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액체 속 초미세 나노입자의 요동, 방해 없이 볼 수 있다

서울대, 원자 하나 두께의 그래핀으로 액상 주머니 개발
세포 내부 등 복잡한 환경에서 입자운동 해석 실마리

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-12-29 12:00 송고
그래핀 액상셀 투과전자현미경법을 통한 나노입자의 비정규 확산과정 관찰 및 해석(서울대 박정원 교수 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 액체 속 초미세 나노입자의 자연스러운 움직임을 방해하지 않고 관찰할 수 있는 그래핀 주머니(liquid cell)를 개발했다.

이제까지 잘 알려지지 않은 세포 내부와 같은 복잡한 환경 내에서의 입자의 운동과 화학반응을 해석하는 실마리가 될 전망이다.

29일 한국연구재단에 따르면 △서울대 박정원 교수 △중앙대 성재영·김지현 교수 공동연구팀이 초미세 금 나노입자들의 액체상 움직임을 관찰할 수 있는 그래핀 기반 주머니를 제작했다.

또, 이를 이용해 금 나노입자들의 열운동과 응집반응을 정확히 관찰하고 정량적으로 설명하는 데도 성공했다.

매우 작은 나노입자는 일반 광학현미경은 물론이고 통상적인 전자현미경으로는 관찰하기 어려워 액상에서의 거동에 대해 잘 알려지지 않았다.

액상투과전자현미경을 통해 입자와 입자가 분산된 액체를 투과한 전자를 통해 나노입자의 움직임을 볼 수 있는데 이때 전자가 쉽게 투과할 수 있도록 아주 얇은 용기 안에 나노입자 용액을 담아야 한다.

기존 실리콘 소재 용기는 액체를 안정적으로 감쌀 수 있지만, 전자가 투과하면 그 자체로 강한 전하를 띠어 시료 속 입자의 움직임에 간섭한다는 것이 문제였다.

이에 연구팀은 탄소 원자 하나하나가 이어진 원자 하나 두께의 얇은 그래핀을 안정적으로 다루는 기술을 개발했다.

두 장의 그래핀 사이에 마치 물집과 같이 나노입자 용액을 가두어서 초미세 나노입자의 실시간 움직임을 간섭 없이 관찰하는 데 성공했다.

이 그래핀 주머니의 도움으로 통계적 해석이 가능할 정도로 많은 초미세 나노입자들의 운동과 응집반응을 관찰할 수 있었고 그를 토대로 새로운 모델과 이론도 제시할 수 있었다는 게 연구진의 설명이다.

중앙대 김지현 교수는 “향후 세포 내부처럼 보다 복잡한 환경에서 화학반응에 참여하는 단일 분자나 효소의 움직임을 관찰할 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난 3일 게재됐다.


km5030@news1.kr

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