보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술연구원 Korea Institute Of Science and Technology |
연구책임자 |
전혜성
|
참여연구자 |
김세훈
,
김광명
,
안형준
|
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-02 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국연구재단 |
등록번호 |
TRKO201200002371 |
과제고유번호 |
1345135445 |
DB 구축일자 |
2013-05-20
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키워드 |
외부자극 감응,고분자-생체분자 하이브리드 소재,나노기술,분자영상,융합기술,진단/치료biological stimulus-responsive,polymer-biomolecule hybrid materials,nanotechnology,molecular imaging,fusion technology,diagnosis/therapy
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초록
▼
- 연구개발 최종 목표
본 연구는 생명현상을 제어/조절하는 외부자극(활성산소, 세포사멸, pH, 열)에 선택적 광학 증폭을 나타내는 고분자-생체분자 하이브리드 원천소재를 개발하여, 최종적으로 미래의 난치성질환의 진단/치료 기술개발에 필수적인 신개념 바이오스위치 원천기술을 개발하는 것임.
- 주요 연구개발 내용
신개념 바이오스위치의 개발을 위해서는 광신호 발생 및 생체적합성 전달체를 위한 원천소재 확보가 필수적이라 할 수 있으며, 이에 본 연구에서는 광신호 발생 원천소재인 고성능 형광성 폴리머닷과 이의 세포/생체 내
- 연구개발 최종 목표
본 연구는 생명현상을 제어/조절하는 외부자극(활성산소, 세포사멸, pH, 열)에 선택적 광학 증폭을 나타내는 고분자-생체분자 하이브리드 원천소재를 개발하여, 최종적으로 미래의 난치성질환의 진단/치료 기술개발에 필수적인 신개념 바이오스위치 원천기술을 개발하는 것임.
- 주요 연구개발 내용
신개념 바이오스위치의 개발을 위해서는 광신호 발생 및 생체적합성 전달체를 위한 원천소재 확보가 필수적이라 할 수 있으며, 이에 본 연구에서는 광신호 발생 원천소재인 고성능 형광성 폴리머닷과 이의 세포/생체 내 적용을 위한 전달 소재인 나노겔을 개발하였고, 다양한 외부자극 감응 광학 증폭 기술을 발굴함으로써 신개념 바이오스위치 개발을 위한 핵심 및 보조 기술을 확보하였으며, 향후 고부가가치의 조영제 및 진단 소재 원천특허 및 사업화의 가능성을 확보함. 대표적 연구성과는 하기와 같음.
1. 형광성 폴리머닷 개발; 고체상태에서 높은 형광효율을 보이는 특수 유기 형광체를 설계, 개발하고 이를 나노공간 내에 고집적화함으로써, 기존 무기물 기반 퀀텀닷의 형광 강도를 능가하면서도 독성 중금속을 포함하지 않는 유기물 기반 신규 나노닷을 개발하였고, 국내를 비롯하여 미국, 유럽, 중국에 특허 출원을 완료하였음.
2. 생체 내 암진단 나노입자 개발; 세계 최고 수준의 암 표적성을 가지며, 암주변 단백질 분해효소에 특이적으로 감응하여 광신호를 발생하는 키토산 나노입자를 개발하였고, 이 결과를 나노재료분야 최고 권위지인 Nano Letters에 발표하였음.
3. 생체 내 활성산소 영상화 나노입자 개발; 질병 발현의 중요인자인 과산화수소에 대하여 특이성을 갖는 화학발광 검출 반응물을 나노공간 내에 고집적시킴으로써 영상화 감도가 극대화된 나노-바이오 스위치를 개발함으로써, 생체 내 염증 질환의 조기 진단을 가능케 하였고, 이 결과를 응용재료분야 최고 권위지인 Advanced Functional Materials에 발표하였고, 표지 논문으로 선정되었음.
