[보고서]뇌질환 진단용 인체친화형 양자소재 및 활용기술 개발

박상준

뇌질환 진단용 인체친화형 양자소재 및 활용기술 개발
Development of biocompatible quantum materials for diagnostic brain disease and their application technology 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	가천대학교 Gachon University
연구책임자	박상준
참여연구자	김종성 , 윤현희 , 이상화 , 김지현 , 유인상
보고서유형	3단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2015-08
과제시작연도	2014
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
등록번호	TRKO201700012262
과제고유번호	1711020037
사업명	뇌과학원천기술개발
DB 구축일자	2017-11-13
키워드	양자점.나노입자.신경전달물질.페라틴.도파민.표면증강라만.광섬유탐침.Quantum dot.Nanoparticle.Neurotransmitter.Ferritin.Dopamine.SERS.optical fiber probe.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201700012262

초록 ▼

본 3단계 (3년) 연구에서는 신경전달물질(neurotransmitter)의 화학적 변화 및 온도변화를 광학적으로 측정이 가능한 바이오센서용 소재 및 광섬유 센서를 개발하였다. 이와 관련된 연구 결과는 특허 4건 출원 1건 등록, SCI급 국제학술지에 21편 (3편 accepted, 기여율 기준 1,580%)의 논문을 게재하였고, 구체적인 연구성과는 다음과 같다.

1) 양자점을 이용한 광섬유 온도센서 및 뇌신경전달물질 측정기술 개발
2) 동물의 뇌조직에서 도파민 emission 감지
3) 인체친화형 양자점 센서미디어 개발
4) SERS 를 이용한 뇌신경전달물질 감지
5) 개발한 마이크로스펙트로미터에 적용한 광섬유 탐침의 작동 구현

본 연구결과를 통해서 뇌질환 진단에 필요한 신경전달물질(도파민, GABA, 아데노신)의 농도변화와 온도, pH 와 같은 물리적 변화를 감지할 수 있는 기술을 개발하였고, 이를 광섬유기반 탐침시스템에 적용하였다. 아울러 쥐의 뇌에서 도파민의 농도 변화를 PL 로 감지하였다. 본 연구에서 제안된 양자 나노센서 플랫폼 기술을 통해 광섬유 바이오센서의 개발이 이루어졌으며, 궁극적으로 뇌질환의 실시간 진단 및 처방이 가능한 PPD 삽입용 탐침시스템 개발이 기대된다.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

IV. Results and Discussions
The contents of research and development accomplished during 2nd periods are as follows;
1) Deveopment of optical fiber sensor using quantum dots which can detect the temperature & neurotranmitters.
2) PL detection in rat brain by optical fiber sensor using quantum dots
3) Development of biocompatible quantum dots
4) Detection of neurotransmitter using SERS
5) Applying optical fiber probe with microspectrometer

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 요약서 ... 3요 약 문 ... 4SUMMARY ... 5CONTENTS ... 6목차 ... 7제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 8 1절. 연구개발의 목적 ... 8 2절. 연구개발의 필요성 ... 8 3절. 연구의 범위 및 수행 방법 ... 11제 2 장. 국내외 기술개발 현황 ... 12 1절 국내외 기술개발 현황 ... 12제 3 장. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 61제 5 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63제 6 장 연구시설ㆍ장비 현황 ... 66제 7 장 참고문헌 ... 67끝페이지 ... 68

표/그림 (72)

