폴리전해질 마이크로캡슐은 약물, 이미징 제제, 나노소재의 다용도 캐리어로 부상하고 있다. 여기서는 트리-기능성 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 리간드로 안정화된 수용성 CdSe/ZnS 양자점(QD)을 폴리전해질 쉘에 통합하는 견고한 제조 경로를 보고한다. 결과 QD 인코딩 캡슐은 동적 광산란, 전기영동 이동도, 주사 전자 현미경, 형광/공초점 현미경으로 완전히 특성화되었다. 크기 분포, 표면 전하, 형태, 광학 특성, 형광 수명 역학을 정량화하고, 구조적 무결성을 유지하면서 밝기를 극대화하는 최적 QD 로딩을 확인하였다. 마지막으로, 마우스 대식세포에 의한 캡슐의 효율적인 내부화를 입증하여 살아있는 세포 이미징 및 테라노스틱 응용에 적합함을 확인하였다.
치료제의 표적 전달과 이미징은 중개 의학의 핵심이다. 반대 전하 고분자의 층별 증착으로 조립되는 폴리전해질 마이크로캡슐은 약물, 금속 나노입자, 형광 프로브를 캡슐화하여 제어된 방출과 화물 실시간 추적을 가능하게 한다[1-4]. 이 쉘을 반도체 QD로 인코딩하면, 치료 탑재물 전달과 동시에 고명암비, 광안정적 이미징 신호를 제공하는 제제를 얻는다[5,6].
층별(LbL) 접근법은 벽 두께, 기공률, 표면 화학에 대한 미세 제어를 제공하여 자극 반응성 시스템에 이상적이다[10-14]. QD는 넓은 흡수와 좁은 방출 대역으로 단일 광원에서 다중 흥분을 가능하게 하며, 기존 염료보다 밝기와 광안정성에서 우수하다[19-24].
이전 연구에서는 유기 염료나 탄소 점으로 폴리전해질 캡슐을 인코딩했으나, 이러한 전략은 종종 가혹한 열처리를 필요로 하거나 경직되고 덜 반응성인 구조를 초래했다[25-30]. 본 연구는 캡슐의 유연성과 반응성을 유지하면서 우수한 광학 성능을 제공하는 더 온화한 수용성 QD 전이 방법을 도입한다.
CdSe/ZnS 코어/쉘 QD(λmax=590nm)는 Dr. Pavel Samokhvalov(MEPhI) 기증하였다. 소수성 QD는 리간드 교환으로 수용성화하였다: TOPO를 d,l-시스테인으로 치환한 후 HS-PEG12-COOH(Thermo Fisher)로 대체하였다. 연속 세척 후 QD를 0.1M NaOH에 분산시키고 초음파 처리, 원심분리, 0.22µm 멤브레인 여과하였다. QD 농도는 첫 번째 엑시톤 피크에서 분광광도법으로 결정하였고, HS-PEG12-COOH를 1:4.6 몰비로 첨가하여 2-8°C에서 24-48시간 배양 후 안정화하였다.
탄산칼슘 미세구체는 등몰 Na₂CO₃와 CaCl₂ 용액(각 0.33M)을 제어된 교반(250, 500, 750rpm) 하에서 혼합하여 제조하였다. 15-60초 후 혼합물을 급랭하고 MilliQ 물로 세척한 후 60°C에서 90분 건조하였다. 최적 입자 크기(4-6µm)와 규칙적 형태는 250rpm, 30초 교반에서 달성되었으며 SEM(도 1)으로 확인되었다.
탄산칼슘 코어를 먼저 PAH/PSS 5쌍(폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)과 폴리(소듐 4-스티렌설포네이트))으로 코팅하고, PAH 층으로 종료하였다. QD를 양전하 표면에 흡착시킨 후 추가 PAH/PSS 층과 최종 PAH 층을 증착하였다. 0.2M EDTA(pH 6.5)에서 15분씩 3회 연속 배양하여 코어를 제거함으로써 중공 마이크로캡슐을 얻었다. 세포 상호작용 연구를 위해 최종 BSA 코팅(1%)을 하여 비특이적 결합을 줄였다.
수동력 직경과 ζ-전위는 DLS와 전기영동 이동도(Malvern Zetasizer NanoZS)로 측정하였다. 형광 수명은 펄스 YAG:Nd³⁺ 레이저(350ps, 50Hz)와 광전자 증배관 검출기로 기록하였다. QD 로딩은 상등액의 비결합 QD 측정으로 정량화하였다. SEM(JEOL JSM-7001F)으로 입자 형태를 시각화하였고, 형광 및 공초점 현미경(Zeiss Axio Scope, Leica TCS SP5)으로 광학 특성과 세포 흡수를 평가하였다.
