기계/재료

나노결정 광자기 멀티모드 희토 생물표기재료 최신 연구성과

발행일 : 2012 / 02 / 06

희토원소를 도핑한 무기나노 결정체는 높은 광화학 안정성과 생물 호환성, 긴 형광수명과 형광 발사파장 조절가능 등 강점을 보유하고 있어 기존의 분자탐침을 대체할 수 있는 차세대 형광 생물표기(Fluorescent Biomarkers)재료로 각광받고 있다. 또한 가돌리늄이온은 두 번째 바깥층에 7개의 단일전자가 분포되어 있어 자기공명영상 조영제로 광범위하게 응용되고 있다. 만약 광학측정과 자기공명영상 기능을 하나의 나노입자로 실현할 수 있다면 고민감도, 저 투여량으로 생물체내의 암세포 영상, 종양의 조기진단 및 DNA염기서열분석 등을 실현할 수 있다.

중국과학기술부 863계획, 국가자연과학기금, 중국과학원 “백인(百人)계획”, 복건성(福建省)걸출청년기금 등 과제의 지원을 받아 복건물질구조연구소 중국과학원 광전재료 화학물리중점실험실의 천쉬에웬(陳學元)연구팀은 처음으로 KGdF4:Ln3+나노입자 기반의 광전자 멀티모드 생물표기방법을 제출하였다. 즉 희토이온 기반의 긴 형광수명 특성, 시간해상도 측정기술을 이용한 형광측정민감도와 신호 대 잡음비(SNR)를 높였고, 단일나노입자가 대량의 가돌리늄이온을 함유하고 있기에 나노입자의 T1자기공명 영상 이완율은 임상에서 사용하는 Gd-DTPA(이온 이완율 5.86 S–1·mM–1, 나노입자 이완율 3.99 × 105 S–1·mM–1)을 훨씬 초월하였다.

연구팀은 또한 원스톱 용제 열법으로 표면 아미노산 기능의 입방상(相) KGdF4나노입자를 직접 합성하였고 아비딘 단백질의 시간 해상도 FRET측정을 실현하였는데, 측정극한은 5.5nM에 도달하였고 연구성과는 최신호「미국화학회지」(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 1323)에 개제되었다.

이에 앞서 연구팀은 표면 카르복실 기능의 자기/광 모드의 형광 표기재료 GdF3:Ln3+ 다양한 색상의 발광 나노결정을 합성하였고 74pM 아비딘 단백질에 대한 시간해상도 발광(TRPL) 이질상(heterogeneous phase) 측정(Chem. Eur. J., 2011, 17, 8549)을 실현하였으며, 표면 아미노산 기능의 NaYF4:Ce3+/Tb3+ 나노입자를 제조하였고 시간해상도 FRET측정방식과 결합시켜 4.8 nM의 아비딘 단백질 균일상 측정(Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 6306)을 실현한바 있다.

정보출처 : 복건물질구조연구소