KIST, 청수인더스트리㈜에

나노구조체 이용 유수분리기술 이전

세계 최초로 나노기름뜰채(Oil-scooper)를 이용한 해양오염 방제기술 개발
유수분리 기술 상용화로 글로벌 해양오염 방제시장 진출 기대
 
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)과 청수인더스트리㈜(대표이사 오계동)는 12월 13일(수) KIST 서울본원에서 ‘나노구조체 이용 유수분리 기술’에 대한 기술이전 및 사업화 협력을 위한 선급기술료 총 12억 원(경상기술료 3% 별도)의 기술이전 조인식을 가졌다. 본 성과는 KIST 계산과학연구센터 문명운 박사(센터장) 연구팀이 개발한 기술로서, 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 해양경찰청(청장 박경민)의 ‘해양오염 및 해양경비지원기술 개발 사업’ 연구과제로 수행되었다.

<그림 1> 고종횡비 나노구조체 기반 유수분리 기술의 시연 모습. - (우측 상단) 고분자 표면 나노구조화의 컴퓨터 시뮬레이션 결과 - (우측 하단) 고종횡비 나노구조체 형상

KIST 문명운 박사팀이 개발한 유수분리 기술은 대면적 나노구조화 기술을 통해 곡면 형태의 뜰채에 물은 통과하고 기름은 투과하지 못하는 ‘나노기름뜰채’를 개발하여 유출된 기름을 직접 현장에서 제거할 수 있는 기술이다. 이번 신개념 고효율 방제기술은 다공성 친수 소재 표면에 플라즈마 공법을 이용하여 고종횡비를 가지는 나노구조체를 형성하는 공법이 핵심이다. 나노구조체가 형성된 기름뜰채의 표면이 물과 먼저 결합해 물막을 만들게 되면  중력에 의해 물은 뜰채  구멍 사이로 빠져나가지만 기름은 구멍기공을 통과하지 못하는 원리를 이용하여 기름만 쉽게 제거할 수 있는 기술이다. 이 기술은 해양에서 빈번하게 발생하는 기름 유출사고로 인한 심각한 환경오염 및 경제적 손실을 줄일 수 있는 효율적인 방법으로, 무동력인데다 사용 편의성이 매우 높고 분리한 기름을 재사용할 수 있는 획기적인 해양오염방제기술로 평가된다.

<그림 3> 국제해양오염방제 학회(2017.12.7, 부산, 해양환경교육원) 시연회 장면

KIST는 이번 조인식을 통해서 세계적인 환경규제에 부합하는 신기술 개발과 함께 청수인더스트리㈜의 상용화 전략을 바탕으로 2020년 기준 세계적으로 약 134억 달러(약 15조 2,000억 원), 국내 약 8,000억 원 규모로 성장할 것으로 전망되는 해양방제시장에서의 사업화 성과를 창출해 나갈 예정이다.

 

KIST 이병권 원장은 “전 세계적으로 해양방제기술에 대한 수요와 필요성이 증대되는 가운데, 이번 기술이전을 발판으로 해양오염을 획기적인 기술로 극복하고 기름유출의 경제적 손실을 줄이는 등 다양한 분야에서 활용되어 고부가가치를 창출할 것으로 예상한다.”고 말했다. 또한 청수인더스트리㈜의 오계동 대표이사는 “획기적인 KIST의 유수분리 기술을 이전받고 국내 해양오염 방제시장에서의 선두주자가 되기 위해 노력할 것이며 세계적으로 대두되는 사회문제에 기여하기 위해 글로벌 시장 진출에 앞장서도록 노력하겠다.”고 밝혔다.

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KIST-프린스턴大 공동연구팀, 나노 주름이 나노터널로 전이되는 현상 규명
나노크기의 물질 전달 및 배열이 필요한 생체 센서, DNA나 단백질 정밀분석에 활용

 

고분자 실리콘 화합물(PDMS) 소재를 압축하게 되면 주름이 생기게 된다. 이 표면에서 우리 손바닥의 손금과 같은 ‘구조의 접힘(folding)’ 상태를 만들기 위해서는 소재의 30%이상의 압축 변형이 필요하다. 최근 국내 연구진이 매우 낮은 수치인 1%정도의 작은 변형에서 물방울로 인한 표면장력으로 나노주름에 더 큰 변형을 유도하여 접힘 구조를 만들 수 있게 되는 현상을 규명하고, 이로 인해 DNA 나노선(nano-wire)을 만드는 기술을 개발했다고 밝혔다.

