[디지털데일리 김도현기자] 나노 입자의 3차원 구조를 0.02나노미터(nm) 정확도로 분석할 수 있게 됐다. 세계 최초 성공이다. 기초과학연구원(IBS)이 이끌고, 삼성미래기술육성사업이 밀었다.

3일 삼성전자는 박정원 서울대 화학생물공학부 교수의 연구팀이 해당 기술을 개발했다고 밝혔다. 박 교수는 IBS 나노 입자 연구단 소속으로, 삼성미래기술육성사업은 IBS를 지원하고 있다. 이번 연구는 지난 2018년 11월 삼성미래육성사업의 과제로 선정, 연구 지원을 받고 있다. 호주 모나쉬대학교, 미국 로렌스버클리국립연구소 등과 공동 진행했다.

이번에 개발된 기술은 디스플레이, 연료전지, 신약 개발 등 과학 분야에서의 파급 효과를 기대할 수 있다. 퀀텀닷(QD)디스플레이 색 순도와 휘도 향상, 석유화학 산업과 연료전지 등에서 사용되는 촉매 성능 개선, 단백질 구조 분석을 통한 신약 개발 등이 대상이다.

나노 입자는 수십에서 수백 개의 원자로 이루어진 1nm 이하의 물질이다. 차세대 디스플레이, 연료전지 촉매, 자가공명영상(MRI) 조영제 등에 활용된다.
나노 입자는 원자 배열의 미세한 변형에도 디스플레이 색 순도 향상 및 연료전지의 촉매 성능 개선이 가능해, 구조의 면밀한 파악이 핵심이다. 다만 이전까지는 나노 입자의 크기, 형상 등 2차원 정보만 관찰 가능했고, 원자 배열 등 3차원 정보 확인은 불가했다.

박 교수 연구팀은 나노 입자가 액체 상태에서 자발적으로 회전하는 현상에 주목했다. 이를 통해 회전하는 나노 입자를 연속으로 촬영할 수 있는 특수 용기 ‘액체 셀’과 3차원 데이터 구성을 위한 빅데이터 ‘알고리듬’을 자체 개발했다.

관련 기술로 액체 셀에 나노 입자를 담아 투과전자현미경으로 초당 400장의 이미지를 촬영했다. 확보한 2차원 평면 이미지를 빅데이터 알고리듬을 이용, 3차원 데이터로 재구성한 것이다. 백금을 이용해 나노 입자의 3차원 원자 배열을 확인하기도 했다.

박 교수는 “이번 연구에서 제시한 방법을 활용하면 수많은 종류의 나노 입자 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있다”며 “나노 입자의 3차원 구조 분석 기술은 나노 입자뿐 아니라 단백질과 같은 생체 분자에도 적용이 가능해 새로운 융합 연구에도 활용이 기대된다”고 강조했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr