강력한 살균 효과로 우리 생활에 다양하게 활용되고 있는 은나노. 그 은나노의 독성이 최근 화두로 떠오르고 있다. 이에 고려대학교 BK21 plus 사업팀에 연구교수로 재직 중인 김준협 교수는 동차용 고체 윤활제나 석유화학 탈황공정의 촉매 등으로 사용되고 있는 나노 물질인 이황화몰리브덴을 은나노 검출시스템에 적용하는 연구를 진행해 주목받고 있다. 김준협 교수를 통해 은 나노 입자 검출 시스템의 중요성과 연구 과정에 대한 이야기를 들어봤다.
연구이야기
저는 고려대학교 BK21 plus 사업팀에 연구교수로 재직 중인 김준협입니다. 저는 박사 기간 동안 탄소나노튜브(CNT)에 대한 기능화 기술 향상과 CNT가 접목된 3전극 시스템의 반도체 공정 개발에 대해 연구했습니다. 현재 ‘대통령 Post-Doc. 펠로우십 과정’을 통해, ‘은 이온 검출 시스템인 나노바이오 센서를 위한 이황화몰리브덴의 기능화 기술 개발’에 대해 연구하고 있습니다.
우리나라 나노기술은 세계 4위로 평가될 만큼 경쟁력을 지니고 있습니다. 이 기술의 연구개발을 통해 전통 산업의 경쟁력을 강화하고, 인류 삶의 질과 환경을 혁신시키려 노력하고 있습니다. 나노 물질을 이용한 제품에는 치과용 재료, 전자제품, 광학제품, 인공뼈, 잉크, 색소, 환경 정화장치 막 등이 있습니다. 나노 기술에 대한 관심이 커지면서 많은 분야에서 이것을 이용한 제품을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
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고려대학교 BK21 plus 사업팀
김준협 연구교수
은 나노는 세균, 바이러스, 곰팡이 등에 대하여 강력한 살균ㆍ항균 효과가 있는 것으로 알려져 식품, 화장품, 의료용품 뿐만 아니라 각종 산업에서 많이 사용되고 있습니다. 특허청에 따르면 은 나노 기술특허출원은 1999년까지 모두 12건, 2000년 7건, 2001년 30건, 2002년 82건, 2003년 87건으로 2~3년 사이 크게 증가한 것으로 나타났으며, 국내의 한 대형 전자회사는 100종에 가까운 제품에 은 나노 기술을 적용한 적 있습니다. Woodrow Wilson 센터의 조사에서도 2006년에서 2009년 사이에 은 나노 제품이 6배 증가했다고 조사됐습니다.
하지만 은 나노에 대한 위험성을 경고하는 연구가 점점 발표되고 있습니다. 2010년에 국내 H대학교의 한 연구팀은 한국건설생활환경시험연구소의 독성연구팀과 은 나노 입자의 섭취로 인한 독성에 대해 동물 실험을 한 결과, 나노 입자의 크기에 상관없이 은 나노 물질은 체내에 축적돼 거의 동일한 독성이 나타난다고 발표했습니다. 또한 2011년 미국 O 대학의 연구팀은 은 나노 물질의 경우 수질 상에서 대부분 이온화로 존재하며, 귀금속인 은반지, 은 귀걸이도 이온화 되어 공기나 수질 상에 분산 될 수 있다고 발표했습니다. 이로써 은 나노 물질은 수질을 기반으로 인체에 침투할 가능성이 높으며, 사람들은 은 나노 물질에 노출된 횟수를 파악할 수 없을 만큼 많아질 것이라 예상된다고 했습니다. 따라서 수질 상 저 농도의 은 이온 검출을 필히 연구해야 합니다. 저는 높은 검출감도와 분해 기능을 위해, 분자 수준의 공간 분해 기능이 가능한 나노 물질을 접목시켜 극저농도에서의 은 이온검출에 대해 관심을 가지게 됐습니다.
저는 이황화몰리브덴을 은 이온 검출 시스템에 접목시킨 나노 물질을 생각하고 있습니다. 이황화몰리브덴은 결정 구조의 특성상 자동차용 고체 윤활제 및 석유화학 탈황공정의 촉매 등으로도 사용되고 있습니다. 마찰 특성에 대해서는 그 동안 많은 연구가 진행되어 왔지만, 이황화몰리브덴의 전기적 연구에 대해서는 아직 걸음마 수준이었습니다. 2010년 미국 UC 버클리와 콜롬비아 대학 연구진을 통해 이황화몰리브덴 박막 트랜지스터가 220도 이상의 고온에서도 움직이며, 두 달 동안 안정적인 움직임을 보인다고 발표됐습니다. 이를 계기로 이황화몰리브덴의 전기적 연구가 최근 활발히 진행되기 시작했습니다.
