서강대 박정열 교수 "고성능 바이오센서 등 나노-바이오 연구 적용 기대"
세포 내부나 리튬이온전지 전해질같은 유체 환경에서 이온 흐름의 방향을 제어할 수 있는 기술이 개발됐다.
서강대 기계공학과 박정열 교수팀은 20일 단면적이 마이크로미터(㎛=100만분의1ｍ) 수준인 깔때기 모양의 비대칭 3차원 나노채널 네트워크를 이용해 이온 흐름의방향성을 제어할 수 있는 이온 다이오드를 개발했다고 밝혔다.
실리콘 반도체 등 전자 흐름을 이용하는 고체 소자에서는 이온의 움직임이 문제가 되지 않지만 신경세포 신호전달이나 리튬이온전지 전해질 같은 유체 환경에서는이온 흐름을 제어할 수 있어야 이를 이용한 전자소자 개발이 가능하다.
지금까지 학계에서는 유체 내에서 이온을 한 방향으로 흐르게 하는 이온 다이오드를 만들려면 물질 표면에 양·음 전기이중충이 생기도록 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 수준에서 입구와 출구 크기가 다른 비대칭 나노채널을 만들어야 한다는 것이 정설로 돼 있었다.
연구진은 이 연구에서 단면적이 마이크로미터 수준인 깔때기 형태의 비대칭 3차원 구조를 만들고 그 내부에 나노입자를 주입, 스스로 구조화되는 현상을 이용해 비대칭 3차원 나노채널 네트워크를 만들었다.
이 네트워크를 이용해 고용량 이온 다이오드를 제작한 결과 이온의 흐름을 원하는 대로 한 방향으로 제어할 수 있고 단일 나노채널을 이용한 방식보다 이온의 흐름이 최대 1천190㎁(나노암페어)로 수십∼수백 배 향상된 것으로 나타났다.
박 교수는 마이크로미터 수준의 단면적을 갖는 3차원 나노채널 네트워크에는 기존 단일 나노채널이 100개 정도 들어 있는 것으로 보면 된다며 마이크로 채널의 모양이나 나노입자 크기 등을 통해 이온 흐름을 손쉽게 제어할 수 있다고 설명했다.
그는 또 "이 연구 결과가 앞으로 고용량 마이크로 에너지 발생 장치나 세포 신호전달 등에서 이온 흐름의 양을 감지하는 고성능 바이오센서, 이온 트랜지스터 등 나노-바이오 연구와 관련 제품 개발에 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
한국연구재단 기초연구지원사업을 통해 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '나노 레터스'(Nano Letters, 3월 18일자)에 게재됐다.
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