돌기를 가진 금나노입자의 성장 거동 규명 및 물리화학적 특성 제어 

분석과학기술대학원 김영헌 교수팀이 3차원 투과전자현미경 토모그래피(tomography) 분석을 기반으로 독특한 돌기 구조를 갖는 금나노입자의 성장 거동을 규명하고, 입자의 물리화학적 특성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다.  

이번 연구는 국제학술지 ‘Small Structures’(IF: 15.9)에 12월 18일 게재됐으며, 미세구조제어 및 전자현미경연구실 소속 팜티민투, 정태현 박사과정생이 공동 제1저자로, 김영헌 교수가 교신저자로 참여했다.

※ 논문 제목: Tomography Study and Growth Control of Spiky Gold Nanoparticles

연구팀이 연구한 ‘돌기를 갖는 금나노입자’는 독특한 물리적, 화학적 특성을 나타낼 수 있고, 약물 전달이나 화학적 촉매 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 학계로부터 많은 관심을 받고 있다. 하지만 해당 입자는 매우 작은 크기의 3차원 구조체여서 돌기의 개수나 길이 등 정확한 물리화학적 특성의 확인이 매우 어렵다. 

이에 연구팀은 3차원 투과전자현미경 토모그래피 분석을 통해 2차원 이미지로만 확인하기 어려운 ‘돌기를 갖는 금나노입자’의 독특한 구조적 특성과 돌기 형성 시 일정한 규칙성의 존재를 확인했다.

특히, 연구팀은 이번 연구에서 합성된 금나노입자의 돌기 구조 형성은 합성 초기 단계에서 만들어지는 이십면체(icosahedron) 씨앗 물질 및 쌍정입계(twin boundary)의 형성과 깊게 관련됐다는 것을 규명했다. 

또, 연구팀은 ‘돌기를 갖는 금나노입자’의 성장 거동 이해를 바탕으로 입자의 돌기 수와 길이, 전체 크기를 일정 수준으로 제어할 수 있는 물리화학적 특성 제어 기술도 확보하는 데 성공했다.

김영헌 교수는 “2차원 이미지는 시각화된 정보를 제공한다는 측면에서 매우 중요하지만, 연구자들에게 제한적인 3차원 정보를 제공한다는 측면에서 한계가 명확하다”며, “전자현미경 토모그래피 분석 기술은 나노소재 등 작은 크기의 물질을 다루는 연구자들에게 3차원 정보를 제공할 수 있다는 측면에서 새로운 원리의 탐구와 물질 제어 시도를 가능케 할 것이며, 이번에 확보한 물리화학적 특성 제어 기술은 ‘돌기를 갖는 금나노입자’ 상용화에 한 걸음 더 다가가는 계기가 될 것이다”고 말했다.  

한편, 이번 연구는 한국연구재단(지역대학우수과학자지원사업)의 지원을 받아 수행됐다.

□논문 링크: https://doi.org/10.1002/sstr.202300502