저렴한 '나노갭전극' 바이러스·미세플라스틱 잡아낸다

초미세먼지 농도가 '나쁨' 단계인 12일 서울 남산에서 바라본 도심이 미세먼지에 싸여 있다./강진형 기자aymsdream@

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 미세먼지와 미세플라스틱을 효과적으로 잡아낼 수 있는 '나노갭 전극'을 저렴하게 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 대기나 수중 등 유체 내 있는 나노 입자를 손쉽게 포획할 수 있다. 바이러스, 치매 단백질, 암진단 마커 등 다양한 분야에서 나노 입자를 잡아내는 장치로의 활용이 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 서울대학교와의 공동 연구를 통해 나노미터 수준의 유체 내 초미세 부유 입자를 효율적으로 포획하는 나노갭 전극을 개발해, 관련 연구 결과가 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스 최신호에 실렸다고 21일 밝혔다.

나노 입자 잡아내는 나노갭 전극 개발

유용상 KIST 국가기반기술연구본부 센서시스템연구센터 박사의 연구팀과 이신두 서울대 전기정보공학부 교수의 연구팀은 대기나 물 속에서 떠다니는 20나노미터 수준의 나노 입자를 잡아내는 '나노갭 전극' 기술을 개발했다. 20나노미터면 머리카락 굵기에 1000분의 1 수준의 크기다. 초미세먼지 처럼 육안으로는 식별하기 어려운 입자를 걸러낼 수 있는 전극을 개발한 것이다.

공동 연구진이 개발한 나노갭 전극은 유전영동 집게 기술을 토대로 개발됐다. 유전영동은 1초에 수백에서 수천 번 진동하는 파장을 두 개의 전극에 인가해 전극 주변부의 불균일한 전기장을 형성하도록 하고, 이를 통해 전기장 주변의 입자를 전극부로 끌어오거나 밀어내는 기술이다.

연구팀은 수직 배열의 비대칭 전극이 기존에 사용되던 수평 배열보다 10배 이상 큰 유전영동 힘을 발생한다는 사실을 밝혀내고 이를 나노갭 전극 개발에 적용했다. 이를 통해 나노갭 전극 상용화에 가장 큰 걸림돌이었던 대면적화와 비용 절감을 이뤄냈다. 기존의 수평 배열 전극 제작 방식은 손톱 크기 나노갭 구현에 최소 수십 만 원이 소요됐다. 반면 새로운 유전영동 기술을 이용하면 최대 5000원으로 LP 레코드판 크기의 나노갭 전극을 제작할 수 있다.

바이러스, 박테리아도 잡아내

연구팀은 이 기술을 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 예상했다. 공기 또는 물 필터에 활용될 경우 건전지 정도의 저전압으로도 미세먼지, 나노 플라스틱, 바이러스, 세균, 박테리아 등 다양한 미세 부유 입자의 실시간 검출하거나 제거할 수 있다.

연구팀의 경우 새로 개발한 나노갭 전극을 활용해 최근 신약개발 및 암 진단 신규 마커로 주목받고 있는 세포밖소포체(엑소좀)와 치매 단백질의 선별농축과 위치제어하는데 성공하기도 했다.

이번 연구의 제 1 저자인 유의상 박사는 "이번 성과는 나노 입자의 종류나 환경에 상관없이 입자를 선별해 정제할 수 있는 기술을 확보했다는 것"이라고 밝혔다. 연구책임자인 KIST 유용상 박사는 "이번 연구를 바탕으로 다양한 사회 문제 해결과 인류의 삶의 질 향상에 전반적으로 기여할 수 있게 되기를 바란다"고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr