한국연구재단은 윤동기 KAIST 교수 연구팀이 연어에서 추출한 DNA를 이용해 센티미터 크기의 넓은 면적에서 적용 가능한 금 나노 막대 배향 제어기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

금 나노 막대는 금을 나노 크기의 막대 형태로 제조한 입자로 대표적인 플라즈모닉 나노입자로 알려진다. 플라즈모닉 나노 입자는 표면 플라즈몬 공명이라는 독특한 광학적, 전기적 특성을 갖고 있어 LCD와 같은 광전자 소자 등 차세대 플랫폼의 핵심 소재로 주목된다.

이방성을 갖는 플라즈모닉 나노입자의 특성상 배열 형태에 따라 달라지므로 나노 입자의 배향이 매우 중요하다. 기존에는 마이크로미터 수준에서 성공했을 뿐 센티미터 단위의 넓은 면적에서는 배향 문제로 실제 응용에 한계가 있었다.
 
배향은 막대기 모양의 분자나 나노파티클이 일정한 방향으로 배열돼 가는 것이다. 한 방향으로 나란할수록 배양도가 높다. 배향도가 높으면 광학적 전기적 성질이 높아진다.

연구팀은 연어에서 간단히 추출한 유방성(lyotropic) 액정물질인 DNA를 매개체로 이용하면 나노 막대 입자의 장축이 DNA 분자 사슬 방향과 나란하게 배향됨을 발견하고 금 나노막대 입자를 원하는 방향으로 정렬시키는 방법을 개발했다.

또 연구팀은 외부에서 가한 전단력과 DNA 분자체의 탄성력 간 균형 조절을 통해 평행, 수직, 지그재그 등과 같은 다양한 형태의 DNA 나노 구조체를 제작하는 데 성공했다.

유방성 액정물질은 자체에 용매가 있어 금 나노막대와 잘 혼합돼 금 나노 막대의 배향을 효과적으로 조절할 수 있다. 가격도 인공합성 DNA에 비해 1000배 이상 저렴하다. 또 간단하게 자르는 힘을 가하는 방법으로 DNA 분자를 쉽게 조절할 수 있어 대규모 제작과 광전자 소자에 대한 응용도 가능할 것으로 기대된다.

윤동기 교수는 "이 연구는 DNA와 금 나노입자의 상호작용을 이용해 혼합물을 정렬시키는 기술을 개발한 것"이라면서 "금 나노 막대 입자 뿐 아니라 다양한 특성을 갖는 나노입자 배향 조절로 확장될 수 있어 다양한 광전 소자와 센서 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 미래유망 융합기술 파이오니어사업과 나노소재 원천기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 성과는 재료과학 분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈 (Advanced Functional Materials) 110일 자 논문으로 게재됐다.

◆용어해설
▲플라즈모닉 나노입자 : 국부적 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키는 금이나 은 등의 물질로 이루어진 나노입자.
▲표면 플라즈몬 공명 : 입사광에 의하여 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 현상.
▲유방성 액정 (lyotropic liquid crystal) : 농도에 따라 액정의 상이 변화하는 액정으로 주로 DNA, 셀룰로오스와 같은 생체 물질이 유방성 액정성을 가짐.