네모난 금이 동그래졌다…‘슬롯사이트 연금술’ 성공
美 연구팀, 신공정으로 균일한 구형 슬롯사이트입자 합성 소량 생산 공정 벗어나 구체 대량 제조 가능
신속 코로나 진단 기술의 핵심 소재인 금 슬롯사이트입자를 둥그런 구형태로 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다. 미국 조지아공대케이 콴 리 등 연구팀은 9일(현지 시간) 금 슬롯사이트큐브를 구체 슬롯사이트스피어로 변환하는 새로운합성 기술을 발표했다.
측면 유동 면역분석(LFIA)은금 슬롯사이트입자의 광학적 특성을 이용해 질병 감염 여부를 판독하는 기술이다. 그러나 기존 합성 방식으로 얻은 슬롯사이트입자는 모양과 크기가 고르지 않아 분석 물질의 농도를 정확히 판단하기 어려웠다. 30nm 이상의 균일한 금 구체 슬롯사이트스피어는 정량 분석에 필수적이지만, 전구체를 한 방울씩 떨어뜨려 제작하는공정 때문에 대량 생산에 한계가 있었다.
연구팀은 문제를 해결하기 위해 전구체를 한 번에 투입하는 단일 용기공정을 고안했다.개발 초기 단계에서는 정육면체와 팔면체가 섞인 불균일 입자가 생성됐다. 이를 극복하기 위해 세 단계 합성법을 개발했다. 먼저 씨앗 역할을 할 10nm(슬롯사이트미터) 크기의 금 슬롯사이트입자를합성한다. 이후 브롬화 칼륨을 이용해 30nm 크기의 슬롯사이트큐브로 성장시킨다.
이어 완성된 슬롯사이트큐브를 염화트라이옥틸메틸암모늄(CTAC)용액에서 섭씨 97도로 가열한다.표면의 브롬화 이온이 탈리되고 빈자리에 염화 이온이 결합하여 입자 안정성을 유지할 수 있다. 동시에 브롬화 이온이 빠진 부위에서는 표면이 깎이는 동시에,원자의 모서리가 이동하면서 각진 슬롯사이트큐브가 매끄러운 구형 슬롯사이트입자로 재구성된다.
연구팀에 따르면 새로운 방식으로 제작한 35nm 금 구체 슬롯사이트스피어는 기존 방울 주입법 대비 입자 균일도, 광학적 선명도, 안정성 등 모든 품질 지표에서 동등하거나 더 우수했다. 또한품질 저하 없이 상업적으로대량 생산이 가능하다.
균일한 금 슬롯사이트 구체를대량으로 생산하는 기술은 신속성, 정확성, 확장성이 필수적인 의료 진단 분야에 변화를 가져올 것으로 기대된다. 특정 병원체를 정밀 검출하도록 맞춤 제작할 수 있어 감염병 발생 시나 원격 의료 환경에서 유용할 것으로 전망된다.향후 약물 전달, 바이오센서, 광열 암 치료 등 입자 일관성이 효능을 좌우하는 차세대 바이오 기술 발전에도 기여할 것으로 예상된다.
연구팀은 “브롬화 이온의 역할을 규명함으로써 과학적으로 우아하면서도 상업적으로 실용적인 합성법을 설계했다”며 “기초 슬롯사이트화학과 확장 가능한 공학을 연결해 실제 진단 현장의 요구를 충족시키는 고성능 슬롯사이트입자 제조를 가능하게 할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는국제학술지 ‘프리시즌케미스트리(Precision Chemistry)’에 지난 5월 29일 게재됐다.
/ 육지훈 기자 editor@popsci.co.kr