FITC 포함된 실리카 나노 파티클을 이용한 DNA의 정량분석 및 파티클 안정성 실험

국문 초록 (Abstract)

다양한 특징을 갖는 형광 나노 입자를 reverse microemulsion방법을 이용하여 합성하였다. 이 방법을 통하여 보다 쉽게 균일한 사이즈를 갖는 구 형태의 나노 입자의 합성이 가능하였다. 합성된 형광 나노 입자의 사이즈는 16.5 nm, 88.7 nm 두 종류로서, 여러 가지 합성 인자들을 변형시킴으로서 다양한 사이즈로 합성이 가능하다. 이렇게 합성한 형광 나노 입자의 사이즈와 형태는 TEM과 SEM을 이용하여 확인하였다.
형광 나노 입자의 중심에는 다양한 형광체가 포함되어 있어 광학센서로서 이용이 가능하다. 본 실험에서 사용된 형광체는 FITC로서 492 nm을 흡수하고 520 nm에서 형광하게 된다. FITC이외의 다양한 형광체로도 동일한 형광 나노 입자의 합성이 가능하다. 합성된 중심체에 TEOS를 이용하여 실리카 껍질을 합성하게 되는데, 이것은 중심체에 존재하는 형광체를 보호하는 역할을 하게 된다. 이렇게 실리카로 표면이 합성된 형광 나노 입자들은 화학적으로 안정하고 표면이 친수성기로 구성되어 있기 때문에 물에 잘 분산된다는 특징 뿐 아니라 형광체보다 photobleaching, 형광 소광에 영향을 적게 받으며 여러 가지 반응기로 합성이 가능해 진다.
본 실험에서는 3-APTES을 이용하여 표면이 아민 그룹으로 활성화된 형광 나노 입자를 이용하여, 한쪽이 카르복실릭 그룹으로 활성화된 단일가닥 DNA와 아마이드 본드을 형성하도록 하여 Pb, Cd, Hg와 같은 중금속에 의해 끊어지는 DNA양을 정량 분석하였다. 이때 FT-IR를 이용하여 형광 나노 입자의 아민 그룹을 확인하였고, DNA와 반응한 형광 나노 입자는 DNA 한쪽 끝에 존재하는 Cy5 형광체를 이용하여 LIFM를 이용하여 확인하였다. 실험은 공기 상태, N2 가스를 첨가하여 공기가 적은 상태, H2O2를 첨가한 상태에서 진행하였고, 이 또한 LIFM (Laser induced fluorescence microscope)을 이용하여 정량 분석 하였다.
또 다른 응용 실험으로서, 형광 나노 입자들의 중심체에 존재하는 형광체와 용액에 존재하는 다양한 양이온들과의 형광 소광에 대한 영향성을 살펴보았다. 이때 사용된 양이온들로는 K+, Na+, Ca2+, Mg2+와 같이 바이오 시스템에 많이 존재하는 양이온들과 Pb2+, Cd2+, Hg2+와 같은 중금속 양이온을 이용하였다. 실험은 표면이 특정한 반응기로 되어있지 않은 형광 나노 입자를 이용하였고, FITC 형광체와 형광 감소를 비교하였다. 또한 실리카의 밀도에 의한 형광 감소율을 비교하기 위하여 고온에서 합성한 형광 나노 입자의 형광 감소율 또한 함께 확인하였다. 양이온에 따른 결과를 분석하기 위하여 첨가 실험으로 반응 용액의 pH에 따른 형광 감소율과, 형광 나노 입자 표면의 반응기에 따라 나타나게 되는 형광 감소율 또한 함께 비교하였다.
이러한 실험 결과들을 바탕으로 형광 나노 입자는 형광 나노 센서로서의 응용이나, 정량분석이 가능한 센서로서 이용이 가능할 것이다. 또한 형광 나노 입자들의 특징을 잘 이용하면 많은 분야, 특히 바이오 분야에서 다양한 용도로의 사용이 가능할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 실험 5
• Part 1. 형광나노 입자의 합성 5
• (1) 실험 시약 5
• (2) 실험 장치 및 기구 6
• (3) 실험 방법 7
• 1 ) 형광 나노 입자의 중심체 합성 7
• 2 ) 실리카 보호 껍질 합성 9
• 3 ) 형광 나노 입자의 아민 그룹형성 11
• 4 ) 합성된 형광 나노 입자 세척 12
• Part 2. 형광 나노 입자를 이용한 응용 실험 13
• Part 2.1. 중금속에 의해 끊어지는 단일가닥 DNA의 정량 분석 13
• (1) 실험 시약 13
• (2) 실험 장치 및 기구 14
• (3) 실험 방법 15
• 1 ) 단일가닥 DNA에 활성화된 형광체 Cy5의 중금속에 의한 형광 소강현상 15
• 2 ) 카르복실릭 그룹, Cy5 활성화된 단일가닥 DNA와 아민 그룹 활성화된 형광 나노 입자와의 반응 16
• 3 ) 형광 나노 입자와 반응되지 않은 단일가닥 DNA의 제거 및 금속 이온 용액의 첨가 18
• 4 ) 반응한 금속 용액의 제거 및 쪼개어진 DNA조각의 제거 20
• Part 2.2. 다양한 양이온에 의해 나타나는 형광 소광실험 22
• 1 ) 다양한 pH에서의 형광 안정성 확인 실험 22
• 2 ) 가열을 통한 고밀도의 형광 나노 입자합성. 23
• 3 ) 다양한 양이온이 형광 나노 입자에 미치는 영향 24
• 4 ) pH 5, 7, 9에서의 형광 소강 실험 25
• 5 ) 아민 그룹 활성화된 형광 나노 입자의 형광 소강 실험 25
• Ⅲ 결과 및 고찰 26
• PART 1. 형광 나노 입자의 합성 26
• 1 ) 형광 나노 입자의 사진 26
• 2 ) FITC가 포함된 형광 나노 입자의 형광 사진 28
• 3 ) 다양한 형광체를 이용한 형광 나노 입자의 합성 및 형광 확인 30
• 4 ) Acetone 세척에 의한 형광 나노 입자 크기 영향 32
• 5 ) FT-IR을 이용한 아민 그룹의 확인 34
• PART 2. 형광 나노 입자를 이용한 응용 실험 36
• PART 2.1. 중금속에 의해 끊어지는 단일가닥 DNA의 정량 분석 36
• 1 ) DNA에 활성화된 단일가닥 Cy5 형광체의 형광 소강 확인 36
• 2 ) 형광 나노 입자와 반응한 단일 가닥 DNA의 확인 39
• 3 ) 공기 상태에서의 중금속에 의한 DNA 손상 41
• 4 ) N2 가스 상태에서의 DNA 손상 42
• 5 ) H2O2 첨가 상태에서의 DNA 손상 42
• PART 2.2. 다양한 양이온에 의해 나타나는 형광 소광실험 45
• 1 ) pH에 따른 형광 나노 입자의 안정성 45
• 2 ) 실온, 고온에서 합성한 형광 나노 입자의 형광 소강 47
• 3 ) pH 5, 7, 9에서 형광 나노 입자의 형광 소강 현상 53
• 4 ) 아민 그룹 활성화 된 형광 나노 입자의 형광 소강 현상 55
• Ⅳ. 결과 및 토의 57
• 참고문헌 58
• 영문요약 62