 등의 적절한 용액으로 과량의 물리적 흡착 분을 제거하고 증류수 내에서 가수분해한 뒤 질소 가스로 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2금속산화물막의 형성을 위한 전구체로는 Ti(O- n Bu)4, Zr(O- n Pr)4, Al(O- n Bu)3, B(O- n Et)3, Ti(acac)2, Si(OMe)4, In(OC2H4OMe)3, Sn(O-iPr)4, InSn(OR)4, BaTi(OR)4 또는 VO(O-iPr)4 등의 금속알콕사이드를 사용할 수 있다. 다만, 상기 예 이외에도 생체분자 또는 고체 지지체의 활성기와 정전기적 결합을 형성할 수 있고, 금속산화물의 형성을 가능케 하는 다양한 물질을 상기 금속산화물 전구체로 사용할 수 있음은 물론이다. In addition, the forming of the first or second metal oxide may include performing a surface sol-gel reaction on the resultant in which the solid support or the ionic polymer film is formed in the metal oxide precursor solution. In the surface sol-gel reaction, the solid support or the ionic polymer membrane formed product is reacted in a solution in which a metal oxide precursor is dissolved, and then excess physical adsorption is removed with an appropriate solution, such as ethanol, in distilled water. And hydrolyzing and drying with nitrogen gas. Precursors for forming the first and second metal oxide films include Ti (O- n Bu) 4 , Zr (O- n Pr) 4 , Al (O- n Bu) 3 , and B (O- n Et) 3 , Ti (acac) 2 , Si (OMe) 4 , In (OC 2 H 4 OMe) 3 , Sn (O- i Pr) 4 , InSn (OR) 4 , BaTi (OR) 4 or VO (O- i Pr And metal alkoxides such as 4 ). However, in addition to the above examples, it is possible to form an electrostatic bond with the activator of the biomolecule or the solid support, and various materials enabling the formation of the metal oxide may be used as the metal oxide precursor.
또한, 상기 제 1 금속산화물막 상에 이온성 고분자막을 형성하는 단계는 상기 금속산화물막이 형성된 결과물을 고분자 전해질 용액에서 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1금속산화물막이 형성된 결과물을 상온에서 이온성 고분자가 녹아 있는 고분자 전해질 용액에서 반응시킨 후, 표면에 불안정하게 흡착되어 있는 고분자를 증류수 등의 적절한 용매로 세척하고 질소가스를 이용하여 건조시키면 제 1 금속산화물 상에 이온성 고분자막이 형성될 수 있다. In addition, the forming of the ionic polymer film on the first metal oxide film may include reacting the resultant product on which the metal oxide film is formed in the polymer electrolyte solution. After reacting the resultant product of the first metal oxide film in a polymer electrolyte solution in which the ionic polymer is dissolved at room temperature, the polymer that is unstablely adsorbed on the surface is washed with a suitable solvent such as distilled water and dried using nitrogen gas. The ionic polymer film may be formed on the metal oxide.
상기 고분자 전해질은 폴리아크릴산과 이의 유도체, 양이온 및 음이온 폴리사카라이드와 폴리사카라이드 유도체, 핵산, 폴리메타아크릴산과 이의 유도체, 말레산 무수물 공중합체, 양이온 아크릴산 에스터와 이의 공중합체, 폴리에틸렌 이 민, 폴리아민, 폴리아마이드아민 및 폴리다이알릴아다이메틸암모니움 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이외에도 상기 고분자 전해질은 금속산화물과 상호작용이 가능한 다양한 고분자 등을 포함할 수 있다. The polymer electrolyte is polyacrylic acid and its derivatives, cationic and anionic polysaccharides and polysaccharide derivatives, nucleic acids, polymethacrylic acid and its derivatives, maleic anhydride copolymers, cationic acrylic esters and their copolymers, polyethylene imines, polyamines It may include any one or more selected from the group consisting of polyamide amine and polydiallyldimethylammonium chloride. In addition, the polymer electrolyte may include various polymers capable of interacting with a metal oxide.
한편, 발명의 일 구현예에 따른 생체분자 결합용 나노 복합체 제조방법은 상기 제 2 금속 산화물막의 형성 단계 전에, 상기 제 1 금속 산화물막의 형성 단계 및 이온성 고분자막의 형성 단계를 교대로 2회 이상 더 반복할 수 있다. 상기 제 1금속산화물막과 이온성 고분자막을 포함하는 복합 박막을 2 이상으로 형성시킴으로서 나노 복합체의 두께를 나노 스케일 수준에서 조절할 수 있다. On the other hand, in the method for manufacturing a biomolecule binding nanocomposite according to an embodiment of the invention, before the forming step of the second metal oxide film, the step of forming the first metal oxide film and the step of forming the ionic polymer film alternately two or more times. Can be repeated The thickness of the nanocomposite can be controlled at the nanoscale level by forming two or more composite thin films including the first metal oxide film and the ionic polymer film.
