실리콘 나노입자를 이용한 암 진단용 자기공명영상 프로브 개발

Abstract

본 연구에서는 암 질병의 조기 진단 및 효과적인 치료를 위한 초분극 기술 기반의 자기공명영상 프로브를 개발하고자 하였다. 용액 환원법(Solution reduction)을 이용해 5 nm ~ 20 nm의 크기를 갖는 실리콘 나노입자를 합성하였으며, 마그네슘 열 환원법(Magnesiothermic reduction)을 이용하여 20 nm ~ 500 nm의 실리콘 나노입자를 합성하였다. APTES(3-aminopropyl triethoxysilane)을 이용해 합성된 실리콘 나노입자의 표면기능화를 진행하였다. 그 결과 aminopropyl group이 결합된 실리콘 나노입자가 성공적으로 제조되었으며, 이는 수용액 내에서 높은 분산도를 보였다. 본 실리콘 나노입자의 자기공명영상 신호는 DNP 기술을 통해 획기적으로 증폭되었으며, 약 30분 이상의 충분한 29Si spin-lattice relaxation(T1) time을 보였다. 또한, MRI phantom imaging실험을 통해 실리콘 나노입자의 높은 해상도를 확인하였다. 이러한 결과는 DNP 기술 기반의 자기공명영상 프로브로써 실리콘 나노입자의 응용가능성을 제시하고 있다. 앞서 사용된 실리콘 나노입자의 합성 기술을 동위원소가 치환된 실리콘 전구체에 적용함으로써 자기민감도를 가진 29Si의 구성비를 최대로 높이고자 하였다. Si bulk powder를 시작물질로 하여 silicon tetrachloride (SiCl4)와 tetraethyl orthosilicate (TEOS)가 단계적으로 합성되었다. 본 합성과정에서 미량의 수분 및 산성조건하에 TEOS의 올리고머 생성이 촉진된다는 사실을 확인하였고, 이에 따라 TEOS의 올리고머 비율이 다른 3가지 종류의 TEOS가 얻어졌다. 본 물질은 실리카 합성에 이용되었으며 마그네슘에 의한 환원 반응에 따라 실리콘이 생성되었다. 결과적으로, 합성된 TEOS의 모노머 대 올리고머의 비율이 증가함에 따라 더욱 구형의 실리카 및 실리콘 나노입자가 형성된다는 추가적인 결과가 도출되었다. 본 결과는 TEOS의 합성조건을 조절함에 따라 다양한 형태의 실리콘 나노입자가 합성 될 수 있다는 사실을 제시하며, 이를 통해 자기공명영상 프로브로써의 응용뿐만 아니라 리튬이차 전지의 음극활물질, 동위원소희석 질량분석법을 위한 표준물질 등 다양한 분야에서의 활용가능성 또한 기대할 수 있다.