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초미세 빨대로 미세한 물질 분석한다

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초미세 빨대로 미세한 물질 분석한다

2019.07.10 15:47
이창영 UNIST교수와 1저자인 민혜기 연구원이 새로 개발된 나노포어 막에 대해 논의 하고 있다. 사진제공 UNIST
이창영 UNIST교수와 1저자인 민혜기 연구원이 새로 개발된 나노포어 막에 대해 논의 하고 있다. 사진제공 UNIST

국내 연구팀이 수 nm(나노미터, 1nm는 10억 분의 1m) 크기의 미세한 구멍을 의미하는 ‘나노포어’를 이용해 다양한 종류의 분자나 나노입자의 정체를 탐지하는 정밀한 기술을 개발했다. DNA 탐지하거나 해독하는 센서, 물질의 질량을 분석하는 기기 등 다양한 용도에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.


울산과학기술원(UNIST)은 이창영 에너지및화학공학부 교수팀이 탄소 원자가 원기둥 모양을 이루는 신소재인 탄소나노튜브를 이용해 나노포어를 만들고, 이를 이용해 미세한 분자를 하나씩 정확히 탐지하는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 


나노포어는 미세한 구멍을 통과하는 분자가 구멍을 이루는 분자와 상호작용하면서 구멍 크기를 변화시키는 현상을 이용해 분자의 크기와 종류를 파악하는 기술이다. 빨대로 수정과를 마시는데 안에 들어 있던 잣이 빨대를 통과할 때마다 빨대가 오그라드는 현상이 나타나는 것과 비슷하다. 여기에 전기 신호를 흘려주고 빨대가 오그라드는 현상이 나타날 때 전기 신호가 어떻게 변하는지 사전에 잘 측정해 두면, 나중에는 실제로 잣이 통과할 때마다 전기신호만으로 그 잣의 크기와 특징 등을 쉽게 파악할 수 있다. 


연구팀은 얇은 플라스틱 막에 탄소나노튜브를 일정한 간격으로 촘촘히 박는 기술을 개발했다. 먼저 원하는 구멍 크기를 갖는 탄소나노튜브를 만든 뒤 열에 강한 플라스틱인 에폭시 위에 가로 방향으로 가지런히 여러 개를 올려서 굳혔다. 이렇게 만든 에폭시 덩어리를 세로로 얇게 잘라내 같은 크기의 구멍을 갖는 나노포어 막을 수백 장 만들었다.


연구팀은 이 막을 유리판 끝에 부착한 뒤 용액에 담그고 나노포어에 반복적으로 전기를 흘렸다. 반복적으로 전기를 흘리면 나노포어가 간혹 이물질에 의해 막히는 경우를 없애 줘 물질 탐지 효율이 높아진다. 실험 결과 기존보다 3배 이상 높은 33%의 효율로 물질의 이동을 탐지했다. 

 

소나노튜브 막을 대량 생산하는 과정이다. 사진제공 UNIST
소나노튜브 막을 대량 생산하는 과정이다. 사진제공 UNIST

제1저자인 민혜기 UNIST 화학공학과 연구원은 “단순한 원리로 제작했지만 다양한 시료를 손쉽게 분석할 수 있다”며 “데이터베이스를 수집하면 단분자 질량분석 기술 등에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다. 이창영 교수는 “차세대 인간 유전체 해독기 개발에도 중요한 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.


연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 4일자에 발표됐다.
 

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