19일 KAIST에 따르면 신소재공학과 육종민 교수 연구팀은 자유로운 액체 순환이 가능한 그래핀 아쿠아리움 전자현미경 이미징 플랫폼을 선보였다. 특히 이 전자현미경은 기존과 달리 액체 샘플에 대한 관찰이 가능하다.

전자현미경을 이용해 액체를 관찰하는 것은 아쿠아리움에서 물고기들을 관찰하는 것에 비유된다. 물고기들을 선명하게 관찰하기 위해선 높은 투과도의 수압을 견딜 수 있는 튼튼한 유리가 필요한 것처럼, 액상 투과전자현미경에서는 전자빔에 투명하며 높은 진공 상태를 견딜 수 있는 물질이 필요하다.

이에 연구팀은 그래핀 두 층 사이에 액체를 가두는 그래핀 액상 셀 기술을 세계 최초로 도입했고, 이번 연구에서 이를 개선해 자유로운 액체 순환이 가능한 그래핀 아쿠아리움 전자현미경 이미징 플랫폼을 개발하는 데 성공했다. 연구팀이 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위 두께지만, 강철보다 200배 높은 강도를 보인다.

또한 연구팀은 자유로운 액체 순환과 교환을 위해 30-100nm 두께의 액상 수로를 지닌 구조체를 반도체 제작 공정인 리소그래피 공정으로 구현해 그래핀 액상 유동 칩을 제작했다. 그래핀 액상 유동 칩은 4기압에 달하는 압력 차를 견딜 수 있으며, 기존보다 20배 빠른 액체 유동 조건에서도 안정적인 작동이 가능하다.

그래핀 액상 유동 칩은 체내 혈관과 같은 역할을 할 수 있어 코로나 바이러스, 알츠하이머 발생 원인 등 기존 기술로는 관찰할 수 없었던 현상의 직접적인 관찰과 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 한편 그래핀은 흑연 한 층에서 떼어낸 벌집 모양의 2차원 물질로 전기·화학적 특성이 우수한 것으로 알려졌다. 장진웅 기자

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