국립창원대, '전기장 이용한 그래핀 표면 기능화 기술' 개발

[창원=뉴시스]홍정명 기자 = 국립창원대학교는 기계공학부 윤태영 교수 연구팀이 고려대학교, 금오공과대학교, 스티븐스공과대학교와 협력 연구를 통해 '전기장을 이용한 그래핀 표면 기능화 기술'을 개발했다고 18일 밝혔다. 이를 통해 그래핀의 친수성 및 소수성 특성을 정밀하게 조절할 수 있음을 규명하는데도 성공했다.

협력 연구팀은 Hydrophobin I(이하 HFBI) 단백질과 그래핀의 상호작용을 분석하고, 외부 전기장의 강도 및 방향을 조절하여 그래핀의 표면 특성을 선택적으로 변화시키는 메커니즘을 규명했다.

'그래핀'은 우수한 전기 전도성과 넓은 표면적을 가지고 있지만, 생체 적합성이 낮아 바이오메디컬 및 화학 센서 응용에는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 친수성과 소수성을 조절할 수 있는 HFBI 단백질을 그래핀 표면에 기능화하는 방식을 제안하고, 전기장을 적용하여 단백질 정렬 제어 연구를 진행했다.

그리고 분자동역학 시뮬레이션을 활용해 연구한 결과, Z축 방향의 전기장이 HFBI 단백질의 정렬을 가장 효과적으로 조절할 수 있는 조건임을 확인했다.

연구팀은 이후 다양한 전기장 조건을 적용한 결과, 특정 전기장 방향에서 HFBI 단백질의 친수성 또는 소수성 패치가 그래핀 표면에 선택적으로 배향되며, 이를 통해 그래핀의 표면 특성을 조절할 수 있음을 밝혀냈다.

또한 HFBI 단백질 내 전하를 띠는 아미노산의 전기적 상호작용이 그래핀 표면에서의 기능화에 중요한 역할을 하며, 특정 전기장 조건에서 HFBI-그래핀 복합체의 결합 에너지가 극대화되는 사실도 확인했다.

국립창원대 윤태영 교수는 "이번에 공동 협력 연구팀이 개발한 '전기장을 이용한 그래핀 표면 기능화 기술'은 기존의 화학적 변형 없이 그래핀의 친수성 및 소수성을 조절할 수 있다는 점에서 바이오센서, 바이오전극 개발, 조직 공학 및 신약 개발, 전자 소재 및 친환경 코팅 기술 등 다양한 분야에서 응용할 수 있다"고 했다.

그는 "특히 그래핀 표면의 친수성 및 소수성 조절이 가능해짐에 따라 웨어러블 전자기기, 의료용 나노소재, 에너지 저장장치 등에서도 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 국립창원대 윤태영 교수가 공동 제1저자로 참여하고, 고려대학교, 금오공과대학교, 스티븐스공과대학교 연구팀과의 협력 연구를 통해 진행됐다.

연구 성과는 재료과학 코팅 및 필름 분야 저명 학술지 '유기 코팅의 진보'(Progress in Organic Coatings) 최신호에 게재됐다.

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