표 온도에 따른 decane속의 양자점의 성질 (A) 700nm의 양자점 (B) 750 nm의 양자점 (C) 800nm의 양자점
표 온도 변화에 의한 emission peak 강도의 선형화
표 주기적 온도변화에 따른 양자점의 emission peak 강도, 온도는 30oC에서 90oC로 증가하였다가 30oC로 감소 시켰다.
표 GABA에 의한 NADP+-functionalized QD의 형광 quenching 및 회복
표 NADP+로의 전자전달에 의한 QD의 형광 소멸
표 0.2 mM GABA에 의한, 소멸됬 던 양자점 형광의 회복
표 QD 광섬유 제조공정의 개략도
표 점차적으로 증가하는 용액상 온도에서 양자점 클러스터의 Emission spectrum
표 서로 다른 온도에서 쥐의 뇌 조각의 양자점 기반 광섬유 센서의 Emission
표 뇌조각과 솔루션의 Emission peak에서 광섬유에 고정된 양자점의 정규화 된 형광 강도의 온도 의존성
표 Fluorescence intensity quenched under different pH ambience by 1μM dopamine and 100μM dopamine, respectively.
표 Fluorescence intensity quenched percentage at emission peak under different pH ambience by 1nM, 10nM, 100nM, 1μM, 10μM, 100μM and 1mM dopamine, respectively.
표 The PL spectra of dopamine coated QDs (DA@QDs) clusters in solution with increased pH.
표 도파민 농도에 따른 양자점 형광변화
표 실험쥐의 뇌에 양자점-광섬유 삽입
표 전기화학적 방법에 의한 도파민 센싱
표 광섬유에 양자점을 결합하는 과정 모식도
표 GABA에 의한 NADP+-functionalized QD의 형광 quenching 및 회복
표 Fluorescence intensity recovery by addition of GABA with different concentration at 605 nm of emission wavelength
표 온도에 따른 피크형광강도 변화
표 온도에 따른 형광라이프타 임 변화
표 온도에 따른 형광 emission and excitation 스펙트럼 변화.
표 온도에 따른 피크형광감도 변화
표 광섬유 표면으로의 양자점 고정화
표 pH에 따른 양자점의 형광스펙트럼
표 pH에 따른 피크형광강도 변화
표 수용액상에서의 NIR 양자점의 pH에 따른 Emission spectru
표 pH2에서 12까지의 순환과정에서 근적외선 양자점들의 emission peak
표 Cysteine-capping된 InP/.ZnS 양자점의 도파민과 AA간의 전자전달에 의한 형광소멸
표 AA 존재하에 DA 농도에 따른 InP/.ZnS 양자점의 형광스펙트럼 및 피크형광강 도 변화
표 MPA- 와 MUA- capping된 InP/ZnS 양자점 제조와 전자전달에 의한 형광소멸 및 회복
표 PDMS 기반 마이크로플류이딕 칩
표 아데노신 투입후 시간에 따른 InP/ZnS 양자점의 형광 recovery
표 도파민-광섬유 adaptor와 도파민 주입용 needle
표 실험쥐에 양자점 부착된 광섬유 프루부를 삽입하는 모습.
표 형광스펙트로미터와 도파민 주입용 시린지 펌프 및 실험쥐.
표 10 μM 도파민 용액 주입시 양자점-광섬유 프루부의 형광 감소
표 100μM 도파민 용액 주입시 양자점-광섬유 프루부의 형광 감소
표 마이크로 스펙트로미터
표 도파민 농도에 따른 형광스펙트럼
표 실험쥐에 양자점-광섬유 프루부 삽입
표 도파민에 따른 양자점 형광감 소
표 Ag2S, Ag2S/ZnS, Mn-doped Ag2S/ZnS의 PL spectra
표 Ag2S, Ag2S/ZnS, Mn-doped Ag2S/ZnS의 TEM image
표 InP/ZnS 양자점의 합성과정과 L-Cysteine으로 표면처리
표 InP/ZnS 양자점의 흡광도와 형광스펙트라
표 The DLS images of Au NPs (a) Au NPs (20 nm) made by 1.0 ml of 1.0 wt% citrate, (b) Au NPs (30 nm) made by 0.8 ml of 1.0 wt% citrate, Insets are the SEM images of them
표 (a) The UV􍾢 vis spectra of Au NPs (50 nm) at different pH, (b) The UV􍾢 vis spectra of Au NPs with DA (10-4 M) at different pH, (c) The absorption peak position of Au NPs with and without DA at different pH, (d) The diameter of Au NPs with and without DA at different pH obtained by DLS
표 The behavior of Au NPs with or without DA molecules in different pH range
표 Raman spectra of DA (1×10-4 M) bonded on Au NPs in different pH. Inset presents the Raman intensity of with DA on Au NPs as a function of pH
표 (a) UV−vis spectra of Au NPs (20±5 nm) with different concentration of dopamine (DA) (1×10−6 to 1×10−3 M). (b) Size of Au NPs with different DA concentrations according to DLS measurements
표 (a) UV−Vis spectra of Ag NPs (40±10 nm, pH 6) with different concentrations of DA (1×10−6 to 1×10−3 M). (b) Diameter of Ag NPs with different concentrations of DA according to DLS measurements
표 Behavior of metallic NPs with increasing DA concentrations
표 (a) Raman spectra of different concentrations of DA (1×10−7 to 1×10−3 M) adsorbed on Au NPs, (b) Raman intensity of DA adsorbed Au NPs at 1480 cm−1 with increasing concentrations of DA
표 (a) Raman spectra of different concentrations of DA (1×10−7 to 1×10−3 M) adsorbed on Ag NPs. (b) Raman intensity of DA adsorbed on Ag NPs at 1590 cm− 1 with increasing DA concentration.
표 SEM and TEM images of Ag NPs and three kinds of AgcoreAushell NPs
표 UV−vis spectra of Ag NPs (25±5 nm) and AgcoreAushell NPs prepared by different concentrations of Au precursor. Inset is the photograph of formed colloids
표 Raman spectra of DA (1×10−4 M) adsorbed on AgcoreAushell NPs with different surface coverage of the Au shel
표 SEM images of Au NPs arrayed on glass substrates with increasing amounts of 1,4-diaminobutane (C-4 diamine).
표 SEM images of Ag NPs arrayed on glass substrates with increasing amounts of 1,4-diaminobutane (C-4 diamine).
표 Raman spectra of o-chlorothiophenol (10-4 M) adsorbed on M (Au, Ag) NPs arrayed substrates.
표 Log-log plot of Raman intensity of o-chlorothiophenol at 1072 cm-1 versus probe concentration ranges (from 10-7M to 10-4 M): (a) Au NPs arrayed substrates, (b) Ag NPs arrayed substrates.
표 Fabrication of Au nanostructures on the ITO glass by combining chemical assembly and electrodeposition methods
표 SEM images of Au nanostructures prepared under different deposition potentials at the electrodeposited time of 600 s
표 SEM images of Au nanostructuresprepared under different electrodeposited times at the deposition potential of -0.4 V
표 (a) SEM images of Au nanostructures electrodeposited on ITO glass using double potential steps (E1=0.7 V for 2 sec, E2=􍾢 0.4 V for 600 s, (b) Raman spectra of dopamines (10-4M) on Au nanostructures.
표 Schematic of reacted dopamine and ZnSe-ferritin nanodots on modified silicon surface (left) and TEM image of ZnSe-ferritin nanodots prepared with apoferritin (right)
표 SEM image of two-dimensional array of ZnSe-ferritin nanodots on modified silicon surface.
표 PL spectra and intensity of ZnSe-ferritin nanodot arrays as a function of dopamine concentrations
표 log[(Fo/F) - 1 ] vs log [Q] plot.
표 다양한 optical fibre 센서의 형태.
표 CdSe quantum dots을 이용한 광섬유형 양자점 온도센서의 PL emmision.

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