이 연구실의 핵심 주제 중 하나는 펩타이드와 유기 형광단을 결합한 형광 프로브를 설계하여 다양한 이온과 분자를 선택적으로 검출하는 것이다. 특히 수용액과 생리적 pH 조건처럼 실제 분석 환경에 가까운 조건에서 작동하는 센서를 지향하며, 단순한 신호 발생을 넘어 높은 선택성·민감도·정량성을 갖춘 분자 인식 시스템을 구축하는 데 초점을 맞추고 있다. 연구실의 배경인 유기화학과 생유기화학은 이러한 센서의 구조 설계, 합성, 광물성 제어에 직접 연결된다. 연구 방법 측면에서는 다이펩타이드·트라이펩타이드와 같은 짧은 펩타이드 골격에 BODIPY, dansyl, pyrene, NBD 계열 등의 형광단을 도입하고, 비율형 형광(ratiometric fluorescence), 턴온(turn-on), FRET, 응집유도발광(AIE) 등의 광학 메커니즘을 활용한다. 이를 통해 Pb(II), Hg(II), 메틸수은, Ag 나노입자, Cu 이온, 황화수소, 시안화물 등 환경·생체적으로 중요한 표적을 분석할 수 있는 센서를 개발해 왔다. 치환기 변화에 따른 반응속도 조절, 붕산기 기반 치환 반응, 금속-배위 상호작용, 펩타이드 서열 및 키랄리티 변화에 따른 신호 최적화 등 정밀한 분자설계가 이 연구의 중요한 특징이다. 이러한 연구는 환경 유해물질 모니터링과 생체분자 분석을 동시에 아우를 수 있다는 점에서 응용 범위가 넓다. 수중 납 이온이나 은 나노입자 검출처럼 환경 안전과 직결된 문제를 다루는 동시에, 세포 내부에서 작동하는 형광 프로브 개발로 바이오이미징과 진단 분야로도 확장되고 있다. 앞으로는 펩타이드 기반 인식부와 정교한 유기광화학 설계를 결합하여, 더 복잡한 생체환경에서도 오작동이 적고 다중 분석이 가능한 차세대 형광 센서 플랫폼으로 발전할 가능성이 크다.

이 연구실은 생체 내에서 중요한 역할을 하는 당, 다당류, 황산화 글리코사미노글리칸과 같은 바이오분자를 선택적으로 인식하는 형광 프로브 개발을 중점적으로 수행하고 있다. 특히 heparan sulfate와 heparin 같은 다당류는 세포 신호전달, 암, 염증, 혈액응고 등과 깊이 관련되어 있어, 이를 정밀하게 감지하는 기술은 기초 생명과학과 의료 진단 양쪽에서 모두 중요하다. 연구실은 이러한 표적 분자를 수용액과 생체 시료, 나아가 살아있는 세포와 혈액에서 분석할 수 있는 분자 프로브로 구현하고 있다. 구체적으로는 펩타이드 수용체와 형광단을 결합한 분자 프로브를 이용해 다당류의 전하 분포, 황산화 정도, 결합 친화도 차이를 신호로 전환한다. BODIPY 기반 비율형 형광 프로브, pyrene 표지 펩타이드, 자기조립 기반 감응 시스템 등은 이 연구실이 활용해 온 대표적 전략이다. 단순 검출을 넘어서 세포 내 heparan sulfate의 정량 분석, 인간 혈액 시료에서의 적용, 생리적 pH 조건에서의 실용적 감지가 가능하도록 설계가 고도화되고 있다. 일부 연구에서는 특정 분석물질 인식 시 자기조립과 형광 변화가 동시에 일어나도록 하여, 인식과 기능 변화를 연계하는 새로운 센싱 개념도 탐구한다. 이 연구는 질병 표지자 분석, 생체재료 평가, 약물 전달 모니터링, 세포막 상호작용 연구 등 다양한 분야로 확장될 수 있다. 특히 살아있는 세포와 혈액에서 작동하는 프로브는 실제 진단 플랫폼으로의 발전 가능성을 높여 준다. 향후에는 복잡한 생체 매트릭스에서도 높은 선택성과 낮은 배경신호를 유지하는 센서, 그리고 검출과 치료 기능을 동시에 수행하는 theranostic 시스템으로 진화할 수 있다는 점에서 매우 큰 잠재력을 가진 연구 분야이다.

이 연구실의 또 다른 중요한 연구축은 펩타이드의 구조 변화와 자기조립 특성을 이용해 자극응답형 분자 시스템과 나노컨테이너를 설계하는 것이다. 펩타이드는 서열과 결합 상태에 따라 턴 구조, 무질서 구조, 응집체 등 다양한 형태를 취할 수 있는데, 연구실은 이러한 구조전환 자체를 기능 스위치로 활용하고자 한다. 이는 단순한 분자 검출을 넘어, 분자 수준의 반응이 재료의 거동과 방출 제어로 이어지는 융합적 연구라고 볼 수 있다. 대표적으로 메조다공성 실리카 나노컨테이너의 게이트키퍼로 펩타이드를 도입하여, 이황화결합 환원이나 금속이온 결합과 같은 생물학적 자극에 따라 펩타이드의 입체구조가 바뀌고, 그 결과 내부에 저장된 분자가 방출되도록 설계하였다. 이러한 접근은 글루타티온과 같은 세포 내 환원 환경을 이용한 선택적 방출이나, 특정 이온 존재 하에서의 구조 변화를 유도하는 스마트 전달체 개발과 연결된다. 또한 자기조립 및 응집 특성은 형광 신호 변화와 결합되어 센서와 전달체의 경계를 넘나드는 복합 기능 시스템을 가능하게 한다. 이 연구는 약물전달, 바이오센서, 기능성 나노소재 개발에 폭넓은 응용 가능성을 가진다. 펩타이드 기반 게이트키퍼는 생체적합성과 구조 조절 용이성이라는 장점을 지니므로, 향후에는 질병 미세환경에 반응하는 정밀 약물 방출 시스템이나 진단-치료 통합 플랫폼으로 확장될 수 있다. 더 나아가 유기화학적 분자설계와 나노소재 공학의 결합을 통해, 화학적 자극을 정교한 기능 출력으로 변환하는 고급 스마트 소재 개발의 기반을 제공한다.