이때 살아있는 세포 내에서 촉매 반응 속도와 자극을 원하는 대로 원격 제어할 수 있는 인공 촉매 반응기 개발이 필요하다.   
 
POSTECH(총장 김도연)은 이인수 화학과 교수, 아밋쿠마(Amit Kumar) 박사가 UNIST의 조윤경 생명과학부 교수, 수밋쿠마(Sumit Kumar) 박사와 공동 연구로 살아있는 세포 내에서 근적외선 빛에 의해 원격 작용하는 '플라스몬-촉매-나노반응기'를 개발했다고 17일 밝혔다. 

약물 개발 후 세포 반응 실험을 하게 된다. 살아있는 세포를 대상으로 한 실험이 중요한데 부작용이 없어야 하고, 촉매 효율도 높아야 한다. 반응 속도와 자극을 원격으로 제어할 수 있다면 실험에 더 효율적으로 사용할 수 있다.

이에 연구팀은 살아있는 세포 내에서 근적외선 빛에 의해 작용하는 플라스몬-촉매-나노반응기(PINERs, plasmonically-integrated nanoreactors)를 개발했다. 

반응기는 선택적 접근이 가능한 금, 팔라듐, 백금과 같은 귀금속 촉매 나노 결정(크기 약 2nm)을 가지고 중심부와 이 중심부를 둘러싸고 있는 플라스몬-금-나노 타원체(크기 약 15nm)로 구성된 이중 구성(전체 크기 약 100nm)으로 설계됐다.

원격으로 노출된 근적외선을 흡수해 광 에너지를 열로 변환시켜 반응성 전하 운반체를 생성할 수 있는 광학 나노 안테나로 작용하게 한다.

이 원리를 통해 살아있는 세포에는 악영향을 미치지 않으면서 반응기의 촉매 나노 결정에서 일어나는 반응을 자극할 수 있다. 

반응기는 특정 세포 내에서 유기분자의 촉매반응을 가능하게 하며, 근적외선 빛을 에너지원으로 사용해 살아있는 세포에서 가속된 촉매 반응을 수행할 수 있게 한다.

기술이 상용화되면 세포 내 다양한 화학적 결합의 형성·파괴 과정을 살펴볼 수 있고 유기 반응으로 세포 조직 내에서 치료약물의 효과, 부작용 없는 약물과 초정밀 진단 기술 발견도 가능하다. 

이인수 교수는 "연구팀이 개발한 PINERs는 특정 세포 내 다양한 촉매 반응을 선택할 수 있고, 속도를 제어할 수 있으며, 다양한 촉매 반응을 가능하게 해 진단 및 치료 플랫폼으로 확장 개발될 수 있다"며 "생체 내 특정 질병 세포에만 활성화 되고 약물로 전환되도록 유도할 수 있어 독성을 최소화하면서 약물의 효과를 극대화할 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구는 한국연구재단의 리더연구자지원사업, IBS의 지원을 받았다.