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양자과학기술연구개발기구(QST) 양자의학·의료부문 방사선의학종합연구소 분자영상진단치료연구부, 불가리아의 소피아대학(Sofia University St. Kliment Ohridski) 등의 국제 공동 연구그룹이 산화 스트레스에 대응하여 양자점의 형광 및 MRI 신호가 ON/OFF되는 양자 센서를 개발하는 데 성공함.

본 센서는 직경 약 2nm의 양자점 표면을 생체에 안전한 사이클로덱스트린(cyclodextrin, 설탕의 일종)로 코팅하고, MRI 조영제로서 기능하는 니트록실라디칼(nitroxylradical)이라는 화합물과 결합시킨 것임.

산화 상태(산화 스트레스 상태)가 되면 양자점의 형광이 소실되고(OFF), MRI 신호가 상승함(ON). 환원 상태가 되면 양자점이 형광을 발하고(ON), MRI 신호가 저하됨(OFF). 이처럼 양방향 센서로 ‘활성 산소의 과잉 상태(산화 상태)’와 ‘항산화 능력(환원 상태)’를 양자점의 형광 과 MRI를 조합하여 파악할 수 있음.

양자점은 형광의 휘도가 매우 높기 때문에 측정 기술을 개선함으로써 혈액 샘플을 이용하여 산화 스트레스를 측정할 수 있을 것으로 생각됨. 이것이 가능해지면, 혈액 검사 등으로 산화 스트레스가 감지될 경우, MRI를 통해 몸 전체를 검사하여 몸의 어느 부위에서 산화 스트레스가 강하게 발생하는지 확인하고 질병이 발병하기 전 단계에 치료를 시작하는 등의 의학 응용도 생각할 수 있음.

본 양자 센서를 이용한 산화 스트레스 평가 기술을 응용·발전시킴으로써, 암의 전 단계 상태 또는 만성 염증에 의한 발암 리스크, 당뇨병·치매·신장 질환, 또는 감염 등에서의 가벼운 염증을 감지하고, 심각한 질병이 발병하기 전 예방하는 선제 의료로 이어질 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Analytical Chemistry (Quantum sensors to track total redox-status and oxidative stress in cells and tissues using EPR, MRI and optical imaging)에 게재됨.