問題一覧
1
3aM농도의 A용액 10uL에는 몇 개의 A가 존재하는가?
18개
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10um3 부피의 정육면체 1개와 10nm3으로 이루어진 10um3 크기의 정육면체의 표면적은 몇 배 차이나는가?
1000배
3
Top-down approach와 bottom-up approach의 차이점을 서술하시오.
-
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Explain that why control of nucleation is important for preparing uniform particles?
Growth와 nucleation 단계를 구분하지 않고 합성할 경우, 성장시간이 다른 입자들이 혼합되어 균일한 사이즈의 입자들을 얻을 수 없기 때문이다.
5
Explain the inhibition of additional nucleation during growth using below figure.
Nucleation이 일정시간 이후에 발생하지 않도록 조절하여 particle의 개수가 증가하지 않고, growth가 진행됨에 따라 입자 간 사이즈 편차가 감소하게 된다.
6
Explain the methods for preparing uniform particles in the burst of nucleation step.
1. Inhibition of additional nucleation during growth : nucleation이 일정 시간 이후에 발생하지 않도록 조절하여 사이즈를 균일하게 하는 방법. 2. Complete seperation of nucleation and growth : nucleation step과 growth step을 완전히 구분하여 입자를 균일하게 하는 방법. 3. Nucleation in template : 콜로이드를 이용한 template를 통해 입자가 일정크기 이상으로 성장하지 않도록 하는 법.
7
Explain Ostwald ripening & sintering and compare them.
Ostwald ripening: monomer의 농도가 낮은 조건에서 작은 입자에서 monomer가 나와 큰 입자로 이동하여 입자간 크기 편차가 커지는 현상 Sintering: 입자들이 표면적을 감소시키기 위해 입자들끼리 붙는 현상. 큰 입자들 틈에 더 작은 입자가 틈을 메꾸어 뭉친다. - Ostwald ripening은 monomer 농도를 유지함으로써 감소시킬 수 있고, sintering은 입자끼리의 뭉침 현상을 막는 방법을 사용해야 한다.
8
What is DLVO theory?
정전기적 반발력과 van der waals 인력을 입자간 거리에 따라 조절하여 입자들이 뭉치지 않도록 하는 이론
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Describe 2 methods to prevent aggregation of nanoparticles.
1. Electrostatic stabilization : 표면에 이온을 흡착하여 입자들간 정전기적 반발력을 통해 뭉치지 않도록 하는 방법 2. Steric stabilization : 표면에 bulky한 물질을 감싸도록 하여 뭉치지 않도록 하는 방법.
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Please provide the names of two representative synthesis methods for silica nano particles and compare them.
1. Stober method: Inhibition of additional nucleation during growth 방법으로, 큰 사이즈의 NP를 만드는데 유용하다. 2. Microemulsion: Nucleation in template 방법으로, 작은 사이즈의 NP를 만드는데 유용하다.
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Q1. Among the three methods below, which method of the Stober process produces particles of uniform size? a. Inhibition of additional nucleation during growth b. Complete separation of nucleation and growth c. Nucleation in template Q2. How was aggregation prevented in the stober method? a. Electrostatic stabilization b. Steric stabilization c. Both Q3. The Stober method exhibits a significant correlation between time and particle size. ( O / X ) Q4. (a) When a large amount of TEOS (silica source) is added in the Stober method, the size of the produced nano particles: a. Increases b. Decreases c. Varies depending on the case d. Remains unchanged (b) Explain why.
a/a/O/c/ TEOS의 농도 외에도 H2O, NH3, ETOH 농도, 반응온도 등 복합적 요소가 관여하기 때문이다.
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Q1. Among the three methods below, which method of the microemulsion process produces particles of uniform size? a. Inhibition of additional nucleation during growth b. Complete separation of nucleation and growth c. Nucleation in template Q2. How was aggregation prevented in the microemulsion method? a. Electrostatic stabilization b. Steric stabilization c. Both Q3. The microemulsion method exhibits a significant correlation between time and particle size. ( O / X ) Q4. (a) In the microemulsion method, increasing the amount of ammonia dissolved in water results in the following effect on nano particle size: a. Increases b. Decreases c. Varies depending on the case d. Remains unchanged (b) Explain why.
c/b/X/a/ 촉매로 사용되어 template의 커지기 때문이다.
