표준硏, 세계 최초 '나노입자 표면' 관찰

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독자 개발한 초분광 광유도력 현미경 활용
세포 내 활성산소 증가 등 정밀 분석 가능

개별 나노입자의 표면분자층을 영상화해 정밀분석 할 수 있게 됐다. 향후 나노 안전성 검증과 새로운 입자 개발에 속도가 붙을 전망이다.

한국표준과학연구원(원장 박현민)은 소재융합측정연구소 나노분광이미지팀이 독자 개발한 초분광 광유도력 현미경을 이용, 나노입자 표면을 화학적 이미지로 관찰하는데 성공했다고 30일 밝혔다. 개별 나노입자 관찰은 세계 최초로 이룬 성과다.

나노입자는 아주 작지만 표면적이 넓다. 당연히 반응 참여 면적도 넓어 빠른 반응이 이뤄진다.

표면을 특정 분자로 둘러싸면 원하는 질병 세포만 목표로 삼아 진단, 약물전달 및 치료 등에 사용할 수 있다.

광유도력 현미경의 측정원리 모식도
<광유도력 현미경의 측정원리 모식도>

다만 안전성 우려가 있다. 작은 만큼 인체에 쉽게 유입되고, 표면 상태나 붙어 있는 분자에 따라 성질이나 독성 유무가 달라진다.

이런 나노입자 특성을 제어하고 안전하게 사용하려면 표면에 원하는 분자층이 잘 결합했는지 정밀 분석하는 것이 무엇보다 중요하다.

문제는 전통적인 적외선 분광법(적외선을 쪼여 흡수시킨 파장과 양을 분석수단으로 활용하는 방법)으로는 이를 확인할 방법이 없다는 점이다. 나노입자는 크기가 매우 작아 구별이 불가능하다. 표면층 분자 수준 분석은 더 어렵다.

연구팀은 초분광 광유도력 현미경을 개발했다. 초분광은 공간상 모든 위치에서 분광 정보를 얻어 이미지화하는 방법을 뜻한다. 미세탐침에 레이저를 쪼여 빛을 모으고, 시료와 상호작용해 탐침에 미세한 힘(광유도력)을 발생시켜 활용한다. 이 힘을 측정하면 개별 나노입자 특성을 초정밀 진단하는 것이 가능하다.

표준연 소재융합측정연구소 소속 장정훈 선임연구원(사진 왼쪽), 이은성 책임연구원(오른쪽)이 초분광 광유도력 현미경으로 실험을 진행하는 모습.
<표준연 소재융합측정연구소 소속 장정훈 선임연구원(사진 왼쪽), 이은성 책임연구원(오른쪽)이 초분광 광유도력 현미경으로 실험을 진행하는 모습.>

연구팀은 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 분자를 결합한 금 나노입자, 산화철·폴리머 입자 결합의 분광학적 특성을 분석하는 것도 성공했다.

이은성 책임연구원은 “이번 연구성과는 표면화학정보를 개별 입자 수준에서 측정, 나노입자 성능을 인체 적용 전에 미리 검사할 수 있게 한다”며 “세포 내 활성산소 증가 등 몸 안에서 발생할 수 있는 나노입자 불안전성을 분석하는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이태걸 부원장(과기정통부 산하 나노안전성 기술지원센터장)은 “나노입자의 생체 내 안전성 측면에서 개별 나노입자 수준 정밀분석은 꼭 필요했던 일”이라며 “표준연 측정기술로 기존 기술의 한계를 극복할 수 있게 돼 의의가 크다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com