나노기술 및 정책 정보

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근적외선 영역II 발광(950-1700nm) 바이오마커는 생물체 내에서 산란성이 낮고, 조직 투과력이 강하고, 이미징 해상도가 높기 때문에 분석화학과 바이오의학 등의 분야에서 밝은 전망을 가짐. 근적외선 영역II 무기 양자점은 방출 파장에 대한 조정이 가능하고, 높은 흡수 단면 및 양자수율로 인해 많은 관심을 받고 있음.

현재 주로 연구되고 있는 근적외선 영역II 양자점은 II-VI족과 IV-VI족 반도체 소재가 위주가 되고 있는데 CdSe, CdTe와 PbSe 등이 포함되지만 중금속 원소(예를 들면 Cd2+와 Pb2+ 등)가 함유되어 있어 후속 바이오의학 분야에서의 응용이 제한을 받고 음. 양호한 생체 호환성과 고효율적 발광을 가진 근적외선 영역II 양자점 개발은 현재 바이오마커 분야의 연구이슈이면서 동시에 연구 난제임.

최근 중국과학원 기능 나노구조 설계 및 조립/푸졘성(福建省) 나노소재 핵심 연구실 천쉐위안(陳學元) 연구원 연구팀은 CuInSe2(CISe) 기반의 신형 고효율 근적외선 영역II 발광 양자점 생체 프로브를 개발하고, 최초로 순환 종양 세포(CTC)에 적용하여 검출 및 종양 표적에 대한 실시간 이미징에 성공함.

연구팀은 소재 중의 Se/In 그룹 성분 비율을 정밀 디자인하여 CISe의 방출 피크 위치를 일상적인 920nm에서 근적외선 영역II의 1224nm 로 조정 제어하고, 합성 양자점의 여기 스펙트럼을 자외선에서 근적외선(350-820nm) 브로드 밴드 범위까지 커버됨.

ZnS 쉘 층에 코팅한 후 CISe의 안정성은 크게 향상되었으며, 808nm 에서 가장 높은 근적외선 영역 발광 절대 양자수율이 21.8% 수준에 달하여 현재 보도된 독성이 없는 근적외선 영역II 양자점의 최고치 수준에 도달함.

연구팀은 표피 세포 접착 분자(EpCAM) 항체와 연결하여 CISe@ZnS 프로브를 통해 CTC(예를 들면 인간유방암 MCF-7 세포)의 특이성 식별을 달성하였으며, 혈액 샘플에서 CTC 검출을 12개 세포/96공(孔)(200 μL) 수준까지 낮추고, CISe@ZnS 기반 근적외선 영역II 발광 프로브를 실험용 마우스 생체 내의 종양 표적에 대한 실시간 이미징에 적용하여, 주요 장기와 혈관을 뚜렷이 관찰하였음. 혈관 해상도를 0.36mm 수준에 도달시키고 신호 대비 잡음을 최대 5.8 수준에 도달시켰음.

그 외 프로브는 꼬리 정맥 주사 후 4시간 이내에 신장 및 간 통로를 통해 몸 밖으로 배출되어 생체 호환성과 용이한 신진대사 등의 장점을 가짐.

연구팀은 고효율 무독성 근적외선 영역II 발광 바이오 프로브 개발을 위한 새로운 아이디어를 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Nano Today’ ("Broadband excitable NIR-II luminescent nano-bioprobes based on CuInSe2 quantum dots for the detection of circulating tumor cells") 지에 게재됨.