‘그래핀’은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하며 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 또 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이런 특성으로 인해 ‘그래핀’은 구부릴 수 있는 디스플레이나 전자종이, 착용식 컴퓨터(wearable computer) 등을 만들 수 있는 전자정보 산업분야의 미래 신소재로 주목받고 있다.

서울시립대 생명과학과 최인희 교수(공동 제1저자)와 미국 일리노이 주립 얼바나-샴페인대학(University of Illinois at Urbana-Champaign) 기계공학과 남성우 교수(공동 제1저자), 미국 캘리포니아 주립 버클리대학(University of California at Berkeley) 바이오공학과 루크 리(Luke P. Lee) 교수(교신저자) 연구팀은 최근 이 같은 기술을 공동 개발했다. 연구팀이 공동으로 수행한 이번 연구결과는 세계적 권위의 국제학술지 나노레터스지(Nano Letters) 온라인판 9월 2일자에 게재됐다. *논문제목 : Graphene Nanopore with Self-Integrated Optical Antenna( http://dx.doi.org/10.1021/nl503159d)

전기적 특성이 우수한 그래핀 나노포어에 금 나노입자가 결합되면 우수한 광학적 특성을 추가로 갖는다. 이러한 독특한 금 나노입자-그래핀 나노포어 하이브리드 구조체는 DNA 또는 단백질과 같은 바이오 분자의 특성을 전기적인 측정뿐만 아니라 광학적인 측정을 통해 분석가능하게 한다.

그래핀의 원자 수준의 얇은 두께는 나노포어를 형성했을 경우 바이오 분자가 통과했을 때 발생되는 전기화학적 신호를 측정하기에 매우 이상적인 박막이다. 하지만 이러한 그래핀 나노포어를 형성하는 기존 방법은 진공 조건에서 전자 빔(electron beam)을 이용해 하나하나 구멍을 뚫는 비효율적인 방식이었다.

연구팀은 금 나노입자의 흡수 파장과 일치하는 특정 파장의 빛을 통과시켰을 때 금 나노입자에서 광열전환 반응이 발생한다는 점을 착안했다. 그래핀 위에 놓여진 나노입자가 순간적으로 고온으로 가열되는 현상을 이용해 상온/상압 조건에서 그래핀에 나노구멍을 뚫는 방법에 대한 연구를 진행한 것이다.

연구팀은 상온에서 나노입자에 특정 파장의 빛을 조사하는 원스텝(one-step) 공정을 통해 나노입자가 자발적으로 결합된 그래핀 나노포어를 동시에 여러 개 형성하는데 성공했다.

최인희 교수는 “개발된 금 나노입자가 자발적으로 결합된 그래핀 나노포어를 이용해 DNA와 같은 바이오 분자에 대한 전기적인 측정과 광학적인 측정을 동시에 수행할 수 있는 하이브리드 시퀀싱(염기서열해독) 시스템 개발이 머지않아 이뤄지게 될 것”이라고 전망했다.