머리카락 1만분의 1 나노입자 채웠다, 비웠다 ‘마음대로’
POSTECH 이인수 교수팀, 나노입자 구조 조절 기술 개발

머리카락의 1만분의 1, 너무 작아 눈에는 보이지 않지만 의약품 뿐 아니라 전자 소자 등 그 활용분야가 무궁무진할 것으로 기대를 모으고 있는 나노입자의 내부를 마음대로 조절할 수 있는 기술이 POSTECH 연구팀을 통해 처음으로 개발됐다. 이 연구는 화학분야 최고의 권위지로 손꼽히는 저널에 표지논문 및 주목할 만한 논문으로 선정되는 등 학계의 주목을 끌고 있다. 

POSTECH 화학과 이인수 교수․박사과정 김진구씨 팀은 산화망간(manganese oxide)과 실리카(silica)의 혼성나노입자를 이용, 외부의 환경에 따라 내부를 채웠다, 비웠다 전환할 수 있는 새로운 나노입자를 개발했다.

나노입자 중에서도 속이 빈 입자는 내부에 약물을 채워 암세포 등에 약물을 전달하는 약물전달체, 나노 반응기나 의료영상 촬영을 위한 보조물질 등에 활용될 수 있어 화학계에서도 많은 연구가 이루어지고 있다.

이러한 속이 빈 나노입자는 나노입자의 내부를 다양한 화학적 방법을 통해 식각(etching)하는 방법으로 만들지만, 이렇게 속을 비운 나노입자의 속을 다시 채우는 방법은 거의 알려져 있지 않았다. 

실리카에 둘러싸인 산화망간 나노입자에 수소상태에서 열을 가해주면 속에 든 산화망간이 껍질로 퍼지면서 내부가 텅 빈 실리케이트 나노입자가 만들어진다. 이 때 환경을 공기로 바꾸면 비어 있던 입자는 다시 원래의 산화망간으로 채워지게 된다.

연구팀은 이 나노 입자에 촉매가 활발하게 이루어지는 백금(Pt) 나노입자를 추가, 보다 낮은 온도에서도 쉽게 환원될 수 있도록 해, 주변의 기체 환경 변화에 따라 내부가 채워졌다 비워졌다를 반복하는 새로운 개념의 나노물질을 구현하는데 성공했다.

기체 환경 변화에 구조가 바뀌는 이 물질을 이용하면 주변 환경에 반응, 물질의 성능을 마음대로 조절할 수 있는 ‘스마트’한 신소재를 만들 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 또, 이 연구성과는 지금까지 나노크기의 작은 입자에서 일어나는 화학반응들을 이해하는데도 도움을 줄 것으로 전망돼 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society) 표지논문과 주목 할 만한 논문(Spotlights on Recent JACS Publications)으로 선정됐다.

한편, 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 기초연구 사업(중견연구자지원사업-도약연구)의 지원을 받아 수행됐다.