DGIST 문대원 교수팀, 서울대·KAIST와 공동연구로 성공

인산칼슘(Calcium Phosphate) 나노 입자의 초기 성장 과정을 보여 주는 헬륨이온 현미경 사진(왼쪽)과 비행시간 중에너지 이온산란 분석법(TOF-MEIS)의 스펙트럼(오른쪽)을 나타내는 그래프.<사진=DGIST>
인산칼슘(Calcium Phosphate) 나노 입자의 초기 성장 과정을 보여 주는 헬륨이온 현미경 사진(왼쪽)과 비행시간 중에너지 이온산란 분석법(TOF-MEIS)의 스펙트럼(오른쪽)을 나타내는 그래프.<사진=DGIST>
기존 물질 성장 이론 내용을 뒤집는 물질 초기 성장의 새로운 과정이 밝혀졌다.

DGIST(총장 손상혁)는 문대원 뉴바이올로지전공 교수팀과 남기태 서울대 재료공학과 교수팀, 김용현 KAIST 교수팀이 공동연구를 통해 새로운 분석법으로 물질 성장 초기 과정이 기존 임계핵 성장 이론과 다르다는 사실을 규명했다고 20일 밝혔다.

물질 성장에 관해 기존에 알려진 '임계핵 성장 이론'은 재료, 화학, 물리 분야의 여러 교과서에 실릴만큼 과학계 전반에서 인정받는 이론이다. 물질 성장 초기 임계핵이 생성 되고 임계핵을 중심으로 벌크(bulk) 소재가 형성되며 물질이 성장한다고 보는 이론이다.

연구팀은 뼈의 주요 성분인 인산칼슘의 나노 입자를 '비행 시간 중에너지 이온산란 분석법(TOF-MEIS)을 통해 분석하고 이론 계산으로 나노 입자의 초기 성장 과정 연구를 수행했다.

그 결과 나노물질의 성장 초기에 임계핵 대신 나노 입자가 계속해서 성장해 벌크 소재와 같은 물질로 변형, 성장한다는 사실을 규명했다.

최근 과학계에서는 물질의 초기 성장 과정에 기존 임계핵 성장 이론과 다른 연구결과가 발표된 바 있다. 하지만 직접적인 연구 결과 수치를 제시하지 못해 논란이 있었다.

이번 연구팀의 성과는 나노 입자의 크기와 구성을 정확히 측정함으로써 기존 이론을 뒤집는 확실한 증거를 제시했다는 평가다. 앞으로 나노 입자의 성장과 특성을 제어하는 연구에 활용할 것으로 기대된다.

연구팀이 적용한 비행시간 중에너지 이온산란 분석법은 문대원 교수팀이 개발한 기술. 기존 중에너지 이온산란 분석법에 비해 만 배나 낮은 이온 전류로도 물질의 성장 과정을 측정할 수 있어 이번 연구에서 이온 손상없이 나노 입자의 평균 크기와 구체적인 구조를 정량적으로 측정할 수 있었다.

문대원 교수는 "이번 연구는 실험을 계획하는 단계에서부터 측정, 논문 작성, 발표에 이르기까지 7년이 걸릴 정도로 장기 프로젝트였다"면서 "새로운 나노 분석 기술과 재료과학, 이론 화학분야를 융합한 연구를 바탕으로 기존에 통용되던 이론을 뒤집는 구체적 이론 계산과 연구 결과를 도출했다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학분야 학술지인 ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science, IF 11.2) 지난달 30일자 온라인판에 게재됐다.

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