바이오인

Bioin스페셜 WebZine 2011년 21호 [바이오 융합기술]

그래핀 기반의 나노바이오 융합 기술

서태석 /한국과학기술원 생명화학공학과 교수
 

1. 서론
 
최근 나노 기술의 눈부신 발전에 힘입어 나노입자, 나노선, 나노디바이스 등 나노소재의 고감도성, 고특이성, 고선택성 특징을 바이오에 접목시킴으로써 기존에 바이오 분석 툴로서 접근할 수 없었던 영역 탐구가 가능하게 되었다. 이러한 흐름에 따라 나노바이오라는 연구분야가 세간의 관심을 갖게 되었고, 나노와 바이오의 융합 기술을 이용한 바이오 메디컬, 나노메디슨 및 바이오칩/센서 시장이 확대되고 있는 추세이다. 다양한 나노소재 중 최근에는 그래핀이라는 신소재가 기존의 다른 카본 소재(0차원의 풀러렌, 1차원의 카본나노튜브 등) 보다 우수한 전기적, 물리적, 광학적 특성을 보임으로 해서 많은 연구와 이를 이용한 상용화 움직임이 활발히 진행되고 있다. 2004년 영국 맨체스터 대학교의 안드레 가임 팀이 처음 만들어 낸 그래핀 (Graphene)은 원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소 구조체로서 차세대 유망 나노 재료로 각광을 받고 있으며, 그래핀 개발자인 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수는 그 공로로 2010년 노벨물리학상을 수상하였다. 그래핀의 특이한 물리적 성질은 그래핀 내의 전자들이 정지 질량이 없는 상대론적 입자처럼 행동하고 약 초속 1백만 미터로 움직임으로써 실리콘에 비해 100배 이상으로 전자 이동 속도를 나타낸다는 점이다. 또한 그래핀의 제작은 흑연 (graphite)으로부터 기계적 혹은 화학적인 방법으로 손쉽게 얻을 수가 있고 대면적 나노 층으로 제조할 수도 있어 기존의 카본 나노 튜브 형태에 비해 센서 제작의 재현성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 모양 및 여러 개의 그래핀 어레이를 저비용으로 제작할 수 있다. 강도는 강철보다 100배 강하고, 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명하며, 그래핀 표면은 π-π stacking에 의해 다양한 유기/바이오 물질들과 특이적 결합을 유도할 수 있다. 이러한 우수한 그래핀의 특성으로 인해 그 응용 분야는 무궁무진 할 것으로 예측되고 있으며, 본 리포트에서는 그래핀의 바이오 분야 응용에 대해 지금까지 진행되어 온 연구 성과를 1. 그래핀 합성, 2. 바이오 물질 질량 분석의 메트리스, 3. 라만 산란 측정의 증폭 메트리스, 4. 약물전달을 위한 그래핀 구조체, 5. 전계효과 트랜지스터를 통한 바이오 센서, 6. 산화 그래핀의 광학적 특성을 이용한 바이오 응용 분야로 나눠 간략하게 소개하고자 한다.

................계속

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