연꽃잎에 물방울을 떨어뜨리면 잎 속으로 스며들지 못하고 흘러내린다. 이런 비결은 표면구조에 있다. 연꽃잎은 눈으로 보면 매끄럽지만 실제 표면은 아주 미세한 크기의 돌기가 돋아있어 물을 밀어내는 효과를 낸다. 이렇듯 연꽃잎에서 관찰된 생체모사는 초발수 코팅, 보호 코팅 또는 접착ㆍ점착제 코팅과 같은 일반적 표면 코팅 기술뿐 아니라 액정렌즈, 난반사 코팅을 비롯한 광학 필름과 같은 광학소자 및 화장품에 이르기까지 응용 분야가 다양하다. 자연에서 관찰할 수 있는 특이한 기능을 지닌 생체를 모사하고 이를 여러 분야에 접목시키면 새로운 융합학문 개척이 가능하기 때문에 전 세계적으로 기대를 모으고 있다. 우리나라 역시 국제적 수준의 지능형 유도조합체 연구가 활발히 진행되고 있으며, 서울대 지능형 유도조합체 연구단(단장 차국헌 교수/右 사진)이 지난 4월 교육과학기술부로 부터 2010년도 창의적연구사업에 선정됨에 따라 연구가 활기를 띨 것으로 전망된다.

‘서울대 지능형 유도조합체 연구단’ 창의적연구사업 선정

창의적연구사업에 선정된 서울대 지능형 유도조합체 연구단의 차국헌 교수는 고분자재료 및 고분자 나노구조 설계와 분석 연구의 권위자이다. 그는 이창희, 이성훈 교수와 함께 녹색 발광 양자점 연구를 통해 고효율, 고휘도, 고순도의 녹색 양자점 발광다이오드(LED)를 개발하는가 하면 반도체 칩의 속도를 향상시키고 전력손실을 줄일 수 있는 반도체 소재를 개발해 주목을 받았다. 또한 고분자 박막 분야의 연구와 서울대․마인츠대 간 교류 활성화에 기여한 공로로 한국인으로는 최초로 독일 마인츠대가 수여하는 ‘구텐베르크 리서치 어워드’(Gutenberg Research Award)를 수상하며 세간의 이목을 집중시켰다. 뿐만 아니라 차 교수는 국가지정연구사업과 창의도약연구사업 등 국가 주요 연구사업을 맡아 성공적으로 사업을 수행함으로써 관련 연구 분야에서 국제적인 리더 연구그룹 위치를 확보했다는 평가를 받고 있다. 앞으로 차 교수는 지능형 유도조합체 연구에 매진함으로써 이 분야에 대한 이해를 높이는 동시에 기술 개발을 위한 학문적 토대를 마련하는 획기적인 계기가 될 것으로 기대되고 있다.

▲ 지능형 유도조합체 제조 및 응용의 새로운 패러다임 제시하기 위해 고군분투하고 있는 서울대 지능형 유도조합체 연구단 모습. ⓒ대한뉴스

자연의 생물체를 통한 공학발전을 선도한다.

차국헌 교수는 “우리 연구단에서는 이러한 생체모사에서 얻을 수 있는 재료화학 측면에서의 구조적인 특성인 유/무기 나노물질의 조합화 (Hybridization) 및 유도조립화(Directed Assembly)를 통해 계층적인 구조 (Hierarchical Structure)를 가진 지능형 유도조합체를 설계하고 제조할 수 있는 플랫폼을 제시하고, 이를 바이오 메디컬 분야 및 에너지/환경 분야에 능동적으로 적용할 수 있는 다기능 지능형 유도조합체 시스템을 구현하는 것을 주 연구목표로 삼고 있습니다.”라고 말했다.

