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DNA 기반의 크기‧모양 제어 금속 나노입자 합성기술 개발미니 인터뷰 = 고려대 심상준 교수

9월 과학기술인상 -고려대학교 심상준 교수

"더욱 매진하여 훌륭한 결과로 보답하라는 뜻으로 알겠습니다."

 

나노(nano)는 10억분의 1을 뜻하는 접두사로 1 나노미터(㎚)는 머리카락 굵기의 10만분의 1 정도, 대략 원자 3~4개 정도의 크기와 같다. 나노미터 크기의 물질을 중심으로 연구하는 나노과학은 1980년대 신소재 ‘탄소나노튜브’ 합성을 시작으로 2000년대 이후에는 물리‧화학‧재료공학‧기계공학‧의학 등 다양한 학문 분야를 아우르는 연구 트렌드로 자리 잡았다. 특히 바이오 나노 연구에서는 직경 100㎚ 이하 금 입자인 ‘금 나노입자’가 많은 주목을 받고 있다. 금 나노입자는 모양과 크기에 따라 어떤 영역에 해당하는 파장을 반사하고 흡수하는지 결정되는 독특한 광학적 특징을 갖고 있다. 독성이 없을 뿐만 아니라 표면을 다양하게 조절할 수 있어 응용범위가 매우 넓은 나노물질이다.

심상준 교수는 세계 최초로 DNA 분자를 이용한 혁신적인 금 나노입자 합성 방법을 개발하고, 이를 통해 다양한 크기와 모양을 가진 금 나노입자를 만드는 데 성공했다. 남들이 시도하지 않는 새로운 방법을 과감하게 도입해 나노합성의 새로운 패러다임 제시를 꿈꾸는 그의 이야기를 들어보았다.

- 이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.

감사합니다. 뜻하지 않게 과학기술계의 영예로운 상을 받게 되어 큰 영광입니다. 앞으로 더욱 매진하여 훌륭한 결과로 보답하라는 뜻으로 알겠습니다.

- 교수님께서는 바이오메디컬 및 바이오에너지 분야에서 다양한 연구 성과를 거두셨습니다. 수많은 나노 물질 중 금 나노입자를 주요 연구 소재로 선택하신 이유가 있나요.

나노과학이 과학기술계에 끼친 영향은 지대합니다. 특히 바이오 분야의 나노물질 응용 연구는 우리나라뿐만 아니라 전 세계 과학자들이 가장 큰 관심을 가지고 연구하는 ‘핫(hot)한’ 분야입니다. 금 나노입자는 광학적 특징이 매우 독특하고 독성이 없을 뿐만 아니라 표면을 다양하게 조절할 수 있어 응용범위가 매우 넓은 나노물질입니다. 특히 나노물질의 형태와 크기에 따라 광학적 특징이 결정된다는 면에서 금 나노입자는 과학적으로 매우 흥미로운 특성을 갖는 물질입니다. 우리 연구실이 특히 금 나노입자 합성에 주목하고 있는 이유이기도 합니다.

- 교수님께서는 생체물질인 DNA를 이용한 금 나노입자의 크기를 자유자재로 조절할 수 있는 기술을 개발해 다양한 모양으로 합성하는 데 성공하셨습니다. 주요 연구내용 소개 부탁드립니다.

대부분의 나노입자 합성은 합성에 필요한 화학재료 선정과 혼합 형태에 따라 결정됩니다. 그러나 이 모든 과정이 입자 하나 하나에 동일한 조건으로 주어지지 못해 균일한 입자 합성이 어려웠습니다. 우리 연구실에서는 이런 전통적 나노물질의 합성이 아닌 전혀 새로운 합성 방법을 찾기 위해 오래 전부터 고민해 왔습니다. ‘집을 지을 때 건물 뼈대를 먼저 세우고 벽돌을 채우듯이 나노입자도 뼈대에 살을 붙여 만들 수 없을까?’라는 생각에 몰두한 끝에 그 뼈대가 놀랍게도 생체물질인 DNA가 될 수 있다는 점을 발견했습니다. DNA를 가지고 다양한 모양을 만든 후 이를 금속화하는 기술만 있다면 나노물질도 집을 짓는 것처럼 독특하거나 일정한 모양으로 합성할 수 있는 가능성을 열었다고 감히 말씀드리고 싶습니다.

- 비대칭적인 다양한 모양의 금 나노입자는 기존의 구 혹은 막대형 금 나노입자보다 생체분자의 검출 한계를 낮출 수 있고, 합성 시 계면활성제를 사용하지 않아 인체에도 무해할 것으로 기대됩니다. 해당 연구결과는 우리 실생활에 어떻게 활용될 수 있나요.

비대칭적 나노입자는 그 자체가 매우 독특한 광학적·전기적 특성을 보여줄 수 있습니다. 이러한 특징 덕에 표면 분자의 특이적 결합을 매우 정밀하게 감지할 수 있으며, 이를 이용한 질병 진단, 환경 독소나 유해물질의 모니터링이 가능해집니다. 메르스·조류독감 등과 같은 바이러스나 유해생물을 휴대전화로 감지한다든가, 우리 몸 안의 미세한 암세포를 표적치료 또는 모니터링 할 수 있는 나노 구조체 합성, 화학 합성 신규 촉매 또는 촉매 지지체 개발, 디스플레이·나노 전극 생산 등 비대칭 나노입자의 응용은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 넓고 다양합니다.

- 공학에 입문하는 청년들의 미래 설계를 돕는 책을 쓰실 정도로 공학에 남다른 애정을 갖고 계신 것 같습니다. 연구에 임하는 교수님만의 철학이 있으시다면.

연구실 학생들에게는 ‘연구 주제에 대한 문제 제기’를 강조합니다. 문제의 정확한 이해와 해결을 위해 고민하면서 무엇을 연구해야 하고 어떤 아이디어가 필요한지 학생 스스로 깨달아야 한다고 생각합니다. 학생들이 연구 주제의 전체 맥락을 이해하지 못하고 연구가 엉뚱한 방향으로 흘러가는 경우가 많습니다. 구체적인 문제를 가지고 고민할 때도 항상 전체 주제의 본질을 이해하고자 노력해야 합니다. 해결 방법의 방향을 결정할 때 역시 전체 시스템을 먼저 파악하고 접근하면 문제 해결에 큰 도움이 됩니다.

- 연구자로서, 스승으로서 평소 학생들 또는 연구실 구성원들에게 강조하는 기본방침을 소개해주세요.

우리 연구실은 같은 분야의 연구 주제를 그룹별로 공유해 그 주제의 다양한 핵심 문제를 다각도로 분석해 해결책을 마련하는 방법을 통해 다른 연구실과는 달리 구성원들 간의 협력 연구를 중시하는 연구 풍토를 조성해 왔습니다. 학생 개인의 창의적 아이디어는 존중하되 학생들 간 진지한 토론과 적극적인 공동연구를 권장하면서 성공적인 연구 성과를 창출하고 있습니다.

- 교수님께서는 어린 시절 과학자를 꿈꾸신 계기가 있으셨나요. 더불어 미래 과학자를 꿈꾸는 어린 학생들에게, 그 꿈을 이룰 수 있도록 도움 말씀 부탁드립니다.

어릴 때부터 과학자를 꿈꾸었습니다. 그리고 다시 태어난다 해도 똑같이 과학자의 길을 걷고 싶습니다. 꿈은 꼭 이루어집니다. 부지런히 자신만의 꿈을 키워나가길 바랍니다, <과기정통부 = 고려대 제공>

 

관련 논문 내용보기 

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