고에너지 물질(HEMs; Explosives 및 propellants 포함)의 합성은 전통적으로 배치(batch) 공정에 의존해 왔으며, 잠재적인 열 폭주(thermal runaway)와 위험한 중간체의 대량 재고로 인해 본질적인 안전 위험이 수반된다. 본 총설은 HEM 제조에서 내재적 안전성(intrinsic safety)과 향상된 공정 효율을 확보하기 위한 변혁적 해결책으로서 연속 흐름 화학(Continuous Flow Chemistry)으로의 패러다임 전환을 포괄적으로 고찰한다. 우리는 미세반응기(microreactor) 기술의 근본적 장점, 특히 고도로 발열적인 니트레이션(nitration) 반응을 효과적으로 제어할 수 있는 우수한 열전달 및 물질전달 능력에 초점을 맞추어 분석한다. 주요 합성 발전은 TNT, RDX, NTO, MDNT와 같은 주요 에너지 화합물에 대한 비교 사례 연구를 통해, 기존 배치 방법에 비해 수율, 순도, 선택성이 유의하게 개선됨을 보여줌으로써 제시한다. 또한 본 총설은 반응 제어를 위한 다단계 온도 구역(multi-stage temperature zones)의 도입과 안전한 산업 규모 확장을 위한 ‘numbering-up’ 접근법을 포함하여, 공정 집약(process intensification) 전략을 비판적으로 평가한다. 더 나아가 고체 취급과 관련된 공학적 과제를 다루고, 불안정한 중간체의 안전하고 요구되는(on-demand) 방식의 생성에 대해 논의한다. 마지막으로, 반응 탐색과 자기 최적화를 가속하기 위해 자동화된 흐름 플랫폼과 인공지능(AI) 및 머신러닝(ML)을 통합하는 데 대한 전향적 관점을 제시한다. 본 연구는 화학 공학자와 연구자들이 더 안전하고, 더 지속가능하며, 현대화된 에너지 물질 생산으로의 전환을 촉진하는 전략적 틀을 제공하는 것을 목표로 한다. 본 총설은 전통적 배치 공정에서 고에너지 물질(HEMs)의 합성을 위한 연속 흐름 화학으로의 패러다임 전환을 포괄적으로 검토한다. 우리는 니트레이션과 연관된 열적 위험을 효과적으로 관리함으로써, 우수한 열전달 및 물질전달 능력을 가진 미세반응기 기술이 내재적 안전성을 어떻게 보장하는지에 대해 강조한다. TNT, RDX, NTO와 같은 주요 에너지 화합물에 대한 비교 사례 연구를 통해, 수율, 선택성 및 공정 제어에서 유의한 개선이 있음을 보여주는 핵심 발전을 제시한다. 또한 본 총설은 산업 규모 확장을 위한 ‘numbering-up’과 불안정한 중간체의 안전한 취급을 포함하는 중요한 공학적 전략을 논의함으로써, 폭발물과 추진제 제조를 현대화하기 위한 전략적 틀을 제공한다.

피부는 인체에서 가장 부피가 큰 기관이며 외부 환경에 노출되어 있다. 노출된 피부는 다양한 내인성 및 외인성 노화 요인의 영향을 받는다. 피부 노화는 주름, 탄력 저하, 피부 색소침착과 같은 특징으로 나타난다. 피부 색소침착은 피부 노화에서 발생하며, 과멜라닌생성(hyper-melanogenesis)과 산화 스트레스에 의해 유발된다. 프로토카테츄산(Protocatechuic acid, PCA)은 식물 기반 공급원에서 유래하는 천연 이차대사산물로, 화장품 성분으로 널리 사용된다. 우리는 PCA의 약리 활성을 강화하고 피부 미백 및 항산화 효과를 나타내는 효과적인 화학물질을 개발하기 위해, 알킬 에스터와 접합된 PCA 유도체를 화학적으로 설계하고 합성하였다. 우리는 알파-멜라노사이트 자극 호르몬(alpha-melanocyte-stimulating hormone, α-MSH)을 처리한 B16 흑색종 세포에서 PCA 유도체에 의해 멜라닌 생합성이 감소함을 확인하였다. 또한 PCA 유도체가 HS68 섬유아세포에서 효과적으로 항산화 작용을 나타냄을 확인하였다. 본 연구에서 우리는 PCA 유도체가 피부 미백 및 항산화 효과를 갖는 화장품을 개발하기 위한 강력한 성분이 될 수 있음을 제안한다.

