가토에서 형광자성나노입자를 이용한 위 감시 림프절 탐색

김진수 ( Jin Soo Kim ),윤태종 ( Tae Jong Yoon ),김형근 ( Hyung Keun Kim ),김성수 ( Sung Soo Kim ),채현석 ( Hiun Suk Chae ),최명규 ( Myung Gyu Choi ),김용진 ( Yong Jin Kim ),이규철 ( Gyu Chul Yi ),조영석 ( Young Seok Cho ) 대한소화기학회 2008 대한소화기학회지 Vol.51 No.1

목적: 여러 방법을 이용한 위암의 감시림프절 생검은 림프계 구조가 복잡하고 도약전이로 인해 제한이 있어 왔다. 이번 연구에서는 위 감시림프절 탐색에서 형광자성나노입자를 이용할 수 있는지를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 페라이트 자성나노입자 표면으로부터 유기형광물질인 rhodamine B isothiocyanate (RITC)이 함유된 실리카 껍질이 형성되도록 형광자성나노입자를 합성하였다. 7마리의 흰색 가토를 대상으로 형광자성나노입자 또는 1% isosulfan blue 100 μL를 위체부 소만에 장막하로 주입하였다. 주입한 형광 자성나노입자의 형광 탐색은 형광자성나노입자 탐색 시스템을 고안하여 이용하였다. 결과: 60 nm 크기의 형광자성나노입자를 주입하였을 때 7마리 모두에서 5분 이내에 형광을 발현하는 위뒤 림프절이 확인되었다. 감시 림프절에 도달하는 평균시간은 3.9±0.1분이었다. Isosulfan blue와 형광 자성 나노입자를 동시에 주입하였을 때 두 물질 간에 감시 림프절에 도달하는 시간에는 유의한 차이가 없었다. 림프관이나 림프절 조직으로부터 형광자성나노입자의 누출은 관찰되지 않았다. 감시 림프절은 조직학적으로 염증 변화가 없는 림프절 조직임을 확인하였고, 공초점 현미경으로 관찰하였을 때 붉은 색 형광이 관찰되었다. 결론: 이번 동물 실험 연구를 통하여 위 감시 림프절 탐색에 형광자성나노입자를 이용할 수 있음을 확인하였다. 위암 동물 모델에 적용하는 추가연구가 필요하다. Background/Aims: Sentinel lymph node (SLN) mapping of the stomach cancer using available techniques is limited by unpredictable lymphatic drainage patterns and skip metastasis. The aim of this study was to test the feasibility of gastric SLN mapping using fluorescent magnetic nanoparticles (FMNP) of uniform nano-size. Methods: Biocompatible silica-overcoated magnetic nanoparticles containing rhodamine B isothiocyanate (RITC) within a silica shell of controllable thickness with 60 nm thickness were used as model nanomaterials. Gastric lymphatic mapping was performed by injecting 100 μL of either FMNP or isosulafan blue subserosally. Gastric injections (n=7) were made into the body, approximately 5 cm from the lesser curvature of rabbits. Sentinel lymph nodes were visualized using fluorescent nanoparticle detection system. Results: In 7 rabbits, it was demonstrated that FMNP quickly and accurately detected sentinel lymph nodes. Injection into the stomach resulted in identification of a retrogastric lymph node. Histological analysis in all cases confirmed the presence of nodal tissue. Conclusions: FMNP can be a potential alternative to existing tracers in the detection of SLN in this animal experiment. (Korean J Gastroenterol 2008;51:19-24)

자기연마가공에서 자성입자와 연마재의 크기에 따른 표면개선 효과

이성호(Sung-Ho Lee),손병훈(Byung-Hun Son),곽재섭(Jae-Seob Kwak) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.9

