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한빛사논문

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양영인
양영인Young In Yang

서울대학교

Angew. Chem.-Int. Edit., Article first published online: 14 APR 2011 | DOI: 10.1002/anie.201008097 Simultaneous Optical Monitoring of the Overgrowth Modes of Individual Asymmetric Hybrid Nanoparticles

Abstract

Young In Yang1,‡, Eunhye Jeong2,‡, Dr. Inhee Choi1, Suseung Lee1, Hyeon Don Song1, Kihoon Kim2, Prof. Yeonho Choi3, Prof. Taewook Kang2, Prof. Jongheop Yi1

1World Class University Program of Chemical Convergence for Energy & Environment, Institute of Chemical Processes, School of Chemical and Biological Engineering, Seoul National University, Seoul, 151-744 (Republic of Korea)
2Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Sogang University, Seoul, 121-742 (Republic of Korea)
3Department of Biomedical Engineering, Korea University, Seoul, 136-703 (Republic of Korea)

Email: Prof. Yeonho Choi, Prof. Taewook Kang, Prof. Jongheop Yi

†This work was supported by a grant No. 101-082-032 from the Ministry of Environment, Korea, WCU (World Class University) program through the Korea Science and Engineering Foundation funded by the Ministry of Education, Science and Technology (R31-10013), and a grant (code No. 2010K000352) from “Center for Nanostructured Materials Technology” under “21st Century Frontier R&D Programs” of the Ministry of Education, Science and Technology, Korea. It was also supported by the Sogang University research grant, the Korea Research Foundation Grant funded by the Korea Government (MOEHRD, Basic Research Promotion Fund) (KRF-2008-331-D00134). Y.C. also acknowledges financial support from the Basic Science Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education, Science, and Technology (Grant No. 2010-0022077), Korea University (Grant No. K1000681).

‡These authors contributed equally to the work.

A closer look: The growth mechanism of nanoparticles is difficult to elucidate by common UV/Vis and TEM methods, owing to ensemble averaging and 2D projection effects. Single-particle scattering spectra were now used to investigate the overgrowth of gold on gold/polystyrene nanoparticles. Three patterns are readily differentiated, and corresponding overgrowth mechanisms are proposed.

Keywords:dark-field microscopy;nanoparticles;organic-inorganic hybrid composites;overgrowth;real-time monitoring