4. 생체적합성 기능성 나노겔 개발: 바이오스위치를 세포/생체 내에 적용하기 위하여 상기에서 개발된 나노-바이오 소재를 탑재할 수 있고, 높은 효율로 표적에 전달할 수 있는 신규 나노겔 원천소재를 개발하였고, 이를 광, 자기 기능화함으로써 MRI, 광학 영상에 적용하였음. 본 결과는 향후 상기 폴리머닷의 탑재, 전달 연구를 추가함으로써 2단계 내에 전달 소재에 대한 원천 특허를 확보할 계획임.
- 기대효과
생명 현상을 제어/조절하는 외부자극 감응형 고분자-생체분자 하이브리드 원천소재 개발은 생명 현상에 대한 분자수준의 광학신호 검출을 가능케 하는 바이오/나노 융합원천소재를 개발하는 것으로 국가가 지향하는 미래 융합원천기술개발의 대표적 성공사례 창출이 가능하며, 생물, 화학, 약학, 의학, 물리, 광학 등의 다양한 융합연구 활성화를 통하여 분자영상․이미징 분야의 글로벌 경쟁력 확보가 가능한 원천소재 확보하여, 미래의 고부가가치 제약/의약/보건 산업 창출에 기여할 것으로 기대됨.
Abstract
▼
‧ Research Goal
The final propose of this research program is to develop the original technology of bio-switch, which is necessary for diagnosis and therapy of disease in future, by development of biological stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid materials which can improve optical fluore
‧ Research Goal
The final propose of this research program is to develop the original technology of bio-switch, which is necessary for diagnosis and therapy of disease in future, by development of biological stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid materials which can improve optical fluorescence signal for outside stimulation (apoptosis, pH, heat, light, reactive oxygen species, etc.), controls biological phenomenon.
‧ Contents
1. Photo-responsible NIR fluorescent Nanoprobes
- Development of High performance NIR fluorescent PolymerDot for Optical Imaging
- Development of photo-switchable NIR fluorescent PolymerDot/Photochromic dye hybrid for Optical Imaging
2. Biological stimuli-responsible bio-switches
- Development of heat stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid nano-materials in vivo
- Development of pH stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid nano-materials in vivo
- Development of polymer-biomolecule hybrid nano-materials which can selectively improve optical fluorescence signal for apoptosis
- Development of protein degradation enzyme (MMP) stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid nano-materials in vivo
- Development of reactive oxygene species (ROS) stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid nano-materials in vivo
3. Drug/fluorescent probe delivery technology
- Development of metal-coordination nanohydrogel
- Development of sugar hydrogen bonding-mediated nanohydrogel
‧ Expected Contribution
The development of biological stimulus-responsive polymer-biomolecule hybrid materials can be possible to produce a representative successful case of development of hybrid original future technology that Nation aims at, and can contribute to induce valuable pharmacy/medical/health industry through getting original materials in molecular imaging field which are produced by hybrid research of biology, chemistry, pharmacy, medicine, physics, and optics.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요약문 ... 5
- SUMMARY ... 8
- CONTENTS ... 9
- 목차 ... 10
- 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 11
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
- 1 절 1단계 연구개발 내용 개요 ... 32
- 2 절 1단계 연구세부결과 ... 39
- 1. 1단계 핵심연구 내용 (광신호 발생 원천소재 및 외부자극 감응기술 발굴) ... 39
- 가. 고효율 및 근적외 폴리머닷 ... 39
- 나. 활성산소/포도당 감응형 바이오 스위치 개발 ... 43
- 다. MMP 단백질 분해효소 감응형 바이오 스위치 개발 ... 46
- 라. pH 감응 cage protein 바이오 스위치 개발 ... 49
- 2. 1단계 기타 보조연구 내용 (전달소재, 광스위치화 및 기타 감응 기술) ... 51
- 가. 금속 배위 나노하이드로겔 (M-NG) ... 51
- 나. 다당류 수소결합 나노하이드로겔 (H-NG) ... 55
- 다. 세포사멸 감응형 cage protein 융합단백질 개발 ... 58
- 라. 온도 감응형 고분자 하이브리드 소재 개발 ... 64
- 마. pH 감응 고분자 바이오 스위치 개발 ... 66
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 68
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 76
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 80
- 제 7 장 참고문헌 ... 82
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