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Q1. -SH 작용기를 가진 silica NPs로 개질하려면 아래 시약 중 어떠한 시약을 사용하면 좋겠는가? Q2. (+)charge를 가진 silica NPs로 개질하려면 아래 시약 중 어떠한 시약을 사용하면 좋겠는가? Q3. MPTS, APTS 기를 실리카 표면에 도입할 때 반응속도의 차이는?
1. McPTS 2. APTS 3. APTS의 NH2의 (+) charge로 인해 더 빠른 반응속도를 보일 것으로 예상된다.
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실제 antibody를 도입할 때는 아래 (1)처럼 실리카에 NH2를 도입하기 보단, 아래 (2)처럼 실리카를 active ester 구조로 만들고 난 후, antibody의 NH2와의 반응을 통해 antibody를 도입한다. 그 이유는?
단백질내 아민기가 대신 반응하여 원하지 않는 반응이 일어날 수 있기 때문이다.
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Explain active ester(NHS ester) reaction for bioconjugation on the NPs.
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Explain the click reaction for bioconjugation on the NPs.
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Q. 다음 질문에 답하시오. 1. Spacer의 역할은 무엇인가? 2. PEG가 많이 쓰이는 이유는? 3. 아래 분자에 어떤 functional group이 도입되겠는가? -1. SM(PEG)2 -2. NHS-PEG4-Biotin
1. Steric hinderance로 인해 발생하는 ligand와 target의 결합 장애를 막아준다. 2. 독성이 없고, 면역 반응을 일으키지 않는다. Hydrophilic 하다. 3-1. amine, thiol -2. amine, avidin
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100nm silica NP 합성을 위해 어떠한 방법을 사용할 것이며, 해당 나노입자를 특정 세포를 imaging하기 위한 용도로 antibody를 도입하려 한다. 이 때 어떠한 chemical 및 표면개질을 사용할 것인가?
100nm의 NP 합성을 위해서는 stober method를 사용할 것이며, APTS를 이용해 표면개질을 한다. active ester reaction을 사용해 antibody를 도입할 것이다.
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Find a frequency of a photon with a wavelength of 434nm.
6.91 x 10^14 Hz
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Q. Explain the words below a. Maximum excitation and emission wavelength b. Strokes shift c. Quantum yield d. FWHM
a. 물질이 최대로 흡수하는 빛의 파장과 가장 세게 방출하는 빛의 파장 b. 형광을 나타내는 물질이 방출하는 빛의 파장과 흡수하는 빛의 파장의 차이 c. 양자 효율, 물질이 빛을 흡수하여 형광을 나타내는 정도. d. Full Width at Half Maximum, 그래프의 최댓값에서 절반에 해당하는 부누의 그래프의 폭
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Describe the typical shortcomings of general fluorescence organic dye for the bio-application.
1. Photo bleaching: 시간이 지남에 따라 형광을 잃는다. 2. Spectral overlap: 방출하는 빛의 파장이 broad하여 색이 겹친다. 3.Complex optics: 빛의 흡수파장이 다양하여 광학기기가 복잡해진다.
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What are the expected advantages and disadvantages of dye-doped silica nanoparticles over general fluorescence organic dye.
A. advantages - Photo bleaching 현상이 감소한다. silica NP에 의해 둘러쌓여 있기 때문이다. B. Disadvantages - Complex optics - Spectral overlap
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When 6nm of QDs exhibits green fluorescent color, in the case of 9nm of QDs what color would it exhibit in general?
입자의 사이즈가 증가하면 band gap이 감소하여 방출하는 빛의 에너지가 감소한다. 그에 따라 red shifted된 색이 발현될 것이다.
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Describe the advantages of preparing a QD with CdSe based on the graph.
가시광선 영역 대부분의 색을 구현할 수 있고, 특정 색을 내기 위한 QD의 사이즈 조절이 상대적으로 용이하다.
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Describe the role of the surfactant in QD synthesis.
surfactant는 QD의 용매에 대한 용해도를 증가시키고, 입자들끼리 뭉치는 현상을 방지하는 역할을 한다.
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What are the benefits of core/shell type QD's structure?
물과 산소로부터 산화를 방지하고, 높은 양자효율을 보인다.