그리고, 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법은 상기 제 2금속 산화물막이 형성된 나노 복합체에 생체 분자를 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 나노 복합체를 생체 분자와 반응시키면, 나노 복합체 내부에 복수의 나노 스케일 다공질막들이 존재하기 때문에 최외곽의 제 2금속산화물막 뿐만 아니라 나노 복합체의 내부에도 생체 분자가 결합될 수 있다. 따라서, 발명의 일 예에서, 생체분자 결합용 나노 복합체 제조단계는 생체분자를 내부에 결합시키기 위해 금속산화물막을 형성할 때마다 유기 용매가 포함된 생체분자 결합단계를 포함하지 않고도 생체 분자의 활성을 유지한 채로 안정하게 결합할 수 있게 한다.In addition, the method of manufacturing a nanocomposite for biomolecule binding according to an embodiment of the present invention may further include coupling the biomolecule to the nanocomposite on which the second metal oxide film is formed. When the nanocomposite is reacted with a biomolecule, biomolecules may be coupled to the inside of the nanocomposite as well as the outermost second metal oxide film because a plurality of nanoscale porous membranes exist inside the nanocomposite. Therefore, in one embodiment of the invention, the step of preparing a nanocomposite for biomolecule binding does not include the activity of biomolecules without including a biomolecule binding step containing an organic solvent every time a metal oxide film is formed to bind the biomolecules therein. It is possible to bond stably while maintaining.
이러한 생체 분자는 단백질, 효소, 항원, 항체, 리셉터 및 리간드 등이 있고, 보다 구체적으로 전형적인 생체 분자인 미오글로빈 (Myoglobin), 리소좀 (Lysozyme), 페록시다아제 (Peroxidase), 글로코아밀라아제 (Glucoamylase), 글로 코스옥시다아제 (Gluecose oxidase), 카탈라아제 (Catalase) 또는 시토크롬 씨(Cytochrome c, (Cyt.c)) 등이 있다. 이외에도 다양한 생체분자들이 상기 나노 복합체에 결합될 수 있다. 이러한 생체 분자는 상기 제2금속산화물막에 정전기적 상호작용을 통하여 결합될 수 있으며, 나노 복합체 내부의 다공질 공간(구멍, 세공)의 케이지(cage)안에 고정될 수 있다.Such biomolecules include proteins, enzymes, antigens, antibodies, receptors and ligands, and more specifically, typical biomolecules such as myoglobin, lysozyme, peroxidase, and glucoamylase , Gluecose oxidase, catalase or cytochrome c (Cyt. C ). In addition, various biomolecules may be bound to the nanocomposite. Such biomolecules may be coupled to the second metal oxide film through electrostatic interaction and may be fixed in a cage of porous spaces (pores and pores) inside the nanocomposite.
또한, 상기 생체 분자를 결합시키는 단계는 상기 나노 복합체를 생체 분자가 용해되어 있는 완충용액내에서 5 내지 50℃, 바람직하게는 20 내지 45℃에서, 1 내지 60분 동안, 바람직하게는 20 내지 40분 동안 반응시킬 수 있다. 대부분의 생체 분자는 35 내지 45℃에서 활성이 가장 크게 나타나고, 너무 고온이거나 저온인 경우 활성이 떨어지게 된다. 또한, 상기 완충용액은 pH 2 내지 10의 범위 내일 수 있다. 일반적으로 생체 분자는 pH에 크게 영향을 받게 되기 때문에 완충용액을 사용하면 생체 분자를 결합하는 단계에서 활성이 유지될 수 있으나, 너무 산성 또는 알카리성 조건에서는 완충용액으로서 역할을 할 수 없다.In addition, the step of binding the biomolecule is the nanocomposite in a buffer solution in which the biomolecule is dissolved at 5 to 50 ℃, preferably 20 to 45 ℃, for 1 to 60 minutes, preferably 20 to 40 Can be reacted for minutes. Most biomolecules exhibit the greatest activity at 35-45 ° C., and become too active when too hot or cold. In addition, the buffer solution may be in the range of
또한, 발명의 일 예에 있어서, 상기 생체 분자는 효소일 수 있다. 나노 복합체가 만들어진 후 효소가 결합되므로 유기 용매와 반응할 염려가 없어서, 활성을 유지하며 안정하게 결합 될 수 있다. 이러한 효소는 산화환원효소, 전이효소, 가수분해효소, 리아제 (lyase), 이성질화효소 또는 리가아제 (ligase)등이 있으며, 이 외에도 다양한 효소들이 상기 나노 복합체에 결합 될 수 있다. 이러한 효소는 상기 제2금속산화물막에 정전기적 상호작용을 통하여 결합 될 수 있으며, 나노 복합체 내부의 다공질 공간(구멍, 세공)의 케이지(cage)안에 고정될 수 있다.In addition, in one embodiment of the invention, the biological molecule may be an enzyme. After the nanocomposite is formed, the enzyme is bound, so there is no fear of reacting with the organic solvent, so that it can be stably maintained while maintaining activity. Such enzymes include oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases or ligases, and various enzymes may be coupled to the nanocomposite. These enzymes may be bound to the second metal oxide film through electrostatic interactions and may be fixed in cages of porous spaces (pores, pores) inside the nanocomposite.
도 2는 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법의 예를 나타내었다. 도 2에서는 고체 지지체로서 9MHz의 수정결정 미소저울(QCM)을 사용하였고, 금속알콕사이드 용액내에서 금속산화물막을 형성시키고 있으며, 생체분자로서 효소를 결합시키고 있다. 또한, 도 2에서는 제1금속산화물막과 이온성 고분자막을 포함하는 복합박막 형성과정을 1회 이상 더 반복할 수 있음을 보여주고 있다. 다만, 도2는 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법의 한 가지 예를 보여주는 것일 뿐, 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다. Figure 2 shows an example of a method for manufacturing a nanocomposite for biomolecule binding according to an embodiment of the invention. In FIG. 2, a 9 MHz quartz crystal microbalance (QCM) was used as a solid support, a metal oxide film was formed in a metal alkoxide solution, and an enzyme was bound as a biomolecule. In addition, FIG. 2 shows that the process of forming a composite thin film including the first metal oxide film and the ionic polymer film may be repeated one or more times. However, Figure 2 shows only one example of a method for manufacturing a nanocomposite for biomolecule binding, the method for manufacturing a biocombination nanocomposite according to an embodiment of the invention is not limited thereto.
