금 나노 입자가 미세먼지를 해결할 수 있을까?

나노코리아서 청소년을 위한 나노융합기술 소개

어떠한 물체가 나노미터 수준의 크기로 작아지게 되면 어떻게 될까. 나노기술(nano-technology)은 10억 분의 1 수준의 작은 단위의 나노(nano)의 영역에서 일어나는 다양한 기술을 말한다.

나노기술을 이용하면 불치병을 고치고 노화를 늦추는 것도 더 이상 꿈이 아니다. 나노기술은 이제 자연의 동식물에게서 아이디어를 얻어 바이오, 의료, 전기, 에너지 등 새로운 미래를 열어가는 신기술로 급속도로 발전하고 있다.

지난 3일 나노코리아는 나노의 영역에서 벌어지는 흥미진진한 세계를 강연과 과학실험으로 연결한 나노코리아 심포지엄 ‘청소년 온라인 교육 프로그램(sympo.nanokorea.or.kr)’을 공개해 눈길을 끌었다.

줄기세포에 나노기술 접목, 새로운 치료길 열어

다양한 나노기술의 세계에서 가장 빛을 발하는 분야 중 하나가 의료기술과의 융합이다. 특히 난치병이라고 불리는 의학 분야에 나노기술이 융합되어 큰 시너지 효과를 내고 있다.

김태형 중앙대 교수는 나노기술이 재생의학 응용기술로 성과를 보이고 있음을 전했다. ⓒ 나노코리아2020

김태형 중앙대학교 융합공학부 바이오메디컬 공학 교수는 나노기술융합의 성과로 파킨슨병과 같은 난치병 치료에 나선 사례를 소개했다.

불치병으로 인식돼 온 파킨슨병(Parkinson’s disease)은 일반적인 행태로 운동성 퇴행 및 마비가 오는 중추신경계 질환이다. 전설의 복서 무하마드 알리도 파킨슨병을 앓았다.

파킨슨병은 뇌의 신경전달 물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 죽어 없어지는 병이다. 이제까지 파킨슨병의 명확한 원인은 알지 못했다. 하지만 최근 줄기세포 연구가 진전되면서 파킨슨병의 신비로운 베일이 조금씩 벗겨지고 있다.

지난달 3일 한인과학자 김광수 미 하버드대학교 교수가 맞춤형 줄기세포로 파킨슨병 치료 임상실험에 성공하는 등 줄기세포 연구가 파킨슨병 치료에 청신호를 보이고 있다.

전자현미경을 이용해야 나노 단위의 물질을 관찰할 수 있다. ⓒ 나노코리아2020

여기에 나노기술을 더하면 ‘불로장생’도 헛꿈만은 아니다. 첨단나노기술은 줄기세포의 결점을 보완해 새로운 치료법을 열고 있다.

지난해 국내 전남대와 울산과학기술원 연구팀은 하이드로젤 소재의 나노 바늘 구조의 지지체에 줄기세포를 배양해 성장인자 분비를 촉진하고 뼈, 연골, 지방 등의 특정 세포로의 분화를 향상시켜 신체 재생을 돕는 실마리를 찾아냈다.

김 교수는 “최근 나노기술을 통한 재생의학은 나무처럼 세포들이 구조를 만들고 뼈와 연골도 만들 수 있다”고 설명했다.

스스로 전기를 발생시켜 신경세포 분화를 촉진시키는 기계-전기 변환 나노구조체 개발도 이뤄지고 있다. 연구가 완성되면 재료 과학과 나노바이오 기술이 융합된 새로운 나노물질 개발 플랫폼 개발이 이뤄져 향후 재생이 어려운 신경세포 재생 분야에 큰 역할을 할 것으로 전망된다.

자연을 닮아가는 나노기술, 미래 청사진 제시

이날 나노기술 온라인 프로그램에서는 강연과 함께 나노미터 크기의 영역에서 일어나는 재미있는 현상을 실험으로 재현했다.

연잎 표면에는 수백 나노미터 크기의 작은 돌기가 존재한다. 이 돌기들이 연 잎에 물이 흡수되는 것을 방지한다. ⓒ 위키피디아

특히 나노기술이 자연의 동식물을 닮아가는 과정을 흥미롭게 실험으로 다뤘다. ‘자연에서 배우는 나노기술’ 편에서는 전자현미경과 실험도구 등을 통해 나노미터 수준에서 일어나는 물체와 물과의 상호작용이 일상에 드러나는 과정을 체험할 수 있는 실험을 준비했다.

이날 실험은 고체의 표면을 일부러 나노미터 수준까지 거칠게 만들고 표면에서 실험 분자를 올려놓는 실험을 통해 ‘초소수성 표면’을 이해하도록 했다.

초소수성 표면은 연잎, 나방의 날개, 수중 곤충의 표면 등 물에 젖지 않는 원리를 밝혀낸 것이다. 초소수성은 물에 젖지 않는 성질을 말한다. 연잎은 미세한 돌기 구조로 형성되는데 수 나노미터에서 수백 나노미터 단위의 돌기들이 물을 밖으로 튕겨내 물과 표면이 닿는 면적을 최소화한다.

이러한 자연의 초소수성을 이용한 나노기술은 와이퍼가 없는 자동차나 물을 튕겨내는 나노 우산, 페인트, 유리, 식품 등 다양한 산업 분야로 확대되고 있다.

금 나노 입자를 만들어 섞은 용액에 색 변화를 통해 미세먼지를 검출하는 과정을 살펴볼 수 있다. ⓒ 나노코리아

그렇다면 나노기술로 미세먼지도 없앨 수도 있을까? ‘금 나노입자가 모여서 만드는 미세먼지 없는 세상’ 편에서는 여러 가지 나노 소재 중 금 나노입자를 이용해 직접 금 나노입자를 제작하여 관찰하고 이를 이용하여 다양한 농도의 미세 플라스틱(미세먼지)을 탐지해보는 실험을 실시했다.

그 결과 금 나노 입자를 직접 만들어 섞은 용액의 색 변화를 통해 미세먼지를 검출하는 과정을 살펴볼 수 있었다.

앞으로 나노기술은 의료, 전자소자, 광소자, 화학물질 센서, 바이오센서, 약물 전달 등 더욱 다양한 산업분야에서 융합하며 4차 산업혁명의 기반 기술로 자리할 것으로 전망된다.

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