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액체 상태의 나노물질 바로 ‘찰칵’

2015년 03월 24일 01:00

이미지 확대하기투과전자현미경(TEM)의 모습 - Wikimedia 제공
투과전자현미경(TEM)의 모습 - Wikimedia 제공

미국 연구팀이 자연 상태 그대로의 분자를 특별한 처리 없이 사진을 찍듯 관찰할 수 있는 기술을 활용해 금 나노막대의 조립과정을 규명했다. 분자 차원의 움직임을 직접 관찰한 것으로 고성능 전자기기용 나노소재 개발부터 의학분야까지 폭넓은 분야에 도움이 될 것으로 보인다.

 

폴 알리비사토스 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 교수팀은 액체국면 투과전자현미경(TEM)을 이용해 나노 수준에서 액체 금 나노막대의 이동 및 조립 특성을 규명해 미국화학회가 발간하는 학술지인 ‘센트럴 사이언스’ 23일자에 개재했다.

 

전자현미경은 육안으로 보이지 않는 원자까지 관찰할 수 있지만 고체 상태의 물질만 관찰할 수 있는 한계가 있었다. 현미경을 통해 분자의 행동을 관찰하려면 표본을 동결하거나 건조시키는 처리과정을 거쳐야했다.

 

많은 물질들은 고체와 액체에서 다른 행동을 보인다. 액체는 인체의 70%를 차지하고, 지구의 70%를 이루고 있지만, 실제로 액체 속에서 어떤 일이 일어나는지 직접 관찰하긴 어려웠다. 

 

연구팀은 액체국면 투과전자현미경 내에서 액체 상태 금 나노입자를 성장시켜 나노막대의 조립과정을 관찰하는 데 성공했다. 연구팀은 나노 입자의 조립 과정이 일반적으로 알고 있던 사실과 다르다는 사실을 알아냈다. 그간 금 나노막대는 면과 면이 서로 닿아(side-by-side) 조립되는 것으로 알려져 있었지만, 액체상태로 살펴보니 끝과 끝(tip-ti-tip)이 붙어 조립됐다.

 

 

이미지 확대하기액체국면 투과전자현미경을 통해 금 나노막대가 조립되는 과정을 실시간으로 확인할 수 있다. - ACS Central Science 제공
액체국면 투과전자현미경을 통해 금 나노막대가 조립되는 과정을 실시간으로 확인할 수 있다. - ACS Central Science 제공

 

또 연구팀은 전해질 용액에서 이온의 활발한 정도를 나타내는 ‘이온강도’에 따라 나노막대의 이동 특성이 달라진다는 사실도 발견했다. 이온강도가 낮을 때 나노막대는 뭉치려고 하지않는 반면 이온강도가 높아지면 서로 뭉치려는 성질을 보였다.

 

이를 활용하면 자연 상태에서 액체 상태인 세포 내 분자의 움직임을 관찰할 수 있어 암을 비롯한 각종 질병의 근본적인 원인을 밝혀낼 수 있고, 배터리의 전해질을 관찰해 고성능 배터리 개발을 위한 기초적 연구에도 응용할 수 있을 것으로 보인다.

 

알리비사토스 교수는 “그간 알려지지 않았던 나노 입자의 결정과정을 관찰한 것”이라며 “나노 입자 간 상호작용을 규명해 나노물리학, 생물학 등 다양한 분야에 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

 

 

 


권예슬 기자

yskwon@donga.com

 

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