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KR20130010344A - 표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어 및 표적물질을 상기 금속 나노와이어에 결합시키는 방법 - Google Patents

표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어 및 표적물질을 상기 금속 나노와이어에 결합시키는 방법 Download PDF

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KR20130010344A
KR20130010344A KR1020110071090A KR20110071090A KR20130010344A KR 20130010344 A KR20130010344 A KR 20130010344A KR 1020110071090 A KR1020110071090 A KR 1020110071090A KR 20110071090 A KR20110071090 A KR 20110071090A KR 20130010344 A KR20130010344 A KR 20130010344A
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KR
South Korea
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gold
nanowires
nanowire
target material
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Application number
KR1020110071090A
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English (en)
Inventor
박경수
김민석
박성용
이정건
권영남
김연정
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어 및 표적물질을 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어에 효율적으로 결합시키기 위한 방법을 제공한다.

Description

표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어 및 표적물질을 상기 금속 나노와이어에 결합시키는 방법{Metal nanowire formed with gold nanocluster on the surface for binding a target material and method for binding the metal nanowire with the target material}
일 이상의 양상은 표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어 및 표적물질을 상기 금속 나노와이어에 결합시키는 방법에 관한 것이다.
나노와이어는 나노미터 수준 (order)의 직경을 갖는 나노구조로 정의될 수 있다. 또한, 나노와이어는 나노미터, 예를 들면 수십 나노미터 이하인 두께 또는 직경을 갖고 제한되지 않은 길이를 갖는 구조로 정의될 수 있다. 많은 다른 타입의 나노와이어가 존재한다.
나노와이어를 생성하기 위한 방법은 현탁법, 증기-액체-고체 방법 및 용액상 합성법이 알려져 있다. 현탁된 나노와이어 (suspended nanowire)는 더 긴 와이어의 화학적 식각, 또는 충돌, 일반적으로는 고에너지성 이온의 충돌에 의하여 생성될 수 있다. 용액상 합성법은 용액 중에서 나노와이어가 성장될 수 있다.
나노와이어는 증기-액체-고체 (vapor-liquid solid: VLS) 합성법에 의하여 합성될 수 있다. 이 방법은 소스 물질로서 레이저 가열된 입자 (laser ablated particles) 또는 실란과 같은 주입 가스(feed gas)를 사용한다. 다음으로서, 상기 소스 물질은 촉매에 노출된다. 나노와이어에 대하여, 상기 촉매는 액체 금속 나노클러스터일 수 있다. 이들은 콜로이드 형태로 구입되고 기판상에 침적되거나 탈적심(dewetting)에 의하여 박막으로부터 자기조립될 수 있다. 이 과정은 반도체 물질의 경우 종종 결정성 나노와이어를 생성할 수 있다.
상기 소스 물질은 이들 나노클러스터에 들어가 그것을 포화시키기 시작한다. 일단 초포화 (supersaturation)가 달성되면, 상기 소스 물질은 고체화되고 상기 나노클러스터로부터 밖으로 자란다. 최종 산물의 길이는 상기 소스 물질을 단순히 중지함으로써 조정될 수 있다. 교대하는 물질의 초격자를 갖는 복합 나노와이어가 성장기에 있는 동안 소스 물질을 교대함으로써 생성될 수 있다.
반도체 나노와이어는 독특한 특성으로 인하여 많은 관심을 받고 있다. 실리콘 나노와이어는 예를 들면, 증기-액체-고체 (vapor-liquid solid: VLS) 합성법에 의하여 합성될 수 있다. 촉매로서 Au, Ag, Co, Cu, Ni, 및 Ti과 같은 중금속이 사용될 수 있다.
그러나, 금 나노클러스터가 표면에 형성된 나노와이어가 표적물질, 예를 들면 세포와 효율적으로 결합할 수 있다는 것에 대하여는 알려져 있다.
일 양상은 표적물질을 효율적으로 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어를 제공하는 것이다.
다른 양상은 표적물질을 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어에 효율적으로 결합시키기 위한 방법에 관한 것이다.
일 양상은 표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어를 제공한다.
금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어는 조성물의 형태로 존재하는 것인 금속 나노와이어일 수 있다.
상기 조성물은 약학적으로 허용가능한 담체, 희석제 또는 부형제를 포함할 수 있다. 상기 담체, 희석제 또는 부형제는 알려져 있는 것일 수 있다.
상기 금속 나노와이어에 있어서, 상기 금속은 전이금속, 란탄족 원소, 13족 원소(붕소 제외) 및 14족 원소(탄소 제외 및 실리콘 포함)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속은 예를 들면, 실리콘 (Si), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 가돌리늄(Gd), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄 (Ti) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은 실리콘일 수 있다. 상기 나노와이어의 임의의 형상의 단면을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 단면은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어 각각은 서로 동일하거나 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 나노와이어의 말단부가 반구 형상의 금 캡을 구비하는 것일 수 있다. 상기 나노와이어의 직경이 약 10 내지 약 500nm의 범위를 갖는 것일 수 있다. 상기 나노와이어의 직경은 예를 들면, 약 10 내지 약 40nm, 약 10 내지 약 30nm, 약 10 내지 약 20nm, 약 10 내지 약 15nm, 약 15 내지 약 40nm, 약 15 내지 약 30nm, 약 15 내지 약 20nm, 약 20 내지 약 40nm, 또는 약 20 내지 약 30nm의 범위를 갖는 것일 수 있다. 상기 나노와이어의 길이가 약 0.5 내지 약 20㎛의 범위를 갖는 것일 수 있다. 상기 나노와이어의 길이는 예를 들면, 약 0.5 내지 약 15㎛, 약 0.5 내지 약 10㎛, 약 0.5 내지 약 7㎛, 약 0.5 내지 약 5㎛, 약 1 내지 약 15㎛, 약 1 내지 약 10㎛, 약 1 내지 약 7㎛, 약 1 내지 약 5㎛, 약 3 내지 약 15㎛, 약 3 내지 약 10㎛, 약 3 내지 약 7㎛, 또는 약 3 내지 약 5㎛의 범위를 갖는 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어의 직경은 길이에 수직으로 자른 단면에서 측정할 수 있으며, 예를 들어 단면이 육각형인 경우 장축(마주하는 꼭지점을 연결한 선)의 길이로서 측정할 수 있다. 이와 같은 금속 나노와이어의 직경 및 길이 등은 제조하는 공정의 조건에 따라 적절히 조절하는 것이 가능하다.
