무독성 나노입자를 활용해 암세포 등 다양한 신체 조직세포를 더욱 선명하게 관찰할 수 있는 기술이 개발돼 향후 초정밀 진단치료가 가능할 것으로 기대된다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 무독성 반도체 나노입자를 활용해 고해상 생체 광학영상 구현에 성공했다고 18일 밝혔다.
크기 변화에 따라 다양한 색의 형광이 나타나는 반도체 나노입자를 인체에 적용해 생체 내에서 광학영상을 구현하고 이를 질병진단 기술로 응용하고자 하는 노력은 1990년대 후반부터 이어졌다. 하지만 반도체 나노입자를 구성하고 있는 카드뮴, 납, 비소 등의 유해원소들로 인해 인체 적용이 불가능하다고 인식돼 왔다.
나노입자 연구단은 기존 중금속 기반 나노입자 대신 독성이 적고 인체 구성 필수원소인 아연과 황으로 구성된 황화아연 나노입자를 합성한 뒤 여기에 소량의 망간 이온을 덧씌우는 방식으로 매우 밝은 오렌지색 인광을 구현했다.
또 이번에 합성한 오렌지색이 발광하는 황화아연 나노입자가 '삼광자(三光子) 현상'이라는 특이한 양자역학적 성질을 갖고 있다는 사실도 발견했다. 삼광자 현상은 양자역학의 '하이젠베르크 시간'에서 세 개의 광자가 물질과 상호작용하는 현상으로 이를 이용해 연구진은 기존 근적외선 광학 현미경의 해상도 한계를 뛰어넘는 고해상도 생체광학영상을 얻었다.
연구단은 유방암만 선택적으로 인식하는 펩타이드 항체와 나노입자 표면을 결합시킨 후 암이 이식된 쥐에 주사 투여해 암조직 주변의 혈관 및 암세포를 2마이크로미터(㎛) 이하 크기까지 구별할 수 있는 고해상도 광학영상을 얻어냈다.
연구책임자인 현택환 단장(사진)은 "조직을 세포수준으로 관찰해 질병 악성과 전이 정도 등을 정밀 진단하고 정상조직과 질병조직의 명확한 경계를 제시할 수 있는 등 기존 영상 진단 기술과 상호보완적으로 더 많은 병리학적 정보를 제공해 더욱 정확한 질병진단 및 치료를 가능케 할 것으로 기대된다"고 말했다.
박지현 기자
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