암 세포 찾아내는 다색 형광물질 세계 최초 개발

형광을 나타내는 나노입자는 바이오센서나 바이오이미징 등 광범위하게 활용될 수 있기 때문에 생체 내에서 안전하면서도 다양한 형광색을 갖는 물질 개발에 활용되고 있습니다.

대표적인 형광 나노입자로는 양자점이란 반도체 결정체가 있는데, 이들은 크기에 따라 여러 가지 고유한 형광을 나타내는 특징이 있습니다.

그러나 양자점은 카드늄 같은 중금속 원소를 활용함에 따라 생체 내 독성이 생길 수 있는 안전상의 문제를 갖고 있습니다.

또 다른 접근 방법으로 탄소를 기반으로 한 나노입자 개발이 진행되고 있는데, 열분해 방식이나 레이저를 이용하여 제작함에 따라 합성과정이 어렵고 생체응용을 위해 추가적인 표면처리 과정을 필요로 하는 단점이 있습니다.

■ 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 정봉현, 정진영 박사팀이 세계 최초로 다양한 형광색을 나타내는 풀러렌 나노입자를 개발했습니다.

풀러렌(fullerene, C60)은 60개의 탄소로 이루어진 탄소 나노물질로, 크기가 약 1 나노미터로, Smally 박사팀은 풀러렌을 발견한 공로로 1996년 노벨상을 수상한 바 있습니다.

풀러렌(C60) 구조

연구팀은 풀러렌을 이용해 생체 친화적이며 다양한 형광을 나타내는 나노입자를 세계 최초로 개발했습니다.

이번에 개발한 나노입자는 플러렌에 테트라에틸렌 글라이콜(tetraethylene glycol)를 결합시켜 만들어졌습니다.

물에 잘 안 녹는(소수성) ‘풀러렌’에 물에 잘 녹는(친수성) ‘테트라에틸렌 글라이콜’을 혼합한 후 촉매제인 리튬 하이드록사이드(LiOH)를 이용하여 제조한 형광 풀러렌 나노입자의 구조 및 개요도. 풀러렌의 농도에 따라 풀러렌 한 개당 결합된 테트라에틸렌 글라이콜의 수가 달라지며, 개수가 적을수록 붉은색에 가까운 형광을 띔

다양한 색을 나타내는 수용성 형광 풀러렌 나노입자와 각 대표색의 나노입자를 주입한 암세포 내 형광 이미징 사진

연구결과 물에 잘 녹는 성질을 갖는 동시에 형광이 약한 풀러렌 입자의 형광을 크게 증가시켜 형광물질로서 사용이 가능해 기존의 복잡한 공정으로 만들어지는 나노입자보다 간편하면서도 생체 응용을 위한 추가 표면처리가 필요 없는 장점을 갖췄습니다.

또 두 결합 물질의 농도 비율에 따라 풀러렌 나노입자의 형광색이 파랑에서 주황까지 다양하게 나타나고, 이러한 풀러렌 나노입자는 세포독성 적어 세포이미징에도 활용 가능할 전망입니다.

이번 연구결과는 재료 분야의 세계적 권위지인 '어드반스드 머트리얼(Advanced Materials)'지 3월 19일자 온라인 속보판에 게재됐고, 국내외 특허 출원됐습니다.
(논문명 : Color-tunable photoluminescent fullerene nanoparticles)

 용  어  설  명

양자점(Quantum Dots) :
화학적 합성 공정을 통해 만든 나노미터 크기의 반도체 결정체로서 초미세 반도체, 디스플레이 등의 분야에서 다양하게 활용될 수 있음

풀러렌(fullerene) :
탄소 동소체 중 하나로 60개의 탄소가 육각형과 오각형으로만 이루어져 있으며 1985년 Smally 박사에 의해 처음 발견된 이후로 구조와 물리화학적 특성이 활발히 연구되고 있는 분자이다.
독특한 대칭구조에 의한 반도체성 특성을 나타내며 자외선의 빛을 잘 흡수하며 전자전달특성이 뛰어나 태양전지의 재료로도 활용되고 있다.
뿐만 아니라 작은 크기(약 1nm)를 이용하여 약물이나 생체분자를 운반, 전달하는 등 생물/의약학 분야에도 활용되고 있다. 

바이오이미징 :
세포나 조직의 특성 및 활성을 관찰하기 위해 세포나 조직에 형광물질을 주입하여 현미경을 통해 관찰하는 기술로 최근 형광 나노입자를 적용하는 연구가 활발히 진행중이다.

재료학회지 'Advanced Materials' :
Willey 사에서 발행되는 재료분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 학회지(IF값 10.88)

<정봉현 박사>  1959년생 주요 학력   1978-1982 서울대학교 공과대학 화학공학과(학사)   1982-1984 한국과학기술원 화학공학과  (석사)   1983-1987 한국과학기술원 화학공학과  (박사) 주요 경력   ○ 1990 - 1991 : California Institute of Technology, Post-Doc   ○ 1987 - 2000 : 한국생명공학연구원 선임연구원/책임연구원   ○ 2001 - 2003 : 한국생명공학연구원 융합생명공학연구실 실장   ○ 2003 - 2005 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 센터장   ○ 2006 - 2008 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구단 단장   ○ 2008 - 현재 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 센터장 연구분야   ○ BioNanotechnology(바이오나노)   ○ Biochip/Biosensor(바이오칩/바이오센서)   ○ Nanomedicine(나노메디슨) 주요 연구업적   ○ 국제학술지 160편   ○ 국내학술지 50편   ○ 특허 출원 및 등록 120건