광열전환효과(photothermal conversion effect)란 금속 나노입자의 흡수파장과 일치하는 특정 파장의 빛을 조사(irradiation)하였을 경우 나노입자 주변에서 국소적으로 온도가 상승하는 효과로서 암 치료 및 약물전달에 최근 많이 활용되고 있는 원리이다.
연구팀은 상기의 원리를 금속 나노입자(예: 금, 은 백금 등)를 어셈블리하는 기술에 처음으로 적용하여 다양한 형태의(예: 구형, 성(별)형, 막대형 등) 금속 나노입자와 이들이 흡수하는 특정 파장의 빛을 이용하여 화학링커를 사용하지 않고 고체표면에 순식간에 어셈블리할 수 있음을 보였으며, 빛이 조사되는 위치를 제어하여 이러한 어셈블리의 어레이 형성 또한 가능함을 보였다.
특히, 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 이론적 분석을 통해 금속 나노입자가 분산된 용매의 물성(예: 점도)과 빛의 강도를 달리하여 어셈블리의 속도를 조절 가능함을 제시하고 이를 실험적으로 확인함으로써, 빛을 흡수한 금속 나노입자 주변의 국소적인 온도 변화로 발생되는 온도차에 기반을 둔 대류 현상이 나노입자의 어셈블리의 구동력이 되는 메커니즘(Photothermal Convection Lithography)을 규명했다.
연구팀이 개발한 광열전환 효과를 이용한 콜로이드 나노입자 집적기술은 기존의 물리화학적 나노입자 조립방법과 비교하여 미리 제작된 기판 및 화학링커를 사용하지 않는다는 장점이 있어 다양한 기판에 적용될 수 있다. 또한, 간단한 빛의 세기 및 용매의 점도 변화만으로 나노입자의 어셈블리 시간을 크게 줄일 수 있어, 광학신호의 증폭 및 고감도 나노 센서 개발에 널리 응용될 것으로 기대된다.
최인희 교수는 “우연한 기회에 실험적으로 관측된 현상을 이해하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 접목하였고, 이를 통해 관측된 현상의 메커니즘 및 조절가능 변수를 제안할 수 있었으며, 본 연구결과는 실험·이론적 공동연구의 시너지 효과를 보여주는 좋은 사례가 되었다”라고 평가했다.
이번 연구는 나노과학 분야의 국제 학술지 ‘스몰(Small)’지 최근호에 게재되었으며, 표지논문(Frontispiece)으로 선정되었다.
온라인 중앙일보