나노입자

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상용 제품과 재료에서 공학적으로 제어된 나노입자(nanoparticles)의 사용은 증가되고 있으며, 나노입자 없는 산업은 존재하지 않는 것처럼 보인다. 나노입자는 화장품, 섬유, 촉매, 약품, 연마제, 페인트, 센서, 자성 유체, 윤활유, 식품류, 코팅, 수처리 및 플라스틱 등 다양한 제품에 광범위하게 추가되고 있다.

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미국 라이스대학, 베일러의과대학, 텍사스대학 휴스턴건강과학 센터의 공동 연구팀이 주사형태로 투여가 가능한 나노입자가 산화 스트레스로 인한 손상으로부터 사람들을 보호할 수 있음을 입증했다. ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ 최신호에 발표된 이번 연구 결과는 연구팀이 지난 2012년에 보고했던 폴리에틸렌 글라이콜-친수성 탄소 클러스터(polyethylene glycol-hydrophilic carbon clusters: PEG-HCCs)라는 나노입자 기술이 적용되었다고 한다. 이 기술의 적용 덕분에 외상 발생 후에 손상을 유발시키는 산화과정 진행을 신속하게 차단할 수 있었다고 한다.

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미국 라이스 대학(Rice University) 소속의 연구진은 나노입자(nanoparticle)의 독성(toxicity)을 측정하는 프로젝트의 주제로 하찮은 회충을 연구했다. 동 대학 소속의 과학자인 Weiwei Zhong과 Qilin Li 등의 주도로 수행된 저비용의 높은 처리 용량의 연구는 개별적인 기관뿐 아니라 전체 개체에 대한 수많은 유형의 나노입자의 효과를 측정했다. 나노기술 산업의 급속한 발전은 공학적으로 제어된 나노재료(ENMs; engineered nanomaterials)의 환경 건강과 안전성 영향에 관한 대중의 우려를 낳았다. 높은 처리량 분석이 빠르게 그 수가 증가하고 있는 ENMs에 대한 독성 자료를 얻는데 필요하다. 이 연구에서는 모델로 꼬마 선충을 이용한 대조 동물(intact animals)에서 독성을 연구하기 위한 현장 고처리량 방법((high-throughput method)을 제시했다.

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독일 연구진은 나노입자의 새로운 자기 조립 방법을 제시했다. 네트워크 및 계층형 나노크기 물체 속의 빌딩 블록으로서 나노입자의 자기 조립은 현대 나노기술에서 중요한 영역이다. 이런 자기-조립은 서로 다른 크기(1차원에서 3차원까지)에서 일어날 수 있지만, 제어 메커니즘은 아직 초기 단계이다. 이러한 현상에 대한 더 나은 이해는 자기 조립된 계층형 나노구조가 예측할 수 없는 물리적 특성들을 가질 수 있기 때문에 중요하다. 또한 그들은 새로운 감지, 포토닉스, 전자장치 분야를 위한 플랫폼으로 사용될 수 있다. 이번 연구진은 이 연구결과를 저널 Nantechnology에 게재했고, 여기서 리간드가 없고 전하가 안정화된 1차원 TiOx 네트워크 구조의 자기 조립을 증명했다.

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나노입자들은 수십 억 분의 1 미터의 매우 작은 입자이고, 점점 더 많이 적용되고 있다. 나노입자들의 독성들은 일반적인 관점에서 조사되었지만, 이스라엘 연구팀은 실리콘 이산화물(SiO2) 나노입자들이 조직과 세포벽을 침투할 때 심혈관 질병을 유발할 수 있다는 것을 최초로 발견했다. 실리콘 이산화물의 나노입자들은 순환계로 침범해서 이런 질병을 발생시킬 수 있다. 이 연구는 저널 Environmental Toxicology의 12월 호에 게재되었다. 이 연구는 Technion Rappaport Faculty of Medicine, Rambam Medical Center, TCEEH(Center of Excellence in Exposure Science and Environmental Health)의 연구진에 의해서 수행되었다.

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나노입자는 그 사이즈가 작아 세포 내의 직접 진입이 가능하다. 때문에 약물을 전달할 수 있는 적합한 매개체로 꼽히고 있다. 이와 함께 국제적으로 나노입자의 세포 독성에 대한 연구도 지속되고 있다.

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아일랜드 국립대학교 더블린 캠퍼스(University College Dublin)의 연구자들이 암 진단과 치료 방법으로서 인간의 두 유방암 세포를 대상으로 한 나노입자를 제작하는데 성공했다. 서로 다른 물질로 나노입자를 코팅하는 것은 세포들과 나노입자들이 서로 다른 방법으로 상호작용할 수 있도록 만들어준다. 예를 들어, 금(Au)과 같이 광학적으로 활성화된 입자들은 근적외선 이미징에서 뛰어난 명암(contrast)을 보여주며 만약 가열되는 경우 주변의 조직을 파괴하기도 한다. 이것은 광열치료법(photothermal ablation therapy)이라고 한다. 철(Fe)과 같이 자기적으로 활성인 입자들은 세포 죽음(cell death)의 원인이 되는 자기장에 노출되는 경우 열을 발생함으로써 물리적인 치료를 가능하게 한다.

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신시네티대학의 연구팀이 광열 요법(photo-thermal therapy: PTT)에 이용될 수 있는 암을 표적으로 삼는 새로운 나노입자를 설계했다. 기존 항암 요법들이 주변의 정상 세포들에도 영향을 주는 것과 달리 이 새로운 치료 방법은 정상 세포에 영향을 주지 않아서 부작용이 없다고 한다. 연구팀이 개발한 산화 철(iron-oxide)에 기반한 나노입자가 암세포를 찾아서 유입된 후에 레이저 빔을 쪼이면 열이 발생하여 암세포를 사멸시키게 된다. 이번 연구 결과는 11월 30일부터 12월 5일까지 미국 보스턴에서 개최되는 ‘Materials Research Society Conference’에 구두 발표될 예정이다.

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MIT의 연구진은 살아있는 동물에 자기 공명 이미징과 형광 이미징을 동시에 수행할 수 있는 새로운 나노입자를 개발했다. 이러한 입자들은 체내에서 생산되는 특정 분자들을 추적하고, 종양 환경을 관찰하고, 약물이 그들의 표적에 성공적으로 도달할 수 있는지를 측정하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.

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미국 연구진은 광활성화된 티타늄 이산화물 나노입자의 DNA 손상 가능성에 대해서 조사했다. 진리는 어두운 곳에서 빛을 발한다. 그러나 어둠 속에 진리를 유지하는 것이 더 좋을 때도 있다. 미 국립 표준 기술 연구소(National Institute of Standards and Technology)의 최근 연구결과는 나노입자의 안정성을 조사할 수 있는 방법을 조사했다. 일부 나노입자가 DNA를 손상시킬 수 있다는 이전 연구결과는 연구실에서 실수로 빛에 노출시킴으로써 진실이 아니라는 것을 발견했다.