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중국과학원 상하이(上海) 광학 정밀기계 연구소 산하 ‘강력 필드 레이저 물리 국가 중점 실험실’ 류쥔(劉軍) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 흑린(Black phosphorus) 양자점 복합소재를 듀얼 모드 이미징(dual mode imaging) 유도용 시약으로 사용하고 근적외선 레이저 유도 하에서 엽산 수용체(Folate receptor, FR) 과발현(over-expression)의 암에 대한 표적 가시화 협동 제거 치료를 실현할 수 있다는 점을 입증하였음.

흑린(Black phosphorus) 양자점은 광 흡수와 광열 전환 효율이 높고, 생물 호환성이 이상적인 등 우수한 특성을 보유하고 있을 뿐만 아니라 생물체 내에서 인체에 유익한 인산근(phosphoric acid radical)을 분해할 수 있으며 장기적인 생물 독성이 존재하지 않는 등 기타 소재가 가질 수 없는 강점을 보유하고 있음. 때문에 흑린 양자점은 생물 의학 분야(예를 들면 광열 치료, 광 동력 치료, 약물 탑재 치료 등 분야)에서 응용에 대한 높은 잠재력으로 인해 과학자들의 폭넓은 관심을 받고 있음.

연구팀은 이번 연구를 통해 흑린(Black phosphorus) 양자점 복합소재(FA-PEG@BPQD@DOX)를 개발하는데 성공하였음. 동 소재 제조 과정은 다음과 같은 3개 단계를 거쳤는데 우선, 용매 열 방법을 이용하여 사이즈가 ~5nm에 달하는 흑린 양자점을 제조하였고, 다음, 엽산 리간드(Folate ligand)(FA-PEG)를 이용하여 흑린 양자점 표면에 대한 개질 실행하였고, 셋째, 방사선 치료 약물인 아드리아마이신(adriamycin)을 로드하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 흑린(Black phosphorus) 양자점 복합소재가 FR 과발현 암에 대해 정밀 제거를 실행하는 메커니즘을 제시하였으며, 연구팀은 동 복합 소재 표면의 표적 분자 FA는 특이하게 암 세포 표면의 FR 엽산 수용체를 식별한다는 점을 입증하였으며, 808nm의 근 적외선 레이저를 이용하여 광열-광 동력-방사선 치료의 3중 암 세포 제거 효과를 실현하였음.

연구팀은 이체(離體) 암 세포 및 실험용 마우스 생체에 대한 체내, 체외 실험을 통해 흑린(Black phosphorus) 양자점 복합소재는 효율적인 암 세포 제거 역할을 발휘한다는 점을 입증하였으며, 연구팀은 암 부위에 대한 정밀 광 촉발(觸發) 및 열 유도 약물 방출 역할을 발휘시킨 동시에 광 음향(Photoacoustic) 및 광열 이미징을 통해 가시화 협동 암 치료를 실현하고 누드마우스 체 내의 암을 효과적으로 제거하였음.

연구팀이 이번 연구를 통해 개발한 흑린(Black phosphorus) 양자점 복합소재는 양호한 생물 호환성을 보유하고 있으며, 비(非) 암 조직에 뚜렷한 손상을 끼치지 않는 강점을 보유하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nanophotonics’ ("PEGylated-folic acid–modified black phosphorus quantum dots as near-infrared agents for dual-modality imaging-guided selective cancer cell destruction")지에 게재됨.