나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학기술대학교 산하 "허폐이(合肥, 합비) 마이크로 스케일(micro scale) 물질과학 국가 연구 센터" 및 "화학과 소재 과학대학" 교수인 양리화(陽麗華, 양려화) 박사 연구팀은 중국과학기술대학교 슝위지에(熊宇杰, 웅우걸) 교수 연구팀과 공동 연구를 수행하여, 효율적인 저 독성의 항균(抗菌) 나노효소 개발 전략을 제정하고 효율적인 저 독성의 항균 나노효소 개발에 성공함.

지난 2013년도부터 2015년도까지 중국과학기술대학교 슝위지에(熊宇杰, 웅우걸) 교수 연구팀은 관련 연구를 통해 팔라듐 기(基) 금속 나노 구조 표면에서 단일 라인 상태의 산소 흡착 상태 활성 산소 물종(物種)을 형성한다는 점을 발견함. 이런 활성 산소 물종은 수명이 짧고 금속 나노 구조 표면에 흡착되기 때문에 효과적인 역할 반경은 한계가 있음.

연구팀은 "포유동물 세포는 나노입자를 삼킬 수는 있지만 세균은 그렇지 못한다"는 특징을 이용하여 원 위치에서 촉매를 생성시킬 수 있는 표면 흡착 상태 활성 산소 물종(物種)(비(非) 자유 유리(游離) 상태 활성 산소 물종(物種))의 나노입자를 효율적인 저 독성의 항균 나노효소를 개발하는 전략에 사용함. 이런 전략의 설립 여부를 검증하기 위해 실버 팔라듐 합금 계열(AgPd) 나노 케이지(nano cages)를 디자인 한 동시에 효율적으로 원 위치 촉매 생성이 가능한 표면 흡착 상태 활성 산소 물종(物種)에 속하는 AgPd0.38 나노 케이지를 모델 나노효소로 선별해 내는데 성공함.

연구팀은 체외 항균 관련 실험을 실행하는 과정에서 AgPd0.38 나노 케이지로 하여금 표면 원 위치에서 생성된 활성 산소 물종에 기반 하여 항(抗) 약성 세균을 포함한 세균에 대해 효율적인 제거(4-16ug/mL에서 99.9%의 세균 제거 효율을 실현함)를 실현하게끔 하고, 여러 차례 반복적인 사용을 거쳤지만 세균 항(抗) 약성이 생성되지 않는다는 점을 입증함.

연구팀은 체외 세포 독성 실험을 통해 AgPd0.38 나노 케이지가 다양한 포유동물 세포에 대해서는 독성이 없다는 점을 입증함. 또한, 실험용 작은 마우스의 상처 부위 감염 모델에 대한 실험을 통해 AgPd0.38 나노 케이지의 효율적인 저 독성 항균 특성은 복잡한 생리 환경 속에서 여전히 효율적이라는 점을 입증함.

한층 더 심층적인 연구를 통해 AgPd0.38 나노 케이지의 효율적인 저 독성의 항균 선택성은 두 가지 공동 역할에 의해 생성된다는 점을 발견하였음. 또한, 원 위치에서 생성되는 활성 산소 물종은 표면 흡착 상태에 속하고 비(非) 자유 유리(遊離) 상태에는 속하지 않는다는 점도 발견하였음. 포유동물 세포가 나노입자에 대해 삼켜서 섭취하는 효과를 발휘하며 AgPd0.38 나노 케이지 표면 흡착을 통해 활성 산소 물종에 대해서는 "해독(解毒)" 역할을 발휘하지만 세균에 대해서는 삼키는 역할을 발휘하지 못한다는 점도 발견하였음.

AgPd0.38 나노 케이지는 효율적인 저 독성의 항균 특성을 보유하고 있는 외, 두 가지 화학 성분, 물질 구조 및 생성되는 흡착 상태 활성 산소 물종과 AgPd0.38 나노 케이지는 완전히 다른 나노효소에 속하지만 유사한 효율적인 저 독성의 항균 행위를 나타내고 있음. 효율적인 저 독성의 항균 능력은 원 위치 촉매가 생성시키는 표면 흡착 상태 활성 산소 물종의 나노효소가 보유하고 있는 특성 때문에 발휘하게 되는 능력임.

이번 연구를 통해 최초로 효율적인 저 독성의 나노효소를 개발하는 전략을 개발함. 이는 바이오 호환성을 보유하고 있는 나노효소 응용 연구를 추진하는 면에서 중요한 역할을 발휘하고, 세균 항(抗) 약성 위기에 대응하는 면에서 중요한 역할을 발휘하게 될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Surface-bound reactive oxygen species generating nanozymes for selective antibacterial action")에 게재됨.