유기물을 분석하는데 사용되는 탄소나노튜브

덴마크 공대(Technical University of Denmark)와 영국 캠브리지 대학(University 

of Cambridge) 연구진은 초소형 분리 시스템을 만들기 위한 단계로서 마이크로유

체 유리 채널 속에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 집적시켰다. 

유리는 실리콘과 비교해서 비전도성이기 때문에 전자 삼투 유동(electro-osmotic 

flow)을 나타내면서 전기장으로 채널 속에 액체가 움직이도록 할 수 있다. 디자인 관

점에서 볼 때 부피가 큰 외부 펌프를 컴퓨터로 통제된 전원 공급과 적절하게 위치한 

전극으로 대체하는 것이 가능하다. 

액체를 가로질러 고전압을 인가함으로서 연구진은 마이크로유체 채널 속에 삽입한 

밀도 탄소나노튜브의 숲을 통해서 샘플을 퍼 올릴 수 있었다. 이것은 차세대 소형화

된 화학 분석 시스템에 탄소나노튜브 장치를 사용할 수 있도록 할 것이다. 

탄소나노튜브의 높은 부피 대 표면적 비율(surface-to-volume ratio)과 소수성 특징

은 탄소나노튜브가 단백질 같은 많은 유기 복합물을 분석하는데 이상적인 물질이라

는 것을 보여준다. 단백질의 다른 종류들은 온도를 변화시킴으로서 소수성이 되고 

유체 채널에서 다른 종류에 비해서 탄소나노튜브와 다르게 상호작용할 것이다. 구조

의 높은 부피 대 표면적 비율은 화학물질들이 장치를 통해서 지나갈 때 표면에 언제

나 접하게 될 것이라는 것을 의미한다. 

예를 들어 단백질 같은 유기 샘플의 작은 플러그(plug)가 탄소 나노튜브 채널을 통해

서 퍼 올려질 때 단백질의 어떤 것은 튜브와 상호작용하지 않을 것이고 그 결과로 최

대 속도로 퍼 올려지고 튜브와 상호작용하는 다른 것은 튜브와 상호작용하면서 남

아 있게 될 것이며 훨씬 더 느리게 흐른다. 크로마토그래피(chromatography)라고 

불리는 이 그물 효과(net effect)는 샘플 구성 요소를 물리적으로 분리시키고 탄소나

노튜브 채널의 끝에 검출기를 설치함으로서 샘플의 구성요소 수와 이것의 농도를 완

벽하게 알 수 있도록 할 것이다. 

이 연구진은 현재 소형 화학 분석 시스템을 위해서 마이크로유체 장치의 나노구조

를 연구하고 있다. 

이 연구결과는 Nanotechnology에 “Carbon nanotubes integrated in electrically 

insulated channels for lab-on-a-chip applications” 이라는 제목으로 게재되었다

(K B Mogensen et al 2009 Nanotechnology 20 095503 (5pp) doi: 10.1088/0957-

4484/20/9/095503). 

그림. 마이크로유체 유리 채널 속의 탄소나노튜브의 SEM 사진.

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-20