이 연구실은 금속 양이온, 음이온, 황화수소, 티올, 산성 종, 생체분자 등 다양한 분석대상을 정밀하게 검출하기 위한 저분자 기반 형광 화학센서와 비율형 형광 프로브를 개발한다. 특히 단순한 신호 증감만이 아니라 두 개 이상의 방출 신호를 동시에 활용하는 비율형 검출 전략에 주목함으로써, 외부 환경 변화나 측정 조건의 편차를 줄이고 정량성을 높이는 데 강점을 보인다. 이러한 연구는 생체 내 미량 분석, 환경 유해물질 모니터링, 세포 수준 이미징 등 폭넓은 응용 가능성을 가진다. 연구실의 접근은 유기합성화학, 초분자화학, 광화학, 화학계량적 해석을 유기적으로 결합하는 데 특징이 있다. 로다민, 쿠마린, 나프탈이미드, 헤미시아닌, 나일 블루 유도체와 같은 형광 골격을 기반으로 표적 물질과 선택적으로 반응하거나 결합하는 인식 부위를 설계하고, 이에 따른 발색·형광 변화를 정밀하게 조절한다. 또한 칼릭사렌과 같은 host–guest 구조를 활용하여 표면 및 나노소재 기반 감지 플랫폼으로 확장함으로써 선택성과 감도를 동시에 향상시키는 연구도 수행한다. 이러한 연구는 단순한 분자 설계에 그치지 않고 실제 분석 도구와 센서 키트 개발로 이어진다는 점에서 실용성이 높다. 수은 이온, 포스페이트, 음이온, 황화수소 등과 관련된 특허는 연구실의 기술이 환경 분석과 생명과학 분야에서 실질적 활용 가능성을 갖고 있음을 보여준다. 앞으로도 이 연구실은 생체 친화적 수용액 조건, 낮은 검출한계, 높은 선택성, 세포소기관 표적화 기능을 갖춘 차세대 형광 프로브를 통해 정밀 화학센싱 분야를 선도할 가능성이 크다.

이 연구실의 또 다른 핵심 축은 암세포를 선택적으로 표적하면서 동시에 진단과 치료를 수행하는 테라노스틱 분자 개발이다. 연구실은 암세포 내 과발현 효소, 환원성 환경, 활성산소종, 산성 미세환경, 특정 대사 인자 등을 활용하여 선택적으로 활성화되는 형광 기반 프로드러그와 치료-영상 융합 분자를 설계한다. 이를 통해 약물이 정상 조직에는 덜 작용하고 암 조직에서만 활성화되도록 하여 치료 효율과 안전성을 동시에 높이는 전략을 추구한다. 대표적으로 암 관련 복합인자에 반응하는 다중활성형 테라노스틱 프로드러그, ATPase를 표적하는 저분자 억제제 기반 진단·치료 분자, 형광 및 MR 이미징과 연계된 전이성 간암 모델용 접합체 등의 연구가 확인된다. 이러한 연구는 세포 흡수, 세포 내 약물 방출, 효소 반응, 표적 결합, 신호 활성화 과정을 하나의 분자 시스템 안에서 통합적으로 구현하는 데 초점을 둔다. 특히 형광 반응 기반 활성화 메커니즘을 이용함으로써 약물 전달 이후의 위치, 활성 여부, 반응 경로를 실시간으로 모니터링할 수 있다는 장점이 있다. 이 연구 방향은 정밀의료와 개인맞춤형 항암 치료의 요구에 직접 대응한다. 치료 반응을 영상으로 동시에 확인할 수 있는 시스템은 조기 진단, 치료 경과 추적, 예후 예측, 약물 최적화에 유리하며, 임상 전환 가능성도 높다. 따라서 이 연구실의 테라노스틱 연구는 유기화학 기반 분자 설계에서 출발하지만, 궁극적으로는 의생명 응용과 항암 플랫폼 기술로 확장되는 융합 연구 영역으로 자리 잡고 있다.

이 연구실은 세포 내에서 중요한 역할을 수행하는 생체 활성종과 효소 활성을 시각화하기 위한 바이오이미징 연구를 활발히 수행한다. 티오레독신, 황화수소, 티올, 금속 이온, NQO1과 같은 효소 및 생체 관련 화학종을 선택적으로 검출하는 프로브를 개발하여, 세포 기능과 질병 연관 신호를 정밀하게 추적하고자 한다. 이는 단순 검출을 넘어 세포 대사 상태, 산화환원 환경, 질환 특이 반응 경로를 이해하는 데 필수적인 도구를 제공한다. 특히 미토콘드리아와 소포체 같은 세포소기관 표적화 전략이 두드러진다. 미토콘드리아 티오레독신 활성 가시화 프로브, 소포체 내 구리 또는 철 이온 풀 이미징용 비율형 형광 프로브 등은 세포 내부의 미세한 위치 정보를 반영하는 고도화된 분자설계의 결과물이다. 세포소기관 선택성은 생체 내 신호의 공간적 이질성을 해석하는 데 매우 중요하며, 질병 메커니즘을 보다 세밀하게 규명할 수 있게 한다. 연구실은 이러한 프로브를 수용액, 세포, 때로는 동물모델 환경까지 확장해 응용 가능성을 검증하고 있다. 이 연구는 화학과 생명과학의 경계를 잇는 대표적 융합 연구라 할 수 있다. 생체적합성, 높은 선택성, 빠른 반응성, 낮은 독성, 장파장 형광 등 실제 바이오이미징에 필요한 성능 요소를 함께 고려함으로써 기초연구와 응용연구를 동시에 발전시키고 있다. 향후에는 더 복합적인 생체 신호를 동시에 읽어내는 다중채널 프로브와 질병 조기 진단용 플랫폼으로 확장될 가능성이 높다.