자기조립 단분자막의 레이저 광탈착 이온화 과정 연구
- 주제(키워드) 표면화학 , 자기조립막 , 질량분석 , 레이저 탈착 이온화
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 오한빈
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044833
- 본문언어 한국어
초록/요약
자기조립 단분자막 기반의 나노기술과 바이오 기술의 발전은 자기조립 단분자막의 체계적인 이해가 뒷받침 되어야 한다. 레이저 탈착 이온화법을 이용한 자기조립 단분자막 표면 질량 분석의 활용 방법들은 많이 보고 되었으나, 그 자세한 메커니즘에 대한 연구가 진행이 되지 않아 자기조립 단분자막 기반의 정량분석, 질량분석 이미징 등의 활용 분야의 발전이 어려웠다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 새로운 레이저 탈착 이온화법을 개발하였고, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS)를 이용한 자기조립 단분자막 표면 질량분석의 메커니즘을 연구 하였다. 먼저 금 기판과 금 나노입자 위에 형성된 알켄티올레이트 자기조립 단분자막을 레이저 탈착 이온화 질량분석장치로 매트릭스를 사용하지 않는 대신, 양이온의 도움을 이용한 새로운 레이저 탈착 이온화법인 cation-assisted laser desorption/ionization (CALDI) 을 개발 하였다. 자기조립 단분자막 표면을 간단하게 NaI(aq) 등의 수용액으로 처리해준 결과, 특징적인 다이설파이드 형태의 알켄티올레이트 분자의 탈착 이온화가 강하게 나타남을 확인하였다. 더불어, 레이저 세기와 염화 수용액의 농도에 대한 의존성을 통하여, 그 메커니즘을 이해하기 위한 연구도 진행이 되었다. 레이저 세기 의존성 실험에서는, 어떤 금 원자도 보이지 않은 약한 레이저 세기에서 특징적 이온이 관측 되었고, Au+-Au5+ 까지의 물질이 관측이 된 강한 레이저 세기 영역에서는, 알켄티올레이트 분자들의 특징적인 무게를 가지는 피크의 세기가 포화됨을 확인 하였다. 그 외에도, 어떤 레이저 세기에서도 특징적인 이온에 금 원자가 결합한 형태의 피크는 관측이 되지 않았다. 염분의 농도를 증가시킨 실험에서는 특징적 무게의 피크가 점진적으로 증가하는 경향을 확인하였다. 이러한 결과들은 자기조립 단분자막에 양이온을 결합시키는 것이 UV 레이저 조사에 의하여 탈착된 중성 분자들이 손쉽게 전하를 띄게 할 수 있고, 그로 인하여 질량분석이 가능하다는 것을 의미한다. CALDI 질량분석방법은 다양한 말단기를 가지는 여러 자기조립층과, 혼합 자기조립층, 그리고 단분자막으로 둘러싸인 금 나노입자의 표면 질량 분석에도 성공적으로 적용이 되었다. 그리고 자기조립 단분자막의 MALDI MS 시, 표면에서 일어나는 과정 역시 조사하였다. 표면에 펩타이드를 고정시킨 자기조립 단분자막과 THAP 매트릭스를 사용하였다. 매트릭스를 사용하는 경우, 매트릭스용액이 MALDI MS 에서의 특징적 이온을 형성하는 요소임을 보여주는 결과를 얻었다. 매트믹스용액이 자기조립 단분자막으로부터 알켄티올레이트 분자를 용해 시켜내고, 이것이 용액 중에서 특징적인 다이설파이드 형태의 이합체를 형성한다. 이 다이설파이드 분자가 매트릭스 분자와 공동 결정을 형성한 후, MALDI MS에 의하여 검출되는 것이다. MALDI MS는 생체 고분자 물질 등의 분자량이 큰 물질 분석에 강점을 가지기 때문에, 크기가 큰 생체분자들이 고정된 자기조립 단분자막 분석에도 성공적으로 적용이 되어왔다. 이러한 자기조립 단분자막의 MALDI 과정의 이해와 매트릭스를 사용하지 않는, CALDI 방법의 개발은 자기조립 단분자막과 질량분석법이 결합한 새로운 생물학적 활용분야의 진보를 가져올 것이다.