상기 나노와이어는 유리된 형태, 기판 상에 고정된 형태, 용기 또는 채널의 내벽에 고정된 형태, 및 이들의 조합 중 하나이상의 형태를 가질 수 있다. 유리된 형태는 용기 중에서 시료와 혼합될 수 있다. 기판 상에 고정된 형태 및 용기 또는 채널의 내벽에 고정된 형태에 있어서, 상기 기판 및 용기 또는 채널은 유리, 플라스틱, 금속 및 이들의 조합으로부터 선택된 하나이상의 물질일 수 있다. 상기 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리비닐클로리드 및 이들의 조합으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 금속은 실리콘 (Si), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 가돌리늄(Gd), 구리(Cu), 인듐(In) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 기판은 평편하거나 불규칙한 표면을 가질 수 있다. 상기 채널은 마이크로채널 또는 나노채널일 수 있다. 용어 "마이크로채널" 또는 "나노채널"는 채널 단면의 하나 이상의 위치의 길이가 1 내지 1000㎛ 또는 1 내지 1000nm인 것일 수 있다. 상기 고정은 기판 및 용기 또는 채널의 내벽에 유리 나노와이어를 고정시키거나 거기에서 나노와이어를 성장시킴으로써 고정되는 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 증기-액체-고체 (vapor-liquid solid: VLS) 합성법에 의하여 합성된 것일 수 있다.
용어 "금 나노클러스터 (gold nanocluster)"는 금이 나노닷 형태로 뭉쳐 있는 것을 의미하며, 그 형상은 원형상 뿐만 아니라 불규칙한 형상도 가질 수 있다. 이와 같은 금 나노클러스터는 상기 금속 나노와이어의 직경 이하의 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어 나노와이어의 특성을 나타내는 약 500nm 이하, 예를 들어 약 1 내지 약 100nm, 상기 금 나노클러스터는 예를 들면, 약 1 내지 약 10nm, 약 1 내지 약 7nm, 약 1 내지 약 5nm, 약 1 내지 약 3nm,약 2 내지 약 10nm, 약 2 내지 약 7nm, 약 2 내지 약 5nm, 약 3 내지 약 10nm, 약 3 내지 약 7nm, 또는 약 3 내지 약 5nm의 평균 단면 길이를 갖는 것일 수 있다. 상기 금 나노클러스터의 크기는 이들이 원형상인 경우 직경이며, 불규칙한 형상인 경우 장축의 길이로서 정의할 수 있다.
상기 금 나노클러스터는 고밀도로 존재하는 것일 수 있다. 상기 금 나노클러스터가 약 1X106개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2의 밀도 범위로 존재하는 것일 수 있다. 상기 금 나노클러스터는 예를 들면, 약 1X107개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X109개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1011개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1013개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1014개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X107개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2, 약 1X109개/cm2 내지 약 1X1014개/cm2, 약 1X1011개/cm2 내지 약 1X1013개/cm2, 약 1X1013개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2, 또는 약 1X1014개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2의 밀도 범위로 존재하는 것일 수 있다. 이와 같이 고밀도로 존재하는 금 나노클러스터는 균일하게 배열될 수 있으며, 이때 각 금 나노클러스터의 배열 간격은 예를 들어 약 1nm 내지 약 100nm의 간격으로 배열될 수 있다.
상기와 같은 금 나노클러스터의 분포 범위, 배열 간격, 크기 등은 제조하는 공정 조건에 따라 달라질 수 있으며, 사용하고자 하는 용도에 따라 적절하게 조절하여 사용할 수 있다.
상기 금 나노클러스터는 변형되지 않은 금 나노클러스터 또는 변형된 금 나노클러스터일 수 있다. 어구 "변형되지 않은 금 나노클러스터"는 금 나노클러스터의 표면이 다른 화학물질에 의하여 결합되거나 차단되지 않은 것을 나타낸다. 즉, 금 나노클러스터의 표면에 존재하는 금(gold)의 반응성이 그대로 남아 있는 것을 나타낸다. 상기 금 나노클러스터는 변형되지 않은 금 나노클러스터인 경우, 표적물질은 티올 기를 갖는 물질일 수 있다. 예를 들면, 티올 기를 갖는 아미노산 잔기를 가진 단백질 또는 그를 포함하는 세포일 수 있다.
어구 "변형된 금 나노클러스터"는 금 나노클러스터의 표면이 다른 화학물질에 의하여 결합되거나 차단되어 있는 것을 나타낸다. 다른 화학물질은 표적물질에 특이적 또는 비특이적으로 결합하는 물질일 수 있다. 다른 화학물질은 예를 들면, 표적물질이 항원인 경우 항체, 표적물질이 항체인 경우 항원, 표적물질이 리간드인 경우 수용체, 또는 표적물질이 효소인 경우 효소의 저해제 또는 활성제일 수 있다. 상기 다른 화학물질은 예를 들면, 특정 항원에 결합하는 항체일 수 있다. 금 표면을 변형하는 것은 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 금과 황의 친화성을 이용하여 티올 기를 갖는 항원 또는 항체를 금 표면에 고정할 수 있다.
상기 금 나노클러스터가 형성된 금속 나노와이어는 실리콘 나노와이어일 수 있다. 실리콘 나노와이어는 실리콘 소재, 예를 들어 비정질 실리콘, 결정질 실리콘, 실리카 함유 실리콘 등의 실리콘 나노와이어라면 그 형태 및 규격에 상관 없이 사용할 수 있다. 일 구현예에 따른 상기 금 나노클러스터가 형성된 실리콘 나노와이어는 그 단면이 육각형 구조를 가질 수 있으며, 상단부는 반구 형상의 금속 캡을 구비할 수 있다.
