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생명공학연구원, 유해물질 모니터링·위치 추적 가능한 나노캡슐 개발

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[첨단 헬로티]


한국생명공학연구원(이하 생명연)과 연세대학교가 단일 광원을 이용하여 서로 정반대의 방향으로 방출되는 두 종류의 빛을 이용하여, 유해물질의 실시간 모니터링과 동시에 유해물질의 위치 추적이 가능한 나노캡슐 기술을 개발 하는 데 성공했다.

 

이번 기술은 빛의 전체 파장영역 중에서 빨간색 빛(낮은 에너지, 높은 파장)을 받아 파란색 빛(높은 에너지, 낮은 파장)을 방출할 수 있는 ‘상향변환’ 나노캡슐에, 이와는 반대로 파란색 빛을 받아 빨간 색 빛을 방출하는 ‘하향변환’ 이 가능한 수은에 선택적으로 반응하는 형광물질을 결합하여, 나노캡슐의 위치 추적과 유해물질 모니터링이 동시에 가능한 기술이다.

 

▲나노캡슐에 빛을 쏘여 캡슐의 위치 및 유해물질을 확인하는 과정


상향변환 나노캡슐은 다른 종류의 형광 염료를 선택하면 하나의 빛으로도 다양한 색의 형광 방출이 가능하다. 이러한 원리를 이용하여 나노캡슐 표면에 유해물질과 같은 표적을 선별적으로 검출할 수 있는 형광 화합물을 부착하여 홍합과 같은 갑각류에 주사한 뒤, 빛을 쏘여 촬영하면 현장에서 바로 유해물질이 축적된 위치와 타겟 물질의 양이 동시에 이미징이 가능해진다.


기존의 광학 기반의 유해물질 모니터링 기술은 주사한 탐침(특정 물질을 탐색하기 위해 만든 물질)의 위치 추적이 힘들어 탐침이 고르게 분포되어 있다는 가정 하에 유해물질의 양을 측정했다는 한계를 가지고 있었다.


반면, 이번에 개발한 소재는 세계최초 단일 광원을 이용하였을 때, 동시다발적인 발광이 가능한 시스템으로, 기존 검출기의 한계를 극복할 수 있다.


연구팀은 단일 광원을 나노캡슐에 쏘였을 때, 나오는 두 종 이상의 발광된 빛을 활용하여 기존 검출기의 단점을 극복하고, 샘플의 모든 부위에 나노캡슐이 고르게 분포되어 있다는 것을 확인함과 동시에 유해물질의 농도 측정이 가능한 기술개발을 성공하였다.


▲에너지 상향변환 나노캡슐의 표면에 기능화된 형광물질이 수은과의 선택적 반응으로 일어나는 구조 변화(왼쪽), 홍합 내에서 형광물질이 수은과 반응하여 발광하는 공초점 레이저 주사 현미경 이미지(오른쪽)

 

연구책임자인 권오석 박사는 “이번에 개발된 신소재 제조기술은 국민들이 우려하는 환경·질환적 위해요소들을 현장에서 손쉽게 검출할 수 있는 소형 진단기기용 소재로 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.


한편, 생명연 감염병연구센터 권오석 박사팀이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단이 추진하는 미래선도기술개발사업, 휴먼플러스융합연구개발 챌린지사업, 한국환경산업기술원이 추진하는 안심 살생물제 관리기반 기술개발사업의 지원으로 수행되었다.










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