Synthesis of Dual-functional Microemulsions with Molecular Concentration and Spontaneous Formation of Metal Nanoparticle and Molecular Detection by using Surface-enhanced Raman Spectroscopy
검출 분자의 농축과 금속나노입자의 자발적 성장이 가능한 기능성 고분자 마이크로에멀젼의 제작과 고감도 표면증폭 라만산란 분자 검출 응용
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강태욱
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000056120
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Molecular detection using metal nanoparticles has received much interest owing to its unique optical property. Specifically, optical detection directly using colloidal metal nanoparticles is one of the most popular sensing methods, as it does not require additional process for self-assembly or transfer particles onto solid substrate. However, sensitive molecular detection in diluted solution is often limited due to low density of metal nanoparticles and trace molecules in light illuminating area. To this end, extensive efforts have been aimed for enhancing molecular signal by concentrating metal nanoparticles and trace molecules in unit volume. Here I propose a porous microemulsion with dual-function of molecular concentration and formation of gold nanoparticle for facile and sensitive optical detection of diverse molecules. The microemulsion can be simply synthesized by emulsification of liquid polydimethylsiloxane (PDMS) in solution containing trace molecule and metal precursor. Porous structure of polymer and negative surface charge of microemulsion allow positively charged molecules to diffuse and accumulate in the microemulsion. Moreover, metal nanoparticles can be spontaneously formed with the aid of reducing power of curing agent in PDMS. Charge-selective concentrating behavior and degree of molecular concentration of the microemulsion were systemically examined by optical and UV-vis spectroscopy. Formation of metal nanoparticle on the microemulsion was identified with optical microscopy and dark-field imaging and scattering spectroscopy, exhibiting higher degree with increasing concentration of metal precursor, curing agent and emulsification time. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) measurement has successfully verified the validity of dual-functional microsphere, applied to detection of heavy metal ion, volatile organic compound and biomolecule.
more초록/요약
금속 나노입자를 이용한 분자 검출은 그 독특한 광학 특성 때문에 많은 관심을 받고 있다. 특히, 콜로이드 금속 나노입자들을 직접적으로 이용한 광학검출 방식은 고체 기판으로의 자가조립이나 이동이 필요하지 않다는 점에서 많은 인기를 얻고 있다. 그러나, 빛이 조사되는 부분에서의 금속 나노입자와 검출 분자의 낮은 집적도 때문에 묽은 용액에서의 고감도 분자 검출은 종종 한계를 가진다. 이를 위해, 단위 부피 내에 금속 나노입자와 검출 분자를 농축시킴으로써 분자 신호를 증폭시키는 방법을 위한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는, 다양한 분자의 간편하고 민감한 광학 검출을 위한, 금속 나노입자의 형성과 분자 농축의 다기능을 가지는 다공성 마이크로에멀젼을 제안한다. 이 마이크로에멀젼은 검출하고자 하는 분자와 금속 전구체를 포함하는 용액에 액체 상태의 고분자를 유화시킴으로써 간편하게 합성할 수 있다. 고분자의 다공성 구조와 표면 음전하로 인해 양전하를 띠는 분자들이 마이크로에멀젼 내부로 확산되어 축적될 수 있다. 또한, 고분자 안의 경화제가 가지는 환원력으로 인해 금속 나노입자들이 자발적으로 합성될 수 있다. 양전하를 띠는 분자들의 농축 현상과 분자 농축 정도를 광학 현미경과 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 체계적으로 분석하였다. 마이크로에멀젼에서의 금속 나노입자 형성은 광학 현미경과 암시야 현미경 및 분광광도계를 이용하여 확인하였는데, 금속 전구체의 농도와 경화제의 비율, 반응 시간에 따라 증가하는 양상을 보였다. 표면증강 라만산란 광도계 측정을 통해 중금속, 휘발성 유기화합물, 그리고 생체물질을 검출함으로써 다기능성 마이크로입자의 성능을 성공적으로 입증하였다.
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