독립행정법인 산업기술종합연구소 나노튜브응용연구센터 고도기능 CNT팀과 프랑스 국립과학연구센터, 스트라스부르 대학교(Strasbourg University), 국립대학법인 도호쿠대학 연구팀은 공동으로 생체투과성이 높은 근적외 레이저에 의해 열과 활성산소종을 발생하는 유기색소와 카본나노혼(CNH)으로 이루어진 분자복합체(나노 모듈레이터)를 제조하고 이 분자복합체를 이용하여 살아 있는 세포기능을 조작할 수 있는 새로운 광제어기술을 개발하였다.

CNH는 생체투과성이 높은 근적외의 파장영역(700~1100nm)의 레이저광에 의해 간단하게 발열한다. 이번에 개발한 나노 모듈레이터는 CNH 표면에 수용성의 근적외 형광색소(IRDye800CW)와 수용성의 디아미노트리에틸렌글리콜을 화학수사하였다. CNH는 물 등에 분산시키려고 해도 그대로는 분자 간의 강한 상호작용에 의해 입자상으로 응집된다.

CNH의 광발열 특성을 최대한으로 발휘시키기 위해서는 CNH를 응집시키지 않고 물 등에 나노수준으로 분산시킬 필요가 있지만, 표면의 수용성 분자에 의해 이번에 개발한 나노모듈레이터의 수중에서의 분산 안정성은 높고, 응집물의 형성은 관찰되지 않았다.

또한 IRDye800CW와 디아미노트리에틸렌글리콜의 양쪽을 화학수사한 CNH(Dye-CNH) 분산액, 디아미노트리에틸렌글리콜만을 화학수사한 CNH(NH2-CNH) 분산용액, IRDye800CW 용액, 세포배양약을 각각 파장 800nm의 레이저광으로 조사한 결과, Dye-CNH 분산액에서 최대 온도상승이 나타났다. NH2-CNH 분산액에서는 온도가 상승하지만, Dye-CNH 보다 작았다. 한편, IRDye800 용액, 세포배양액에서는 온도가 거의 상승하지 않았다. Dye-CNH 분산액이 최대 온도상승을 나타낸 것은 CNH의 수중 분산성, 광발열특성, 근적외광을 흡수한 IRDye800CW에서 CNH로 에너지 이동 및 전자이동에 따른 광발열 특성의 증강효과에 의한 것이라고 생각된다.

한편 IRDye800CW 등 많은 근적외 형광색소는 근적외광을 조사하면 활성산소종을 발생하는 것으로 알려져 있다. Dye-CNH 분산액에 활성산소종이 존재하면 녹색의 형광을 발하는 색소를 용해시켜 근적외 레이저를 조사한 결과 형광 현미경에 의해 녹색 형광이 관찰되었다. 그리고 Dye-CNH 분산액에 추가로 NH2-CNH 분산액, IRDye800CW 용액, 증류수에 형광색소를 용해시키고, 레이저 조사하여 형광현미경에 의해 형광강도를 측정한 결과, Dye-CNH 분산액과 IRDye800CW 용액만 레이저 출력에 대응한 강도의 녹색형광이 관찰되었다.

이번에 개발한 나노 모듈레이터, Dye-CNH는 근적외 레이저광에 의해 효과적으로 열과 활성산소종을 발생시키는 것을 나타내고 있다. 활성산소종은 세포 내외로 이온의 출입과 관련된 단백질의 활성을 제어함으로써 스트레스, 호르몬 전달, 면역응답과 같은 생명활동에 반드시 필요한 프로세스에 관여하고 있기 때문에 나노 모듈레이터에 의한 세포기능제어가 기대된다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』