나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 선전(深圳, 심천) 선진기술 연구원의 왕자훙(王佳宏, 왕자굉) 연구원 연구팀은 최근 2차원 실리콘 나노 시트의 특정 방향 분리 및 바이오 광학 응용에서 혁신성과를 얻었음.

실리콘은 인체의 기본 구성 원소로서 실리콘 베이스 나노 소재는 생체 호환성과 생분해성을 가지고 있음. 근적외선 라만 이미지 및 광과 열 치료를 통합한 2차원 단일 품질 실리콘 나노 시트는 임상 나노의학에서 이미징 기반의 암 치료를 실현할 수 있을 것으로 전망됨.

단일 품질 실리콘은 일종의 큐빅 결정계의 비(非) 반 데르 발스(Van der Waals)(non-vdW) 소재에 속하기 때문에 직접 2차원 시트 층 구조를 얻기가 매우 어려움. 실리콘의 {111} 면(面)은 {100}과 {110} 결정 면(面)보다 더욱 낮은 표면 에너지를 가지고 있기 때문에 {100}과 {110}의 결정체 실리콘의 분리를 통해 충분히 노출되는 {111} 면의 2차원 실리콘 나노 시트(Si NSs)를 합성해 낼 수 있음.

연구팀은 유황 요오드 공동보조 화학 기상 증착 방법으로 충분한 노출이 가능한 {111} 면(面)의 8면체 실리콘을 제조하고, 간단한 초음파 액체 위상 박리기술을 이용하면 2차원 실리콘 나노 시트의 대량 제조를 할 수 있다는 점을 발견하였는데 가로 사이즈는 약 200nm에 달하고, 평균 두께는 약 13nm 수준에 달하는 것으로 나타났음.

연구팀은 근적외선 광이 가시광선보다 더욱 강한 조직 관통 능력을 가지고 있다는 점을 이용하여 파장이 785nm에 달하는 레이저로 SiNSs는 비교적 강한 라만 산란 신호를 발생함을 입증하였으며, 단백질과 유기물의 신호에 대한 구분을 실행하여 세포 내부의 바이오 광이미지를 형성하였음.

그 외, SiNSs는 1064nm 위치에서의 소광(消光) 계수(系數)는 11.3 L·g–1·cm–1 수준, 광 열 전환 효율은 21.4%에 달하여 NIR-II 구역의 광 흡수를 통해 열로 전환할 수 있어, 효율적으로 암 세포를 제거할 수 있었음. 연구팀은 동 결과를 통해 SiNSs를 암 치료에 사용할 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 결정 면(面) 선택성 분리 전략은 비(非) 반 데르 발스 소재의 2차원 나노 구조 제조를 위해 참고 자료를 제공한 상황임.

SiNSs는 우수한 적외선 바이오 광학 특성과 양호한 생체 호환성을 가지고 있기 때문에 미래 나노 의약 분야에서 더욱 심층적인 발전을 기대할 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Small’ ("From Octahedron Crystals to 2D Silicon Nanosheets: Facet-Selective Cleavage and Biophotonic Applications") 지에 게재됨.