초록 ▼

□ 연구개요
기존에 질병진단 및 이미징에 널리 사용되던 형광염료와 양자점과 같은 형광 탐침들이 갖는 단점을 극복하고 형광 검출법의 민감도를 향상시키기 위해 근적외선을 광원으로 사용하는 업컨버전 나노입자가 차세대 형광 탐침으로 각광받고 있음. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 란탄족 원소의 낮은 광흡수율에 의한 발광효율 저하는 업컨버전 나노입자의 실용적인 응용을 위해 개선되어야 함.
본 연구과제에서는 기존 업컨버전 나노입자의 낮은 발광효율을 향상시키기 위해, 근적외선 영역의 광흡수율이 높은 감광제와 업컨버전 나노입자를 결합

□ 연구개요
기존에 질병진단 및 이미징에 널리 사용되던 형광염료와 양자점과 같은 형광 탐침들이 갖는 단점을 극복하고 형광 검출법의 민감도를 향상시키기 위해 근적외선을 광원으로 사용하는 업컨버전 나노입자가 차세대 형광 탐침으로 각광받고 있음. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 란탄족 원소의 낮은 광흡수율에 의한 발광효율 저하는 업컨버전 나노입자의 실용적인 응용을 위해 개선되어야 함.
본 연구과제에서는 기존 업컨버전 나노입자의 낮은 발광효율을 향상시키기 위해, 근적외선 영역의 광흡수율이 높은 감광제와 업컨버전 나노입자를 결합시킨 나노복합체를 합성하여 발광효율이 월등히 향상된 업컨버전 나노탐침을 개발하고자 하였음. 1) 업컨버전 나노입자의 크기, 모양 및 조성 제어를 통해 흡광 및 발광 특성을 조절하고, 2) 다양한 근적외선 영역 감광물질을 업컨버전 나노입자와 결합시켜서 근적외선 영역의 광흡수율을 극대화하여 업컨버전 발광효율을 향상시키고자 하였음. 3) 그리고 콜로이드 안정성 향상 및 질병마커 표지를 위한 나노입자 표면개질을 통해, 기존 형광물질들의 성능을 월등히 뛰어넘는 고발광효율 고감도 업컨버전 나노탐침을 개발하여 질병진단 및 이미징에 활용하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서는 크기, 모양 및 조성 조절을 통한 업컨버전 나노입자의 광학적 물성제어 및 발광효율 최적화를 수행하였음. 크기에 따른 발광효율 변화를 관찰하였고, 조성에 따른 흡광 및 발광파장 조절이 가능하였음. 근적외선 감광제로서 방사형 금나노입자와 형광염료 및 양자점을 합성하여 업컨버전 발광효율 향상의 가능성을 연구함. 형광염료는 업컨버전 발광효율을 최대 22배까지 향상시켰으나, 방사형 금나노입자와 양자점은 오히려 가시광선 영역의 업컨버전 발광을 흡수하여 전체적인 발광효율을 떨어뜨리는 결과를 얻음. 근적외선 형광염료를 최적의 감광제로 선별함. 형광염료 코팅, 나노막 형성, 코어/쉘 구조 형성 및 나노입자 자기조립과 같은 다양한 방법을 활용하여 감광제-업컨버전 나노복합체를 합성하는 기술을 개발하고 발광효율, 발광파장 및 형광수명과 같은 광학적 특성을 분석하는 노하우를 얻을 수 있었음. 또한, 업컨버전 나노탐침의 콜로이드 안정성 향상 및 질병마커 표지를 위한 표면개질을 위해 고분자를 합성 및 활용하였고, 단백질 항체 또는 핵산과 같은 질병마커를 나노탐침에 효율적으로 표지하기 위한 실험방법 최적화를 수행함.이러한 나노탐침은 휴대용 형광센서에 적용하여 고민감도 형광검출이 가능함을 증명함.

□ 연구개발결과의 중요성
본 과제에서 개발한 고발광효율 업컨버전 나노탐침은 질병진단과 이미징 분야에 활용함으로써 기존의 형광물질들에 비해 월등히 향상된 민감도로 미량의 질병타겟을 높은 정확도로 검출할 수 있음. 효과적인 질병확산 방지 및 효율적인 질병치료에 기여할 것으로 기대함. 특히, 광학적 안정성과 높은 민감도를 갖는 업컨버전 나노탐침은 체외진단 및 현장진단의료기기의 개발에 기여할 수 있음. 최근 스마트기기의 급속한 발전과, 특히 광학센서의 발달로 형광 기반의 휴대용 진단기기 개발이 가능해짐. 업컨버전 나노탐침은 이러한 휴대용 진단기기에 활용됨으로써 전염성 질병의 조기 확산 방지 및 치료효과 모니터링을 통해 환자의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 업컨버전 나노입자 합성기술 개발 ... 4
• 나. 근적외선 감광제로서 금 나노구조체 합성 ... 7
• 다. 근적외선 감광제로서 근적외선 양자점 합성 ... 7
• 라. 근적외선 감광제로서 근적외선 형광염료 스크리닝 및 개질 ... 8
• 마. 감광제-업컨버전 나노복합체 합성기술 개발 및 분석 ... 9
• 바. 업컨버전 나노탐침의 콜로이드 안정성 향상 및 질병마커 표지를 위한 표면개질 ... 9
• 사. 질병마커 표지법 최적화 ... 10
• 아. 질병진단 및 이미징에 적용 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 17
• 끝페이지 ... 31