삼성전자 지원을 받은 연구팀이 세계 최초로 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 입자의 3차원 구조를 정밀 분석하는 기술을 개발했다.

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]