<그림 1> 액체 내의 DNA가 나노터널을 따라서 배열하는 이미지

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계산과학연구센터 문명운 박사 연구팀은 프린스턴大 하워드 스톤(Howard A. Stone) 교수팀과 공동 연구를 통해 ‘액체 표면장력에 의한 나노 주름 형상이 나노터널로 전이되는 현상’을 규명하고 이를 적용하여 ‘DNA 나노선을 만드는 매우 손쉬운 방법’을 제안하였다고 밝혔다. 수 십 나노미터 높이의 나노 주름 위에 물방울과 같은 액체를 올려두게 되면 물방울 주변의 표면장력이 주름의 표면에 작용하여 나노 주름의 입구를 잡아당기며 물이 닿은 주름 안쪽의 단면을 원형 터널에 가깝게 만든다. 특히 친수성을 가지는 나노주름 표면에서 물이 보다 강력한 압축응력을 만들어내게 되어 나노 주름의 깊이가 더욱 깊어지게 되고 그 결과 접힘 구조(folding)의 나노터널이 형성되는 현상이 생긴다. 연구진은 이를 통해 액체의 표면 장력에 의해 고체 표면의 2차원 변형이 가능함을 처음으로 밝혔다.  물 등의 액체 내에 나노입자, 나노와이어와 같은 나노물질이나 DNA 등의 생체 분자물질을 같이 넣고, 나노주름 표면에 떨어뜨리게 되면 물방울과 DNA 등의 물질이 함께 나노터널을 타고 들어가게 된다. 이후 물을 건조, 제거한 뒤에도 함유된 물질은 나노터널이 있었던 곳에 그대로 남아 특정 간격을 유지하면서 DNA로 만들어진 나노와이어가 형성된다. 이와 같이 연구진은 나노터널을 통해 물에 나노 크기의 약물이나 기능성 나노 입자를 혼합하여 나노와이어 형태로 손쉽게 배열하게 할 수 있다는 것을 밝혔다.

<그림 2> 물의 표면장력에 의해서 나노 주름(wrinkle, 중간 아래 이미지)이 나노 접힘(fold, 중간 위 이미지)으로 만들어진 나노 터널 (오른쪽 이미지)로 전이되는 현상에 대한 이미지

KIST 문명운 박사는 “나노 터널의 길이를 수십 마이크로 미터에서 수 밀리미터까지 변화시킴으로써 용액 내에 있는 DNA나 단백질 같은 작은 바이오 물질을 포집 혹은 저장하거나 전달할 수 있는 분야에 응용할 수 있다”라고 말하며, “또한, 나노 형광입자를 배열하는데 중요한 수단으로 활용될 수 있는 등 기존에 접근하기 어려웠던 나노크기의 물질 전달 및 배열이 필요한 다양한 분야에 응용될 것”이라고 말했다. 연구진이 개발한 이 기술은 향후 약물전달 장치나 생체 센서, DNA나 단백질 정밀 분석 등에 활용이 높을 전망이다.

<그림 3> DNA 나노와이어가 형성된 후, 물이 증발되고 DNA나노와이어가 표면에 들어난 AFM 이미지

본 연구는 한국과학기술연구원 미래원천연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 미국 국립과학원 회보 'PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences, U.S.A.)'온라인 판에 5월 31일(수)자로 실렸다.

 

* (논문명) Spontaneous formation of aligned DNA nanowires by capillarity-induced skin folding
           - (제 1저자) So Nagashima 박사(한국과학기술연구원 계산과학연구센터,  현 오사카 대학교 조교수)
           - (공동 교신저자) Howard A Stone (Princeton University)
                                  문명운 센터장 (한국과학기술연구원 계산과학연구센터)

 

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[MBC] <다큐프라임> '다윈, 칸트를 만나다'

 

MBC다큐멘터리 '다큐프라임'에서 과학기술과 인문사회의 융합에 관한 내용이 방영되었습니다. 그 중에서 KIST 계산과학연구센터의 문명운 센터장님이 3D 프린팅과 관련된 부분에 출연하셨습니다. 특히 한옥 건축 등에 활용되는 부분에 대해서 인터뷰를 해주셨는데요~ 아래 링크에서 그 내용 확인해보세요

[MBC 다큐멘터리 방송보기]

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[Science&Market] 3D 프린팅 산업은 소재가 주도

 

문명운 KIST 계산과학연구센터장님의 5월 기고문입니다. 요새 핫한 이슈가 되는 3D프린팅관련하여 프린팅기술 뿐만 아니라 소재에도 관심을 가져야 한다고 하시는데

자세한 내용은 링크의 기사를 참고해주세요

 

[서울경제 기사보기]

 

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[Science &Market] 빅데이터 활용 감염병 대응시대

 

문명운 KIST 계산과학연구센터장님의 빅테이터를 활용한 감영병 대응방안!

자세한 내용은 서울경제 기사를 참고하세요.

 

[서울경제 기사보기]

 

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