고감도 저농도 포스젠 검출용 비색 형광 화학센서 개발

기존 치아염소산 검출 프로브는 낮은 조직 투과 깊이, 자가 형광, 인공 활성산소종 발생 등의 한계가 있었습니다. 본 기술은 이미다졸린-2-티온 구조 기반의 새로운 화합물을 개발하여 이러한 문제를 해결합니다. 이 화합물은 세포 내 환경에서도 안정적으로 구조를 유지하며, 외인성 및 내인성 치아염소산(OCl-)과 선택적으로 반응하여 형광 또는 흡광 스펙트럼 변화를 유도합니다. 특히 황 원자와 OCl-의 반응을 통해 양이온성 이미다졸리움이 형성되면서 발생하는 파이-공액계 변화를 이용합니다. 이 화학센서는 생체 세포 내 OCl-를 선택적이고 민감하게 검출하며, 이-광자 현미경을 통한 깊은 조직 투과 검출도 가능합니다. 이를 통해 심혈관계, 염증성, 신경 질환 등 다양한 질병의 원인인 치아염소산의 생체 내 역할을 정확히 규명하고 모니터링하는 데 크게 기여할 수 있습니다.

신경 시냅스 내 아연 이온의 불균형은 다양한 신경계 질환의 원인이 되지만, 기존 아연 검출 방법은 정확한 위치 지정과 고감도 감지에 한계가 있었습니다. 본 기술은 NMDA 수용체에 선택적으로 결합하고 주변 아연 이온을 포집할 때 이광자 형광 변화를 일으키는 신규 화합물을 개발했습니다. 이 화합물은 NMDA 수용체 결합부, 형광발색부, 아연 포집부를 정교하게 설계하여 생체 내 아연 이온의 시공간적 변화를 나노몰(nM) 단위 이하의 민감도로 정밀하게 모니터링할 수 있습니다. 특히, 생체에 안전한 이광자 여기 방식을 사용하여 신경세포와 조직에서 아연 이온을 효과적으로 검출합니다. 본 기술은 신경 자극에 따른 아연 이온 변화를 감지함으로써 신경병리학 연구에 혁신을 가져올 뿐만 아니라, 신경병증성 질환의 진단 및 검사용 조성물 개발에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

유독 가스인 포스젠 검출 시 기존 기술은 부반응으로 인해 감도가 저하되고 반응 시간이 느리다는 문제가 있었습니다. 본 기술은 벤즈이미다졸 스피로 융합 로다민계 모이어티를 포함하는 신규 화합물을 개발하여 이러한 한계를 극복했습니다. 이 화합물은 포스젠과 반응 시 고리 열림 과정을 용이하게 진행하며 염화수소(HCl)와 같은 부산물을 생성하지 않습니다. 그 결과, 색변화 및 형광 감응을 통해 저농도의 포스젠(3.2 ppb 이상)을 2분 이내의 빠른 시간 안에 고감도로 검출할 수 있습니다. 본 화합물을 포함하는 조성물 및 고분자 매트릭스에 매립된 구조체(예: 섬유)를 통해 다양한 환경에서 용이하게 포스젠을 감지할 수 있어, 화학 산업 및 생물테러 방지 등 유해 가스 감지에 효과적으로 활용될 수 있습니다.

세포 내 ATP는 생명 활동의 핵심 에너지원으로, ATP 레벨 변화는 저혈당증, 허혈, 파킨슨병 등 여러 질병과 밀접한 관련이 있어 실시간 모니터링이 매우 중요합니다. 본 기술은 미토콘드리아 내 ATP를 선택적이고 실시간으로 감지하기 위한 신규 화합물 및 프로브 조성물을 개발했습니다. 로다민계 스피로락탐 유도체 기반의 이 화합물은 ATP와 결합 시 스피로락탐 고리가 열리며 색변화 및 50배 이상 증폭된 형광 신호를 발생시킵니다. 개발된 프로브 조성물은 세포 내 낮은 독성으로 생체 적용 가능성이 높으며, 간편한 제조 공정을 통해 안정적으로 생산됩니다. 이를 통해 미토콘드리아 내 ATP 농도 변화를 효율적으로 모니터링하여 ATP 감소 관련 질병의 조기 진단 및 예방에 크게 기여할 수 있습니다.

