초록 ▼

본 연구에서는 나노입자를 MRI조영제로 응용하기 위해 자성나노입자의 합성, 물리적 특성 분석, MRI 조영제로서의 적합성 평가 등이 이루어졌다. 현재 상용으로는 Gd를 기반으로 하는 킬레이트(chelate) 화합물과 산화철 나노입자 조영제 등이 사용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 페라이트(ferrite) 나노입자를 합성하여 MRI조영효과를 확인하였다. Fe-, Mn-, Co-, Ni-ferrite등의 나노입자를 합성하였다. 또한, Mn-Ni-ferrite와 같은 합금 형 나노입자도 형성하였다. 그리고 합성과정에서 합성조건을 변화시

본 연구에서는 나노입자를 MRI조영제로 응용하기 위해 자성나노입자의 합성, 물리적 특성 분석, MRI 조영제로서의 적합성 평가 등이 이루어졌다. 현재 상용으로는 Gd를 기반으로 하는 킬레이트(chelate) 화합물과 산화철 나노입자 조영제 등이 사용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 페라이트(ferrite) 나노입자를 합성하여 MRI조영효과를 확인하였다. Fe-, Mn-, Co-, Ni-ferrite등의 나노입자를 합성하였다. 또한, Mn-Ni-ferrite와 같은 합금 형 나노입자도 형성하였다. 그리고 합성과정에서 합성조건을 변화시켜 구형 또는 막대형 등의 나노입자를 얻을 수 있었다. 이러한 자성나노입자를 인체에 사용하기 위해서는 그 표면을 생체적합성이 좋은 물질로 코팅하여야 한다. 코팅물질로는 덱스트란, 키토산, PEG, 실리카, 올레산, 금, 탄소 등을 사용하였다. 그리고 이 코팅 물질이 나노입자의 물리적 성질에 어떤 영향을 주는지를 관찰하였다. 즉, 코팅에 따른 나노입자의 구조적, 자기적, 화학적 성질의 변화를 알아보았다. 자성나노입자의 독성 때문에 코팅물질은 나노입자 표면에 확실히 부착이 되어야 한다. 코팅물질의 부착 상태를 FTIR을 통해 확인하였다. 또한, 코팅물질에 따른 MRI조영효과의 변화를 관찰하였다. 구형과 막대모양의 나노입자가 MRI의 조영효과에 어떤 영향을 주는지에 대해서도 평가하였다. 나노입자의 코팅과정에서 금으로 코팅된 나노입자의 광학적 특성을 조사하였다. 금 나노입자는 IR을 흡수함으로써 의료영상에 이용될 수 있다. 또한 외부 AC자기장에 의해 진동함으로써 발열요법(hyperthermia)에 응용될 수도 있다. 이에 따라 금으로 코팅된 나노입자와 금 나노입자를 합성하여 발열요법에의 응용가능성에 대해 확인하였다. 그리고 위에서 언급한 자성나노입자들은 모두 초상자성을 보여주었다. 자성나노입자(수 nm)의 초상자성은 그 나노입자를 인체에 적용가능하게 만든다. 즉, 초상자성 나노입자는 외부자기장에 놓일 경우에만 자기적 성질을 나타내기 때문에 나노약물전달시스템에서 캐리어(carrier)로 사용될 수 있고, MRI 조영제나 발열요법에 사용될 수 있는 것이다. 따라서 자성나노입자의 초상자성은 인체 적용에 있어서 중요한 조건 중에 하나이다. VSM을 통해 자성나노입자들이 초상자성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
자성나노입자의 MRI 조영효과의 관찰은 NMR, MRI, 동물실험을 통해 이루어졌다. NMR과 MRI를 이용하여 자성나노입자 수용액의 농도에 따른 수소 핵스핀의 이완율(relaxivity)을 관찰하였다. 이 이완율은 조영제로서의 응용가능성의 척도가 된다. 여러 나노입자에 대해서 이 이완율이 상용의 Gd 킬레이트 화합물이나 산화철 나노입자 조영제의 이완율보다 크거나 비교될 수 있는 값을 얻을 수 있었다. 특히, 키토산으로 코팅된 니켈-페라이트 나노 입자의 경우 T1, T2조영효과를 모두 보여주었다. 상용의 산화철 나노입자 조영제의 경우 주로 T2조영제로 사용되고 있다. 이들은 구형의 나노입자이다. 반면에 니켈-페라이트 나노입자의 경우 막대형이므로 T2조영효과이외에 T1 조영효과를 보여준 것으로 해석할 수 있다. 앞으로 이에 대한 연구는 계속되어야 할 것이다. 높은 이완율을 가지는 자성나노입자에 대해 동물실험이 이루어졌다. 쥐를 이용한 실험에서 MRI 조영효과를 관찰하였다. 이 자성나노입자들은 특히 간의 MRI 영상에 응용될 수 있다. 간의 경우 Kupffer 세포가 있고, 암 세포의 경우 이 세포가 없거나 기능이 떨어진다. 이에 따라 암세포는 자성나노입자를 포획하지 못해서 정상조직과 영상대비가 좋게 된다. 동물실험을 통해 이러한 조영효과를 관찰할 수 있었다.
본 연구에서는 다양한 페라이트 나노입자를 형성하고, 그 표면을 다양한 코팅물질을 이용하여 표면개질을 하였다. 그리고 이렇게 합성된 자성나노입자의 물리적 특성을 조사하고, MRI조영제로의 응용가능성을 확인하였다.