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대기·물 속 미세먼지·미세플라스틱 ‘꼼짝마’...KIST·서울대 ‘나노갭 전극’ 기술 개발

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대기·물 속 미세먼지·미세플라스틱 ‘꼼짝마’...KIST·서울대 ‘나노갭 전극’ 기술 개발

2020.06.21 12:00
유용상 KIST 선임연구원(왼쪽)과 이신두 서울대 전기정보공학부 교수. KIST 제공.
유용상 KIST 선임연구원(왼쪽)과 이신두 서울대 전기정보공학부 교수. KIST 제공.

국내 연구진이 미세먼지와 미세플라스틱 등 나노 독성 입자를 공기나 물 속 같은  유체 내에서 효과적으로 제어할 수 있는 원천 기술을 개발했다. 눈에 보이지 않는 나노입자들을 실시간 선별·정제·농축할 수 있는 기술이다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 유용상 국가기반기술연구본부 센서시스템연구센터 선임연구원 연구팀이 이신두 서울대 전기·정보공학부 교수팀과의 공동연구를 통해 20나노미터(nm·10억분의 1미터) 크기의 유체 내 초미세 부유 입자를 효율적으로 포획하는 ‘나노갭 전극’을 개발했다고 21일 밝혔다. 나노갭 전극은 2개의 전극 사이 간격이 나노미터 수준인 전극을 말한다. 

 

과학자들은 그동안 나노 입자를 손상 없이 조작할 수 있는 기술을 개발하기 위해 노력했다. 2018년 노벨물리학상을 수상한 ‘광 집게’ 기술이 대표적이다. 그러나 100nm 이하 크기의 입자를 대기나 물과 같은 유체 환경에서 포집·선별·정제·농축하는 기술을 상용화하는 데 한계가 있었다. 

 

KIST와 서울대 공동연구진은 센티미터 단위의 입자 농축과 정제 실험을 통해 ‘유전영동 집게’ 기술을 가능케 하는 나노갭 전극 대면적화에 성공했다. 유전영동이란 1초에 수백~수천 번 진동하는 파장으로 2개의 전극 주변부에 불균일한 전기장을 형성해 전기장 주변 입자를 전극부로 끌어모으거나 밀어내는 기술이다. 

 

연구팀은 수직 배열의 비대칭 전극이 수평 배열 전극보다 10배 이상 더 큰 유전영동 힘을 낸다는 사실을 알아냈다. 이에 따라 나노갭 전극 상용화의 걸림돌이었던 대면적화와 비용절감을 이뤄냈다. 기존 수평 배열 전극 제작에 최소 수십만원이 필요했지만 연구진이 개발한 유전영동 기술을 이용하면 최대 5000원으로 LP 레코드판 크기의 나노갭 전극을 제작할 수 있다. 

 

연구진은 개발한 기술을 활용해 신약 개발 및 암 진단 마커로 주목받고 있는 세포밖소포체와 치매 단백질 선별 농축, 위치제어 실험에도 성공했다. 세포밖소포체는 엑소좀으로 불리며 세포에서 배출된 단일막으로 이뤄진 납작한 주머니 모양의 세포 분리체를 말한다. 

 

연구진은 “개발한 나노갭 전극을 공기 또는 물 필터에 활용할 경우 건전지 정도의 적은 전압으로도 미세먼지, 나노플라스틱, 바이러스, 세균, 박테리아 등 다양한 미세 부유 입자를 실시간으로 검출하고 제거할 수 있다”고 밝혔다. 

 

KIST 주요사업과 삼성전자 미래기술육성센터 사업 지원으로 수행된 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 게재됐다. 
 

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