유해 용매 사용없이 친환경 박막태양전지 대량생산 길 열어 - 지구상에 많은 값싸고 친환경적인 원소로 이루어진 박막태양전지 기술 개발 - 유해 화학용매 없이 기계적 반응만으로 태양전지 원료 생산 공정 혁신 유리와 같은 값싼 재료 위에 붙일 수 있는 얇은 태양전지인 박막태양전지는 원가가 저렴하고 다양하게 활용할 수 있어 미래 태양광 기술로 주목받고 있다. 하지만 제작공정이 까다로워 상용화에 걸림돌이 되어왔다. 국내 연구진이 인체에 유해한 화학 용매 없이 원료들을 기계적으로 회전시켜 박막태양전지에 쓰이는 나노결정을 개발했다. 개발한 공정은 기존 유해 화학용매를 사용한 것보다 10시간 이상 시간을 단축할 수 있고 원료로 사용된 원소들 역시 지구상에 많이 존재하는 원소로 이루어져 원료비 절감효과까지 있는 것으로 밝혀졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 이도권 박사(광전하이브리드연구센터), 조소혜 박사(물질구조제어연구단) 공동 연구팀은 초저가 박막태양전지 제조에 필요한 나노결정(나노분말) 잉크를 유해 화학용매의 사용 없이 지구상에 많이 존재하는 원소만으로 손쉽게 대량으로 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노기술 분야의 국제학술지 나노스케일(Nanoscale) 온라인판에 "Solvent-Free Synthesis of Cu2ZnSnS4 Nanocrystals: A Facile, Green, Up-scalable Route for Low Cost Photovoltaic Cells"의 제목으로 9월 게재되었다. 본 연구는 무독성 원료를 사용하여 생산 공정의 혁신을 주도하는 등 연구의 우수성 및 참신함을 인정받아 10월 21일자 표지논문으로 선정되었다. <그림 1> 지금까지 주로 개발된 박막태양전지는 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄) 또는 CdTe(카드뮴-테릴륨) 화합물에 기반한 것이다. 이들은 인듐, 갈륨, 테릴륨과 같은 희소 원소 또는 카드뮴과 같은 유해 원소로 이루어진데다 값이 비싸 상용화에 어려움이 있었다. 이들을 대체하기 위해 무독성 범용 원소만으로 구성된 CZTS(구리-아연-주석-황) 박막태양전지에 대한 관심이 전 세계적으로 뜨겁다. 지구상에 풍부한 원소를 사용하므로 원료비 절감은 덤으로 따라온다. 연구진 역시 무독성 원소인 CZTS 전지를 더 친환경적, 효율적으로 만드는 방법에 몰두했다. 이러한 박막태양전지를 만드는 데는 다양한 공정 방법이 있는데 연구팀은 그중 가격경쟁력이 높은 프린팅 방법을 사용했다. 프린팅 방법은 나노분말 원료를 잉크로 만들어서 인쇄하듯 태양전지를 만드는 방법으로 다른 공정에 비해 공정처리에 드는 비용이 저렴한 것이 특징이다. 지금까지 많은 국내외 연구자들이 CZTS 나노결정을 제조하기 위해 화학용액 반응법을 사용했다. 그러나 이는 유해한 화학용매를 사용하므로 제조과정에 주의가 요구되며, 높은 온도로 처리해야 하기 때문에 비용이 높고, 반응 후에 오염물질을 남기는 단점이 있었다. 연구팀은 오염을 피하기 위해 구리, 아연, 주석, 황만을 기계화학적으로 반응시켜 CZTS 나노결정을 합성하는 데 성공하였다. 원료 분말들을 큰 구슬(볼)들과 함께 통에 넣은 후 회전시켜 기계적 에너지를 주면 분말들은 분쇄되면서 에너지를 축적하게 되는데 그런 축적과정을 거쳐 자발적인 화학반응에 이르게 된다. 연구팀은 이때 발생하는 반응열에 의해 급격한 화학반응이 연쇄적으로 일어나는 원리를 이용했다. 이 방법은 고온 공정이 필요 없고 용매의 건조, 나노입자 분리, 유기물 제거 등의 공정 단계를 생략할 수 있어 공정 시간을 10시간 이상 획기적으로 단축시킬 수 있다. 연구진은 개발한 나노결정 잉크를 박막태양전지에 활용한 결과 고효율, 초저가, 프린터블 박막태양전지가 제조 가능함을 보여주었다. KIST 연구팀은 “개발된 박막태양전지 제조 기술은 무독성, 범용 원소들로 이루어진 나노결정 원료를 유해한 화학물질을 사용하지 않고 이차적인 오염물질의 생성 없이 대량 생산가능하다는 점에서 획기적”이라며 “또한, 제조된 나노결정이 대기 중에서 1년 이상 화학적, 구조적으로 안정하다는 것이 확인되어 분말공정을 이용한 박막태양전지의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 KIST의 기관고유연구사업 및 기초기술연구회 NAP(National Agenda Project)사업의 연구비 지원으로 수행되었다. <연구진> 이도권 박사 조소혜 박사 <참고 이미지 자료> 1. Nanoscale지 : 구리, 아연, 주석, 황으로 이루어진 원료 입자가 기계화학적 반응을 통해 CZTS(구리-아연-주석-황) 화합물 나노결정으로 합성되는 과정을 나타냄. <연구내용 요약용 이미지>

