다아라 매거진 _ 2017.10

기술뉴스

[Technical News]세포 속에서 빛이 나오는 산화철 광열제 개발

광열치료 시 치료 위치를 실시간으로 보는 치료제 발전 기대

[Technical News]세포 속에서 빛이 나오는 산화철 광열제 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
산화철 나노입자-고분자 복합체의 광반응에 의한 π-공액고분자 변형과 형광 발광현


한국연구재단(이사장 조무제)은 김영근 교수(고려대) 연구팀이 세포속에서도 형광이 나와, 광열치료의 치료위치를 실시간으로 볼 수 있는 산화철 광열제 기술을 개발했다고 밝혔다.

그동안 광열치료에서는 금(Au) 나노입자를 주로 연구해왔다. 금 나노입자는 가시광 및 근적외선 빛 흡수에 의해 열이 쉽게 나기 때문이다. 그러나 낮은 조도에서 효과가 낮고, 금 나노입자 표면을 화학적으로 변형시키는데 사용되는 결합은 온도가 높아질수록 안정성이 떨어졌다. 따라서 최근에는 산화철 나노입자가 광열제로서 부각되고 있다.

연구팀은 근적외선 파장의 레이저를 쬐어 산화철 나노입자의 광열효과를 유도했다. 이로 발생하는 열이 나노입자 주변에 있는 고분자의 탄소사슬 구조를 변형해 파이(π)-공액 구조를 가지는 새로운 공액고분자 구조를 형성시킴으로써 강한 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

나노입자를 세포에 흡수시켜 광열효과를 유도하는 경우도 형광이 나타났다. 세포내에 유기물질이 고분자의 역할을 해 π-공액 구조로 변형됐기 때문이다. 또한 레이저의 세기와 나노입자의 농도 및 크기를 조절했을 때에 형광의 세기가 달라졌다. 나노입자의 크기가 크고 농도가 높을수록 형광이 강하게 나타났다.

김영근 교수는 “이 결과는 산화철 나노입자가 광열치료에 응용됐을 때, 부분적으로 치료가 일어나는
위치를 실시간으로 볼 수 있음을 의미한다”며, “비수술 방식의 새로운 분야를 개척하기 위한 광열치료기술의 가능성을 제시한다”고 연구의 의의를 밝혔다.김 교수에 따르면, 이번 연구결과를 통해 안정적인 생체 적용 광열제로서 사용이 가능하며, 광열치료와 동시에 치료 부위의 확장 또는 축소를 결정하는 데 도움이 되는 시각화된 기법의 가능성을 보여준다.

광열치료를 위한 광열제 개발 시 나노입자의 소재, 형태, 크기 및 생체 적용 농도 등 결정 기준을 제시할 수 있다.

산화철 나노입자와 고분자의 복합체를 형성하고, 고출력 펄스 레이저를 조사해, 고분자의 사슬구조 변화를 유도해 무기-유기 나노복합형광체를 제조할 수 있다.

나노복합 형광체는 자외선 내지 청색 여기(勵起) 광에 의해 백색 형광 특성을 제공할 수 있으며, 조사되는 펄스 레이저의 출력 또는 나노입자의 크기, 형태, 농도 등에 의해 형광 특성을 제어할 수 있다.

김 교수는 “암세포의 물리적 특성에 기반 한 임상적용 가능 세포 물성측정 시스템 도출하고 물리-화학적 생장환경 변화와 암 전이 기작에 대한 새로운 해석 및 암세포 성장 억제를 위한 예방과 치료를 위한 새로운 기술 개발 및 구현하는 것이 목표이다. 나노구조에 의한 생체환경을 모사하고 물리적 생장환경 변화에 의한 새로운 암 전이 기작을 해석해 체내 암 전이 현상에 대한 이해뿐만 아니라 암세포 성장 억제를 위한 예방과 치료를 위한 새로운 기술 개발에 활용할 수 있는 시스템을 구축하고자 한다”고 언급했다.

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