Nature 발표,‘분자처럼 결합하여 나노구조체 마음대로 조립 가능’

화학공학/고분자공학부 이기라 교수는 미국 뉴욕대학교 사카나 교수연구팀과 공동으로 “분자처럼 조립 가능한 패치 입자를 대량생산 하는 방법을 찾는데 성공했다.”고 밝혔다.

서로 반대의 전하를 갖는 기름방울과 구형의 플라스틱 입자를 섞으면 기름방울 주위에 입자들이 붙는데, 특정 크기의 비(~2.41)에서는 하나의 기름방울 주위에 입자 4개만 결합한다. 이후 입자들이 기름방울 안쪽으로 살짝 들어가면서 안정된 구조가 된다. 이후 반응을 통해 기름방울을 고체화 하면 입자 4개로 이루어진 입자 집합체를 대량으로 만들 수 있다.

이렇게 얻어진 패치입자는 분자 같이 방향을 가지면서 결합할 수 있어 거의 모든 형태의 나노구조체를 구현할 수 있다. 그러나 기존의 방법으로는 매우 소량의 패치입자만 얻을 수 있어 후속 연구에 여전히 어려움이 있었다. 이번 연구 결과로 패치입자를 대량으로 얻을 수 있어 그동안 기대해 왔던 다양한 3차원 나노구조체를 구현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편, 용액의 산도 (pH)에 따라서 내부의 기름방울이 내부에 머물수도 있는데, 이 조건에서는 중간에 4면체가 형성된 후 구형으로 변형되는 것을 계산을 통해 예측하고, 실험으로 검증했다. 이러한 비구형 사면체 입자는 합성이 불가능했는데, 이를 활용한 다양한 새로운 나노 구조체 연구가 활발하게 진행될 것으로 보인다. 

이기라 교수 연구팀(성균관대)은 과학기술정보통신부(한국연구재단) 글로벌연구네트워크사업, 선도연구센터사업 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계 최고 과학전문지인 ‘네이처’ 9월 18일자 (영국시간)에 온라인 게재되었다. 

논문명과 저자 정보는 다음과 같다.
- 논문명 : Patchy particles made by colloidal fusion
- 저자 정보: 이기라 교수(공동저자, 성균관대) 스테파노 사카나 교수(교신저자, 뉴욕대(New York University)), 즈어 공 (Zhe Gong) (제1저자, 뉴욕대), 테오도어 휘켈 (Theodore Hueckel) (뉴욕대) 

이기라 교수는 "오랫동안 풀지 못했던 패치 입자의 대량생산 문제를 해결했다"라며 "이를 이용한 나노 구조체 조립 연구가 매우 활발해질 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 밝혔다. 

아울러 "이 기술을 3차원 프린터에 적용한다면, 인쇄한 3차원 구조 안에서 다시 구조가 형성되는 신개념 프린터에 대한 연구도 가능할 것"이라고 설명했다.