유해 용매 사용없이 친환경 박막태양전지 대량생산 길 열어 - 지구상에 많은 값싸고 친환경적인 원소로 이루어진 박막태양전지 기술 개발 - 유해 화학용매 없이 기계적 반응만으로 태양전지 원료 생산 공정 혁신 유리와 같은 값싼 재료 위에 붙일 수 있는 얇은 태양전지인 박막태양전지는 원가가 저렴하고 다양하게 활용할 수 있어 미래 태양광 기술로 주목받고 있다. 하지만 제작공정이 까다로워 상용화에 걸림돌이 되어왔다. 국내 연구진이 인체에 유해한 화학 용매 없이 원료들을 기계적으로 회전시켜 박막태양전지에 쓰이는 나노결정을 개발했다. 개발한 공정은 기존 유해 화학용매를 사용한 것보다 10시간 이상 시간을 단축할 수 있고 원료로 사용된 원소들 역시 지구상에 많이 존재하는 원소로 이루어져 원료비 절감효과까지 있는 것으로 밝혀졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 이도권 박사(광전하이브리드연구센터), 조소혜 박사(물질구조제어연구단) 공동 연구팀은 초저가 박막태양전지 제조에 필요한 나노결정(나노분말) 잉크를 유해 화학용매의 사용 없이 지구상에 많이 존재하는 원소만으로 손쉽게 대량으로 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노기술 분야의 국제학술지 나노스케일(Nanoscale) 온라인판에 "Solvent-Free Synthesis of Cu2ZnSnS4 Nanocrystals: A Facile, Green, Up-scalable Route for Low Cost Photovoltaic Cells"의 제목으로 9월 게재되었다. 본 연구는 무독성 원료를 사용하여 생산 공정의 혁신을 주도하는 등 연구의 우수성 및 참신함을 인정받아 10월 21일자 표지논문으로 선정되었다. <그림 1> 지금까지 주로 개발된 박막태양전지는 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄) 또는 CdTe(카드뮴-테릴륨) 화합물에 기반한 것이다. 이들은 인듐, 갈륨, 테릴륨과 같은 희소 원소 또는 카드뮴과 같은 유해 원소로 이루어진데다 값이 비싸 상용화에 어려움이 있었다. 이들을 대체하기 위해 무독성 범용 원소만으로 구성된 CZTS(구리-아연-주석-황) 박막태양전지에 대한 관심이 전 세계적으로 뜨겁다. 지구상에 풍부한 원소를 사용하므로 원료비 절감은 덤으로 따라온다. 연구진 역시 무독성 원소인 CZTS 전지를 더 친환경적, 효율적으로 만드는 방법에 몰두했다. 이러한 박막태양전지를 만드는 데는 다양한 공정 방법이 있는데 연구팀은 그중 가격경쟁력이 높은 프린팅 방법을 사용했다. 프린팅 방법은 나노분말 원료를 잉크로 만들어서 인쇄하듯 태양전지를 만드는 방법으로 다른 공정에 비해 공정처리에 드는 비용이 저렴한 것이 특징이다. 지금까지 많은 국내외 연구자들이 CZTS 나노결정을 제조하기 위해 화학용액 반응법을 사용했다. 그러나 이는 유해한 화학용매를 사용하므로 제조과정에 주의가 요구되며, 높은 온도로 처리해야 하기 때문에 비용이 높고, 반응 후에 오염물질을 남기는 단점이 있었다. 연구팀은 오염을 피하기 위해 구리, 아연, 주석, 황만을 기계화학적으로 반응시켜 CZTS 나노결정을 합성하는 데 성공하였다. 원료 분말들을 큰 구슬(볼)들과 함께 통에 넣은 후 회전시켜 기계적 에너지를 주면 분말들은 분쇄되면서 에너지를 축적하게 되는데 그런 축적과정을 거쳐 자발적인 화학반응에 이르게 된다. 연구팀은 이때 발생하는 반응열에 의해 급격한 화학반응이 연쇄적으로 일어나는 원리를 이용했다. 이 방법은 고온 공정이 필요 없고 용매의 건조, 나노입자 분리, 유기물 제거 등의 공정 단계를 생략할 수 있어 공정 시간을 10시간 이상 획기적으로 단축시킬 수 있다. 