상기 금속 나노와이어는 기판 상에 고밀도로 고정화된 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 1X103개/cm2 기판 이상, 1X104개/cm2 기판 이상, 1X105개/cm2 기판 이상, 1X107개/cm2 기판 이상의 밀도로 고정화된 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 예를 들면, 1X103개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판의 밀도 범위로 존재하는 것일 수 있다. 구체적으로, 1X104개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판, 1X105개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판, 1X106개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판, 1X107개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판, 약 1X109개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1011개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1013개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X1014개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2, 약 1X107개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2, 약 1X109개/cm2 내지 약 1X1014개/cm2, 약 1X1011개/cm2 내지 약 1X1013개/cm2, 약 1X1013개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2, 또는 약 1X1014개/cm2 내지 약 1X1015개/cm2의 밀도 범위로 존재하는 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 기판 상에 균일하게 또는 불균일하게 배열될 수 있다. 또한, 상기 금속 나노와이어는 패턴화된 형태로 배열될 수 있다. 각 금속 나노와이어 집단의 배열 간격은 예를 들어 약 1nm 내지 약 100nm의 간격으로 배열될 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 기판 상에 수직 방향으로 고정화되어 있는 것일 수 있다. 즉, 금속 나노와이어의 한쪽 말단은 기판 상에 부착되어 있고 다른 말단은 노출되어 있어, 표적 물질과의 접촉에 관여할 수 있는 형태를 갖는 것일 수 있다. 상기 금속 나노와이어의 기판으로부터의 원위 말단 즉, 기판에 고정되어 있지 않고 노출되어 있는 말단에는 금 나노클러스터가 캡의 형태로 끝(tip)을 둘러싸고 있는 형태일 수 있다. 상기 기판은 상기 금속 나노와이어와 동일한 금속 또는 다른 금속일 수 있다. 예를 들면, 금속 나노와이어가 실리콘 나노와이어인 경우, 실리콘 기판일 수 있다.
상기 표적물질은 생체 유래 물질 또는 그 일부분을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들면, 세포, 바이러스 또는 조직일 수 있다. 상기 표적물질은 또한 생물분자일 수 있다. 생물분자는 예를 들면, 핵산, 단백질, 당 또는 아미노산일 수 있다. 상기 생물분자는 예를 들면, 티올 기를 갖는 임의의 물질일 수 있다. 티올 기를 갖는 물질은 예를 들면, 시스테인 잔기를 포함하는 단백질, 세포 또는 조직일 수 있다. 또한, 상기 표적물질은 세포 표면에 존재하는 항원 또는 그를 포함하는 것일 수 있다. 상기 표적물질은 예를 들면, EpCAM과 같은 특정 암에 대한 마커 항원일 수 있다. 상기 표적물질은 순환 종양 세포 (CTC)일 수 있다. 상기 CTC는 107 cells/ml 내지 109 cells/ml의 농도로 매질 중에 포함되어 있는 것일 수 있다. 상기 매질은 혈액, 혈청, 뇨, 타액과 같은 체액 또는 버퍼, 또는 물과 같은 액체 매질일 수 있다.
상기 금속 나노와이어는, 금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계; 수소 분위기하에 화학기상증착용 챔버에서 상기 금 박막층 함유 금속 기판을 제1 소성하여 금-금속 아일랜드를 형성하는 단계; 및 상기 챔버 내에 혼합가스를 주입하면서 상기 금-금속 아일랜드가 형성된 금속 기판을 제2 소성하여 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 금속 나노와이어의 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다.
금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 금속은 실리콘 (Si), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 가돌리늄(Gd), 구리(Cu), 인듐(In) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다.
상기 금 성분으로 이루어진 박막층을 금속 기판 상에 형성하는 방법으로서는 스퍼터링, 화학기상증착법, 스핀코팅, 원자층증착법, 유기금속 화학증착장비 등을 사용하여 약 1 내지 약 100nm, 예를 들어 약 1 내지 약 10nm의 두께로 형성할 수 있다. 이와 같은 금속 박막층은 상기 금속 기판의 적어도 일면 상에 형성될 수 있으며, 양면 상에 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 금 박막층을 금속 기판 상에 형성한 후, 금속 나노와이어를 성장시키게 된다. 이와 같은 금속 나노와이어 성장 방법으로서는 예를 들어 급속가열 화학기상증착법, 레이저 가열 화학기상증착법, 유기금속 화학증착장비 등을 사용할 수 있다.
상기 금속 나노와이어를 성장시키기 위하여 상기 금 박막층이 형성된 금속, 예를 들면, 실리콘 기판을 챔버 내로 위치시킬 수 있으며, 상기 챔버로서는 예를 들어 할로겐 램프 또는 레이저를 사용하는 화학기상증착용 챔버 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 챔버 내에서 제1 소성을 수행하면 상기 금과 금속, 예를 들면,실리콘이 서로 반응하여 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드가 상기 기판 상에 균일하게 형성된다. 상기 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드는 나노 크기로서 규화물(silicide) 형태를 갖는 입자상의 물질을 의미한다.
상기 제1 소성은 수소 분위기하에서 행해지며, 압력 조건으로서는 약 0.1 내지 약 500torr의 진공 분위기하에 수행될 수 있다. 이와 같은 제1 소성은 약 300 내지 약 1,000℃의 범위하에 약 5분 내지 약 1시간 동안 수행될 수 있다.
상기와 같은 제1 소성에 의해 상기 실리콘 기판 상에 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드가 균일하게 형성되면, 이어서 제2 소성을 수행하여 금 나노클러스터가 형성된 금속 나노와이어를 성장시키게 된다.
