한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 나노바이오측정센터 위정섭, 이태걸 박사 연구팀은 반도체 제작 공정을 응용하여 금 나노입자를 달걀프라이 형태로 적층하는 합성기술을 개발하였으며, 합성된 나노입자를 조영제로 사용하여 다양한 방식의 바이오이미징에 적용할 수 있음을 증명하였다.
참고) 바이오이미징 (Bio Imaging): MRI나 CT 등 다양한 진단장비를 통해 생체현상을 측정하고 영상화하는 기술로서, 검사 시 조직이나 혈관을 선명하게 볼 수 있도록 신체에 투약하는 의약품인 조영제의 역할이 매우 중요하다.
영상진단장비는 종류마다 측정되는 신호 생성의 원리가 다르기 때문에 조영제 또한 기존에는 영상장비마다 다르게 개발되었다. 따라서 다수의 장비를 활용한 복합 바이오이미징에서는 환자에게 조영제를 여러 번 투약해야 하는 불편함과 위험성이 있었다.
다른 특성을 가진 나노입자들을 결합하여 조영제를 개발하면 하나의 조영제로 복합 바이오이미징을 수행할 수 있다. 하지만 용액상에서 핵을 성장시켜 나노입자를 합성하는 기존의 화학적인 방법으로는 입자의 외부 형태나 내부 구조, 물질 조성 등을 독립적으로 조절하고 예측하는 데 어려움이 있었다.
연구팀은 기존의 화학적 합성법에서 탈피하여 반도체 소자의 제작기술에 바탕을 둔 하향식(top-down) 공정기술로 2차원 플라즈모닉 나노입자를 합성하였다. 반도체 공정 기술을 이용하면 장점인 높은 재현성을 통해 보다 예측가능하며 복합적인 물성을 갖는 나노입자를 손쉽게 합성할 수 있다.
참고) 하향식(top-down) 공정: 리소그래피 등의 기술을 사용하여 커다란 원재료를 점차 미세한 크기로 잘라내 나노구조를 만드는 방식
나노입자가 다양한 영상진단장비에 반응하려면 적층된 입자 하나마다 장비에 각각에 맞는 광학 특성(광흡수, 산란, 공진파장 등)을 부여해야 한다. 연구팀은 입자들의 지름과 두께를 독립적으로 조절함으로써 광학 특성을 맞춤형으로 설계하였다
‘달걀프라이 나노입자’의 흰자와 노른자 부분은 각각 안과에서 광간섭단층영상(OCT)과 광음향영상(PAM) 진단의 조영제로 동시 사용할 수 있다. 안구 조직과 망막 혈관의 영상정보를 통합 분석하는 등의 복합 바이오이미징을 통해 기존에 쉽게 발견하지 못한 안구질환을 진단하는 데 기여할 예정이다.
KRISS 위정섭, 이태걸 박사 연구팀은 “이번 기술을 이용하면 금뿐만 아니라 다양한 물질과 물성의 나노입자를 설계·합성할 수 있다.”며 “의료현장의 수요를 반영한 ‘맞춤형 나노조영제’를 생산·보급함으로써 환자의 조영제 투약에 대한 부담을 줄이고 진단 정확도를 높이는데 활용될 수 있도록 노력하겠다.”고 말했다.
한편 이번 연구결과는 나노물질분야의 세계적 학술지인 ‘ACS 나노’(ACS Nano - IF: 13.942) 5월 22일자에 온라인 게재되었다.
