▲ 나노입자의 3차원 구조 정밀분석 기술을 기술을 세계 최초로 개발한 박정원 서울대 교수 연구팀.
윗줄 왼쪽부터 김성인, 김병효, 박정원 교수, 아랫줄 왼쪽부터 강도훈, 허준영. <삼성전자>
3일 삼성전자에 따르면 삼성미래기술육성사업이 지원한 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단의 박정원 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀이 나노입자의 3차원 구조를 0.02㎚(나노미터) 정확도로 분석하는데 성공했다.
이 연구는 호주 모나쉬대학교, 미국 로렌스버클리국립연구소와 공동으로 진행됐다. 학계에서 난제로 여겨진 나노입자의 표면구조와 변화 요인을 규명한 성과를 인정받아 세계적 학술지 사이언스의 3일자 표지논문에 선정됐다.
나노입자는 수십에서 수백 개 원자로 이뤄진 1㎚ 이하의 물질로 차세대 디스플레이, 연료전지 촉매, 자기공명영상(MRI) 조영제 등 다양한 산업분야에 널리 사용된다.
나노입자는 원자배열의 미세한 변형에도 특성이 달라질 수 있어 구조를 면밀히 파악하는 것이 중요하다. 하지만 지금까지 나노입자의 크기나 전체적 형상 등 2차원 정보만 관찰할 수 있고 원자배열 등 3차원 정보는 확인할 수 없었다.
박정원 교수 연구팀은 나노입자를 특수용기에 담아 투과전자현미경으로 초당 400장의 이미지를 촬영한 뒤 2차원 평면 이미지를 빅데이터 알고리즘을 이용해 3차원 데이터로 재구성했다.
이렇게 나노입자의 3차원 구조를 정확하게 분석할 수 있는 기법을 세계에서 처음 개발해 백금을 이용한 나노입자의 3차원 원자 배열을 확인했다.
연구결과는 퀀텀닷(QD)디스플레이의 색순도와 휘도 향상, 석유화학 산업과 연료전지에 사용되는 촉매의 성능개선, 단백질 구조 분석을 통한 신약 개발 등 다양한 분야에서 파급효과를 낼 것으로 전망된다.
박정원 교수는 “이번 연구에서 제시한 방법을 활용하면 수많은 종류의 나노입자 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있다”며 “나노입자의 3차원 구조 분석기술은 나노입자뿐 아니라 단백질과 같은 생체 분자에도 적용이 가능해 새로운 융합 연구에도 활용이 기대된다”고 말했다.
박 교수의 이번 연구는 2018년 11월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구를 지원받았다. 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1조5천억 원을 지원하고 있다. [비즈니스포스트 김디모데 기자]