올리브오일로 금속입자 가둔다

물과 경계면서 나노입자 정렬… 질병진단 응용 기대
다양한 요리에 쓰이는 올리브오일을 갖고 금속입자를 가둘 수 있을까.

국내 연구진이 서로 섞이지 않는 물과 올리브오일 사이 경계면에서 금속나노입자들이 가지런히 정렬하는 현상을 발견하고, 이를 이용해 환경오염물질 및 식품안전 모니터링, 질병진단 등에 응용할 수 있는 광학분자 검출기술을 개발했다.

서강대 강태욱 교수(화공생명공학과ㆍ사진) 연구팀은 물 속에서 자유롭게 움직이던 금속나노입자가 물과 기름 사이 경계면에서 수직방향으로 정렬하는 현상을 발견하고, 이를 응용한 초고속 분자검출법을 개발했다고 18일 밝혔다.

액체 속에서 자유롭게 움직이는 금속나노입자를 상온에서 고체 기판을 이용하지 않고 일정한 방향으로 정렬시키는 것은 불가능에 가까웠다. 전기장이나 자기장 등 외부 힘을 사용한 예가 있었지만 실용화에 한계가 있었다.

연구팀은 물질에서 산란되는 빛만 볼 수 있는 광학현미경을 이용해 금속나노입자가 물과 기름 사이 경계면에서 수직방향으로 정렬하는 현상을 발견했다. 나아가 이 현상이 경계면에서 계면에너지를 최적화하려는 나노입자의 자기조립 때문임을 밝혀냈다.

연구팀은 이를 이용해 고체 기판 제작이 필요 없는 초고속 분자 검출법을 개발했다. 나노입자의 가지런한 정렬로 인해 올리브오일과 물 경계면에서의 라만산란 신호가 약 100만배 증폭되기 때문에 분자식별이 쉽다는 설명이다. 라만산란은 물질 내 분자의 진동 등에 의해 빛이 산란되는 현상으로, 이 패턴을 역추적하면 분자를 식별할 수 있다.

연구팀은 실제 증폭된 산란신호를 이용해 물이나 기름에 녹아 있는 극미량의 분자도 검출해냈다. 금 나노막대기를 물과 기름 경계에 정렬시킨 후 경계면에 빛을 비추면 물 속에 미량 녹아있는 분자가 내놓는 신호가 나노막대기에 의해 증폭돼 포착되는 원리다.

강태욱 교수는 "이 기법은 다양한 계면현상 연구에서부터 각종 물질 검출 등에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 미래창조과학부 지원 하에 이뤄졌으며, 결과는 세계적인 학술지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 18일자 온라인판에 게재됐다.

안경애기자 naturean@