▲ KRISS가 개발한 광유도력 현미경의 작동 모식도

국내 연구진이 개별 나노입자를 관찰할 수 있는 초분광 광유도력 현미경을 세계 최초로 개발해 인체에 안전한 나노입자 개발 활성화가 기대되고 있다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민) 소재융합측정연구소 나노분광이미지팀은 독자적으로 개발한 초분광 광유도력 현미경을 이용, 나노입자 표면을 화학적 이미지로 관찰하는 것에 성공했다고 30일 밝혔다.

나노입자는 표면적이 넓어 반응이 빠르고, 아주 작아서 인체에 쉽게 유입된다. 표면상태나 표면에 붙어 있는 분자에 따라 성질이나 독성 유무 등이 달라진다. 표면을 특정 분자로 둘러싸면 원하는 질병 세포만 타겟하여 진단, 약물전달 및 치료 등에 사용할 수 있으나 은 나노입자의 경우 원하는 성질의 분자층이 표면에 코팅되지 않은 경우 적은 양을 사용해도 세포 독성을 나타내기 때문에 양날의 검과 같다.

때문에 나노입자의 특성을 제어하고 안전하게 사용하기 위해서는 입자의 표면에 원하는 성질의 분자층이 잘 결합했는지 정밀 분석하는 것이 무엇보다 중요하지만 나노입자 크기가 매우 작기 때문에 기존 측정방식인 적외선 분광법으로는 이를 확인할 방법이 없었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 초분광 광유도력 현미경을 개발했다. 현미경 렌즈 대신 미세탐침이라는 새로운 장치를 시료 근처에 설치하고, 레이저 빛을 탐침에 쪼인다. 모아진 빛은 시료와 상호작용해 탐침에 미세한 힘(광유도력)을 발생시킨다. 이 힘에 대한 시료의 초분광 이미지를 측정하면 개별 나노입자의 특성을 초정밀 진단하는 것이 가능하다.

실제로 연구팀은 금 나노입자에 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 분자를 결합한 나노입자, 산화철 입자에 폴리머 입자를 결합한 나노입자의 분광학적 특성을 분석했다.

KRISS 이은성 책임연구원은 “이번 연구성과는 나노입자의 표면화학정보를 개별 입자 수준에서 측정할 수 있으므로 나노입자의 성능을 인체 적용 전에 미리 검사할 수 있다”라며, “세포 내의 활성산소 증가 등 몸 안에서 발생할 수 있는 나노입자의 불안전성을 분석하는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

KRISS 이태걸 부원장은 “나노입자의 생체 내 안전성 측면에서 개별 나노입자 수준의 정밀분석은 꼭 필요했던 일”이라며 “KRISS의 측정기술로 기존 기술의 한계를 극복할 수 있게 되어 의의가 크다”라고 말했다.

한편 과학기술정보통신부 나노안전성 기술지원센터사업의 지원을 받은 이번 연구결과는 세계적인 물리화학 학술지 피지컬 케미스트리 레터스(Journal of Physical Chemistry Letters, IF: 6.71)에 7월1일 게재됐다.