KISTI의 과학향기

미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University), 위스콘신-매디슨 대학(University of Wisconsin-Madison), 퍼시픽 노스웨스턴 국립 연구소( Pacific Northwest National Laboratory), 미네소타 대학(University of Minnesota)의 연구진은 코팅된 나노입자가 살아있는 유기체와 상호작용할 때 나노입자이 끈적거림이라는 새로운 특성을 가진다는 것을 발견했다. 즉, 지질 코로나(lipid corona)가 나노입자 위에 존재하면, 서로 붙어서 긴 다시마 모양의 가닥으로 성장한다. 5 나노미터 직경의 나노입자는 용액 속에서 마이크론 크기의 긴 구조를 형성하게 된다.

 

개인 전자 장치인 스마트 폰, 컴퓨터, TV, 태블릿 등은 폐기물의 상당 부분을 차지하고 있다. 이러한 제품들 중에 많은 것들이 나노물질을 사용하지만 이러한 미세한 입자들이 환경과 생물과 어떠한 상호작용을 하는지에 대해서 거의 알려지지 않고 있다.

 

이번 연구에서는 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해서 양전하를 띤 금 나노입자가 다양한 이중층 멤브레인 모델과 어떻게 상호작용하는지를 조사했다. 원형의 지질층이 나노입자 주위에서 자발적으로 형성되었다. 이런 단편화된 지질 코로나의 형성은 세포막에서는 전혀 발견되지 않았다.

 

이 연구는 실험실 환경에서 수행되었지만 21℃~22℃의 매립지에서 동일한 현상이 발생할 수 있다. 원자 현미경과 조대 입자 시뮬레이션(coarse-grain simulation) 등의 분광 및 이미징 시험을 통해서 생물학적 멤브레인의 지질 헤드(head)와 나노입자 코팅 속의 양이온 암모늄 간의 이온쌍이 지질 코로나의 형성을 이끈다는 것을 발견했다. 이런 코로나는 직경이 10 나노미터 이하인 입자에 조성 변화와 끈적거림이라는 새로운 특성을 부여한다.

 

이번 연구는 화학적 문제를 해결하는데 도움을 준다. 예를 들어, 응집을 일으키는 암모늄-인산염 상호작용을 피할 수 있는 우수한 리간드 코팅을 가진 나노입자를 설계할 수 있다. 또한 이번 연구는 나노입자가 생물학적 시스템과 어떻게 상호작용하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 이것은 일부 나노물질/리간드 코팅이 생물체에 어떤 영향을 주는지를 이해하고 예측하는데 도움을 줄 수 있다. 그리고 이번 연구는 나노물질이 식품 분야에 적용되는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

 

이 연구결과는 저널 Chem에 “Lipid Corona Formation from Nanoparticle Interactions with Bilayers” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.09.018).