논문정보

관련 인터뷰

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명 서로 다른 조성을 가지는 물질이 하나의 입자에 공존하는 hybrid nanoparticle은 targeting, imaging, therapy 등의 여러 기능성을 하나의 나노 입자에 부여할 수 있다는 장점이 있으므로 바이오·의료 분야에서 많은 각광을 받고 있으며, 이러한 물질의 합성을 위한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 액상 조건에서 균일한 형태 및 크기를 입자를 높은 수율로 얻는 것에는 많은 한계가 있는데, 이는 heterogeneous nanoparticle이 생성되거나 overgrowth되는 정보를 잘 알지 못하기 때문입니다. 따라서 나노 입자의 성장 메커니즘을 규명하는 것은 나노 입자를 원하는 모양과 크기로 정밀하게 합성하기 위한 핵심적인 조건이라 할 수 있습니다. 현재까지는 나노 입자의 성장 메커니즘을 관찰하기 위해 주로 액상에 존재하는 수 많은 나노 입자의 평균적(ensemble average effect)인 성장 과정을 보는 UV-vis spectroscopy를 사용하거나, in-situ TEM을 통해 평면에 투영된 나노 입자의 형태 변화를 관찰함으로써 입자의 성장을 추론하였습니다. 이러한 방법은 개별 나노 입자의 3차원적인 성장을 규명하는데 한계가 있으며, 이는 사용 목적에 맞게 정밀하게 입자를 제어하는 데 큰 어려움으로 지적되어 왔습니다. 이에 우리 연구팀은 금속 나노 입자에 빛을 조사할 경우 입자의 크기 또는 형태에 따라 특이한 산란 스펙트럼을 얻을 수 있다는 점에 착안, microfluidic system을 제작하여 dark-field microscope에 장착한 뒤 용액 상에서 일어나는 gold/PS dimer의 overgrowth 과정을 실시간으로 모니터링 하여, 동일한 성장 조건임에도 불구하고 세 가지 모드의 성장 메커니즘이 존재한다는 것을 규명하였습니다. 이 연구에서 제안한 나노 입자의 성장을 관찰하는 방법은 여타의 분석 기법보다 간편한 광학 현미경을 이용하여, 입자의 3차원 구조를 이미지의 왜곡 없이 유추할 수 있을 뿐만 아니라 단일 나노 입자의 변화를 관찰할 수 있는 기술입니다. 이 방법은 실제 용액 상에서 일어날 수 있는 다양한 성장 모드를 구별해 낼 수 있다는 점에서 원하는 모양 및 크기를 가진 나노 입자의 정밀한 합성에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다. 서울대학교 공과대학 화학생물공학부 나노공정연구실(Yi's Lab)은 이종협 교수님의 지도 아래 박사과정 학생 11명, 석사과정 학생 10명으로 구성되어 있는 가족 같은 분위기의 즐거운 연구실이며, 1993년 이래로 기업 연구소의 연구원을 포함한 고급 산업 인력과 여러 명의 교수 등 많은 석·박사 인재를 배출하였습니다. 주된 연구 분야는 크게 나노 기반 환경/바이오 센서, 나노 물질 안전성, 나노촉매, 나노 에너지 분야로 나뉘어져 있으며, 각 연구팀 사이에서도 활발한 커뮤니케이션을 통해 연구를 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 다양한 분야의 융합을 통한 convergence technology를 구현하는 것을 주된 목표로 삼고 있으며, 공학적인 마인드로 실생활에 도움이 될 수 있는 기술을 개발하고자 하는 노력을 경주하고 있습니다. * 홈페이지: http://empl.snu.ac.kr 3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 연구라는 것이 항상 생각대로만 진행되지 않고 많은 변수가 존재하기에 수 많은 좌절을 맛보게 되는데, 이는 모든 연구자들의 공통된 상황일 것이라 생각됩니다. 연구를 시작한지 오래되지는 않았지만 이번 논문 발표를 계기로, 연구에는 꾸준함과 긍정적인 사고가 무엇보다 중요함을 느끼게 되었습니다. 어떤 문제가 풀리지 않는다면 지치거나 포기하지 않고 그 이유를 찾고, 다시 앞으로 나아갈 수 있는 원동력으로 삼는 것이 무엇보다 중요하다는 것을 교수님들의 가르침을 통해 알게 되었습니다. 또한 하나의 논문을 완성하기 위해 여러 교수님 및 선후배와 오랜 기간 aggressive하게 토론을 하고 작성된 논문을 수 차례 수정하고 검토하는 과정을 거치며, 연구가 더 나은 방향으로 진행되고 결과에 대한 깊이가 더해져 감을 느꼈으며, 편협함을 버리고 여러 연구자와 협력하는 공동 연구가 매우 중요함을 다시금 깨닫게 되었습니다. 4. 다른 하시고 싶은 이야기들.... 정말 많은 분들의 노력으로 이 논문이 핫 페이퍼 및 인사이드 커버까지 선정되는 결실을 맺게 되었습니다. 혼자서는 결코 불가능했던 일을 이루게 해 주신 모든 분께 머리 숙여 감사드립니다. 우선 밤 늦은 시간까지 같이 실험하면서 많은 토의를 했던 논문의 공동 1저자인 서강대학교 정은혜양에게 고맙다는 말을 전하고 싶습니다. 그리고 결과가 잘 나오지 않더라도 항상 믿어주시고, 연구에 관한 가르침은 물론이거니와 인생을 살아가는 방법에 대한 조언을 아끼지 않으시는 지도 교수님이신 이종협 교수님께 감사드립니다. 또한 연구에 끊임없는 지지를 보내주시고 많은 의견을 제시해 주신 서강대학교 강태욱 교수님, 고려대학교 최연호 교수님께 감사의 마음을 전하며, 항상 의지할 수 있는 유쾌한 우리 "Yi's Lab" 연구원들, 지금은 UC Berkely에서 유학 중이신 영원한 사수, 최인희 박사님께 감사드립니다. 끝으로, 그러나 중요성은 마지막이 아닌, 가족분들께 진심으로 감사하다는 말씀을 드립니다. 다른 분야에서 연구하며 늘 힘이 되어 주는 아내 유미연, 든든한 후원자이신 아버지와 어머니, 동생 영지, 그리고 장인어른, 장모님께 사랑하고 감사하다는 말씀을 전하고 싶습니다.
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‘광학현미경’으로 나노입자 성장과정 분석-서강대 강태욱, 서울대 이종협, 고려대 최연호 교수연구팀 <앙게반테 케미 논문> <서울대 이종협 교수> <서강대 강태욱 교수> <고려대 최연호 교수> 일반적인 광학현미경으로 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 입자성장과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술이 국내 공동 연구팀에 의해 개발되었다. 서강대 강태욱 교수팀(화공생명공학과), 서울대 이종협 교수팀(화학생물공학부), 고려대 최연호 교수팀(생체의공학과)이 수행한 이번 연구는 교육과학기술부 21세기프론티어사업의 나노소재기술개발사업단 및 WCU프로그램의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 화학 분야의 권위 있는 학술지의 하나인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’ 5월호(5월 10일자) 표지논문으로 게재되었고, 편집장이 지정하는 ‘주목받는 논문(Hot paper)’ 으로도 선정되었다. 연구팀은 보통 광학현미경으로는 나노입자를 볼 수 없다는 통설을 깨고 나노 입자의 성장 메커니즘을 규명하는 기법을 발견해 실제 나노입자의 실시간 성정과정을 추적하는데 성공했다. 지금까지는 고가의 전자현미경을 통해 특정 순간의 나노입자를 관찰하거나, 무수히 많은 나노입자의 평균적인 성장과정을 추론할 수 있었다. 그러나 이런 방법은 개개의 나노 입자의 3차원적인 성장을 규명하는데 어려움이 많았다. 연구팀은 금속 나노 입자에 빛을 비출 경우, 입자의 크기 또는 모양에 따라 특이한 산란신호를 나타내는 것에 착안하여 하나의 나노 입자에 대한 광학분석을 시도했다. 연구팀은 금과 폴리스티렌으로 구성된 나노 입자 위에서 금의 성장에 따른 산란된 빛의 변화과정을 실시간으로 관찰하는데 성공함으로써 입자의 3차원 입체구조의 성장과정을 밝혀냈다. 공동연구팀 강태욱 교수는 “간편한 광학 현미경을 이용하여 단일 입자의 3차원 구조 및 성장패턴을 이미지 왜곡 없이 유추 할 수 있게 됨에 따라, 나노 입자를 원하는 모양 및 크기로 정밀하게 합성하는데 중요한 단서를 제공하게 되었다”고 연구의 의의를 밝혔다. 출처: 교육과학기술부 첨부: 용어 설명 및 그림 설명
  • Bio통신원
  • 2011. 05. 18
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