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서울시립대학교와 서강대학교 공동연구팀, 빛을 이용한 금속 나노입자의 고밀도 어셈블리(집적) 기술 개발

서강대학교 공동연구팀: 김동철 교수

서강대학교 공동연구팀: 김동철 교수

서강대학교 공동연구팀: 강태욱 교수

서강대학교 공동연구팀: 강태욱 교수

서울시립대학교(총장 원윤희)와 서강대학교의 공동연구팀이 빛을 이용하여 용액 상에 분산된 금속 나노입자를 다양한 기판(substrate) 위 원하는 위치에 신속하게 조립(assembly)할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 특히, 나노입자를 특정 위치에 어셈블리 하기 위한 기판 또는 금속 나노입자의 복잡한 물리/화학적 전처리 과정 없이, 단지 나노입자가 흡수하는 파장의 빛을 선택적으로 사용하여 기판 위에 나노입자를 직접적으로 어셈블리하는 매우 간단한 방식으로서 향후 나노입자의 위치 제어를 통한 기초연구뿐만 아니라 고감도 센서개발 등의 응용연구에 활용될 것으로 기대된다.
 
서울시립대학교 최인희 생명과학과 부교수

서울시립대학교 최인희 생명과학과 부교수

서울시립대학교 진창민 석사과정 학생

서울시립대학교 진창민 석사과정 학생

서울시립대에 따르면 생명과학과 최인희 교수와 진창민 석사과정 연구원은 서강대학교 강태욱, 김동철 교수 연구팀과의 공동연구를 통하여 용액 상에 분산된 금속 나노입자가 특정 파장의 빛을 흡수하였을 때 국소적으로 열이 발생하는 광열전환효과를 통해 유체의 대류를 유발하여 다양한 고체표면 위 원하는 위치에 나노입자를 조립할 수 있는 새로운 방법 (Photothermal Convection Lithography)을 제안하고 실험적 증명과 동시에 이의 메커니즘을 이론적으로 규명했다.
 
광열전환효과(photothermal conversion effect)란 금속 나노입자의 흡수파장과 일치하는 특정 파장의 빛을 조사(irradiation)하였을 경우 나노입자 주변에서 국소적으로 온도가 상승하는 효과로서 암 치료 및 약물전달에 최근 많이 활용되고 있는 원리이다.  
 
연구팀은 상기의 원리를 금속 나노입자(예: 금, 은 백금 등)를 어셈블리하는 기술에 처음으로 적용하여 다양한 형태의(예: 구형, 성(별)형, 막대형 등) 금속 나노입자와 이들이 흡수하는 특정 파장의 빛을 이용하여 화학링커를 사용하지 않고 고체표면에 순식간에 어셈블리할 수 있음을 보였으며, 빛이 조사되는 위치를 제어하여 이러한 어셈블리의 어레이 형성 또한 가능함을 보였다.  
 
특히, 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 이론적 분석을 통해 금속 나노입자가 분산된 용매의 물성(예: 점도)과 빛의 강도를 달리하여 어셈블리의 속도를 조절 가능함을 제시하고 이를 실험적으로 확인함으로써, 빛을 흡수한 금속 나노입자 주변의 국소적인 온도 변화로 발생되는 온도차에 기반을 둔 대류 현상이 나노입자의 어셈블리의 구동력이 되는 메커니즘(Photothermal Convection Lithography)을 규명했다.
 
연구팀이 개발한 광열전환 효과를 이용한 콜로이드 나노입자 집적기술은 기존의 물리화학적 나노입자 조립방법과 비교하여 미리 제작된 기판 및 화학링커를 사용하지 않는다는 장점이 있어 다양한 기판에 적용될 수 있다. 또한, 간단한 빛의 세기 및 용매의 점도 변화만으로 나노입자의 어셈블리 시간을 크게 줄일 수 있어, 광학신호의 증폭 및 고감도 나노 센서 개발에 널리 응용될 것으로 기대된다.
 
최인희 교수는 “우연한 기회에 실험적으로 관측된 현상을 이해하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 접목하였고, 이를 통해 관측된 현상의 메커니즘 및 조절가능 변수를 제안할 수 있었으며, 본 연구결과는 실험·이론적 공동연구의 시너지 효과를 보여주는 좋은 사례가 되었다”라고 평가했다.
 
이번 연구는 나노과학 분야의 국제 학술지 ‘스몰(Small)’지 최근호에 게재되었으며, 표지논문(Frontispiece)으로 선정되었다.
 
온라인 중앙일보
 
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