Chem 11. 송효인(Hyoin Song)

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실험

2015.08.12.수

• Zeta potential

제타포텐셜이란 그정의는 다음과 같다.우선 liquid system에 분산되어 있거나 부유되어 있는 미세하게 구분되는 파티클을 colloid라고 부른다.
이런 콜로이드는 수용액내의 매질에 존재시 전기적인 Charge를 띄게된다. 이러한 Charge의 대부분은 수용액으로 부터 선택적인 이온흡착에서의 결과이다.
이런 제타포텐셜(Zeta-Potential)은 액체 상에 존재하고 있는 표면의 거동과 표면 상호간작용을 이해하는데 편리한 개념을 제공한다.
용액 중에 분산되어 있는 입자는 입자표면의 표면극성기의 해리와 이온의 흡착에 의하여 전기적으로 음극 또는 양극으로 대전하고 있다.
따라서 입자 주변에는 계면전하를 중화하기 위하여 과잉으로 존재하는 반대부호를 갖는 이온과 소량의 동부호를 갖는 이온이 확산적으로 분포하고 있으며, 계면으로부터 전기적 포텐셜을 보이며 완만한 포텐셜 구배를 가지고 서서히 감소하게 된다.
따라서 전하를 띈 파티클에는 상대이온이 흡착되어 상대적으로 움직이지않는 층(stern layer)이 형성되고, 상대이온과 극성 액체 분자들이 이온확산층(diffused layer)에서 steady-state configuration을 가지며 농도 구배를 보인다. 이러한 모델을 diffuse electrical double-layer model 이라고 부른다.

Colloid용액에서 전하를 띈 파티클은 외부에서 가해준 전기장에 반응하여 일정한 속도를 가지고 파티클이 움직이게 되는데 이 속도를 전기영동속도(electrophoretic velocity)라고 부른다.
이러한 전기장에 의하여 입자가 전기영동하는 동안 이중층(double layer)에서 슬립이 일어나는 유체역학적 면이 나타나게 되는데, 즉 다시말해 파티클이 이동할 때 압축된 고정층(stern layer)은 파티클과 같이 움직이게 되지만, 이온확산층은 액상과 같이 움직인다.
좀더 자세히 보면 shear plane에서 미끄러지는 면이 생기고 이 경계면에서의 전기적인 포텐셜을 제타포텐셜(zeta potential; ζ)이라 부르고 전기운동역학의 성질로부터 계산 할 수 있다.
Liquid의 한 부분에 전기장을 가해줌에 따라 그 결과 colloid의 drift velocity를 측정함으로써, colloid의 이동도와 제타포텐셜이 측정될 수 있다

2015.07.09.목

Experimental section
Synthesis of Mg–-Ti–-Ni–-Au Janus micromotors
1. base가 되는 Mg particles 준비.
2. glass slides에 Mg particles을 올리고 Temescal BJD 1800 E-beam Evaporator 로 20nm titanium layer at 1Å/s, 10nm gold layer at 1Å/s 코팅.
3. ethanol에서 간단한 음파처리 후, janus particle이 에탄올에 해리.
4. 사용 전까지 순수 에탄올에 저장.

Micromotor modification
1. 1mM octadecanethiol(pure ethanol) 에 1시간 동안 담금.
2. ethanol로 세척 후 원심분리(6000rpm for 2min)

• Electron Beam Evaporation Technique Vs. Sputtering
  

PVD [ Physical Vapor Deposition ]
드라이 플레이팅이라고도 한다. 진공 중에 금속을 기화시켜 기화된 금속 원자가 산화하지 않은 채, 방해물 없이 피도금물에 도금이 된다.
(1) 진공 증착법,
(2) 스패터링법,
(3) 이온 플레이팅법
으로 분류된다. PVD법은 알루미늄, 티탄이나 고융점 재료의 도금이 가능하고, 진공 중에 금속과 비금속 원자를 이온화하여 반응시키면, 탄화 티탄, 질화 티탄, 알루미나, 질화 알루미늄, 탄화 규소 등의 내마모성, 내열성, 그 외 기능성이 있는 화합물 피막을 도금할 수 있다.