연구진은 개발한 나노결정 잉크를 박막태양전지에 활용한 결과 고효율, 초저가, 프린터블 박막태양전지가 제조 가능함을 보여주었다. KIST 연구팀은 “개발된 박막태양전지 제조 기술은 무독성, 범용 원소들로 이루어진 나노결정 원료를 유해한 화학물질을 사용하지 않고 이차적인 오염물질의 생성 없이 대량 생산가능하다는 점에서 획기적”이라며 “또한, 제조된 나노결정이 대기 중에서 1년 이상 화학적, 구조적으로 안정하다는 것이 확인되어 분말공정을 이용한 박막태양전지의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 KIST의 기관고유연구사업 및 기초기술연구회 NAP(National Agenda Project)사업의 연구비 지원으로 수행되었다. <연구진> 이도권 박사 조소혜 박사 <참고 이미지 자료> 1. Nanoscale지 : 구리, 아연, 주석, 황으로 이루어진 원료 입자가 기계화학적 반응을 통해 CZTS(구리-아연-주석-황) 화합물 나노결정으로 합성되는 과정을 나타냄. <연구내용 요약용 이미지>

유해 용매 사용없이 친환경 박막태양전지 대량생산 길 열어 - 지구상에 많은 값싸고 친환경적인 원소로 이루어진 박막태양전지 기술 개발 - 유해 화학용매 없이 기계적 반응만으로 태양전지 원료 생산 공정 혁신 유리와 같은 값싼 재료 위에 붙일 수 있는 얇은 태양전지인 박막태양전지는 원가가 저렴하고 다양하게 활용할 수 있어 미래 태양광 기술로 주목받고 있다. 하지만 제작공정이 까다로워 상용화에 걸림돌이 되어왔다. 국내 연구진이 인체에 유해한 화학 용매 없이 원료들을 기계적으로 회전시켜 박막태양전지에 쓰이는 나노결정을 개발했다. 개발한 공정은 기존 유해 화학용매를 사용한 것보다 10시간 이상 시간을 단축할 수 있고 원료로 사용된 원소들 역시 지구상에 많이 존재하는 원소로 이루어져 원료비 절감효과까지 있는 것으로 밝혀졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 이도권 박사(광전하이브리드연구센터), 조소혜 박사(물질구조제어연구단) 공동 연구팀은 초저가 박막태양전지 제조에 필요한 나노결정(나노분말) 잉크를 유해 화학용매의 사용 없이 지구상에 많이 존재하는 원소만으로 손쉽게 대량으로 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노기술 분야의 국제학술지 나노스케일(Nanoscale) 온라인판에 "Solvent-Free Synthesis of Cu2ZnSnS4 Nanocrystals: A Facile, Green, Up-scalable Route for Low Cost Photovoltaic Cells"의 제목으로 9월 게재되었다. 본 연구는 무독성 원료를 사용하여 생산 공정의 혁신을 주도하는 등 연구의 우수성 및 참신함을 인정받아 10월 21일자 표지논문으로 선정되었다. <그림 1> 지금까지 주로 개발된 박막태양전지는 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄) 또는 CdTe(카드뮴-테릴륨) 화합물에 기반한 것이다. 이들은 인듐, 갈륨, 테릴륨과 같은 희소 원소 또는 카드뮴과 같은 유해 원소로 이루어진데다 값이 비싸 상용화에 어려움이 있었다. 이들을 대체하기 위해 무독성 범용 원소만으로 구성된 CZTS(구리-아연-주석-황) 박막태양전지에 대한 관심이 전 세계적으로 뜨겁다. 지구상에 풍부한 원소를 사용하므로 원료비 절감은 덤으로 따라온다. 연구진 역시 무독성 원소인 CZTS 전지를 더 친환경적, 효율적으로 만드는 방법에 몰두했다. 이러한 박막태양전지를 만드는 데는 다양한 공정 방법이 있는데 연구팀은 그중 가격경쟁력이 높은 프린팅 방법을 사용했다. 프린팅 방법은 나노분말 원료를 잉크로 만들어서 인쇄하듯 태양전지를 만드는 방법으로 다른 공정에 비해 공정처리에 드는 비용이 저렴한 것이 특징이다. 지금까지 많은 국내외 연구자들이 CZTS 나노결정을 제조하기 위해 화학용액 반응법을 사용했다. 그러나 이는 유해한 화학용매를 사용하므로 제조과정에 주의가 요구되며, 높은 온도로 처리해야 하기 때문에 비용이 높고, 반응 후에 오염물질을 남기는 단점이 있었다. 연구팀은 오염을 피하기 위해 구리, 아연, 주석, 황만을 기계화학적으로 반응시켜 CZTS 나노결정을 합성하는 데 성공하였다. 