본 발명에 따르면, 나노 복합체 표면뿐만 아니라 내부에까지 생체 분자가 활성을 유지하면서 안정하게 결합될 수 있는 생체 분자 결합용 나노 복합체 및 이의 제조방법이 제공된다. According to the present invention, a biomolecule binding nanocomposite and a method for preparing the biomolecule which can be stably bonded to the inside of the nanocomposite surface as well as maintaining the activity are provided.
이하, 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리 범위가 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described. However, this is presented as an example of the invention, whereby the scope of the invention is not limited.
[ [ 실시예Example : 생체분자 결합용 나노 복합체의 제조] : Preparation of Biomolecule Binding Nanocomposite]
<< 실시예Example 1 : One : QCMQCM 을 of 고체지지체로As a solid support 한 나노복합체 > One Nanocomposite>
금이 증착된 수정결정 미소저울(QCM)을 피라하 용액(piraha solution : 96% 황산/30-35.5% 과산화수소, 3/1, v/v)으로 세척 후, 10mM의 2-머켑토에탄올(2- mercaptoethanol)/에탄올 용액 내에서 12시간 동안 반응시켜 자기조립박막을 제작하고, 이를 고체 지지체로 사용하였다. 이러한 고체지지체를 티탄부톡사이드(Titanium (IV)-n-butoxide; (Ti(O-nBu)4)/ Acros Chem 社 제품(미국))가 100mM의 농도로 용해된 에탄올/톨루엔(1/1, v/v) 용액내에서 3분간 반응시켰다. 그 후, 그 결과물에 과량으로 물리적 흡착한 금속산화물을 에탄올 용액을 이용하여 제거하고, 증류수 내에서 1분간 가수분해시켰다. 그리고, 질소 가스로 건조하여 고체 지지체 위에 제1금속산화물막을 도입하였다.Gold-deposited quartz crystal microbalance (QCM) was washed with piraha solution (96% sulfuric acid / 30-35.5% hydrogen peroxide, 3/1, v / v), followed by 10 mM 2-mertoethanol (2 A self-assembled thin film was prepared by reacting for 12 hours in a mercaptoethanol) / ethanol solution, which was used as a solid support. The solid support was ethanol / toluene (1/1) in which titanium (IV) -n-butoxide; (Ti (O- n Bu) 4 ) / Acros Chem (USA) was dissolved at a concentration of 100 mM. , v / v) in solution for 3 minutes. Thereafter, the resultant metal oxide physically adsorbed in excess was removed using an ethanol solution and hydrolyzed for 1 minute in distilled water. After drying with nitrogen gas, a first metal oxide film was introduced onto the solid support.
상기 제 1금속산화물막이 형성된 결과물을 폴리아크릴엑시드 (Poly(acrylic acid), PAA)가 1wt %의 농도로 용해된 증류수 용액에 30분간 반응시키고, 표면의 물리적 흡착분을 30초씩 2번 증류수로 세척하여 제거하였다. 그 결과물을 질소가스를 이용하여 건조하여 이온성 고분자막(PAA막)을 도입하였다.The resultant on which the first metal oxide film is formed is reacted with a distilled water solution in which poly (acrylic acid, PAA) is dissolved at a concentration of 1wt% for 30 minutes, and the physical adsorption on the surface is washed twice with distilled water every 30 seconds. To remove. The resultant was dried using nitrogen gas to introduce an ionic polymer membrane (PAA membrane).
상기의 제1금속산화물막과 이온성 고분자막(PAA막)을 형성하는 과정을 1사이클로 하여, 이러한 사이클을 반복하는 경우 본 발명의 생체분자 결합용 나노 복합박막의 두께를 나노 수준에서 조절할 수 있었다. 제 1금속산화물막과 이온성 고분자막을 형성하는 과정을 1회 이상 반복하고 난 후, 상기의 제 1금속산화물막 제조 방법과 동일한 방법을 통하여 제조된 결과물에 제 2금속산화막을 형성하였다.By forming the first metal oxide film and the ionic polymer film (PAA film) as one cycle, when the cycle was repeated, the thickness of the biomolecule binding nanocomposite thin film of the present invention was controlled at the nano level. After the process of forming the first metal oxide film and the ionic polymer film was repeated one or more times, a second metal oxide film was formed on the resultant produced by the same method as the method of preparing the first metal oxide film.
이때, (TiO2/PAA)N.5 나노 복합체는 제 1금속산화물막과 PAA를 포함하는 복합박막이 N개 형성되고, 표면에 제2금속산화물막을 형성하여 제조된 것을 의미한다.In this case, the (TiO 2 / PAA) N.5 nanocomposite means that N composite thin films including the first metal oxide film and the PAA are formed and a second metal oxide film is formed on the surface.
<< 실시예Example 2 : 효소가 2: enzyme 결합된Combined 나노 복합체> Nanocomposites>
실시예 1의 방법으로 제조된 생체 분자 결합용 나노복합체를 효소인 사이토크롬 씨(Cyt.c)가 용해된 인산완충용액(pH 7) 내에서 30분간 실온에서 반응시켰다. 그 후, 불안정하게 고정화된 과량의 효소 흡착 분을 증류수를 이용하여 제거하고 질소가스로 건조시켜 효소가 결합된 나노 복합체를 제조하였다.Nanocomposite nanocomposite prepared by the method of Example 1 is an enzyme cytochrome seed (Cyt. C ) It was reacted for 30 minutes at room temperature in dissolved phosphate buffer solution (pH 7). Thereafter, unstable immobilized excess enzyme adsorption was removed using distilled water and dried with nitrogen gas to prepare a nanocomposite conjugated with enzyme.