자기연마가공은 연마입자와 자성입자를 혼합한 공구의 유연성을 이용하여, 공작물 표면을 폴리싱하는 특수가공법이다. 기존 연구의 대부분은 가공 정밀도를 향상시키기 위해서 연마입자의 크기를 달리 하는 것에 관한 내용들이다. 그러나 자기연마 가공에서는 연마입자의 크기뿐만 아니라, 자성입자의 크기도 가공에 많은 영향을 미칠 것으로 판단되며 이에 대한 연구가 반드시 필요하다. 따라서 본 연구에서는 크기가 다른 자성입자들을 사용하여 자기연마가공의 효과를 평가하였다. 자성입자는 철분말을 사용하였으며, 직경이 평균 8, 78, 250㎛의 크기이다. 공작물의 표면거칠기 향상 정도를 비교하여 자성입자의 크기가 자기연마가공의 정밀도에 미치는 효과를 평가하였다. 자성입자의 크기는 표면거칠기의 향상에 많은 영향을 미치며, 직경이 78㎛일 때 가장 좋은 표면거칠기의 향상을 나타내었다. Magnetic Abrasive Polishing (MAP) process is a nontraditional method for polishing the surface of workpiece by using the flexibility of tool. At present, a mixture of polishing abrasives and ferrous particles is used as the tool in the MAP process. Previously, an experiment was conducted with different sizes of polishing abrasives with an aim to improve the polishing accuracy. However, the sizes of ferrous particles are also expected to have a dominant effect on the process, warranting a study on the effect of the size of ferrous iron particles. In this study, an experiment was conducted using three different sizes of ferrous particles. Iron powder of average diameters 8, 78 and 250㎛ was used as ferrous particles. The effect of each ferrous particle size was evaluated by comparing the improvements in surface roughness. The particle size of a ferrous iron was found to play a significant role in MAP and particles of 78㎛ facilitated the best improvement in surface roughness.

온열치료 응용을 위한 뫼스바우어 분광 기반의 자성 나노입자 연구동향

최현경,엄영랑,김철성 한국자기학회 2023 韓國磁氣學會誌 Vol.33 No.3

최근 몇 년간, 나노입자의 합성 및 특성이 크게 발전하면서 다양한 응용 분야에서 새로운 자성 나노입자에 대한 연구자들의 관심이 크게 높아지고 있다. 온열치료는 암 세포에 자성 나노입자를 주입한 후, 교류 자기장 하에 자성 나노입자에서 발생되는 열을 이용하여 암세포를 사멸시키는 방법이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 거의 0에 가까운 보자력과 초상자성 또는 단일 도메인 페리, 강자성 성질을 가진 최소 크기의 자성입자가 필요하다. 본 해설 논문에서는 나노 수준에서 자성입자를 관찰하기 위해뫼스바우어 분광기술을 기반으로 설명하였다. 다양한 형태의 자성 나노입자의 발열과 자기특성 연구에 중점을 두었으며 잠재적으로 온열치료에 응용될 수 있는 자성 나노입자의 연구동향을 소개하였다.

자성을 이용한 기체-액체 물질전달 효율을 향상시키는 나노입자의 재사용

이하령,김영기 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.1

합성가스에서 탄소원을 얻어 바이오에탄올을 생산하는 미생물의 경우 율속 단계는 합성가스의 용해 속도이다. 이때 합성가스의 용해속도를 높이기 위해 나노입자를 적용하였다. 나노입자는 합성가스와 용액 사이의 기-액 물질전달 효율을 향상시켜 합성가스의 용해 속도를 증가시킨다. 이때 사용된 나노입자는 합성가스의 용해 속도를 증가시키는 단계에서 촉매로 작용해 그 형태가 변하지 않는다. 때문에 분리 및 회수가 가능하다면 나노입자의 재사용이 가능하다. 이를 위해 본 연구에서는 나노입자와 자성을 띄는 입자를 합성하여 자성을 이용한 나노입자의 재사용을 도모하였다. 나노입자는 앞선 연구에서 효율이 확인된 Metyl기로 표면개질한 Silica-CH₃를 기본으로 Fe, Co등 자성을 띄는 입자를 적용하여 합성하였다. 합성된 나노입자를 자성을 이용하여 분리 한 후 회수하여 동일 실험을 반복 하였으며, 이를 여러번 반복한 후 재사용한 나노입자의 재사용 횟수에 따른 효율을 측정하였다.

