박오옥 교수 "화폐 보안, 생체 치료, 라만분광법 등 이용 가능"

국내 연구팀이 14개의 팔 모양 입자가 균일하게 달린 이원 구조 금 나노입자를 개발했다.

KAIST(총장 강성모)는 박오옥 생명화학공학과 교수와 한상우 화학과 교수, 김도엽 한국화학연구원 박사 등 공동 연구팀이 팔 모양 입자 주변에서 전기장을 강하게 증폭시켜 미량의 물질을 검출할 수 있는 신기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

중심에 팔 모양의 입자가 달린 이원구조의 금 나노입자는 외부의 빛과 반응해 팔 모양 주변에서 전기장이 강하게 증폭된다. 금 나노입자를 기판으로 활용해 물질을 그 위에 올리면 적은 농도로도 쉽게 물질의 검출이 가능하다.

하지만 기존 기술은 중심 나노입자에 달린 팔 모양 입자의 크기, 길이를 정밀하게 제어하지 못해 형태가 제각각인 금 나노입자만 얻었다.

연구팀은 14개의 꼭짓점을 갖는 사방십이면체 형태의 금 나노입자를 먼저 합성 후 꼭짓점 부분만 선택적으로 성장시켰다. 이로써 팔이 14개 달린 이원구조의 금 나노입자를 합성했고 팔 크기나 길이를 조절해 광학특성·전기장 세기 증폭을 조절할 수 있게 됐다.

이원구조 금 나노입자의 팔 크기 변화에 따른 전기장 세기를 유한차분 시간영영법으로 시뮬레이션한 결과와 표면증강라만 신호 결과.<사진=연구팀 제공>
이원구조 금 나노입자의 팔 크기 변화에 따른 전기장 세기를 유한차분 시간영영법으로 시뮬레이션한 결과와 표면증강라만 신호 결과.<사진=연구팀 제공>
연구팀은 유한차분 시간영역법을 통한 시뮬레이션과 표면증강라만산란 실험을 통해 이원 구조에서의 팔의 크기가 작을수록, 몸통 입자의 크기가 클수록 전기장 세기가 강하게 증폭됨을 증명했다.
 
연구팀에 따르면 이 기술을 표면증강라만분광(surface-enhanced Raman spectroscopy)에 이용해 물질의 분자 검출·분석 등에도 응용할 수 있다.

박오옥 교수는 "새로운 접근법을 통한 이원구조 금 나노입자의 팔 개수, 길이 등의 조절로 광학특성 등 물리적 성질을 제어하는 기술을 개발했다"며 "라만분광법을 이용한 물질 검출이나 화폐 보안물질 등에 응용 가능할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 광학 재료분야 학술지 '저널 오브 머티리얼스 케미스트리 씨'(Journal of Materials Chemistry C) 지난달 21일자 표지논문으로 게재됐다.

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