생체 내 강력한 산화제인 퍼옥시나이트라이트는 다양한 질병과 연관되어 조기 진단이 중요하지만, 기존 형광 프로브는 낮은 선택성, 간섭, 조직 이미징 불가 등의 한계가 있었습니다. 본 기술은 이광자 형광 특성을 지닌 새로운 화합물을 개발하여, 퍼옥시나이트라이트와 반응 시 고감도 형광 신호를 방출하도록 합니다. 이 화합물은 높은 물 용해도를 가지며, 다른 활성산소종(ROS)의 간섭 없이 퍼옥시나이트라이트만을 선택적으로 탐지합니다. 이를 통해 생체 내 세포 및 조직에서도 빠르고 정확한 이미징이 가능합니다. 이 프로브는 기존 기술의 단점을 극복하여 허혈재관류 손상, 염증, 신경 퇴행성 질환 등 다양한 질병의 조기 진단 및 연구에 혁신적인 솔루션을 제공합니다.

기존 프로브는 싸이올기 함유 아미노산의 선택적 검출에 한계가 있어 질병 조기 진단이 어려웠습니다. 본 기술은 나프탈렌 구조 기반의 화합물을 이용하여 세포 내 환경에서도 안정적으로 글루타티온 또는 호모시스테인과 선택적으로 반응하여 흡광 또는 형광 스펙트럼 변화를 일으킵니다. 이 화학센서는 화합물의 디알데하이드 말단이 아미노산의 싸이올기 및 아민기와 결합하는 방식으로 작동하며, 글루타티온 농도에 따라 높은 민감도로 변화를 감지합니다. 이 센서는 글루타티온 농도 감소를 유발하는 패혈증을 조기에 빠르고 정확하게 진단할 수 있으며, 낮은 세포 독성으로 생체 내 바이오마커 검출 및 질병 진단 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 웨어러블 기기 데이터는 헬스케어 등 단순 활용에 그쳐 사용자 맞춤형 웹 서비스 제공에 한계가 있었습니다. 본 기술은 웨어러블 기기에서 수집된 심박수, 체온, 스트레스 등 사용자 생체 정보와 디스플레이 기기의 웹 페이지 스크롤, 클릭 등 조작 정보를 동시간 기준으로 결합하고 분석합니다. 데이터 마이닝 및 기계학습을 활용하여 사용자의 상태와 의도를 파악하며, 이를 통해 동영상 추천, 학습 콘텐츠 개인화, 맞춤형 광고 등 사용자에게 최적화된 웹 페이지와 서비스를 제공합니다. 사용자의 컨디션과 행동에 기반한 정교한 개인화로 웹 서비스의 만족도와 활용도를 크게 높일 수 있습니다.

염료감응 태양전지는 낮은 제조 단가에도 불구하고 광전환 효율 부족으로 상용화에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 기술은 자기조립 이중블록 공중합체를 활용, 정렬된 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물-탄소질 하이브리드 박막을 경제적으로 제조합니다. 역마이셀 용액, 금속산화물 전구체, 산 용액을 이용한 코팅 후 자외선 조사로 안정화하고 열처리하여 탄소화하는 공정을 거칩니다. 이 과정에서 고온에도 나노구조를 유지하며, 높은 전기 전도성을 가진 탄소와 금속산화물의 하이브리드화를 통해 전자의 전달 효율을 극대화합니다. 결과적으로 이 박막을 염료감응 태양전지 광전극에 적용하면 광전환 효율을 현저히 향상시켜, 제조 단가 부담 없이 태양전지의 상용화를 가속할 수 있습니다.

기존 언어 학습 도구들은 주로 발음 교정에 집중하여 작업 기억 능력 평가에 한계가 있었습니다. 특히 언어 발달 장애 아동의 경우, 음운 처리 결함과 상위 언어적 문장 이해 문제가 작업 기억 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 본 기술은 음성으로 제시된 문장을 따라 말하는 학습자의 음성을 녹음하고 평가하여 작업 기억 능력을 측정합니다. 사용자의 첫 번째 문장 따라 말하기 점수를 기반으로 난이도와 변별도를 조절한 맞춤형 과제를 제공하며, 이를 통해 얻은 점수로 작업 기억 능력을 더욱 정확하게 진단합니다. 이로써 아동의 연령과 언어 체계에 맞는 신뢰도 높은 작업 기억 능력 측정 결과를 제공하여, 언어 발달 장애 여부를 조기에 판단하고 적절한 후속 조치를 가능하게 합니다.