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Explain the semiconductor nanoparticles(Quantum Dots). (Including band gap theory, advantages and disadvantages)
bulk한 semiconductor는 작은 band gap을 갖는다. 하지만 입자 사이즈가 작아짐에 따라 band gap이 증가하여 다양한 색을 나타낼 수 있다.이를 이용하여 입자의 사이즈를 조절하여 원하는 색을 나타낼 수 있다. 장점: 색이 밝고, 다중 분석에 사용 가능하며 장시간 관찰 가능하다 단점: 잠재 독성이 존재한다. 표면 개질이 어렵다.
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Explain strong and weak points of the up-conversion NPs for imaging applications
a. Advantages - Autofluorescence가 없어 S/N ratio가 우수하다 - 조성변화를 통해 색을 조절하여 사이즈 조절을 할 필요가 없다. - photo bleaching이 없다. b. Disadvantages - 양자효율이 매우 낮다.
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Draw the optics of fluorescence microscope and explain the each components.
Dichoric mirror: 일정 파장 이하의 단파장의 빛은 반사하고, 장파장의 빛은 통과하는 거울 Excitation filter: 광원의 빛 중 일부분을 거르는 필터 Emission filter: 형광에서 관찰하고자 하는 것 이외의 빛을 거르는 필터
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Compare confocal microscopy vs. non-confocal fluorescence microscope.
confocal microscope는 laser를 사용하여 더 선명한 이미지를 얻을 수 있는 장점이 있다. filter가 필요하지 않으며, 렌즈를 조절하여 원하는 부분의 평면이미지를 얻을 수 있다.
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Compare 2-photon microscopy vs. general(1-photon) fluorescence microscope.
상대적으로 긴 파장의 빛을 이용하여 2step으로 excitation 시킨다. 따라서 2번 excitation 되는 부분만 형광이 발생한다. 깊은 곳까지 침투할 수 있다.
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색의 변화를 기반으로 한 검출법과 형광 기반 검출법의 비교시 장단점은?
- 색기반: 장치가 간단하고 빠르지만, 정량분석이 불가능 - 형광기반: 정량분석이 가능하지만 장치가 상대적으로 복잡하다.
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Q1. 생체 외의 바이오 실험에 있어서 혈액 중에 있는 특정한 단백질 양을 정량 검출하려고 한다. 형광유기염료, QDs, UP conversion 중 어느 물질을 사용할 것인지와 이유는? Q2. 생체 내 암 정밀검사를 위한 실험을 진행하려 한다. 형광유기염료, QDs, UP conversion 중 어느 물질을 사용할 것인지와 이유는?
1. 형광유기염료, 형광유기염료가 정량분석에 용이하기 때문이다. 2. UP conversion, 독성이 없기 때문이다.
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Q1. Describe the FRET. Q2. Describe the advantages of FRET based biosensor
1. Fluoresence Resonance Energy Transfer으로, acceptor의 maximum excitation wavelength와 donor의 maximum emission wavelength가 비슷할 경우, donor가 acceptor에게 에너지를 전달하는 현상. 2. 살아있는 세포를 실시간으로 관찰 가능하며, 해상도가 높다.
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Q1. Describe the GFP Q2. What are the expected advantages and disadvantages of GFP tags compared to Molecular Beacon Biosensor?
1. 해파리에 존재하는 특이한 단백질로, 초록색의 형광을 띤다. 2. - 안정하고, 다용도로 사용이 가능하며 정량분석이 가능하다. - 위치 의존성이 떨어지고, DNA 개질을 해야하므로 복잡하다.
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Q1. What is the role of citrate in the synthesis of Au NPs? Q2. When synthesizing Au NPs, increasing the amount of citrate will generally increase the Au NPs particle size produced?
1. citrate는 전자가 많은 음이온으로 Au에 달라붙어 환원을 일으키고, capping을 통해 뭉침을 방지하는 역할을 한다. 2. capping이 증가하여 금속을 감싸는 분자의 수가 많아지므로 NP의 사이즈가 감소할 것이다.
