NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 33, No. 2, 5015 … 199
연 구 실 소 개
의료용 다공성 나노입자 소재은행은 성균관대학 교 화학공학부 연성물질연구실과 나노생체 재료연 구실을 기반으로 진단과 치료에 가능한 다공성 나노 입자를 한국연구재단의 연구소재 지원사업의 지원 을 받아 국내 관련 연구진에 제공하고 관련 소재 개 발을 위한 연구를 진행하고 있습니다.
다공성 나노입자란 2~50nm 사이의 기공을 가지 고 있는 나노입자를 총칭하며, 이러한 기공으로 인 해 단위 질량당 매우 넓은 표면적과 높은 기공 부피 를 가지고 있습니다. 이를 이용하여 유기 염료, 항암 제, 전자, 치료용 단백질 등 여러 용도의 물질을 탐지 할 수 있으며, 나아가 효과적인 전달체로서의 응용 가능성을 보이고 있습니다.
다공성 나노입자는 바이오, 에너지, 촉매 등 다양 한 분야로의 응용가능성이 매우 큰 재료로서 국내 연구진의 활용도가 매우 높을 것으로 예상되고 있습 니다. 하지만, 현재 상업화된 다공성 나노입자 제품 은 양적 및 질적으로 매우 제한적이므로 현재 활발 히 진행되고 있는 관련 연구의 수요를 충족시키지 못하고 있는 추세를 보이고 있습니다.
따라서, 본 소재은행은 금 나노입자, 금속산화물 메조 기공 입자, 자성 다공성 입자와 같은 다기능성 다공성 입자를 보유하고 있습니다. 특히, 크기분포 가 적으면서도, 기공 크기와 표면적 및 기공부피 등 이 정밀하게 제어된 다공성 나노입자를 국내 다양
한 연구진에 꾸준히 공급할 예정이며, 균일한 특성 을 가지는 다공성 입자의 공급을 통해 국내 연구진 이 진행하는 관련 연구의 과정 및 결과에 대한 신뢰 성을 높이고자 합니다.
>> 주요 기능
● 다공성 나노입자의 경우 실리카 메조기공 입자를 확보하였으며, 티타니아, 알루미나 등의 다른 금 속 산화물을 포함한 메조기공 입자를 확보하는 연 구를 수행하고 있습니다. 향후에는 기공 크기가 다른 쉘을 성장시키는 연구도 수행 예정입니다.
● 다기능성 다공성 나노입자의 경우는 자성이 있는 산화철을 핵(core)으로 하고 그 주위를 다공성 실 리카가 감싸는 구조의 입자를 합성하여 공급하고
이기라
성균관대학교 화학공학부 [email protected]
성균관대 다공성 나노입자 소재은행
그림 1. 다공성 나노입자의 물리적 성질 및 약물전달체 활용 연구 모식도
200 … NICE, 제33권 제2호, 2015
연 구 실 소 개
있으며, 산화철 대신 금 나노입자 등의 다른 물질 을 갖는 다공성 나노입자의 확보하는 연구를 수 행하고 있습니다.
● 다기능성 나노입자의 핵으로 사용하는 자성입자, 금입자, 고분자 나노입자는 따로 확보하여 필요 한 연구팀에 공급하고 있습니다.
>> 주요 연구분야
1) 고분자 나노 입자
저희 소재은행에서는 균일한 크기의 고분자 입자 를 합성하고 있으며, 현재 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 입자를 직접 제조하고 있습니다. 현재 입자의 크 기, 표면 특성, 형광특성을 부여한 입자를 제조하여 공급할 예정입니다.
2) 금 나노입자
또한, 금속 나노 입자 중에 균일한 크기의 금 나노 입자를 합성하여 제공 예정입니다. 일반적으로 알려 있는 30nm이하의 금 나노 입자 분산액을 제공할 예정 입니다. 또한, 30nm이하의 금 입자의 경우에는 팔면 체 형태의 금입자를 우선 제공할 예정입니다. 본 은행 에서는 현재 팔면체 입자로부터 그림 2와 같이 정밀한 화학에칭 과정을 통해 30nm이상의 크기에서도 구형 의 입자를 합성하는 기술을 보유하고 있으며, 이를 대 량으로 합성하여 제공할 계획입니다.
3) 메조기공의 나노 입자
금속 산화물로 형성된 다공성 나노 입자에 균일
한 크기의 기공을 만들고 기공을 통해서 약물을 도 입하여 전달하거나 다른 물리화학적 특성을 유도할 수 있으므로 이에 관한 연구를 수행하여 입자를 제 공할 예정입니다.
