신약 개발과 생체 진단용 나노소재 연구에 활용 기대
포스텍은 화학과·시스템생명공학부 서종철 교수 연구팀(화학과 통합과정 박상황·노동연), 화학과 신승구 교수, DGIST(경북과학기술원) 나노기술연구부 임성준 박사 연구팀이 함께 양자점의 크기와 표면 리간드 수를 동시에 정밀하게 측정할 수 있는 새로운 분석 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
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| ▲ 왼쪽부터 화학과 통합과정 박상황 씨, 화학과·시스템생명공학부 서종철 교수, 화학과 통합과정 노동연 씨. [포스텍 제공] |
이번 연구는 분석화학 분야 학술지 '애널리티컬 케미스트리'에 게재됐다.
양자점은 수 나노미터 크기의 반도체 나노결정으로, 입자의 크기에 따라 빛의 색이 달라진다. 디스플레이나 태양전지, 암세포를 추적하는 생체 이미징 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있는데 이 양자점이 제대로 작동하려면 표면을 '리간드'라는 분자로 감싸야 한다.
이 분자의 개수에 따라 발광 효율이나 화학적 반응성이 크게 달라지기 때문이다. 따라서 양자점을 제대로 이해하고 활용하려면 입자 '크기'와 '리간드 수'를 정확히 파악하는 것이 필수다.
문제는 이 두 가지를 한 번에 측정하는 방법이 없다는 점이다. 크기는 '광학적' 방법으로, 리간드 수는 별도의 '화학 분석'으로 따로 측정해야 했다.
마치 사람의 체형을 파악하려 할 때 체중은 저울로 재고, 입고 있는 옷의 치수는 다시 줄자로 재야 하는 것처럼 번거로운 과정이다.
무엇보다도 양자점 질량을 측정하기 위한 '매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화 질량분석 방식'은 강한 레이저를 사용하는 과정에서 리간드가 떨어져 나가는 문제가 있었다. 옷을 입은 채로 몸무게를 재야 하는데 저울에 올라서는 순간 옷이 벗겨지는 것과 같은 상황이다.
연구팀은 전자를 끌어당기는 힘, '전기음성도'에서 해법을 찾았다. 전기음성도가 큰 매트릭스 물질을 활용해 양자점이 레이저에 의해 들뜬 상태가 되면 전자를 빠르게 받아들이도록 설계한 것이다.
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| ▲ 포스텍 화학과 신승구 교수. [포스텍 제공] |
이 방식은 기존보다 훨씬 더 낮은 레이저 에너지에서도 안정적인 이온화를 가능하게 해 리간드가 떨어지지 않은 상태로 질량을 측정할 수 있다. 나아가 연구팀은 길이가 다른 리간드로 감싼 양자점의 질량 차이를 정밀하게 분석해 리간드의 개수와 양자점의 크기를 동시에 계산하는 데 성공했다.
이 기술은 나노소재 분석 방식에 새로운 가능성을 제시한다. 양자점을 활용한 디스플레이와 태양전지 개발 과정에서 소재의 특성을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으며 적은 양의 시료만으로도 측정할 수 있어 희소하거나 고가의 나노소재 연구에도 유리하다.
또한 양자점 표면의 화학반응을 실시간으로 정밀하게 추적할 수 있어 신약 개발과 생체 진단용 나노소재 연구에도 활용될 것으로 기대된다.
서종철 교수는 "기존의 통념을 뒤집고 리간드가 붙은 채로 양자점을 이온화해 질량 분석할 수 있음을 증명했다"고 밝혔다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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