상기 제2 소성은 혼합가스를 흘려주면서 상기 챔버 내의 압력과 온도를 각각 약 0.1 내지 약 10torr, 약 500 내지 약 600℃로 유지한 상태에서 약 0.1 내지 약 10시간 동안 행해진다. 상기 혼합가스로서는 SiH4와 H2의 혼합가스를 예로 들 수 있다. 상기 SiH4는 예를 들어 약 1 내지 약 10sccm의 양으로 사용할 수 있으며, 상기 H2는 예를 들어 약 10 내지 약 100sccm의 양으로 사용할 수 있다.
상기와 같은 제2 소성을 거치게 되면 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 균일하게 형성된 금속 나노와이어가 얻어진다.
상기 금 나노클러스터의 크기, 분포 정도, 배열간격, 또는 상기 금속 나노와이어의 직경, 길이 등은 상기 제1 소성 및 제2 소성에서 챔버 내 압력과 온도, 체류 시간 등을 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 금 나노클러스터 포함 금속 나노와이어는 화학기상증착용 챔버 내의 압력, 온도, 체류 시간 등을 조절하여 제어할 수 있다.
또한, 상기 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 제조한 후, 이를 약 300 내지 약 1,000℃에서 0.1 내지 10시간 동안 추가적으로 열처리하여 상기 금 나노클러스터의 크기 또는 밀도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 제조된 금 클러스터가 표면 상에 고밀도로 균일하게 형성된 금속 나노와이어는 금속 나노와이어가 갖는 전자포획 특성, 전기전도성 및 광특성(광흡수 또는 광방출) 등을 개선하게 되며, 그에 따라 다양한 전기소자 분야에 활용이 가능하다.
다른 일 양상은 금 클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어를 표적물질을 포함하는 시료와 접촉시켜 표적물질을 상기 나노와이어에 결합시키는 단계;를 포함하는, 시료 중의 표적물질을 금속 나노와이어에 결합시키는 방법을 제공한다.
상기 방법에 있어서, 상기 접촉은 상기 금속 나노와이어와 시료를 혼합하고 정치하거나 교반하면서 정치하는 것을 포함한다. 상기 교반은 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 교반은 예를 들면, 회전시키는 것 (rotation), 보르텍싱하는 것, 자성 비드를 자성을 이용하여 회전시키는 것, 뒤집기 및 이들의 조합으로 구성된 군으로 선택된 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 접촉은 시료를 상기 금속 나노와이어에 대하여 접촉시키면서 흘려주는 것을 포함한다.
상기 접촉은 또한 액체 매질 중에서 이루어질 수 있다. 상기 액체 매질은 당업자가 선택되는 표적물질 및 시료 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 액체 매질은 물, 버퍼 또는 희석제일 수 있다. 상기 버퍼는 예를 들면, PBS 또는 Tris 버퍼일 수 있다.
상기 시료는 표적물질을 아주 낮은 농도로 포함하는 것일 수 있다. 상기 시료는 순환 종양 세포 (CTC)를 10-7 cells/ml 내지 10-9 cells/ml의 농도로 포함하는 것일 수 있다. 상기 시료는 혈액, 혈청, 뇨 및 타액과 같이 생물체로부터 유래된 체액을 포함하는 것일 수 있다.
상기 방법은, 상기 나노와이어로부터 표적물질을 분리하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 분리는 상기 나노와이어에 결합된 표적물질을 이탈시키는 알려진 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 당업자라면 나노와이어에 결합된 표적물질을 이탈시키는데 적절한 방법을 선택할 수 있다. 예를 들면, 나노와이어와 표적물질의 결합을 해제시키기 위하여, 적절한 용리액 (eluent)을 사용할 수 있다. 또한, 나노와이어와 표적물질의 혼합물 중의 pH, 염 농도, 및 전기 전도도와 같은 특성을 조정하여 결합을 해제시킬 수 있다.
상기 방법은, 상기 결합시키는 단계 후에 상기 나노와이어를 세척하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 세척에 의하여 표적물질을 제외한 다른 물질로서 나노와이어와 비특이적 결합된 물질을 제거할 수 있다. 상기 세척은 예를 들면, 적절한 버퍼, 예를 들면, PBS 또는 Tris, 또는 물을 사용하여 이루어질 수 있다. 이러한 세척 버퍼는 당업자가 선택된 표적물질 및 나노와이어에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
상기 방법은, 상기 결합시키는 단계 후에 상기 나노와이어에 레이저를 조사하여 표적물질을 파쇄하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 레이저는 펄스 레이저 또는 연속파 레이저 (continuous waver laser)일 수 있다. 상기 펄스 레이저는 약 1mJ/펄스의 출력을 갖는 것일 수 있다. 상기 연속파 레이저는 약 10mW 이상의 출력을 갖는 것일 수 있다. 레이저에 의하여 생성된 광은 레이저 광은 400nm 이상의 파장의 것일 수 있다. 나노와이어에 레이저를 조사하는 경우, 레이저 광과 금 클러스터의 상호작용에 의하여 온도가 상승하게 되고, 그에 따라 나노와이어와 표적물질이 포함된 혼합물의 온도를 상승시켜, 표적물질을 파쇄할 수 있다. 이 경우, 상기 표적물질은 세포일 수 있다. 세포는, 동물세포, 식물세포, 박테리아 또는 바이러스일 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 접촉은 인 비트로 또는 인 비보에서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 포유동물, 예를 들면, 인간, 개, 돼지, 소 또는 양의 체내에서 접촉되는 것일 수 있다. 상기 방법에 의하면, 표적 물질, 예를 들면, 세포에 대한 결합 효율이 높기 때문에 아주 낮은 농도로 존재하는 표적물질에도 결합할 수 있다. 결합된 표적물질은 검출에 사용되거나 파괴 제거될 수 있다. 여기서, 제거란 물질적으로 제거되는 것뿐만 아니라 그 활성이 제거되는 것을 포함한다. 활성이라 함은 예를 들면, 세포 또는 바이러스의 증식성일 수 있다. 상기한 바와 같이, 표적물질과 나노와이어를 결합시킨 후, 레이저를 조사하여 금 클러스터가 형성된 금속 나노와이어를 가열함으로써, 금속 나노와이어 또는 그 주위, 예를 들면, 아주 가까운 주위, 10nm 내지 1mm의 범위를 가열할 수 있다. 따라서, 표적물질이 결합되는 영역만을 가열하여 표적물질을 제거할 수 있는 반면, 표적물질이 포함된 개체에 대하여는 위해를 최소화할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 금속 나노와이어는, 금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계; 수소 분위기하에 화학기상증착용 챔버에서 상기 금 박막층 함유 금속 기판을 제1 소성하여 금-금속 아일랜드를 형성하는 단계; 및 상기 챔버 내에 혼합가스를 주입하면서 상기 금-금속 아일랜드가 형성된 금속 기판을 제2 소성하여 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 금속 나노와이어의 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다.
