박테리아 제거를 위한 자기조립 나노닷 광감각제 개발

포스젠과 DCP는 심각한 인명 피해를 유발하는 유해 물질이지만, 빠르고 정확한 선별적 검출이 어렵다는 문제가 있었습니다. 본 기술은 특정 화학식의 화합물을 이용하여 이 문제에 접근합니다. 이 화합물은 포스젠 또는 DCP와 반응할 때, 각기 다른 형광 및 발색 변화를 동시에 일으킵니다. 이를 통해 액체 및 기체 상태의 포스젠과 DCP를 nM 수준의 민감도로 수초 내에 신속하고 정확하게 선별 검출합니다. 타 화학 전쟁 약물이나 유해 가스 속에서도 오직 포스젠과 DCP만을 선택적으로 감지할 수 있어, 화학 테러 및 산업 사고 예방에 크게 기여하며 인명 안전 확보에 효과적으로 활용될 수 있습니다.

기존 광역학 치료용 광감각제는 낮은 수용성과 정상조직 손상 위험, 반응성 산소종 생성 제한 등의 문제가 있었습니다. 본 기술은 이러한 한계를 극복하기 위해 안정한 자기조립 나노닷 형태를 형성하는 새로운 광감각제 화합물을 개발했습니다. 이 화합물은 특정 화학식으로 표시되는 양친성 아연(II) 프탈로시아닌 유도체로, 용매 내에서 균일한 나노닷 구조를 형성합니다. 이 나노닷은 양전하를 띠어 음전하를 띠는 박테리아 세포막에 효과적으로 부착되며, 500~850 nm 파장의 빛을 조사하면 Type I 반응성 산소종을 다량 생성하여 박테리아 세포막을 파괴하고 내부를 손상시켜 그람 양성균 및 음성균을 포함한 다양한 박테리아 세균을 효과적으로 비활성화 또는 사멸시킵니다. 기존 광감각제 대비 향상된 ROS 생성 능력과 안정성을 제공하여, 더욱 안전하고 효율적인 박테리아 감염 치료를 가능하게 합니다.

유기인계 신경작용제 및 생체 내 pH 변화는 기존 검출법의 낮은 민감도와 복잡성으로 진단에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 폴리메틴 체인에 메조-반응작용기를 갖는 신규 시아닌 유도체를 개발하여 이러한 문제를 해결합니다. 단일 반응 단계로 간단히 대량 생산이 가능하며, 반응 작용기가 검출 물질과 반응 시 파이-공액계 변화를 유도하여 색상, 흡광, 발광 스펙트럼 변화로 이를 신속하고 고감도로 검출합니다. 특히 산성 pH 및 수성 환경에서도 활성화되는 비율측정 근적외선 프로브로 활용 가능하며, 필름형 센서로 제작하여 현장에서 유기인계 신경작용제를 빠르고 정확하게 진단할 수 있습니다. 이는 질병 진단 및 유해 물질 감지에 기여할 것입니다.

기존 암 테라노스틱 전략은 낮은 신호 대 배경비와 부작용, 복잡한 구성 및 제조 공정의 한계가 있었습니다. 본 기술은 신규 유기금속 화합물을 이용해 종양 특이적 바이오마커에 반응하여 형광이 켜지고 반응성 산소종을 생성하는 '전환 가능한' 자기 조립체를 개발합니다. 이 유기금속 화합물은 표적 리간드(예: 비오틴)가 결합된 양친매성 나노입자로 자기 조립되며, 종양 세포 내 과발현 단백질과 결합 시 부분 분해되어 활성화됩니다. 이를 통해 낮은 배경 신호에서도 암을 정확하게 진단하고, 광열 및 광역학 치료를 통한 효과적인 암 치료가 가능해집니다. 단일 물질로 진단과 치료를 동시에 수행하여 기존 복합 시스템의 단점을 극복하고 임상 적용 가능성을 높일 수 있습니다.

기존 양이온성 계면활성제 검출 방법은 색 변화가 단일하여 종류를 식별하기 어렵고, 검출 과정이 복잡하며 독성 용매를 사용하는 한계가 있었습니다. 본 기술은 폴리디아세틸렌에 벤조산기를 도입한 신규 초분자체를 활용합니다. 이 초분자체는 시료에 포함된 양이온성 계면활성제의 종류에 따라 파란색에서 붉은색, 보라색, 노란색, 주황색 등 다채로운 색상 변화를 보이며, 그 농도에 따라 흡광도와 형광 강도가 달라집니다. 이를 통해 양이온성 계면활성제의 종류와 농도를 육안 및 광학 분석으로 빠르고 정확하게 검출할 수 있어, 환경 모니터링 및 산업 현장에서의 유용성이 높습니다.

활성 산소종 중 차아염소산은 생체 내 중요하지만, 선택적이고 민감한 검출 방법이 부족했습니다. 본 기술은 신규 로다민 유도체를 이용하여 차아염소산에만 선택적으로 'Off-on' 타입의 형광 및 발색 변화를 유도합니다. 나노몰 수준의 낮은 농도까지 검출 가능하며, 100% 수용액 환경에서도 강한 형광과 육안으로 확인 가능한 색 변화를 보입니다. 또한, 초파리 모델에서 생체 내 차아염소산 이미징에 성공하여, 관련 질병 연구 및 환경 분석 분야에서 차아염소산을 정확하고 민감하게 검출하는 데 기여할 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.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.