<< 실시예Example 3 : 3: 석영판을Quartz plate 고체지지체로As a solid support 한 나노복합체> One Nanocomposite>
석영판을 황산(H2SO4 96.0%)으로 세척한 후, KOH용액으로 초음파 처리하여 석영판 표면에 활성기를 도입하여 고체 지지체로 사용하였다. 상기 고체 지지체를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 금속산화물막과 PAA 막을 제조하여, TiO2/PAA 복합박막을 포함하는 나노 복합체를 제조하였다. 제조된 나노 복합체에 실시예 2의 방법으로 효소를 결합시켰다. The quartz plate was washed with sulfuric acid (H 2 SO 4 96.0%), and then ultrasonicated with KOH solution to introduce an active group to the surface of the quartz plate to use as a solid support. The solid support was prepared in the same manner as in Example 1 to prepare a metal oxide film and a PAA film, to prepare a nanocomposite including a TiO 2 / PAA composite thin film. An enzyme was bound to the prepared nanocomposite by the method of Example 2.
[ [ 비교예Comparative example 1 : 금속산화물 다층박막의 제조] 1: Preparation of Metal Oxide Multilayer Thin Film]
PAA막을 형성시키는 과정을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 금속산화물막을 형성하여 TiO2의 금속산화물막만을 포함하는 금속산화물 다층박막을 제조하였다. 이렇게 제조한 금속산화물 다층박막에 실시예 2의 방법으로 Cyt.c를 결합하였다.Except for forming a PAA film, a metal oxide film was formed in the same manner as in Example 1 to prepare a metal oxide multilayer thin film including only the metal oxide film of TiO 2 . Cyt.c was bonded to the metal oxide multilayer thin film prepared as described in Example 2.
[ [ 실험예Experimental Example ] ]
<< 실험예Experimental Example 1 : One : QCMQCM 의 진동수 변화측정>Frequency Change Measurement of>
QCM의 진동수를 측정하여 생체분자결합용 나노복합체의 제조 과정에서 각각의 막이 형성되는 모습을 확인하였다.By measuring the frequency of the QCM it was confirmed that each film is formed in the manufacturing process of the biomolecule binding nanocomposites.
1. One. 실험예Experimental Example 1-1 1-1
실시예 1의 나노복합체 제조과정에서, 제 1금속산화물 형성 과정 직전과 직후, 이온성 고분자막 형성 과정 직후에 QCM의 진동수를 측정하여, 각각의 막이 형성될 때의 평균진동수 변화를 구하였다.In the nanocomposite fabrication process of Example 1, the frequency of QCM was measured immediately before and after the formation of the first metal oxide and immediately after the formation of the ionic polymer film, thereby obtaining the average frequency change when each film was formed.
도 3에서는 Ti(O-nBu)4 와 PAA의 순차적 형성에 의한 QCM의 진동수 변화를 나타내었다. Ti(O-nBu)4 결합에 의한 1 사이클의 평균 진동수 변화 ΔF= 28±8 Hz이었고, PAA의 결합에 의한 1 사이클의 평균 진동수 변화 ΔF= 26±16 Hz 이었다. 상기 결과는 USI system 社(일본)에서 제작된 수정 결정 미소저울(QCM)과 Hewlett Packard 社(미국)의 진동수측정기를 이용하였으며, TiO2/PAA 복합박막 제조과정을 1사이클로 하여 10사이클의 평균 진동수 변화를 나타내었다. In Figure 3 shows the frequency change of the QCM by the sequential formation of Ti (O- n Bu) 4 and PAA. The average frequency change ΔF of 28 cycles by Ti (O- n Bu) 4 binding was 28 ± 8 Hz, and the average frequency change ΔF of 26 cycles by PAA binding was 26 ± 16 Hz. The results were obtained by using a crystallization microbalance (QCM) manufactured by USI system (Japan) and a frequency measuring device of Hewlett Packard (USA), and the average frequency of 10 cycles using TiO 2 / PAA composite thin film manufacturing process as one cycle. Change.
수정결정 미소저울(QCM)은 나노그램 정도의 극미량의 물질이 흡착하여도 그 질량에 비례하여 공명 진동수가 변화하므로, 상기의 결과로 보아 고체지지체 상에 분자수준의 두께로 복합박막이 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있다.The crystallite microbalance (QCM) changes the resonance frequency in proportion to its mass even when a very small amount of nanogram material is adsorbed. Thus, the result shows that the composite thin film is uniformly formed at a molecular level on the solid support. It can be confirmed.
2. 2. 실험예Experimental Example 1-2 1-2
실시예2에서 제작한 효소가 결합된 나노 복합체의 형성 과정을 QCM 진동수 변화를 이용하여 확인하였다. QCM의 진동수는 실험예 1-1에서와 같은 방법으로 측정하였다.Produced in Example 2 The formation of enzyme-bound nanocomposites was confirmed using QCM frequency changes. The frequency of the QCM was measured by the same method as in Experimental Example 1-1.
