IBS, 액체방울 자유자재 제어가능한 나노입자 계면활성제 개발

【대전=뉴시스】 나노입자로 만든 계면활성제에 둘러싸인 액체방울(사진 왼쪽)과 이를 확대한 모습(오른쪽). 연구진은 금(Au)에 친수성 분자를 붙인 친수성 나노입자(노랑)와 산화철(Fe3O4) 혹은 황화납(PbS)에 소수성 분자를 붙인 소수성 나노입자(파랑)를 결합했다.

【대전=뉴시스】 이시우·구미현 기자 = IBS 연구진이 세계 최초로 나노입자를 이용한 계면활성제를 개발하는 데 성공했다.

 나노입자로 만든 계면활성제는 기존에 분자로 만든 것과 달리 전기장과 빛, 자기장으로 자유롭게 액체방울을 제어할 수 있어 제약이나 생물학, 의학 분야 등에서 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

 기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 바르토슈 그쥐보프스키(Bartosz A. Grzybowski) 그룹리더(UNIST 자연과학부 특훈교수) 연구팀이 나노입자로 계면활성제를 만드는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

 계면활성제는 물과 기름의 경계면에 끼어들어, 표면장력을 낮추고 둘을 잘 섞이게 하는 물질이다. 비누, 세제, 샴푸 등 생활용품에 널리 사용된다.

 한 분자 안에 물에 잘 붙는 부분과 기름에 잘 붙는 부분이 함께 존재해 기름과 물이 섞여 있을 때, 계면활성제를 사용하면 액체방울 형태로 물만 분리할 수 있다.

 제약이나 화학 분야에서는 계면활성제의 이같은 특성을 활용해 물질을 분리해 특정 물질 전달하는 의학재료로 주목해 연구를 진행하고 있다.

 하지만 기존에는 계면활성제를 둘러싼 액체방울을 분자 화학구조로 설계해 온도나 자기장과 같은 한가지 자극에만 반응하는 한계가 있었다.

 IBS 연구팀은 다양한 외부 자극으로 액체방울을 조종할 수 있는 나노입자 계면활성제을 개발했다.

 물이 붙는 친수성 부분에 6 나노미터(㎚) 크기의 금(Au) 나노입자를, 기름이 붙는 소수성 부분에는 12 ㎚ 크기의 산화철(Fe3O4) 나노입자를 사용해 눈사람 모양의 나노 계면활성제를 만들었다.

 이렇게 만들어진 나노 계면활성제는 액체방울이 외부 자극에 반응해 이동, 조립, 회전, 결합할 수 있다.

【대전=뉴시스】 나노 계면활성제로 둘러싸인 액체방울(사진 왼쪽 파란색 원)에 자석을 대면 액체방울이 자석 위로 모인다. 자기장을 이용해 액체방울을 이동할 수 있다.

연구팀은 나노입자 계면활성제에 각각 자기장과 전기장, 빛을 가해 반응을 관찰했다.

 그 결과 자기장을 따라 물방울이 이동하고 레이저 빔에 액체 방울이 육각 구조로 변하는 현상, 전기장에는 액체방울이서로 합쳐지는 현상 등을 확인했다.

 연구팀은 외부 자극으로 액체방울을 자유롭게 조종할 수 있는 만큼 살아있는 세포를 액체방울에 가둬 배양하거나 세포 내 효소 반응을 액체방울로 재현하는 방법으로 제약, 생물학, 의학 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 바르토슈 그쥐보프스키 IBS 그룹리더는 "나노 계면활성제로 만들어진 액체방울은 세상에서 가장 작은 화학공장이라 할 수 있다"라며 "액체방울에서 일어나는 화학반응을 조절할 수 있어 앞으로 응용성이 크다"라고 말했다.
 
 연구 결과는 이날 국제 학술지 '네이처(Nature)' 온라인에 게재됐다.  이번 연구는 IBS 첨단연성물질 연구단 연구위원인 지지에 양·징징 웨이 부부가 공동 제1저자로 수행했다.

 논문 제목은 'Systems of mechanised and reactive droplets powered by multiresponsive surfactants' 이다.

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