인체 무해한 `실크` 활용 나노 기술 개발
"실크를 활용한 수성 전자빔 리소그래피"
실크 단백질은 기본적으로 훌륭한 기계적, 화학적 특성을 지니며 기본적으로 생체 친화적이라 의공학 소재로 많은 관심을 받고 있다. 최근 필름으로 구현하였을 때 광학적으로 투명하다는 점이 알려져 이를 나노 광자학과 결합하였을 때 인체 집적이 가능한 광학기반 바이오 소자의 구현이 가능하리라 기대되고 있다. 이러한 큰 연구 흐름 속에서 나노 소자를 구현하기 위한 다양한 패터닝 기술이 연구되어 왔다.

최근 바이오 분야에 많은 장점을 지닌 실크 단백질이 전자빔 사진공정에 필요한 레지스트 물질로 활용될 수 있다는 것을 입증한 연구결과가 보고되었다. 실크 필름에 직접적으로 패턴을 입힐 수 있다는 장점과 더불어 역으로 실크 필름이 기존의 물질을 대체할 수 있음을 보여주었다. 기존의 상용화된 물질에 비견할 수 있는 가격 경쟁력과 성능적인 우수성을 지님을 입증하였고, 가장 중요한 결과인 모든 공정에 수반되는 화학물질이 오직 '물'이라는 친환경적 공정이 가능하다.


위 연구성과는 나노분야의 세계적 권위지인 네이처나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 4월호 표지논문으로 게재됐다. 논문은 그린 나노 공정 물질로서의 실크에 대한 것으로 '실크를 활용한 수성 전자빔 리소그래피(All-water-based electron-beam lithography using silk as a resist)'라는 제목이다. 김성환 교수가 제1저자로 참여했고 미국 터프츠대학 의공학과의 오메네토 교수팀도 함께 했다.

 
 
김성환 교수와 오메네토 교수팀은 논문을 통해 누에고치에서 추출한 천연 실크 단백질을 나노
수준의 공정에서 사용할 수 있으며 그 과정에서 수반되는 물질은 오직 물 뿐으로 친환경적·생체
친화적 공정이 실현 가능함을 보여줬다. 나노 소자를 만들기 위해 첫 단계 공정에 활용되는 리소그래피 방식에는 전자빔이나 빛에 반응하는 레지스트(resist)라는 물질이 필수적인데, 김 교수팀은 천연 실크를 레지스트로 활용한 것. 현재 반도체 칩 제작을 비롯한 나노 수준 공정에는 벤젠 등 유독 화학물질이 쓰이고 있다. 이 점은 그동안 나노 기술을 바이오 분야에 응용하는 데 있어 넘어야 할 한계로 여겨져 왔다.
 
 

한편 연구팀은 논문에서 실크 레지스트에 효소와 같은 바이오 기능성 물질을 결합해 나노 단위의 바이오 센서나 바이오 마커에 활용할 수 있다는 것도 밝혀냈다. 실크를 활용하면 아주 적은 양의 체액이나 혈액에도 반응하는 고효율의 바이오 기기를 만들 수 있다.

본 연구는 최근 친환경적 나노 소자 구현을 위한 기반 물질로서의 실크에 대한 연구가 활발히 이뤄져 왔고, 이번 논문은 실크라는 천연 소재가 나노 기술(NT)과 정보 기술(IT)뿐 아니라 바이오 기술(BT)까지 융합할 수 있는 기반 물질임을 보여줬다는데 그 의의가 있다.