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김성지 연구실
포항공과대학교 화학과
김성지 교수
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김성지 연구실

포항공과대학교 화학과 김성지 교수

김성지 연구실은 광화학과 나노화학을 기반으로 양자점·나노클러스터의 정밀 합성, 광전자 소자용 기능성 나노소재 개발, 그리고 생체영상·정밀진단·나노전달체를 위한 형광성 및 환경감응형 나노입자 연구를 수행하며, 화학적 반응 경로 제어와 구조-물성 상관관계 규명을 통해 차세대 광전자 및 바이오 응용 기술을 구현하고 있다.

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양자점 및 매직크기 나노클러스터 화학 thumbnail
양자점 및 매직크기 나노클러스터 화학
주요 논문
3
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1
article
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인용수 7
·
2025
Encoded Display of Chemical Libraries on Nanoparticles as a Versatile Selection Tool To Discover Protein Ligands
KangJu Lee, Hee Myeong Wang, Minkyung Kim, Junhyung Park, Jungyeon Kim, Seokjin Jang, Dahye Im, Beomjoon Goh, Min Hyeon Shin, Ji Hoon Shim, Sungjee Kim, Jongcheol Seo, Hyun‐Suk Lim
IF 15.6
Journal of the American Chemical Society
DNA-encoded library (DEL) technology is a powerful tool for discovering potent ligands for biological targets but constrained by limitations, including the insolubility of DNA in organic solvents and its instability under various reaction conditions, which restrict the reactivity scope and structural diversity achievable in library synthesis. Here, we present a new strategy called nanoDEL, where library molecules and DNA tags are displayed on the surface of nanoparticles. Since nanoparticles disperse well in both organic solvents and aqueous solutions, DEL synthesis can be accomplished using well-established organic solvent-based conditions, eliminating the need for aqueous conditions. Moreover, nanoDEL enables air-sensitive reactions that are inaccessible with conventional DEL methods relying on aqueous conditions. Notably, in nanoDEL, multiple copies of a DNA tag are attached to an individual nanoparticle to encode a single compound, significantly enhancing tolerance to DNA-damaging conditions. Even when most DNA tags are damaged, sequence analysis remains feasible via amplification of intact tags. Consequently, nanoDEL facilitates the convenient use of existing organic reactions without the necessity to develop DNA-compatible reactions. The potential of nanoDEL was validated by affinity selection against streptavidin as a model system and successfully applied to the discovery of potent small-molecule inhibitors for a kinase and stapled peptide inhibitors targeting a protein-protein interaction, exhibiting dissociation constants in the nanomolar range. Furthermore, we demonstrated that a large combinatorial library can be efficiently synthesized on nanoparticles using a synthetic scheme including moisture-sensitive reaction steps, which are not feasible with conventional DELs.
https://doi.org/10.1021/jacs.4c13487
Chemistry
Selection (genetic algorithm)
Nanoparticle
Nanotechnology
Combinatorial chemistry
Computational biology
Artificial intelligence
2
article
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hybrid
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인용수 0
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2025
Quantum Dot Composite Colloids with Layer-by-Layer Shells: Biological Self-Assemblies for Signal Amplified Detection
Wonseok Lee, Junhwa Lee, Hyunjung Lee, Moon Gyu Han, Young Ho Ko, Chan‐Gi Pack, Joonhyuck Park, Sungjee Kim
IF 16
