미지(未知)의 세계인 우주에 대한 정보를 얻기 위해 인공위성이 필요하듯, 아주 작은 한 개 세포 내에서 일어나는 현상에 대한 정보를 간편하고 효과적으로 얻을 수 있는 ‘나노인공위성기술’이 개발됐다.

교육과학기술부(장관 안병만)는「21세기 프론티어연구개발사업」나노소재기술개발사업단(단장 서상희 박사)의 단독지원을 받은 서강대 강태욱 교수 연구팀의 주도 하에 미국 버클리소재 캘리포니아대학(UCBerkeley) Luke P. Lee 교수 연구팀과 공동으로 하나의 세포 내에서 중금속이나 단백질 등 화학물질에 대한 시․공간적 정보를 얻을 수 있는 나노인공위성기술을 개발하였다고 밝혔다.

한 개 세포 내에서 생물학적으로 중요한 화학물질이 ‘언제’, ‘어디에’, ‘얼마나’ 존재하는지를 우리에게 알려주는 영상기술은 다양한 생물․화학적 현상 규명에서부터 나아가 각종 질병의 진단과 치료제 개발을 가능하게 해주는 핵심적인 기술이다.

지금까지는 세포 내에 삽입한 유기 혹은 무기물질들이 내는 형광을 이용하여 이러한 현상들을 관찰하였고, 특히 형광단백질에 대한 연구는 작년 노벨화학상을 받기에 이르렀다.

하지만, 유․무기 형광물질들은 오랜 시간 관찰할 수 없고, 감도, 물에 대한 용해도, 세포독성 등 여러 측면에서 개선될 점이 많아, 이에 대한 기술적인 돌파구를 찾으려고 전 세계 연구자들이 경쟁적으로 연구하고 있다.

공동연구팀은 금 나노입자 주변에 입자의 산란 진동수와 유사한 흡수 진동수를 갖는 화학물질이 존재하면 입자에서 주변 화학 물질로 에너지이동이 일어나는 것을 최초로 발견하였다.

이런 에너지이동은 금 나노입자의 산란 진동수에 주변 화합물에 대한 정보를 저장하게 되며, 우리는 금 나노입자 하나의 산란스펙트럼을 관찰하면 그 주변의 화학물질에 대한 지문정보를 얻을 수 있게 된다. 연구팀은 이런 원리를 활용하여, 한 개 세포 내에 금 나노입자 인공위성를 삽입한 후 에너지 이동현상을 관찰함으로써 손쉽게 화학물질에 대한 정보를 얻을 수 있었다.
그동안 금 나노입자를 이용한 모든 검출기법은 주변 화학물질에 대한 지문정보를 얻을 수 없다는 단점을 갖고 있는데,

이번 공동연구팀이 제안한 나노인공위성 기술은 주변 화학물질에 대한 지문정보를 직접 얻게 됨과 동시에 금 나노입자에 의해 오랜 시간 관찰이 가능하고, 감도가 기존 기술에 비해 최대 1,000배 이상 높으며, 간단한 광학현미경에 의해서도 단일 나노입자 수준의 공간분해능을 얻을 수 있다.

서강대 강태욱 교수는 “금번 개발된 나노인공위성 기법은 기존 단일 세포 영상화기술을 획기적으로 보완하고 지금까지 관찰할 수 없었던 생화학적 현상, 신약개발에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.”고 말했다.

본 연구결과는 나노과학기술분야 최고 권위지인 '네이처 나노테크 놀러지(Nature Nanotechnology)'지의 9월 6일자 온라인판에 게재되었고, 현재 미국 특허 출원 중에 있다.