이황화몰리브덴의 폭넓은 응용을 위해서는 이황화몰리브덴의 안정적인 증착과 기능화 방법이 개발되어야합니다. 안정적인 증착의 경우 아직 초기 연구 단계로 두께의 균일성 등에 문제가 있습니다. 기능화의 경우는 그들의 이차원 구조적 이유로 인해 필름이 파괴되는 등의 문제가 있어 연구가 전무한 상태입니다. 따라서 이황화몰리브덴의 연구가 함께 진행이 된다면 이황화몰리브덴의 폭넓은 응용의 필요성 고취와 구체적인 방향성을 제시할 수 있습니다. 이는 연구적 우수성이 크다고 할 수 있습니다.
본 연구를 통해 현장 모니터링이 가능한 은 나노 입자 검출 시스템의 원천 기술이 확보된다면 국민 보건증진에 기여하게 될 뿐만 아니라, 나노–바이오가 융합된 학문의 연구로써 고부가가치 인력 양성 및 다학제간 분야의 우수한 학문적 성과 취득이 기대됩니다.
대통령 Post-Doc. 펠로우십
박사 취득 후 한국분자영양연구소와 BK21 plus에서 연구교수로 재직했습니다. 이 때 시대 흐름뿐만 아니라 연구의 흐름도 빠르게 바뀌고 있다는 것을 느꼈습니다. 하루가 다르게 변화하는 시대에 그 변화를 주도하고 앞서 나가기 위해서 ‘융합을 기반으로 하는 창조적인 발상’이 중요하다고 생각했고, 진취적인 사고로 이런 발상을 이끌어야 된다고 생각했습니다. 이를 계기로 창의적 연구에 도전할 수 있는 기회를 제공하는 ‘대통령 Post-Doc. 펠로우십 과정’에 지원하게 됐습니다.
‘대통령 Post-Doc. 펠로우십 과정’ 선정으로 독립적이면서 좀 더 역동적으로 연구를 수행할 수 있는 환경이 만들어졌다고 생각합니다. 앞서 설명했듯이 점차 새로움을 갈구하는 환경 속에서 연구의 흐름도 빠르게 바뀌고 있는데 이런 흐름에 발맞추고, 더 나아가 변화에 앞서 나갈 수 있는 기회를 제공해 주신 것이라 생각됩니다. 연구 과제의 책임감을 느끼고 연구자 간에 지속적으로 교류하고 협력해 창의적인 연구를 위해 끊임없이 노력할 것이라 다짐하고 있습니다.
연구자는 기쁜 일이 있더라도 자만하지 않고 초심을 잃지 않는 것이 중요합니다. 이러한 부분은 늘 부족한 저에게 깊은 정성을 보내주신 고려대학교 제어계측공학과 민남기 교수님의 영향을 받았습니다. 교수님은 연구적으로 힘든 상황에 처하더라도 정확한 상황 판단을 할 수 있도록 연구 방향을 제시해 주셨습니다. 이런 조언과 깊은 관심이 언제나 큰 힘이 됐고, 아직 부족한 저의 학업이 진보하는데 커다란 지혜가 됐습니다. “학자는 모르는 것을 두려워하지 말고, 배우기 위해 항상 노력하는 사람이다”라고 교수님께서 말씀하신 것을 항상 가슴에 새기면서, 저는 매사 새로운 분야에 대해 도전하기 위해 노력하고 싶습니다. 또한 연구자로서 가지게 되는 아픔과 고통을 이해하고 뿌리 깊은 나무처럼 한결같은 용기를 주시는 어머니와 동생, 그리고 제가 가고자 하는 길을 조건 없이 믿어주시는 아버지께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 부모님께서 가져주시는 관심이 저의 열정이 됐고, 연구에 대한 책임감으로 이어지게 되어 조금씩 미래에 대해 전진하는 현재의 제가 있지 않았나 싶습니다.
단기적으로는 은 이온 검출 시스템인 나노바이오 센서 개발을 목표로 하고 있습니다. 극미량 검출을 위해서는 이황화몰리브덴의 접목과 이 물질의 기능화 기술 개발이 필수적이라고 봅니다. 이황화몰리브덴 기능화 기술 확보를 통해 이황화몰리브덴 응용에 대한 연구기반을 구축함으로써 국가적으로나 개인적으로 나노-바이오 기술력의 전반적 향상을 도모할 수 있습니다.
이렇게 차근차근 저의 연구 분야를 확장해 나간다면 국내 과학 산업과 전기전자 분야에 이바지 할 수 있을 것이라 생각됩니다. 점차 기기의 스마트화를 추구하는 환경 속에서 센서의 중요도는 점점 커지고 있습니다. 즉 IT융합의 진전으로 센서가 대부분 기기의 핵심 부품으로 대두되고 있지만, 국내 수요의 약 80% 이상을 수입에 의존할 만큼 국내 기술력은 아직 취약합니다. 저는 국내 센서 산업을 부흥시키기 위해 끊임없는 관련 연구와 고급 인력 양성에 매진하고 싶습니다.