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Bioimaging & Detections

 최근 생체 친화적인 금속 나노클러스터는 높은 화학적 안정성과 독특한 광학적, 전기화학적 특성으로 인하여 바이오 이미징, 바이오 센서 등 생명의학 응용의 새로운 소재로 부상하고 있다. 특히 다양한 결합 작용기를 지니고 있는 리간드로 둘러싸인 나노클러스터는 표면 개질법으로 다른 기능성 작용기와의 결합이 용이하기 때문에 더욱 광범위한 응용을 기대할 수 있다.

 본 연구진은 수용성 발광 금속 나노클러스터(Au22)를 합성하고, 기능성 작용기 엽산(Folic acid, FA)과의 결합을 통하여 고발광 금속 나노클러스터(Au22-FA)를 제조하여 생물학적 특성을 확인한바가 있었다.

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 기능화 된 고발광 금속 나노클러스터는 42%의 높은 양자수득률(quantum yield)로 표면 개질 전보다 현저하게 밝은 형광을 나타냈다. 추가적인 광학 특성 분석을 통하여 나노클러스터 표면에 결합된 엽산으로부터의 에너지전달(energy transfer)이 나노클러스터 형광 증가에 크게 기여한 것을 밝혔다.

 제조된 엽산 기능화 된 고발광 금속 나노클러스터는 우수한 광안정성 및 생체적합성을 보이고, 엽산 수용체 양성 세포에 대한 선택적 표적이 가능하여 바이오 이미징 소재의 가능성을 보였다. 실제 생체내(in vivo) 실험에서 마우스에 적용하여 가능성을 입증하였다.

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 이러한 접근 방식으로 나노클러스터에 다양한 세포 표지 물질을 결합하여 바이오 이미징, 암세포 표지 진단 또는 약물전달시스템과 같은 응용 분야에 널리 적용될 것을 기대할 수 있다.

Highly luminescent folate-functionalized Au22 nanoclusters for bioimaging
K. Pyo, N. H. Ly, S. Y. Yoon, I. M. Shim, S. Y. Choi, S. Y. Lee, S.-W. Joo, D. Lee
Adv. Healthcare Mater. 2017, 6, 1700203.

 또한 독특한 전기화학적 특성을 지닌 금속 나노클러스터 기반의 바이오 센서를 제작하고, 나노클러스터의 전기화학적 특성과 촉매화학적 활성이 어떻게 바이오 물질의 분석에 응용될 수 있으며 또 어떻게 바이오 물질과 결합 시킬 수 있을지에 초점을 맞춰 연구를 진행하였다.

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 본 연구진은 산화/환원 활성과 음이온성을 지닌 금속 나노클러스터(Au25)를 imidazolium 양이온과 결합하여 이온성 및 전자전도도를 모두 보유하는 안정적인 이온성 액체(Ionic liquids)를 제조하여 포도당 검출을 위한 바이오 센서의 다목적 매트릭스 역할을 하는 것을 확인한 바가 있었다.

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 이와 같이 산화/환원 효소 또는 단백질 감지 요소와 같은 생물학적 환경이 추가된 전기화학적 바이오센서는 특정 물질에 대해 높은 선택성을 인정받아 주목받는 연구/개발 중 하나이다.

Ionic Liquid of a Gold Nanocluster: A Versatile Matrix for Electrochemical Biosensors
K. Kwak, S. S. Kumar, K. Pyo, D. Lee
ACS Nano 2014, 8(1), 671–679.

 

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