[논문]<tex>$Fe_3O_4$</tex> 나노 결정체의 형성을 통한 수용성의 자성 나노 입자의 합성

김찬영; 김성현; 권형준

$Fe_3O_4$ 나노 결정체의 형성을 통한 수용성의 자성 나노 입자의 합성
Synthesis of Water-Soluble Magnetite Nanoparticles from Formation of $Fe_3O_4$ Nanocrystals 원문보기

김찬영 (광주전남지방중소기업청 제품성능기술과) , 김성현 (광주테크노파크) , 권형준 ((주)LMS)

자성 결정체인 $Fe_3O_4$ 나노 입자를 합성하기위하여 강한 극성 용매인 2-pyrrolidone을 연전도 반응매개체로 하여 용액 내에 $FeCl_3{\cdot}6H_2O$을 용해시켜 2-pyrrolidone의 비등점까지 나노 결정체 고온 열분해 방법을 이용하여 제조되었다. 고온 열분해 후, $Fe_3O_4$ 나노 입자는 methanol/diethyl ether (1:3)에 의해서 침전되어졌다. 합성된 $Fe_3O_4$ 나노 입자는 고결정도, 고자기성을 가지고 있으며, 수용성의 자성 나노 결정체이다. 합성된 $Fe_3O_4$ 나노 입자의 크기와 결정도는 transmission electron microscope (TEM, Tecnai F20)를 이용하여 특성 분석하였으며, area electron diffraction (SAED) pattern과 HRTEM을 이용하여 나노입자의 격자 패턴 (lattice fringes)을 확인하였다.

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문제 정의

본 실험에서는 비등점이 높으며, 강한 극성 용매인 2-pyrrolidone을 반응매개체로 하여 싸고 독성이 없는 FeCl₃6H₂O을 이용하여 수용성의 자성 나노 입자(Fe₃O₄)를 합성하고자 한다. 합성된 자성 나노 입자는 기존의 합성방법의 단점인 경제적인 면과 독성에 대한 문제를 해결할 수 있을 것으로 사료되며, 좋은 수용성과 함께 의학 영역의 응용분야에 활발하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

제안 방법

앞에서 합성하여 상온화한 자성 나노 결정체를 일정량 채취하여 methanol/diethyl ether (1:3) 용액에 안에 한두 방울씩 떨어뜨린다. 검은색의 추출물이 떨어지는 것을 확인한 후, acetone으로 여러 번 세척한 후 건조시켜 특성 분석 하였다.
모든 합성과정은 Schlenk 기술을 이용하기 위하여 Ar 가스 분위기 하에서 실험을 수행 하였다. 모든 용매는 Aldrich Chemical에서 구매하여 실험하였으며, Na와 benzophenon을 이용하여 정제를 통하여 사용하였다.
합성된 자성 나노 결정체의 나노 입자의 크기와 결정도는 transmission electron microscope (TEM, Tecnai F20)를 이용하여 입자의 크기를 분석하였으며, selected area electron diffraction (SAED) pattern 과 HRTEM을 이용하여 자성 나노 결정체의 격자 패턴 (lattice fringes)을 확인함으로써 결정도를 조사하였다.
합성된 자성 나노 결정체의 나노 입자의 크기와 결정도에 대한 특성 분석을 하기위해 TEM을 측정하였다. Fig.

대상 데이터

모든 합성과정은 Schlenk 기술을 이용하기 위하여 Ar 가스 분위기 하에서 실험을 수행 하였다. 모든 용매는 Aldrich Chemical에서 구매하여 실험하였으며, Na와 benzophenon을 이용하여 정제를 통하여 사용하였다.

후속연구

본 실험에서는 비등점이 높으며, 강한 극성 용매인 2-pyrrolidone을 반응매개체로 하여 싸고 독성이 없는 FeCl₃6H₂O을 이용하여 수용성의 자성 나노 입자(Fe₃O₄)를 합성하고자 한다. 본 실험을 통하여 합성된 자성 나노 결정체는 기존에 합성된 자성 결정체에 비하여 수용성이 뛰어나고 독성이 없으며, 강한 자기적 성질을 가지고 있는 자성 나노 결정체로써 생물학적인 응용분야에 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
)를 합성하고자 한다. 합성된 자성 나노 입자는 기존의 합성방법의 단점인 경제적인 면과 독성에 대한 문제를 해결할 수 있을 것으로 사료되며, 좋은 수용성과 함께 의학 영역의 응용분야에 활발하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

기존의 자성 나노 결정체가 가진 단점을 극복하기 위해 어떤 원료를 통해 새로운 자성 나노 결정체를 만들었는가?

하지만 기존에 합성된 자성 나노 결정체는 합성과정에서의 원료가 비싸고, 독성이 높은 유기 금속 철염에서 반응이 이루어지기 때문에 생물 체내 응용에 있어서 많은 제한이 있었다. 본 실험에서는 비등점이 높으며, 강한 극성 용매인 2-pyrrolidone을 반응매개체로 하여 싸고 독성이 없는 FeCl36H2O을 이용하여 수용성의 자성 나노 입자(Fe3O4)를 합성하고자 한다. 본 실험을 통하여 합성된 자성 나노 결정체는 기존에 합성된 자성 결정체에 비하여 수용성이 뛰어나고 독성이 없으며, 강한 자기적 성질을 가지고 있는 자성 나노 결정체로써 생물학적인 응용분야에 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

자성 나노 미립자는 어떤 응용가능성을 지니고 있을까?

자기적 성질을 가지는 자성 나노 미립자는 생물 분리, 자기공명촬영, 타깃형 약물, 종양의 자기 열 치료 등 생물 의학 영역에서 넓은 응용 가능을 가지고 있다. 그래서 현재까지 자성 나노 결정 재료의 생물 체내 응용은 앞으로 발전 가능성이 높아 많은 연구가 이루어지고 있다.

Fe3O4는 자성 나노 결정체로서 어떤 역할을 할 수 있을것이라고 생각되는가?

본 실험에서는 비등점이 높으며, 강한 극성 용매인 2-pyrrolidone을 반응매개체로 하여 싸고 독성이 없는 FeCl36H2O을 이용하여 수용성의 자성 나노 입자(Fe3O4)를 합성하고자 한다. 본 실험을 통하여 합성된 자성 나노 결정체는 기존에 합성된 자성 결정체에 비하여 수용성이 뛰어나고 독성이 없으며, 강한 자기적 성질을 가지고 있는 자성 나노 결정체로써 생물학적인 응용분야에 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

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