- 원자력연, 금 나노입자 구조체 내‘2차원 자가-격자배열 메커니즘’밝혀 -

- 논문‘사이언티픽 리포트’게재,‘중성자 소각 산란’기술 활용 -

□ 약물을 사람 몸 속 원하는 부위에만 정확히 전달할 수 있을까. 이런 고민에서 치료 성분을 담아 이송하는 ‘고분자 구조체’ 개발이 활발하다. 최근 국내 연구진이 ‘금 나노입자’가 들어간 고분자 구조체 개발 중 특이현상을 밝혀내, 그 활용 가능성을 높였다.

ㅇ 금 나노입자는 고온에서 서로 응집하려는 특성이 있다. 바이러스로 체온이 높아지더라도 약물이 흩어지지 않고 목표지점에 도달하도록 돕는다.

□ 한국원자력연구원(원장 박원석)은 금 나노입자 구조체에서 ‘2차원 자가-격자배열 메커니즘’을 세계 최초로 규명했다고 7일 밝혔다. 해당 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’온라인판 3월 16일자에 게재됐다.

ㅇ 연구원 장종대 박사가 제1저자로 저술한 논문 ‘한정된 기하학적 구조 내 2차원 나노입자 배열의 형태적 조건(Conformational Control of Two-dimensional Gold Nanoparticle Arrays in an Confined Geometry within a Vesicular Wall)’에는 한영수 박사, 홍익대학교 최수형 교수, 전북대학교 김태환 교수가 공동으로 참여했다.

ㅇ 이번 연구는 중성자과학부 한영수 박사를 중심으로 2018년부터 과학기술정보통신부 방사선기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다.

사진1. 한국원자력연구원이 금 나노 입자 구조체에서 ‘2차원 자가-격자배열 메커니즘’을 세계 최초로 규명했다.

Conformational Control of Two-dimensional Gold Nanoparticle Arraysin an Confined Geometry within a Vesicular Wall한정된 기하학적 구조 내 2차원 나노입자 배열의 형태적 조건

□ 연구진은 자체 개발한 ‘유‧무기 하이브리드 나노 구조체’에서 금 나노입자들이 격자구조로 정렬되는 순간을 포착했다. 구조체 특정 공간의 두께 변화에 따라, 금 나노입자의 배열이 달라진다는 사실도 알아냈다.

ㅇ 구조체는 가운데가 비어 있는 구 형태이며, 금 나노입자와 유기 분자 체인은 껍질 부분에만 모여 있다. 그중 금 나노입자는 유기 분자 체인 두 층 사이 공간에 위치한다.

ㅇ 유기 분자 체인 사이 공간의 폭을 4 nm(나노미터)로 금 나노입자의 직경과 유사하게 조절했을 때, 금 나노입자들이 각 꼭짓점과 중심점에 위치하는 ‘중심 직사각형(centered rectangular)’ 형태로 배열됐다. 반면, 해당 공간이 금나노입자의 직경보다 얇거나 두꺼운 경우에는 무작위성을 보였다.

ㅇ 금 나노입자의 규칙성 있는 분포는 구조체 품질을 높이는 데 중요한 요건이다. 연구원이 개발한 금 나노입자 구조체는 약물 전달 운송체, 전자교환을 위한 나노제품 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.

사진2. (왼쪽부터) 한국원자력연구원 중성자과학부 장종대 박사, 한영수 박사, 홍익대 최수형 교수, 전북대 김태환 교수

□ 이번 연구에서 나노미터 크기로 섞여 있는 유‧무기 나노 입자들의 응집 형태를 규명하고자 연구원은 중성자 소각 산란 장치(SANS)를 활용했다.

ㅇ SANS는 연구용 원자로 ‘하나로’에서 생산된 중성자를 영하 250도의 액체 수소로 극저온화한 냉중성자로 물질의 구조를 분석한다. 냉중성자는 1~100nm 영역의 물질 구조를 연구하는 데 적합하며, 분자체에 조사하면 물질 구조 정보를 얻을 수 있다.

사진3. 한국원자력연구원이 활용한 냉중성자 연구시설 내 중성자 소각산란장치(SANS)

이미지. 연구원이 자체 개발한 금 나노입자 구조체(왼쪽)와 ‘중심 직사각형 모양’으로 배열된 금 나노입자 구조도(오른쪽)

□ 한국원자력연구원 박원석 원장은 “앞으로도 연구원의 독보적인 산란 기술을 활용해, 차세대에 활용 가능한 고성능의 하이브리드 구조체 개발 방법을 모색하겠다”고 밝혔다.