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컴퓨터 그래픽 원리 적용한 콜로이드 조립
Name관리자| Date2017-06-19 16:50| Hit13
-그래닉 IBS 단장, 콜로이드의 벡터형 조립.. 나노 수준 기술에 한 발짝 -

우리가 매일 먹는 우유는 그냥 흰색 액체로 보이지만, 실제로는 투명한 물에 지방 방울과 단백질 방울, 칼슘 등의 콜로이드(Colloid)가 떠다니는 모양이다. 콜로이드는 1 나노미터보다 크고 1 마이크로미터보다 작은 입자를 가리킨다. 이들은 아무리 작은 핀셋으로도 잡을 수 없다. 기술은 나노 수준으로 작아지고 있는 만큼, 콜로이드와 분자를 정밀하게 조립하는 것은 화학, 신소재 공학의 큰 관심사다. 이전까지는 수십 개의 광학 집게(Optical tweezer)로 개별 콜로이드를 조종하는 방법이 최선이었다.
 
 기초과학연구원 첨단연성물질 연구단의 스티브 그래닉 Steve Granick 단장과 링샹 쟝 Lingxiang Jiang교수는 콜로이드를 벡터 형으로 이동, 조립하는 데 성공했다. 그간 콜로이드를 하나씩 통제하던 조립 방식보다 간단해, 이번 연구로 인해 나노 수준의 칩 기술이 빠르게 다가올 것으로 전망된다.
 
연구진은 비디오 게임의 컴퓨터 그래픽에서 아이디어를 얻었다. 비트맵 이미지 방식은 점 하나 하나의 색깔과 위치 정보를 저장한다. 때문에 확대하면 점들이 네모로 보이는데, 이를 그림이 '깨진다'고도 한다. 반면 벡터 이미지는 최소한의 점 위치와, 점들 사이를 잇는 선의 함수들을 저장한다. 
그래닉 단장과 쟝 교수는 점 하나 하나를 조종하지 않고도, 벡터형 이미지처럼 최소한의 점을 조종함으로써 콜로이드 조립이 가능한 방법을 연구했다.
 
연구진은 먼저 콜로이드 한 겹을 얇게 깔고 그 위에 대상 콜로이드를 놓고 실험했다. 매끈한 평면 위에 콜로이드 용액을 입힌 콜로이드 단층(monolayer) 위에서 실험하면, 콜로이드 입자가 다른 콜로이드 위에 고정돼, 안정성이 크게 늘었다. 콜로이드 단층 위에서 광학 집게로 콜로이드를 하나씩 옮겨오면, 직선의 양 끝만 잡아도 콜로이드 체인(Chain)이 유지됨을 관찰했다.
 비트맵 방식과 유사한 기존의 콜로이드 조립 방법(왼쪽)과 벡터 방식의 콜로이드 조립 방법(오른쪽)
연구진은 이번 연구로 직선 뿐만 아니라, 육각형이나 삼각형 등의 2차원 구조를 벡터형으로 만드는 데도 성공했다. 이 방법으로 고정된 콜로이드 구조를 회전하거나 이동하는 것도 가능해질 것으로 내다봤다. 연구진은 광학 집게가 반드시 콜로이드 구조의 끝과 꼭지점을 고정해야 한다는 것과, 광학 집게의 수는 콜로이드 개수의 1/5 정도임을 주요 규칙으로 밝혔다.
 
이번 연구의 핵심은 획기적으로 적은 시간과 노동력으로 콜로이드 구조를 유지하고 이동시킨 데 있다. 그래닉 단장은 "본 연구는 가사노동에 처음으로 세탁기가 등장한 것과 비견할 정도로, 놀랍고 강력한 도구를 제시했다" 면서 "복잡한 나노 구조를, 비교할 수 없을 정도로 간단히 구축할 힌트를 얻었다"고 밝혔다.
 
이번 연구결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 11.329)에 6월 8일자에 게재됐다.
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