( 좌 ) 표지논문 이미지 , ( 우 ) 빛을 이용한 금속 나노입자의 고밀도 어셈블리의 대표 모식도

서울시립대학교와 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 .

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 규명하였다 .

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 ( 星 ) 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 규명하였다 .

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 .