통상 약물을 개발하면 가장 먼저 하는 실험이 세포 반응 실험입니다. 세포 반응 실험은 적어도 수백번 해야 하는 경우가 허다합니다. 세포에 도달하는 약물의 반응 속도나 자극을 원격으로 제어하기 힘들기 때문이죠.
그런데 이런 단점을 줄일 수 있는 획기적인 방법을 국내 연구진이 개발했습니다. 포스텍은 "살아있는 세포 내에서 근적외선 빛에 의해 원격 작용하는 플라스몬-촉매-나노반응기를 개발했다"고 밝혔습니다.
연구팀이 개발한 나노반응기의 정식 명칭은 플라스몬-촉매-나노반응기(PINERs, plasmonically-integrated nanoreactors)입니다. 플라스몬은 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 의미합니다. 쉽게 말해서 플라스몬과 금을 나노 크기의 타원형 개체에 넣었다는 뜻입니다.
이 나노반응기(PINERs)는 중심부가 금, 팔라듐, 백금과 같은 귀금속 촉매 결정으로 이뤄져 있습니다. 중심부 크기는 불과 2나노미터(nm)에 불과하죠. 이 중심부는 플라스몬과 금 등으로 만든 15nm 크기의 나노 타원체가 둘러싸고 있습니다.
이 플라스몬-금-나노타원체는 원격으로 노출된 근적외선을 흡수해 광 에너지를 열로 변환시키는 역할을 합니다. 빛 에너지를 열 에너지로 변환시키기 때문에, 빛만 조절하면 약물의 속도와 반응을 조절할 수 있는 것이죠. 이렇게 연구진은 살아있는 세포에는 악영향을 미치지 않으면서 반응을 조절할 수 있었습니다.
나노반응기 기술이 상용화된다면 세포 내 다양한 화학적 결합의 형성·파괴 과정을 살펴볼 수 있게 됩니다. 또 세포 조직 내에서 치료 약물의 효과나 부작용을 미리 살펴볼 수도 있겠죠. 결국 보다 완성도 높은 약물을 개발하거나 초정밀 진단 기술을 발견하는 것도 가능해질 수 있습니다.
이인수 포스텍 화학과 교수는 "연구팀이 개발한 나노반응기는 특정 세포 내 다양한 촉매 반응을 선택할 수 있고 속도를 제어할 수 있어 다양한 진단 및 치료 플랫폼으로 확장 개발될 수 있다"고 연구 의의를 밝혔습니다. 이번 연구는 화학 분야 국제학술지 <ACS 카탈리시스>에 게재됐습니다.