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포스텍(총장 김도연)은 화학과 이인수<사진> 교수와 아밋쿠마(Amit Kumar) 박사가 UNIST 생명과학부 조윤경 교수와 수밋쿠마(Sumit Kumar) 박사와 공동연구를 통해 살아있는 세포 내에서 근적외선 빛에 의해 원격 작용하는 플라스몬-촉매-나노반응기를 개발했다고 17일 밝혔다.
약물을 개발하면 가장 먼저 세포 반응 실험을 하게 된다. 그중에서도 살아있는 세포를 대상으로 한 실험은 부작용이 없어야 하고 촉매 효율도 높아야 한다.
무엇보다 반응의 속도와 자극을 원격으로 제어할 수 있다면 실험에 더 효율적으로 사용할 수 있다. 이에 살아있는 세포 내에서 촉매 반응 속도와 자극을 원하는 대로 원격 제어할 수 있는 인공 촉매 반응기를 개발하는 것은 많은 과학자의 숙원과제였다.
연구팀은 이번에 살아있는 세포 내에서 근적외선 빛에 의해 작용하는 플라스몬-촉매-나노반응기(PINERs, plasmonically-integrated nanoreactors)를 개발했다.
이 나노반응기(PINERs)는 선택적으로 접근이 가능한 금, 팔라듐, 백금과 같은 귀금속 촉매 나노 결정(크기 약 2nm)을 가지고 중심부와 이 중심부를 둘러싸고 있는 플라스몬-금-나노 타원체(크기 약 15nm)로 구성된 이중 구성의 디자인(전체 크기 약 100nm)을 가지고 있다.
이 플라스몬-금-나노타원체는 원격으로 노출된 근적외선을 흡수해 광 에너지를 열로 변환시켜 반응성 전하 운반체를 생성할 수 있는 광학 나노 안테나로 작용한다.
이 원리를 통해 살아있는 세포에는 악영향을 미치지 않으면서 이 나노반응기(PINER)의 촉매 나노 결정에서 일어나는 반응을 극적으로 자극할 수 있게 된다.
이 나노반응기는 특정 세포 내에서 유기분자의 다양한 촉매반응을 가능하게 할 수 있는데 근적외선 빛을 에너지원으로 사용해 살아있는 세포에서 매우 가속된 촉매 반응을 수행할 수 있다.
이 나노반응기 기술이 상용화된다면 세포 내 다양한 화학적 결합의 형성·파괴 과정을 살펴볼 수 있고 유기 반응을 통해 세포 조직 내에서 치료약물의 효과, 부작용이 없는 약물 및 초정밀 진단 기술의 발견도 가능해 질 전망이다.
이 연구는 화학 분야 국제학술지 ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)지 2월호 표지논문(supplementary cover)으로 선정됐다.
이번 연구는 한국연구재단의 리더연구자지원사업과 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 수행됐다.
연구를 주도한 이인수 교수는 “연구팀이 개발한 나노반응기(PINERs)는 특정 세포 내 다양한 촉매 반응을 선택할 수 있고 속도를 제어할 수 있어 다양한 촉매 반응을 이용한 진단 및 치료 플랫폼으로 확장 개발될 수 있다”며 “생체 내 특정 질병 세포에만 활성화되고 약물로 전환되도록 유도할 수도 있어 독성을 최소화하면서도 약물의 효과를 극대화할 수 있다”고 연구의의를 밝혔다.
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입력 : 2019년 01월 17일(목) 18:09
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