광감응형 형광스위칭 나노입자 개발

김세훈 KIST 박사·박종래 서울대 교수팀 공동 연구

김세훈 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 광감응형 형광스위칭 나노입자를 개발했다.
 
한국연구재단은 한국과학기술연구원(KIST) 김세훈 박사팀과 박종래 서울대학교 재료공학부 교수팀이 공동으로 자외선이나 가시광선에 반응해 형광스위칭을 일으키는 형광나노입자를 개발했다고 7일 밝혔다.
 
이 형광나노입자가 조영제로 응용될 경우 영상의 감도를 높일 수 있어 암조직 등 생체 내 표적기관 진단의 정확성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술 파이오니어사업의 지원으로 수행되었고 연구결과는 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈지 지나낟ㄹ 18일자 표지논문으로 게재됐다.

항상 형광이 방출되는 기존 조영제는 표적기관 이외 주변조직에서도 형광신호를 발생시킬 수 있어 고감도 조영에 한계가 있었다.
 
빛에 노출된 생체조직에서 자연적으로 발생되는 자가형광에 의한 신호잡음 역시 형광 조영기술이 해결해야 할 과제였다.

연구팀은 불투명한 인체조직에 대한 투과성이 높은 근적외형광을 방출하는 고분자와 빛에 따라 색깔이 변하는 광변색염료를 이용해 형광스위칭이 가능한 나노입자를 개발했다.
 
이 나노입자를 생쥐에 투여해 자외선을 조사한 결과 생쥐의 감시림프절에서만 강한 근적외형광이 포착되는 것을 확인했다.
 
형광을 껐다 켰다 할 수 있어 자가형광이나 주변조직에서 발생할 수 있는 불필요한 형광을 배제해 신호잡음을 최소화하면서 형광조영의 감도를 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.
 
연구 결과의 핵심은 직경 5nm 이하의 나노입자 형태로 π-공액고분자와 광변색염료를 집적시켜 두 물질 간 에너지전이가 원활히 일어나도록 한 데 있다.
 
π-공액고분자는 탄소 원자들의 단일결합과 이중결합이 번갈아 반복되는 사슬 구조의 고분자로 π-전자가 일정 수준에서 자유롭게 움직일 수 있어 구조에 따라 전기전도성, 형광 등의 유용한 특성을 지닐 수 있다.

자외선이나 가시광선에 노출된 염료가 색깔이 변하면 고분자에 영향을 미쳐 고분자에서 근적외형광이 발생되는 것을 차단하거나 반대로 촉진하는 방식으로 형광스위칭이 일어난다.
 
개발된 입자는 동물실험에서 독성이나 이상반응을 야기하지 않아 향후 형광조영을 목적으로 한 임상적용 가능성이 높은 것으로 나타났다.
 
김 박사는“형광스위칭기법을 이용해 생체 내 존재하는 자가형광의 간섭을 배제함으로써 다양한 질병에 대한 진단 및 치료에 활용될 형광조영기술이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.