금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 금속은 전이금속, 란탄족 원소, 13족 원소(붕소 제외) 및 14족 원소(탄소 제외 및 실리콘 포함)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속은 예를 들면, 실리콘 (Si), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 가돌리늄(Gd), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄 (Ti) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금 성분으로 이루어진 박막층을 금속 기판 상에 형성하는 방법으로서는 스퍼터링, 화학기상증착법, 스핀코팅, 원자층증착법, 유기금속 화학증착장비 등을 사용하여 약 1 내지 약 100nm, 예를 들어 약 1 내지 약 10nm의 두께로 형성할 수 있다. 이와 같은 금속 박막층은 상기 금속 기판의 적어도 일면 상에 형성될 수 있으며, 양면 상에 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 금 박막층을 금속 기판 상에 형성한 후, 금속 나노와이어를 성장시키게 된다. 이와 같은 금속 나노와이어 성장 방법으로서는 예를 들어 급속가열 화학기상증착법, 레이저 가열 화학기상증착법, 유기금속 화학증착장비 등을 사용할 수 있다.
상기 금속 나노와이어를 성장시키기 위하여 상기 금 박막층이 형성된 금속, 예를 들면, 실리콘 기판을 챔버 내로 위치시킬 수 있으며, 상기 챔버로서는 예를 들어 할로겐 램프 또는 레이저를 사용하는 화학기상증착용 챔버 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 챔버 내에서 제1 소성을 수행하면 상기 금과 금속, 예를 들면,실리콘이 서로 반응하여 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드가 상기 기판 상에 균일하게 형성된다. 상기 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드는 나노 크기로서 규화물(silicide) 형태를 갖는 입자상의 물질을 의미한다.
상기 제1 소성은 수소 분위기하에서 행해지며, 압력 조건으로서는 약 0.1 내지 약 500torr의 진공 분위기하에 수행될 수 있다. 이와 같은 제1 소성은 약 300 내지 약 1,000℃의 범위하에 약 5분 내지 약 1시간 동안 수행될 수 있다.
제1 소성에 의해 상기 실리콘 기판 상에 금-금속, 예를 들면, 실리콘 아일랜드가 균일하게 형성되면, 이어서 제2 소성을 수행하여 금 나노클러스터가 형성된 금속 나노와이어를 성장시키게 된다.
제2 소성은 혼합가스를 흘려주면서 상기 챔버 내의 압력과 온도를 각각 약 0.1 내지 약 10torr, 약 500 내지 약 600℃로 유지한 상태에서 약 0.1 내지 약 10시간 동안 행해진다. 상기 혼합가스로서는 SiH4와 H2의 혼합가스를 예로 들 수 있다. 상기 SiH4는 예를 들어 약 1 내지 약 10sccm의 양으로 사용할 수 있으며, 상기 H2는 예를 들어 약 10 내지 약 100sccm의 양으로 사용할 수 있다.
제2 소성을 거치게 되면 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 균일하게 형성된 금속 나노와이어가 얻어진다.
상기 금 나노클러스터의 크기, 분포 정도, 배열간격, 또는 상기 금속 나노와이어의 직경, 길이 등은 상기 제1 소성 및 제2 소성에서 챔버 내 압력과 온도, 체류 시간 등을 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 금 나노클러스터 포함 금속 나노와이어는 화학기상증착용 챔버 내의 압력, 온도, 체류 시간 등을 조절하여 제어할 수 있다.
또한, 상기 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 제조한 후, 추가적으로 열처리할 수 있다 (이하 "3차 소성"라 한다). 3차 소성 처리는, 예를 들면, 약 300℃ 내지 약 1,000℃, 약 500℃ 내지 약 1,000℃, 약 700℃ 내지 약 1,000℃, 약 800℃ 내지 약 1,000℃, 약 300℃ 내지 약 900℃, 약 300℃ 내지 약 800℃, 약 300℃ 내지 약 700℃, 약 300℃ 내지 약 500℃, 약 300℃ 내지 약 400℃ 또는 약 700℃ 내지 약 900℃에서 이루어질 수 있다. 3차 소성 처리 시간은 당업자가 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 0.1 내지 10 시간, 1 내지 10 시간, 3 내지 10 시간, 5 내지 10 시간, 0.1 내지 7 시간, 0.1 내지 5 시간, 0.1 내지 3 시간, 1 내지 7 시간, 3 내지 7 시간 또는 1 내지 3 시간 동안 열처리하는 것일 수 있다. 3차 소성 처리에 의하여, 상기 금 나노클러스터의 크기 또는 밀도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 3차 소성 처리에 의하여, 금 나노클러스터가 표면으로부터 튀어나오도록 하여 외부로 노출되는 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 예를 들면, 금 나노클러스터의 크기 또는 밀도를 증가시킬 수 있다.
상기와 같이 제조된 금 클러스터가 표면 상에 고밀도로 균일하게 형성된 금속 나노와이어는 금속 나노와이어가 갖는 전자포획 특성, 전기전도성 및 광특성 (광흡수 또는 광방출) 등을 개선하게 되며, 그에 따라 다양한 전기소자 분야에 활용이 가능하다.