원료 분말들을 큰 구슬(볼)들과 함께 통에 넣은 후 회전시켜 기계적 에너지를 주면 분말들은 분쇄되면서 에너지를 축적하게 되는데 그런 축적과정을 거쳐 자발적인 화학반응에 이르게 된다. 연구팀은 이때 발생하는 반응열에 의해 급격한 화학반응이 연쇄적으로 일어나는 원리를 이용했다. 이 방법은 고온 공정이 필요 없고 용매의 건조, 나노입자 분리, 유기물 제거 등의 공정 단계를 생략할 수 있어 공정 시간을 10시간 이상 획기적으로 단축시킬 수 있다. 연구진은 개발한 나노결정 잉크를 박막태양전지에 활용한 결과 고효율, 초저가, 프린터블 박막태양전지가 제조 가능함을 보여주었다. KIST 연구팀은 “개발된 박막태양전지 제조 기술은 무독성, 범용 원소들로 이루어진 나노결정 원료를 유해한 화학물질을 사용하지 않고 이차적인 오염물질의 생성 없이 대량 생산가능하다는 점에서 획기적”이라며 “또한, 제조된 나노결정이 대기 중에서 1년 이상 화학적, 구조적으로 안정하다는 것이 확인되어 분말공정을 이용한 박막태양전지의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 KIST의 기관고유연구사업 및 기초기술연구회 NAP(National Agenda Project)사업의 연구비 지원으로 수행되었다. <연구진> 이도권 박사 조소혜 박사 <참고 이미지 자료> 1. Nanoscale지 : 구리, 아연, 주석, 황으로 이루어진 원료 입자가 기계화학적 반응을 통해 CZTS(구리-아연-주석-황) 화합물 나노결정으로 합성되는 과정을 나타냄. <연구내용 요약용 이미지>

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 중소기업지원센터가 안보기술개발단과 함께 9월 24일부터 27일까지 킨텍스에서 열리는 ‘2014 대한민국 방위산업전(DX KOREA 2014)’에 참가한다. ‘2014 대한민국 방위산업전’은 방위산업분야의 진흥과 수출활성화를 위해 열리는 국제전시회로 중소기업이 대부분을 참여하고 있다. 중소기업 지원을 위해 발족한 KIST K-Club의 패밀리기업 중 방위산업 관련 기술력을 보유한 9개사(그래핀스퀘어(주), (주)룩소비스, (주)센서웨이, (주)오라픽스, (주)우심시스템, (주)월드비텍, 이레텍(주), (주)코엔지, (주)피에조테크놀리지)가 본 전시회에 참가한다. 전시회에서 K-Club 회원사는 군장비의 정확도 향상, 전력사용 최소화 및 소프트웨어 분야 등 다양한 기술과 제품을 선보인다. 군장비의 정확도 향상을 위해, ㈜센서웨이는 사람발자국을 반경 50M까지 탐지가능한 세계최고수준의 무인지상감시센서(UGS:Unattended Ground Sensor)시스템 ‘IRON WALL'을 전시하고 있으며, ？최첨단 엑츄에이터를 개발한 ㈜피에조테크놀리지는 하니웰(미국), 히타치(일본) 및 Copan(이탈리아)등 이미 해외기업에 제품을 납품해 초소형모터로 기술력을 해외에서 인증받았다. ㈜이레텍은 군사장비의 정밀조정 및 제어기능을 높힐수 있는 제품 및 나노제어모션시스템을 선보일 예정이다. 군부대의 전력사용량을 최소화하면서 환경을 개선할 수 있는 기술관련으로는, ㈜룩소비스의 ‘태양광랜턴’과 ㈜월드비텍의 ‘스프링쿨 시스템’이 전시된다. 이 외에도 ？㈜그래핀스퀘어는 유연 발열체와 전자파 차폐가 가능한 기능성 신소재를 소개한다. 한편, 이미 국방부 시범사업으로 선정되어 제품을 납품하고 있는 모바일 프린터 분야 국내선두기업 ㈜우심시스템은 본 전시회를 통하여 입지강화 및 시장확장에 나선다는 계획이다. 본 전시회에 참가한 K-Club회원사중 소프트웨어분야의 독보적인 기술력을 보유한 (주)오라픽스는 안면외상환자 발생시 빠르고 정확하게 대처할수 있는 3D컴퓨팅 기술과 치료장치 제작을 위한 포터블 3차원 프린터 기술을 선보일 예정이다. 한국과학기술연구원 이병권 원장은 “이번 방위산업전을 계기로 방위산업의 국산화를 위해 연구개발에 지원을 더욱 늘릴 예정”이라며, “K-Club 회원사가 기술력을 기반으로 한 새로운 시장개척을 통하여 국가경쟁력을 높이는데 이바지할 수 있도록 KIST가 지원을 아끼지 않을 것이다”고 밝혔다. ※ K-Club : KIST가 2013년 중소기업 지원을 위해 발족한 프로그램으로 우리 원 패밀리 기업에게는 우리 원 및 협업 기관이 집중적으로 컨설팅을 제공하여 사업 초기 단계 기업들이 성장할 수 있도록 지원한다. 2014년 현재 36개사의 패밀리기업이 참여 중이다.