도4에는 Cyt.c가 결합한 (TiO2/PAA)3.5 나노 복합체의 진동수 변화를 나타내었다. (TiO2/PAA)3.5 복합박막의 Ti(O-nBu)4 결합에 의한 평균 진동수 변화는 ΔF= 26±11 Hz이었고, PAA의 결합에 의한 평균 진동수 변화는 ΔF= 41±20 Hz, 결합된 Cyt.c의 진동수 변화는 ΔF= 535±34 Hz였다. 4 shows Cyt. The frequency change of c -bonded (TiO 2 / PAA) 3.5 nanocomposite is shown. (TiO 2 / PAA) 3.5 The average frequency change by Ti (O- n Bu) 4 bonding of composite thin film was ΔF = 26 ± 11 Hz, and the average frequency change by PAA coupling was ΔF = 41 ± 20 Hz, Cyt. The frequency change of c was ΔF = 535 ± 34 Hz.
도5에는 Cyt.c가 결합한 (TiO2/PAA)10.5 나노 복합체의 진동수 변화를 나타내었다. (TiO2/PAA)10.5 복합박막의 Ti(O-nBu)4 결합에 의한 평균 진동수 변화는 ΔF= 28±8 Hz이었고, PAA의 결합에 의한 평균 진동수 변화는 ΔF= 26±16 Hz, 결합된 Cyt.c의 진동수 변화는 ΔF= 1841±526 Hz였다.5 shows Cyt. The frequency change of the c -bonded (TiO 2 / PAA) 10.5 nanocomposite was shown. (TiO 2 / PAA) The average frequency change by Ti (O- n Bu) 4 bond of 10.5 composite thin film was ΔF = 28 ± 8 Hz, and the average frequency change by PAA coupling was ΔF = 26 ± 16 Hz, Cyt. The change in frequency of c was ΔF = 1841 ± 526 Hz.
도 4와 5에서 보여지듯이, 수정결정 미소저울(QCM)의 진동수 변화를 통하여 금속산화물막과 PAA막이 균일하고 안정적으로 형성되어 가는 것을 확인할 수 있었다. 또한, Cyt.c의 결합에 의한 진동수 변화로 미루어 나노 복합체에 생체분자가 안정하게 결합된 것을 확인할 수 있었다. As shown in Figures 4 and 5, it was confirmed that the metal oxide film and the PAA film are uniformly and stably formed through the frequency change of the quartz crystal microbalance (QCM). In addition, Cyt. It was confirmed that the biomolecules were stably bound to the nanocomposite due to the frequency change due to the binding of c .
3. 3. 실험예Experimental Example 1-3 1-3
비교예1에서 제작된 금속산화물 다층박막과 실시예1에서 제조된 나노 복합체에 Cyt.c을 결합할때의 진동수 변화를 비교하였다. 이러한 진동수 변화는 USI system 社(일본)에서 제작된 수정 결정 미소저울(QCM)과 Hewlett Packard 社(미국)의 진동수측정기를 이용하였으며, 5회 반복실험결과를 평균하여 나타낸 것이다.The frequency change of the metal oxide multilayer thin film prepared in Comparative Example 1 and the Cyt.c was bonded to the nanocomposite prepared in Example 1 was compared. The frequency change was measured by using a crystallization microbalance (QCM) manufactured by USI system (Japan) and a frequency measuring instrument of Hewlett Packard (USA), and averaged the results of five replicates.
도6에는 비교예 1의 금속산화물 다층박막과 실시예1의 나노복합체에 Cyt.c를 결합함에 따른 진동수 변화의 차이를 나타내었다. 비교예 1의 금속산화물 다층박막은 사이클 수의 증가에 관계없이 결합되는 Cyt.c의 양이 일정함을 확인 할 수 있었다. 이에 반하여, 실시예 1의 나노복합체는 사이클이 증가함에 따라 결합되는 효소의 양도 규칙적으로 증가함을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 실시예 1의 나노복합체는 비교예 1의 금속산화물 다층박막과 달리 효소가 내부에까지 이동하여 결합되고 있음을 보여주는 것이다. 6 shows Cyt. In the metal oxide multilayer thin film of Comparative Example 1 and the nanocomposite of Example 1. The difference of the frequency change by combining c is shown. In the metal oxide multilayer thin film of Comparative Example 1, it was confirmed that the amount of Cyt.c bonded was constant regardless of the increase in the number of cycles. On the contrary, the nanocomposite of Example 1 was confirmed that the amount of the enzyme is also regularly increased as the cycle increases. These results show that the nanocomposite of Example 1, unlike the metal oxide multilayer thin film of Comparative Example 1, the enzyme moves to the inside and is bonded.
<< 실험예Experimental Example 2 : 흡광도 변화 측정> 2: measurement of absorbance change>
실시예3에서 제작된 효소가 결합된 나노 복합체의 형성은 UV-vis spectrometer의 흡광도 (효소내의 포르피린 분자에 의한 (λmax=409nm) 흡광도 변화) 변화를 이용하여 확인하였다. 흡광도의 변화는 UV-vis spectrometer ( Lambda 35제품, Perkin Elmer社)을 이용하여 확인하였고, 3회 반복실험 후 평균 피크를 나타내었다.Formation of the enzyme-bound nanocomposite prepared in Example 3 was confirmed using a change in the absorbance of the UV-vis spectrometer (the change in absorbance (λ max = 409 nm) due to porphyrin molecules in the enzyme). The change in absorbance was confirmed using a UV-vis spectrometer (
도7은 Cyt.c가 결합한 (TiO2/PAA)3.5 나노 복합체의 UV-vis spectrometer 변화를 나타내었다. 도7에 보이는 바와 같이, (TiO2/PAA)3.5 나노 복합체의 경우 250nm 부근에서 (TiO2/PAA)3.5 나노 복합체에 의한 특성 피크만 존재 하지만, Cyt.c가 결합 되면 409nm에서 Cyt.c내의 포르피린 분자에 의한 특성 피크가 나타났다. 이러한 UV-vis spectrometer의 흡광도 변화로 보아 (TiO2/PAA) 나노 복합체에 생체 분자가 안정하게 결합되고 있음을 확인 할 수 있었다. 7 is Cyt. The UV-vis spectrometer changes of c -bonded (TiO 2 / PAA) 3.5 nanocomposites. As it is seen in Figure 7, (TiO 2 / PAA) 3.5 nm For complexes in the vicinity of 250nm (TiO 2 / PAA) present only characteristic peak by 3.5 nanocomposites but, Cyt. When c is combined, Cyt. at 409 nm. The characteristic peak by the porphyrin molecule in c appeared. The absorbance changes of the UV-vis spectrometer showed that the biomolecules were stably bound to the (TiO 2 / PAA) nanocomposite.