생리식염수와 증류수에 담긴 자성나노입자와 자성비드들의 자기저항 특성 연구

최종구,강병욱,이상석 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.9

Magnetic nanoparticles (MNPs) and magnetic beads (MBs) were distinguished from each other and mixed with red blood cells (RBCs) and physiological saline solution (PBS). The dependence of the resistance on the structure of and the existence of an external magnetic field were investigated. The MNPs had a diameter of 460 nm in which the carboxyl group (COOH) was attached to the core Fe, and the MBs had an average diameter of about 1 m with the SiOH group in the core Fe3O4. Four different types of RBCs combined with 7 to 9 MBs were found to be located at the center and the edge with normal round and abnormal RBC membranes. We observed the appearance of cluster flow in the shape of a swirling cluster when we used a permanent magnet with large amounts of MNPs and MBs combined with RBCs contained in PBS. The resistance values measured for 30 min in a 2.5 cc PBS solution containing 0.5 cc of a solution containing MNPs and MBs showed a different rates of increase that depended on the influence of the external magnetic field. On the other hand, the magnetoresistance ratio (MR) of MBs evenly mixed in deionized distilled water (ddH2O) was changed to about 36% in range of 1200 Oe. 자성나노입자와 자성비드를 구별하여 적혈구와 생리식염수(PBS)와 증류수(ddH2O)에 각각 혼합한 후구조의 차이와 외부자기장의 유무에 의존하는 저항 변화를 조사하였다. 카르복시기(Carboxyl, COOH) 으로 구성되어 있는 자성입자의 평균 직경은 약 460 nm, 실라놀기(SiOH)으로 구성되어 있는 자성비드의평균 직경이 약 1 m이었다. 7–9 개의 자성비드와 결합된 4가지 상이한 유형에 따라 적혈구(RBC)는 정상적인 원형 또는 비정상적인 타원형으로 변형되는 적혈구 막은 중앙과 가장자리에서 등방적으로 붙여있는형태에 대해 조사하였다. PBS 용액 내 RBC들과 결합된 다량의 자성나노입자들과 자성비드들에 영구자석을 사용해 클러스터 흐름의 모양이 굽이굽이 나타나는 모습을 관찰하였다. 자성나노입자와 자성비드가담긴 용액 0.5 cc를 각각 혼합한 2.5 cc의 PBS 용액을 30분 동안 측정한 저항값들은 외부자기장의 영향에 따라 다르게 증가함을 보여주었다. 또한, 무이온 증류수에 골고루 섞인 자성비드들에 대한 1200 Oe 범위에서 얻은 자기저항비(MR)는 약 36%이었다.

자성나노입자의 의학적 응용

이일수 한국물리학회 2015 새물리 Vol.65 No.5

Magnetic nanoparticles have attracted much attention for medical applications as carriers in nano drug delivery systems, contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI), and heat generators in magnetic hyperthermia. Liposome and polymeric nanoparticles have been widely used clinically as carriers in nano drug delivery systems. On the other hand, magnetic nanoparticles have an advantage in that they can be used to trace the nano drug delivery system to the targeted tissue by using an MRI scanner. Thus, research on the surface modification of magnetic nanoparticles and the labeling of the targeting ligand and drug inside or on the surface of nanoparticles is being performed. Various types of magnetic nanoparticle contrast agents are currently used clinically in MRI scanning. Magnetic nanoparticles are also used to increase the tissue’s uptake of the drug carried by the nano drug delivery system and to kill malignant tissues by magnetic hyperthermia. These are possible because magnetic nanoparticles can generate heat via an external AC field. In this paper, we will investigate the present status and the future of medical applications of magnetic nanoparticles. 자성나노입자는 의학적으로 자기적 약물전달, MRI 조영제, 자기적 발열요법 등에 응용되고 있다. 나노약물전달시스템 (nano drug delivery system)의 캐리어 (carrier)로는 리포좀 (liposome)과 폴리머 나노입자가 가장 많이 연구되었고, 또한 임상으로도 많이 이용되고 있다. 그러나 자성나노입자를 나노약물전달에서 캐리어로 이용할 경우 그 자기적 성질을 이용할 수 있으므로 약물전달시스템의 추적 등에서 유리하다. 이에 따라 자성나노입자를 이용한 나노약물전달에 대한 관심이 높아지고 있다. 즉, 자성나노입자의 표면을 개질하여 표적 리간드와 약물을 부착하는 연구가 진행 중이다. 그리고 자성나노입자는 MRI에서 핵스핀의 이완을 가속시켜 영상대비를 좋게 만드는 조영제로 널리 이용되고 있다. 또한, 자성나노입자는 외부 AC 자기장에 의해 열을 발생하므로 나노약물전달에서 약물의 흡수율을 증가시키는데 사용하거나, 종양 세포의 온도를 42 ℃ 이상 올려서 종양 세포를 제거하는 발열요법에 사용할 수 있다. 이에 대한 연구와 동물실험이 계속되고 있다. 이 논문에서는 위와 같은 자성나노입자의 의학적 응용에 있어서 그 원리, 현재 상황, 및 미래의 추세에 대해 알아보았다.