ACS Nano
Quantum dot composite colloids (QDCCs), submicron-sized colloidal particles incorporating multiple QDs, have been employed as signal reporters. Multiple QDs were encapsulated within the hydrophobic pockets of amphiphilic polyethylenimine derivative (amPEI), forming amPEI-QDCCs with a hydrodynamic size of approximately 100 nm. Fluorescence (FL) correlation spectroscopy revealed that each QDCC encapsulates an average of 20 QDs. A layer-by-layer (LbL) multilayer shell composed of poly(sodium 4-styrenesulfonate) and polyethylenimine polyelectrolytes was added to amPEI QDCCs to improve surface functionalization and structural robustness. Increasing the number of LbL layers reduced copper ion (Cu<sup>2+</sup>) intrusion and prevented payload exchange of hydrophobic dark quencher in polymersomes, owing to strong hydration and improved shell integrity. The enhanced robustness allowed functionalization of the outer QDCC shell with amines, carboxylates, zwitterionic (ZW) moieties, or their combinations. ZW-functionalized QDCCs (ZW-QDCCs) exhibited colloidal stability across a wide pH range (pH 5-10) and in saturated NaCl solutions. Streptavidin (SA)/biotin-conjugated ZW-QDCCs exhibited specific labeling capabilities in bead assays. A sensitive and rapid enzyme-free FL immunoassay for C-reactive protein (CRP) was developed using sandwich-type immunoassay procedures and the biological self-assembly of the SA/biotin-ZW-QDCC pair. The high multivalency of SA or biotin, combined with the FL intensity of QDCCs, enabled a detection limit of 15.9 fM (1.91 ng/L) within 6 min for 6 amplification rounds─nearly 5 orders of magnitude lower than conventional CRP immunoassays. Our QDCCs demonstrate significant potential for use in ultrasensitive quantification platforms.
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c01965
Quantum dot
Composite number
Layer (electronics)
Colloid
Materials science
Nanotechnology
SIGNAL (programming language)
Self-assembly
Layer by layer
Colloidal particle
3
article
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인용수 1
·
2025
Discrete Cation Exchange in Ag–Au–S Quantum Dots Using Reactivity Engineered Cation Precursors
Jisu Kwon, Wonseok Lee, Yoonbin Shin, Jaelim Kim, Yun‐Mo Sung, Eunsung Lee, Sungjee Kim
IF 16
ACS Nano
Tailoring precursor reactivity in colloidal nanocrystals (NCs) is a powerful strategy to achieve the uniformity. The gold precursor reactivity was engineered in multistep cation exchange reactions of Ag-Au-S quantum dots (QDs) through ligand coordination, metal-metal bonding, and steric effects, resulting in a series of discrete exchange pathways. With the conventional precursor HAuCl<sub>4</sub>, Ag<sub>2</sub>S QDs undergo complete conversion to Au<sub>2</sub>S QDs via Ag<sub>3</sub>AuS<sub>2</sub> and AgAuS alloy QD intermediates; however, this process yields compositionally inhomogeneous QDs or QD mixtures of multiple phases, producing broad or bimodal photoluminescence (PL). In contrast, the mononuclear phosphine-coordinated precursor AuPPh<sub>3</sub>Cl selectively halts exchange at AgAuS QDs even in large excess, affording phase-pure Ag<sub>3</sub>AuS<sub>2</sub> and AgAuS QDs with brighter and narrower PL. Further suppression of reactivity was achieved with multinuclear