도 8은 실시예 1의 방법으로 각각1.5, 3.5, 5.5, 10.5사이클의 나노 복합체를 제조하고 실시예2의 방법으로 Cyt.c 를 결합한 후 측정한 UV-vis spectrometer 변화를 나타낸 것이다. 도8에서는 실험예 1-3의 결과와 같이 사이클 수에 의한 나노 복합체의 두께를 증가 시킴에 따라 결합되는 효소의 량도 규칙적으로 증가함을 확인 할 수 있었다. 이것은 실시예 1의 나노복합체는 비교예 1의 금속산화물 다층박막과 달리 효소가 내부에까지 이동하여 결합 되고 있음을 보여주는 것이다. 8 is a nanocomposite of 1.5, 3.5, 5.5, 10.5 cycles by the method of Example 1 and Cyt. It shows the change of UV-vis spectrometer measured after binding c . In Figure 8 it can be seen that as the results of Experimental Example 1-3, the amount of enzyme bound is also increased regularly as the thickness of the nanocomposite increases by the number of cycles. This shows that the nanocomposite of Example 1, unlike the metal oxide multilayer thin film of Comparative Example 1, is enzymatically bound to the inside.
<< 실험예Experimental Example 3 : 3: 사이클릭볼타메트리Cyclic Voltametry (( CyclicCyclic voltammetryvoltammetry ; ; CVCV ) 측정>) Measurement>
효소가 결합된 나노 복합체의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여 사이클릭볼타메트리(Cyclic voltammetry)를 이용하였다. Cyclic voltammetry was used to confirm the electrochemical properties of the enzyme-bound nanocomposites.
실시예 1 의 방법으로 제조한 나노복합체에 실시예 2의 방법으로 효소를 결합한 QCM 전극을 'IvinumStat'(Ivium Technologies 社, 네델란드)를 이용하여 CV변화를 측정하였다.The change in CV was measured using 'IvinumStat' (Ivium Technologies, The Netherlands) on a QCM electrode in which an enzyme is bound to a nanocomposite prepared by the method of Example 1 by the method of Example 2.
도9에는 인산완충용액(pH 7)에서 (TiO2)3, (TiO2)3.5/Cyt.c, (TiO2/PAA)3.5/Cyt.c 나노 복합체의 전기화학적 특성 변화를 나타내었다. 3사이클의 금속산화물 다층박막((TiO2)3)의 경우, 200~300mV 부근에서 전류치 변화가 거의 나 타나지 않았지만, 효소가 결합된 금속산화물 다층박막 ((TiO2)3/Cyt.c)과 나노 복합체 ((TiO2/PAA)3.5/Cyt.c)의 경우, 효소내의 철분자의 산화ㆍ환원피크가 관찰 되었다.9 shows (TiO 2 ) 3 , (TiO 2 ) 3.5 / Cyt. In phosphate buffer solution (pH 7). c, (TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c Changes in the electrochemical properties of the nanocomposite. For the third cycle the metal oxide multi-layer thin film ((TiO 2) 3) of the, 200 and though the current value changes in nearly 300mV vicinity or not appear, the enzyme-linked metal oxide multi-layer thin film ((TiO 2) 3 / Cyt . C) and nanocomposite ((TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c), the iron's oxidation and reduction peaks in the enzyme were observed for.
또한, 효소가 결합된 금속산화물 다층박막((TiO2)3)보다 효소가 결합된 TiO2/PAA의 나노 복합체((TiO2/PAA)3.5/Cyt.c)에서 3배 이상의 산화ㆍ환원피크 (전류치) 증가가 있음을 확인하였다. 이것은 금속산화물 다층박막은 단순히 최외곽의 금속산화물 표면에만 효소가 결합되는데 비하여, TiO2/PAA의 나노 복합체에서는 내부에까지 효소가 이동하여 결합되므로 고정화된 효소의 증가 때문에 효소로부터의 산화ㆍ환원피크(전류치)가 상대적으로 증가되는 것이다.In addition, the metal oxide multilayer films the enzymes are combined ((TiO 2) 3) nanocomposite of the more enzymes is combined TiO 2 / PAA ((TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. C) three or more times the oxidation and the reduction in peak It was confirmed that there was an increase in the (current value). This is because the metal oxide multilayer thin film simply binds the enzyme to the outermost metal oxide surface, whereas in the nanocomposite of TiO 2 / PAA, the enzyme moves and binds to the inside. Current value) is increased relatively.
