‘봄 눈 녹듯’ 틀 녹여 속 빈 나노구조체 쉽게 만든다

[이인수 교수팀, 금속염 활용 속 빈 실리카 나노구조체 새 합성법 개발]

나노기술의 핵심 중 하나인 나노구조체는 머리카락의 수십만 분의 1에 불과한 크기로도 물질을 담거나 옮길 수 있는 일종의 용기다. 주로 약물전달체나 촉매에 사용되는데, 속이 비어 있으면 공간에 더 많은 물질을 담아 작은 크기로도 효율성을 높일 수 있다. 문제는 눈에 보이지도 않는 이 작은 용기를 합성하는 방법이었다. 보통은 틀을 만들어 나노구조체를 합성하고, 그 틀을 제거하는 과정을 거치곤 했다. 국내 연구진은 소금과 같은 금속염을 구조체 틀로 만들어 봄눈처럼 사르르 녹이는 방식의 새로운 합성법을 선보였다.

포항공과대학교 화학과 이인수 교수·니티 쿠마리(Nitee Kumari) 연구교수·박사과정 최정훈 씨 연구팀은 금속염을 이용해 틀을 녹이는 속 빈 실리카(Silica) 나노구조체의 새로운 합성법을 개발, 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 발표했다. 금속염이란 금속을 포함하는 산이 중화 반응을 해 물과 함께 생기는 금속 화합물을 말하는데, 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 소금도 금속염 중 하나다.

나노구조체 중 정팔면체에서 뼈대만 존재하는 형태의 구조체는 물질이 잘 통과하고 다른 물질과 쉽게 결합한다는 특성이 있어 다양하게 활용할 수 있다. 하지만, 이 구조체를 만들려면 일단 틀에 넣어 합성한 다음, 틀을 다시 제거해야만 했다. 

연구팀은 용액의 산성도에 따라 금속염이 녹아 없어지는 원리를 이용, 금속염으로 구조체의 틀을 만들고 이를 녹이는 간단한 합성법을 개발했다. 이때 실리카 전구체^*1의 반응속도를 조절하면 속 빈 나노구조체는 물론, 다각형, 원형 나노구조체를 만들 수도 있다.

또, 연구팀은 이렇게 만든 속 빈 나노구조체들을 모아 하나의 큰 정팔면체 자기조립체를 형성할 수 있음도 확인했다. 내부에 빈 공간이 있는 이 자기조립체는 화학반응이 활발하게 일어나는 다공성 물질로서 촉매, 가스저장장치 등에 응용될 수 있다.

이인수 교수는 “이 방식으로 합성한 속 빈 나노구조체는 생체 친화적인 실리카를 사용했을 뿐만 아니라, 내부에 빈 공간이 있고 표면적이 큰 구조적 특성을 가져 촉매나 약물전달장치 등에 활용도가 높다”고 말했다.

한편, 이 연구성과는 한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.