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식품·약물 함유 카이랄 물질 육안 검출 성공
KAIST 윤동기 교수 연구팀…액정 기반 응용 기술에 다양한 적용
2019년 12월 05일  18:10:28 허송빈 기자 news@gocj.net

[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 화학과·나노 과학 기술 대학원 윤동기 교수 연구팀이 나선 나노 구조체를 만드는 액정 물질을 이용해 광결정(photonic crystal) 필름을 제작하고, 이를 이용해 식품이나 약물 등에 함유된 카이랄 물질을 육안으로 검출하는 데 성공했다.

연구팀은 LCD의 핵심 재료로 사용하는 일반형 액정 분자 보다 분자 구조가 더 복잡한 굽은 형태의 액정 분자가 형성하는 200~300나노 미터의 나선 주기를 갖는 나선형 나노 구조체를 대면적에서 배향하는 데 성공했다.

이를 통해 빛을 반사하는 광결정을 제작했다.

이어 연구팀은 이들 분자를 제어하고 응용하기 위해 빛으로 분자의 모양·배향이 바뀌는 현상인 광이성질체화(photoisomerization)를 유도할 수 있는 광 반응성 굽은형 액정 분자를 설계했다.

연구팀은 이 액정 분자가 마치 해바라기가 빛을 따라가듯 빛에 나란히 배향한다는 점에 착안해 이들이 형성하는 나선 나노 구조체도 빛의 방향에 따라 매우 균일하게 세워질 수 있도록 제작했다.

이렇게 방향을 제어한 나선 나노 구조체는 분자의 길이에 따라 다양한 색을 보여 푸른색에서 초록색의 빛을 선택적으로 반사하는 일종의 카이랄 색상 거울로 활용했다.

이런 거울을 이용하면 왼쪽 혹은 오른쪽의 카이랄성을 갖는 일상 생활 속의 다양한 화학 물질, 예를 들어 설탕을 이루는 과당과 포도당의 경우 별다른 도구 없이 왼쪽 혹은 오른쪽의 카이랄성을 갖는다는 점을 관찰할 수 있었다.

이번 연구로 기존의 광 식각공정(photolithography)으로 제작이 어려웠던 나노 미터 크기의 카이랄 광결정 제작에 성공했으며, 이를 기반으로 액정 기반의 나노 재료를 활용해 디스플레이, 광학·화학 센서 등의 응용 기술에 다양하게 적용할 수 있을 전망이다.

박원기 박사 과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 NPG 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials) 8월 16일 자 온라인판과 어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials) 12월 4일 자 표지 논문에 게재됐다.

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