빛에 반응해 모양·색 변하는 입자 개발

↑ 김범준 교수

김범준 KAIST 생명화학공학과 교수 연구진이 빛에 의해 모양과 색을 자유자재로 바꿀 수 있는 '스마트 마이크로 입자' 제작 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
연구진은 빛에 의해 분자구조가 변하는 '계면활성제(물에 녹기 쉬운 친수성 부분과 기름에 녹기 쉬운 소수성 부분을 동시에 가지고 있는 화합물)'를 개발한 뒤 빛과 반응했을 때 모양과 색이 변하는 마이크로미터(um·1um은 100만분의 1m) 크기의 스마트 입자를 대량으로 제작하는 데 성공했다. 김 교수는 "빛을 쬐어준 시간과 파장에 따라 구형에서 타원체, 튤립, 렌즈형태 등으로 변화시킬 수 있는 한편 입자의 색도 조절할 수 있다"며 "100um 이하의 국소 부위에만 빛을 조사함으로써 원하는 위치에서 원하는 모양을 정교하게 유도할 수 있다"고 설명했다. 특히 반응하는 빛의 파장이 서로 다른 계면활성제를 활용하면 입자 모양의 변화를 여러 단계로 조절하거나 원래의 모양으로 되돌리는 것 또한 가능하다.
외부의 환경 변화에 반응해 스스로 모양이 변하는 스마트 입자는 디스플레이용 물질이나 센서, 코팅 필름 등 다양한 분야에서 차세대 소재로 활발하게 연구되고 있다. 하지만 기존 스마트 입자는 주로 생물학적 응용을 위해 온도나 pH 등 물리화학적인 자극에 반응하도록 제작됐다. 이러한 물리화학적 자극은 해상도가 낮은만큼 국소 부위에 적용하기 어려웠을 뿐 아니라 자극을 위한 스위치를 선명하게 켜고 끄기 어렵다는 단점이 존재했다. 그에 비해 빛은 선택적인 부분에 원하는 시간만큼 효과적으로 자극을 줄 수 있어 국소적인 부위의 입자 모양을 변형시킬 수 있다. 뿐만 아니라 빛은 파장과 세기를 정밀하게 조절할 수 있기 때문에 이러한 특성을 활용하면 순차적으로 입자의 모양을 변형시킬 수 있는 가능성을 지니고 있다.
김 교수는 "이러한 스마트 입자로 만들어진 박막이나 용액은 그 성질을 정밀하게 조절할 수 있어 정보를 담거나 신호를 넣을 수 있는 스마트 소재로도 활용할 수 있다"며 "상용화된다면 세포만 표적하는 약물전달캡슐과 투명도와 색이 변하는 스마트 창문, 건물 외장 인터리어 등에도 적용할 수 있을 것"으로 기대했다. 연구결과는 화학분야 국제학술지 '미국 화학회지' 지난 4일자 표지논문으로 선정됐다.
[원호섭 기자]