우리 연구실은 초고해상도 현미경 기술과 단일분자 검출 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 기존 광학 현미경의 해상도 한계를 극복하기 위해, 다양한 형태의 초고해상도 이미징(예: STORM, MINFLUX, TIRF, 다기능 빔시트 나노경 등)을 연구하고 있습니다. 이를 통해 세포 내 단일 분자, 단일 나노입자, 단일 세포 수준에서의 생체분자 동역학 및 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 특히, 플라즈몬 나노입자, 금 나노로드, 양자점 등 다양한 나노소재를 활용한 비형광·형광 기반의 이미징 기법을 개발하여, 기존 기술 대비 수십~수백 배 이상의 민감도와 정밀도를 달성하고 있습니다. 이러한 기술은 단일분자 수준에서의 생체 현상 규명뿐 아니라, 다양한 질병 바이오마커의 초고감도 진단에도 적용되고 있습니다. 예를 들어, 다중 파장 기반의 멀티스펙트럴 이미징 나노면역센서(srMINI), 3차원 다각도 조명 기반 빔시트 현미경(4D CMLS), 다기능 통합 광학 나노경 시스템 등은 혈액 내 극미량의 암 바이오마커, 바이러스, 단백질, DNA 등을 동시 다중 검출할 수 있는 혁신적 플랫폼을 제공합니다. 또한, 단일분자 수준의 이미징을 통해 세포 내 소기관 간 상호작용, 나노입자 이동 및 세포 내 동역학 연구에도 활용되고 있습니다. 이러한 연구는 생명과학, 의생명, 나노바이오, 분석화학 등 다양한 분야와 융합되어, 차세대 진단기술, 신약 개발, 정밀의료, 나노바이오센서 개발 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 앞으로도 우리 연구실은 초고해상도 이미징 및 단일분자 검출 기술의 한계를 지속적으로 극복하며, 생명현상의 미세구조와 동역학을 규명하는 데 앞장설 것입니다.

본 연구실은 나노바이오센서와 초고감도 진단 플랫폼 개발에 있어 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 금, 은, 양자점, 자성 나노입자 등 다양한 나노소재를 기반으로 한 면역센서, 바이오센서, DNA 센서, 단일분자 센서 등을 개발하여, 기존 진단법 대비 수십만~수십억 배 향상된 민감도와 특이도를 달성하고 있습니다. 특히, 멀티플렉스(다중) 진단이 가능한 나노면역센서 플랫폼을 통해, 혈액 한 방울로 다양한 암 바이오마커, 감염병 바이러스, 호르몬, 대사체 등을 동시에 검출할 수 있습니다. 이러한 진단 플랫폼은 전통적인 효소면역분석(ELISA)이나 형광분석법의 한계를 극복하고, 초고감도·초고속·고정확도의 진단을 실현합니다. 예를 들어, srMINI 칩은 0.18~0.5 아토그램/밀리리터(ag/mL) 수준의 극미량 바이오마커를 검출할 수 있으며, 기존 상용 진단키트 대비 100배 이상의 감도를 보입니다. 또한, 전압 프로그래밍 기반 모세관 겔 전기영동, 다중채널 마이크로칩 전기영동, 다기능 빔시트 나노경 등과 결합하여, 감염병(코로나19, 독감 등) 및 유전자 변이, 알츠하이머, 갑상선 질환 등 다양한 질환의 신속·정확한 진단이 가능합니다. 이러한 연구성과는 실제 임상 진단, 현장진단(POCT), 맞춤형 정밀의료, 식품안전, 환경분석 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 앞으로도 우리 연구실은 나노바이오센서의 감도·정확도·다중성·현장 적용성을 지속적으로 개선하여, 미래형 바이오진단 및 헬스케어 혁신을 선도할 것입니다.

우리 연구실은 나노입자의 생체 내 동역학 및 독성 평가 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 나노입자는 약물전달, 진단, 이미징 등 다양한 바이오의학적 응용이 가능하지만, 세포 내 축적, 대사, 독성 등 안전성 이슈가 대두되고 있습니다. 이에 따라, 실시간 초고해상도 이미징 및 단일분자 추적 기술을 활용하여, 나노입자의 세포 내 이동, 소기관 간 상호작용, 대사 경로, 독성 기전 등을 정량적으로 분석하고 있습니다. 특히, 자성 나노입자, 금 나노입자, 은 나노입자 등 다양한 나노소재의 세포 내 분포, 세포막 유동성 변화, 세포 이동성 저하, ROS(활성산소) 생성, 단백질 응집, 대사체 변화 등을 다중 오믹스(전사체, 단백질체, 대사체)와 결합하여 종합적으로 평가합니다. 또한, 나노입자에 의한 신경세포, 줄기세포, 면역세포 등 다양한 세포 유형에서의 독성 차이, 보호제(글루타티온, 시트르산 등) 적용 효과 등도 체계적으로 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 나노바이오소재의 안전성 확보, 신약 개발, 나노의약품 설계, 세포치료제 개발 등 다양한 바이오메디컬 분야에 기여하고 있습니다. 앞으로도 우리 연구실은 나노입자 기반 바이오소재의 생체 내 거동과 독성 기전을 정밀하게 규명하여, 안전하고 효과적인 나노바이오 응용을 위한 과학적 근거를 제공할 것입니다.