닿은 병원균 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터 개발 -영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지에 표지 논문으로 발표 한국과학기술연구원 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 연세대학교 기계공학과 황정호 교수팀은 에어필터에 닿는 순간 병원균을 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터를 개발해 수퍼박테리아와 같은 내성 병원균까지 제거할 수 있는 길을 열었다. 이번 연구는 미래창조과학부(나노·소재원천기술개발사업)와 KIST(기관고유사업)의 연구개발사업으로 수행되었고, 그 결과는 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 저널 오브 머티어리얼즈 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B)의 제 2권 39호 표지(front cover)논문으로 선정되었다.(2014. 9. 17. 온라인게재, 2014. 10. 21. 출판일) 논문명 : Prompt and Synergistic Antibacterial Activity of Silver Nanoparticle-Decorated Silica Hybrid Particles on Air Filtration 기존의 에어필터의 경우 걸러진 병원균이 주변환경 변화에 따라 에어필터에서 오히려 번식을 하는 역효과가 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 은나노 향균 물질 코팅 에어필터가 개발되었지만 그 은나노 입자가 매우 미세해 병원균을 제거하는 데 일정한 시간이 필요한 단점이 있었다. 이번에 연구진이 개발한 향균 코팅제인 은나노복합체는 은의 크기를 30나노미터로 키우고 복합구조로 만들어서 살균효과가 즉시 나타나게 했다. 구체적으로 은나노복합체는 지압용 공과 같은 모양으로, 마이크론 크기의 구형 실리카 표면에 많은 기둥을 세우고, 기둥 끝에 1~2 나노미터 크기의 은 시드(seed)를 고르게 부착한 후, 시드와 기둥을 함께 감싸도록 은 성분을 도포함으로써 30나노미터 크기의 은 나노입자들이 견고하게 고정된 3차원 복합소재를 완성한 것이다. 이후 이 은나노복합체를 확산건조기를 이용하여 에어필터위에 코팅하였고, 코팅된 은나노복합체가 에어 필터위에 매우 강하게 부착되어 코팅제로서 실용화하기에 안정된 구조인 것으로 확인할 수 있었다. 에어필터위에 코팅된 은나노복합체는 초속 2미터 이상의(에어컨의 강풍은 초속 1.5~2미터, 공기청정기의 강풍은 초속 1 미터) 강풍에도 전혀 입자가 떨어져 나가는 일이 없도록 했다.(실험에서는 초속 2미터 이상의 강풍을 보내서 은나노복합체가 떨어지지 않는 것을 확인하였다.) 연구진은 은나노복합체가 코팅된 향균 에어필터의 효과를 입증하기 위해 바람에 날려 필터에 걸러진 대장균과 포도상구균의 은나노복합체와의 반응을 전자현미경으로 관찰하였다. 이를 통해 은나노복합체 상의 은나노입자들이 마치 이빨처럼 박테리아를 물어뜯는 현상을 발견하고, 은나노복합체에 닿는 순간 박테리아들이 즉사하는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 “이번 연구 성과는 은나노입자의 항균능에 관한 논란을 잠재우는 결정적 단초가 되었으며, 은나노복합체가 병원균에 닿는 순간 즉사시키므로 수퍼박테리아처럼 내성을 갖는 병원균까지도 효과적으로 제거할 수 있게 되어 국민의 건강 및 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 평가했다. <연구진> 우경자 박사 <연세대학교 기계공학과 황정호 교수> <용어설명> 저널 오브 머티어리얼지 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B) -영국 왕립화학회 (Royal Society of Chemistry)에서 출판하는 생물 및 의약과 관련이 있는 재료화학 분야 국제학술지(피인용지수: 6.626, 2013년). <그림1>논문 권 호의 표지: 중앙의 에어필터 위에 은나노복합체(황색)가 코팅되어 있으며 좌측의 오염된 공기가 항균에어필터에 걸러지고 깨끗한 공기가 우측으로 공급됨. 항균에어필터에 걸러진 박테리아는 은나노복합체에 닿는 순간 마치 물어뜯긴 것처럼 활성을 잃고 사멸하는 것으로 확인되었음 <그림 2>은나노복합체의 합성 과정을 보여주는 모식도: (a)는 실리카 구를 표면개질하여 표면에 양전하를 갖게 함으로써 음전하를 갖는 은나노씨드를 배열하는 과정 (b)는 배열된 은나노씨드들 중 큰 것들을 솎아내고 여유 공간을 만드는 과정 (c)는 남아있는 은나노씨드를 은나노입자로 성장시켜 은나노복합체를 만드는 과정 <그림 3>은나노복합체의 항균 작용을 보여주는 SEM 이미지: (a, b)는 에어필터에 코팅된 은나노복합체가 박테리아를 포획, 사멸시키는 모습 (c, d)는 은나노복합체와 박테리아를 섞은 용액을 왼쪽부터 차례로 0, 10, 30 분간 배양한 후의 모습 (a, c)는 대장균 (b, d)는 포도상구균이 은나노복합체와 반응하는 모양을 나타내며 2종의 병원균 모두 닿는 즉시 사멸됨