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Q. Explain each terms. a. Plasmon b. Surface Plasmon c. Surface Plasmon resonance d. PSPs e. LSPs
a. 금속 내의 자유 전자들이 집단 진동을하여 나타나는 입자 b. 금속 나노 입자의 경우 표면에 국부적으로 플라스몬이 존재하여 SPs라고 한다. c. 가시광선에서 근적외선의 빛의 전기장과 금속나노입자의 플라스몬이 짝지어 광흡수가 일어나 선명한 색을 띠는 현상. 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시킨다. d. 전파성 표면 플라스몬으로, 평면에서 전자들이 파동에 따라 뭉치는 현상. e. 국소화된 표면 플라스몬으로, particle에서 파동에 따라 플라스몬이 움직이는 현상.
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Q. Explain the Surface Plasmon Resonance Spectroscopy(Including advantages of SPR imaging).
- 빛이 프리즘에서 전반사 될 때 발생하는 evanescent wave를 50nm gold를 이용하여 증폭시켜 표면을 분석하는 방법. - 빠르고 실시간 분석이 가능하며, 리간드의 특이적 결합과 비특이적 결합을 구별할 수 있다.
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Q1. Describe the principle of a pregnancy diagnosis using gold nanoparticles. Q2. Describe the role of terminal line in pregnancy test.
1. target이 존재할 경우 금 나노입자와 결합한 뒤, 결과선에서 ligand와 결합하여 금 나노입자의 붉은 색을 띠게 된다. 2. 종결선이 나타난 뒤에도 결과선이 나타나지 않았다면, 충분한 시간이 지난 뒤이므로 target이 존재하지 않음을 알 수 있다.
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Q. Describe the typical advantages and disadvantages of a gold NPs based colormetric sensor.
a. Advantages - 간단하고 쉽게 관찰이 가능하다 - 비용이 저렴하다. b. Disadvantage - 정량분석이 어렵다. - 민감도가 낮고, dynamic range가 좁다.
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Q. Describe PRET and their application.
Plasmon Resonance Energy Transfer, 금 나노입자에 리간드를 부착한뒤, target이 결합하면 빛을 흡수하여 방출 스펙트럼이 변화하는 현상이다. 이를 이용해 cytochrome C를 검출할 수 있다.
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Q1. What is SEF? Q2. Guess what happens with 5nm, 15nm and 100nm distance between metals and fluorescent materials respectively.
1. FRET과 반대로 금속나노입자의 존재로 인해 형광의 세기가 증가하는 현상 2. 5nm: PRET 10nm: SEF 100nm: nothing happens
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Q1. What is SERS? Q2. Briefly describe the main mechanisms of SERS.
1. Surface-enhanced Raman scattering으로 Ag, Au, Cu 나노입자 표면에 부착된 분석물질의 Raman scattering을 증폭하는 효과 2. 물질 고유의 진동에너지를 보여주는 Raman scattering이 금속나노입자의 surface plasmon resonance에 의해 생성된 전자기장에 의해 Raman scattering이 증폭된다.
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Q. Currently, a lot of SERS based tagging material like a fluorescent materials are reported. What are the advantages of these SERS tagging materials over conventioanl fluorescence-based tagging materials?
Photo bleaching으로 영향을 받지 않는다. 또한 분석피크의 폭이 매우 좁아서 다중 분석에 유리하다.
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Describe the SERS applications.
금속 나노입자 'hot-spot'을 junction 시켜 형광을 증폭하는 방법.
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Describe the Plasmonic Photothermal Therapy(PPTT).
금 나노입자가 빛을 잘 흡수하여 열을 발생시키는 원리를 이용하여, 금 나노입자를 암세포에 targeting하여 결합시킨뒤, 열을 통해 암세포를 제거하는 방법.
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Q. Metal nanoparticles have been studied for therapeutic purposes. Describe applications for various treatments using metal nanoparticles.
- Photothermal drug delivery라는 약의 부작용을 최소화하기 위해 원하는 위치에서 원하는 약물만을 release시켜 효과적으로 암세포를 제거하는 방법. - 또한 위와 결합하여 drug delivery와 phototherapy를 동시에 적용시킬 수도 있다.
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Q1. Describe the Ferromagnetic materials. Q2. What is Curie temperature?
1. 자기장을 걸어준 뒤, 자기장을 제거해도 자성이 남아있는 물질 2. 온도가 증가함에 따라 남아있는 자성이 감소하게 되는데, 이 자성이 완전히 사라지는 온도.