도10에는 효소가 결합된 나노 복합체의 두께에 따른 전기화학적 특성을 관찰한 결과를 나타내었다. 효소가 결합된 나노 복합체의 두께가 증가할수록 산화ㆍ환원피크(전류치)가 비례적으로 증가함을 확인할 수 있었는데, 이러한 결과는 실험예 1-3 및 실험예 2의 결과와 같이, 복합박막의 두께가 증가할수록 결합되는 효소의 양이 증가하는 것을 나타낸다.Figure 10 shows the results of observing the electrochemical properties according to the thickness of the nanocomposite conjugated enzyme. Oxidation / reduction peak (current value) increased proportionally as the thickness of the enzyme-conjugated nanocomposite increased. These results were as in the results of Experimental Examples 1-3 and Experimental Example 2, and the thickness of the composite thin film. As is increased, the amount of enzyme bound is increased.
이상의 결과로부터, 발명의 일 구현예에 따른 생체 분자 결합용 나노 복합체에서는 생체 분자를 활성을 유지한 상태로 나노 복합체 내부에까지 결합시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. From the above results, it was confirmed that the biomolecule binding nanocomposite according to the embodiment of the present invention can bind the biomolecule to the inside of the nanocomposite while maintaining the activity.
<< 실험예Experimental Example 4 : 광전자 분광기 실험> 4: Photoelectron spectroscopy experiment>
실시예 1 또는 실시예 2의 방법으로 제조된 9.5 사이클의 나노 복합체 (TiO2/PAA)9.5와 효소가 결합된 9.5사이클의 나노 복합체 (TiO2/PAA)9.5/Cyt.c를 광전자 분광기(ESCALAB 210제품, VG Science 社)를 이용하여 각각의 나노 복합체의 조성을 확인하였다.9.5 cycles of the nanocomposite (TiO 2 / PAA) 9.5 and 9.5 cycles of the nanocomposite (TiO 2 / PAA) 9.5 /Cyt.c prepared by the method of Example 1 or Example 2 The composition of each nanocomposite was confirmed using 210 products, VG Science Co., Ltd.).
도11에서는 (TiO2/PAA)9.5의 경우 465 eV 부근에서 금속산화물의 Ti에 의한 특성 피크, 295eV에서 PAA의 카본 피크 그리고 536 eV 부근에서 금속산화물의 산소 및 PAA의 산소 피크가 겹쳐서 나타나고 있음을 보여 주고 있다. 그러나, 효소가 결합된 나노 복합체 ((TiO2/PAA)9.5/Cyt.c)에서는 효소에 존재하는 펩타이드 분자의 질소 원자에 의한 405 eV 부근에서의 피크가 새롭게 나타났고 전체적으로 금속산화물의 피크는 효소분자의 피크에 겹쳐서 잘 나타나지 않음을 확인할 수 있다.In Fig. 11, (TiO 2 / PAA) 9.5 overlaps the characteristic peaks due to Ti of the metal oxide near 465 eV, the carbon peak of PAA at 295 eV, and the oxygen peak of oxygen and PAA at 536 eV. Is showing. However, (9.5 / Cyt (TiO 2 / PAA). C) the enzyme is combined nanocomposite In got a new peak in the vicinity of 405 eV displayed by the nitrogen atom of the peptide molecules present in the enzyme as a whole peak of the metal oxide is an enzyme It can be seen that it does not appear superimposed on the peak of the molecule.
이러한 결과로부터, 나노 복합체에 효소가 결합되어 있음을 확인 할 수 있다. From these results, it can be seen that the enzyme is bound to the nanocomposite.
<< 실험예Experimental Example 5: 5: 원자간력Atomic force 현미경( microscope( AtomicAtomic ForceForce MicroscopeMicroscope , , AFMAFM )을 이용한 표면 관찰>Surface observation with)
표면을 에탄올로 세척한 운모(Mica)를 고체지지체로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노 복합체를 제조하고, 실시예2의 방법으로 Cyt.c 를 결합하였다. 그 후, (TiO2/PAA)3.5 와 (TiO2/PAA)3.5/Cyt.c 나노복합체를 원자간력 현 미경(JSPM-5200제품, JEOL 社)을 이용하여 표면을 관찰하였다. 그 결과, (TiO2/PAA)3.5 나노복합체의 root-mean-sequare(RMS) roughness는 0.524nm, (TiO2/PAA)3.5/Cyt.c 나노복합체의 root-mean-sequare(RMS) roughness는 1.02nm로 생체분자가 결합된 나노복합체의 RMS roughness가 증가하였다. 이러한 결과는 나노복합체의 표면에 고정된 Cyt.c 에 의해 RMS roughness가 증가한 것이다. 또한, 약 3nm 크기의 Cyt.c 가 내부에 까지 침투하여 안정하게 고정화되는 점이 확인되었고, 하기 원자간력 현미경의 측정결과에서 나타나는 바와 같이 나노복합체의 각각의 막들은 2nm 내지 100nm의 다공질성인 점도 확인되었다.A nanocomposite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the surface of the surface was washed with ethanol (Mica) as a solid support, and Cyt.c was bound by the method of Example 2. After that, (TiO 2 / PAA) 3.5 And (TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c The surface of the nanocomposite was observed using an atomic force microscope (JSPM-5200, JEOL). As a result, (TiO 2 / PAA) 3.5 The root-mean-sequare (RMS) roughness of the nanocomposite is 0.524 nm, (TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c The root-mean-sequare (RMS) roughness of the nanocomposite was 1.02 nm and the RMS roughness of the nanocomposite with the biomolecules was increased. These results indicate that Cyt. Pinned to the surface of the nanocomposite. c increases the RMS roughness. In addition, Cyt. It was confirmed that c penetrated to the inside and stably fixed, and as shown in the atomic force microscope measurement results, each of the membranes of the nanocomposite was also found to be porous from 2 nm to 100 nm.
