`근적외선→가시광선` 효율 16배 높였다

사람의 눈으로 식별하기 어려운 근적외선을 흡수해 눈에 보이는 가시광선으로 바꿔주는 '업컨버팅 나노입자'의 효율을 16배 높인 기술이 나왔다
7일 한국연구재단은 김민곤 광주과학기술원(GIST) 교수와 루크 리 UC버클리대 교수가 공동으로 업컨버팅 나노입자의 발광효율을 크게 향상시킨 초승달 모양의 나노안테나를 개발했다고 밝혔다. 낮은 에너지의 근적외선을 높은 에너지의 가시광선으로 효과적으로 변환하는 기술이다. 암 치료, 태양전지, 바이오 이미징, 바이오 센싱 등 다양한 분야에서 적용될 전망이다.
언커버팅 나노입자는 두 개의 광자를 흡수한 에너지를 하나의 큰 광자로 바꾸기 때문에 발광 효율이 낮다는 문제가 있었다. 이 때문에 발광 세기가 강하고, 생체에 적합하고, 조직에 잘 침투한다는 장점에도 불구하고 활용되기 어려웠다.
연구진은 기존의 문제를 해결하기 위해 업컨버팅 나노입자 위에 수나노미터(㎚·10억분의 1m) 두께의 금을 부착하는 방식으로 새 나노안테나 구조체를 개발했다. 초승달과 비슷하게 비대칭성을 띠도록 모양을 조절했다. 그 결과, 빛을 효과적으로 모으고 특정 방향으로 신호를 제어해 내보낼 수 있게 됐다. 안테나의 특정 방향으로 집중된 신호를 확인한 결과 발광효율이 안테나가 없었을 때에 비해 16배 높아졌다. 이 기술은 시야가 좋지 않아도 뚜렷하게 사물을 관찰하도록 도와주는 이미지 센서나, 3차원 위치 분석 등에 쓰일 수 있다. 태양전지 효율 향상에도 활용 가능하다.
김민곤 교수는 "업컨버팅 나노입자와 활성산소를 생성하는 광민감제를 이 안테나 구조체에 적용하면, 특정 암세포에 활성산소를 방출시킴으로써 효과적인 암 치료가 가능해질 것으로 기대된다"고 말했다. 연구 논문은 나노과학 분야 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 실렸다.
[김윤진 기자]