폭발물의 탐지 및 선별은 잠재적 테러 위협과 고성능 폭발물의 오용에 대응하는 과정에서 전 세계적인 주요 고려 사항이 되었다. 여러 탐지 기술이 개발되었으나, 그 단점으로는 고가의 장비가 필요하고, 전처리가 복잡하며, 시험이 장시간 소요된다는 점이 포함된다. 현재까지 형광 기반 센서는 다른 기술의 한계를 극복할 수 있어 큰 관심을 받아왔다. 형광소재인 BODIPY는 우수한 형광 특성을 보이며, 폭발물 탐지를 위한 센서 물질로 활용될 수 있다. 그러나 지금까지 BODIPY 기반 폭발물 센서는 충분히 상세하게 연구되지 않았다. 본 연구는 BODIPY 및 그 유사체를 기반으로 한 폭발물 센서에 관한 최근의 발전 동향을 고찰한다.

이황화 보론-다이피롤메테인(BODIPY) 이합체의 분광학적 특성 변화 양상을 규명하기 위해, 퓨릴기(furyl group)가 메조(meso) 위치에 치환된 단량체 BODIPY와 퍼란(furan)기를 브리지로 갖는 이합체 BODIPY를 포함하여 네 가지 BODIPY 유도체를 합성하였다. 합성된 네 가지 BODIPY 유도체는 핵자기공명 및 질량분석을 통해 특성 규명을 수행하였다. 단량체(mT1 및 mT2)와 이합체(biT1 및 biT2)의 자외선–가시광 흡수 및 형광 방출과 같은 광물리적 특성을 서로 다른 8가지 용매에서 연구하였다. 아울러, 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해 이들의 구조적 특성과 광학적 특성 간의 연관성도 함께 고려하였다. 두 BODIPY 단위 사이의 퍼란기를 이용한 공유결합은 이합체 BODIPY의 광학적 특성에 중대한 영향을 미친다. 본 연구는 이합체 BODIPY의 합성 및 물리적 특성에 대한 이해가 향후 새로운 BODIPY 유도체 설계와 그 분광학적 특성 예측에 유망한 관점을 제공할 것이라 기대한다.

순환 아데노신 모노인산(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)은 제2전령으로서 신호전달 경로에서 핵심적인 역할을 한다. cAMP 동역학에 대한 연구는 약물 개발 및 일부 암과 같은 cAMP 관련 질환, 전전두피질 장애의 치료에 유용한 과학적 통찰을 제공하였다. 예를 들어 항종양 약물에 의해 cAMP 매개 세포내 신호전달 경로를 조절함으로써 종양 성장을 감소시킬 수 있다. 그러나 대부분의 초기 단계 도구들은 살아 있는 생체에서 cAMP 수준을 측정하기 위해 세포를 파괴해야 하며, 이는 생세포 이미징이나 동물 이미징에는 적합하지 않다. 따라서 지난 수십 년 동안 비침습적 방식으로 cAMP의 분포 또는 신호 동역학을 실시간으로 모니터링하기 위한 도구들이 개발되었다. 형광 단백질과 루시퍼레이스에 기반한 유전적으로 인코딩된 센서는 이러한 한계를 극복하는 데 강력한 도구가 될 수 있다. 본 고찰에서는 단일 형광 단백질(FP), 포스터 공명 에너지 전이(Föster resonance energy transfer, FRET), 단일 루시퍼레이스, 생물발광 공명 에너지 전이(bioluminescence resonance energy transfer, BRET)에 기반한 최근의 유전적으로 인코딩된 cAMP 센서의 발전을 실시간 비침습 영상화 관점에서 논의한다.

