Applications of mesoporous silica nanoparticles with strong inner hydrophobicity

Abstract

메조 다공성 실리카 나노 입자는 높은 비표면적과 안정한 다공성 구조 등의 장점으로 인해 다양한 분야에서의 응용 가능성을 가진다. 특히 합성 과정에서 다양한 반응 조건들을 조절함으로써 나노 입자 및 동공의 크기, 동공의 표면 성질 등과 같은 합성되는 메조 다공성 실리카 나노 입자의 물리적 성질을 쉽게 개질할 수 있고, 합성 과정이 비교적 쉽기 때문에 최근 널리 연구되고 있는 분야이다. 본 연구에서는 메조 동공의 주형으로 양이온의 CTA+ 및 비이온의 PE-64, Pluronic F127을 사용하였고 실리카 전구체로 TEOS를 산성조건에서 가수 분해하여 사용하였다. 동공의 표면 성질을 소수성에 대해 친화력을 가지도록 하기 위해 양쪽성의 올리고머를 함께 사용하여 졸-겔 방법에 의해 메조 다공성 나노 입자를 합성하였다. 합성되는 메조 다공성 나노 입자는 주형으로 사용되는 계면활성제의 종류 및 첨가량, 양쪽성 올리고머의 첨가량, 합성되는 pH 조건 및 온도에 의해 그 물리적 성질이 결정된다. 합성된 메조 다공성 나노 입자의 형태 및 크기는 장방출 주사 전자 현미경과 동적 광산란계에 의한 입도 측정 장치를 이용하여 측정하였고, 소각 엑스선 회절에 의해 동공의 크기를 측정하였다. 10 nm 가량의 동공 크기를 가지는 메조 다공성 나노 입자는 온도가 증가할수록 합성되는 나노 입자의 크기는 작아지고, 온도에 따라 70-120 nm 의 크기 분포를 보였다. 여러 조건에서 합성된 메조 다공성 나노 입자의 소수성 물질에 대한 흡착력을 알아보기 위하여 에센셜 오일에 대한 메조 다공성 나노 입자의 흡착 및 방출 정도를 질량 측정법을 통해 알아보았다. 은 및 금 나노 입자나 cytochrome c, 베타 아밀로이드와 같은 생물학적 물질을 메조 동공안에 고정시키고 흡수 스펙트럼을 통해 이들이 안정하게 메조 동공 내에 포집되어 있음을 확인하였다. 전체적으로 양이온의 CTA+ 를 주형으로 사용하고 염기성 조건에서 합성한 메조 다공성 나노 입자가 기능성 물질의 담체로 및 지지체로서 적합한 동공의 표면 성질을 가지고 뛰어난 다공성을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 통해 특정 조건에 적합한 물리적 성질을 가지도록 합성한 메조 다공성 나노 입자는 다양한 기능성 물질의 안정한 지지체 및 효율적인 담체로 응용 가능함을 확인하였다.;Mesoporous silica nanoparticles with a large specific surface area and stable pore structures have drawn considerable attention. In many research fields, their applications have been explored by controlling physical properties such as size, pore structure, and porous property, which depend on reaction conditions. In this study, mesoporous silica nanoparticles were synthesized via the sol-gel method. TEOS was used as a silica precursor, and cationic CTA+ or nonionic PE-64 with Pluronic F127 was used as a structure-directing agent. Furthermore, urethane-acrylic amphiphilic oligomers were used to improve the hydrophobicity of the particles… pores. The physical properties of synthetic mesoporous silica nanoparticle were mainly influenced by reaction parameters such as surfactant, oligomer, temperature and pH. By altering these reaction conditions, the porous properties of mesoporous silica nanoparticles were also controllable in addition to the physical properties. Here, we investigated the physical properties of mesoporous silica nanoparticles by using FE-SEM, DLS, and SA-XRD. The size of the particle varied from 70 to 120 nm as the temperature decreased. The hydrophobicity of mesoporous silica nanoparticles can be observed by measuring the weight loss of oil-adsorbed mesoporous silica nanoparticles, which indicates the adsorptivity of particles to hydrophobic/oleophilic compounds. Entrapment of silver/gold nanoparticles and immobilization of bioactive materials such as cytochrome c and beta amyloid (Aβ) were also investigated by measuring absorption in the UV/VIS range. The high specific surface area and stable pore structure offer new opportunities to synthetic mesoporous silica nanoparticles as a support of functional material. In this study, mesoporous silica nanoparticles, which were synthesized with CAT+ under a basic condition, can be applied as effective carriers or support materials of functional compounds due to their excellent adsorptivity. Furthermore, the easily controlled synthetic processes of mesoporous silica nanoparticles are expected to be applied in controlled-release carriers of functional compounds in various fields.