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제목 고속으로 제조 가능한 부작용 없애주는 분자밸브 나온다
연구팀 탄소융합소재연구센터 박치영 박사팀 조회수 1479
파일첨부 170515 [KIST 보도자료] 분자밸브 고속 제조기술 개발_전북 박치영 박사_최종.hwp  
고속으로 제조 가능한 부작용 없애주는 분자밸브 나온다 


- 특정 파장의 빛에 반응하여 약물을 활성화하고 방출하는 시스템 개발 

- 부작용 없는 약물 전달체 및 스마트 코팅 소재개발 가속화 지원
 

자극 감응형 나노캡슐은 약물전달체, 화장품 소재, 세정용 소재 및 기능성 코팅 소재로 사용된다. 대부분의 나노캡슐은 연성의 물질로 이루어져 원하지 않게 분해되어 부작용을 유발하기도 한다. 최근 국내 연구진에 의해 약물 등이 원하는 조건에서만 안전하게 활성화되고 방출되는 진보된 형태의 분자밸브* 기술이 개발되었다. 분자밸브는 2016년 분자기계로 노벨화학상을 받은 美 노스웨스턴大 프레이저 스토더드(Fraser Stoddart) 교수 등이 선도적으로 수행해오고 있으며, 병을 치료하는 나노로봇을 구현하는 기반 기술 중 하나로 각광을 받고 있다. 
*분자밸브 : 나노공간에서 물질의 방출을 조절해 주는 화학분자 물질.  

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 박치영 박사팀은 기존의 분자밸브 시스템 합성보다 시간을 수십 배 단축하고, 가격을 낮추면서도 부작용을 보다 억제하는 원천 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존의 분자밸브는 견고한 나노 채널의 입구 표면에 부착되어 특정 자극에서만 열리고 닫히므로, 기존의 자극 감응형 나노캡슐에 비해 안정성이 높고 정교하다는 장점이 있지만, 합성이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한 여전히 미세하게 약물이 방출되는 경우가 있어 부작용을 원천적으로 억제하는데 한계가 존재한다. 

KIST 박치영 박사팀은 식품첨가제, 의료용 제제, 잉크 등으로 폭넓게 사용되는 식물성 폴리페놀이 나노 채널의 입구 표면에서 분자밸브와 유사하게 거동하는 조건을 발견하였다. 또한 채널 내에 약물 등의 화합물을 비활성화 상태로 포집하고, 특정 파장대의 빛을 비추었을 때만 활성화 되고, 분자밸브의 구동에 의해 순차적으로 방출되도록 고안하였다. 따라서, 원하지 않는 조건에서 포집된 물질이 방출되는 일이 발생되더라도, 관련 부작용이 발생하지 않도록 설계하였다.
   
연구진은 이 기술이 기존의 분자밸브 시스템보다 합성이 매우 간단하고 부작용을 이중으로 억제하는 진보된 형태로, 약물전달체 및 다양한 기능성 코팅 소재 등으로 활용 가능할 것으로 전망했다. 

KIST 탄소융합소재연구센터의 박치영 박사는 “이번 연구를 통해 보다 복잡한 신호 전달 체계에서도 구동하는 나노로봇을 실현하는 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다. 

이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 기본연구사업으로 수행되었고, 독일에서 발행하는 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판’(Angewandte Chemie International Edition)에 5월 8일(월) 표지논문(Inside Cover)으로 게재되었다.


<그림설명>

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<그림1>
(좌)기존의 만년필 잉크 등에 사용되던 폴리페놀-철 이온의 착물 용액
(우)위 착물 용액을 수정 이용한 표면에 코팅된 다공성 나노입자의 분산 용액
기존 합성법은 24시간 이상 소요되고, 복잡한 공정이 필요한 반면, 다공성 나노입자에 물질을 포집하고 표면을 코팅하는데 걸리는 시간은 1시간 이내로 매우 빠르고 간단하다. 

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<그림 2> 
(좌) 연구에 사용된 폴리페놀인 tannic acid의 화학적 구조
(우) 시뮬레이션을 통해 tannic acid가 SiO2 (실리카) 나노채널의 표면에 선택적으로 흡착되는 것을 확인할 수 있었고, 이들이 구리 이온과 착물을 형성할 경우 다공성 실리카의 기공을 막을 수 있음을 확인하였다. 이러한 원리로 인해 다공성 입자의 기공 내에 포집된 물질은 착물 코팅으로 안정하게 포집할 수 있다. 
(하) 착물은 산에 의해서 분해가 가능하며, 다공성 입자의 기공 내에 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 물질(photoacid generator, PAG)을 같이 넣어주게 되면 착물 분해와 동시에 방출이 가능하게 된다.


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<그림3> 
(좌) 빛에 의해 포집된 물질의 형광 특성이 변하는 동시에 방출되는 과정을 관찰한 
공초점 형광현미경 이미지 
(우) 나노반응기 입자가 함유된 하이드로젤의 광분해 및 약물 방출 거동을 보여주는 이미지

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