철 수송과 헴(heme) 합성은 인간 대사에서 필수적인 과정이며, 염증과 같은 이러한 기전의 조절 이상은 해로운 영향을 초래할 수 있다. 지질다당류(LPS)로 유도된 염증 반응은 암을 포함하여 여러 가지 부작용을 초래할 수 있다. 천연 무기 황인 메틸설포닐메탄(methylsulfonylmethane, MSM)과 무독성 황(nontoxic sulfur, NTS)은 염증 반응을 억제한다. 본 연구는 MSM과 NTS가 THP-1 인간 단핵구에서 LPS로 유도된 염증 반응을 억제할 수 있을 것이라는 가설을 세웠다. 역전사 정량 PCR과 웨스턴 블로팅 분석을 수행하여 황 처리 및 무처리 세포에서 관련된 분자 신호전달 경로를 분석하였다. 꼬리(c omet) 분석(comet assay)을 사용하여 DNA 손상을 평가하였고, 유세포분석(flow cytometry)을 통해 세포 표면 수용체를 분석했으며, 분자 상호작용을 확인하기 위해 크로마틴 면역침전(chromatin immunoprecipitation)을 수행하였다. 특히, LPS 유도 염증은 철/헴 대사를 증가시킨 반면 MSM과 NTS는 이 효과를 억제하였다. 또한 LPS 처리는 톨-유사 수용체 4(Toll-like receptor 4)/NF-κB 신호전달 축을 활성화하였고, 이는 NTS와 MSM에 의해 하향조절되었다. 더 나아가 이들 황 화합물은 LPS로 유도된 NF-κB의 핵 축적을 억제하였으며, 이는 TNF-α, IL-1β 및 IL-6과 같은 전염증성 사이토카인의 생성을 유도할 수 있다. 마지막으로 MSM과 NTS는 THP-1 단핵구성 백혈병 세포에서 LPS로 유도된 활성산소종 생성과 DNA 손상을 억제하였다. 이러한 결과는 천연 황 분자들이 항염증 연구를 위한 유망한 후보로 고려될 수 있음을 시사하였다.

배아 암 줄기세포(CSCs)는 자기 재생(self-renewable) 능력을 지닌 세포로서 액상 및 고형 암에서 흔히 발견되며, 치료 이후 종양의 발생, 저항성, 확장, 재발 및 전이에도 기여하는 것으로 여겨진다. 줄기세포를 표적으로 하는 암 치료에서 천연 생리활성 물질을 이용하는 접근은 암의 재발을 억제하여 예후를 개선하는 최적의 선택지이다. 여러 천연 화합물과 추출물은 CSC의 병적인 활동을 감소시키는 직접 또는 간접 치료 효과를 규명하는 데 사용되어 왔다. 천연 갈릭산(GA)은 다양한 암에서 종양 유전자 발현, 주기 정지, 세포사멸, 혈관신생, 이동 및 전이에 대해 항암 특성을 가지는 것으로 보고되어 있다. 본 연구는 GA가 사람 배아암 세포주 NTERA‑2와 NCCIT에서 다양한 항암 활성을 나타냄을 입증하였다. 두 종류의 배아 CSC에서 GA는 후기(지연) 아포토시스(late apoptosis)를 통해 효과적으로 세포 사멸을 유도하였다. 또한 GA는 p21, p27 및 p53 발현의 증가와 CDK4, cyclin E 및 cyclin D1 발현의 감소를 유도함으로써 배아 CSC에서 G0/G1 세포주기 정지 활성을 나타냈다. 본 연구는 NTERA‑2 및 NCCIT 세포에서 SOX2, NANOG 및 OCT4와 같은 줄기세포 표지자의 mRNA 및 단백질 발현 수준을 GA가 억제함을 보여주었다. GA는 또한 세포 및 미토콘드리아의 반응성 산소종(reactive oxygen species)을 유도하여 인산화된 BRCA1, ATM, Chk1, Chk2 및 히스톤을 증가시킴으로써 세포 DNA 손상 반응 경로를 활성화하였다. 마지막으로, GA는 EGFR/JAK2/STAT5 신호전달 경로의 하향조절을 통해 기질 금속단백질분해효소(matrix metalloproteinase)의 발현을 억제함으로써 CSC의 침윤과 이동을 억제하였다. 따라서 GA는 CSC의 특성을 억제함으로써 암 발생을 억제할 수 있는 잠재적 억제제일 것으로 가정된다.