more초록/요약
Development of self-assembled monolayers (SAMs) based nanotechnology and bioapplication is depends upon a systematical understanding of selfassembled monolayers. Much progresses has been made in numerous applications utilizing laser desorption/ionization mass spectrometry of SAMs, however, it limited in qualitative analysis due to lack of understanding of underlying mechanism of laser desorption/ionization of self-assembled monolayers and poor reproducibility in matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) of SAMs. To overcome these problems, we develop a new scheme of laser desorption/ionization method, and investigate the mechanism involved in MALDI of alkanthiol SAMs on gold. First, we develop a new way of matrix free laser desorption/ionization with cation assistance for surface mass spectrometry of SAMs of alkanethiolate on gold substrates and gold nanoparticles (NPs). A simple treatment using an aqueous salt solution such as NaI (aq) was shown to lead to a significant laser desorption/ionization of monolayers. Further efforts to understand the mechanism were also given, including laser power and salt concentration dependence studies. In the power dependence study, the characteristic ions were found to be produced at low laser power where no gold substrate species was seen. At high laser power, the generation of gold species, Au+-Au5 +, resulted in a saturation behavior in the characteristic mass peak for alkanethiolate molecules. In addition, characteristic ions with gold adducts were not observed at any laser power. With increasing salt concentration, the characteristic mass peak was gradually increased. The results suggest that the adduct formation of a cation with alkanethiolates in the monolayers provide a facile pathway to supply a charge to UV laser-desorbed secondary neutrals for mass spectrometric detection. This cation-assisted laser desorption/ionization (CALDI) mass spectrometry was successfully applied to the SAMs and mixed SAMs with various terminals and surface mass spectrometry of monolayer-protected gold NPs. Following this research, we investigated the surface processes involved in MALDI mass spectrometry (MS). For the study, SAMs decorated with peptides and a THAP matrix were employed. The closer examination of our study suggests that treatment of the matrix solution is responsible for the characteristic ion formation in MALDI MS. We propose that the matrix solution dissolves alkanethiolate molecules from SAMs, leading to generation of characteristic disulfide species in the solution. The disulfides are then co-crystallized with matrix molecules and subsequently detected by MALDI MS. As MALDI MS is a powerful tool for biopolymers with high molecular weights, it has been thereby successfully applied to SAMs presenting large biomolecules. This understanding of the MALDI process in the surface MS of alkanethiolate SAMs on gold and development of new scheme of matrix free laser desorption/ionization with cation assistance for surface mass spectrometry of SAMs of alkanethiolate on gold may allow advances in the biological application of SAMs in combination with mass spectrometric analysis.
more목차
초록 = 6
Abstract = 8
제1부. 서론 = 10
I. 표면 질량분석법 = 10
1. 표면의 분자밀도 = 10
2. 표면의 탈착 이온화 = 11
II. 연성 레이저 광탈착 이온화 = 14
1. MALDI와 DIOS법 = 14
2. 표면 증발과 상 폭발 과정 = 16
3. 이온화 = 19
III. 금속 위에 티올레이트로 형성된 자기조립 단분자막 = 21
1. 자기조립 단분자막과 유기 개질 표면 = 21
2. 자기조립 단분자막의 합성 = 22
3. 용액상에서의 알켄티올 분자의 흡착 = 23
4. 금-황 사이 화학 결합의 열역학적 분석 = 24
5. 자기조립 단분자막의 광탈착 이온화 질량분석법 = 25
IV. 참고문헌 = 27
제2부. 자기조립 단분자막 표면 질량분석을 위한 무-매트릭스 레이저 광탈착 이온화법. = 28
I.서론 = 29
II.실험방법 = 33
1. 금 기판과 나노입자 표면에 알켄티올레이트 자기조립 단분자막 합성 = 33
2. 레이저 탈착 이온화 실험 = 35
III. 실험 결과 및 토의 = 37
1. CALDI 의 개발 = 37
2. 레이저 세기와 염 농도의 영향 = 39
3. 다양한 형태의 자기조립 단분자막의 CALDI 실험 = 42
4. CALDI 방법의 장점 = 47
IV. 결론 = 50
V. 참고문헌 = 51
제3부. 자기조립 단분자막의 MALDI 메커니즘 연구. = 53
I. 서론 = 54
II. 실험방법 = 58
III. 실험 결과 및 토의 = 60
1. 펩타이드가 고정된 자기조립 단분자막의 MALDI MS = 60
2. MALDI 효율에 대한 매트릭스 용액의 영향 = 61
3. 매트릭스 결정에서 생성된 특징 이온들의 관측 = 63
4. MALDI 와 UV 레이저에 의한 직접 탈착의 이온화 비교 연구 = 68
5. 용액상에서의 특징적 다이설파이드 이온의 형성 = 72
IV. 결론 = 76
V. 참고문헌 = 78