일 양상에 따른 표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어에 의하면, 표적물질과 높은 친화도로 효율적으로 결합할 수 있다.
또한, 시료 중의 표적물질을 금속 나노와이어에 결합시키는 방법에 의하면, 시료 중의 표적물질을 금속 나노와이어에 효율적으로 결합시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 2a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 단일 확대도를 나타낸다.
도 2b는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 중앙부 부분 확대도를 나타낸다.
도 2c는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 상단부 부분 확대도를 나타낸다.
도 3a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 단면 TEM 이미지를 나타낸다.
도 3b는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어의 단면 Z-contrast (STEM) 이미지를 나타낸다.
도 4a는 실시예 1에서 얻어진 실리콘 나노와이어에 존재하는 금 나노클스터의 구조를 나타내는 고분해능 Z-contrast 이미지를 나타낸다.
도 4b, 4c 및 4d는 각각 도 4a에 나타낸 a영역, b영역 및 c영역의 콘트라스트 강도 차로 구분한 Si, Au 원자들을 나타낸다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 실리콘 나노와이어에 존재하는 금 캡과 금 클러스터의 표면 플라즈몬 여기 에너지를 측정/비교한 Monochro-EELS 데이터를 나타낸다.
도 6a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어를 700℃에서 열처리하여 얻어진 표면 확대도를 나타내며, 도 6b는 금 나노클러스터의 크기에 따른 분포를 나타낸다.
도 7a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어를 800℃에서 열처리하여 얻어진 표면 확대도를 나타내며, 도 7b는 금 나노클러스터의 크기에 따른 분포를 나타낸다.
도 8a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 실리콘 나노와이어를 900℃에서 열처리하여 얻어진 표면 확대도를 나타내며, 도 8b는 금 나노클러스터의 크기에 따른 분포를 나타낸다.
도 9는 5분 동안 인큐베이션 한 경우 나노와이어 또는 금 플레이트에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 부착된 세포 수를 나타내는 도면이다.
도 10은 인큐베이션 시간에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 부착된 세포 수를 나타내는 도면이다.
도 11은 인큐베이션 시간에 따른 Au:SiNW2에 부착된 세포 수를 나타내는 SEM 사진이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 금 클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어의 제조
본 실시예에서는 금 클러스터가 표면에 형성된 실리콘 나노와이어를 제조하였다.
크기가 1.0 X 1.0cm이고, 두께가 700㎛인 실리콘(100) 기판 상에 1.0 내지 1.5nm의 금 박막층을 스퍼터링에 의해 증착하였다.
상기 금 박막층이 형성된 실리콘 기판을 할로겐 램프가 구비된 급속가열 화학기상증착용 챔버로 이동시킨 후, 상기 챔버 내부를 수소 분위기, 0.5Torr에서 700℃로 10분간 소성하여 50 내지 150nm의 나노크기를 갖는 금-실리콘 아일랜드를 형성하였다 ("1차 소성된 산물"이라 함).
상기 금-실리콘 아일랜드가 형성된 후, 상기 챔버의 압력과 온도를 0.5Torr, 550℃로 유지시킨 상태에서 SiH4 (2sccm)와 H2 (50sccm) 혼합가스를 60분간 흘려주면서 실리콘 나노와이어를 성장시킴으로써 표면 상에 금 나노클러스터가 형성된 실리콘 나노와이어를 제조하였다 ("2차 소성된 산물").
도 1은 상기와 같은 방법에 의해 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 실리콘 나노와이어의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이 직경이 약 30 내지 100 nm이고 길이가 약 0.5 내지 12 ㎛인 실리콘 나노와이어가 고밀도로 제조되었음을 알 수 있다.
도 2a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 하나의 실리콘 나노와이어를 Z-contrast image로 확대한 이미지를 나타낸다. 일정한 두께를 갖는 실리콘 나노와이어가 형성되었음을 알 수 있다.
도 2b는 도 2a에 개시된 실리콘 나노와이어의 상단부의 부분 확대도를 나타내며, 상기 실리콘 나노와이어의 표면 전체에 걸쳐 크기가 2 내지 5nm인 금 클러스터가 균일하게 분포하고 있으며, 상단부에 금으로 이루어진 반구 형상의 캡이 형성되었음을 알 수 있다.
도 2c는 도 2a에 개시된 실리콘 나노와이어의 중앙부의 부분 확대도를 나타내며, 상기 실리콘 나노와이어의 표면 전체에 걸쳐 크기가 2 내지 5nm인 금 클러스터가 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다.
도 3a는 실시예 1에서 얻어진 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 실리콘 나노와이어의 단면을 촬영한 TEM 이미지이며, 도 3b는 Z-contrast 이미지로서 이들로부터 상기 실리콘 나노와이어의 단면이 육각 구조를 형성하고 있으며, 상기 금 클러스터가 상기 실리콘 나노와이어의 표면에만 일정한 간격을 가지며 균일하게 분포함을 알 수 있다.
3D Tomography로 금 클러스터의 밀도를 확인한 결과, 약 3.2 x 1012개/cm2의 금 클러스터가 실리콘 나노와이어의 표면에 고밀도로 존재하였다.
도 4a는 실시예 1에서 얻어진 실리콘 나노와이어에 금 클러스터가 어떠한 구조로 분포하는지를 확인한 고분해능 Z-contrast 이미지로서, 도 4a의 a영역, b영역 및 c영역의 콘트라스트 강도 분포를 도 4b 내지 도 4d에 도시한 바, 강도가 큰 위치에는 금, 약한 위치에는 실리콘 원자가 존재함을 의미한다. 따라서 상기 실리콘 나노와이어 표면의 실리콘 위치 대신 금 원자들이 치환되어 들어가는 과포화 구조를 이루고 있음을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 금 클러스터 함유 실리콘 나노와이어의 상단부에 존재하는 금 캡과 표면 상에 존재하는 금 클러스터의 광학적 특성을 Monochro-EELS로 측정한 결과로, 금 캡은 약 2.31 eV (537 nm)에서, 금 클러스터는 약 3.12 eV (397 nm)에서 표면 플라즈몬 공명이 일어남을 측정하였다.