철 항상성은 인간 대사에서 핵심 요인으로 간주되며, 이 체계의 붕괴는 암을 포함한 유해한 영향을 초래할 수 있다. 또한 6-gingerol은 널리 사용되는 생리활성 페놀 화합물로 항암 활성을 가지며, 비소세포폐암(NSCLC) 세포에서 그 정확한 기전에 관한 연구는 아직 진행 중이다. 본 연구는 NSCLC 세포에서 6-gingerol에 의한 세포사멸 유도 기전을 규명하고자 하였다. 분자 신호전달 연구를 위해 웨스턴 블로팅, 실시간 중합효소연쇄반응, 유세포분석을 사용하였고, 세포 과정에는 침윤 및 종양스페어 형성 분석과 함께 코멧 분석을 사용하였다. 그 결과, 6-gingerol은 NSCLC 세포에서 암세포 증식을 억제하고 DNA 손상 반응, 세포주기 정지 및 아폽토시스를 유도하였으며, 세포사멸 유도는 미토콘드리아 의존적 내인성 아폽토시스 경로를 통해 일어나는 것으로 확인되었다. 또한 6-gingerol의 세포사멸 유도에 있어 철 항상성의 역할을 조사하였고, EGFR/JAK2/STAT5b 신호전달을 하향 조절하거나 p53을 상향 조절하고 PD-L1 발현을 하향 조절함으로써 철 대사가 6-gingerol의 항암 능력에 중요한 역할을 수행함을 확인하였다. 아울러 6-gingerol은 miR-34a 및 miR-200c 발현을 유도하였으며, 이는 6-gingerol에 의한 PD-L1 발현 조절을 시사할 수 있다. 이러한 결과는 6-gingerol이 NSCLC 세포에 대한 후보 약물이 될 수 있으며, 6-gingerol이 암 면역치료에서 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다.

고에너지 물질(HEMs; Explosives 및 propellants 포함)의 합성은 전통적으로 배치(batch) 공정에 의존해 왔으며, 잠재적인 열 폭주(thermal runaway)와 위험한 중간체의 대량 재고로 인해 본질적인 안전 위험이 수반된다. 본 총설은 HEM 제조에서 내재적 안전성(intrinsic safety)과 향상된 공정 효율을 확보하기 위한 변혁적 해결책으로서 연속 흐름 화학(Continuous Flow Chemistry)으로의 패러다임 전환을 포괄적으로 고찰한다. 우리는 미세반응기(microreactor) 기술의 근본적 장점, 특히 고도로 발열적인 니트레이션(nitration) 반응을 효과적으로 제어할 수 있는 우수한 열전달 및 물질전달 능력에 초점을 맞추어 분석한다. 주요 합성 발전은 TNT, RDX, NTO, MDNT와 같은 주요 에너지 화합물에 대한 비교 사례 연구를 통해, 기존 배치 방법에 비해 수율, 순도, 선택성이 유의하게 개선됨을 보여줌으로써 제시한다. 또한 본 총설은 반응 제어를 위한 다단계 온도 구역(multi-stage temperature zones)의 도입과 안전한 산업 규모 확장을 위한 ‘numbering-up’ 접근법을 포함하여, 공정 집약(process intensification) 전략을 비판적으로 평가한다. 더 나아가 고체 취급과 관련된 공학적 과제를 다루고, 불안정한 중간체의 안전하고 요구되는(on-demand) 방식의 생성에 대해 논의한다. 마지막으로, 반응 탐색과 자기 최적화를 가속하기 위해 자동화된 흐름 플랫폼과 인공지능(AI) 및 머신러닝(ML)을 통합하는 데 대한 전향적 관점을 제시한다. 본 연구는 화학 공학자와 연구자들이 더 안전하고, 더 지속가능하며, 현대화된 에너지 물질 생산으로의 전환을 촉진하는 전략적 틀을 제공하는 것을 목표로 한다. 본 총설은 전통적 배치 공정에서 고에너지 물질(HEMs)의 합성을 위한 연속 흐름 화학으로의 패러다임 전환을 포괄적으로 검토한다. 우리는 니트레이션과 연관된 열적 위험을 효과적으로 관리함으로써, 우수한 열전달 및 물질전달 능력을 가진 미세반응기 기술이 내재적 안전성을 어떻게 보장하는지에 대해 강조한다. TNT, RDX, NTO와 같은 주요 에너지 화합물에 대한 비교 사례 연구를 통해, 수율, 선택성 및 공정 제어에서 유의한 개선이 있음을 보여주는 핵심 발전을 제시한다. 또한 본 총설은 산업 규모 확장을 위한 ‘numbering-up’과 불안정한 중간체의 안전한 취급을 포함하는 중요한 공학적 전략을 논의함으로써, 폭발물과 추진제 제조를 현대화하기 위한 전략적 틀을 제공한다.