도 12와 13는 각각 (TiO2/PAA)3.5 와 (TiO2/PAA)3.5/Cyt.c 나노복합체의 AFM 사진과 root-mean-sequare(RMS) roughness를 보여준다.12 and 13 are respectively (TiO 2 / PAA) 3.5 And (TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c AFM images of nanocomposites and root-mean-sequare (RMS) roughness.
<< 실험예Experimental Example 6: 전자현미경( 6: electron microscope ScanningScanning electronelectron microscopemicroscope , , SEMSEM )을 이용한 나노복합체의 관찰>Observation of Nanocomposites Using
실시예 1의 방법으로 제조한 나복복합체에 실시예2의 방법으로 Cyt.c를 결합하였다. 이에 따라 제조된 (TiO2/PAA)10.5/Cyt.c의 단면을 전자현미경(Carl LEO-1530_제품, Zeiss 社) 이용하여 단면을 관찰하였다. 도 14에서 보여지는 바와 같이, 단면의 두께가 45±5nm인 나노 복합체가 QCM기판위에 균일하게 형성되어 있음을 확인 할 수 있었다. Cyt.c was bound to the hex complex prepared by the method of Example 1 by the method of Example 2. The cross section of the (TiO 2 / PAA) 10.5 / Cyt.c thus prepared was observed using an electron microscope (Carl LEO-1530_, Zeiss). As shown in FIG. 14, it was confirmed that the nanocomposite having a thickness of 45 ± 5 nm was uniformly formed on the QCM substrate.
도1 은 생체 분자 결합용 나노 복합체의 구조의 한 예를 나타낸 것이다.Figure 1 shows an example of the structure of the nanocomposite for biomolecule binding.
도2 는 생체 분자 결합용 나노 복합체 제조방법의 한 예를 나타낸 것이다.Figure 2 shows an example of a method for producing a nanocomposite for biomolecule binding.
도3 은 Ti(O-nBu)4 와 PAA의 순차적 결합에 따른 QCM의 진동수 변화를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the frequency change of the QCM according to the sequential coupling of Ti (O- n Bu) 4 and PAA.
도4 는 Cyt.c를 결합한 (TiO2/PAA)3.5 나노 복합체 형성 단계에 따른 진동수의 변화를 나타낸 것이다. Figure 4 shows the change in the frequency according to the (TiO 2 / PAA) 3.5 nanocomposite forming step combined with Cyt.c.
도5 는 Cyt.c를 결합한 (TiO2/PAA)10.5 나노 복합체 형성 단계에 따른 진동수의 변화를 나타낸 것이다.Figure 5 shows the change in the frequency according to the (TiO 2 / PAA) 10.5 nanocomposite forming step combined with Cyt.c.
도6 는 금속산화물 다층박막과 TiO2/PAA 복합박막을 포함하는 나노복합체의 두께 변화에 따른 Cyt.c결합 진동수 변화를 비교하여 나타낸 것이다. FIG. 6 shows a comparison of Cyt.c coupling frequency changes according to thickness variation of a nanocomposite including a metal oxide multilayer thin film and a TiO 2 / PAA composite thin film.
도7 은 Cyt.c 의 결합에 따른 (TiO2/PAA) 3. 5나노 복합체의 UV-vis spectrometer 변화를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the UV-vis spectrometer changes of (TiO 2 / PAA) 3. 5 nanocomposites according to the binding of Cyt.c.
도8 은 Cyt.c 를 결합한 나노 복합체의 두께 변화에 따른 UV-vis spectrometer 변화를 나타낸 것이다. Figure 8 shows the UV-vis spectrometer changes according to the thickness change of the nanocomposite combined Cyt.c.
도9 은 금속산화물 다층박막과 TiO2/PAA 복합박막을 포함하는 나노복합체의 전기 화학적 특성의 차이를 나타낸 것이다. 9 shows the difference in electrochemical properties of nanocomposites including a metal oxide multilayer thin film and a TiO 2 / PAA composite thin film.
도10 은 TiO2/PAA 복합박막을 포함하는 나노복합체의 두께에 따른 전기화학적 변화를 나타낸 것이다. Figure 10 shows the electrochemical change according to the thickness of the nanocomposite including TiO 2 / PAA composite thin film.
도11 은 광전자 분광기를 이용하여 나노 복합체의 조성과 Cyt.c 를 결합할 때의 나노 복합체 조성의 변화를 나타낸 것이다. 11 shows the composition of the nanocomposite and the Cyt. It shows the change of the nanocomposite composition when combining c .
도 12는 (TiO2/PAA)3.5 나노복합체의 AFM 사진과 root-mean-sequare(RMS) roughness를 보여준다.Figure 12 (TiO 2 / PAA) 3.5 AFM images of the nanocomposites and root-mean-sequare (RMS) roughness are shown.
도13은 (TiO2/PAA)3.5/Cyt.c 나노복합체의 AFM 사진과 root-mean-sequare(RMS) roughness를 보여준다.Figure 13 (TiO 2 / PAA) 3.5 / Cyt. c AFM images of nanocomposites and root-mean-sequare (RMS) roughness.
도 14 는 TiO2/PAA)10.5/Cyt.c 나노복합체의 SEM 사진과 고체지지체 상의 나노복합체 단면의 두께를 보여준다.14 shows TiO 2 / PAA) 10.5 / Cyt. c SEM photograph of the nanocomposite and the thickness of the nanocomposite cross section on the solid support.
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