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실리카 및 실리카-금 복합체 기반의 다기능성 자기공명영상 프로브 개발

Title
실리카 및 실리카-금 복합체 기반의 다기능성 자기공명영상 프로브 개발
Other Titles
Development of Multifunctional Magnetic Resonance Imaging Probe based on Silica and Silica-Gold Composite
Author
정지혜
Alternative Author(s)
Jeong, Ji Hye
Advisor(s)
이영복
Issue Date
2021. 2
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
암은 전세계인을 위협하는 질병 중 하나로서 국내에서 연간 20만명이 넘는 신규 암환자가 발생하고 있고 암 사망률도 점점 증가하고 있다. 따라서 질병의 조기 진단과 치료가 점점 더 중요해지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 암의 조기 진단과 치료가 가능한 다기능적 자기공명영상 프로브를 개발하고자 하였다. 먼저, 자기공명영상의 감도가 낮다는 한계점을 극복하기 위해 DNP 방법을 이용할 수 있는 실리카 나노 입자를 합성하였다. DNP 현상은 마이크로파를 조사하면 전자 스핀 분극을 핵 스핀 분극으로 전달한 후 핵의 분극을 강화하여 신호 증폭을 발생시키는 기술이다. 실리카 나노 입자는 독성이 없으며 합성이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 또한 실리카의 경우 실리콘을 포함하므로 실리콘의 장점을 모두 가지고 있을 것이라 생각하여 실리카 나노 입자를 이용한 DNP 연구를 새롭게 진행했다. Stöber method를 이용하여 실리카 나노 입자를 합성하였다. 합성한 입자를 SEM, TEM, DLS를 통해 크기와 분산도를 확인하였다. 그리고 DNP-NMR을 측정하여 본 연구에서 합성한 실리카 나노 입자가 신호 증폭이 되는 것을 확인하였다. 결과적으로, 실리카 나노 입자와 DNP를 융합하여 높은 신호를 얻을 수 있었고, 자기공명영상을 위한 프로브로 활용할 수 있음을 확인했다. 실리카 나노 입자가 자기공명영상 프로브로 사용이 가능함을 확인 후 advance 연구를 위해 다기능을 가지고 있는 프로브를 개발하고자 했다. 금 나노 입자와 위에서 말한 많은 장점을 가지고 있는 실리카 나노 입자를 융합하여 금@실리카 복합체를 합성하였다. 금 나노 입자는 화학적으로 안정적이며 전자파 증강과 화학적 증강을 통해 신호가 증폭되는 SERS 효과가 나타난다. 또한 레이저를 조사하면 빛을 흡수하여 열을 방출한다. 이러한 효과로 광열 치료에 이용될 수 있다. 그리고 실리카 나노 입자는 금 나노 입자와 코어-쉘 구조로 합성되면 금 나노 입자의 산화를 방지하고 안정성을 증가시켜준다. 본 연구에서는 이러한 금 나노 입자와 실리카 나노 입자의 효과를 융합하여 SERS 효과와 DNP 현상을 이용하여 암의 조기 진단을 하고 광열 치료를 이용하여 암의 치료도 가능하게 하는 다기능적 테라그노시스 프로브를 합성하고자 한 것이다. Turkevich method를 이용하여 금 나노 입자를 합성하였고 Raman reporter를 흡착시킨 후 Stöber method를 이용하여 실리카를 코팅해 금@실리카 복합체를 합성하였다. 이렇게 합성된 복합체를 UV-Vis 분광기를 측정하여 실리카 두께에 따른 적색 편이와 청색 편이를 확인하였다. 그리고 SEM, TEM, DLS를 측정하여 복합체의 크기와 분산 정도를 정확하게 확인할 수 있었다. 또한, Raman 분광기를 측정하여 본 연구에서 합성한 복합체가 SERS 효과를 가진다는 것을 확인하였다. 마지막으로 DNP-NMR을 측정하여 신호가 증폭되는 지를 확인해보았다. 결과적으로, 복합체의 경우 신호가 거의 증폭되지 않았다. 이 이유를 찾기 위해 실리카 나노 입자와 금 나노 입자를 따로 합성 후 물리적으로 섞어 DNP-NMR을 측정해본 결과 실리카 나노 입자만을 측정한 경우보다 약 2배 이상 신호가 감소하였다. 따라서, 금 나노 입자가 DNP에 영향을 끼친다고 예상되어 현재 금 나노 입자의 크기를 줄이고 실리카의 두께를 더욱 증가시키는 등의 후속 실험을 진행하고 있다. 이와 같이 DNP 현상을 통해 신호가 증폭되는 실리카 나노 입자와 SERS 효과를 가지는 금@실리카 복합체를 합성하였고 다양한 물성 평가를 통해 입자의 크기, 분산도 등을 확인하였다. 앞으로의 추가 연구를 통해 테라그노시스 프로브를 개발한다면 인류에 도움이 되고 바이오, 영상진단 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것이라 판단한다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/159541http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000486132
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > BIONANOTECHNOLOGY(바이오나노학과) > Theses (Master)
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