MOF — 나노소재 연구에서 자주 등장하는 이유

안녕하세요. 약제학(나노 DDS) 박사과정 연구원이자 약사, 똑붕약사예요.

MOF-wikipedia Sarkar, Chandrani & Ray Chowdhuri, Angshuman & Garai, Subhadra & Chakraborty, Jui & Sahu, Sumanta & Saren, Pupulata. (2019). Three-dimensional cellulose-hydroxyapatite nanocomposite enriched with dexamethasone loaded metal-organic framework: A local drug delivery system for bone tissue engineering. Cellulose. 26. 10.1007/s10570-019-02618-3.

Dong, Panpan & Zhang, Xia-Hui & Hiscox, William & Liu, Juejing & Zamora, Julio & Li, Xiaoyu & Su, Muqiao & Zhang, Qiang & Guo, Xiaofeng & Mccloy, John & Song, Min‐Kyu. (2023). Toward High‐Performance Metal–Organic‐Framework‐Based Quasi‐Solid‐State Electrolytes: Tunable Structures and Electrochemical Properties. Advanced Materials. 35. 10.1002/adma.202211841.

제제연구를 하다 보면 요즘 정말 자주 들리는 단어가 있다. 바로 MOF이다. 논문을 보다 보면 MOF-based drug delivery system, MOF nanoparticles, MOF-derived materials 이런 표현이 심심치 않게 등장한다. 처음 들으면 뭔가 거창하고 복잡해 보인다. 나도 처음엔 뭐지? 하고 찾아보다가도 시간이 지나면 잊고, 또 찾아보고 그걸 반복하다가... 한번 정리해보자 해서 적어본다.

알고 보면 생각보다 개념은 단순하다.

1. MOF는 Metal-Organic Framework의 약자이다.

말 그대로 금속(Metal) 과 유기물(Organic) 이 연결되어 만들어진 뼈대 구조(Framework) 이다. 조금 쉽게 비유해보겠다. 금속 이온 = 기둥 유기 리간드 = 기둥과 기둥을 연결하는 막대 그 결과 = 거대한 3차원 철골 구조 이 구조의 가장 큰 특징은 무엇이냐면,

• 속이 비어 있다. 그것도 아주 촘촘하게 많이.

스펀지처럼 수많은 구멍이 존재한다. 위에 첨부한 그림에서 보듯이 구멍이 숭숭.

2. 왜 MOF를 많이 쓰는가?

• 엄청난 비표면적

MOF는 표면적이 어마어마하다. 1g이 축구장 여러 개 면적과 맞먹는 경우도 있다. 표면이 넓다는 것은 무엇을 의미하느냐.

• 약물을 많이 실을 수 있다는 뜻이다.
• 기공(구멍) 조절 가능

기공 크기를 설계할 수 있다. 작은 약물, 큰 단백질, 효소 등 목적에 맞게 조절이 가능하다.

• 기능성 부여가 쉽다

유기 리간드를 바꾸면 성질이 바뀐다. 표적 타겟팅, pH 반응성, ROS 반응성 등 다양한 기능을 추가할 수 있다.

• 합성의 다양성

상온, 수열합성, 마이크로파 등 다양한 방법으로 만들 수 있다. 연구자가 구조를 비교적 자유롭게 설계할 수 있다.

3. 대표적인 MOF 예시

대표적인 예로는 ZIF-8 (Zeolitic Imidazolate Framework-8) 이 있다. 아연(Zn) + 이미다졸 리간드로 구성 산성 환경에서 분해됨 그래서 종양의 낮은 pH 환경에서 약물을 방출하는 시스템으로 많이 사용됨 이 외에도 철(Fe) 기반 MOF, 구리(Cu) 기반 MOF 등 다양한 종류가 존재한다.

4. 어떤 연구에 많이 쓰일까?-요즘 연구 트렌드

1. 항암제 전달 시스템 DOX, Cisplatin 등 약물 로딩 pH-responsive release 표적 치료

2. 광열치료(PTT) / 광역학치료(PDT)

금속 이온 자체가 촉매 역할 ROS 생성 유도 Fenton-like 반응 활용 3. 면역치료 보조 시스템 면역조절 분자 전달 항체 결합 플랫폼(ADC, ANPC 등) 4. 가스 저장 / 촉매 / 환경정화 수소 저장 CO₂ 포집 유기오염물 제거 정말 다방면으로 쓰인다.

5. 그런데 MOF가 다 좋은가?_ 주의할 점!

체내 안정성 문제 금속 독성 이슈 대량 생산의 어려움 장기 생체 안전성 데이터 부족 그래서 요즘은 MOF-like material, MOF-derived carbon, MOF hybrid nanoparticle 같은 방향으로 발전하고 있다. MOF는

• 금속과 유기물이 연결된 초정밀 분자 스펀지이다.
• 약을 많이 담을 수 있고, 똑똑하게 방출할 수 있어서 제제연구에서 많이 쓰인다.

다음에는 뭘 적어볼까?

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