마우스 폐포 대식세포(MH-S)를 ~1.2×10⁶ BSA 코팅 QD 인코딩 캡슐과 4시간(단기) 또는 24시간(장기) 배양하였다. DRAQ5로 핵을 대조 염색한 후 공초점 이미지에서 개별 캡슐과 응집체의 내부화를 확인하였으며, 장시간 노출 후 더 높은 흡수를 관찰하였다(도 9).
데이터는 최소 3회 독립 실험의 평균±SD로 나타내며, Excel과 Origin Pro로 분석하였다.
최적 교반 조건(250rpm, 30초)에서 최소 응집으로 거의 구형의 입자(4-6µm)를 생성하였다(도 1). SEM 이미지는 서브미크론 입자로 구성된 다공성 표면을 확인하여 후속 LbL 조립에 적합함을 보였다.
QD는 590nm에서 좁은 방출 피크와 ~25nm의 수동력 직경을 보였다(도 2). 순차적 PAH/PSS 증착으로 예상대로 표면 전하가 반전되었다(표 1). SEM 이미지(도 4)는 점진적 쉘 두꺼워짐을 보여주며, 형광 현미경은 쉘 내 QD 존재를 확인한다(도 5). 공초점 이미징(도 6)은 명확한 중공 코어를 보여주어 성공적인 코어 용해를 나타낸다.
QD는 양전하 표면에 흡착되어 ~2.24mg 로딩까지 선형적으로 증가하였으며, 더 높은 농도에서는 포화와 흡착 감소를 보였다(도 7a). 형광 강도는 로딩 범위에서 평탄해져 이미징에 충분한 명암을 제공하였다(도 7b).
순수 QD가 가장 긴 수명을 보였으며, 미세입자 내 포함 후 감소하고 코어 제거 후 추가 감소하였다(표 2). 48시간 후 수명이 안정화되어 장기적 광표백 효과가 미미함을 시사한다.
공초점 이미지는 4시간과 24시간 배양 후 MH-S 세포에 의한 단일 캡슐과 응집체의 효율적인 식세포작용을 보여준다(도 9). 캡슐은 핵과 명확히 구별되며 종종 세포에 부착되거나 내부에 위치하여 살아있는 세포 이미징 제제로서의 잠재력을 확인하였다.
우리는 수용성, PEG 안정화 QD를 폴리전해질 마이크로캡슐에 통합하는 확장 가능하고 수용성의 방법을 확립하였다. 결과 캡슐은 균일한 크기, 견고한 형광, 효율적인 세포 흡수를 보여 표적 약물 전달과 실시간 이미징을 위한 유망한 테라노스틱 플랫폼으로 자리매김한다.
나노물질
부품 및 소모품 부품 수량 비고 아두이노 우노 1 IR 근접 센서 (적외선 수신) 1 추천 모델 사용 권장 적색 레이저 다이오드 655nm (레이저 포인터) 1 청/녹색 레이저는 IR 성분 부족으로 작동 안 함 DC 모터 (테스트용) 1 팬 블레이드 장착 9V 배터리, 점퍼 와이어 3개, USB 케이블 1식 필요 도구 납땜 인두 (모터 리드선 연결용), 솔더 와이어 프로젝트 소개 단일 IR 센서와 적색 레이저 포인터, 아두이노만으로 모터 RPM을 고정밀 측정하는 장치입니다. 독자 개발한 싱
이 튜토리얼에서는 팬과 틸트 헤드가 있는 모터라이즈드 카메라 슬라이더를 만드는 방법을 배웁니다. 이 아두이노 기반 프로젝트는 MDF와 합판 같은 저렴한 재료로 100% DIY로 제작되며, 아두이노, 스테퍼 모터 3개, 버튼 몇 개, 커스텀 설계 PCB에 장착된 조이스틱으로 제어됩니다. 그럼에도 불구하고 최종 결과물은 매우 인상적이며, 초부드러운 카메라 무브먼트로 전문적인 시네마틱 샷을 얻을 수 있습니다. 아래 비디오를 시청하거나 작성된 튜토리얼을 읽어보세요. 개요 컨트롤러를 사용해 카메라를 수동으로 움직이거나, 시작점과 끝
