울산과학기술원(UNIST)은 나노 입자를 제어해 폭은 좁고 키가 큰 섬모 구조를 제작하는 자가 조립 방식을 개발했다고 29일 밝혔다.

UNIST에 따르면 기계학과 정훈의 교수 연구팀은 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 크기 자성 입자를 위로 쌓아 올리는 방식으로 섬모 구조를 가늘고 길게 합성해 낼 수 있는 기술을 개발했다.

섬모는 액체 속에서도 움직임이 자유롭고, 작은 외부 힘에도 민감하게 반응해 다양한 기능을 만들어낼 수 있다.

코나 폐의 섬모가 액체를 움직이는 방식으로 불순물을 밀어내거나 짚신벌레가 섬모를 노 젓듯 움직여 이동하는 기능이 대표적이다.

섬모를 모방해 미세 기계의 구동 장치로 쓰려는 연구도 활발하다.

그러나 섬모 구조는 액상 원료를 틀에 넣어 찍는 등의 기존 방식으로 나노미터 수준으로 작게 만들기 어렵다.

특히 폭은 좁고 세로로 긴 형태는 더 까다롭다.

이에 연구팀은 자기력을 이용해 이 같은 한계를 극복할 수 있는 합성법을 개발했다.

섬모 가닥을 돋아나게 하고 싶은 위치에 니켈 금속 조각을 배열한 뒤, 위에서 자성 나노입자를 흩뿌려 차곡차곡 쌓는 방식이다.

니켈 주변에 형성된 강한 자기력이 자성 나노입자를 잡아당기는데, 정교하게 설계된 자기력 덕분에 나노입자가 알아서 원하는 형태로 조립된다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 또 수직 방향으로만 자성 나노입자가 쌓일 수 있도록 나노입자를 에어로졸 상태로 분사하는 기술을 사용했다.

에어로졸에 나노입자를 가둬 미리 설계된 자기력 외에 다른 외부 힘을 차단하는 기술이다. 액체는 날아가면서 증발한다.

연구팀은 이 기술로 실제 지름이 373㎚인 입자를 최대 54개까지 쌓았다.

가로와 세로 비율인 종횡비가 50 이상으로, 지금까지 합성된 인공 섬모 중 가장 높다.

완성된 인공 섬모는 자성 나노입자 표면에 코팅된 올레산 덕분에 베어링 없이도 매끄럽게 미끄러지며 움직이는 게 가능했다.

연구팀 관계자는 "이번 연구는 몸 안에 투입할 수 있는 나노 로봇이나 오염물질을 제거하는 초미세 구동 장치 개발 등에 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)의 표지 논문으로 선정돼 16일 자로 출판됐다.