☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제3화 무한한 응용-① 고효율 태양전지 라이징 스타 퀀텀닷!

바이오이미징, 의료기술분야에서도 라이징스타

퀀텀닷은 바이오이미징과 같은 의료 기술 분야에서도 ‘라이징 스타’다. 바이오이미징은 생체 내에서 일어나는 다양한 분자 수준의 변화를 영상화하는 기법이다. 자기공명영상(MRI)과 컴퓨터단층촬영(CT)이 바이오이미징 기술의 대표적인 예다. 이런 바이오이미징 기술은 병을 진단하고 치료하는 데 적극적으로 활용되면서 중요성이 높아졌다.

다만 현재 널리 사용되는 바이오이미징 기술들은 진단의 정확성, 실시간 관찰, 경제성 등 여러 조건을 동시에 만족시키고 있지는 못하다. 가령 MRI의 경우 분해능이 높아 질병 진단에는 유용하지만 비싸다. 그간 가시광선이나 적외선 파장대의 빛을 이용한 광학영상법(optical imaging)이 대안으로 나오긴 했지만, 근본적으로 가시광선은 신체를 구성하는 단백질, 지방, 물 등에 의해 흡수되기 때문에 신체 내부를 파악하는 데는 한계가 있다.

이런 상황에서 퀀텀닷의 출현은 바이오이미징 분야에 일대 혁신을 불러왔다. 반도체 입자로만 여겨졌던 퀀텀닷을 생체 분자와 결합한 두 편의 연구논문이 1998년 연이어 발표되면서 퀀텀닷을 바이오이미징에 활용할 가능성이 확인됐다. 퀀텀닷은 기존에 생체 내부에 사용되던 형광체에 비해 10~50배 강한 빛을 발할 수 있어 신체를 통과해 바깥에서도 확인할 수 있다. 퀀텀닷의 크기를 조절하면 신체 구성 물질이 흡수하지 않는 700~900nm 대역의 근적외선 파장의 빛을 발하게 만들 수도 있다.

김성지 포스텍(POSTECH) 화학과 교수는 2017년 퀀텀닷에 암을 탐지하는 프로브를 결합해 암 조직 근처에서만 근적외선을 강하게 발하는 퀀텀닷을 개발하기도 했다. 다만 퀀텀닷을 이용한 진단이 실제로 상용화되기 위해서는 디스플레이나 태양전지와 마찬가지로 불안정한 표면을 안정시키는 것이 중요하다. 현재 질병을 탐지하는 프로브에 퀀텀닷을 결합하면 퀀텀닷의 발광 특성이 손실되거나, 반대로 원치 않는 곳에서 빛을 발하는 경우가 많기 때문이다. 신체 내에서 프로브와 퀀텀닷이 안정적으로 결합할 수 있는 퀀텀닷 표면 기술이 개발되면 낮은 비용으로 질병을 정확히 진단할 수 있다.

▲김성지 포스텍 교수팀이 퀀텀닷을 활용해 관측한 취 대장 내 암조직(위 사진 빨간 영역), 퀀텀닷은 기존 형광 염료보다 강한 빛을 낼 수 있어 체내 깊숙한 곳에 있는 조직의 위치와 분포 등을 보여줄 수 있다.

김교수는 “암처럼 항원이 여러 종류인 질병일 경우 서로 다른 색을 내는 퀀텀닷을 활용해 동시에 검출해낼 수도 있다”며 “이외에도 퀀텀닷은 실시간 바이오이미징 기술, 신속하고 정확한 진단 키트 등에 활용돼 인류 사회에 막대한 파급 효과를 낼 것으로 기대된다”고 말했다.