생의학용 구형 금-꼬막 껍질 탄산칼슘 나노입자: 제조, 특성, 세포독성 평가

초록

구연산 환원법으로 금 나노입자를 제조하고, 도데실 디메틸 베타인 매개 침전법으로 Anadara granosa 꼬막 껍질에서 추출한 아라고나이트 CaCO₃와 결합해 구형 금-꼬막 껍질 탄산칼슘 나노입자(Au-CSCaCO₃NPs)를 간단하고 친환경적으로 합성하고 물리화학적 특성과 생체적합성을 평가했다. 하이브리드 입자는 지름 35 ± 16 nm, 음성 표면 전하(-16.4 mV), 530 nm에서 특성 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 피크를 보였다. MCF-7과 NIH-3T3 세포 세포독성 분석에서 100 µg mL⁻¹에서 암세포 70% 이상 억제하면서 섬유아세포는 보존해 선택적 생체적합성 입증. 이는 Au-CSCaCO₃NPs가 표적 약물 전달과 영상 플랫폼으로 유망함을 시사한다.

배경

단분산 나노입자는 약물 전달, 영상, 바이오센싱 등 첨단 생의학 응용에 필수적이다. 금 나노입자(AuNPs)는 조절 가능한 광학적 특성을, 특히 꼬막 껍질의 아라고나이트 다형체인 생물 기원 탄산칼슘은 우수한 생체적합성과 높은 표면적을 제공. 기존 CaCO₃ 합성은 비생물 기원 방해석/파테라이트 혼합물을 산출해 임상 부적합. 본 접근법은 확장 가능하고 비용 효율적인 금 환원 프로토콜과 도데실 디메틸 베타인 매개 꼬막 껍질 CaCO₃ 침전을 결합해 두 구성요소의 장점을 유지하는 하이브리드 나노물질을 산출한다.

방법

재료

염화금(III) 삼수화물, 구연산삼나트륨, 도데실 디메틸 베타인(BS-12), 인디아신 그린(ICG), 표준 세포 배양 시약은 상업 공급업체 구매. 신선한 꼬막 껍질 지역 조달, 세척, 건조, <90 µm 분말로 분쇄해 CaCO₃ 합성에 직접 사용.

AuNPs 합성

염화금(III) (0.1% w/v)을 1% 구연산삼나트륨으로 100 °C에서 15분 환원해 선명한 붉은 콜로이드 얻음. 반응식: 2 HAuCl₄ + 3 C₆H₈O₇ → 2 Au + 3 C₃H₆O₅ + 8 HCl + 3 CO₂.

꼬막 껍질 CaCO₃ 나노입자(CSCaCO₃NPs) 제조

2 g 껍질 분말을 50 mL 탈염수에 0.5 mL BS-12와 함께 분산, 1000 rpm, 50 °C에서 135분 교반. 침전물 여과, 세척, 건조, 200 rpm으로 5일간 분쇄해 단분산 구형 CaCO₃ 입자 획득.

Au-CSCaCO₃NPs 접합 형성

0.2 g CSCaCO₃NPs와 5 mg ICG를 20 mL AuNP 콜로이드(pH 7)와 혼합. 20분 초음파 처리 후 200 rpm으로 3일간 교반, 10,000 rpm 초원심분리로 접합체 회수, 세척 건조.

특성 분석

• 투과전자현미경(TEM): 19-51 nm 구형 입자, 평균 35 ± 16 nm.
• 전계방출 SEM & EDX: 형태, 원소 조성(C 65%, O 13.5%, Ca 0.02%, Cu 17.6%, Au 3.9%).
• 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR): 1455, 1059, 854, 706 cm⁻¹ 피크로 카복실기와 아라고나이트 특성 확인.
• UV-Vis: 530 nm에서 LSPR 피크.
• 제타 전위: -16.4 ± 3.8 mV, PdI < 0.5.

세포 배양 및 세포독성

MCF-7(유방 선암)과 NIH-3T3(쥐 섬유아세포)을 10% FBS 함유 DMEM 배양. 96웰 플레이트에 5×10³ cells/well 접종, Au-CSCaCO₃NPs(25-100 µg mL⁻¹) 24, 48, 72시간 노출. MTT 분석(570 nm)으로 세포 생존율 측정.

결과 및 논의

물리화학적 특성

하이브리드 나노입자는 균일한 구형, 좁은 크기 분포, 강한 음성 표면 전하로 우수한 콜로이드 안정성 입증. LSPR 피크 이동은 금 접합 성공 확인.

세포독성

Au-CSCaCO₃NPs는 100 µg mL⁻¹에서 MCF-7 세포 증식 70% 이상 억제, NIH-3T3 생존율은 ~40%만 감소. IC₅₀ 값은 암세포 25-50 µg mL⁻¹, 섬유아세포 >80 µg mL⁻¹로 선택적 세포독성 입증.

결론

제어된 크기, 우수한 안정성, 선택적 항암 활성을 가진 구형 금-꼬막 껍질 CaCO₃ 나노입자 제조의 확장 가능하고 환경 친화적 경로 확립. 이 하이브리드들은 표적 약물 전달, 영상, 테라노스틱 응용의 유망한 후보 물질이다.