한국표준과학연구원(원장 박현민)은 소재융합측정연구소 나노분광이미지팀이 독자적으로 개발한 초분광 광유도력 현미경을 이용해 나노 입자 표면을 화학적 이미지로 관찰하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

개별 나노 입자 관찰은 국내 연구진이 처음으로 나노 입자의 안전성 검증과 새로운 기능의 나노 입자 개발에도 속도를 더할 것으로 예상된다.

나노 입자의 특징은 우선 표면적이 넓어 반응이 빠르다. 아주 작아서 인체에 쉽게 유입된다. 표면 상태나 표면에 붙어있는 분자에 따라 성질이나 독성 유무들이 달라져 원하는 성질의 분자층을 나노 입자에 코팅, 활용 가능하다. 표면을 특정 분자로 둘러싸면 원하는 질병 세포만 타깃해 진단, 약물전달, 치료 등에 사용 가능하다. 즉 암세포를 치료할 수 있는 분자로 표면을 코팅한 나노 입자는 인체내 암세포 주위를 찾아가 표적 치료가 가능하다는 의미다.

때문에 나노 입자의 특성을 제어하고 안전하게 사용하기 위해서는 입자 표면에 원하는 성질의 분자층이 잘 결합했는지 정밀 분석하는 것이 중요하다. 하지만 기존 측정 방식인 적외선 분광법은 적외선 일부만 흡수 돼 확인하기 어려운게 사실이다. 나노 입자는 크기가 매우 작아 입자 하나하나를 구별하지 못할 뿐만 아니라 입자 하나 표면층의 분자 수준 분석은 더 불가능하기 때문이다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 초분광 광유도력 현미경을 개발했다. 현미경 렌즈 대신 미세탐침이라는 새로운 장치를 시료 근처에 설치, 레이저 빛을 탐침에 쪼이는 것이다. 모아진 빛은 시료와 상호 작용해 탐침에 미세한 힘(광유도력)을 발생 시킨다. 이 힘에 대한 시료의 초분광 이미지를 측정하면 개별 나노 입자의 특성을 초정밀 진단할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 초분광은 모든 위치에서 분광 정보를 얻어 이미지로 재구성하는 방식으로 이종 물질의 공간분포를 분석하는데 사용된다.

이번 성과로 치료용 나노 입자의 성능 검사가 가능할 것으로 예상된다. 연구팀에 의하면 나노미터 크기로 작아지는 나노소자의 미세패턴에 대한 형상정보 뿐만 아니라 각 패턴의 화학적 조성도 함께 분석해 소자의 성능을 보다 정확하게 예측할 수 있다.

이은성 책임 연구원은 "이번 성과는 나노 입자의 표면화학정보를 개별 입자 수순에서 측정할 수 있어 나노입자의 성능을 인체 적용 전에 미리 검사할 수 있다"며 "세포 내의 활성산소가 증가하는 등 몸 안에서 발생할 수 있는 나노입자의 불안전성을 분석하는데 도움된다"고 말했다.

이태걸 부원장은 "나노 입자의 생체 내 안전성 측면에서 개별 나노입자 수준의 정밀분석은 꼭 필요했던 일"이라며 "표준연의 측정기술로 기존 기술의 한계를 극복 할 수 있게 돼 의의가 크다"고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 나노안전성 기술지원센터사업 지원을 받았다. 결과는 국제 물리화학 학술지 피지컬 케미스트리 레터스에 지난 1일 게재됐다.