[신기술소개] 세포 내 SWCNT의 직접 묘화 Direct imaging of single-walled carbon nanotubes in cells

KIC News, Volume 10, No. 6, 2007

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발광 유기 나노튜브 제작 성공

일본의 산업기술총합연구소 계면나노아키텍토닉스연구센터의 아사카와 마스미(淺川眞澄) 주임 연구원은 분자가 자기조립하여 형성하는 유기 나노튜브(이하 ONT-AIST)에 형광분자를 섞음으 로써 형광을 발광하는 나노튜브(이하 발광성 ONT-AIST)를 개발했다(Figure). 발광성 ONT- AIST는 양친매성(兩親媒性)분자가 용액 안으로 자기집합하는 과정 중에 형광분자를 첨가하여 발광 유기 나노튜브를 얻은 것이며, 나노튜브의 관벽에 형광분자가 안정적으로 혼입되는 구조이 다. 형광분자를 가하여도 유기 나노튜브 내부 구조는 비어 있는 채로 남아 있어 약제 등을 내부 에 받아들일 수 있게 된다. 이 발광성 ONT-AIST를 이용하여 지금까지 어려웠던 ONT-AIST의 생체 내 관찰이 용이해져 ONT-AIST를 통한 약제 운반 상황 해석에 응용될 것으로 기대된다.

Figure. 왼쪽부터 무발광, 적색, 귤색, 황색, 청색으로 발광하는 유기 나노튜브 사진.

출처: http://www.aist.go.jp 소 대 섭 (KISTI)

세포 내 SWCNT의 직접 묘화

Direct imaging of single-walled carbon nanotubes in cells

Single-walled carbon nanotube (SWCNT)의 다양한 생의학적 응용에 관한 연구가 주를 이루

었으나 세포에 대한 독성문제가 제기됨으로써 세포독성 및 uptake에 관한 연구가 새롭게 대두되

고 있다. 이러한 SWCNT의 다양한 세포에 대한 독성은 이미 밝혀졌지만, 탄소가 주성분인 세포

구조와 역시 탄소로 이루어진 SWCNT의 구별이 어려워 uptake에 관한 직접적인 관찰은 이루어

지지 못하였다. 본 연구는 TEM (transmission electron microscopy)과 공초점 현미경(confocal

microscopy)을 이용하여 HMMs (human monocyte-derived macrophages) 내의 SWCNT를 관찰

하였다. Macrophage (대식세포)는 외부 물질이 몸에 들어올 때 제일 먼저 스스로 방어하는 역할을

담당하기 때문에 SWCNT가 몸 안에 흡수된다면 macrophage에 의해 가장 먼저 흡수될 것이다.

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HMMs를 2~4일 동안 서로 다른 SWCNT 농도에서 처리하여, 처리시간 및 농도에 따른 HMMs 파괴를 관찰하였다. 2일이 경과했을 때 가장 높은 SWCNT 농도(10 mg/L)로 처리한 경우에도 HMMs가 거의 파괴되지 않았으나 4일이 지났을 때는 60% 수준으로 생존율이 크게 감소하였다.

2일 후에 SWCNT가 lysosome으로 들어가는 것이 관찰되었고, 4일 후 cytoplasm과 nucleus에 들 어간 것이 관찰되었다. 이는 SWCNT가 세포 내 단백질, 세포기관 및 DNA와도 상호작용할 수 있다는 것을 시사한다.

나노 기술은 산업 및 생활용품에 다양하게 응용되면서 각광받고 있으나 위해성에 대한 연구도 항상 병행되어야 할 것이고 일반인들의 나노 기술에 대한 인식을 새롭게 전환하는 노력이 필요 할 것이다.

출처: Nature nanotechnology 2 (2007) 713-717 심 상 준 (성균관대학교)

내열 온도 300 ℃의 식물성 수지 개발

일본 JAIST 물질 과학 연구과에서는 식물에 포함된 자연 분자를 이용해 내열 온도가 섭씨 300 ℃ 를 넘는 식물성 플라스틱의 개발에 세계에서 처음으로 성공했다.

석유 재료인 플라스틱을 대체하면, 이산화탄소 배출량 삭감으로 연결될 것으로 기대된다. 경량 이기 때문에 자동차 부품 등에도 이용이 전망되어 관련 기술에 관한 특허를 출원하고 실용화에 나섰다. 식물성 수지는 휴대 전화기나 개인용 컴퓨터의 케이스 등에 이용되고 있는데, 내열성이 낮은 것이 문제 중 하나였다.

폴리유산을 주성분으로 하는 일반적인 식물성 수지의 내열 온도는 60 ℃ 정도이다. 그 때문에 석유계 수지나 광물 등을 혼합해 내열성을 높이는 경우가 많았다.

식물의 세포벽에 포함된 계피산류와 초산 유도체 등의 촉매를 폴리유산에 혼합했다. 계피산류 는 모든 식물의 세포벽에 포함되는 폴리페놀의 일종으로 벤젠환 구성 성분이 포함되기 때문에 내열 온도가 높아진다고 한다. 하지만, 계피산류와 촉매만 혼합했을 경우 내열온도는 169 ℃에 머 무른다. 이를 200 ℃을 넘는 고온으로 열처리 함으로써 화학 변화를 일으켜 300 ℃를 넘는 내열 온도가 된다.

연구팀에서는 수 년 전부터 폴리페놀 재료의 플라스틱 개발을 진행해 2년 전에는 169 ℃의 내 열성을 가진 플라스틱을 만들어 냈다. 이것을 다시 고온 고압에서 장시간 가열함으로써 내열성을 300 ℃ 이상으로 높이는 데 성공한 것이다. 새로운 플라스틱은 갈색으로 가열에 의한 화학반응의 영향으로 섬세한 기포가 발생하고 있다. 비중은 1.1로 가벼워 현재 자동차의 엔진 부품에 사용되 고 있는 석유 재료의 플라스틱(비중 1.6~1.8, 내열 온도 약 260 ℃)을 대체하면 엔진룸을 경량화 시킬 수 있어 연비 향상도 기대된다.

출처: KISTI 글로벌동향브리핑(GTB) 김 상 범 (경기대)