도 6a, 7a, 8a은 실시예 1에서 얻은 금 나노클러스터가 표면 상에 고밀도로 형성된 하나의 실리콘 나노와이어를 질소 분위기에서 700℃, 800℃, 900℃ 열처리(이하 "제3차 소성"이라 함)하여 얻어진 금 나노클러스터의 부분 확대도를 나타내며, 도 6b, 7b, 8c는 각각 이들의 금 나노클러스터의 크기에 따른 분포를 나타낸다. 열처리 온도에 따라 금 클러스터의 크기를 1 내지 30 nm 크기로 변화시킬 수 있음을 나타낸다. 이러한 3차 소성은 예를 들면, 약 300℃ 내지 1,000℃에서 수행될 수 있다. 3차 소성에 의하여, 금 클러스터는 실리콘 나노와이어의 표면으로부터 튀어나오는 하여, 외부로 노출되는 면적을 높일 수 있다.
실시예2 : 금 클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어를 이용한 세포의 분리
(1) 나노와이어의 준비
3차 소성시에 온도를 550℃로 한 것을 제외하고는 실시예1에 따라서, 크기 3nm 내지 30nm이고 밀도가 1x106개/cm3 내지 1x1016개/cm3의 금 나노클러스터가 표면에 형성된 실리콘 나노와이어를 제조하였다.
(2) 항- EpCAM 항체의 나노와이어에 고정화
상기 실리콘 나노와이어를 항-EpCAM 항체 310ng/mL 20분 동안 상온에서 노출시켰다. 다음으로, PBS 버퍼로 실리콘 나노와이어를 5회 세척하였다.
그 결과, 항-EpCAM 항체가 금 나노클러스터에 결합되어 있는 나노와이어를 제조하였다 (이하 'Au:SiNW2'라 함).
또한, 실시예1에서 얻어진 1차 소성된 산물에 동일한 과정을 거쳐 항-EpCAM 항체를 결합시겼다(이하 'Au:SiNW1'라 함).
또한, 대조군2로서 급속가열 화학기상증착법에 의하여 실리콘 나노와이어를 준비하였다. 실리콘 나노와이어는 Au:SiNW1 또는 Au:SiNW2 길이와 직경은 비슷하나 기울여 성장시킨 것을 사용하였다. 실리콘 나노와이어는 항-EpCAM 항체로 수식되지 않았다 (이하 'SiNW'라 함).
Au:SiNW1. Au:SiNW2 및 SiNW는 기판에 고정된 형태의 것이다. 기판의 재질은 실리콘 (Si)이었다.
또한, 대조군3으로서 금 플레이트를 준비하였다 (이하 'AuP'라 함). 금 플레이트는 항-EpCAM 항체로 수식되지 않았다. 금 플레이트는 두께 100nm이고, 가로 10mm 및 세로 10mm이었다. 금 플레이트는 균일하게 금으로 코팅된 것이었다.
상피세포흡착분자 (Epithelial cell adhesion molecule: EpCAM)는 인간에서 EPCAM 유전자에 의하여 코딩되는 단백질 (RefSEq: NP_002345)이다. EpCAM은 또한 종양-연관된 칼슘 신호 트란스튜서 1 (tumor-associated calcium signal transducer 1: TACSTD1) 및 분화 클러스 326 (cluster of differentiation 326: CD326)이라고도 한다.
EpCAM은 거의 모든 암종 (carcinomas)에서 발현되는 범상피성 분화 항원 (pan-epithelial differentiation antigen)이다. 그의 구성적 기능 (constitutional function)은 밝혀지고 있는 중이다. 이 단백질은 카드헤린-카테닌 경로 및 그에 따라 세포 신호전달 및 극성에 관여하는 기본적 WNT 경로와 정교하게 연결되어 있다. EpCAM은 암종-연관 항원이며, 2 이상의 타입 I 막 단백질을 포함하는 패밀리의 일원이다.
(3) 항- EpCAM 항체가 고정화된 나노와이어를 이용한 세포 분리
(2)에서 준비된 나노와이어들 및 금 플레이트 위에 MCF7 세포를 포함하는 시료를 10㎕ 떨러뜨려 1000개 세포를 나노와이어들 및 금 플레이트에 올려놓았다. 이때 세포 농도는 105 cells/ml이었다. MCF7 (Michigan cancer foundation 7)은 69 세 코카서스 여성으로부터 1970년에 분리된 유방암 세포주이다. MCF7는 세포 크기가 약 15 내지 30㎛이다.
상기 나노와이어 또는 금 플레이트와 세포 시료 혼합물을 40분 동안 CO2 인큐베이터에서, 37℃ 및 5% CO2를 유지하면서 인큐베이션하였다. 다음으로, 일정한 간격으로 상기 나노와이어 또는 금 플레이트를 분리하여, 그 표면에 붙어 있는 세포의 수를 측정하였다. 세포 수는 SEM 및 Fluorescent microscopy 방법에 의하여 측정하였다.
도 9는 5분 동안 인큐베이션 한 경우 나노와이어 또는 금 플레이트에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 부착된 세포 수를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, Au:SiNW1과 Au:SiNW2는 AuP 및 SiNW에 비하여 예기치 않게 현저하게 많은 세포가 부착하였다. 더욱이, Au:SiNW2는 Au:SiNW1에 비하여도 현저하게 높은 세포부착 효율을 보였다.
도 10은 인큐베이션 시간에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 따른 나노와이어 또는 금 플레이트에 부착된 세포 수를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, Au:SiNW1과 Au:SiNW2는 AuP 및 SiNW에 비하여 예기치 않게 현저하게 많은 세포가 부착하였다. 더욱이, Au:SiNW2는 Au:SiNW1에 비하여도 현저하게 높은 세포부착 효율을 보였다.