점성유체에 분산된 타원형 야누스 입자의 자성 상호작용에 관한 직접수치해석

김희은(Hei Eun Kim),강태곤(Tae Gon Kang) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.7

외부자기장에 의한 타원형 야누스 자성입자 사이의 자성 상호작용을 직접수치해석을 사용하여 분석하였다. 유한요소법에 기초한 가상영역법을 사용하여 입자계 유동해석을 수행하였고, 자기장 문제에서는 자성 포텐셜에 대한 지배방정식을 입자와 유체를 포함하는 전체영역에 대하여 풀어 자기장을 구하였다. 이 때 구해진 자기장으로부터 구한 맥스웰 응력을 사용하여 개별 입자에 작용하는 자기력이 계산된다. 입자의 운동과 최종적인 조립구조는 입자의 형상비, 개별 입자의 배향, 입자의 초기 분포에 크게 영향을 받는 것이 확인되었다. 또한 입자의 배향은 입자 주위의 유체 유동에도 영향을 주었다. 외부자기장에 의한 타원형 야누스 입자의 최종 조립구조는 앞서 언급한 인자들에 의해서 영향을 받은 것을 수치해석을 통해 확인할 수 있었다. The magnetic interaction between elliptic Janus magnetic particles are investigated using a direct simulation method. Each particle is a one-to-one mixture of paramagnetic and nonmagnetic materials. The fluid is assumed to be incompressible Newtonian and nonmagnetic. A uniform magnetic field is applied externally in a horizontal direction. A finite-element-based fictitious domain method is employed to solve the magnetic particulate flow in the creeping flow regime. In the magnetic problem, the magnetic field in the entire domain, including the particles and the fluid, is obtained by solving the governing equation for the magnetic potential. Then, the magnetic forces acting on the particles are calculated via a Maxwell stress tensor formulation. In a single particle problem, it is found that the orientation angle at equilibrium is affected by the aspect ratio of the particle. As for the two-particle interaction, the dynamics and the final conformation of the particles are significantly influenced by the aspect ratio, the orientation, and the spatial positions of the particles. For the given positions of the particles, the fluid flow is also influenced by the orientation of each particle. The self-assembly structure of the particles is not a fixed one, but it varies with the above-mentioned factors.

국소 자기장의 순/역 배열을 이용한 미세유체 채널 내에서의 강자성 입자 패턴 형성

박현향,이지혜,유영은,김정엽,장성환,Park, Hyoun-Hyang,Lee, Ji Hae,Yoo, Yeong Eun,Kim, Jung-Yup,Chang, Sunghwan 대한기계학회 2015 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.3 No.3