닿은 병원균 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터 개발 -영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지에 표지 논문으로 발표 한국과학기술연구원 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 연세대학교 기계공학과 황정호 교수팀은 에어필터에 닿는 순간 병원균을 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터를 개발해 수퍼박테리아와 같은 내성 병원균까지 제거할 수 있는 길을 열었다. 이번 연구는 미래창조과학부(나노·소재원천기술개발사업)와 KIST(기관고유사업)의 연구개발사업으로 수행되었고, 그 결과는 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 저널 오브 머티어리얼즈 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B)의 제 2권 39호 표지(front cover)논문으로 선정되었다.(2014. 9. 17. 온라인게재, 2014. 10. 21. 출판일) 논문명 : Prompt and Synergistic Antibacterial Activity of Silver Nanoparticle-Decorated Silica Hybrid Particles on Air Filtration 기존의 에어필터의 경우 걸러진 병원균이 주변환경 변화에 따라 에어필터에서 오히려 번식을 하는 역효과가 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 은나노 향균 물질 코팅 에어필터가 개발되었지만 그 은나노 입자가 매우 미세해 병원균을 제거하는 데 일정한 시간이 필요한 단점이 있었다. 이번에 연구진이 개발한 향균 코팅제인 은나노복합체는 은의 크기를 30나노미터로 키우고 복합구조로 만들어서 살균효과가 즉시 나타나게 했다. 구체적으로 은나노복합체는 지압용 공과 같은 모양으로, 마이크론 크기의 구형 실리카 표면에 많은 기둥을 세우고, 기둥 끝에 1~2 나노미터 크기의 은 시드(seed)를 고르게 부착한 후, 시드와 기둥을 함께 감싸도록 은 성분을 도포함으로써 30나노미터 크기의 은 나노입자들이 견고하게 고정된 3차원 복합소재를 완성한 것이다. 이후 이 은나노복합체를 확산건조기를 이용하여 에어필터위에 코팅하였고, 코팅된 은나노복합체가 에어 필터위에 매우 강하게 부착되어 코팅제로서 실용화하기에 안정된 구조인 것으로 확인할 수 있었다. 에어필터위에 코팅된 은나노복합체는 초속 2미터 이상의(에어컨의 강풍은 초속 1.5~2미터, 공기청정기의 강풍은 초속 1 미터) 강풍에도 전혀 입자가 떨어져 나가는 일이 없도록 했다.(실험에서는 초속 2미터 이상의 강풍을 보내서 은나노복합체가 떨어지지 않는 것을 확인하였다.) 연구진은 은나노복합체가 코팅된 향균 에어필터의 효과를 입증하기 위해 바람에 날려 필터에 걸러진 대장균과 포도상구균의 은나노복합체와의 반응을 전자현미경으로 관찰하였다. 이를 통해 은나노복합체 상의 은나노입자들이 마치 이빨처럼 박테리아를 물어뜯는 현상을 발견하고, 은나노복합체에 닿는 순간 박테리아들이 즉사하는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 “이번 연구 성과는 은나노입자의 항균능에 관한 논란을 잠재우는 결정적 단초가 되었으며, 은나노복합체가 병원균에 닿는 순간 즉사시키므로 수퍼박테리아처럼 내성을 갖는 병원균까지도 효과적으로 제거할 수 있게 되어 국민의 건강 및 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 평가했다. <연구진> 우경자 박사 <연세대학교 기계공학과 황정호 교수> <용어설명> 저널 오브 머티어리얼지 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B) -영국 왕립화학회 (Royal Society of Chemistry)에서 출판하는 생물 및 의약과 관련이 있는 재료화학 분야 국제학술지(피인용지수: 6.626, 2013년). <그림1>논문 권 호의 표지: 중앙의 에어필터 위에 은나노복합체(황색)가 코팅되어 있으며 좌측의 오염된 공기가 항균에어필터에 걸러지고 깨끗한 공기가 우측으로 공급됨. 항균에어필터에 걸러진 박테리아는 은나노복합체에 닿는 순간 마치 물어뜯긴 것처럼 활성을 잃고 사멸하는 것으로 확인되었음 <그림 2>은나노복합체의 합성 과정을 보여주는 모식도: (a)는 실리카 구를 표면개질하여 표면에 양전하를 갖게 함으로써 음전하를 갖는 은나노씨드를 배열하는 과정 (b)는 배열된 은나노씨드들 중 큰 것들을 솎아내고 여유 공간을 만드는 과정 (c)는 남아있는 은나노씨드를 은나노입자로 성장시켜 은나노복합체를 만드는 과정 <그림 3>은나노복합체의 항균 작용을 보여주는 SEM 이미지: (a, b)는 에어필터에 코팅된 은나노복합체가 박테리아를 포획, 사멸시키는 모습 (c, d)는 은나노복합체와 박테리아를 섞은 용액을 왼쪽부터 차례로 0, 10, 30 분간 배양한 후의 모습 (a, c)는 대장균 (b, d)는 포도상구균이 은나노복합체와 반응하는 모양을 나타내며 2종의 병원균 모두 닿는 즉시 사멸됨