IDEA토론

2015.07.01.수

• 금입자에 SiO2 코팅

http://nanocomposix.com/collections/silica-coated-gold

• Grubbs' catalyst를 SiO2표면에 붙임

• monomer와 촉매가 ROMP(RingOpening Metathesis Polymerization)반응하여 용매 내 monomer의 농도가 낮아져 농도차구배로 모터의 이동

2015.06.30.화

• 여러 논문을 읽고 idea를 내보려했으나 정확히 나오진 않음

논문공부

2015.07.17.금

진공증착이란
박막을 제조하는 기술은 크게 물리적 방식을 이용하는 Physical Vapor Deposition(PVD)과 화학적 방식을 이용하는 Chemical Vapor Deposition(CVD)로 분류. PVD는 CVD에 비해 작업조건이 깨끗하고, 진공상태에서 저항열이나 전자BEAM, LASER BEAM 또는 PLASMA를 이용하여 고체상태의 물질을 기체상태로 만들어 기판에 직접 증착시키는 박막 제조방식

Electron beam evaporation

deposition chamber는 반드시 적어도 7.5 x 10−5 Torr (10−2 Pa) 이하여야한다. electron gun으로부터 나온 전자가 도가니에 있는 물질을 때리기 위해서이다.
Electron beams은 열전자 방출, 전계전자 방사, anodic arc method 등의 방법으로 발생.
생성 된 전자빔은 높은 운동 에너지로 빠르게 가속하여 높은 운동에너지를 가지고 evaporation material을 향해 간다. evaporation material을 가격 후 전자는 빠르게 에너지를 잃고 그 운동에너지는 evaporation materail과의 상호작용에 의해 다른 형태의 에너지로 변환된다. 생성된 열에너지는 증착물질을 녹이거나 승화시키기 위해 가열시킨다. 온도와 진공 레벨이 충분히 높아지면 증기는 용융 또는 고체에서 발생한다. 얻어진 증기는 표면을 코팅할 수 있다.

• 장점
  • 증착속도가 빠르다 (5nm/sec가능)
  • 고융점 재료의 증착 가능
  • Multiple deposition 가능
• 단점
  • X-RAY 발생
  • E-beam source 위에 원자의 농도가 크므로 와류 또는 discharge가 심하다.

2015.07.08.수

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Janus_particles

Mg 코팅하기
3가지 방식 1.masking
1.균질 나노 입자는 단 하나의 반구가 노출되는 방식으로 또는 표면 상에 배치
2,3. 노출된 면을 chemical에 노출
4.masking agent제거, janus nanoparticle 방출

• phase interface method은 섞이지 않는 액체 계면에 균일한 nanoparticle을 trapping하는 방법이다.

2015.07.05.일

Seawater-driven magnesium based Janus micromotors for environmental remediation

janus micromotor의 추진 연료로서 해수의 사용을 설명.
 new micromotor는 생분해성이고 친환경적인 magnesium microparticle과 nickel-gold 이중층(passivation)으로 구성된다.
macrogalvanic corrosion과 chloride pitting corrosion 과정을 사용하는 이러한 바닷물 동력 micromotor는 수용액상에서 다양한 활용을 위한 효과적이고 지속적인 추직력을 
제공하는 외부의 연로의 필요성을 제거할수 있다.

• macrogalvanic corrosion
  서로 다른 금속이 접촉하여 한쪽 금속의 산화를 촉진시킴으로써 일어나는 부식이다. 이러한 부식작용을 역이용하여 부식을 막을 수도 있으며 이를 음극보호 또는 음극방식이라고 한다.
• passivation 부동태화
  금속의 부식(腐蝕) 생성물이 표면을 피복함으로써 부식을 억제하는 경우의 현상. 안정된 부식 생성물의 피막이 표면에 치밀하게 또한 상당한 두께로 생성된 경우

수소방울 추진 바닷물 동력 Janus Mg-based micromotor의 도식화이다. Mg particles의 평균적인 크기는 30㎛이고 e-beam evaporation(전자빔)에 의해 비대칭적으로 코팅되었다. 바닷물에 넣자마자, 자발적인 산화-환원반응이 일어난다. 수소 기포를 생성하는 물의 감소를 위해 Mg 표면에서의 산화를 포함.


time-lapse images( 1초간격으로 4초동안)


gold layer의 존재는 Mg-based micromotor에 매우 중요한 역할.
Au-Mg system 이 Ag-Mg system보다 더 빠르고 Mg의 소멸에 영향을 더 준다.
또한 음이온종류의 상호작용에도 영향을 받는다.




예상대로 높은 chloride 농도에서 더 빠른 반응이 일어났다.

2015.07.02.목

Simple Method for the Preparation of Colloidal Particle Monolayers at the Water/Alkane Interface

물/Alkane 인터페이스에서 콜로이드 입자 단일 층의 제조에 대한 간단한 방법

• 단순분산계 콜로이드 입자의 단일층monolayers은 자가조립으로 형성된다. 이러한 방법에 대해 수년간 연구해 왔지만 물/공기 interface에서 콜로이드 입자의 응집과 행동에는 여전히 부족한점이 있는것을 알수 있었다.

