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NEW 김성환 교수, 인체에 무해한 나노공정물질 발견
- 2014-04-01
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우리 학교 김성환 교수(사진,물리학과/에너지시스템학과)가 누에고치에서 추출한 천연 실크를 나노 공정에 활용하는 방법을 개발했다. 천연 실크는 인체에 무해하면서도 성능이 뒤처지지 않아 기존 나노 단위 공정에 활용되던 인체 유해 화학 물질을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
위 연구 성과는 나노분야의 세계적 권위지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 3월23일자에 온라인 게재됐다. 논문은 그린 나노 공정 물질로서의 실크에 대한 것으로 ‘실크를 활용한 수성 전자빔 리소그래피(All-water-based electron-beam lithography using silk as a resist)’라는 제목이다. 김성환 교수가 제1저자로 참여했고 미국 터프츠대학 의공학과의 오메네토 교수팀도 함께 했다.
김성환 교수와 오메네토 교수팀은 논문을 통해 누에고치에서 추출한 천연 실크 단백질을 나노 수준의 공정에서 사용할 수 있으며 그 과정에서 수반되는 물질은 오직 물 뿐으로 친환경적·생체 친화적 공정이 실현 가능함을 보여줬다. 나노 소자를 만들기 위해 첫 단계 공정에 활용되는 리소그래피 방식에는 전자빔이나 빛에 반응하는 레지스트(resist)라는 물질이 필수적인데, 김 교수팀은 천연 실크를 레지스트로 활용한 것. 현재 반도체 칩 제작을 비롯한 나노 수준 공정에는 벤젠이나 불산 계열의 유독 화학물질이 쓰이고 있다. 이 점은 그동안 나노 기술을 바이오 분야에 응용하는 데 있어 넘어야 할 한계로 여겨져 왔다.
김성환 교수는 논문에서 실크의 전자빔 리소그래피용 레지스트 물질로서의 성능이 기존 상용화된 인위 합성 레지스트에 비해 뒤처지지 않음을 확인했다. 나노 공정에서 전자빔 리소그래피 방식에 실크를 이용했을 때 기존 레지스트와 동일한 수준인 10나노미터 단위까지 패터닝(patterning)이 가능하다. 이처럼 현상력이 뒤지지 않을 뿐 아니라 누에고치의 70% 이상을 그대로 활용할 수 있어 비용 측면에서도 경쟁력이 있다는 설명이다.
<누에고치에서 추출한 실크 수용액으로 얇은 박막을 만들고 있는 모습>
한편 연구팀은 논문에서 실크 레지스트에 효소와 같은 바이오 기능성 물질을 결합해 나노 단위의 바이오 센서나 바이오 마커에 활용할 수 있다는 것도 밝혀냈다. 실크를 활용하면 아주 적은 양의 체액이나 혈액에도 반응하는 고효율의 바이오 기기를 만들 수 있다는 설명이다.
김 교수의 이번 연구 성과는 최근 주목받고 있는 나노 단위의 바이오 분야 연구에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 실제 최근 미국에서는 천연 실크라는 인체 친화적 천연물질을 직물로서만이 아니라 의용공학적으로 이용할 수 있는 방안이 다각도로 연구되어 왔다.
김성환 교수는 “최근 친환경적 나노 소자 구현을 위한 기반 물질로서의 실크에 대한 연구가 활발히 이뤄져 왔다”며 “이번 논문은 실크라는 천연 소재가 나노 기술(NT)과 정보 기술(IT)뿐 아니라 바이오 기술(BT)까지 융합할 수 있는 기반 물질임을 보여줬다는데 그 의의가 있다”고 말했다.
김 교수의 연구 성과는 KBS, YTN, 연합뉴스, 동아사이언스, 전자신문 등에 보도됐다.