나노입자, 나노튜브(막대), 그래핀(graphene) 및 콜로이드와 같은 유/무기 나노물질은 그 제조된 형태(차원)에 따라 특이한 기능을 지니고 있기 때문에 연구단에서는 자연으로부터 이들의 기능 및 성능을 극대화하기 위해서 다양한 차원 및 크기를 가진 기능성 나노물질들을 조합화(Hybridization)시키고, 유도조립화(Directed Assembly) 및 계층화된 구조(Hierarchical Structure)로 구현되어야 한다는 결론을 도출해 냈다.

이러한 결론을 바탕으로 연구단에서는 분자수준에서 다양한 차원을 가진 기능성 유무기 나노물질을 제조하는 합성 능력 및 나노물질의 표면개질 등의 화학적 조작을 통한 나노물질들의 조합화를 바탕으로, 유도조립 및 계층적 가공 능력 및 다양한 비전통 패터닝 기법을 이용하여 계층화된 조합체를 유도조립할 수 있는 체계적인 기반기술을 갖추는데 주력하고 있다.

차국헌 교수는 “생체모사와 같은 나노물질의 융복합기술을 확립하고 응용하기 위해서는 나노물질 간의 상호작용 및 계면 현상에 대한 이해를 기반으로 다양한 유무기 나노물질 합성법을 확립하고, 구현된 계층적 유도조합체의 체계적인 구조분석을 위한 신개념 구조분석 방법(TEM Tomograph, XFEL 등)이 필요하며, 우리 연구단은 이러한 융복합 연구를 다년간 수행한 경험을 바탕으로 본 연구를 창의적으로 수행해 나갈 수 있을 것입니다.”라며 강한 의지를 나타냈다.

지능형 유도조합체 제조 및 응용의 새로운 패러다임 제시

나노물질들을 유도조합화하기 위해서는 나노물질 간에 원천적으로 존재하는 응집현상을 최소화하는 것이 중요하며, 나노물질들을 원하는 위치에 원하는 형상으로 배치할 수 있는 다양한 유도조립 기술의 확립이 중요하다. 이에 따라서 연구단에서는 나노물질간의 상호작용을 조절하고, 표면개질을 위해 다양한 신규 고분자 합성법을 확립하여 감응성 유기/고분자 물질을 무기 나노물질에 결합시키고, 외부 전기장 또는 자기장의 존재 하에 나노물질의 유도조립을 구현할 수 있는 방법을 고찰하고 확립하는데 최선을 다하고 있다.

차국헌 교수는 “다양한 기능 및 구조를 지닌 나노물질들을 조합화하고 배열함으로써 계층적 구조를 지닌 지능형 유도조합체를 구현하고 나노바이오 및 에너지/환경 분야에 응용 가능한 시스템을 설계하고 완성할 것입니다. 특히, 다양한 특성길이를 지닌 유도조합체의 복합구조에 따른 기능 발현에 대한 상관관계를 체계적으로 확립하고 현재 에너지/환경 및 건강의 위험에서 해방될 수 있는 새로운 패러다임의 유도조합체 플랫폼을 제시함으로써 자연에서 얻은 교훈을 초월하여 실제 산업에 유용하게 응용할 수 있는 기반기술을 확립하고자 합니다.”라고 말했다. 연구단의 활발한 연구가 진행되면 설계를 통해 합성한 나노물질들은 원하는 조합체 형성을 위한 표면개질이나 유도조립을 통해 계층적 구조를 구현하고, 첨단 분석기기들을 동원하여 복합구조를 분석함으로써 새로운 과학적 기본 틀을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

자산가치의 척도가 전통적인 유형의 자산에서 무형의 자산으로 급속하게 이전하는 시점에서 무형의 자산에 해당하는 원천 핵심기술의 중요성은 갈수록 부각되고 있다. 이러한 현실에 발맞춰 차국헌 교수와 연구단은 기초연구에 집중해 원천기술을 확보하고 더 나아가 다양한 학문과의 융합을 이뤄 대한민국 과학발전에 견인차 역할을 하고 있다. 앞으로 이들의 행보에 귀추를 주목하며 응원의 박수를 보낸다.

남윤진 기자

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