국소 가열, 온도 측정 가능한 다기능 원자현미경 개발

[산업일보]
한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 이정철 교수 연구팀(서강대)이 "국소 가열, 국소 온도 측정, 곡률 조정 등 다양한 기능을 동시에 가진 원자현미경 캔틸레버 제작 기술을 최초로 개발했다”고 밝혔다.

원자현미경은 광학현미경으로 측정이 어려운 나노미터 단위의 구조 분석을 위해 사용한다. 원자현미경에서 가장 중요한 부품은 탐침을 갖는 캔틸레버라는 작은 막대이다. 캔틸레버 끝 탐침의 뾰족한 정도에 따라 원자현미경의 성능이 좌우된다.

기존 실리콘으로 제작된 캔틸레버는 공정비용이 많이 들고, 제작이 어렵다는 문제점이 있다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 다양한 기존 하이드로젤 캔틸레버에 나노입자를 첨가시켜 기능성 캔틸레버를 구현했다.

연구팀이 개발한 것은 기존 원자현미경과 달리 재료의 물성치와 형상을 조절해 캔틸레버의 부드러운 정도를 폭 넓게 조절할 수 있다. 재료의 물성치를 조절할 수 있게 됨으로써 기존 실리콘으로 측정하기 어렵던 세포 시료 측정이 가능해졌다.

또한 탄성을 갖는 실리콘 고무 몰드를 압축하는 방법을 이용하여 탐침의 뾰족한 정도를 나타내는 곡률 반경을 20나노미터 이하로 달성했다. 이는 연구팀에서 개발한 기존의 동적마스크로 제작한 탐침의 곡률반경(1마이크로미터) 대비 50배 이상 개선된 값이다. 이와 함께 압축 방향에 따라 기존 실리콘 탐침으로 구현할 수 없는 다양한 종횡비도 조절하여 다양한 높이의 시료를 측정할 수 있음을 실험적으로 밝혔다.

그리고 개발한 원자현미경은 기존 실리콘 원자현미경에서 한 걸음 더 나아가 철 나노입자로 유도 가열하면서 동시에 양자점으로 온도 측정이 가능하다. 이로써 온도조절이 가능한 원자현미경을 이용해 국소적인 약물 전달 조절이나 암세포 파괴 등의 연구가 가능하게 될 것으로 기대된다.

이정철 교수는 “이번 연구는 물질전달, 온도 측정, 바이오시료 측정 등 다양한 기능을 가진 원자현미경을 개발한 것이다. 보다 정밀한 측정이 가능해짐으로써 미증유의 질환 및 질병연구, 압력·산성도 등 환경 인자 측정, 연구실·실험실에서의 연구 등에서 저렴하면서 간편하게 활용할 수 있을 것이다” 라고 연구의 의의를 설명했다.