피부는 인체에서 가장 부피가 큰 기관이며 외부 환경에 노출되어 있다. 노출된 피부는 다양한 내인성 및 외인성 노화 요인의 영향을 받는다. 피부 노화는 주름, 탄력 저하, 피부 색소침착과 같은 특징으로 나타난다. 피부 색소침착은 피부 노화에서 발생하며, 과멜라닌생성(hyper-melanogenesis)과 산화 스트레스에 의해 유발된다. 프로토카테츄산(Protocatechuic acid, PCA)은 식물 기반 공급원에서 유래하는 천연 이차대사산물로, 화장품 성분으로 널리 사용된다. 우리는 PCA의 약리 활성을 강화하고 피부 미백 및 항산화 효과를 나타내는 효과적인 화학물질을 개발하기 위해, 알킬 에스터와 접합된 PCA 유도체를 화학적으로 설계하고 합성하였다. 우리는 알파-멜라노사이트 자극 호르몬(alpha-melanocyte-stimulating hormone, α-MSH)을 처리한 B16 흑색종 세포에서 PCA 유도체에 의해 멜라닌 생합성이 감소함을 확인하였다. 또한 PCA 유도체가 HS68 섬유아세포에서 효과적으로 항산화 작용을 나타냄을 확인하였다. 본 연구에서 우리는 PCA 유도체가 피부 미백 및 항산화 효과를 갖는 화장품을 개발하기 위한 강력한 성분이 될 수 있음을 제안한다.

폭발물의 탐지 및 선별은 잠재적 테러 위협과 고성능 폭발물의 오용에 대응하는 과정에서 전 세계적인 주요 고려 사항이 되었다. 여러 탐지 기술이 개발되었으나, 그 단점으로는 고가의 장비가 필요하고, 전처리가 복잡하며, 시험이 장시간 소요된다는 점이 포함된다. 현재까지 형광 기반 센서는 다른 기술의 한계를 극복할 수 있어 큰 관심을 받아왔다. 형광소재인 BODIPY는 우수한 형광 특성을 보이며, 폭발물 탐지를 위한 센서 물질로 활용될 수 있다. 그러나 지금까지 BODIPY 기반 폭발물 센서는 충분히 상세하게 연구되지 않았다. 본 연구는 BODIPY 및 그 유사체를 기반으로 한 폭발물 센서에 관한 최근의 발전 동향을 고찰한다.

이황화 보론-다이피롤메테인(BODIPY) 이합체의 분광학적 특성 변화 양상을 규명하기 위해, 퓨릴기(furyl group)가 메조(meso) 위치에 치환된 단량체 BODIPY와 퍼란(furan)기를 브리지로 갖는 이합체 BODIPY를 포함하여 네 가지 BODIPY 유도체를 합성하였다. 합성된 네 가지 BODIPY 유도체는 핵자기공명 및 질량분석을 통해 특성 규명을 수행하였다. 단량체(mT1 및 mT2)와 이합체(biT1 및 biT2)의 자외선–가시광 흡수 및 형광 방출과 같은 광물리적 특성을 서로 다른 8가지 용매에서 연구하였다. 아울러, 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해 이들의 구조적 특성과 광학적 특성 간의 연관성도 함께 고려하였다. 두 BODIPY 단위 사이의 퍼란기를 이용한 공유결합은 이합체 BODIPY의 광학적 특성에 중대한 영향을 미친다. 본 연구는 이합체 BODIPY의 합성 및 물리적 특성에 대한 이해가 향후 새로운 BODIPY 유도체 설계와 그 분광학적 특성 예측에 유망한 관점을 제공할 것이라 기대한다.