양자점은 이미지 향상에 사용할 수 있는 독특한 고분산 나노분자들이다. 양자점의 색과 밝기는 크기와 광학성질에 관련이 있고, 방출파장의 피크점은 대략 양자점 코어 크기의 제곱에 비례한다.
양자점 입자들은 높은 에너지(혹은 짧은파장)에서 광자를 흡수하고, 긴 파장에서는 광자를 배출한다. 이런 이유로, 양자점 시료들은 보이지 않는 자외선과 함께 볼 수 있는 가시광선 아래서 색을 띈다.
동적광산란(DLS) 실험은 단일 파장 출력의 레이저를 사용하며, 이 파장은 우연히 입자의 형광발광을 불러일으킬 수 있으며, 나중에는 광자의 방출을 유발한다. 만약 이 형광발광이 감지되면 데이터의 질이 감소될 것이다. 좁은 밴드 광학필터들은 형광발광 신호를 제거할 수 있고, 양자점의 크기의 분석을 가능하게 한다.
Invitrogen (Seattle, WA)社 의 두 가지 상용 양자점 시료들(pH 8.3 붕산염 buffer)을 사용하였다.
Qdot® ITK™ 655 의 스펙트럼 방출은 헬륨네온 레이저의 633nm 에 가까운 655nm 의 파장을 가진다. 입자들은 CdSe crytal core 와 ZnS shell 을 포함하고 있으며, 이것들은 각각 카드복실 그룹이나 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이 외곽에 흡착되어 있다.
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각각의 시료들은 1nM 와 800nM 의 농도로 준비하였다. 이것들의 크기와 제타전위는 Zetasizer Nano ZS 로 측정하였다. 기기는 표준구성에 narrow 밴드필터를 추가하였다.(투과 중심 파장632.8nm). 크기 측정용으로 저 용량의 일회용 플라스틱 큐벳을 사용하였고, 제타 측정용으로 capillary folded 큐벳을 사용하였다.
동적 광산란은 산란된 레이저 빛에서의 강도의 변동을 측정한다 이 변동은 보강과 상쇄 간섭에 의하여 야기되고, 산란중인 물체의 간섭성 빛의 감지가 요구된다. 형광 발광은 일관성 없는 방사선으로 구성되어 있고, 감지되면백그라운드 노이즈가 증가한다.
Zetasizer Nano 는 마이크로 전기영동장치를 사용해 제타 전위를 측정한다. 하전입자를 포함한 시료에 전기장이 가해지면, 전기장의 영향으로 입자가 이동한다. 광산란 상분석(PALS)시스템을 사용해 움직임이 감지되면, 산란된 신호와 입사 레이저 빔으로 부터의 기준광과 비교한다. 이런 경우에는 일반적으로 기준광 신호의 강도가 입자에 의한 산란강도보다 크다. 그리고, 어떠한 형광 발광의 일관성 없는 빛이라도 데이터의 질 하락에 연관되지 않는다. 이것은 narrow 밴드필터들이 일반적인 제타전위 측정에서 필수적이지 않음을 의미한다.
그림 2 에서 처럼, 이 시료들에서 형광발광의 존재는 데이터와 크기 측정에 명확하게 영향을 주었다. narrow 밴드필터 없이는 양자점의 크기 측정은 불가능하였다. Intercept 값이나 신호 대 잡음(STN) 비가 0.005 미만으로 매우낮아 상관함수가 형성되지 않았다. Narrow 밴드필터를 사용하였어도, 신호 대 잡음비는 여전히 낮지만 필터를 사용하지 않았을 때 보다는 매우 증가하였고, 수용할 수 있는 데이터 결과를 얻을 수 있었다. 부피 입도 분포로 16nm 직경의 단분산 분포를 갖는 carboxylated 입자를 얻었다. PEGylated 시료는 18nm [1nM]와 22nm [800nM]로 약간 더 크며, 다분산 분포를 갖는다. (그림 3).
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제타전위 측정은 형광발광 물질에 의해 거의 영향을 받지 않는다.(표1) 각 시료의 평균 제타전위값은 carboxylated -35mV 와 PEGylated-3mV 이며, narrow 밴드 필터를 사용했을 때에도 각각 -31mV 와 -3mV 로 비슷한 값을 가진다.
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시료 | 제타전위 (mV) |
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Qdot® ITK™ 655 carboxylated quantum dots narrow 밴드필터 미사용 | -35 |
Qdot® ITK™ 655 carboxylated quantum dots narrow 밴드필터 사용 | -31 |
Qdot® ITK™ 655 PEGylated quantum dots narrow 밴드필터 미사용 | (3) |
Qdot® ITK™ 655 PEGylated quantum dots narrow 밴드필터 사용 | (3) |
-35mV(Carboxylated)에서 -3mV (PEGylated) 까지의 제타전위 결과값이 큰 차이점을 나타내는 것은 nonionic 의 영향이다.
즉, PEG 분자들은 표면활성과 양자점 시료의 표면에 흡착된다. PEG 의 양자점 시료 표면에의 흡착으로 인하여 낮은 제타전위를나타낸다. PEG 흡착으로 인해 입체장애적 안정효과를 가질 수 있지만, 이 경우 PEGylated 시료가 더 안정적이지는 않다. 낮은 제타전위와 넓은 입도분포에서 PEGylated 시료가 낮은 안정성을 갖는것을 알 수 있다. 예상했던 것처럼, 카르복실 그룹의 전하가 높을수록 안정성은 증가하고, 좀 더 균일한 분산의 결과를 나타낸다.
원적외 양자점 성공적인 크기 측정을 위해 Zetasizer Nano 에서 narrow 밴드필터 옵션을 이용할 수 있다.
Malvern 의 Zetasizer Nano system 기기는 동적, 정적 그리고 전기영동 광산란 측정을 결합한 소프트웨어와 하드웨어를 포함하고 있으며, 크기와 분자량 그리고 제타전위에 관한 정보를 제공한다. 시스템은 일반적으로 제약과 생체분자 응용분야에서 필요로 하는 저농도와 콜로이드 응용분야를 위한 고농도 시료를 측정할 수 있도록 특성화되어 있다. 선택사항으로 narrow 밴드 필터는 형광시료 측정에 사용할 수 있다.