닿은 병원균 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터 개발 -영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지에 표지 논문으로 발표 한국과학기술연구원 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 연세대학교 기계공학과 황정호 교수팀은 에어필터에 닿는 순간 병원균을 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터를 개발해 수퍼박테리아와 같은 내성 병원균까지 제거할 수 있는 길을 열었다. 이번 연구는 미래창조과학부(나노·소재원천기술개발사업)와 KIST(기관고유사업)의 연구개발사업으로 수행되었고, 그 결과는 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 저널 오브 머티어리얼즈 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B)의 제 2권 39호 표지(front cover)논문으로 선정되었다.(2014. 9. 17. 온라인게재, 2014. 10. 21. 출판일) 논문명 : Prompt and Synergistic Antibacterial Activity of Silver Nanoparticle-Decorated Silica Hybrid Particles on Air Filtration 기존의 에어필터의 경우 걸러진 병원균이 주변환경 변화에 따라 에어필터에서 오히려 번식을 하는 역효과가 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 은나노 향균 물질 코팅 에어필터가 개발되었지만 그 은나노 입자가 매우 미세해 병원균을 제거하는 데 일정한 시간이 필요한 단점이 있었다. 이번에 연구진이 개발한 향균 코팅제인 은나노복합체는 은의 크기를 30나노미터로 키우고 복합구조로 만들어서 살균효과가 즉시 나타나게 했다. 구체적으로 은나노복합체는 지압용 공과 같은 모양으로, 마이크론 크기의 구형 실리카 표면에 많은 기둥을 세우고, 기둥 끝에 1~2 나노미터 크기의 은 시드(seed)를 고르게 부착한 후, 시드와 기둥을 함께 감싸도록 은 성분을 도포함으로써 30나노미터 크기의 은 나노입자들이 견고하게 고정된 3차원 복합소재를 완성한 것이다. 이후 이 은나노복합체를 확산건조기를 이용하여 에어필터위에 코팅하였고, 코팅된 은나노복합체가 에어 필터위에 매우 강하게 부착되어 코팅제로서 실용화하기에 안정된 구조인 것으로 확인할 수 있었다. 에어필터위에 코팅된 은나노복합체는 초속 2미터 이상의(에어컨의 강풍은 초속 1.5~2미터, 공기청정기의 강풍은 초속 1 미터) 강풍에도 전혀 입자가 떨어져 나가는 일이 없도록 했다.(실험에서는 초속 2미터 이상의 강풍을 보내서 은나노복합체가 떨어지지 않는 것을 확인하였다.) 연구진은 은나노복합체가 코팅된 향균 에어필터의 효과를 입증하기 위해 바람에 날려 필터에 걸러진 대장균과 포도상구균의 은나노복합체와의 반응을 전자현미경으로 관찰하였다. 이를 통해 은나노복합체 상의 은나노입자들이 마치 이빨처럼 박테리아를 물어뜯는 현상을 발견하고, 은나노복합체에 닿는 순간 박테리아들이 즉사하는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 “이번 연구 성과는 은나노입자의 항균능에 관한 논란을 잠재우는 결정적 단초가 되었으며, 은나노복합체가 병원균에 닿는 순간 즉사시키므로 수퍼박테리아처럼 내성을 갖는 병원균까지도 효과적으로 제거할 수 있게 되어 국민의 건강 및 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 평가했다. <연구진> 우경자 박사 <연세대학교 기계공학과 황정호 교수> <용어설명> 저널 오브 머티어리얼지 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B) -영국 왕립화학회 (Royal Society of Chemistry)에서 출판하는 생물 및 의약과 관련이 있는 재료화학 분야 국제학술지(피인용지수: 6.626, 2013년). <그림1>논문 권 호의 표지: 중앙의 에어필터 위에 은나노복합체(황색)가 코팅되어 있으며 좌측의 오염된 공기가 항균에어필터에 걸러지고 깨끗한 공기가 우측으로 공급됨. 항균에어필터에 걸러진 박테리아는 은나노복합체에 닿는 순간 마치 물어뜯긴 것처럼 활성을 잃고 사멸하는 것으로 확인되었음 <그림 2>은나노복합체의 합성 과정을 보여주는 모식도: (a)는 실리카 구를 표면개질하여 표면에 양전하를 갖게 함으로써 음전하를 갖는 은나노씨드를 배열하는 과정 (b)는 배열된 은나노씨드들 중 큰 것들을 솎아내고 여유 공간을 만드는 과정 (c)는 남아있는 은나노씨드를 은나노입자로 성장시켜 은나노복합체를 만드는 과정 <그림 3>은나노복합체의 항균 작용을 보여주는 SEM 이미지: (a, b)는 에어필터에 코팅된 은나노복합체가 박테리아를 포획, 사멸시키는 모습 (c, d)는 은나노복합체와 박테리아를 섞은 용액을 왼쪽부터 차례로 0, 10, 30 분간 배양한 후의 모습 (a, c)는 대장균 (b, d)는 포도상구균이 은나노복합체와 반응하는 모양을 나타내며 2종의 병원균 모두 닿는 즉시 사멸됨

