지난 4월7일 교육과학기술부는 2010년 창의적연구사업 13개 연구단을 선정했다. 이 사업은 개인 연구과제로는 가장 큰 연구비 규모를 자랑하고 있으며, 국내외적으로 활발한 연구활동 및 뚜렷한 연구성과를 낸 연구자들에게 지원되고 있다. 3년마다 단계평가를 실시하여 최장 9년 동안 진행되게 될 이 사업은 창조적인 연구를 통해 국가과학기술 발전에 크게 이바지하고 있다는 평을 받고 있다. 차국헌 교수도 이번 창의적연구사업에 선정 돼 ‘지능형 유도조합체 연구’라는 주제를 갖고 연구 활동에 돌입했다.

생체를 모사하고 과학기술에 접목
차국헌 교수(지능형 유도조합체 연구단)가 이번 창의적연구사업에 선정될 수 있었던 이유는 그동안의 활발한 연구활동 및 우수한 연구성과가 있었기에 가능한 일이었다. 지난 2003년에는 반도체 칩 속도를 2배 향상시키면서 소비전력을 30% 이상 줄일 수 있는 세계 최고 수준의 반도체용 저유전물질을 개발하였고, 지난 2009년에는 학내의 공동연구를 통해 높은 색순도를 지니는 고효율 녹색 양자점 LED 개발하기도 했었다. 차 교수는 “연구자 개인에게 지원되는 연구사업 중 가장 큰 규모의 사업을 진행하게 되어 감회가 남다르며 저를 믿고 선정해 주신데 진심으로 감사를 표합니다”는 소감을 전하며 “기존에 해왔던 연구를 확장시키고 새로운 학문을 창출하여 국가 기초학문 발전에 이바지하고 기대에 부응할 수 있는 최우수 연구성과를 도출하는데 주력하겠습니다”라는 포부를 밝혔다.
연구단이 수행하게 될 연구는 지능형 유도조합체 연구로서 자연에서 관찰할 수 있는 특이한 기능을 지닌 생체를 모사하고 이를 과학기술에 접목시키는 연구라고 볼 수 있다. 자연에서 관찰할 수 있는 특이한 생체구조를 살펴보면 다양한 특성길이가 복합된 계층적 구조와 유무기 물질이 조합화된 나노구조를 지니고 있다.
연구단에서는 이러한 생체모사에서 얻을 수 있는 재료화학 측면에서의 구조적인 특성인 유/무기 나노물질의 조합화 (Hybridi zation) 및 유도조립화(Directed Assembly)를 통해 계층적인 구조 (Hierarchical Structure)를 가진 지능형 유도조합체를 설계하고 제조할 수 있는 플랫폼을 제시하는 것이다. 이러한 기반 기술을 통해 바이오 메디컬 분야 및 에너지/환경 분야에 능동적으로 적용할 수 있는 다기능 지능형 유도조합체 시스템을 구현하는 것을 주 연구목표로 하고 있다.
차국헌 교수는 “생체모사에서 얻을 수 있는 재료화학 측면에서의 구조적인 특성인 유·무기 나노물질의 조합화 및 유도조립화를 통해 계층적인 구조를 지닌 지능형 유도조합체 설계를 완성하는데 매진하겠습니다”라고 전했다.

축적된 경험 및 지식 통해 우수 연구성과 도출

나노입자, 나노튜브(막대), 판상 그래핀(graphene) 및 콜로이드와 같은 유/무기 나노물질은 그 제조된 형태(차원)에 따라 특이한 기능을 지니고 있다. 지능형 유도조합체 연구단은 자연으로부터 이들의 기능 및 성능을 극대화하기 위해서 다양한 차원 및 크기를 가진 기능성 나노물질들을 조합화(Hybridization)시키고, 유도조립화(Directed Assembly) 및 계층화된 구조(Hierarchical Structure)로 구현되어야 한다는 결론을 내렸다.
이에 분자수준에서 다양한 차원을 가진 기능성 유무기 나노물질을 제조하는 합성 능력 및 나노물질의 표면개질 등의 화학적 조작을 통한 나노물질들의 조합화를 바탕으로, 유도조립 및 계층적 가공 능력 및 다양한 비전통 패터닝 기법을 이용하여 계층화된 조합체를 유도조립할 수 있는 체계적인 기반기술을 갖추기 위해 준비하고 있다. 이러한 생체모사와 같은 나노물질의 융·복합기술을 확립하고 응용하기 위해서는 나노물질 간의 상호작용 및 계면 현상에 대한 이해를 기반으로 다양한 유무기 나노물질 합성법을 확립하고, 구현된 계층적 유도조합체의 체계적인 구조분석을 위한 신개념 구조분석 방법(TEM Tomograph, XFEL 등)이 필요하다. 차국헌 교수는 “저희 연구단은 이러한 융복합 연구를 다년간 수행한 경험을 바탕으로 본 연구를 우수하게 수행해 나갈 수 있을 것으로 확신합니다”라며 강한 자신감을 내비쳤다.

에너지, 환경기술 분야에 크게 기여할 것으로

나노물질들을 유도조합화하기 위해서는 나노물질 간에 원천적으로 존재하는 응집현상을 최소화 하는 것이 중요하며, 나노물질들을 원하는 위치에 원하는 형상으로 배치할 수 있는 다양한 유도조립 기술의 확립이 중요하다. 차국헌 교수는 “나노물질간의 상호작용을 조절하고, 표면개질을 위해 다양한 신규 고분자 합성법을 확립하여 감응성 유기/고분자 물질을 무기 나노물질에 결합시키고, 외부 전기장 또는 자기장의 존재 하에 나노물질의 유도조립을 구현할 수 있는 방법을 고찰하고 확립하는데 총력을 기울일 것입니다”라고 전했다.
이와 함께 다양한 특성길이를 함유한 유도조합체의 복합구조에 따른 기능 발현에 대한 상관관계를 체계적으로 확립하고, 현재 에너지/환경 위기 및 건강복지의 불확실성에서 해방될 수 있는 새로운 패러다임의 유도조합체 플랫폼을 제시함으로써 자연에서 얻은 교훈을 초월하여 실제 산업에 유용하게 응용할 수 있는 기반기술을 확립하는데 매진하겠다는 뜻도 내비쳤다.
창의적연구사업을 통해 연구단은 지능형 유도조합체 제조 및 응용의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대하고 있다. 우선, 설계를 통해 합성한 나노물질들은 원하는 조합체 형성을 위한 표면개질이나 유도조립을 통해 계층적 구조를 구현하고, 첨단 분석기기들을 동원하여 복합구조를 분석함으로써 새로운 과학적 기본 틀을 제시할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 생체적합적 물질이 조합화되고 계층화된 지능형 조합체가 줄기세포 또는 암세포의 상태 및 거동을 감지함으로써 구조가 변하거나 약물을 방출할 수 있는 나노바이오 관련 연구와 뛰어난 성능 및 효율을 지닌 반도체 나노물질에 가공성이 좋고 연성이 있는 고분자 물질을 추가하고 조합하여 원하는 위치에 원하는 모양의 패턴을 형성하여 태양전지 및 발광소자 등의 능동소자 제작을 통한 에너지, 환경 기술분야에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.