인공 입자로 자기조립현상 구현…자연계 모사방법 찾아

【대전=뉴시스】콜로이드 내에 중심을 벗어난 전하의 비균형성 영향으로 다양하게 형성되는 콜로이드 자기조립 구조체. 전기장안의 다른 주파수 세기에 따라 입자들은 길게 꼬리를 만들거나, 느슨하면서도 큰 무리를 형성하기도 하고, 촘촘하게 모여 개별적인 군락을 여러 개 형성하기도 했다. (사진=기초과학연구원 제공)

【대전=뉴시스】이시우 기자 = 자연계에서 흔히 발견할 수 있는 생명체의 집단적이고 조직적인 움직임을 인공 입자로도 구현할 수 있게 됐다.

 인공 입자의 움직임을 유도해 특정 부위에서만 효과가 발생하는 약물이나 마이크로 로봇을 개발하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

 기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 스티브 그래닉(Steve Granick) 단장(UNIST 자연과학부 특훈교수)과 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 에릭 루이첸 (Erik Luijten) 교수 연구팀이 함께 미세 콜로이드 입자들의 획기적인 자기조립 현상을 컴퓨터 시뮬레이션과 실험적으로 구현하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

 자기조립(Self-Assembly)은 물질이 자발적으로 조직적인 구조나 형태를 형성하는 성질을 말한다.

 연구팀은 보통의 분자나 이온보다 큰 콜로이드 입자를 인공적으로 만들고 이 미세입자들이 상호작용하며 생명체처럼 조직적인 형태를 갖추고 행동할 수 있음을 밝혀냈다.

 연구팀은 이를 위해 양 쪽 면이 전기적으로 다른 성질을 지닌 일명 '야누스 입자'를 활용해 자발적으로 움직일 수 있는 능동입자를 만들었다.

 이를 한 쪽 면에만 금속박막을 입혀 양 쪽 면이 각각 다른 정전기력을 갖는 유리구체에 넣고 움직임을 관찰했다.

 교류 전압을 가하면, 정전기력의 불균형으로 입자간 상호작용이 활발히 발생한다 규칙적이면서도 다양한 군집형태를 이루는 것을 확인했다.

【대전=뉴시스】 스티브 그래닉 IBS 첨단연성물질 연구단장

 또 일정 주파수 이상의 전압세기에 따라 입자들은 길게 꼬리를 만들거나, 느슨하면서도 큰 무리를 형성하기도 하고, 촘촘하게 모여 개별적인 군락을 여러 개 형성하기도 했다.

 주파수 세기를 조절함으로써 원하는 형태의 입자들의 무리 형성을 재연할 수 있게 된 것이다.

 이를 두고 연구팀은 자연계의 자기조립방식을 모사할 수 있는 방법을 찾아낸 것이라고 설명했다.

 이를 활용하면 약물 성분을 함유한 입자들이 표적 위치에서 군집을 형성하도록 조정해, 부작용 없이 국소 부위에서만 약효가 발생하거나 생명체처럼 스스로 움직이고 팀워크를 이룰 수 있는 마이크로 로봇 개발도 기대된다고 덧붙였다.

 스티브 그래닉 단장은 "이번 연구를 통해 한 가지 성질을 지닌 동일한 물질의 상호작용으로 다양한 형태의 자기조립 구조체가 형성될 수 있다는 새로운 사실을 발견했다"라며 "이를 통해 다양한 물성을 동시에 가지고 있으면서 외부 환경 변화에 따라 원하는 성질이 발현되는 스마트물질 연구가 활기를 띌 것으로 기대한다"고 말했다.

 한편, 연구결과는 이날 생명과학 및 화학분야 국제 학술지인 '네이처 머티리얼즈(Nature Materials, IF 38.891)' 온라인판에 게재됐다.

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