양자론과 생물학과의 만남

우선 양자점이 어떻게 사용되고 있는 지 살펴보기 전에 먼저 양자점의 성질을 살펴보도록 하자. 양자점은 나노미터 크기의 반도체 또는 도체 입자로서 내가 주목해서 살펴볼 것은 콜로이드 화학의 기술로 만들어진 ‘발광 양자점’ 이란 물질이다. 이 발광 양자점은 다양한 영역의 색상을 내는 레이저를 발현하며 입자 크기를 조절함으로써 발광 파장, 즉 발광 색을 쉽게 조절할 수 있기 때문에 여러 가지 응용 가능성이 있다. 즉 단순히 코어 나노 구조의 크기를 변화시킴으로써 다른 파장의 빛을 낼 수 있도록 미세하게 조절될 수 있다는 것이다. 구형의 카드뮴셀레나이드(CdSe) 코어의 크기에 따라 방출되는 빛의 파장을 500나노미터와 660나노미터 사이에서 조정할 수 있다. 예를 들어 3나노미터의 CdSe 코어는 초록색(520나노미터)을 내고 5.5나노미터의 CdSe 코어는 빨간색(630나노미터)을 낸다. 그렇다면 이러한 성질을 생물학과 의학에서는 어떻게 활용하고 있는가? 자연적 환경에서 단백질과 세포의 기능을 실질적으로 이해하기 위해서는 그들이 어떻게 작용하는지 관찰해볼 필요가 있다. 첫번째 예로 낭포성 섬유증(cystic fibrosis)이라는 질환을 살펴보자. 낭포성 섬유증은 상염색체성 열성으로 유전되는데 원인 유전자는 7번 염색체의 cystic fibrosis conductance regulator(CFTR) 유전자라고 알려져 있다. 이 유전자는 상피세포의 표면에 존재하는 나트륨과 염소 수송단백질을 만드는데, 이 단백질 유전자의 돌연변이로 인해 세포 내외로 염소 이온이 이동하는 흐름을 방해하기 때문에 낭포성 섬유증이 발병한다는 것이다. 이러한 질환에서는 특정 단백질이 잘못된 위치로 가서 돌연변이가 되어 세포내의 질서를 파괴시킨다. 따라서 이 병의 치료법을 연구하기 위해서는 단백질이 세포내에서 생산된 후 어떻게 분류가 잘못되어서 질환을 일으키는지 알 수 있어야 한다. 바로 이 부분에 발광 양자점이 쓰이게 된다.