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김명수
김명수(Myeong Soo Kim) 저자 이메일 보기
고려대학교
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Design of Magnetic‐Plasmonic Nanoparticle Assemblies via Interface Engineering of Plasmonic Shells for Targeted Cancer Cell Imaging and Separation

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

다기능성 나노입자는 다양한 분야의 연구자들에게 많은 관심을 받고 있습니다. 특히, 자성-플라즈모닉 나노입자는 바이오메디컬 응용에 있어서 무한한 잠재성을 지니고 있는 데, 그 이유는 타겟 물질을 선택적으로 분리함과 동시에 광학적 신호를 이용하여 분석을 하는 데 용이하기 때문입니다. 그러나, 바이오 연구에 있어서 자성-플라즈모닉 나노 입자를 적용하는 경우, 다음과 같은 문제점들이 제기되는 데, 구체적으로, 1) 자기적 특성으로 인한 입자 응집 현상, 2) 자기적 특성 및 광학적 신호 미흡, 3) 나노 구조체의 크기 및 형상의 균일성 문제입니다.

본 연구를 시작한 계기는 ‘이러한 기존 문제점들을 해결할 수 있는 기술을 개발하여 다른 연구자들에게 공유할 수 있다면, 나노 기술 발전에 기여할 수 있지 않을까?’ 라는 생각에서부터 시작되었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 균일한 산화철 메조크리스탈을 템플릿으로 하여 상기 템플릿 위에 금/은으로 구성된 플라즈모닉 나노구조체를 형성하는 방법을 개발하였습니다. 특히, 메조크리스탈 구조를 지니고 있는 산화철 나노입자는 바이오 응용에서 응집현상을 방지할 수 있는 낮은 잔류자화와 동시에 높은 포화자화 특성을 구현하기에 적합한 소재였으며, 금/은으로 구성된 플라즈모닉 나노구조체는 나노입자들이 밀집된 구조로 구성되어 있어서 높은 광학적 신호를 얻는 데 용이하게 이용될 수 있었습니다. 여기에서 암세포를 검지하는 데 있어서는 플라즈모닉 나노구조체에서 기인하는 표면증강라만산란(Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS) 현상을 이용하였는 데, 그 이유는 SERS 현상을 이용하면 광학적 신호 안정성과 동시에 민감성을 얻을 수 있기 때문이었습니다. 저희 연구팀은 이러한 자성-플라즈모닉 나노입자 표면에 펩타이드를 부착시켜 특정 암세포 검지와 동시에 영상화 그리고 상기 나노입자의 자기적 특성을 이용하여 해당 암세포를 분리할 수 있는 기술을 개발하였습니다.

본 논문에서 개발된 나노입자는 암세포 검지 뿐 만 아니라 진단 분야에도 응용 가능할 것으로 생각되며, 소재 개발 분야에서도 새로운 접근 방식을 제공할 수 있을 것으로 예상됩니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

고려대학교 신소재공학부 정보소자재료 연구실은 김영근 교수님을 중심으로 바이오메디컬용 기능 나노소재, 차세대 메모리용 나노소재 등 다양한 소재 개발을 10년 넘게 연구해왔습니다. 최근에는 항암면역치료용 기능소재 개발과 인플루엔자 바이러스 검지용 자성-광학 복합기능 나노입자 개발 연구를 서울대학교 의과대학 그리고 다양한 기업체와 협업하여 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 주로 모든 연구가 원천기술 개발을 초점으로 진행되고 있으며 교수님을 필두로 하여 약 20명의 연구원들이 활발하게 연구 활동을 수행하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

이번 연구에서는 자성-광학 복합기능 나노입자의 바이오메디컬 응용에 있어서의 요구되는 여러 가지 기준들을 충족하는 소재를 개발하였습니다. 이러한 기준들을 충족시키기 위해서 자성 나노입자와 광학 나노입자의 특성들을 세밀하게 조절했어야 했고, 실제 암세포 이미징과 분리에 응용하기 위해서 나노입자 표면 기능화 기술도 개발해야 했습니다. 많은 선행 연구들을 토대로, 교수님과 함께 실험 디자인을 진행하고, 이러한 디자인을 바탕으로 실험을 진행한 결과 기존의 자성-광학 복합기능 나노 소재들 보다 특성이 우수한 소재를 개발할 수 있었습니다. 비록 본 연구를 진행하는 동안 많은 실패와 생각과는 다른 결과에 지칠 때도 있었지만, 문제점들 하나하나 꼼꼼히 살펴보고 연구 결과를 도출해 나가면서 연구에 대한 의지와 집중력을 다질 수 있었습니다. 이러한 연구 과정들을 바탕으로 연구 수행에 있어서 체계적인 디자인과 토의의 중요성을 다시 한 번 깨달을 수 있었습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 학생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

바이오메디컬 산업이 발전함에 따라 나노바이오를 기반한 연구가 학계 그리고 대중들에게도 많은 관심을 받고 있습니다. 현재까지도 많은 연구주제들이 세계적으로 대학 그리고 산업체에서 진행되고 있으며, 무한한 성장 가능성이 있는 분야라고 생각합니다. 만약, 나노바이오 분야에서 연구를 수행하고 싶으신 후배님들 또는 유학준비생 분들이 있으시다면 과감하게 도전하시라고 권유 드리고 싶습니다. 현재까지도 빠른 속도로 발전하고 있는 학문이기에 연구를 수행하는 데 있어서 치열한 경쟁 그리고 많은 고난과 역경이 기다리고 있겠지만 그런 과정 속에서 성장하고 본인만의 identity를 형성하게 된다면 어느 순간 훌륭한 연구자가 되어있는 자신의 모습을 볼 수 있게 될 것이라고 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재까지 수행한 연구는 주로 암세포 영상화와 분리를 위한 나노 소재를 개발하는 연구를 주로 수행하였지만, 추후에는 항암 면역치료용 나노소재 개발을 위해 연구를 진행하려고 합니다. 항암 면역치료에 대한 이해와 면역세포 활성화를 유도할 수 있는 소재를 개발하기 위해서는 신소재공학 그리고 면역학 등 다양한 학문에 대한 이해와 많은 스터디가 필요하겠지만, 기능 나노소재를 항암면역치료에 접목시켜 기존 항암면역치료제의 한계를 극복해보고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

우선, 항상 곁에서 응원해주는 사랑하는 제 아내 최지영에게 감사하다는 말을 표하고 싶습니다. 그리고 본 연구를 함께 수행하였던 박범철 박사님, 김유진 박사님, 한양대 이주헌 교수님, 구명석 연구원, 고민준 연구원에게 감사를 전하고, 항상 연구사항 관련하여 함께 토의해준 정보소자재료연구실 내 동료 연구원 분들께도 감사드립니다. 무엇보다도 본 연구를 성공적이게 마무리할 수 있도록 지도해주시고, 연구 외적으로 삶에 있어서도 많은 조언 주신 김영근 교수님께 다시 한 번 감사하다는 말씀드리고 싶습니다.
 

upload_image고려대학교 신소재공학부 정보소자재료연구실

 등록일 2020-05-15
Category: Nanobio, Biochemistry
  댓글 1
회원작성글 zaenner  (2020-05-19 23:08)
명수 축하한다!
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