AgAu<i><sub>m</sub></i>(PPh<sub>3</sub>)<sub><i>n</i></sub>Cl<sub><i>m</i>+1</sub> complexes, which stalled exchange precisely at Ag<sub>3</sub>AuS<sub>2</sub> QDs as phase-pure. Mechanistic analyses using <sup>31</sup>P NMR and mass spectrometry revealed that AuPPh<sub>3</sub>Cl undergoes in situ transformation into multinuclear Ag-Au-phosphine complexes that attenuate exchange through Ag-Au interactions and steric hindrance. This reactivity-controlled exchange enables precise phase targeting across a QD size series while preserving the size and morphology, yielding narrow and tunable emission spanning 1.04-1.87 eV (663-1192 nm) in the red-to-near-infrared spectral region. These findings establish precursor reactivity engineering as a powerful design principle for achieving phase-pure alloyed NCs and broaden opportunities for optoelectronic devices, infrared bioimaging, and other applications requiring spectrally precise nanomaterials.
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c14864
Reactivity (psychology)
Quantum dot
Steric effects
Photoluminescence
Nanocrystal
Ligand (biochemistry)
Phase (matter)
Colloid
정부 과제
43
과제 전체보기
1
2025년 8월-2035년 2월
|12,045,000,000
글로벌 헬스케어 의공학 연구소
K-BIGHEART의 최종 목표 : 『바이오 반도체 국가 연구 생태계 조성을 통한 초격차 글로벌 헬스케어 난제 극복』본 연구소는 공공성과 산업성을 겸비한 R&BD 바이오반도체 허브를 통해 개방적 연구 생태계를 운영하며 글로벌 헬스케어 기술의 난제를 초일류 바이오반도체 제조 파운드리 및 핵심 기술 역량 강화를 통해 극복하고, 기초연구부터 상용화까지 초고속으로...
바이오반도체
정밀진단
정밀의료
양자생물
헬스케어
2
2025년 2월-2028년 2월
|223,557,000
매직크기 나노클러스터 화학 반응을 통한 신규 양자점 나노소재
InP, ZnSeTe, Ag2S와 같은 환경친화적 원소로 이루어진 반도체 매직크기 나노클러스터를 그 조성, 구조, 분자량, 도펀트 도입 등을 제어하면서 합성하여 라이브러리를 구축하고, 이들의 결합구조, 광학성질, 카이랄 특성 등의 물성을 다양한 분석법을 이용하여 규명하고자 함. 매직크기 나노클러스터 간의 이성질체화 반응과 성장 변환 반응과 같은 나노클러스터...
매직크기 나노클러스터
양자점
나노소재
화학 반응
합성
3
주관|
2022년 2월-2025년 2월
|178,855,000
단파적외선 양자점 스위치 프로브 개발
(1) 단파적외선 양자점의 결합가 조절 및 미세환경 감응 DNA 로탁세인 구조 개발 - 표면 개질된 자성 구슬과 양자점의 1:1 결합을 이용하여 결합가가 조절된 비독성 Ag2S 기반 단파적외선 양자점 합성. - 형광 에너지 전달 기작으로 단파적외선 양자점의 형광을 소광시킬 수 있는 소광체 고리를 디자인 및 고리의 분리를 막기 위한 2차 DNA 구조의 마개 제작. 소광체 고리와 DNA 마개의 합성은 겔 전기염동, 질량 분석법, 액체크로마토그래피를 통해 분석 진행. - 단파적외선 스위치 프로브 합성: 미세환경(pH, 산화/환원, 이온 농도 등)에 감응하여 그 구조를 가역적으로 변화시키는 DNA 로탁세인 구조를 개발. (2) DNA 로탁세인 기반 가역적 미세환경 감응 프로브 제작 및 단일 입자 수준의 형광 거동 분석 - DNA 로탁세인 기반 가역적 미세환경 감응 프로브를 제작 및 용액상 작동 검증. 검증은 pH, 산화/환원, 금속 이온 3가지 외부 미세환경에서 형광 변화 범위 10 이상을 목표로 5회 이상의 가역성 확보. - 단일 입자 수준에서 미세환경 변화에 따른 단파적외선 양자점 프로브의 형광 거동 분석을 통해 소광체의 결합가에 따른 소광 메커니즘을 규명. (3) DNA 로탁세인 기반 가역적 미세환경 감응 프로브의 세포/소동물 수준의 검증 - 세포 수준에서 미세환경 변화에 따른 프로브의 작동 검증. 높은 glutathione 농도를 가진 유방암, pH 5-6정도의 환경을 가진 암 세포, 신호전달 과정에서 금속이온을 사용하는 신경 세포를 표적으로 하여 작동 여부를 검증. 프로브의 작동은 형광세기의 증감 비율을 50% 이상 작동하는 것, 형광 변조 범위 >8 이상으로 5회 이상 가역적 작동 구현. - 양자점-DNA 로탁세인 프로브를 다양한 농도에 대해 처리 후 세포 독성을 확인. 생체 외 처리 수준에서 24시간 처리시 90% 이상의 세포생존률 확보. - 자궁 경부암 세포, 유방암 세포, 흑색종 세포와 같은 암세포를 쥐에 피하주사 후 성장시켜 암 조직 동물 모델을 사용하여 프로브의 작동을 검증. - 산/염기 및 산화/환원 감응형 프로브의 생체 내 처리 수준에서 형광 변조 범위>6 이상 목표.
양자점
단파적외선
로탁세인
데옥시리보핵산
미세환경
스위치 프로브
생체적합형
생체영상
다채널 영상
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
거절2020다공성 금속 나노 입자 및 이를 이용한 광음향 영상 조영 방법1020200162339
등록2017효율적으로 펩티드 사슬을 절단하는 효소에 감응하는 나노입자 표면 분자체 및 그 제조방법1020170099169
등록2016나노 와이어 다발 및 나노 구조물의 제조 방법1020160132288
전체 특허

다공성 금속 나노 입자 및 이를 이용한 광음향 영상 조영 방법

상태
거절
출원연도
2020
출원번호
1020200162339

효율적으로 펩티드 사슬을 절단하는 효소에 감응하는 나노입자 표면 분자체 및 그 제조방법

상태
등록
출원연도
2017
출원번호
1020170099169

나노 와이어 다발 및 나노 구조물의 제조 방법

상태
등록
출원연도
2016
출원번호
1020160132288