서울대학교 사범대학 화학교육과 Junhua Yu 교수 연구진은 은 나노닷의 형광공명에너지전이를 이용해 나노케이지의 크기를 밝힌 연구가 ACS Insights Korea 주요연구로 선정되었다고 전했다.
나노케이지(나노미터 크기의 주머니 구조)는 매크로 분자의 많은 생물학적 활동을 이해하기 위하여 필요할 뿐만 아니라 새로운 나노물질의 합성 및 응용에도 이용이 되고 있다. 나노케이지의 구조와 기능을 해독하는 것은 그 구조 내 구속되고 미세하게 조정이 된 나노구조가 어떻게 반응을 지원하고 촉매 하는지를 이해하는데 필수적 요소이며, 나노케이지의 크기는 그 나노케이지의 기능을 설명하는 핵심 매개변수이다. 그러나 지금까지 빠르고 직관적으로 나노케이지의 크기를 검출하는 것은 도전 과제로 남아 있었다.
유기용매인 헥산올/사이클로헥산에 계면활성제인 트리톤엑스-100(Triton X-100)을 넣고 소량의 물을 넣으면, 계면활성제의 친수성 머리 부분은 소량의 물이 있는 안쪽으로 모이게 되고, 소수성의 꼬리 부분은 바깥쪽 유기용매 쪽으로 접하여 만들어진 구조가 역마이셀 이다. 이 역마이셀 내의 물 나노케이지는 효소(enzyme)의 극성 포켓(polar pocket)과 유사하며, 단백질의 구속된 나노케이지를 조사하기 위한 모델과 화학적 반응을 동역학적으로 조정하는 플렛폼으로 자주 사용되고 있다.
형광은 발광의 한 형태로 빛을 흡수한 물질이 들뜬 전자상태에서 낮은 전자상태로 전이 할 때 방출하는 빛(광발광)을 뜻한다. 은 나노닷은 이런 우수한 광발광을 지닌 물질이다. 첫 번째 은 나노닷의 광발광 영역이 두 번째 은 나노닷을 들뜨게 할 수 있는 에너지 영역에 해당될 때, 두 개의 물질이 아주 가까운 거리에 위치하면 첫 번째 은 나노닷을 들뜨게 하여 광방출한 에너지가 두 번째 은 나노닷을 광방출 하도록 한다. 이를 형광공명에너지전이(FRET)라고 한다.
본 연구는 역마이셀 내에서 물 나노케이지의 크기 변화를 명확하게 하기 위해 물에서 이온으로 해리되지 않는 비이온성 계면활성제인 트리톤엑스-100을 사용하였고, 이러한 반응이 일어나는 현장(in-situ)에서 생성된 물 나노케이지의 크기를 은 나노닷의 형광공명에너지전이를 이용하여 측정하였다. 이 접근방식으로 측정된 물 나노케이지의 직경은 극저온 투과전자현미경 얻은 것과 일치하였다. 이는 은 나노닷으로 부터의 형광공명에너지 측정이 나노케이지 크기를 감지하는데 빠르고 정확한 도구가 될 수 있음을 보여주고 있다.
단백질 내 나노케이지의 식별 및 특성화는 항상 어려워 큰 도전으로 여겨지고 있다. 이에, 본 연구성과는 향후 이에 적용할 수 있는 빠르고 정확한 방법을 제시한데 큰 의의가 있다. 본 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 물리화학 분야의 권위있는 국제 학술지 저널 오브 피지컬 케미스트리 레터스 (The Journal of Physical Chemistry Letters) 에 2020년 8월 6일자로 온라인 게재되었다. 또한, ACS Insights Korea 주요 연구 논문으로 선정되었다.
□ 관련링크
■ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.0c01950
■ ACS Insights Korea:
https://app.acspubs.org/e/es?s=1913652004&e=1104559&elqTrackId=C8837ECFFEB0CF91F69B94594434E043&elq=4783f1202c854e228e8d697a1ea89159&elqaid=14204&elqat=1
□ 문의사항
서울대학교 화학교육과 Junhua Yu 교수/ 02-880-9159/ junhua@snu.ac.kr