아래 SEM 및 TEM이미지는 구형의 메조기공입 자이며, 표 1에 본 소재은행에서 제공하게 될 다공성 입자의 물성을 정리하였습니다.
4) 다기능성 다공성 나노 입자
기존에 존재하는 다공성 나노입자 내부에 자기성 을 띄는 자성 나노입자, 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance– SPR) 성질을 가지는 금 나노 입 자 등을 도입시킨 나노입자입니다. 본 소재은행에서 는 기존의 다공성 나노입자가 가지는 넓은 비표면적
그림 2. 폴리스티렌 (PS) 나노 입자 SEM 사진
그림 3. 구형 금 나노 입자 합성의 메카니즘과 결과 SEM 사진 (ACS Nano. 2013. 7 (12). 11064-11070)
그림 3. SEM image(A) and TEM image (B) of Mesoporous
Silica Particles (J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 10460-10466)
B
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 33, No. 2, 5015 … 201 성균관대 다공성 나노입자 소재은행
과 큰 기공부피 등의 성질과 다공성 나노입자 내부에 적용된 각각의 나노 입자들이 가지는 특성들을 동시 에 적용시킴으로써 한 가지 입자만으로도 다양한 기 능을 나타낼 수 있고, 이러한 성질을 이용해서 다채 로운 응용분야에 사용될 수 있다는 장점을 가지는 나 노 입자들을 합성하는데 성공하였으며, 각 입자들의 특성을 부여하는데 노력을 기울이고 있습니다.
5) 기공 크기가 조절된 다기능성 나노 입자 기존에 다공성 나노 입자들은 기공크기의 한계 (~4 nm)로 인해 담지할 수 있는 물질이 매우 한정적 이고, 응용분야에 제한적이었습니다. 하지만 본 연 구실에서 합성한 거대기공을 갖는 다기능성 다공성
나노입자는 다기능성 특징(자성 나노입자, 금입자 등을 도입 시켜서 얻어낸 성질) 과 다공선 나노 입자 의 특징(넓은 비표면적, 큰 기공부피 등) 을 모두 보 유한 채 기공의 크기만 10 ~ 30 nm까지 증가시킴으 로써, 합성된 나노 입자의 활용분야에 다변화를 꾀 할 수 있게 되었습니다. 후속 연구를 통해 현재 보유 한 자성 나노 입자로써의 특징뿐만 아니라 다양한 다기능성을 보유할 수 있도록 노력하겠습니다.
>> 은행장 및 연구원
2014년 11월 현재다공성 나노입자 소재은행은 연 구책임자(은행장, 이기라 교수)와 공동 연구원 (김재 윤 교수)를 비롯해서 실무자 1명과 Post Doc 1명을 외에 박사과정 6명, 석사과정 7명, 그리고 실험실 연 구장비 담당 2명으로 구성되어 있습니다.
>> 분양 신청 문의
저희 은행에서 확보하고 있는 소재를 분양 받고 싶으실 경우, 먼저 은행장 및 실무자에게 이메일로 문의를 하셔서, 분양 신청서를 작성하신 후에 분양 받으실 수 있습니다. 현재는 이메일로만 가능하며, 추후에는 홈페이지를 통해서도 신청할 수 있는 방법 을 만들고 있습니다. 또한, 관련 소재를 기탁하여 다 른 연구진들이 사용할 수 있도록 기탁하실 수도 있
그림 3. SEM image(A) and TEM image (B) of Mesoporous 습니다.
Silica Particles (J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 10460-10466)
B
표 1. 메조기공의 실리카나노 입자 비표면적 분석 결과 샘플 MSN-50 MSN-100 MSN-150 MSN-200
입자크기 50nm 100nm 150nm 200nm
기공크기 3nm 3nm 3nm 8nm
비표면적 300m2/g 400m2/g 500m2/g 500m2/g 기공부피 0.5cm3/g 0.5cm3/g 0.5cm3/g 0.5cm3/g
그림 4. 자성 나노 입자가 도입된 다기능성 다공성 나노 입자.
(Angewandte Chemie International Edition, 2008, 47, 44, 8348-8441).
샘플 입자크기 기공크기 비표면적 기공부피 기타 MF-M-
MSN-L1 100nm 3nm/20nm 900m2/g 1.5cm3/g
Multicore, bimodal
pore MF-M-
MSN-L2 150nm 3nm/20nm 900m2/g 1.5cm3/g
Multicore, bimodal
pore MF-M-
MSN-L3 250nm 3nm/20nm 900m2/g 1.5cm3/g
Multicore, bimodal
pore 그림 5. 거대 기공을 갖는 다기능성 다공성 나노 입자의 비표면적 분석 결과
그림 6. 의료용 다공성 나노입자 소재은행 소속 연구원
