1992년 최초로 정렬된 메조포러스 실리카에 대한 보고가 된 이후로 합성, 분석, 응용에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 잘 정렬된 기공 (pore) 구조, 큰 표면적과 기공 부피를 갖는 나노입자는 약물, 효소, DNA등의 전달과 같은 바이오 분야에 가장 적절하다. 바이오 분야에 적용 가능한 나노입자는 진단, 이미징, 치료에 사용된다. 메조포러스 실리카 나노입자는 발광, 자기력, 세포 표시, 치료 기능 등의 다기능성 구조로서 사용될 수 있다.
그러나 지금까지 메조포러스 실리카 나노입자의 바이오 분야로의 적용은 생리학적 조건에서 뭉치는 경향과 큰 입자 크기 때문에 제한되었다. 합성된 메조포러스 실리카 나노입자 사이즈는 중요하다. 왜냐하면, 나노입자의 직경이 100 nm 이상인 경우 세망내피계에 의해서 빠르게 흡입되어, 약물이 목표한 세포, 조직에 도달하기 전에 간, 비장에 축적된다. 그러나 나노입자 직경이 50 nm 이하인 경우, 세망내피계에 의해 흡입이 적다. 20 nm의 직경을 갖는 잘 정렬된 메조포러스 실리카 나노입자가 합성될 수 있지만, 나노입자가 쉽게 뭉치게 되어 문제가 된다. MRI 명암 대비를 향상시키기 위해서 메조포러스 실리카 나노입자에 마그네틱 코어를 넣어서 합성하는 시도가 있어 왔다. 그러나 합성된 물질은 충분한 마그네틱 특성을 갖기 어려웠다. 두꺼운 메조포러스 실리카 쉘 또는 메조포러스 실리카 나노입자의 사이즈가 커서 마그네틱 특성이 좋지 않았다.
나노입자를 생체 내에서 응용을 위해서는 작은 입자 크기, 우수한 분산성, 정렬된 구조를 갖는 나노입자가 필요하다. 최근 Zhao 그룹에서 Fe3O4@SiO2 입자를 보고 했으나 입자 크기가 너무 컸다 (> 500 nm). Hyeon 그룹에서는 작은 입자 크기 (< 50 nm), 물에서 안정된 다기능성 나노입자를 보고 했으나, 이 나노입자는 여전히 마그네틱 특성이 좋지 않았고, 메조구조가 정렬되지 않았다. 지금까지 (1) 작은 사이즈 (< 50 nm), (2) 물에서 우수한 분산성, (3) 잘 정렬된 포어 구조와 큰 표면적, (4) 우수한 마그네틱 특성을 갖는 최적의 물질이 보고된 적이 없다. 가장 명백한 해결책은 실리카의 메조포러스 구조를 유지하면서 나노입자의 크기를 줄이는 것이다.
게다가 나노 치료제를 위한 이상적인 나노재료를 제작하기 위해 이러한 나노입자의 의도하지 않은 독성은 모니터 되어야 한다. MTT 분석은 다양한 나노재료의 독성을 연구하는데 사용된다. 나노입자가 사람 몸으로 들어갈 수 있는 4가지 경로는 흡입, 소화, 피부를 통한 흡수, 주입이다. 바이오 적용을 위한 나노입자는 주입에 의해 전달되므로 혈액에 대한 친화성이 중요하다. 처음에 혈액에 대한 친화성은 나노입자 용혈성을 모니터하는 것으로 이루어졌다. 그러나 용혈 분석이 나노입자의 독성을 연구하는데 적용된 보고는 거의 없다.
미국의 Christy L. Haynes 연구팀은 촉매로서 ammonium hydroxide를 사용했으며, 입자 크기 조절 가능한 합성 조건을 이용하여 직경이 100 nm 이하, 잘 정렬된 다기능성 메조포러스 실리카 나노입자를 Chemistry of Materials에 8월 12일 인터넷으로 발표하였다 [그림 1]. 메조포러스 실리카 나노입자는 마그네틱 나노입자를 삽입하거나, 염료를 부착시켜 마그네틱 특성, 발광 특성을 가질 수 있고, 물에서 잘 분산된다. 게다가 MTT와 용혈 분석을 통해 본 나노입자가 생체적합성이 우수함을 확인하였다.
이와 같이 이 연구는 한 단계로 입자 크기 조절이 가능한 다기능성 메조포러스 실리카 나노입자의 합성을 보여주었다. 이 나노입자는 잘 정렬된 구조이며 큰 표면적 (700 ~ 1000 m2/g), 높은 마그네틱 특성 (2 ~12 emu/g), PEG 코팅, 그리고 70 nm 이하의 입자 크기를 갖는다. 삽입된 Fe3O4 나노입자의 분해는 속이 빈 메조포러스 실리카 나노입자를 만든다. 이러한 PEG 처리된 다기능성 메조포러스 실리카 나노입자는 물과 PBS에서 안정성이 매우 우수하다. MTT와 용혈 분석 결과 나노입자의 생체적합성이 우수함을 알 수 있었다. 포러스 하지 않은 실리카 나노입자와 비교했을 때, 메조포러스 실리카 나노입자는 적혈구 세포 피해를 줄이고, 약물 로딩을 위한 큰 표면적을 제공한다. 연구팀은 이러한 생체 적합한 다기능성 나노입자가 바이오 이미징과 약물 전달 응용분야에서 큰 잠재력을 갖고 있다고 생각하고 있다.
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http://pubs.acs.org