물 위를 구르는 나노 로드

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-21

최근 연구에서, 연구진은 나노 로드가 물 표면을 나아갈 수 있는지에 대한 가능성을 조사했다. 거시적 규모에서, 가장 가까운 비유는 통나무 타기라고 할 수 있는데, 통나무가 물 위를 구르는 동안 두 경쟁자들은 그 위에서 가장 오랫동안 균형을 유지하려고 노력한다. 그러나 경쟁자들이 그 통나무 위에서 걷고 있기 때문에 통나무가 굴러가는 반면에, 나노 로드는 광선에 의해서 전기적으로 분극화되기 때문에 굴러간다. 시카고에 위치한 일리노이 대학의 연구원인 Lela Vukovi? 와 Petr Kral는 그러한 물 위를 구르는 나노 로드의 모델을 개발했다. 분자 동역학 전산 시늉을 사용하여, 과학자들은 어떻게 3-10나노미터의 직경을 가진 나노 로드가 나노 초당 5나노미터의 진행 속도로 물 위를 구르는 것을 보여주었다. 그들의 연구 결과는 Physical Review Letters에 게재되었다. “유체 위에서 나노 개체를 움직이는 것은 중력의 관계가 적기 때문에 거시적 개체를 움직이는 것보다 더 간단할 지 모른다. 우리는 심각하게 공기나 액체 표면에 나노 로드를 굴리는 것을 조사한 최초의 연구원들이다. 나노 로드를 굴리는 우리의 전산 시늉은 우리가 사용한 원칙이 물거미나 일부 도마뱀이 물 위를 걷는 것과 같은 자연의 원칙과 비슷하거나 동일하다는 것을 확인했다.”라고Vukovi?가 말했다. 물 위에 나노 로드를 굴리기 위해서, 과학자들은 어떻게 물 표면에 기대어 있는 나노 로드가 빛 광선으로 전하를 띠게 되는지 설명했다. 빛은 광자를 흡수하는 분자의 일부인 나노 로드의 발색단을 여기 시킨다. 그래서 나노튜브의 분극된 발색단은 물의 고 극성 분자들에 점차 끌리게 되며 이로 인해 나노 로드가 구른다. 나노 로드의 회전 속도와 발색단에 도달하는 빛살의 시간을 일치시킴에 의해서 연구원들은 나노 로드가 꾸준한 속도로 구르는 것을 이론적으로 보여주었다. 과학자들이 설명한 대로, 나노 로드는 최소한으로 미끄러지면서 나아가기 위하여 물 표면과 충분히 협력해야 하고 그것은 깊숙이 잠기고 물을 많이 밀어내야만 한다. 어떻게 나노 로드가 가장 효율적으로 구를 수 있는지를 확인하기 위하여, 과학자들은 나노 로드와 물의 경계면을 분석하였다. 연구원들은 나노 로드가 물 위를 구를 때 개체들을 당길 수 있어야만 한다는 것을 확인했다. 이 능력은 세포 수준의 나노 크기의 짐을 운반하는 시스템을 가능하게 하는데, 이것은 큰 단백질 조작과 같은 생물학적 응용에 유용하다. "잠재적으로 우리는 액체 표면 위에 동시에 제어할 수 있는 나노 개체의 배열을 상상할 수 있다. 이러한 개체는 감지 또는 자료 작성에서 다양한 응용을 할 수 있다. 우리는 또한 나노 로드를 이용하여 유체 표면에 짐을 자율적으로 끌 수도 있다.”라고 Kral이 말했다. 그들은 새로운 종류의 응용을 위해서 물고기 배와 같은 작은 그물을 준비할 수 있다. “우리는 아마 가까운 미래에 있을 우리의 첫 번째 실험이 행해진 후에 이러한 시스템의 실제 기능에 관해서 더 잘 알 수 있을 것이다.”라고 그는 덧붙였다. (그림) 전기적으로 조정되는 나노로드 모델이 물 표면에서 구를 수 있다. 분극된 발색단 (빨강)은 물의 극성 분자를 유인한다. light.jpg 출처 : http://www.physorg.com/news180352909.html