• 유리를 물바닥에 두고 hexane과 물 두층 사이에 코팅할 물질을 단층monolayer로 완전히 덮은 후 유리에 monolayer가 덮일 수 있도록 비스듬히 집어낸다.

2015.06.29.월

Dirct observation of stepwise movement of a synthetic molecular transporter

• ABSTRACT

합성분자운반체의 단계적인 움직임의 직접적인 관찰 직접적인 조립과 track, motor,fuel, DNA로 부터 만들어진 모든것들로 구성된 분자 수송 시스템의 Watson-Crick base-pairing을 사용함으로써 나노scale로 조절된 motion을 취할수 있다. 2차원의 scaffold위에서 100nm 길이 dna track을 조립하고, 자체적으로 track의 한쪽끝에서 채워진 DNA motor가 움직이는 것과 지속적인 평균속도로 track의 모든 거리를 따라 (16의 연속적인 단계)움직이는 것을 보여준다.
AFM으로 single motor의 개별적인 움직임을 직접적으로 관찰할수 있고, 이것의 작동의 기계적인 상세함을 알수 있다.
이 정확히 조절된 long-range transport는 track과 motor의 nucleotide 서열로 암호화된 지시에 의해 계획된 시스템의 개발로 이끌수 있다.
이러한 시스템은 리보솜에서 분자 조립라인으로 창조될수도 있다.

2015.06.24.수

A Precisely Controlled DNA Biped Walking Device

DNA로부터 만들어진 walking device의 정확한 조절
이 논문은 DNA로부터 만들어진 molecular walking motor의 실험의 실현을 제시. 이 walking device는 두발로 걸을 수 있도록 구성되어있고, 그 트랙이 있다. input DNA strand는 앞으로 또는 뒤로 보행을 정밀하게 제어 할 수있는 편리한 인터페이스 역할을합니다.

그림1 : Cartoon of th e biped system with DNA bas sequence included

• 갈색부분은 foot 으로 움직이는 dna
• 파란색 부분은 foothold로 track
• linker 는 flexible 하며 상보적이지 않고, 약 2nm size
• 하얀부분은 set strand로 foot과 footpath를 이어줌
• 빨간부분은 psoralen group으로 cross-linking 역할
• SS1A,SS2B의 나와있는 부분은 toehold로 foot or foot hold와 상보적이지 않아야한다.

그림2

• Cartoon depiction of biped system taking a full step.

그림3

• foot과 foothold와 setstrand 사이의 연결을 보여줌

2015.01.17.sat

pH-induced morphology-shifting of DNA-b-poly(propylene oxide) assemblies

pH에 의해 유도된 DNA-b-poly(propylene oxide)조립의 형태적 변화

• 디자인된 DNA서열은 배지내에서 pH변화에 대해 DNA-b-poly(propylene oxide)가 diblock, triblock 사이의 변화를 일어나게 할수있습니다.

결과적으로 spherical micelles로부터 nanofiber(나노섬유: 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세(超極細)실)로의 형태적 변화를 유도한다. 이 과정은 가역적이며 CD, TEM 형광실험에 의해 증명된다.

• 주변환경의 자극에 반응하여 형태적변화를 일으키는 smart self-assembled nanomaterials의 생성물은 근본적인 연구뿐만아니라 nanotechnology와 drug delivery의 활용에서도 주목받고있다.

2015.01.03.sat

Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes

Nanoscale 삼차원형태에서 DNA의 자가조립

• 분자적 자기조립은 간단한 구성으로부터 nanosize의 정밀도로 complex structures을 상향식 경로(bottom-up)를 이용해서 만들어집니다.
• DNA는 2차원 구조, nanotube, 삼차원의 wire-frame 나노 다면체를 포함하여 각자의 물질이 작동가는한 구조의 다용도 building blokck이 됨을 입증해왔습니다.
• 이 논문에서는 honeycomb lattice(벌집격자 =육각구조)를 가지고 DNA helices의 삼차원 형태의 구조를 만드는 방법을 증명합니다.
• 대략 6모형의 나노구조 조립(Fig2)(사진첨부는 나중에하겠습니다ㅠㅜ)

(a.monolith, b.square nut, c.railed bridge, d.genie bottle, e.stacked cross, f.slotted cross)

3차원 자기조립은 DNA Origami를 통해 만들어짐.