도 11은 인큐베이션 시간에 따른 Au:SiNW2에 부착된 세포 수를 나타내는 형광 현미경 사진이다. 도 11에서 좌측 열은 형광 현미경 사진으로 60배로 확대한 것이며, 우측열은 4000 배로 확대한 사진이다. c, d 및 e는 각각 인큐베이션 5분, 20분 및 40분 인큐베이션한 것을 나타낸다. 특히, Au:SiNW2는 40분 인큐베이션에서 80% 이상의 높은 포획율을 높였다.
도 11에 나타낸 바와 같이, Au:SiNW2의 거친 표면 (rough surface)에도 불구하고 세포는 넓은 표면적에 대하여 잘 부착되어 있다. 또한, Au:SiNW1에 비하여 Au:SiNW2에 현저하게 세포가 부착이 잘 되는 이유는 제3 소성에 의한 금 나노클러스터 및 나노와이어의 표면 특성 변화에 기인하는 것으로 여겨지나, 일 이상의 구체예가 특정한 기작에 한정되는 것은 아니다.
특정한 기작에 한정되는 것은 아니나, Au:SiNW1 또는 Au:SiNW2가 높은 효율로 세포에 부착하는 것은 금 클러스터가 표면에 형성된 것, 및 제3 소성 과정에 의하여 금 클러스터의 나노와이어 표면으로 이동하게 된 것에 의하여 달성되는 것으로 여겨진다.

Claims (30)

  1. 표적물질을 결합시키기 위한 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어.
  2. 제1항에 있어서, 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어는 조성물의 형태로 존재하는 것인 금속 나노와이어.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금 나노클러스터가 약 1 내지 약 10nm의 평균 크기를 갖는 것인 금속 나노와이어.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금 나노클러스터가 약 1X106개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2의 밀도 범위로 존재하는 것인 금속 나노와이어.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속은 실리콘 (Si), 니켈(Ni), 철(Fe), 은(Ag), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 가돌리늄(Gd), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄 (Ti) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것인 금속 나노와이어.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속은 실리콘인 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 나노와이어의 직경이 약 10 내지 약 50nm의 범위를 갖는 것인 금속 나노와이어.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나노와이어의 길이가 약 0.5 내지 약 20㎛의 범위를 갖는 것인 금속 나노와이어.
  9. 제1항에 있어서, 상기 표적물질은 생물체 유래 분자 또는 그의 일부분을 포함하는 것인 금속 나노와이어.
  10. 제1항에 있어서, 상기 표적물질은 세포 표면에 존재하는 항원인 것인 금속 나노와이어.
  11. 제1항에 있어서, 상기 표적물질은 순환 종양 세포 (CTC)인 금속 나노와이어.
  12. 제11항에 있어서, 상기 CTC는 107 cells/ml 내지 109 cells/ml의 농도로 매질 중에 포함되어 있는 것인 금속 나노와이어.
  13. 제1항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 기판 상에 고정화된 것인 금속 나노와이어.
  14. 제13항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 기판 상에 수직 방향으로 고정화되어 있는 것인 금속 나노와이어.
  15. 제13항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 1X106개/cm2 내지 약 1X1016개/cm2 기판의 밀도 범위로 존재하는 것인 금속 나노와이어.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는,
    금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계;
    수소 분위기하에 화학기상증착용 챔버에서 상기 금 박막층 함유 금속 기판을 제1 소성하여 금-금속 아일랜드를 형성하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 혼합가스를 주입하면서 상기 금-금속 아일랜드가 형성된 실리콘 기판을 제2 소성하여 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 금속 나노와이어의 제조방법에 의하여 제조된 것인 금속 나노와이어.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 소성이 약 300 내지 약 1,000℃의 온도 범위하에 약 0.1 내지 약 500Torr의 진공하에 수행되는 것인 금속 나노와이어.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 소성이 약 0.1 내지 10Torr의 진공하에 약 500 내지 약 600℃의 온도 범위에서 수행되는 것인 금속 나노와이어.
  19. 제18항에 있어서, 상기 혼합가스가 SiH4와 H2의 혼합가스인 것인 금속 나노와이어.
  20. 제16항에 있어서, 상기 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 제조한 후, 이를 약 300 내지 약 1,000℃에서 추가적으로 열처리하여 상기 금 나노클러스터의 크기 또는 밀도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 금속 나노와이어.
  21. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 금 나노클러스터가 표면에 형성된 금속 나노와이어를 표적물질을 포함하는 시료와 접촉시켜 표적물질을 상기 나노와이어에 결합시키는 단계;를 포함하는, 시료 중의 표적물질을 금속 나노와이어에 결합시키는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 표적물질과 나노와이어의 복합체로부터 표적물질을 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 결합시키는 단계 후에 상기 나노와이어를 세척하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 결합시키는 단계 후에 상기 나노와이어에 레이저를 조사하여 표적물질을 파쇄하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 분리하는 단계 후에 상기 나노와이어에 레이저를 조사하여 표적물질을 파쇄하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 금속 나노와이어는,
    금속 기판 상에 금 박막층을 형성하는 단계;
    수소 분위기하에 화학기상증착용 챔버에서 상기 금 박막층 함유 금속 기판을 제1 소성하여 금-금속 아일랜드를 형성하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 혼합가스를 주입하면서 상기 금-금속 아일랜드가 형성된 실리콘 기판을 제2 소성하여 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 성장시키는 단계;를 포함하는 금속 나노와이어의 제조방법에 의하여 제조된 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 소성이 약 300 내지 약 1,000℃의 온도 범위하에 약 0.1 내지 약 500Torr의 진공하에 수행되는 것인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 제2 소성이 약 0.1 내지 10Torr의 진공하에 약 500 내지 약 600℃의 온도 범위에서 수행되는 것인 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 혼합가스가 SiH4와 H2의 혼합가스인 것인 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 금 나노클러스터가 표면 상에 형성된 금속 나노와이어를 제조한 후, 이를 약 300 내지 약 1,000℃에서 추가적으로 열처리하여 상기 금 나노클러스터의 크기 또는 밀도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
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