나노기술 및 정책 정보

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신체에 있는 물질 또는 약물의 중요한 값과 농도에 대한 정보를 지속적으로 전송하는 이식형 센서를 통해 질병 진행 및 치료 성공을 지속적으로 모니터링할 수 있음. 그러나 지금까지 이식형 센서는 신체에 영구적으로 머물기에 적합하지 않았고 며칠 또는 몇 주 후에 교체해야 함. 또한, 인체가 센서를 이물질로 인식하기 때문에 임플란트 거부 문제도 있음. 농도 변화를 나타내는 센서의 색상도 지금까지 불안정하고 시간이 지남에 따라 희미해졌음.

독일 마인츠 요하네스 구텐베르크 대학(Johannes Gutenberg University Mainz (JGU))의 연구진은 신체에서 몇 달 동안 작동할 수 있는 새로운 유형의 이식형 센서를 개발함. 이 센서는 특정 분자에 대한 수용체로 변형된 색상 안정 금 나노입자를 기반으로 함. 인공 고분자 조직에 삽입된 나노입자는 피부 아래에 이식되어 색을 변경하여 약물 농도의 변화를 모니터링할 수 있음.

연구진은 금 나노입자를 센서로 사용하여 수년 동안 미세한 유동 세포에서 소량의 단백질을 감지해옴. 금 나노입자는 빛을 위한 작은 안테나 역할을 함. 그들은 빛을 강하게 흡수하고 산란시켜 색색으로 보이며, 색상을 변경하여 주변의 변화에 ​​반응함. 연구진은 이식된 의료 감지에 이 개념을 활용함.

작은 입자가 멀어지거나 면역 세포에 의해 분해되는 것을 방지하기 위해 조직과 같은 일관성을 가진 다공성 하이드로젤에 박혀 있음. 피부 아래에 이식되면 작은 혈관과 세포가 모공으로 자라며, 센서는 조직에 통합되어 있으며 이물질로 거부되지 않음.

약물 분자는 혈류를 통해 센서로 이동하고, 금 나노입자 표면의 특정 수용체에 결합하여 약물 농도에 따라 색상 변화를 유도함. 색상 안정 금 나노입자와 조직 통합 하이드로젤 덕분에 센서는 몇 달 동안 기계적으로나 광학적으로 안정적으로 유지되는 것으로 확인됨.

향후에는 금 나노입자 기반 이식형 센서를 사용하여 신체의 다양한 바이오 마커 또는 약물의 농도를 동시에 관찰할 수 있을 것임. 이러한 센서는 약물 개발, 의료 연구 또는 만성 질환 관리와 같은 개인 맞춤 의학에 적용할 수 있음.

본 연구 성과는 Nano Letters ("Implantable Sensors Based on Gold Nanoparticles for Continuous Long-Term Concentration Monitoring in the Body")에 게재됨.