올리브오일로 액체속 금속나노입자 자유제어(07.18)

서강대 강태욱 교수, 나노입자 정렬현상 응용 분자검출법 개발
환경오염물질 모니터링· 질병 자가진단 등 다양한 활용 가능

 

 

▲ 금 나노막대기 입자가 존재하는 물에 기름을 떨어뜨리면, 물과 기름의

계면에서 입자가 수직으로 자동 정렬된다 (그림 가운데 및 왼쪽). 계면에

빛을 비춰주면 물 속에 미량 녹아있는 분자에 대한 신호가 수직 정렬된

나노막대기에 의해서 증폭되어 우리가 그 증폭된 신호를 얻을 수 있게

된다 (그림 가운데 및 왼쪽 위).  ⓒ 2013 HelloDD.com

 

국내 연구진이 서로 섞이지 않는 물과 올리브오일 사이 경계면에서 금속나노입자들이 가지런히 정렬하는 현상을 발견하고, 이를 이용해 환경오염물질·식품안전 모니터링, 질병의 자가진단 등에 응용할 수 있는 광학분자 검출기술 개발에 성공했다.

 

한국연구재단(이사장 이승종)은 강태욱 서강대 화공생명공학과 교수팀이 액체상에서의 금속나노입자의 자동정렬을 최초로 규명해 앞으로 다양한 계면현상 연구에서부터 각종 물질 검출 등에 기여할 전망이라고 18일 밝혔다.

 

액체 상에서 자유롭게 움직이고 있는 금속나노입자를 극저온이 아닌 상온에서 고체 기판을 이용하지 않고 고정해 일정한 방향으로 정렬시키는 기술은 세계적인 난제였다. 전기장이나 자기장 등의 외부 힘을 사용한 예가 있었지만 실용화에 한계가 있었다.

 

액체 상에서 기능성 나노입자를 자유자재로 제어할 수 있게 되면 검출센서 제작시 고체 상에서 필요한 식각공정이나 고체기판으로 옮기는 전이공정, 현미경 등 추가적인 장비의 사용을 생략할 수 있어 공정이 단순해지고 비용을 절감할 수 있다.

 

강 교수팀은 암시야 광학현미경을 이용해 물 속에서 자유롭게 움직이던 금속 나노입자가 물과 기름 사이의 계면에서 수직방향으로 안정적으로 정렬하는 현상을 발견했다. 또 이 같은 정렬이 전기장 등 외부 힘이나 화학물질 첨가 같은 번거로운 작업이 아닌 경계면에서 계면에너지 최적화를 이루려는 나노입자의 자기조립 때문임을 밝혀냈다. 

 

 

▲ 강태석 교수.ⓒ 2013

HelloDD.com

 

더불어 강 교수팀은 이 같은 계면현상을 이용해 고체 기판제작이 필요없는 초고속 분자 검출법을 개발했다.

 

나노입자의 가지런한 정렬로 인해 올리브오일과 물의 경계면에서의 라만산란 신호가 약 100만배 증폭되기 때문에 분자 식별이 용이하다는 설명이다. 실제 증폭된 산란신호를 이용해 물이나 기름에 녹아 있는 나노몰 수준의 극미량의 분자도 검출해냈다.

 

강 교수는 "이번 연구는 쉽게 접할 수 있는 올리브 오일과 비교적 만들기 쉬운 금 나노입자를 사용한다는 점, 그리고 물과 기름사이의 눈에 명확하게 보이는 계면을 분석에 이용한다는 점에서 주목받고 있다"고 설명했다.

 

한편 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심)의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 7월 18일자 온라인 판에 게재됐다.

 

 

▲ (아래)금 나노막대기 입자는 자유확산에 의해 물 속을 자유롭게 움직이다가 (위)물과 기름사이의 계면에서 일정한 수

직적 배향으로 고정된다. 계면에서 나타나는 이러한 독특한 자연현상을 이용하여 물 속에서는 얻을 수 없었던 미량존재

하는 분자 고유의 라만신호(그림 왼쪽 아래 하얀색 스펙트럼)가 계면에서 증폭되어 신호를 얻을 수 있게 된다. (그림 오른

쪽 위 하얀색 스펙트럼) ⓒ 2013 HelloDD.com

 

 

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