• DNA Origami 란 자기조립을 이용한 대표적 bottom-up 방식. 기본골격이 되는 긴 단일 DNA사슬(Scaffold)에 짧은 상보염기가닥(staple)간의 상호작용을 이용하여 scaffold에 특정한 staple을 혼합해 준 다음 annealing하여 부착시키는 방법으로 원하는 형태의 구조물 제작 가능.

• 삼차원 DNA Origami의 설계
• 조건에 따라 다른 DNA의 접힌상태 분석(Gel electrophoresis, TEM)
• 삼차원 DNA의 계층조립

Three dimensional origami구조는 접근이 불가능한 평평한 2차원적 구조에서 공간적으로 증가된 3차원 범위의 구조로 확장되어야합니다. 예를들어 polymerase, 리보솜, chaperone, modular synthases와 같은 자연적인 생합성기구는 3차원적 scaffolding을 복잡한 생산물의 조립을 조절하기 위해 사용됩니다. 이 편리하고 보편화 가능한 기술을 사용하여 DNA를 사용자 정의모양의 3차원적 구조로 조립하기위해 좀 더 연구가 필요합니다.

발표준비

세포골격은 세포 내의 몇가지 움직임에 관여

세포의 이동 은 세포의 위치 이동을 뜻함 세포골격과 운동단백질(motor protein)의 상호작용에 의해 이뤄짐
세포골격과 운동 단백질은 세포막 분자들과 함께 작용하여 모든 세포들이 세포 밖의 섬유소를 따라 이동 할 수 있게 함. 운동 단백질은 편모와 섬모에 있는 미세소관을 붙잡고 이들을 서로 미끌어지게 하여 섬모나 편모가 움직이도록 한다. 미세섬유를 포함한 비슷한 기작이 근육 수축에서 관찰. 세포 안에서 소낭은 놀이기구가 트랙을 타고 가듯이 세포 골격을 따라 목적지를 향해 이동.

섬모와 편모

진핵세포에서 미세소관의 특이한 배열은 운동 부속지로 알려진 편모와 섬모의 운동과 관련
많은 단세포성 진핵생물은 섬모와 편모를 이용하여 물속에서 이동하며, 동물의 정자, 조류, 그리고 몇종류의 식물에서도 편모가 관칠. 섬모나 편모가 조직층에서 뻗어 나와 있다면 조직 표면의 액체를 이동시킬 수 있다.
섬모와 편모의 움직이는 양상이 서로 다르다
편모는 그것의 중심축과 같은 방향으로 힘이 작용하는 파동운동
반대로, 섬모는 노와 같이 작용하는데, 힘차게 섬모를 젖히면서 나오는 힘(alternating power)과 섬모가 다시 원 위치로 돌아가는 것(recovery stroke)을 반복함으로써 섬모 축과 수직 방향으로 이동에 필요한 힘을 만들어 낸다.
[생명과학 8판 p.114-117]

운동단백질

ATP의 가수분해에너지를 이용하여 액틴필라멘트 또는 미소관을 따라 운동함으로써 물질을 수송하는 단백질의 총칭. 액틴의존성 모터단백질과 미소관의존성 모터단백질의 2가지 형으로 구분한다. 액틴의존성 모터단백질은 미오신이 이에 해당한다. 미오신의 운동은 액틴의 화살 끝(pointed end)에서 반화살 끝(barbed end)방향으로 이루어진다. 근육의 수축은 액틴필라멘트 상을 미오신필라멘트가 이동함으로써 일어난다. 또한 식물세포에서의원형질유동은 세포 내에 고정화된 액틴필라멘트 상을 막구조체를 결합한 미오신이 이동함으로써 야기한다. 미소관의존성모터단백질은, 디네인과 키네신이 이에 해당한다. 디네인은 미소관 +끝(중합 및 탈중합이 활발한 끝)에서 -끝(중합 및 탈중합이 활발하지 않은 끝) 방향으로 운동한다. 진핵생물의 편모·섬모의 경우,1개의 미소관에 결합한 디네인이 인접하는미소관 상을 운동함으로써 미소관 사이에 어긋남이 생겨 편모와 섬모의 굴곡이 야기된다. 또한 신경축삭 속에서 +끝을 축삭말단방향으로 -끝을 세포체 방향을 향해 배향하고 있는 미소관 상을 수송해야 하는 물질을 포함한 막소포와 결합한 디네인이 -끝의 방향으로 운동함으로써 역행성 축삭내 수송이 이루어진다. 키네신은 미소관상을 +끝방향으로 운동함으로써 순행성 축삭내 수송을 한다.

[네이버 지식백과] 운동단백질 [motor proteins, 運動蛋白質] (생명과학대사전, 2008.2.5, 아카데미서적)