KAIST 정연식 교수·장민석 교수팀, 적층형 퀀텀닷 나노구조체 ‘최초 구현’“약물 스크리닝 등 바이오 물질 검출 플랫폼으로 활용 가능”“일반 퀀텀닷 필름 대비 7배 이상 높은 발광 효율 기록”
  • ▲ 개발한 3차원 퀀텀닷 패터닝 기술을 활용한 나노구조체 제작 예시 및 광학적 활용.ⓒKAIST
    ▲ 개발한 3차원 퀀텀닷 패터닝 기술을 활용한 나노구조체 제작 예시 및 광학적 활용.ⓒKAIST
    KAIST 신소재공학과 정연식 교수, 전기및전자공학부 장민석 교수, 동국대 최민재 교수 공동 연구팀이 초미세 전사 프린팅 기반으로 3차원 퀀텀닷 구조 제작 기술을 개발하는 성과를 거뒀다.

    27일 KAIST 신소재공학연구팀에 따르면 이 기술은 대부분의 나노입자에 적용될 수 있어 범용성이 뛰어나고 우수한 패턴 품질을 제공할 수 있다. 또한, 프린팅 방식으로 대면적화가 가능해 고성능 소자 양산에 활용할 수도 있다.

    편광 빛에 대한 선택적 반응을 보이는 구조적 비대칭성을 가진 대면적 카이랄 구조체를 구현해 기존 최고 기록인 19도 대비 향상된 약 21도의 세계 최고 수준 원편광 이색성(Circular dichroism) 성능을 달성했다. 

    따라서 이 기술은 카이랄 특성을 가진 바이오 물질들을 검출할 수 있는 플랫폼으로 활용될 수 있으며, 높은 반응성 덕분에 더 정밀하고 빠른 약물 스크리닝이 가능할 것으로 기대된다.

    장민석 교수팀이 설계한 그물 형태의 퀀텀닷 나노 패턴을 해당 기술을 활용해 실험적으로 구현한 결과, 일반 퀀텀닷 필름 대비, 약 7배 이상 높은 발광 효율을 달성해 향후 고성능 퀀텀닷 디스플레이 소자에의 응용 가능성을 보였다.

    연구를 주도한 KAIST 정연식 교수는 “이번 연구는 퀀텀닷뿐만 아니라 다양한 고성능 콜로이드 소재를 3차원 나노 구조화함으로써 차세대 광학 메타물질 및 고감도 바이오센서 분야 등에서 새로운 장을 열 것으로 기대된다”며 “광학 설계 및 분석 연구와 초미세 나노공정 기술이 융합해 이룬 성공 사례의 하나로도 볼 수 있다”고 말했다. 

    KAIST 신소재공학과 김건영 박사와 전기및전자공학부 김신호 박사가 공동 제1 저자로 연구를 주도한 이번 연구는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 8월 14일 게재됐다.

    한편 원편광 이색성(Circular dichroism)은 광학 활성이 있는 물질이 왼쪽과 오른쪽의 편광을 다르게 흡수해 나타나는 현상을 말한다. 주로 단백질 등 유기화합물들의 구조체를 분석하는 용도로 활용되는 원편광 이색성은 높은 원편광이색성(단위 ‘도’) 세기를 갖는 물질을 활용할수록 더욱 정밀하고 빠른 검출이 가능해졌다. 이론적으로 구현할 수 있는 최댓값은 45도다.