이번 연구는 다공성 실리콘 나노입자(porous silicon nanoparticle)를 이용해 향상된 성능의 새로운 광음향 생체 영상화 소재를 개발한 것으로, 다공성 실리콘 나노입자는 생체 독성이 매우 적고, 표면 개질화를 통해 암, 알츠하이머병, 등 질병 특이적 약물전달이 가능해 이상적인 생체적합형 나노물질로 주목받고 있다.
또 고유의 적외선 영역 광발광 특성은 생체영상화 연구에 활용이 가능하다는 장점도 있다.
김 교수 연구팀은, 지난해 (2017년) 다공성 실리콘 나노입자의 크기 조절 및 양자 가둠 효과(quantum confinements effect) 최적화 과정을 통해 이광자(two-photon) 흡수 및 방출 특성을 가지는 새로운 나노입자를 개발하고 이를 암 영상화에 적용하는 논문을 보고한 바 있다.
이번에 개발한 광음향 생체영상화 (photoacoustic Imaging) 소재로 사용되는 조영제는 다공성 실리콘 나노입자를 내부에 적재할 시 영상효율이 급격히 향상 (17배) 될 수 있음을 발견하고 이의 화학적·물리학적 특성을 규명했다.
특히 이번 연구는 나노 소재를 이용해 뇌(brain) 조직에서의 광음향 생체영상화를 수행하고, 효율성을 검증했다는 데 의미가 있다.
기존에 활용되는 광음향 생체영상화 조영제의 문제점을 극복하고, 나노소재와의 융합을 통해 효율을 극대화할 수 있다는 것을 최초로 확인한 이번 연구 성과는 광음향 생체영상화 연구에 새로운 방향을 제시하고, 새로운 영상화 소재의 시장을 개척했다는 점에서 연구의 가치가 높다.
김도경 교수는 “이번 결과를 바탕으로 다공성 실리콘 나노입자를 이용한 새로운 신규 생체 영상화 조영제의 개발, 특정 질병 선택적 생체영상화 및 약물전달, 질병의 진단 및 치료 등 관련 후속 연구가 더욱 활발해질 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 김도경 교수 연구팀은 다기능성 (multi-functional) 나노소재의 개발과 이를 이용한 질병 진단 및 극복에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다.
연구는 한국연구재단 기초연구사업-신진 연구자 지원사업-생애 첫 연구 지원 및 캘리포니아주립대 샌디에이고, 한국과학기술원(KAIST) 과의 다학제 간 융합연구 (multi-disciplinary research)를 통해 수행됐다.
