김민곤 GIST 교수·미국 연구진
태양전지 · 암치료 등 응용 기대
태양전지 · 암치료 등 응용 기대
한국연구재단(이사장 조무제)은 김민곤 광주과학기술원(GIST) 교수(사진)가 루크 리 UC버클리대 교수와 공동으로 업컨버팅 나노입자의 발광효율을 크게 높일 수 있는 초승달 모양의 나노 안테나 구조체를 개발했다고 7일 밝혔다.
업컨버팅 나노입자는 강한 발광 세기와 우수한 광안정성, 조직 침투성, 생체 적합성 등의 특성이 있어 유기염료나 양자점과 같은 형광체 대체 물질로 주목을 받고 있다. 하지만 두 개의 광자를 흡수한 에너지가 하나의 큰 광자로 바뀌기 때문에 발광 효율이 매우 낮다는 문제점이 있었다.
연구팀은 업컨버팅 나노입자 위에 초승달 모양으로 수 나노미터(㎚·10억분의 1m) 두께의 금을 증착한 비대칭성 나노 안테나 구조체를 개발하는 데 성공했다. 이 구조체는 투명 고분자가 코팅된 기판 위에 업컨버팅 나노입자를 떨어뜨리고 이 위에 금을 증착하는 방식으로 제작됐다.
연구팀은 이 나노 안테나 구조체가 빛을 효과적으로 응집하고 특정 방향으로 발광 효율을 제어할 수 있다는 점을 확인했다. 실제 연구팀이 안테나 구조체의 팁 영역에 집중된 비대칭성 발광신호를 확인한 결과, 업컨버팅 나노입자의 발광 효율이 초승달 모양의 나노 안테나가 없을 때보다 약 16배 향상됐다.
김민곤 교수는 "기하학적으로 조절된 나노 안테나 구조체를 이용해 발광 효율을 높이고 특정 방향으로 제어한 발광 신호를 생성할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것"이라며 "앞으로 바이오이미징, 바이오센싱, 태양전지는 물론 암 치료 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 '나노 레터스'에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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