유체채널 내에서의 미세입자의 패터닝은 생물 및 의료 응용분야에서 활용될 가치가 높은 응용 기술이다. 본 연구는 미세유체 채널 내에서 구조물 없이 외부 자석의 배열만을 이용한 미세입자 패터닝 방법을 제안한다. 자석의 같은 극과 서로 다른 극끼리의 배열을 이용한 일렬 배열, 적층 배열 등을 고안하여, 다양한 미세입자 패터닝에 실험적으로 적용하였다. 서로 같은 극끼리의 배열은 입자 포획에 쉽게 적용 가능하여, 독립적 배열이 가능하였다. 특히 적층 배열은 다양한 패터닝을 할 수 있음을 확인할 수 있었다. 자기력 1.08mT 수준에서까지 자석 배열에 의한 일정한 패턴을 관찰할 수 있었고, 패터닝된 입자들은 20 ml/hr 의 유체 속도에서도 안정하게 유지되었다. 본 연구는 간단하면서도 자성 입자의 다양한 패터닝을 가능케 하는 방법으로 면역자기성 입자를 이용한 의학/바이오 분야로의 폭넓은 응용을 기대케 한다. The patterning of microbead in microfluidics channel is a practical technique for application in bio and medical areas. An approach is described for a direct patterning of magnetically active microbeads in microfluidic devices without inner structure. Local magnet arrangements - flat arrangement and stack arrangement - contacting same poles or opposite poles of magnet were utilized for generating trapping magnetic fields. The arrangement of magnets contacting same poles generated isolated patterns by repelling of magnetic field. The flat arrangement of vertically reverse magnet arrays shaped trapping patterns repelling magnetic field line between same poles. Spatially, the stack compositions of magnet arrangements allow diverse isolated trapped patterns of magnetic particles. Trapped magnetic particles in fluidic channels were stable on the $18m{\ell}/hr$ flow conditions and magnetic force of 1.08 mT in the all experiments. This experimental study suggests the simple and versatile methods to pattern magnetic particles, and has potential of wide application to bio and medical area.

Oleic acid로 코팅된 산화철 (Fe3O4) 나노입자의 초상자성 전이

홍성욱,이일수 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.2

We synthesized the iron-oxide (Fe3O4) nanoparticles and coated them with oleic acid. A superparamagnetic transition, as well as hysteresis, was observed in the ZFC/FC nanoparticles. Field The blocking temperature followed a H□ behavior below a crossover field of Hc=300 Oe. However, a slower change in the blocking temperature was observed with increasing applied field above Hc, which can be qualitatively explained by the dipole-dipole interactions in the powder sample. 산화철 (Fe3O4) 나노입자를 공침(coprecipitation)에 의해 형성한 후 그 표면을 oleic acid로 코팅하였다. 코팅된 나노입자는 구형이었고, 전체 직경과 중심 (core) 산화철 입자의 직경은 각각 20 nm, 5 nm로 관찰되었다. 이 나노입자 분말시료에 대해 ZFC/FC (zero filed cooling/field cooling) 곡선을 구하였고, 이를 통해 나노입자들의 강자성에서 초상자성으로의 전이를 관찰할 수 있었다. 그리고 외부자기장에 따른 blocking 온도의 변화를 관찰하였다. Blocking 온도는 외부자기장의 세기가 300 Oe가 될 때까지는 H□의 의존성을 보였으나, 그 이상의 외부자기장에 대해서는 이와 다른 의존성을 보였다. 이는 자성유체에서도 발견된 현상이지만, 분말시료에서는 더 높은 교차자기장 (crossover field)이 관찰되었다. 이는 분말시료에서는 자성유체에서보다 쌍극자-쌍극자상호작용이 크기 때문이다.

다양한 크기를 가지는 산화철 나노클러스터의 합성 및 물리적 성질의 제어

정미선,최진실 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

자성 나노 입자는 초상자성 성질과 높은 자화도로 인하여 분리, 검출, 치료 등 다양한 바이오, 의료 분야에서 널리 사용되고 있음. 이때 자성 나노 입자의 물리적 성질에 따라 그 응용 효과가 달라지게 된다. 산화철 나노클러스터는 작은 크기의 산화철 나노 입자를 뭉쳐 자라게 유도한 것으로 단일 산화철 입자와 비교하여 입자간의 이중극자 영향과 큰 부피로 인하여 단일 산화철 나노 입자와는 다른 성질을 보여줌. 따라서 본 연구에서는 산화철 나노클러스터의 크기를 제어하고 크기에 따라 물리적 성질의 변화되는 양상을 확인하고 응용 목적에 따라 최적화된 산화철 나노클러스터를 선택하고자 한다.