양원석 학생(지도교수 임동권), 

최대 열확산을 위한 최적 실리카 쉘 두께의

금나노막대 개발

  근적외선을 흡수하여 광열효과를 나타내는 금 나노 막대(AuNR)는 표면을 실리카(SiO2)로 코팅하여 그 효과와 안정성을 향상시킬 수가 있다. 선택된 염기 및 용매 조건에서 금 나노 막대 표면에 SiO2를 코팅하여 nm 범위의 쉘 두께(5 – 40 nm)를 갖는 금 나노 막대(AuNR@SiO2)를 합성하였다. 근적외선을 조사하여 SiO2 쉘의 두께에 따른 AuNR@SiO2의 광열효과 효율을 비교 분석하였다. 광열효과 효율은 SiO2 쉘 두께에 따라 달라지는 결과를 보였으며, 그 중 에서도 20 nm의 SiO2 쉘 두께에서 가장 높은 광열효율이 나타났으며 이는 SiO2 쉘이 없는 AuNR보다 약 1.45배 더 높은 광열 효율로 확인되었다. 두께와 함께 SiO2 쉘의 밀도 또한 광열 성능에 영향을 미쳤으며 높은 밀도의 SiO2 쉘이 형성된 경우, 낮은 밀도의 SiO2 쉘이 형성되었을 때 보다 광열효과의 지속성이 더 우수하였다. AuNR@SiO2 의 쉘 두께에 따른 암세포에 대한 광열 치료(PTT) 효과를 비교하기 위하여 각각의 SiO2 쉘 두께를 갖는 AuNR@SiO2 을 동일한 양으로 세포에 처리한 뒤 808 nm laser를 조사하여 암세포의 생존율을 분석하였다. 수용액 상에서 수행한 광열 효율의 결과와 마찬가지로 20 nm의 SiO2 쉘 두께를 갖는 AuNR@SiO2 에서 가장 높은 수준의 암세포 사멸(Necrosis)을 확인할 수 있었다.

  AuNR 광열효과의 향상을 위한 SiO2 쉘 코팅에 대한 기존의 연구들은 있었으나, SiO2 쉘의 두께와 밀도에 의한 상관관계는 명확하지 않았으며 기존 논문들 사이에서 논란이 있었다. 본 연구에서는 광열효과의 최대 향상을 위한 SiO2 쉘의 두께와 밀도의 상관관계를 명확하게 하고자 나노 미터의 범위(5 – 40 nm)로 SiO2 쉘의 두께가 정확하게 조절된 AuNR@SiO2 의 합성 조건을 확립하였다. 본 연구의 결과는 광열 효율 뿐만 아니라 광열효과에 기반한 광음향 진단에서의 SiO2 쉘 두께 논란에 대해 명확한 결론을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 광열효과가 높은 나노입자는 약한 빛으로도 동등이상의 생체내 에너지 전달이 가능하며, SiO2 쉘이 있는 AuNR은 생체내 독성이 현저하게 감소하기 때문에 광열치료 분야에 활용가능성이 높으며, 나아가 Photothermal immunetheray 분야에도 적용하는 연구로 확장되고 있다.

  본 연구 결과는 Journal of Materials Chemistry B (IF: 6.331)에 “Precise control over the silica shell thickness and finding the optimal thickness for the peak heat diffusion property of AuNR@SiO2”의 제목으로 표지논문으로 선정 되었다.