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-
- Saturation magnetization: 63, 52 - Saturation remanence: 28, 22 - Coercivity of remanence: -200
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Q. What is ferrimagnetism?
자기장을 가했을때, 결정구조로 인해 자성이 일부 상쇄되지만 어느정도 자성을 띠는 물질.
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Q. What is supermagnetism?
크기가 매우 작은 single domain으로 자기장을 가했을때는 자성이 유지되지만, 자기장을 제거했을때 불안정하여 자성을 띠지 않는 물질
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60, 45 0 0
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Q. Why larger nanoparticles were produced when more surfactant was used in the synthesis of magnetic NPs using thermal decomposition method?
surfactant가 NP와 complex를 형성하면 반응속도가 감소하게 되는데 surfactant의 양이 증가하면 nucleation이 감소하여 NP의 사이즈가 증가하게 된다.
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Q. In MRI, compare T1 Relaxation and T2 Relaxation.
T1 Relaxation의 경우, 물이 검게 보이고 지방은 하얗게 보여 해부학적구조를 자세히 볼 수 있다. 반대로 T2 Relaxation의 경우 물이 하얗게 보이고 지방은 어둡게 보인다. 그에 따라 병적인 조직은 물을 많이 함유하고 있어 병변을 쉽게 관찰할 수 있다.
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Q. What are the expected advantages of using contrast agent and the requirements for contrast agent in MRI analysis?
MRI만으로는 가끔 관찰되지 않는 이상부분을 MRI에 민감한 contrast agent를 통해 찾아낼 수 있다. 화학적으로 안정해야 하며 독성이 없고, 추후에 잘 배출되어야 한다.
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Q. A lot of research on magnetic nanoparticles for MRI have been reported. What are the advantages of MRI using magnetic nanoparticles over conventional (Gd) analysis?
Gd의 경우 추후에 물과 반응 하여 오염되어 독성을 나타낼 가능성이 있다. Magnetic NPs는 독성이 없고, 표면에 다양한 화학물질을 코팅할 수 있다.
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Q. Compare MRI, CT and PET
a. MRI - 해상도가 뛰어나고 방사선을 사용하지 않는다. - 검사시간이 길고 체내에 금속이 있을 시 촬영이 불가능하다. b. CT - 싸고 빠르며, 움직이는 장기를 촬영할 수 있다. - 혈관, 조직을 파악하기 위한 조영제를 사용한다. c. PET - 방사선 약제를 정맥주사로 투여하여 질병의 정보를 얻는다. - 단순 염증과 암을 구분하기 어렵다.
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Q. What are the common requirements for magnetic particles to be used in biomedical applications?
독성이 없어야하고 화학적으로 안정해야 하며 사이즈가 균일할수록 좋다. 체내에 사용하기 위해 수용성이어야 한다.
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Q. What is His tag?
단백질 sequence 끝에 His 6개를 개질하여, 이 부분이 Ni과 특이적으로 결합하는 성질을 이용해 단백질을 분리하는 방법.
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Q. Magnetic nanoparicles have great potential for the bio-field. Describe the bio-application of magnetic nanoparitcles.
SERS와 같이 활용하여 target을 imaging하는 동시에 magnetic NPs를 이용하여 분리도 가능하게 할 수 있다.
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Q1. What are the advantages of polymer-supported catalyst over a typical homogeneous catalyst? Q2. What are the advantages of magnetic NPs combined catalyst over polymer-supported catalyst?
1. 촉매를 회수할 수 있어 재사용이 가능하고, 그로인해 부산물이 감소한다. 2. NP를 사용하여 반응속도가 빠르고 polymer 지지체로 인해 발생하는 입체 장애를 해소할 수 있다.
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Q. Draw below structure and reactions
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Q. What are the expected advantages of direct detection of target materials based on SERS compared to labeling method(ex. fluorescence or quantum dot-based sandwich immunoassay)?
label-free detection, unknown sample detectable but complex signal.
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Q. Compare the method of the ligand using SERS label free method and non-ligand using SERS label free method.(Please include advantages and disadavantages).
두 개 다 label-free 방법이나 ligand using SERS 방법의 관찰이 더 간단하다. 하지만 알고 있는 sample만 관측 가능하며 신호가 상대적으로 약하다.