닿은 병원균 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터 개발 -영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지에 표지 논문으로 발표 한국과학기술연구원 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 연세대학교 기계공학과 황정호 교수팀은 에어필터에 닿는 순간 병원균을 즉사시키는 은나노복합체 코팅 에어필터를 개발해 수퍼박테리아와 같은 내성 병원균까지 제거할 수 있는 길을 열었다. 이번 연구는 미래창조과학부(나노·소재원천기술개발사업)와 KIST(기관고유사업)의 연구개발사업으로 수행되었고, 그 결과는 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 저널 오브 머티어리얼즈 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B)의 제 2권 39호 표지(front cover)논문으로 선정되었다.(2014. 9. 17. 온라인게재, 2014. 10. 21. 출판일) 논문명 : Prompt and Synergistic Antibacterial Activity of Silver Nanoparticle-Decorated Silica Hybrid Particles on Air Filtration 기존의 에어필터의 경우 걸러진 병원균이 주변환경 변화에 따라 에어필터에서 오히려 번식을 하는 역효과가 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 은나노 향균 물질 코팅 에어필터가 개발되었지만 그 은나노 입자가 매우 미세해 병원균을 제거하는 데 일정한 시간이 필요한 단점이 있었다. 이번에 연구진이 개발한 향균 코팅제인 은나노복합체는 은의 크기를 30나노미터로 키우고 복합구조로 만들어서 살균효과가 즉시 나타나게 했다. 구체적으로 은나노복합체는 지압용 공과 같은 모양으로, 마이크론 크기의 구형 실리카 표면에 많은 기둥을 세우고, 기둥 끝에 1~2 나노미터 크기의 은 시드(seed)를 고르게 부착한 후, 시드와 기둥을 함께 감싸도록 은 성분을 도포함으로써 30나노미터 크기의 은 나노입자들이 견고하게 고정된 3차원 복합소재를 완성한 것이다. 이후 이 은나노복합체를 확산건조기를 이용하여 에어필터위에 코팅하였고, 코팅된 은나노복합체가 에어 필터위에 매우 강하게 부착되어 코팅제로서 실용화하기에 안정된 구조인 것으로 확인할 수 있었다. 에어필터위에 코팅된 은나노복합체는 초속 2미터 이상의(에어컨의 강풍은 초속 1.5~2미터, 공기청정기의 강풍은 초속 1 미터) 강풍에도 전혀 입자가 떨어져 나가는 일이 없도록 했다.(실험에서는 초속 2미터 이상의 강풍을 보내서 은나노복합체가 떨어지지 않는 것을 확인하였다.) 연구진은 은나노복합체가 코팅된 향균 에어필터의 효과를 입증하기 위해 바람에 날려 필터에 걸러진 대장균과 포도상구균의 은나노복합체와의 반응을 전자현미경으로 관찰하였다. 이를 통해 은나노복합체 상의 은나노입자들이 마치 이빨처럼 박테리아를 물어뜯는 현상을 발견하고, 은나노복합체에 닿는 순간 박테리아들이 즉사하는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 “이번 연구 성과는 은나노입자의 항균능에 관한 논란을 잠재우는 결정적 단초가 되었으며, 은나노복합체가 병원균에 닿는 순간 즉사시키므로 수퍼박테리아처럼 내성을 갖는 병원균까지도 효과적으로 제거할 수 있게 되어 국민의 건강 및 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 평가했다. <연구진> 우경자 박사 <연세대학교 기계공학과 황정호 교수> <용어설명> 저널 오브 머티어리얼지 케미스트리 비(Journal of Materials Chemistry B) -영국 왕립화학회 (Royal Society of Chemistry)에서 출판하는 생물 및 의약과 관련이 있는 재료화학 분야 국제학술지(피인용지수: 6.626, 2013년). <그림1>논문 권 호의 표지: 중앙의 에어필터 위에 은나노복합체(황색)가 코팅되어 있으며 좌측의 오염된 공기가 항균에어필터에 걸러지고 깨끗한 공기가 우측으로 공급됨. 항균에어필터에 걸러진 박테리아는 은나노복합체에 닿는 순간 마치 물어뜯긴 것처럼 활성을 잃고 사멸하는 것으로 확인되었음 <그림 2>은나노복합체의 합성 과정을 보여주는 모식도: (a)는 실리카 구를 표면개질하여 표면에 양전하를 갖게 함으로써 음전하를 갖는 은나노씨드를 배열하는 과정 (b)는 배열된 은나노씨드들 중 큰 것들을 솎아내고 여유 공간을 만드는 과정 (c)는 남아있는 은나노씨드를 은나노입자로 성장시켜 은나노복합체를 만드는 과정 <그림 3>은나노복합체의 항균 작용을 보여주는 SEM 이미지: (a, b)는 에어필터에 코팅된 은나노복합체가 박테리아를 포획, 사멸시키는 모습 (c, d)는 은나노복합체와 박테리아를 섞은 용액을 왼쪽부터 차례로 0, 10, 30 분간 배양한 후의 모습 (a, c)는 대장균 (b, d)는 포도상구균이 은나노복합체와 반응하는 모양을 나타내며 2종의 병원균 모두 닿는 즉시 사멸됨