[미리보는 '금요일에 과학터치'] 나노입자가 꿈꾸는 신세계

속 빈 나노입자를 이용한 암세포 선택적 MRI 조영제 개발 연구.

1980년대 말 다양한 형광색을 나타내는 반도체 나노입자들이 처음 합성된 이후 나노입자들을 합성하는 방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행됐다. 그 결과 다양한 화학 조성과 모양을 지니는 금속, 금속 산화물, 반도체 나노입자들을 합성하는 기술이 축적됐고 나노입자들의 물리화학적 성질을 이해하고 조절하는 기술 또한 크게 발전했다. 현재 나노입자 연구는 실험실 수준에서 벗어나 실생활에 이용되는 기술로 발전하는 단계로 나아가고 있다.

나노입자를 이용한 응용기술 분야 가운데 인류 생활에 가장 큰 영향을 끼칠 수 있는 것 중 하나는 새로운 의료 진단 및 치료 분야다. 과학기술의 발달과 더불어 삶의 질이 향상되면서 건강에 대한 관심이 늘어났고, 이에 따라 질병의 조기 진단과 치료의 중요성도 커지고 있다. MRI, CT, 초음파, PET와 같은 비침습적인 영상방법을 통한 질병 진단 기술이 매우 활발히 시행되고 있다.

작은 크기와 넓은 표면적을 지니는 나노입자는 생체막에 대한 우수한 투과성, 장시간의 혈액 순환성, 다양한 생체분자와의 접합 가능성과 같은 특성을 지니고 있어 분자'세포 영상용 소재로 매우 적합하다. 또 나노입자를 이용하면 기존의 물질이 지니지 못하는 자기'광학적'전기적 성질을 구현하고 조절할 수 있기 때문에, 이 성질을 이용해 새로운 분자'세포 영상용 소재를 개발하는 연구가 활발히 진행 중이다. 이미 산화철 나노입자를 이용한 소재가 상용화돼 임상에서 MRI 조영제로 사용되고 있으며, 앞으로도 다양한 나노입자 소재가 질병 진단 영역을 확대하고 인류의 건강과 삶의 질을 향상시키는 데 크게 기여할 것이다.

이번 강연의 도입 부분에서는 나노 크기와 나노물질의 정의에 대해 알아보고, 나노물질이 지니는 독특한 특성들에 대해 살펴보고자 한다. 특히 물질의 표면에 위치한 원자와 내부에 자리한 원자들 사이의 비율을 바탕으로 나노물질들이 기존 물질들과 달리 독특한 물리'화학적 특성을 보이는 근본 이유를 설명한다. 또 나노 크기의 범위에서 물질의 물리'화학적 특성이 물질의 크기와 모양에 따라서 변하는 현상에 대해서도 살펴볼 예정이다.

강연 후반부에서는 나노입자를 의료 소재로 응용하는 연구에 대해서 소개한다. 특히 금 나노셀을 이용한 광열치료제의 개발 연구와 자성체 나노입자를 이용해 MRI용 조영제를 개발하는 연구에 대해서 자세히 설명한다. 금 나노셀은 약 100㎚(나노미터) 정도의 실리카 나노입자의 표면에 십 수㎚ 두께의 얇은 금 껍질이 둘러싸인 형태를 지니고 있다. 구조를 어떻게 조절하느냐에 따라 800∼900㎚ 정도의 파장을 지니는 근적외선 영역의 빛을 흡수하는 특성을 지닌다. 이러한 금 나노셀의 근적외선 흡수 특성을 이용해 체내에서 암세포만을 선택적으로 치료하는 광열치료 기술을 소개한다.

나노입자를 의료 소재로 응용하는 또 다른 예로 자성체 나노입자를 이용한 MRI 조영제 물질 개발 연구를 들 수 있다. MRI 조영제는 MRI 영상에서 조직들 사이의 대비를 높여 질병 조직을 선명하게 보이게 하는 의약품. 최근 자성체 나노입자들을 합성하고 변형하는 방식을 통해 높은 민감도와 질병 선택성을 지니는 차세대 조영제 개발 연구가 매우 활발하게 이뤄지고 있다. 이번 강연에서는 나노입자 조영제들의 작동 원리와 효능에 대해 설명하고 이들의 개발 과정에 대해서 구체적으로 살펴볼 예정이다.