한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 염지현 신소재공학과 교수팀이 광대역 광학 활성을 갖는 '카이랄' 세라믹 물질을 최초로 개발했다고 30일 밝혔다. 박기현 석사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 미국화학회 발행 'ACS 나노'에 개재됐다.
카이랄은 비대칭성을 가르키는 용어다. 오른손과 왼손같이 일치되지 않을 때 카이랄 성이 존재한다고 말한다.
카이랄 나노물질은 입사되는 원형 편광이 오른쪽이나 왼쪽 방향성을 보일 때 다른 광학적 성질을 보인다. 이를 광학 활성도 특징이라고 한다. 물질이 같아도 구조에 따라 다른 광학 성질을 보여 응용 가능성이 크다. 그러나 기존 보고된 대부분 카이랄 나노물질은 자외선 및 가시광선 영역에서만 제한적으로 광학 활성을 가져 다양한 분야 응용에 한계가 있었다.
연구팀은 단적외선 영역에서까지 광범위한 광학 활성을 갖는 카이랄 소재를 최초로 개발했다. 황화구리 세라믹 물질에 원자 수준에서부터 마이크로 수준에까지 체계적으로 카이랄 특성을 부여하는 기술을 선보였다. 그와 동시에 황화구리 나노입자가 긴 파장 빛을 효과적으로 흡수할 수 있는 상으로 변화되도록 유도, 적외선 영역 광학 활성 효율을 극대화했다.
아미노산이 가진 원자 수준 카이랄 특성을 무기 나노입자에 전이시켜 나노 수준 카이랄 특성을 구현한 후, 나노입자 사이 인력 및 척력을 조절해 1~2 마이크로미터(㎛) 길이 카이랄 나노꽃(NF)이 자가조립으로 만들어지도록 유도했다. 이 나노꽃이 빛의 원형 편광 방향 따라 특이적으로 상호작용하는 것을 확인했다.
이렇게 개발된 광대역 광학 활성 나노 플랫폼 기술은 바이오센서, 바이오이미징, 적외선 신경 자극, 나노온열치료, 텔레커뮤니케이션 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다.
박기현 석사과정은 “이 연구를 통해 카이랄 물질군 라이브러리를 만들고 자가조립 제어 기술을 이용해 새로운 패러다임의 나노소재를 개발하는데 기여할 수 있다”며 “세계 최초로 단적외선 영역에서도 광학 활성을 갖는 소재를 개발함으로써 카이랄 나노소재 응용과 발전 토대를 마련했다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
