한국과학기술연구원(KIST)이 지구 생태계 교란 주범인 미세먼지와 미세플라스틱을 효과적으로 제어하는 원천기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
KIST 국가기반기술연구본부 센서시스템 연구센터 유용상 박사팀은 서울대 전기·정보공학부 이신두 교수팀과 공동연구를 통해 머리카락 1/1000 굵기인 20나노미터(nm) 수준의 유체(Fluid) 내 초미세 부유 입자를 효율적으로 포획하는 나노갭 전극을 개발했다.
이 기술이 공기 또는 물 필터에 활용될 경우 건전지 정도의 저전압으로도 미세먼지, 나노 플라스틱, 바이러스, 세균, 박테리아 등 다양한 미세 부유 입자의 실시간 검출과 제거를 할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
그동안 전 세계 학계에선 나노 단위의 입자를 손상 없이 조작할 수 있는 기술을 개발하기 위한 노력을 기울여왔다. 그 대표적 결과로 2018년 노벨물리학상을 수상한 광 집게 기술이 있다.
하지만 100nm 이하 입자를 포집·선별·정제·농축하는 메커니즘을 일반적인 대기 및 물 환경에서 대면적·대용량화 하는 데 기술적 한계가 있어 상용화는 더뎠다.
이에 공동연구진은 다양한 전극 구조를 실험하던 중 수직 배열의 비대칭 전극이 기존 수평 배열보다 10배 이상 더 큰 유전영동 힘을 발생시킨다는 사실을 밝혀냈다.
이를 통해 전극 주변부에 불균일한 전기장을 형성해 주변 입자를 전극부로 끌어오거나 밀어내는 유전영동 집게 기술을 가능하게 하는 나노갭 전극 대면적화에 성공했다.
이번 연구에 따라 나노갭 전극 상용화의 최대 걸림돌이었던 대면적화와 비용 절감이 동시에 가능해졌다. 새로운 유전영동 기술을 활용하면 최대 5000원으로 LP 레코드판 크기의 나노갭 전극을 제작할 수 있다.
본 연구 제 1저자 KISTI 유의상 박사는 “이번 성과는 향후 종류나 환경에 상관없는 나노 크기 입자의 선별 정제 기술로 응용될 수 있다”고 밝혔다.
연구책임자인 KIST 유용상 박사는 “이를 바탕으로 다양한 사회 문제 해결과 인류의 삶의 질 향상에 전반적으로 기여할 수 있게 되길 바란다”고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받은 KIST 주요사업과 삼성전자 미래기술육성센터 사업으로 수행됐으며 융합기술분야 나노바이오 분야의 최고 권위지인 ‘Nature Communications’ (IF: 11.878, JCR 분야 상위 6.52%) 최신 호에 게재됐다.
