금속 나노입자, 크기·모양 제어 가능한 새로운 합성방법 제시

[산업일보]
금 나노입자는 최근 의료․전자․화학 등 다양한 산업 분야에서 그 활용성과 가치가 크게 높아졌다. 하지만, 원하는 구조를 미리 설계하거나 다양한 구조․형상을 만들 수 없는 기존의 합성 방법으로는 한계가 뒤따라 활용에 어려움이 많았다.

그러나 고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수가 금속 나노 입자의 크기와 모양을 제어할 수 있는 새로운 합성 기술을 개발해 한국 나노 연구의 역량을 높이고 산업 발전의 기반을 강화했다.

이에 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)와 연구재단은 이달의 과학기술인상 9월 수상자로 고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수를 선정했다고 전했다.

최근 금 나노입자는 전자, 화학, 의료 분야 등 다양한 분야에서 활용되며 그 가치가 입증되면서 가장 많이 연구되는 나노물질 중 하나이다. 금 나노입자를 원하는 분야에 응용하기 위해서는 입자를 균일하고 정교하게 합성하는 것이 필수지만 기존의 계면활성제를 활용한 방법들은 합성 전에는 형상을 예측할 수 없는 경험적인 방법으로, 원하는 구조를 미리 설계하고 제조할 수 없어 다면체 구조 외에 다른 형상의 제조 자체가 불가능했다.

그러나 심상준 교수 연구팀은 생체분자인 DNA를 골격으로 이용해 모양과 크기를 균일하게 제어할 수 있는 금 나노입자 합성 기술을 개발해 기존에 볼 수 없었던 독특한 구조와 광학적 성질을 지니는 금 나노입자들을 제조했다.

연구팀은 이중나선 DNA 골격의 형태대로 입자가 만들어지는 현상을 발견하고, DNA의 자가 조립 특성을 이용함으로써 원하는 모양과 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 새로운 나노입자 합성방법을 개발했으며, 이 기술을 통해 다면체 외에 비대칭적인 형상의 입자를 정교하게 제조할 수 있음을 확인했다고 전했다. 이에 더 나아가 금 나노입자와 이중나선 DNA의 결합 부위에서 산화‧환원 반응이 다른 부위보다 빠르게 진행돼 DNA를 따라 금 나노입자가 합성된다는 사실을 증명하기도 했다.

이번에 개발된 기술은 금속 나노입자 연구분야에 DNA 분자 조절 등 바이오 기술을 접목한 세계 최초의 혁신적 연구 성과로 금속 나노입자의 연구와 활용에 대한 새로운 패러다임을 제시한 데 큰 의미를 갖는 것으로 평가되고 있다.

심 교수는 “비대칭적 나노입자는 그 자체가 매우 독특한 광학적·전기적 특성을 지니고 있어 표면 분자의 특이적 결합을 매우 정밀하게 감지할 수 있으며, 이를 이용해 질병 진단, 환경 독소나 유해물질의 모니터링이 가능해진다”고 소개하며 “메르스·조류독감 등과 같은 바이러스나 유해생물을 휴대전화로 감지한다든가, 우리 몸 안의 미세한 암세포를 표적치료 또는 모니터링 할 수 있는 나노 구조체 합성, 화학 합성 신규 촉매 또는 촉매 지지체 개발, 디스플레이·나노 전극 생산 등 비대칭 나노입자의 응용은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 넓고 다양하다”고 전했다.

특히, DNA를 골격으로 이용해 원하는 크기와 모양, 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 정교한 합성 방법을 개발해 그간의 기술적 한계를 극복하고 다양한 산업으로 활용분야가 확대될 것으로 기대를 모으고 있다.

심 교수는 “개발 중인 나노 기술을 나노합성의 새로운 패러다임을 제시하는 수준으로까지 발전시키는 것은 물론, 레고처럼 여러 형태로 조립할 수 있게 작은 단위로 나눈 입자끼리의 조합을 통해 기존 합성 방법의 한계를 극복하고 싶다”고 향후 목표를 밝혔다.